MEMS继电器、悬臂梁开关及其形成方法技术

本发明专利技术公开了一种MEMS继电器，包括：至少一个悬臂梁开关对，其包括两个呈轴对称分布且自由端位置邻近的悬臂梁开关，每个悬臂梁开关包括：悬臂结构；与悬臂结构的固定端相连的驱动上电极；位于悬臂结构下方的驱动下电极；位于悬臂结构的自由端的且与其绝缘的开关动触点；位于开关动触点下方的两个开关静触点；开关引线，开关引线与开关静触点相连，用于输出控制信号，其中，当两个悬臂梁开关为并联时，开关引线包括呈中心对称分布的两个F形引线；其中，当两个悬臂梁开关为串联时，开关引线包括呈轴对称分布的一个U形引线和两个L形引线。本发明专利技术的MEMS继电器具有布局紧凑，承载电压或承载功率高的优点。本发明专利技术还公开了一种悬臂梁开关及其形成方法。

【技术实现步骤摘要】
MEMS继电器、悬臂梁开关及其形成方法
本专利技术属于微机电系统（Micro-Electro-MechanicalSystem，MEMS）
，具体涉及一种MEMS继电器和一种悬臂梁开关及其形成方法。
技术介绍
微机电系统（MEMS）是二十一世纪重要的科学技术之一，其涉及电子、机械、材料、信息、制造、生物、物理和化学等多种学科，具有微型化、智能化、多功能、高集成度、高可靠和适于批量生产等特点。MEMS继电器是MEMS
中最基本且最重要的器件之一，在电子、生物、医学、能源、环境、航空和航天等领域有广阔的应用前景。MEMS继电器主要的驱动方式包括静电、电磁、电热及混合驱动几种类型。电磁型MEMS继电器驱动电压较低、驱动力较大，但其使用频率较低、难于集成与封装；电热型驱动力较大，但其响应时间长、驱动功耗大；目前MEMS继电器主要的驱动方式是静电驱动，该类型的MEMS继电器响应快、频带宽、结构简单、易于制备与集成。静电继电器以平板电容极板或梳齿电容极板间的静电力为驱动力，通常驱动电压大于60V，很难在实际中获得应用。同时其提供的接触力一般也小于500μN，导致接触电阻较大（Ω级）。目前的MEMS继电器承载电流都较小（小于100mA），主要受电极工艺及接触电阻的限制。静电型MEMS继电器的驱动电压高、接触电阻大、承载电流小的缺点限制了其在实际中的广泛应用。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一或至少提供一种有用的商业选择。为此，本专利技术的目的在于提出一种承载电压高、承载功率高的MEMS继电器。本专利技术的另一个目的在于提出一种开关性能良好的悬臂梁开关及其形成方法。为实现上述目的，本专利技术第一方面实施例的MEMS继电器包括：至少一个悬臂梁开关对，所述悬臂梁开关对包括两个呈轴对称分布且二者的悬臂结构的自由端位置邻近的悬臂梁开关，每个所述悬臂梁开关包括：悬臂结构；驱动上电极，所述驱动上电极与所述悬臂结构的固定端相连；驱动下电极，所述驱动下电极位于所述悬臂结构的下方，其中，所述驱动上电极和驱动下电极极性相反，用于输入驱动信号；开关动触点，所述开关动触点位于所述悬臂结构的自由端且与所述悬臂结构绝缘；两个开关静触点，两个所述开关静触点分别位于所述开关动触点的下方，所述开关动触点和所述两个开关静触点根据所述驱动信号而接触或分离；开关引线，所述开关引线与所述开关静触点相连，用于输出控制信号，其中，当两个所述悬臂梁开关为并联时，所述开关引线包括呈中心对称分布的两个F形引线，其中，每个所述F形引线的位于两条横边的两个末端各自与两个分属不同悬臂梁开关的开关静触点分别相连；其中，当两个所述悬臂梁开关为串联时，所述开关引线包括呈轴对称分布的一个U形引线和两个L形引线，所述U形引线的两个末端将两个分属不同悬臂梁开关的开关静触点相连，所述两个L形引线的一个末端分别与剩下的两个开关静触点中的一个相连。根据本专利技术实施例的MEMS继电器，通过将两个悬臂梁开关并联/串联，可以提高MEMS继电器的承载功率/承载电压。通过巧妙布局开关引线，使得开关信号能够顺利引出，并且具有布局紧凑的优点，有利于提高单位面积中悬臂梁开关数目，使得最终制得的MEMS继电器具有体积小的优点。在本专利技术的一个实施例中，所述悬臂结构包括：悬臂梁，所述悬臂梁位于所述悬臂结构的固定端；接触梁，所述接触梁位于所述悬臂结构的自由端；驱动极板，所述驱动极板位于所述悬臂梁和所述接触梁之间。在本专利技术的一个实施例中，所述悬臂梁和所述接触梁中的至少之一具有镂空。在本专利技术的一个实施例中，所述驱动极板上设有阻尼孔。在本专利技术的一个实施例中，在同一所述悬臂梁开关对中，分属所述两个悬臂梁开关的两个悬臂结构是通过先在两个固定端之间形成连桥结构、然后从中间截断而得到的。在本专利技术的一个实施例中，当所述悬臂梁开关对的数目为多个时，多个所述悬臂梁开关对之间的连接关系为串联、并联或者串并联综合。为实现本专利技术的目的，本专利技术第二方面实施例的悬臂梁开关，所述悬臂梁开关中的悬臂结构包括：悬臂梁，所述悬臂梁位于所述悬臂结构的固定端；接触梁，所述接触梁位于所述悬臂结构的自由端；驱动极板，所述驱动极板位于所述悬臂梁和所述接触梁之间。根据本专利技术实施例的悬臂梁开关，具有刚度小、驱动电压小、稳定可靠的优点。在本专利技术的一个实施例中，所述悬臂梁和所述接触梁中的至少之一具有镂空。在本专利技术的一个实施例中，所述驱动极板上设有阻尼孔。为实现本专利技术的目的，本专利技术第三方面实施例的悬臂梁开关的形成方法，所述悬臂梁开关为上文所述的悬臂梁开关，包括以下步骤：硅衬底完成键合步骤后，先光刻出所述悬臂梁、接触梁和驱动极板的大致结构，然后进行划片，然后通过ICP刻蚀出所述镂空和阻尼孔，最后进行裂片。根据本专利技术实施例的悬臂梁开关的形成方法，能够得到结构精细、稳定可靠的悬臂梁开关，具有良率高的优点。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是本专利技术一个实施例的包括一对并联的悬臂梁开关的MEMS继电器的示意图。图2是图1所示的MEMS继电器的俯视方向的简化示意图。图3是图1所示的MEMS继电器的侧视方向的简化示意图。图4是本专利技术一个实施例的包括一对串联的悬臂梁开关的MEMS继电器的示意图。图5是图4所示的MEMS继电器的俯视方向的简化示意图。图6是图4所示的MEMS继电器的侧视方向的简化示意图。图7是MEMS继电器中悬臂梁开关中的悬臂结构的示意图。图8是包括两对内部为并联关系的悬臂梁开关的MEMS继电器的示意图。图9是本专利技术一个实施例的悬臂梁开关中的悬臂结构的示意图。图10-17是本专利技术一个实施例的MEMS继电器的形成方法的过程示意图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本专利技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。在本专利技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种MEMS继电器，其特征在于，包括：至少一个悬臂梁开关对，所述悬臂梁开关对包括两个呈轴对称分布且二者的悬臂结构的自由端位置邻近的悬臂梁开关，每个所述悬臂梁开关包括：悬臂结构；驱动上电极，所述驱动上电极与所述悬臂结构的固定端相连；驱动下电极，所述驱动下电极位于所述悬臂结构的下方，其中，所述驱动上电极和驱动下电极极性相反，用于输入驱动信号；开关动触点，所述开关动触点位于所述悬臂结构的自由端且与所述悬臂结构绝缘；两个开关静触点，两个所述开关静触点分别位于所述开关动触点的下方，所述开关动触点和所述两个开关静触点根据所述驱动信号而接触或分离；开关引线，所述开关引线与所述开关静触点相连，用于输出控制信号，其中，当两个所述悬臂梁开关为并联时，所述开关引线包括呈中心对称分布的两个F形引线，其中，每个所述F形引线的位于两条横边的两个末端各自与两个分属不同悬臂梁开关的开关静触点分别相连；其中，当两个所述悬臂梁开关为串联时，所述开关引线包括呈轴对称分布的一个U形引线和两个L形引线，所述U形引线的两个末端将两个分属不同悬臂梁开关的开关静触点相连，所述两个L形引线的一个末端分别与剩下的两个开关静触点中的一个相连。...

