一种电热驱动双稳态MEMS开关制造技术

一种电热驱动双稳态MEMS开关，包括正方形基底，正方形基底上垂直分布有V型电热执行器I和V型电热执行器II，V型电热执行器I在一路驱动电路控制下驱动第一钩型触头，V型电热执行器II在另一路驱动电路控制下驱动第二钩型触头，第一钩型触头和第二钩型触头接触即导通电路，第一钩型触头和第二钩型触头不接触即断开电路，两个驱动电路为脉冲电压且有相位差；利用V型梁的热电效应与热膨胀效应，通过加电压使其产生热变形，从而驱动钩型触头运动；本发明专利技术具有稳定性高、驱动力大、输出线性、低功耗、成本低的优点。

An electric heat driven bistable MEMS switch

An electric driven bistable MEMS switch, including a square base, the vertical distribution of a square base on V type electric actuator and electric actuator I V type II, V type electric actuator I in a drive circuit under the control of the first drive hook type contact, V type electric actuator II on another road driving circuit under the control of driving second hook type contacts, the first contact and the second hook hook type contact circuit is switched on, the first and the second hook hook type contact type contact contact disconnect circuit, a driving circuit for two pulse voltage and phase difference; using thermoelectric effect V beam effect and thermal expansion. By adding voltage to produce thermal deformation, thereby driving the hook type contact motion; the invention has the advantages of high stability, large driving force and output linearity, low power consumption, low cost.

