微致动器和锁定开关制造技术

一种微机电致动器(100)采用金属以用于热臂(101)，并采用硅以用 于冷臂(105)的至少柔性部分。由硅制成的冷臂(105)联接至随其移动且 当至少两个这样的致动器形成开关时用于携带有待切换的信号的金 属线路(107)。第一芯片上的这种开关的阵列可以与以倒装芯片的方式 结合到该第一芯片上的第二芯片协调地设置，该第二芯片在其上具有 将电气控制流传送到各热臂上以便对其加热且传送有待由该各开关 进行切换的信号的线路。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及对微动开关，如继电器特别有用的微致动器，更具体 地，涉及使用这种微致动器的锁定微动开关的阵列。
技术介绍
微机电系统(MEMS)是使用标准的半导体工艺建立的非常小的 可动机械结构。MEMS可设置为用作适用于许多种应用的致动器。这 些致动器通常具有几百微米的长度，且常常具有仅几十微米的宽度。 MEMS致动器通常构造和设置为悬臂的形式，其具有附连到衬底上的 一端，以及可以在至少两个位置之间移动的相对的自由端，其中一个 位置是中间位置，其它的位置是偏转位置。MEMS致动器的一个可行的用途是将其构造为开关。这些开关可 为锁定开关，即继电器。这些开关由至少一个致动器构成。在多个致 动器的情况下，它们顺次运作，以便将其各部分其中之一连接或释^:到另一相配合的致动器上的类似部分上。因为它们都非常小，所以可将大量的MEMS开关设置在单个芯片上。MEMS开关具有很多优点。尤其它们很廉价，并且如人们注意到 的那样是非常小的。通常情况下，其耗电量极小且其响应时间极短， 举例来说，关闭或打开MEMS开关的完整序列可能仅仅为几毫秒。典型的致动器基于一对臂，其中一个是所谓的冷臂，另一个是 所谓的热，，臂，两者都在一端处锚接到衬底上的层，并且在其相对端 处刚性地连在一起。注意，热臂通常是自其开口端处的两个锚部延伸 的开口端细线环，且在其封闭端处延伸到大约冷臂的端部。另外，通 常，冷臂和热臂是电隔绝的。开关触点通常附连到冷臂上，且位于梁4被连接的位置附近通过在纟皮称作锚垫的成对端子之间施加电势差使臂开始偏转， 其将热臂锚接到村底上。这是用于致动器的控制信号。该电势差在热 臂中引起通过焦耳加热而升高其温度的电流。取决于所使用的材料， 这种加热最终导致热臂的一部分收縮或伸长。目前，用于热臂的首选 材料是镍合金，因为其有大的热膨胀系数，合理的导电性，且易于利 用电镀技术来处理。假设冷臂未被有意加热且因此尺寸不会变化，则 所产生的热臂和冷臂的梁的尺寸上的差异(在加热前最初尺寸相同)将 在臂被连接的端部处产生横向位移。致动器可具有一个或多个热臂以及一个或多个冷臂，这取决于i殳 计。这种致动器设置成以便形成可以选择性地打开和关闭的开关。在2002年6月18日授予Wood等人的美国专利6,407,478中公开 了一个示例性的这种致动器，其通过引用而以类似于在本文中完整地 阐述的方式结合在本文中。Wood等人还公开了使用具有对温度响应 的一个或多个梁部件的孩i^L电器件的简化开关和开关阵列。例如，樣i 机电器件包括第 一 梁部件和第二梁部件，它们具有连接在锚部上的相 应的第一端，并且例如在其与该4苗部相对的端部附近连l妻在一起。通 过使第一梁部件和第二梁部件连接在一起，它们形成环路。第一梁部 件和第二梁部件通过第 一拴系锚部(tether anchor)而连接到绝缘拴系件 上。该微机电器件还包括第三梁部件，其具有连接到锚部上的第一端， 并且通过第二拴系锚部而连接到绝缘拴系件上。第 一梁部件和第二梁 部件中的至少一个梁部件构造成当将笫一梁部件和/或第二梁部件加 热到高于第三梁部件的温度时可伸长。因此，第一梁部件和第二梁部 件形成热臂，而第三梁部件为冷臂。通过用两个梁部件携带控制电流 来加热这两个梁部件中的一个或二者，微机电器件可使由第一梁部件 和第二梁部件限定的控制信号路径与由第三梁部件限定的负载信号路径电隔离开。这种致动器在本领域中被称为热致致动器。微机电闭锁开关，即继电器，可利用附连到衬底上的一对开关触头和上述第一致动器和第二致动器来形成。第一致动器具有连接到^ 底上的第一端，且具有连接到其上的触头。第一致动器还包括附连到 该触头上的第一突出部。第一致动器可操作，以响应于电流而偏转； 第二致动器具有连接到衬底上的第 一端，并且具有连接到其上的第二 突出部。第二致动器可操作，以响应于电流而偏转。第一致动器和第 二致动器定位成使得当第一突出部在成对的开关触点和第二突出部 之间与第二突出部相接合时，该触点与该对开关触点电连接。此外， 当第二突出部在该对开关触点和第 一 突出部之间与第 一 突出部相才妄 合时，该触点不与该对开关触点电连接。这种继电器的阵列可类似地 形成于单个衬底上。