集成超小型继电器制造技术

本发明专利技术公开了微型继电器，其克服了现有技术的一些限制和缺点。该微型继电器包括：（1）第一基底，其包括一个或多个单片地集成的平坦线圈，用于产生磁场；和（2）第二基底，其包括磁性地作动的开关，该开关具有运动触点，该触点选择性地在平行于其基底的平面中运动。第一和第二基底对齐并粘合，以共同地提供闭合磁路，该磁路有效地导通通过开关产生的磁场。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术通常涉及磁作动的作动器，更特别地，涉及磁作动的微型继电器。
技术介绍
继电器是电气开关设备，其采用第一电流的流动控制第二电流的流动。继电器通常包括两个主要组件(1)基于第一电流的流动而产生磁场的电磁线圈；和(2)用于控制第二电流的磁作动电气开关，其中该开关通过产生的磁场作动。具有电气触点的电磁继电器通常包括连接和不连接所述触点的工作间隙，和产生磁场的电磁线圈，其经由磁路耦接到工作间隙上。为在线圈和工作间隙之间提供有效的耦接，可以在磁路中施用容易磁化的或“软”的铁磁材料。耦接的进一步改进这样获得，软铁磁路径是紧凑的因此是短的，而具有大的横截面积。由此通过电磁线圈产生的磁场而施加在继电器触点上的力是用于设备中的材料、线圈几何、线圈自身匝数和第一电流幅值的函数。典型地，线圈包括大量的匝数，以使第一电流的幅值保持较小。近年来，新的微制造技术，例如微电机系统(MEMS)技术，已经用于继电器的制造。MEMS技术是基于平面处理操作，其首先发展用于集成电路工业；然而，MEMS技术提供了这样的能力，以形成能够相对于它们的基底运动的结构。MEMS技术使得能够制造微继电器，其相对于大的相对物而具有几个优点，例如更小的尺寸，由于采用低成本的批量制造而导致的更低的成本，和通过它们的小尺寸能够获得的新的设备功能性和应用。现有技术的微型继电器采用基于机械作动的开关元件的开关，例如悬臂梁、双支撑梁(也即桥)、板和膜。这些运动结构典型地包括可运动的磁性元件，其包括第一电气触点。磁场施用于磁性元件，其使第一电气触点运动到与第二电气触点(或触点对)接触或离开接触，使得第二电流能够或不能够流动。垂直作动的微型继电器包括磁性元件，其运动能够在垂直于其下面的基底的方向上进行。通过采用传统的基于MEMS的平面处理技术，可运动结构在这样的构造中的生成相对笔直向前。然而，通过采用平面处理以使这样的结构增加有效的具有紧凑的磁路和大的横截面积的磁性电流是有挑战性的。此外，这样的继电器的运行特性主要通过层的薄膜属性确定，可运动的磁性元件通过所述层形成。然而，薄膜层的机械属性能够根据沉积条件而显著地改变。这样的改变可能导致不一致的运行特性，即使是在同样设计的微型继电器之间。横向作动的微型继电器包括磁性元件，其运动能够沿着基本平行于其下面的基底的平面进行。磁性元件典型地通过绳索支撑在基底上面，所述绳索设计为对于平面中(也即横向)运动是弹性的，而对于平面外(也即垂直)运动是刚性的。所述绳索和磁性元件通过照相平版限定出，并蚀刻以将它们“雕刻”为它们想要的形状。这样的微型继电器避免了与垂直作动微型继电器相关的一些问题。特别地，横向作动的微型继电器的运行特性(例如弹性、作动力、运行速度等)更多地依赖于其绳索的限定的结构，而不是形成它们的层的薄膜属性。结果，运行特性基本与膜应力、厚度变化等导致的劣化作用无关。典型地，最想要的是，采用电磁线圈控制作动微型继电器的磁场，而不管磁场是通过永久磁铁产生的还是通过电磁线圈自身产生的。然而，由于这样的线圈的三维特性和将其有效地磁耦接到可运动的磁性元件上的需求，电磁线圈在批量晶片级处理中的应用可能非常有挑战性。这样，不幸地，难以最好地生产实际集成的线圈，所述线圈能够可靠地作动这些开关元件。 结果，现有技术中的微型继电器典型地依赖于差地耦接的线圈或外部非集成的线圈，以提供磁场用于作动。然而由于差地耦接的线圈，激励继电器所需的最终的大的电功率是显著的缺点。外部构造的线圈的使用不仅显著增加了包装成本和尺寸，而且典型地，差的组装公差可能导致相同设计的微型继电器的运行特性的显著变化。
