微型继电器制造技术

提供了一种包括Ｓ形支撑元件的微结构继电器。Ｓ形支撑元件在继电器中产生了多余行程，用以在继电器的整个寿命期限中产生高的接触力和低的接触电阻。在支撑元件上适当部位的压应力和拉应力引发层使之按所需弯曲。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总地来说涉及微型结构，并具体地说涉及由微型结构形成的继电器及开关或阀。
技术介绍
电子继电器广泛用于各种应用中。这些应用包括例如选择不同的导电路径或开启或关闭电路。一般地是，继电器包括线圈和用于接合或分离一对触点的机械元件。在给线圈供能时，产生电磁场以接合触点，形成电连接。目前存在对消费品(例如，电子和通信产品)小型化的要求，这就产生了减小继电器尺寸的相应需求。然而，传统的电子机械继电器不适于轻易小型化。例如，对于可以减小的线圈的尺寸存在限制，这种限制减少了利用继电器产品的小型化程度。上述讨论证明了需要提供一种允许进一步小型化的继电器结构。
技术实现思路
本专利技术涉及一种微结构继电器。该继电器包括一具有上和下部分的主体。提供了具有固定在主体上以形成悬臂的第一端的支撑元件。支撑元件的上表面和主体上部的下表面形成空腔。第一接触区位于支撑元件第二端部的上表面上。第一接触区包括第一触点，当支撑元件被向上朝该下表面移动时，该触点被电连接到第二触点上。根据本专利技术的一实施例，主体的上部被形成在主体下部上。这只要求一单独的基板以制造该继电器，避免了对将继电器上和下部结合到一起的需要。根据本专利技术的另一实施例，继电器包括一S形支撑元件以提供多余行程(over-travel)。第一和第二应力层被用于形成S形支撑元件。第一应力层引发压应力以使支撑元件弯曲而远离继电器的上部，而第二层被设置以使第一接触区在相反方向上朝着继电器上部弯曲。第一应力层可以被构图以位于支撑体上除了第一接触区之外。在一实施例中，应力层包括用半导体加工技术形成的高温材料。提供了一种生产微结构的方法。该方法包括利用电化学蚀刻以形成微结构。电化学蚀刻依靠刻蚀阻挡层(etch stop layer)，例如，此层可以是一p-n节。例如，电化学蚀刻刻蚀p型掺杂部分或区域，而在n型掺杂区终止。在一实施例中，使用了一重掺杂的p型区。重掺杂p型区的使用使蚀刻能够形成具有小于250μm的横向尺寸的孔或槽。附图说明图1A至图1B是根据本专利技术实施例的继电器的横截面图和平面图；图2A至图2B是根据本专利技术另一实施例继电器的横截面图和平面图；图3至图8是示出根据本专利技术实施例的继电器生产方法的三维视图；图9至图10是示出生产继电器的替换方法的三维视图；以及图11至图12是示出生产继电器的另一方法的三维视图。具体实施例方式本专利技术涉及微结构的制造。具体地，本专利技术涉及由微结构形成的继电器。使用微结构能够生产小型化继电器。图1A至图1B分别是根据本专利技术一实施例的微型继电器的横截面图和平面图。如图所示，该继电器包括一主体110。主体包括支撑元件160。该支撑元件在第一端部163被主体支撑，形成一悬臂。第一接触区133被设置在支撑元件第二端部165附近。第一接触区包括第一触点131。一间隙将支撑元件的顶面168与主体的表面109分开，形成空腔121。空腔允许支撑元件绕第一端部163转动。表面109包括接触区134，其上设置了第二触点130。第二触点通常被称作相对触点(counter contact)。第一和第二触点被定位以使得当支撑元件向上朝表面109转动时它们相互接触。触点的尺寸依赖于设计参数，并且可随要求变化。典型地，触点的高度为约2-10微米(μm)。静电力被用于将支撑元件朝表面109移动或转动以使第一和第二触点接合。继电器结合了具有加载其上的相反电荷或相反偶极层的电极的使用以产生静电力。根据本专利技术的一实施例，第一电极141位于支撑元件的表面168上，而第二电极140位于主体的表面109上。电极与触点绝缘。如图所示，第一和第二电极相互对齐以在相反电荷加载到电极上时产生静电力。介电层145被设置在第一或第二电极上，以防止当支撑元件朝表面109向上移动时短路。