一种连续支撑的驱动部件和MEMS开关

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一种连续支撑的驱动部件和mems开关
技术领域
1.本技术涉及射频器件技术领域，特别是涉及一种连续支撑的驱动部件和mems开关。

背景技术：

2.rf mems(radio frequency micro-electro-mechanical system，射频微机电系统)驱动部件具有高线性度、低损耗、高隔离度等优异特性，广泛应用在移动通信终端及系统、卫星通信系统、高性能相控阵雷达等领域。
3.目前，面内滑动式的驱动部件在基底的内部设置驱动部件，滑动部件设在基底上表面，驱动部件在驱动滑动部件移动的过程中，滑动部件与基底的接触面积为滑动部件的下表面，接触面积较大，使得摩擦力较大；滑动部件受到驱动部件向下的吸力，由于滑动部件正下方也是基底，也使得摩擦力较大，从而使得驱动力较大。
4.因此，如何解决上述技术问题应是本领域技术人员重点关注的。

技术实现要素：

5.本技术的目的是提供一种连续支撑的驱动部件和mems开关，以降低滑动部件所需的驱动力，并降低驱动部件制作工艺难度。
6.为解决上述技术问题，本技术提供一种连续支撑的驱动部件，包括：
7.支撑架，所述支撑架包括相对设置的不间断的基底；
8.设于所述支撑架上的滑动部件；所述滑动部件的宽度大于所述基底之间的距离；
9.设于所述基底相对范围内用于驱动所述滑动部件移动的驱动部件，所述驱动部件的高度小于所述基底的高度。
10.可选的，所述的驱动部件中，所述驱动部件包括至少两个驱动电极。
11.可选的，所述的驱动部件中，所述驱动部件包括两个所述驱动电极，每个所述驱动电极包括至少两个形状不同的电极单元。
12.可选的，所述的驱动部件中，所述驱动部件还包括：
13.用于连接所述电极单元的连接电极。
14.可选的，所述的驱动部件中，所述驱动部件包括三个所述驱动电极，相应的，所述基底对应中间的所述驱动电极设有引线通孔。
15.可选的，所述的驱动部件中，所述滑动部件的长度大于所述驱动电极之间的间距，且小于所有的所述驱动电极长度之和。
16.可选的，所述的驱动部件中，还包括：
17.设于所述基底上表面的绝缘层。
18.可选的，所述的驱动部件中，所述滑动部件与所述绝缘层之间超滑接触。
19.可选的，所述的驱动部件中，所述滑动部件包括至少一个超滑片。
20.可选的，所述的驱动部件中，所述滑动部件包括多个所述超滑片，多个所述超滑片
通过连接层形成超滑片组。
21.本技术还提供一种mems开关，所述mems开关包括上述任一种所述的连续支撑的驱动部件。
22.本技术所提供的连续支撑的驱动部件，包括：支撑架，所述支撑架包括相对设置的不间断的基底；设于所述支撑架上的滑动部件；所述滑动部件的宽度大于所述基底之间的距离；设于所述基底相对范围内用于驱动所述滑动部件移动的驱动部件，所述驱动部件的高度小于所述基底的高度。
23.可见，本技术连续支撑的驱动部件中包括相对分离设置的基底，滑动部件设置基底上，驱动部件设在两个基底相对范围内且驱动部件的高度小于基底的高度，即仅通过基底形成的支撑架对滑动部件支撑，使得基底与滑动部件的接触面积减小，从而降低两者之间的摩擦力；滑动部件设置驱动部件的上方，滑动部件受到驱动部件向下的吸力，而滑动部件的正下方并不存在基底，可以进一步减小摩擦力，从而使得滑动部件所需的驱动力降低；另外，本技术中基底是连续不间断的，便于制作，降低驱动部件制作工艺的难度。
24.本技术还提供一种mems开关。
附图说明
25.为了更清楚的说明本技术实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
26.图1为本技术实施例中驱动电极为两个时，一种连续支撑的驱动部件的俯视图；
27.图2为图1中驱动部件的正视图；
28.图3为本技术实施例中驱动电极为两个时，另一种连续支撑的驱动部件的俯视图；
29.图4为本技术实施例中驱动电极为三个时，一种连续支撑的驱动部件的俯视图；
30.图5至图7为本技术实施例中不同驱动电极下，滑动部件的一种设置示意图；
31.图8为本技术实施例所提供的另一种连续支撑的驱动部件的正视图；
32.图9为两个驱动电极与滑动部件的等效电路图；
33.图10为图1所示驱动部件中滑动部件的驱动力和法向力与移动距离的关系图；
34.图11为图1所示驱动部件中滑动部件的法向力与驱动力的比值与移动距离的关系图；
35.图12为图3所示驱动部件中滑动部件的驱动力和法向力与移动距离的关系图；
36.图13为图3所示驱动部件中滑动部件的法向力与驱动力的比值与移动距离的关系图。
具体实施方式
37.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本技术作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
38.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。
39.正如背景技术部分所述，目前面内滑动式的驱动部件在基底的内部设置驱动部件，滑动部件设在基底上表面，驱动部件在驱动滑动部件移动的过程中，摩擦力较大，从而使得所需驱动力较大。
