开关结构制造技术

本发明专利技术涉及一种开关结构，具体而言，提供了一种诸如开关结构（１００）的装置，该装置包括触头（１０２）和导电元件（１０４）。该导电元件可构造成可选择性地在非接触位置和接触位置之间运动，在非接触位置上，导电元件与触头分开（在一些情况下，分开小于或等于约４μｍ的距离，而在其它情况下，分开小于或等于约１μｍ的距离），在接触位置上，导电元件与触头接触，且与该触头建立电连通。当导电元件设置在非接触位置上时，触头和导电元件可构造成支持在其之间的、带有大于３２０Ｖμｍ－１的量值的电场和／或约３３０Ｖ或更大的电势差。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的实施例一般涉及用于切换电流的装置，且更具体地涉及微机电开关结构。
技术介绍
断路器是设计成保护电气设备不受电路中的故障导致的损害的影响的电气装置。 传统上，许多常规的断路器包括大体积(宏)机电开关。不幸的是，这些常规的断路器尺寸较大，且可必须使用较大的力来促动切换机构。另外，这些断路器的开关一般以相对低的速度操作。此外，这些断路器构造起来复杂，并且从而制造昂贵。另外，当常规断路器中的切换机构的触头在物理上分开时，有时可在触头之间形成电弧，该电弧允许电流继续流过开关， 直到电路中的电流停止为止。而且，与电弧相关联的能量可严重地损害触头，以及/或者对人员造成烧伤危险。作为慢机电开关的备选方案，相对快速的固态开关已经用于高速切换应用中。 这些固态开关通过电压或偏压的受控制的应用来在导电(conducting)状态和非导电 (non-conducting)状态之间切换。但是，因为当固态开关切换到非导电状态中时，它们不在触头之间产生物理间隙，所以当名义上不导电时，它们会经受泄漏电流。此外，由于内部阻抗的原因，在导电状态中操作的固态开关会经受电压降。电压降和泄漏电流两者在正常的操作环境下会促成功率耗散和过热的产生，这对开关性能和寿命可能是有害的。而且，至少部分由于与固态开关相关联的固有泄漏电流的原因，固态开关不可能在断路器应用中使用。基于切换装置的微机电系统(MEMS)可对以上针对某些电流切换应用所描述的宏机电开关和固态开关提供有用的备选方案。基于MEMS的开关往往在设置成传导电流时具有低电阻，且在设置成中断通过其中的电流时具有低的(或没有)泄漏。另外，期望基于 MEMS的开关比宏机电开关展现更快的响应时间。
技术实现思路
在第一个方面，提供了一种诸如开关结构的装置，该装置包括在一些情况下设置在基底上的触头和导电(conductive)元件。导电元件可构造成可选择性地在非接触位置和接触位置之间运动，在非接触位置上，导电元件与触头分开(例如，分开小于或等于约 4 μ m的距离，而在一些情况下分开小于或等于约1 μ m)，而在接触位置上时，导电元件与触头接触，且与触头建立电连通。当导电元件设置在非接触位置上时，触头和导电元件可构造成支持在其之间的、带有大于320νμ πΓ1的量值的电场(例如，由于其之间的至少约330V的电势差的原因)。在一些实施例中，触头和导电元件可为微机电装置的一部分，且导电元件可具有大于或等于IO3HT1的表面积对体积比率。导电元件可构造成当在接触位置和非接触位置之间运动时经历变形。导电元件可包括悬臂。触头或导电元件中的至少一个可具有构造成使得当导电元件在非接触位置上时触头和导电元件之间的静电力小于使导电元件和触头接触所需的力的有效接触表面积(例如，小于或等于约100 μ m2)。在一些实施例中，触头和导电元件可构造成在导电元件设置在非接触位置上时将它们之间的电流限制到约 μΑ或更小。在一些实施例中，当导电元件设置在非接触位置上时，触头和导电元件可构造成保持在以至少约330V的振幅和以小于或等于约40GHz的频率振荡的电势差处，或保持在至少约330V的电势差处达至少约1 μ s的时间。在一些实施例中，装置可包括与触头或导电元件中的至少一个电连通且构造成供应至少约330V的电压的功率源。该功率源可构造成当导电元件设置在接触位置上时供应至少约ImA的电流。在另一方面，提供了一种诸如开关结构的装置，该装置包括触头和导电元件。导电元件可构造成可选择性地在非接触位置和接触位置之间运动，在非接触位置上，导电元件与触头分开，在接触位置上，导电元件与触头接触，且与触头建立电连通。当导电元件设置在非接触位置上时，触头和导电元件可构造成保持在至少约330V的电势差处。