电子切换自锁微磁继电器及器件的操作方法技术

根据本发明专利技术的不同实施例，可适当地制成呈现断开状态和闭合状态的继电器（１００）。通过提供对磁场灵敏的悬臂（１１２）来操作继电器（１００），该悬臂呈现出对应继电器断开状态的第一状态和对应继电器闭合状态的第二状态。所提供的第一磁场在悬臂（１１２）中感应磁矩，悬臂可通过第二磁场在第一状态和第二状态之间切换，第二磁场可由，例如，在与继电器连成一体的基片上所制成的导体产生。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及继电器。更确切地说，本专利技术涉及低功耗的自锁微磁继电器和制作与操作微磁继电器的方法。
技术介绍
继电器通常是电子控制的两种状态的器件，该器件断开或闭合电子接触从而影响电子线路中器件的操作。换言之，继电器典型地，起到触发或不触发电器、光学或其它设备部分的切换的作用。继电器通常用于包括电子通信、无线电频率(RF)通讯、便携式电子产品、消费类和工业类电子产品、航空航天和其它系统的许多应用中。虽然早期的继电器为机械或固态器件，但在微电子机械系统(MEMS)技术和微电子生产中的最新发展已使微静电继电器和微磁继电器成为可能。这种微磁继电器通常包括激励电枢来形成或断开电子接触的电磁铁。当磁铁去除激励时，弹簧或其它机械力通常使电枢恢复到静态位置。这样的继电器通常呈现许多明显的缺点，这是因为，它们通常只能呈现一个单一的稳定输出(比如，静止状态)，并且它们不是自锁的(比如，当电源从继电器撤走时它们不保持恒定的输出)。此外，传统微磁继电器所需要的弹簧长时间下来会退化或断裂。在Taglor等人1998年12月8日申请的美国专利号5,847,631中描述了另一种微磁继电器，在这里通过参考文献完整地结合了这种继电器。在该文献中所披露的继电器包括了产生磁场的永磁铁和电磁铁，该电磁铁能间歇地对抗着由永磁铁所产生的磁场。虽然该继电器意味着具有双稳态，但继电器需要在电磁铁中损耗功率以维持至少一个输出状态。此外，产生对抗磁场所需要的功率是相当大的，从而使该继电器难以适合在航空航天、可携式电子产品和其它需要低功率损耗的场合中使用。因此，需要一种不需要功率来维持状态的双稳态自锁继电器。这类的继电器也应该是可靠的、设计简单的、低成本并且容易制造的。
技术实现思路
根据本专利技术的不同实施例，适合于制成呈现断开状态和闭合状态的继电器。继电器采用对磁场敏感的悬臂梁来操作，使得悬臂梁呈现出对应于继电器开路状态的第一状态和对应继电器闭合状态的第二状态。可提供第一磁场来感应悬臂梁中的磁矩，而具有第二磁场的悬臂梁可在第一状态和第二状态之间切换，该第二磁场可由——比如，在继电器的基片上形成的导体——产生。附图简述本专利技术上述及其它特征和优点将在下文结合附图对举例实施例的详细描述中得到描述，其中，使用相同的标号来表示在类似视图中的相同或类似的部分，以及附图说明图1A是自锁继电器典型实施例的侧视图；图1B是自锁继电器典型实施例的俯视图；图2A-H是显示制造自锁继电器典型技术的侧视图；图3A是自锁继电器第二实施例的侧视图；图3B是自锁继电器第二实施例的俯视图；图3C是适用于自锁继电器第二实施例的典型悬臂梁的立体图；图4A是自锁继电器第三实施例的侧视图；图4B是自锁继电器第三实施例的俯视图；图4C和图4D是适用于自锁继电器第三实施例的典型悬臂梁的立体图；以及图5是自锁继电器第四实施例的侧视图。典型实施例的详细描述应该理解的是这里示出和描述的特定应用只是本专利技术的例子，绝对不是用于限制本专利技术的范围。的确，为了简洁，传统电子、制造、MEMS技术和其它系统的其它功能(以及系统单一工作部件的元件)在这里都不再进行详细地描述。另外，为了简洁的目的，下文也经常将本专利技术描述成属于在电器或电子系统中使用的微电子机械继电器。应该理解的是也可使用许多其它的制造技术来生产这里描述的继电器，而这里描述的技术也可在机械继电器、光学继电器或其它开关器件中使用。此外，该技术适合于在电器系统、光学系统、消费电子产品、工业电子产品、无线电话系统、航空航天应用或任何其它应用场合。另外，应该理解的是这里所作的空间描述仅仅是为了描绘的目的，实际的自锁继电器可以采用任何方向或方式的空间排列。这些继电器的阵列也可采用适当的方式相互连接以及与适当的器件相互连接来形成。自锁继电器图1A和图1B分别显示了自锁继电器的侧视图和俯视图。参考图1A和图1B，典型的自锁继电器100一般都包括磁铁102、基片104、罩住导体114的绝缘层106、触点108和采用台阶层110固定上述基片的悬臂112。磁铁102可以是任何类型的磁铁，诸如永磁铁、电磁铁或任何其它能够产生磁场H0134的磁铁，以下将作更全面描述。在典型实施例中，磁铁102采用了加里福尼亚Fremont Dexter磁铁技术公司出品型号为59-P09213T001的磁铁，当然也可以使用任何类型的磁铁。可以任何方式来产生任意数量级的磁场134，诸如从大约1奥斯特到104奥斯特或更高。在图1所示的典型实施例中，所产生的磁场H0134可近似平行Z轴并具有大约为370奥斯特的数量级，当然其它的实施例对磁场134会采用不同的方向和数量级。在不同的实施例中，单一的磁铁102可与共用同一基片104的多个继电器100结合使用。基片104由诸如硅、砷化镓、玻璃、塑料、金属或其它基片材料之类的任何类型的基片材料制成。在不同的实施例中，基片104可用绝缘材料(诸如氧化物)涂层并平面化或使之平整化。在不同的实施例中，多个自锁继电器100可共用一块单一的基片104。另外，其它器件(诸如晶体管、二极管或其它电子器件)可采用诸如传统的集成电路生产技术与一个或多个继电器100一起制成在基片104上。另外，磁铁102也可用作为基片，将以下讨论的附加元件直接在磁铁102上制成。在这类实施例中，可不需要分离的基片104。绝缘层106由诸如氧化物或另一种绝缘体之类的任何材料制成。在典型实施例中，绝缘层由Probimide7510材料形成。绝缘层106适用于罩住导体114。在图1A和图1B显示了导体114，它是两个端点126和128都设置了线圈图案内的单一导体。导体114的另一实施例采用了单一或多个设置在任何合适图案内的导电段，该合适图案可包括例如蜿蜒图案、螺旋形图案、无规则图案或任何其它图案。导体114由诸如金、银、铜、铝、金属或类似能够导电的任何材料形成。因为导体114导电，便在导体114的周围产生磁场，正如以下所作的更全面的描述。悬臂112是能够受磁场力影响的任何电枢、延伸、露头或构件。在图1A所示的实施例中，悬臂112一般都包括磁铁层118和导电层120。磁铁层118可由导磁合金(诸如NiFe合金)或任何其它磁敏材料制成。导电层120可由金、银、铜、铝、金属或任何其它导电材料形成。在不同的实施例中，悬臂112具有对应于继电器100是“开路”还是“闭合”的两种状态，正如以下所作的更全面的描述。在许多实施例中，当导电层120将台阶层110与触点相连接时，继电器100被称之为“闭合”。相反地，当悬臂112不与触点108电接触时，继电器被称之为“开路”。因为可物理移动悬臂112使之与触点108进行接触和不接触，所以悬臂112的不同实施例都可灵活应用，使得悬臂112可适当地弯曲。可通过改变悬臂(或其不同的元件层)的厚度、通过悬臂上形成图案或形成小孔或切口、或通过使用增加灵活性的材料来获得灵活性。另外，悬臂112也可制成绞链的排列，正如以下参照图3所描述的。虽然悬臂112的尺寸当然可以根据不同的应用作大幅度的改变，但是适用于在微磁继电器100中所使用的典型悬臂112在长度上可为10-1000微米的数量级，在厚度上可为1-40微米的数量级，在宽度上可为2-600微米的数量级。例如，根据图1所示实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种操作具有断开状态和闭合状态的继电器的方法，其特征在于，所述的方法包括步骤：提供对磁场敏感的绞链悬臂，所述的悬臂具有对应所述继电器的所述断开状态的第一状态和对应所述继电器的所述闭合状态的第二状态；提供第一磁场，在所述的悬臂中引起磁 力矩；以及，采用第二磁场在所述的第一状态和所述的第二状态之间切换所述的悬臂。