技术实现思路
本专利技术提供微型制造的微型继电器，其克服了现有技术的一些限制和缺点。本专利技术的实施方式包括(I)磁作动的电气开关，其具有运动触点，该触点选择性地在平行于其基底的平面中运动；(2) —个或多个集成的平坦线圈，以产生作动电气开关的磁场；(3)闭合磁路，以有效地导通通过电气开关的磁场。平坦线圈单片地集成在包括磁路第一部分的第一基底上。电气开关单片地集成在包括磁路的第二部分的第二基底上。第一和第二基底对齐并粘合，以完成闭合磁路，并将线圈和开关集成在微型继电器中。完整的磁路有效地导通产生的通过开关的磁场，该开关减小了必须通过平坦线圈产生的磁场的幅度。在一些实施方式中，闭合磁路包括两个磁芯。每个磁芯包括形成在第一和第二基底的每个中的铁磁元件。此外，每个磁芯的部分共同地限定出电气开关。本专利技术的实施方式包括多个线圈，它们设置为使得通过一个线圈产生的磁场通过剩余的线圈放大。结果，多个线圈共同地产生具有高磁场强度的磁场。在一些实施方式中，多个电磁模块，每个包括至少一个平坦线圈，设置为使得线圈共同地产生磁场。每次电磁模块还包括磁穿孔和电穿孔，以磁和电地耦接基底。本专利技术的实施方式包括包括用以产生磁场的第一线圈的第一基底，其中该线圈基本是平坦的并位于第一平面中，且其中该第一线圈和第一基底单片地集成；和包括电气开关的第二基底，该电气开关包括第一电气触点和第二电气触点，其中该第一电气触点通过磁场运动，且其中电气开关和第二基底单片地集成，并且其中第一电气触点在基本平行于第一平面的第二平面中选择性地运动。附图说明图I描述了根据现有技术的第一微型继电器的示意图。图2描述了根据现有技术的第二微型继电器的示意图。图3描述了根据本专利技术示例的实施方式的微型继电器的简化横截面示意图。图4描述了用于形成根据本专利技术示例的实施方式的微型继电器的方法的操作。图5A和5B分别描述了通过电磁模块302的线a_a的顶视图和横截面图的不意图。图6描述了适合用于操作401的子操作，其中电磁模块302根据本专利技术示例的实施方式而形成。图7A和7B描述了分别通过作动器模块304的线b_b的顶视图和横截面图的示意·图。图8描述了适合用于操作402的子操作，其中作动器模块304根据本专利技术示例的实施方式而形成。图9描述了根据本专利技术示例的实施方式的完全组装的继电器300的横截面图。图10描述了根据本专利技术示例的实施方式的磁路。图11描述了根据本专利技术第一替代实施方式的微型继电器的简化横截面图的示意图。具体实施例方式下面的术语定义用于本说明书，包括后面的权利要求电气连接定义为这样的状态，其中两个或更多个点连接，从而使得它们在任何电流水平处基本处于相同的电压水平。这可以是经由直接物理接触(例如与电通孔物理耦接的接触垫等)或者通过导电介质(例如通过导线或轨迹互连的电路节点等)。电气耦接定义为这样的状态，其中两个点电气连通。这可以是经由直接物理接触(例如插入在电气插座中等)，经由导电介质(例如通过电线或轨迹等连接的电气设备)，或经由中间设备等(例如通过电阻、电感等连接的电气设备等)。图I描述了根据现有技术的第一微型继电器的示意图。继电器100包括磁性元件102和104，线圈108，悬臂梁110，电气触点116和118，和基底120。继电器的例子，例如继电器100通过2000年7月25日公布的Tai等的美国专利6094116公开，该专利通过参考结合于此。磁性元件102是形成在基底120的表面上的铁磁材料层。铁磁材料是这样的材料，其具有中等的或高的磁渗透性，并具有导通磁场的能力。铁磁材料的例子包括永磁体材料，镍、镍-铁合金、铁、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：托德·R·克里斯坦森，
申请(专利权)人：HT微量分析有限公司，COTO技术有限公司，
类型：
国别省市：