40.有鉴于此，本技术提供了一种连续支撑的驱动部件，请参考图1和图2，连续支撑的驱动部件包括：
41.支撑架，所述支撑架包括相对设置的不间断的基底1；
42.设于所述支撑架上的滑动部件2；所述滑动部件2的宽度大于所述基底1之间的距离；
43.设于所述基底1相对范围内用于驱动所述滑动部件2移动的驱动部件，所述驱动部件的高度小于所述基底1的高度。
44.需要说明的是，本技术中的连续支撑的驱动部件还包括传输部件，传输部件的类型可以为电容式，或者接触式等，本技术不做限定，传输部件的具体设置已为本领域技术人员所熟知，此处不再详细赘述。
45.基底1的数量为两个，基底1包括但不限于硅基底、氧化硅基底、氮化硅基底等常用的绝缘基底。
46.滑动部件2的宽度大于基底1之间的距离目的是保证滑动部件2基底1上发生移动；驱动部件的高度小于基底1的高度目的是使得滑动部件2仅仅与支撑架中的基底1接触，减小接触面积。
47.需要说明的是，本技术中对驱动部件的驱动方式不做限定，例如，可以采用电驱动、磁驱动、光驱动等。
48.可选的，所述驱动部件包括至少两个驱动电极3。所述滑动部件2的长度大于所述驱动电极3之间的间距，且小于所有的所述驱动电极3长度之和。
49.作为一种可实施方式，所述驱动部件包括两个所述驱动电极3。每个驱动电极3可以为规则的形状，例如，正方形、长方形等等，如图1所示。但是本技术对此并不做具体限定，作为另一种实施方式，所述驱动部件包括两个所述驱动电极3，每个所述驱动电极3包括至少两个形状不同的电极单元，图3所示。
50.进一步的，本技术中对电极单元之间的连接方式也不做限定，可自行设置。例如，所述驱动部件还包括：用于连接所述电极单元的连接电极，即电极单元之间通过连接电极之间进行连接。或者，电极单元之间可以直接连接。其中，电极单元的形状包括但不限于长方形、正方形、圆形。
51.驱动电极3的数量为两个时，直接在驱动电极3的两端引线即可。
52.作为另一种可实施方式，所述驱动部件包括三个所述驱动电极3，相应的，所述基底1对应中间的所述驱动电极3设有引线通孔，驱动部件的俯视图如图4所示。
53.当驱动电极3的数量为两个时，驱动部件可以对滑动部件2实现单向驱动；当驱动电极3的数量为三个时，驱动部件可以对滑动部件2实现往复驱动；驱动电极3的数量还可以更多，实现对滑动部件2的连续驱动。
54.本技术连续支撑的驱动部件中包括相对分离设置的基底1，滑动部件2设置基底1上，驱动部件设在两个基底1相对范围内且驱动部件的高度小于基底1的高度，即仅通过基底1形成的支撑架对滑动部件2支撑，使得基底1与滑动部件2的接触面积减小，从而降低两者之间的摩擦力，滑动部件2设置驱动部件的上方，滑动部件2受到驱动部件向下的吸力，而滑动部件2的正下方并不存在基底1，可以进一步减小摩擦力，从而使得滑动部件2所需的驱动力降低；另外，本技术中基底1是连续不间断的，便于制作，降低驱动部件制作工艺的难度。
55.为了进一步减小滑动部件2在基底1上滑动时的摩擦力，在上述任一实施例的基础上，在本技术的一个实施例中，所述滑动部件2与所述基底1之间超滑接触。超滑接触是指发生相对滑动的两个接触表面之间的摩擦力几乎为零，磨损为零。滑动部件2的下表面和基底1的上表面两者中至少一个为单晶二维界面，单晶二维界面为原子级平整的表面，另一个范德华表面。原子级平整的表面指粗糙度小于1nm的表面。
56.在上述实施例的基础上，在本技术的一个实施例中，所述滑动部件2与位于所述滑动部件2外侧的所述驱动电极3在水平面的投影重叠面积等于零，如图5至图7所示。
57.滑动部件2与所述滑动部件2外侧的驱动电极3在水平面的投影重叠面积等于零，也即滑动部件2的边缘与位于边缘外侧的驱动电极3的边缘处于刚好搭接的临界状态，此时驱动滑动部件2受到的驱动力最大。当然，滑动部件2与所述滑动部件2外侧的驱动电极3在水平面的投影重叠面积大于零。
58.请参见图8，在上述任一实施例的基础上，在本技术的一个实施例中，驱动部件还包括：
59.设于所述基底1上表面的绝缘层4，用于滑动部件2与驱动部件之间的绝缘。
60.绝缘层4的材料包括但不限于二氧化硅、氮化硅、蓝宝石中的任一种。
61.优选地，所述滑动部件2与所述绝缘层4之间超滑接触，以使得滑动部件2与绝缘层4之间摩擦力几乎为零，磨损为零。滑动部件2的下表面和绝缘层4的上表面两者中至少一个为单晶二维界面，单晶二维界面为原子级平整的表面，另一个范德华表面。
62.可选的，所述滑动部件2包括至少一个超滑片。超滑片的材料优选为石墨片或者其他具有超滑面的材料，优选为下表面附着有石墨、单层/少层石墨烯等具有超滑性质的材料。超滑片的厚度一般为100nm至10μm，超滑片的尺寸一般为1μm至20μm。
63.当超滑片的数量为多个时，各个超滑片的高度和底面积可以相同或者不同，多个所述超滑片通过连接层形成超滑片组。超滑片组中各个超滑片的超滑面一致。
64.下面对本技术驱动部件中滑动部件的受力进行分析说明。
65.结合图1和图2，以驱动部件包括两个驱动电极3为例，驱动电极3与两侧基底1之间的距离相等。设定两个驱动电极3之间的距离d＝2μm，驱动电极3与两侧基底1之间的距离df＝1μm，基底1的宽度ds＝1.5μm，两个基底1之间的距离d
l