【技术特征摘要】
US 2000-2-2 09/496,4461.一种操作具有断开状态和闭合状态的继电器的方法，其特征在于，所述的方法包括步骤提供对磁场敏感的绞链悬臂，所述的悬臂具有对应所述继电器的所述断开状态的第一状态和对应所述继电器的所述闭合状态的第二状态；提供第一磁场，在所述的悬臂中引起磁力矩；以及，采用第二磁场在所述的第一状态和所述的第二状态之间切换所述的悬臂。2.权利要求1的方法，其特征在于，所述的切换步骤包含采用所述的第二磁场重新校准所述悬臂的磁化，从而调节所述磁力矩方向的步骤。3.权利要求2的方法，其特征在于，还包含通过向导体通电产生所述的第二磁场的步骤。4.权利要求3的方法，其特征在于，所述第二磁场的方向是所述电流方向的作用。5.权利要求4的方法，其特征在于，当所述的电流以第一方向流动时，所述的第二磁场将所述的继电器设置为所述的断开状态。6.权利要求5的方法，其特征在于，当所述的电流以第二方向流动时，所述的第二磁场将所述的继电器设置为所述的闭合状态。7.权利要求6的方法，其特征在于，所述的悬臂由所述的第一磁场维持在所述的第一位置和所述的第二位置。8.权利要求1的方法，其特征在于，所述的悬臂由所述的第一磁场维持在所述的第一位置和所述的第二位置。9.一种具有断开和闭合状态的继电器，其特征在于，所述的继电器包括绞链悬臂，具有分别对应所述继电器的所述断开和闭合状态的第一和第二状态；磁铁，配置以提供第一磁场，使得所述的第一磁场能将所述的悬臂维持在所述的第一和第二状态中的一种状态；以及导体，配置以提供电流流过所述导体产生作用的第二磁场，从而所述的第二磁场使得所述的悬臂在所述的第一和第二状态之间切换。10.权利要求9的继电器，其特征在于，所述的第二磁场在所述的悬臂中感应出力矩，从而当所述的电流以第一方向流过所述导体时，所述的悬臂置于第一状态。11.权利要求9的继电器，其特征在于，当所述的电流以第一方向流过所述导体时，所述的悬臂置于第一状态。12.权利要求11的继电器，其特征在于，当所述的电流以第二方向流过所述导体时，所述的悬臂置于第二状态。13.权利要求9...

【专利技术属性】
技术研发人员：阮梅春，申军，
申请(专利权)人：亚利桑那州立大学，
类型：发明
国别省市：US[美国]