微电子机械装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种装置，其包括含有微电子机械元件的开关，该微电子机械元件包括容纳电介质元件的密封腔和密封腔中的导体。设置该导体使得高于预定电压的电压施加到至少一个导体上，引起电介质元件的电离击穿而在导体间提供了导电路径。在另一实施例中，开关包括纳米管电子发射器或放射性同位素电子发射器。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微电子机械装置。
技术介绍
在形成井的过程中，要进行许多不同类型的操作，包括钻井、测井、完井和生产的步骤。使用多种不同类型的装置来执行期望的操作。这些装置的例子包括射孔枪用来执行打孔操作，流控制装置用来控制液体流量(喷射或生产)，封隔器用来隔离井的不同区域，以及其它的装置。激活这些装置的激活机构包括机械、液压和电激活机构。为了电激活井下装置，将电源连接到井下装置上。在井下模块的表面或者井下模块之中，这一般是使用开关来完成的。开关最初处于打开状态，用于将电源与井下装置隔离。当需要激活时，开关闭合用于为井下装置提供电源。在井眼的应用中，一种由气体放电管制成的开关，也即通常所说的火花隙开关，这种开关是触发型或过压型开关。触发型开关使用外部激励来闭合或激活开关。当横跨开关的电压水平超过阈值时过压型开关被激活。有些开关使用在其每端具有电极的充气管。为了使开关传导电流，或者应用触发电压于第三电极，或者在过压状态下强制导通开关。由于典型的充气管放电开关以管状几何排列，因相对长的导电路径长度，它通常与相对高的电感相连。同样，充气管的管状不允许开关的总尺寸适宜地减小。此外，充气管开关很难组装并且很难与其它元件集成。另一类开关包括爆炸冲击开关。该冲击开关使用具有顶部导体层、中心绝缘层和底部导体层的扁平柔性电缆构造而成。引爆该顶部层的少量爆炸物，导致绝缘层在两个导体层之间形成传导电离路径。这种开关的一种变形是“图钉”开关，其中使用锐利的金属钉刺透绝缘层，用以将顶部导体层和底部导体层电连接。图钉开关类似于爆炸开关却不可靠，因为当它穿透孔时，“图钉”可能仅仅将绝缘层沿着其弯曲，以至于该图钉不能在两个导体层之间进行连接。开关也可用于其它应用和其它的领域，例如在军事、医药、制造、通信、计算机、消费电子产品、建筑、爆破、地震和采矿应用中保护电子元件，快速分流危险电压和对地电流冲击，以激活电气装置，或者初始化爆炸装置。许多这种开关具有如上所述的各种缺点。
技术实现思路
概括地说，根据一个实施例，本装置包括具有微电子机械元件的开关，该微电子机械元件包括容纳电介质元件的密封腔以及密封腔内的导体。设置该导体使得应用电压高于预定电压而引起电介质元件的击穿从而提供导体间的导电路径。概括地说，根据另一实施例，开关包括至少2个导体和纳米管电子发射器以形成该至少2个导体间的至少部分的导电路径。从下列说明、附图及技术方案中，其它的特征和实施例将显而易见。附图说明图1示出了用于井眼中的下井仪器串的实施例。图2A是根据图1中实施例的下井仪器串中可用的爆炸箔引发器(EFI)触发电路的示意图。图2B示出图2A中的EFI触发电路的侧视图。图3示出包括微电子机械钉的微型开关的实施例。图4A-4B示出具有被易碎元件限制的电极的微型开关的另一实施例。图5还示出具有平行板和响应于施加的电流而可毁掉的介质层的微型开关的另一实施例。图6示出包括双稳元件的微型开关的另一实施例。图7A-7D还示出包括容纳介质气体的腔室的微型开关的另一实施例。图8示出包括可动电极的微型开关的另一实施例。图9是根据另一实施例的微型开关的横截面视图，其中包括火花隙以及确定部分火花隙的横赂隔开导体。图10是图9中微型开关的顶部视图。图11是微型开关的另一实施例，它类似于图9中的微型开关，除了将触发电极添加到图11中的微型开关中。图12是根据另一实施例的微型开关的横截面视图，其中提供的介质层具有形成火花隙的有限开口。图13是另一种微型开关的横截面视图，除了包括提供的触发电极，其类似于图12中的微型开关。图14是图13中微型开关的顶部视图。图15是根据另一不同实施例的微型开关的横截面视图，其中使用了纳米管电子发射器。图16是根据另一实施例的微型开关的横截面视图。图17示出形成在支撑结构上的纳米管电子发射器。具体实施例方式在下列描述中，给出许多细节以提供对本专利技术的理解。然而，本领域的技术人员可以理解没有这些细节也可以实现本专利技术从描述的实施例得到许多变形或修改也是可能的。例如，尽管提出了用于井眼的微型开关的参考，这种微型开关(或其它类型的微型电子机械开关装置)可用于其它的应用，例如地震、矿业、军事、医药、制造、通信、计算机、消费电子、建筑和爆破等等。正如这里使用的，术语“上”和“下”；“上部”和“下部”；“向上”和“向下”；“上面”和“下面”以及其它类似的术语，表明了在该说明书中使用的给定点或给定元件之上或之下的相对位置，用以更清楚地描述本专利技术的一些实施例。然而，当应用的装置和方法使用于偏离或水平的井中，或者当这种装置位于偏离或水平的方向时，这些术语可指左到右、右到左或其它适当的关系。参考图1，包括射孔枪15作为一实例的测井下井仪10向下穿过位于井眼8中的管道7，其中管道7沿着外壳9排列。封隔器6设置在管道7和外壳9之间，用来隔离管道外壳环面。测井下井仪10在载体12上运行，其中可以是钢丝绳、平直管线、管道或其它载体。