【技术实现步骤摘要】
一种电热驱动双稳态MEMS开关
本专利技术涉及MEMS开关
，具体涉及一种电热驱动双稳态MEMS开关。
技术介绍
MEMS开关是MEMS技术的典型应用之一，它是传统机电开关微型化设计与制造的结果，为高性能电路系统的发展提供了有力保障，在现代通信、航空航天、生物医疗、国防军工重要领域的电路控制方面有广泛而迫切的应用需求。双稳态开关只在状态转换时需要外界提供能量，状态保持通过结构的自锁功能实现，随着系统集成化程度的增强，低功耗已经成为判断系统性能优良的重要指标，电热驱动的双稳态MEMS开关凭借其优良的性能快速发展。现有的电热驱动的双稳态MEMS开关有双金属膜结构、冷热臂结构等，但其未考虑接触电阻、开关稳定保持力对开关性能的影响，具有驱动力小、输出非线性、响应时间长、不易加工的缺点。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提出一种电热驱动双稳态MEMS开关，具有稳定性高、驱动力大、输出线性、低功耗、成本低的优点。为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种电热驱动双稳态MEMS开关，包括正方形基底11，正方形基底11上垂直分布有V型电热执行器I和V型电热执行器II，V型电热执行器I在一路驱动电路U1控制下驱动第一钩型触头6，V型电热执行器II在另一路驱动电路U2控制下驱动第二钩型触头10，第一钩型触头6和第二钩型触头10接触即导通电路，第一钩型触头6和第二钩型触头10不接触即断开电路，驱动电路U1、驱动电路U2为脉冲电压，驱动电路U1和驱动电路U2有相位差。所述的V型热电执行器I包括三个等间距的第一V型梁2-1、第二V型梁2-2、第三V型梁2-3。第一V型梁2-1、第二V型梁2-2、第三V型梁2-3的两端与第一电极锚点1-1和第二电极锚点1-2连接，第一V型梁2-1、第二V型梁2-2、第三V型梁2-3的中间由竖直梁3贯穿连接，竖直梁3的上端与s型导线8下端连接，s型导线8的上端与导线电极9连接；竖直梁3的下端与第一柔性梁4-1上端连接，第一柔性梁4-1下端与杠杆5的前端垂直连接，杠杆5的前端端头与第二柔性梁4-2的下端垂直连接，第二柔性梁4-2的上端和锚点7连接，杠杆5的末端端头与第一钩型触头6连接。所述的V型热电执行器II与V型热电执行器I的不同之处是：V型热电执行器II的第一柔性梁4-1与锚点7连接，第二柔性梁4-2与竖直梁3连接，杠杆5的末端与第二钩型触头10连接，其余组成与连接方式均与V型热电执行器I相同。所述的第一电极锚点1-1、第二电极锚点1-2，锚点7、导线电极9均固定在正方形基底11上，其余结构均为悬空可动结构。所述的第一V型梁2-1、第二V型梁2-2、第三V型梁2-3、竖直梁3、第一柔性梁4-1、第二柔性梁4-2、杠杆5、第一钩型触头6、s型导线8、第二钩型触头10均采用硅材料制作。所述的第一钩型触头6、第二钩型触头10配合具备自锁功能。所述的电热驱动双稳态MEMS开关采用MEMS技术制备。所述的第一V型梁2-1、第二V型梁2-2、第三V型梁2-3间距100um-110um，长1060um-1070um，宽度36um-39um，与水平方向的夹角9°-10°。所述的第一柔性梁4-1、第二柔性梁4-2长290um-300um，宽10um-12um，杠杆5放大倍数为19-21。与传统机械开关相比，本专利技术的优点为：第一钩型触头6、第二钩型触头10具备自锁功能，结构简单，接触力大，可以稳定的保持闭合状态；钩型触头做简单的调整就可满足多种布局方式，可移植性强，灵活性高。V型热电执行器的驱动电路为脉冲电压，开关状态改变时不需要外界长时间供能，极大降低系统功耗，减少了冗余的保持信号，提高器件的安全性。将热电执行器原理应用于MEMS开关，获得较大的驱动位移，开关响应时间短且容易加工。附图说明图1为本专利技术的结构示意图。图2为本专利技术第一钩型触头6、第二钩型触头10的运动过程示意图。图3为本专利技术驱动电路U1和驱动电路U2的相位关系图。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术进行进一步说明。参照图1，一种电热驱动双稳态MEMS开关，包括正方形基底11，正方形基底11上垂直分布有V型电热执行器I和V型电热执行器II，V型电热执行器I在一路驱动电路U1控制下驱动第一钩型触头6，V型电热执行器II在另一路驱动电路U2控制下驱动第二钩型触头10，第一钩型触头6和第二钩型触头10接触即导通电路，第一钩型触头6和第二钩型触头10不接触即断开电路，驱动电路U1、驱动电路U2为脉冲电压，驱动电路U1和驱动电路U2有相位差。所述的V型热电执行器I包括三个等间距的第一V型梁2-1、第二V型梁2-2、第三V型梁2-3，第一V型梁2-1、第二V型梁2-2、第三V型梁2-3间距100um-110um，长1060um-1070um，宽度36um-39um，与水平方向的夹角9°-10°；第一V型梁2-1、第二V型梁2-2、第三V型梁2-3的两端与第一电极锚点1-1和第二电极锚点1-2连接，第一V型梁2-1、第二V型梁2-2、第三V型梁2-3的中间由竖直梁3贯穿连接，竖直梁3的上端与s型导线8下端连接，s型导线8的上端与导线电极9连接；竖直梁3的下端与第一柔性梁4-1上端连接，第一柔性梁4-1下端与杠杆5的前端垂直连接，杠杆5的前端端头与第二柔性梁4-2的下端垂直连接，第二柔性梁4-2的上端和锚点7连接，杠杆5的末端端头与第一钩型触头6连接，第一柔性梁4-1、第二柔性梁4-2长290um-300um，宽10um-12um，杠杆5放大倍数为19-21。所述的V型热电执行器II与V型热电执行器I的不同之处是：V型热电执行器II的第一柔性梁4-1与锚点7连接，第二柔性梁4-2与竖直梁3连接，杠杆5的末端与第二钩型触头10连接，其余组成与连接方式均与V型热电执行器I相同。所述的第一电极锚点1-1、第二电极锚点1-2，锚点7、导线电极9均固定在正方形基底11上，其余结构均为悬空可动结构。所述的第一V型梁2-1、第二V型梁2-2、第三V型梁2-3、第一柔性梁4-1、第二柔性梁4-2、杠杆5、第一钩型触头6、s型导线8、第二钩型触头10均采用硅材料制作。所述的电热驱动双稳态MEMS开关采用MEMS技术制备。参照图2，所述的第一钩型触头6、第二钩型触头10配合具备自锁功能，采用此种结构设计，开关仅需在脉冲电压信号激励下，就可以完成常闭与常开状态间的相互转换；具体的运动过程如下：a.开关处于断开状态；b.驱动电路U1电压变为高电平，驱动第一钩型触头6向上运动；c.驱动电路U1电压保持不变，驱动电路U2电压变为高电平，驱动第二钩型触头10向左移动；d.驱动电路U1电压变为低电平，第一钩型触头6回到初始位置，驱动电路U2电压保持不变；e.驱动电路U2电压变为低电平，第二钩型触头10回到初始位置，由于此时第一钩型触头6位于第二钩型触头10的运动路径上，因此，第一钩型触头6与第二钩型触头10接触，完成开关由开到闭的转换。同理，只需将上述过程反向，就能实现开关由闭到开的转换。参照图3，驱动电路U1和驱动电路U2有一定的相位差，图3a为驱动电路U1和驱动电路U2实现开关由开-闭，驱动电路U2相位滞后驱动电路U1；图3b为驱动电路U1、驱动电路U2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电热驱动双稳态MEMS开关，包括正方形基底(11)，其特征在于：正方形基底(11)上垂直分布有V型电热执行器I和V型电热执行器II，V型电热执行器I在一路驱动电路U1控制下驱动第一钩型触头(6)，V型电热执行器II在另一路驱动电路U2控制下驱动第二钩型触头(10)，第一钩型触头(6)和第二钩型触头(10)接触即导通电路，第一钩型触头(6)和第二钩型触头(10)不接触即断开电路，驱动电路U1、驱动电路U2为脉冲电压，驱动电路U1和驱动电路U2有相位差。