在所有电极上设置介电层也是有用的。实际上，电极和介电层形成电容以用于产生静电力。所产生的静电力的大小依赖于例如电极表面积、加在电极上的电压(接入电压)和电极间距离。产生足够静电力需要的所加电压依赖于设计参数，诸如支撑元件的刚度和所需接触力。在一实施例中，主体包括上和下部105和106。下部106优选地包括硅。其它晶体材料诸如砷化镓也是有用的。诸如石英、陶瓷、玻璃、诸如硼硅酸盐玻璃、菲利克斯(Pyrex)的硅酸盐玻璃、或其它可以为继电器元件提供支撑的材料也可以被使用。在一实施例中，上部105包括镍或诸如镍铁的镍合金。也可以使用其它包括金、合金、塑料、环氧树脂和可按需要充分支撑继电器元件的材料。根据本专利技术一实施例，上部被形成或沉积在下部上。这有利地避免了传统两片晶片方法所需的将上部和下部粘结到一起，提高了可靠性并降低了生产成本。在上部中，设置了表面109，第二触点130位于其上。第二触点形成在表面109上第二接触区134内。如图所示，在第二接触区内的表面108从表面109凹进以产生用于触点的分离接触区。也可以使用未从表面109凹进的第二接触区。触点包括导电材料。触点材料应当具有低的接触电阻、良好的热导系数，以及硬度以在继电器的整个寿命期间内抵抗中击(sticking)。触点材料的其它所需特性包括高的抗电弧能力、高的起弧电压、低应力，以及低的或没有冷焊效应。在一实施例中，触点包括金。例如，包含诸如金钯、金镍和金钴等的金，或包含银的合金也是有用的。其它提供良好接触特性的导电材料对形成触点也是有用的。支撑元件160在第一端部163处被主体支撑。包括第一触点131的第一接触区133位于支撑元件的第二端部165附近。没有必要使用相同的材料以形成第一和第二触点。当支撑元件被向上移动时，触点相互接触。在一实施例中，支撑元件是主体下部的一部分。这种支撑元件包括与主体下部相同的材料。在优选实施例中，支撑元件包括单晶硅。其它单晶材料对形成下部和支撑元件也是有用的。包括诸如低疲劳和低蠕变的良好弹性性能的材料也是有用的。提供不是主体下部的一部分的支撑元件也是有用的。通过这种结构，那些与包括主体下部的材料不同的材料可以被用于支撑元件。具有良好弹性性能的材料对形成支撑元件是有用的。在一实施例中，支撑元件包括多晶硅。多晶硅可以被沉积为多晶或非晶硅，并重结晶而形成多晶硅。形成支撑元件的外延生长的单晶材料的使用也是有用的。显现良好弹性性能的镍、诸如镍铁的镍合金、金属、或金属合金也可以被用于形成支撑元件。第二电极140被设置在主体上部的表面109上，而第一电极141被设置在支撑元件的表面168上。电极包括导电材料。各种导体或半导体材料都可被用于形成电极。为简化工艺，电极可用被用以形成触点的相同材料形成。电极的厚度不是关键。然而，第一电极应当相对薄，以减少由支撑元件上的电极导致的机械应力的影响(impact)。在一实施例中，第一电极应当尽可能薄以使支撑元件上的应力最小。电极与触点隔离或分开。触点和电极间的分隔依赖于设计要求，诸如供电电路和负载电路之间的绝缘电压和最大连续驱动电压。在一实施例中，介电层145被设置在整个第二电极上以提供电极和其它元件之间的所需绝缘。在整个第一电极上或所有电极上提供介电层也是有用的。介电层的厚度依赖于材料的绝缘特性和设计要求，诸如，例如，供电和负载电路间的绝缘电压和最大连续驱动电压。电极和触点分别设置有到接触焊盘179的连接部或引线1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微结构继电器，包括： 主体，其包括上部和下部，其中下部由基板形成，而上部形成在基板上以避免将下部粘接到上部； 支撑元件，其具有固定在主体上以形成悬臂的第一端部，其中，支撑元件的上表面和主体上部的下表面形成空腔；以及 第一接触区，其位于支撑元件第二端部的上表面，第一接触区包括第一触点，其中，将支撑元件向下表面转动导致第一触点电连接至相对触点。

【技术特征摘要】