【技术特征摘要】
1.一种MEMS继电器，其特征在于，包括：至少一个悬臂梁开关对，所述悬臂梁开关对包括两个呈轴对称分布且二者的悬臂结构的自由端位置邻近的悬臂梁开关，每个所述悬臂梁开关包括：悬臂结构；驱动上电极，所述驱动上电极与所述悬臂结构的固定端相连；驱动下电极，所述驱动下电极位于所述悬臂结构的下方，其中，所述驱动上电极和驱动下电极极性相反，用于输入驱动信号；开关动触点，所述开关动触点位于所述悬臂结构的自由端且与所述悬臂结构绝缘；两个开关静触点，两个所述开关静触点分别位于所述开关动触点的下方，所述开关动触点和所述两个开关静触点根据所述驱动信号而接触或分离；开关引线，所述开关引线与所述开关静触点相连，用于输出控制信号，其中，当两个所述悬臂梁开关为并联时，所述开关引线包括呈中心对称分布的两个F形引线，其中，每个所述F形引线的位于两条横边的两个末端各自与两个分属不同悬臂梁开关的开关静触点分别相连；其中，当两个所述悬臂梁开关为串联时，所述开关引线包括呈轴对称分布的一个U形...

【专利技术属性】
技术研发人员：阮勇，马波，常双凯，张高飞，尤政，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11