某种类型的载体12(例如钢丝绳)可包括一个或更多的电导体13，通过电导体13可将电源和信号与测井下井仪10进行连通。如图1所示的射孔枪15包括多个聚能射孔弹20。在一个实施例中，这种聚能射孔弹20可以使用引发器(initiator)装置22来引爆，该引发器装置22可被从井表面发出的命令激活，该命令以电信号的形式发送到载体12中的一个或更多的电导体13。可选择地，该命令为压力脉冲命令或液压命令。引发器装置22可被信号电激活，该信号通过一个或更多电线24传导。测井下井仪10的其它工具包括封隔器、阀、塞、切割机或其它装置。因而，在这些其它工具中，发自井表面的命令可激活控制模块来调整封隔器，打开和关闭阀，或者开动或释放其它装置。为了激活测井下井仪10中的装置，提供开关将电信号或电源与装置相连。例如，为了将爆炸物启动，引发器装置22可包括开关和爆炸箔引发器(EFI)电路。根据一些实施例，开关可包括基于微电子机械系统(MEMS)技术的微电子机械元件。MEMS元件包括由输入能量(电能或其它类型的能量)驱动而可移动的机械元件。MEMS元件是以微型制造技术形成的微观尺度的元件，其包括在半导体衬底(例如硅衬底)上的显微机械加工。在显微机械加工的工序中，各种不同的蚀刻和图案形成步骤可用于形成期望的微型机械零件。MEMS元件的一些优点在于它们占用的空间小、所需的功率相对低、相对坚固并且相对便宜。根据其它实施例的开关由微电子技术制成，其类似于那些用于制造集成电路装置的开关。正如这里使用的，以MEMS或其它微电子技术形成的开关一般称之为“微型开关”。这些微型开关中的元件称之为“微型元件”，一般为以MEMS或微电子技术形成的元件。一般而言以MEMS技术实现的开关或装置称之为“微电子机械开关”。在一实施例中，微型开关可与其它元件集成，例如启动爆炸物的EFI电路。集成元件容纳在更小的封装中，在井眼中能够达到更有效的空间利用。正如这里所使用的，如果元件形成在相对小尺寸的封装中放置的公用支撑结构上，或彼此接近地安装，这些元件称之为“集成的”。因此，例如，微型开关可在与EFI电路相同的支撑结构上制造，用于提供因低效串联电阻(ESR)和低效串联电感(ESL)而更有效的开关。微型开关也可形成在具有其它元件的共用衬底本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种装置，包括：包含微电子机械元件的开关，该微电子机械元件包括：容纳电介质元件的密封腔；以及密封腔中的导体，其中设置该导体使得施加高于预定电压时引起电介质元件的电离击穿以在导体间提供导电路径。

【技术特征摘要】
US 2004-2-13 10/7081821.一种装置，包括包含微电子机械元件的开关，该微电子机械元件包括容纳电介质元件的密封腔；以及密封腔中的导体，其中设置该导体使得施加高于预定电压时引起电介质元件的电离击穿以在导体间提供导电路径。2.如权利要求1所述的装置，其中密封腔容纳了氩、氖、氦、氙、氮、氧和空气中的至少一种。3.如权利要求2所述的装置，其中密封腔容纳了氩、氖、氦、氙、氮、氧和空气中的至少任意两种的混合物。4.如权利要求1所述的装置，还包括衬底和盖，其中导体设置在衬底上，其中盖、衬底和导体确定了该密封腔。5.如权利要求4所述的装置，其中微电子机械装置还包括在盖表面和导体表面之间提供的密封元件以提供密封腔。6.如权利要求4所述的装置，其中的电介质元件包括电介质气体和电介质液体中的至少一种。7.如权利要求6所述的装置，其中的微电子机械元件还包括形成在密封腔中导体上的介质层，该介质层具有多个邻接相应导体的开口，以提供从导体穿过密封腔中容纳的电介质气体和电介质液体中至少一种的放电路径。8.如权利要求1所述的装置，其中微电子机械元件还包括置于密封腔中导体上的纳米管电子发射器。9.如权利要求8所述的装置，其中纳米管电子发射器包括碳纳米管电子发射器。10.如权利要求8所述的装置，其中纳米管电子发射器包括硼纳米管电子发射器。11.如权利要求1所述的装置，其中每个导体具有弯曲的侧面，该导体的弯曲侧面横越部分密封腔而彼此面对。12.如权利要求1所述的装置，其中微电子机械元件还包括接收脉冲信号以引起密封腔中电介质元件击穿的触发电极。13.如权利要求12所述的装置，其中的触发电极在密封腔中。14.如权利要求12所述的装置，其中触发电极在密封腔之外，但在邻近密封腔处。15.如权利要求1所述的装置，还包括与开关电连接的引发器。16.如权利要求15所述的装置，还包括本地能量源以提供开关的预定电压。17.如权利要求15所述的装置，其中的引发器包括爆炸箔引发器、爆炸桥引发器和半导体桥引发器中的至少一种。18.如权利要求1所述的装置，还包括衬底，导体形成于衬底表面上，其中至少部分密封腔在导体的侧面之间。19.如权利要求1所述的装置，其中电介质元件包括电介质气体和电介质液体中的至少一种。20.如权利要求19所述的装置，还包括开关所在的外壳，该外壳为密封腔提供密封。21.如权利要求1所述的装置，还包括邻近开关的放射性物质以提高电介质元件电离击穿的可预计性。22.如权利要求21所述的装置，其中在密封腔中提供放射性物质。23.如权利要求21所述的装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：NC莱尔切，JE布洛克斯，AF范纳鲁索，
申请(专利权)人：施卢默格控股有限公司，
类型：发明
国别省市：VG[英属维尔京群岛]