＝10μm，驱动电极3的宽度w＝8μm，滑动部件2的宽度l＝15μm，基底1的高度h
l
＝1.1μm，驱动电极3的高度he＝0.1μm，驱动电极3与基底1的高度差d＝1.0μm。
66.图1和图2中两个驱动电极3与滑动部件2的等效电路图如图9所示，c1为左侧驱动电极3与滑动部件2之间的电容，c2为右侧驱动电极3与滑动部件2之间的电容，两个驱动电极3连接驱动电源，其上都具备一定偏压，因此在图9中被等效为两个电源，另外，设这两个
电源的负极电位为0，滑动部件2上的电势为u0，两个驱动电极3对应的电势分别为u1、u2，两个电容对应的电荷分别为q1、q2，则电容和电荷量计算公式为：
[0067][0068][0069]
q1+q2＝0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0070]u1-u2＝v
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0071][0072][0073]
其中，ε0为真空介电常数，εr为相对介电常数，w为驱动电极3的宽度，l为滑动部件2的宽度，d为两个驱动电极3之间的距离，d为驱动电极3与基底1的高度差，x为滑动部件2从图5位置向右侧移动的距离。
[0074]
滑动部件2与驱动电极3之间的静电能e
t
为：
[0075][0076]
则滑动部件2的驱动力f
x
为：
[0077][0078]
滑动部件2的法向力fy为：
[0079][0080]
其中，|u
1-u2|＝δv＝200v
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)
[0081]
滑动部件2在驱动过程中受到的摩擦力f
x
为：
[0082]fx
＝μ0fy+μ
yfy
+f0ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)
[0083]
其中，μ0为滑动部件2与两个基底1上表面之间接触界面的内部产生的摩擦力的摩擦系数，μy为滑动部件2与两个基底1上表面之间接触界面的边缘产生的摩擦力的摩擦系数，f0为滑动部件2在正压力为0时受到的摩擦力。μ0fy为面内接触产生的摩擦力，可以忽略，μ
yfy
+f0为边缘接触产生的摩擦力，是主要的摩擦力。
[0084]
滑动部件2的驱动力和法向力与移动距离的关系图如图10所示，横坐标为移动距离，纵坐标为滑动部件2的受力大小，随着x的增大，滑动部件2的驱动力逐渐减小，滑动部件2的法向力逐渐增大。滑动部件2的法向力与驱动力的比值与移动距离的关系图如图11所示，横坐标为移动距离，纵坐标为法向力与驱动力的比值，随着x的增大，法向力与驱动力的比值逐渐增大。
[0085]
结合图3和图2，以驱动电极3包括两个驱动单元为例，驱动电极3与两侧基底1之间的距离相等。设定两个驱动电极3之间的距离d＝2μm，驱动电极3与两侧基底1之间的距离df＝1μm，基底1的宽度ds＝1.5μm，两个基底1之间的距离d
l
＝10μm，驱动电极3的宽度w＝8μm，滑动部件2的宽度l＝15μm，基底1的高度h
l
＝1.1μm，驱动电极3的高度he＝0.1μm，驱动电极3与基底1的高度差d＝1.0μm。
[0086]
图3中两个驱动电极3与滑动部件2的等效电路图如图9所示，电荷量和电势的公式请参考式(1)至(4)，c1为左侧驱动电极3与滑动部件2之间的电容，c2为右侧驱动电极3与滑动部件2之间的电容，电容计算公式为：
[0087][0088][0089]
根据公式(7)，则滑动部件2的驱动力f
x
为：
[0090][0091]
滑动部件2的法向力fy为：
[0092][0093]
其中，|u
1-u2|＝δv＝200v
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)
[0094]
法向力与驱动力的比值为：
[0095][0096]
滑动部件2的驱动力和法向力与移动距离的关系图如图12所示，横坐标为移动距离，纵坐标为滑动部件2的受力大小，随着x的增大，滑动部件2的驱动力逐渐减小，滑动部件2的法向力逐渐增大。滑动部件2的法向力与驱动力的比值与移动距离的关系图如图13所示，横坐标为移动距离，纵坐标为法向力与驱动力的比值，随着x的增大，法向力与驱动力的比值逐渐增大。
[0097]
本技术还提供一种mems开关，所述mems开关包括上述任一实施例所述的连续支撑的驱动部件。
[0098]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0099]
以上对本技术所提供的连续支撑的驱动部件和mems开关进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本技术的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本技术的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以对本技术进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本技术权利要求的保护范围内。