【技术特征摘要】
1.一种电热驱动双稳态MEMS开关，包括正方形基底(11)，其特征在于：正方形基底(11)上垂直分布有V型电热执行器I和V型电热执行器II，V型电热执行器I在一路驱动电路U1控制下驱动第一钩型触头(6)，V型电热执行器II在另一路驱动电路U2控制下驱动第二钩型触头(10)，第一钩型触头(6)和第二钩型触头(10)接触即导通电路，第一钩型触头(6)和第二钩型触头(10)不接触即断开电路，驱动电路U1、驱动电路U2为脉冲电压，驱动电路U1和驱动电路U2有相位差。2.根据权利要求1所述的一种电热驱动双稳态MEMS开关，其特征在于：所述的V型热电执行器(I)包括三个等间距的第一V型梁(2-1)、第二V型梁(2-2)、第三V型梁(2-3)，第一V型梁(2-1)、第二V型梁(2-2)、第三V型梁(2-3)的两端与第一电极锚点(1-1)和第二电极锚点(1-2)连接，第一V型梁(2-1)、第二V型梁(2-2)、第三V型梁(2-3)的中间由竖直梁(3)贯穿连接，竖直梁(3)的上端与s型导线(8)下端连接，s型导线(8)的上端与导线电极(9)连接；竖直梁(3)的下端与第一柔性梁(4-1)上端连接，第一柔性梁(4-1)下端与杠杆(5)的前端垂直连接，杠杆(5)的前端端头与第二柔性梁(4-2)的下端垂直连接，第二柔性梁(4-2)的上端和锚点(7)连接，杠杆(5)的末端端头与第一钩型触头(6)连接；所述的V型热电执行器II与V型热电执行器I的不同之处是：V型热电执行器II的第...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵玉龙，张雪婷，胡腾江，房旷，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61