还参见发表在2004年IEEE电接触(IEEE Electrical Contacts )的 Agrawal的论文用于直流电和射频的闭锁微机电系统继电器(A Latching MEMS Relay for DC and RF Application),第50届IEEE Holm 电接触会议(50也IEEE Holm Conference on Electrical Contacts)和第22 届国际电才妄触会i义(22nd International Conference on Electrical Contacts) 会刊(2004.9.20 23)第222 - 225页，ISBN: 0-7803-8460-1， INSPEC 登记号8291957，数字标识号10.1109/HOLM.2004.1353121,并于 2004年11月8日17:30:48.0发布到网上，其通过引用而以类似于在 本文中完整地阐述的方式结合在本文中。于2006年5月2日授权症务Menard等人的美国专利6,407, 478(其 通过引用而以类似于在本文中完整地阐述的方式结合在本文中)公开 了一种安装在衬底上的MEMS悬臂致动器，该致动器包括细长的热 臂部件，该热臂部件具有两个间隔开的部分，各部分都在一端处设有 连接到衬底上的相应的锚垫，这些部分在与锚垫相对的公共端处连在 一起；细长的冷臂部件，其邻近且基本平行于所述热臂部件，该冷臂 部件在一端处具有连接到衬底的锚垫，并且具有与其锚垫相对的自由 端；以及绝缘拴系件，其在热臂部件各部分的公共端和冷臂部件的自 由端上附连，以将热臂部件和冷臂部件机械地联接在一起，并使它们说明书第4/13页保持电气独立。开关阵列中所釆用的致动器的各种元件以及有待切换的信号，通 常在形成于村底上、但位于致动器在其中形成的层下方的层中的线路 内进行布线或传送。因此，该致动器必须由对其处理时不会破坏线路 的材料制成。不幸的是，高温处理将会破坏这种线路。因此，通常采 用低温处理工艺，且因此致动器的热臂和冷臂通常例如利用众所周知的成型和电镀技术(如Agrawal论文中所述)由金属如镍来形成。金属具有良好的导电性能，因此适于用作用于有待由这种开关来 切换的信号的电导体。此外，金属的热膨胀相对较高，从而使得其在 加热时强烈地变形，因此非常适于用作热臂。然而，不利的是，金属 受到所谓蠕变的困扰，即当移除金属上使其形变的力后，金属的使 其返回到其初始形状的回复力特性失效。相比之下，硅不会经受蠕变，但其具有较高的阻抗，从而使它不 适于用作用于有待由这种开关切换的信号的电导体。此外，硅需要用 于进行处理的高温，以由其形成元件，这样的高温处理对处于下层的 线路是有害的。最后，与金属的热膨胀相比，硅的热膨胀相对有限， 因为硅在加热时不会像通常所采用的金属那样强烈地偏转，因此，相 对来说，硅不适于用作热臂。专利技术概述鉴于上述情况而认识到，根据本专利技术的原理，可通过采用金属以 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包括第一微机电致动器的装置，其包括：至少部分地由金属制成的第一热臂；和具有柔性部分的第一冷臂，所述柔性部分由硅制成，所述第一冷臂联接至所述第一热臂。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2006.9.11 US 11/519,1421. 一种包括第一微机电致动器的装置，其包括至少部分地由金属制成的第一热臂；和具有柔性部分的第一冷臂，所述柔性部分由硅制成，所述第一冷臂联接至所述第一热臂。2. 根据权利要求1所限定的发明，其特征在于，所述第一冷臂 联接至所述第一热臂，使得当所述热臂受热且改变其形状时所述冷臂 自其静止位置位移。3. 根据权利要求2所限定的发明，其特征在于，所述冷臂在所 述冷臂的一端处联接至村底，并且所述冷臂在所述冷臂的另一端处联: 接至所述热臂。4. 根据权利要求1所限定的发明，其特征在于，所述致动器还 包括适于与所述冷臂一致地移动、且当自其静止位置移动时基本不提供回复力的金属线路。5. 根据权利要求4所限定的发明，其特征在于，所述致动器是 开关的一部分，且所述金属线路适于携带有待由所述开关切换的信号。6. 根据权利要求4所限定的发明，其特征在于，所述金属线路 至少部分地安装在所述冷臂上。7. 根据权利要求6所限定的发明，其特征在于，所述金属线路 不是安装在所述冷臂的所述柔性部分上。8. 根据权利要求1所限定的发明，其特征在于，所述第一冷臂 联接至所述第一热臂，使得当所述热臂受热且改变其形状时，所述冷臂自其静止位置位移。9. 根据权利要求1所限定的发明，其特征在于，所述第一致动 器还包括联接至所述第一冷臂的第一金属线路，并且，其中，所述装 置是开...

【专利技术属性】
技术研发人员：F·帕多，
申请(专利权)人：卢森特技术有限公司，
类型：发明
国别省市：US