附图说明在参照附图阅读以下详细描述时，将更好地理解本专利技术的这些和其它特征、方面及优点，在附图中，相同标号在整个图中表示相同部件，其中图1是根据一个实例实施例构造的开关结构的示意性透视图；图2是图1的开关结构的示意性侧视图；图3是图1的开关结构的示意性分裂的透视图；图4是在断开位置上的、图1的开关结构的示意性侧视图；图5是在闭合位置上的、图1的开关结构的示意性侧视图；图6Α是图1的开关结构的示意性侧视图，该开关结构包括保持在相同电势处的梁和触头；图6Β是在图6Α中标示为6Β的区域的放大视图；图7Α是图1的开关结构的示意性侧视图，其中，梁和触头分别保持在不同的电势处；图7Β是在图7Α中标示为7Β的区域的放大视图；图8是根据另一个实例实施例构造的开关结构的示意性侧视图；图9Α是根据又一个实例实施例构造的开关结构的示意性侧视图，该开关结构包括梁和触头；图9Β是图9Α的开关结构的梁的示意性透视图；图10是显示了梁的表面的粗糙程度的、在图4中标示为10的区域的放大视图；图11是显示了梁的表面和触头的表面之间的接触的细节的、在图5中标示为11 的区域的放大视图；图12Α-Ε是表示了制造根据一个实例实施例构造的开关结构的过程的示意性侧视图。部件列表100开关结构102触头104悬臂梁106锚件(anchor)108基底110电极112负载功率源114表面116表面202触头204梁208基底210门电极214表面21 有效接触表面220介电层302触头304梁316表面316a有效接触表面320介电层402触头404梁408基底410电极430二氧化硅432粘合层434晶种层(seed layer)436金属层438光刻胶(Photoresist)具体实施例方式下面参照附图对本专利技术的实例实施例进行详细描述，在附图中，相同参考标号在所有图中表示相同部件。这些实施例中的一些可处理上述和其它需要。参看图1-3，其中显示了根据一个实例实施例构造的开关结构100的多个示意图。 开关结构100可包括触头102，该触头102例如可为至少部分由导电材料(例如金属)形成的凸垫(raised pad)。开关结构100还可包括至少部分由导电材料(例如金属)形成的导电元件，例如悬臂梁104。梁104可由锚件106支承，该锚件106可用作将梁连接到下面的支承结构(例如基底108)上。触头102也可由基底108支承。将触头102和梁104设置在基底108上有利于通过微型加工技术(例如，汽相淀积、电镀、光刻法、湿法和干法蚀刻等)生产开关结构100。沿着这些线路，开关结构100可组成微机电装置或MEMS的一部分。例如，触头102和梁104可具有大约几或几十微米或纳米的特征。在一个实施例中，梁104可具有大于或等于IO3HT1的表面积对体积比率。下面进一步论述涉及用于加工开关结构100的可能的方法的细节。基底108还可包括或支承用作对触头102和梁104提供电连接的图案化的(patterned)导电层(未显示)。这些导电层还可使用标准的微型加工技术来加工。参看图1-5，梁104可构造成可选择性地在非接触位置或“断开”位置(例如，图4) 和接触位置或“闭合”位置之间运动，在非接触位置或“断开”位置上，梁与触头102分开，在接触位置或“闭合”位置上，梁与触头接触，且与触头建立电连通。例如，梁104可构造成当在接触位置和非接触位置之间运动时经历变形，从而使得梁在自然状态下(即，在缺少外部本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种装置，包括触头（１０２）；以及构造成可选择性地在非接触位置和接触位置之间运动的导电元件（１０４），在所述非接触位置上，所述导电元件与所述触头分开，在所述接触位置上，所述导电元件与所述触头接触，且与所述触头建立电连通，其中，当所述导电元件设置在所述非接触位置上时，所述触头和所述导电元件构造成支持在其之间的、带有大于３２０Ｖμｍ－１的量值的电场。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：王雪峰，MF艾米，S班萨尔，CF凯梅尔，KVSR基肖尔，K苏尔布拉马尼安，D帕特罗，VK辛哈，O普拉卡什，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]