技术特征：

1.一种连续支撑的驱动部件，其特征在于，包括：支撑架，所述支撑架包括相对设置的不间断的基底；设于所述支撑架上的滑动部件；所述滑动部件的宽度大于所述基底之间的距离；设于所述基底相对范围内用于驱动所述滑动部件移动的驱动部件，所述驱动部件的高度小于所述基底的高度。2.如权利要求1所述的驱动部件，其特征在于，所述驱动部件包括至少两个驱动电极。3.如权利要求2所述的驱动部件，其特征在于，所述驱动部件包括两个所述驱动电极，每个所述驱动电极包括至少两个形状不同的电极单元。4.如权利要求3所述的驱动部件，其特征在于，所述驱动部件还包括：用于连接所述电极单元的连接电极。5.如权利要求2所述的驱动部件，其特征在于，所述驱动部件包括三个所述驱动电极，相应的，所述基底对应中间的所述驱动电极设有引线通孔。6.如权利要求2所述的驱动部件，其特征在于，所述滑动部件的长度大于所述驱动电极之间的间距，且小于所有的所述驱动电极长度之和。7.如权利要求1至6任一项所述的驱动部件，其特征在于，还包括：设于所述基底上表面的绝缘层。8.如权利要求7所述的驱动部件，其特征在于，所述滑动部件与所述绝缘层之间超滑接触。9.如权利要求8所述的驱动部件，其特征在于，所述滑动部件包括至少一个超滑片。10.如权利要求9所述的驱动部件，其特征在于，所述滑动部件包括多个所述超滑片，多个所述超滑片通过连接层形成超滑片组。11.一种mems开关，其特征在于，所述mems开关包括如权利要求1至10任一项所述的连续支撑的驱动部件。

技术总结

本申请公开了一种连续支撑的驱动部件，包括支撑架，支撑架包括相对设置的不间断的基底；设于支撑架上的滑动部件；滑动部件的宽度大于基底之间的距离；设于基底相对范围内用于驱动滑动部件移动的驱动部件，驱动部件的高度小于基底的高度。本申请中基底相对分离设置，滑动部件设置基底上，驱动部件设在两个基底相对范围内，仅通过基底形成的支撑架对滑动部件支撑，减小基底与滑动部件的接触面积，从而降低两者间的摩擦力；滑动部件设置驱动部件的上方，滑动部件受到驱动部件向下的吸力，而滑动部件的正下方并不存在基底，可以进一步减小摩擦力；本申请中基底是连续不间断的，便于制作，降低驱动部件制作工艺的难度。本申请还提供一种MEMS开关。种MEMS开关。种MEMS开关。