1.一种微结构继电器，包括主体，其包括上部和下部，其中下部由基板形成，而上部形成在基板上以避免将下部粘接到上部；支撑元件，其具有固定在主体上以形成悬臂的第一端部，其中，支撑元件的上表面和主体上部的下表面形成空腔；以及第一接触区，其位于支撑元件第二端部的上表面，第一接触区包括第一触点，其中，将支撑元件向下表面转动导致第一触点电连接至相对触点。2.如权利要求1所述的微结构继电器，其中，支撑元件被静电力向下表面转动，静电力通过加载电势到第一和第二电极上产生，第一电极位于上表面，而第二电极位于下表面。3.如权利要求2所述的微结构继电器，还包括在下表面上的第二接触区，第二接触区包括第二触点。4.如权利要求3所述的微结构继电器，其中，支撑元件具有S形，以在支撑元件向下表面旋转时提供了多余行程。5.如权利要求4所述的微结构继电器，其中，S形支撑元件包括第一和第二应力层，第一应力层在支撑元件上引发压应力以使之弯曲而远离下表面，第二应力层在第一接触区上引发拉应力以导致第一接触区向下表面弯曲。6.如权利要求5所述的微结构继电器，其中，第一接触区向下表面的弯曲确定了多余行程。7.如权利要求6所述的微结构继电器，还包括在下表面内的多余行程区，该多余行程区容纳第一接触区的弯曲，以防止多余行程被阻碍。8.如权利要求7所述的微结构继电器，其中，支撑元件包括硅。9.如权利要求8所述的微结构继电器，其中，第一应力层包括氧化硅。10.如权利要求9所述的微结构继电器，其中，第二应力层包括氮化硅。11.如权利要求10所述的微结构继电器，其中，主体的下部包括硅。12.如权利要求11所述的微结构继电器，其中，上部包括镍。13.如权利要求12所述的微结构继电器，还包括将主体上部与第二触点和第二电极绝缘的介电层。14.如权利要求7所述的微结构继电器，其中，支撑元件包括镍。15.如权利要求14所述的微结构继电器，其中，第一应力引发层包括氧化硅，而第二应力引发层包括多晶硅。16.如权利要求15所述的微结构继电器，其中，多晶硅包括掺杂多晶硅。17.如权利要求16所述的微结构继电器，还包括在支撑元件的与上表面相对的表面上的补偿层，补偿层具有大小上与第一应力引发层的TCE相近的热膨胀系数(TCE)。18.如权利要求17所述的微结构继电器，其中，所述补偿层的本征应力小于第一应力层的本征应力，以减小补偿层对支撑元件的影响。19.如权利要求2所述的微结构继电器，还包括第二支撑元件，所述第二支撑元件具有固定在主体上的第一端部，且第二触点被支撑在第二支撑元件上表面的第二端部上。20.如权利要求19所述的微结构继电器，还包括在第一和第二支撑元件的上表面上的应力引发层，应力引发层在支撑元件上引发压应力，以导致支撑元件弯曲而离开主体上部的下表面。21.如权利要求20所述的微结构继电器，其中，支撑元件包括硅。22.如权利要求21所述的微结构继电器，其中，应力引发层包括氧化硅。23.如权利要求22所述的微结构继电器，其中，第二支撑元件比第一支撑元件短。24.如权利要求23所述的微结构继电器，其中，多余行程由第二支撑元件确定。25.如权利要求24所述的微结构继电器，还包括在第二支撑元件上的多余行程区，以确保当第一支撑元件向下表面转动时多余行程不被阻挡。26.一种微型继电器，包括主体，其包括上部和下部；支撑元件，其在第一端部被主体支撑以形成悬臂，其中，支撑元件的主要表面与主体上部的下表面形成空腔；以及第一接触区，其位于支撑元件第二端部的主表面上，第一接触区包括第一触点；支撑元件具有S形，其中，支撑元件的主体在远离主体上部表面的方向上弯曲，而第一接触区在朝主体上部表面的方向弯曲；当S形支撑元件朝下表面旋转时，其导致第一触点电连接到相对触点上。27.如权利要求26所述的微结构继电器，其中，支撑元件被静电力朝下表面转动，静电力通过将电势加载到第一和第二电极上产生，第一电极位于上表面上，而第二电极位于下表面上。28.如权利要求27所述的微结构继电器，还包括在下表面上的第二接触区，第二接触区包括第二触点。29.如权利要求28所述的微结构继电器，其中，S形支撑元件...

【专利技术属性】
技术研发人员：厄皮利斯里达，维克托D桑珀，符芳涛，德克瓦格纳，凯克鲁普卡，赫尔穆特施拉克，
申请(专利权)人：蒂科电子输给系统股份公司，
类型：发明
国别省市：SG[新加坡]