一种静电面内式MEMS继电器制造技术

本发明专利技术公开了一种静电面内式MEMS继电器，其包括衬底和设置在衬底上的继电器本体；继电器本体包括具有周期性的梳齿结构的支撑梁，设置在支撑梁一端的动触点，相对于动触点设置的静触点，以及具有与支撑梁相对应的梳齿结构的驱动电极；驱动电极设置成，在静电作用下驱动支撑梁动作，从而带动动触点移动，使得动触点能够与静触点接触，实现继电器闭合。通过将优化的梳齿结构应用于支撑梁，有效提升了MEMS继电器的性能指标。

【技术实现步骤摘要】
一种静电面内式MEMS继电器
本专利技术属于微机电系统器件
，特别涉及一种静电面内式MEMS继电器。
技术介绍
微机电系统(MEMS,Micro-Electro-MechanicalSystem)，是在微电子技术基础上发展起来的，融合了光刻、腐蚀、薄膜、LIGA、硅微加工、非硅微加工和精密机械加工等技术制作的电子机械器件。MEMS继电器(微机电系统继电器)是用上述制造技术实现的电动开关。MEMS继电器的规格指标主要由两个关键部件决定：触点，以及驱动器(固定驱动极板和可动极板)。其规格指标包括吸合电压、速度、面积、功耗、寿命等。静电面内式MEMS继电器因其功耗低、工艺简单而得到广泛应用。与离面式设计相比，由于硅材料的特征尺寸限制了驱动电极之间的间隙，所以面内设计下拉电压通常较高。为了提高驱动力和降低吸合电压，通常需要牺牲面积开销和速度指标。而梳齿结构可以提高同等电压水平下的驱动力，但传统方法将梳齿和支撑梁结构分开设计，而导致利用梳齿增大驱动力的同时，引入了额外的质量，恶化了器件的开关速度、抗冲击等多方面指标。换而言之，现有技术中的MEMS继电器结构，很难平衡吸合电压、驱动力、速度和面积成本之间的矛盾。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题之一是提供一种静电面内式MEMS继电器，将优化梳齿结构应用于支撑梁结构，以增大驱动力，降低吸合电压和面积开销，提高速度。为了解决上述技术问题，本申请的实施例提供了一种静电面内式MEMS继电器，包括衬底和设置在所述衬底上的继电器本体；所述继电器本体包括由周期性的梳齿结构构成的支撑梁，设置在所述支撑梁一端的动触点，相对于所述动触点设置的静触点，以及具有与所述支撑梁相对应的梳齿结构的驱动电极；所述驱动电极设置成，在静电作用下驱动所述支撑梁动作，从而带动动触点移动，使得所述动触点能够与所述静触点接触，实现继电器闭合。优选地，所述继电器本体还包括支撑梁固支点，其用于固定所述支撑梁的另一端。优选地，所述继电器本体还包括挡块，其用于限制所述支撑梁的动作范围，防止所述驱动电极与所述支撑梁接触短路。优选地，所述静触点包括第一静触点和第二静触点；所述动触点通过移动与所述第一静触点和所述第二静触点相接触，使得所述第一静触点与所述第二静触点之间形成短路导通。优选地，所述支撑梁和所述驱动电极间的短路行程为12微米。优选地，所述动触点的动作行程为6微米。优选地，所述梳齿结构的梳齿形状轮廓由六段线段组成，其中线段与线段之间转折点的位置根据驱动力优化的要求选取。与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：通过将优化的梳齿结构应用于静电面内式MEMS继电器的支撑梁，完全采用由梳齿结构构成的支撑梁，不引入额外质量，有效降低了吸合电压和面积开销，提高了速度，提升了MEMS继电器的性能指标。本专利技术的其他优点、目标，和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书，权利要求书，以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明附图用来提供对本申请的技术方案或现有技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分。其中，表达本申请实施例的附图与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，但并不构成对本申请技术方案的限制。图1是根据本专利技术一实施例的静电面内式MEMS继电器的继电器本体结构示意图；图2是根据本专利技术一实施例的静电面内式MEMS继电器的梳齿形状的优化示意图；图3是根据本专利技术一实施例的静电面内式MEMS继电器的器件版图示意图；图4是本专利技术中静电面内式MEMS继电器的器件工艺结构说明示意图。具体实施方式以下将结合附图及实施例来详细说明本专利技术的实施方式，借此对本专利技术如何应用技术手段来解决技术问题，并达成相应技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。本申请实施例以及实施例中的各个特征，在不相冲突前提下可以相互结合，所形成的技术方案均在本专利技术的保护范围之内。为了平衡现有静电驱动面内式MEMS继电器面积、速度、下拉电压等指标之间的矛盾，本专利技术提出了一种静电面内式MEMS继电器，其包括衬底和设置在衬底上的继电器本体，继电器本体的具体结构如图1所示。继电器本体包括由周期性的梳齿结构构成的支撑梁1，设置在支撑梁一端的动触点2，相对于动触点2设置的静触点3，以及具有与支撑梁相对应的梳齿结构的驱动电极4；驱动电极4设置成，在静电作用下驱动支撑梁1动作，从而带动动触点2移动，使得动触点2能够与静触点3接触，实现继电器闭合。如图1所示，本申请中的支撑梁完全由梳齿构成，即支撑梁本身形状即构成梳齿结构，这样可减少支撑梁的质量，并且本专利技术中支撑梁和驱动电极的梳齿形状是利用计算机技术，以同电压下驱动力为目标，对驱动梳齿版图进行优化而得到的。相对较小的质量结合优化设计的梳齿形状，从而有效平衡了MEMS继电器面积、速度、下拉电压等指标之间的矛盾，提升了MEMS继电器的性能指标。在一具体的实施例中，梳齿结构的梳齿形状轮廓由六段线段组成，其中线段与线段之间转折点的位置根据驱动力优化的要求选取。如图2所示，为支撑梁与驱动电极的梳齿结构中一具体梳齿形状的版图设计示意图。该梳齿的形状由6段多段线构成，多段线的转折点(图2中实心点和空心点)称之为控制点，这些控制点的位置决定了梳齿形状。具体地，首先给定支撑梁与驱动电极间的最小间隙，该最小间隙的数值与工艺水平相关，例如本实施例中最小间隙为6微米。然后针对驱动力，基于最小间隙，通过计算机优选控制点的位置，以获得最佳的梳齿性能，从而实现降低吸合电压和面积开销的目的。举例而言，可采用人工智能算法和计算机有限元仿真技术来进行上述针对驱动力的优化。在得到图2中所示的优化形状后的具体梳齿的版图后，将若干具体梳齿的版图进行拼接，形成周期性的、蜿蜒形状的支撑梁版图，以及相应的驱动电极版图。将上述版图与器件其他结构的版图相结合，最终得到的静电面内式MEMS继电器的器件总版图。在一具体的实施例中，得到的器件总版图如图3所示。结合图1所示，图3版图所示的实施例的继电器本体结构中，静触点3包括第一静触点3a和第二静触点3b；动触点2通过移动与第一静触点3a和第二静触点3b相接触，使得第一静触点3a与第二静触点3b之间形成短路导通，从而实现继电器闭合。并且具体的，在该实施例中，支撑梁1和驱动电极4间的短路行程为12微米。动触点2的动作行程为6微米。该实施例中，如图3所示，继电器本体除包括具有周期性的梳齿结构的支撑梁1，设置在支撑梁一端的动触点2等结构外，还包括支撑梁固支点5，其用于固定支撑梁1的另一端。还包括挡块6，其用于限制支撑梁1的动作范围，防止驱动电极4与支撑梁1接触短路。具体的，挡块的位置可设置在支撑梁长度1/3至2/3处。例如本实施例中挡块设置在支撑梁长度的1/2处。为了进一步理解本专利技术提出的MEMS继电器，下面结图4对本专利技术中MEMS继电器的器件工艺结构进行简要说明。本专利技术中，MEMS继电器的衬底为玻璃，继电器本体的相关结构由硅刻蚀形成，并最终通过阳极键合完成器件组装。在图4中，图例41表示玻璃，图例42表示键合区域的硅材料，图例43表示形成功能结本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种静电面内式MEMS继电器，包括衬底和设置在所述衬底上的继电器本体；所述继电器本体包括由周期性的梳齿结构构成的支撑梁，设置在所述支撑梁一端的动触点，相对于所述动触点设置的静触点，以及具有与所述支撑梁相对应的梳齿结构的驱动电极；所述驱动电极设置成，在静电作用下驱动所述支撑梁动作，从而带动动触点移动，使得所述动触点能够与所述静触点接触，实现继电器闭合。

【技术特征摘要】
1.一种静电面内式MEMS继电器，包括衬底和设置在所述衬底上的继电器本体；所述继电器本体包括由周期性的梳齿结构构成的支撑梁，设置在所述支撑梁一端的动触点，相对于所述动触点设置的静触点，以及具有与所述支撑梁相对应的梳齿结构的驱动电极；所述驱动电极设置成，在静电作用下驱动所述支撑梁动作，从而带动动触点移动，使得所述动触点能够与所述静触点接触，实现继电器闭合。2.根据权利要求1所述的静电面内式MEMS继电器，其特征在于，所述继电器本体还包括支撑梁固支点，其用于固定所述支撑梁的另一端。3.根据权利要求1所述的静电面内式MEMS继电器，其特征在于，所述继电器本体还包括挡块，其用于限制所述支撑梁的动作范围，防止所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵嘉昊，边潍，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11