[實用新型]低閾值電壓靜電型微繼電器

無效

• 申請號: 200620165475.7
• 申請日: 2006-12-08
• 公開（公告）號: CN200997371Y
• 公開（公告）日: 2007-12-26
• 發明（設計）人: 許高斌;何曉雄;李洋
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: H01H59/00
• 分類號: H01H59/00
• 代理公司: 合肥金安專利事務所
• 代理人: 金惠貞

技術領域

本實用新型涉及微電子機械系統中使用的靜電型微繼電器。

背景技術

繼電器作為一種基本的機電元件廣泛地應用于各種電力保護、儀器儀表和自動控制系統中。在國防、航空航天器和各種地面控制設備中，也需要使用各種規格的繼電器，這種場合對它們的要求除動作可靠、閉合時電流大、漏電流小、接觸阻抗小外，有時還要求其體積小、重量輕、響應速度快、壽命長等。

微型繼電器的發展是伴隨MEMS技術而發展的，國外從1978年開始研究和制造微型繼電器。同傳統的機電型繼電器相比，微機械繼電器具有尺寸小、功耗低、高容量和可集成等優點。微型繼電器驅動方式可以采用熱、電磁、靜電等多種激勵方式。由于靜電驅動具有功耗低、結構簡單、工藝兼容性好等優點，多數的微型繼電器采用了靜電驅動方式。

靜電型微繼電器采用靜電致動原理，以靜電力作為觸點吸合的驅動力，而靜電力的產生則是以電場的形式存在的。最早的靜電型微繼電器的報道是在1979年，這種器件采用了金屬觸點以減小接觸電阻和增大負載能力。至此以后利用CMOS工藝的多晶硅靜電型微繼電器陸續有見報道，但其觸點負載能力僅有10mA左右，驅動電壓在30V至400V之間。隨后其它類型通過選擇觸點材料，以降低觸點接觸電阻的靜電型微繼電器開始有見報道，其觸點壽命達到了10⁸次，但其驅動電壓依然很高。最新報道的靜電型微繼電器的驅動電壓為24V，可控制200mA的負載電流。然而，由于難以與普通電子電路的工作電壓相兼容，因此降低驅動電壓，成為靜電型微繼電器發展和實用化的主要技術難題。

實用新型內容

本實用新型所要解決的技術問題是提供一種低閾值電壓靜電型微繼電器，該微繼電器的閾值電壓可降至5V，使得該靜電型微繼電器的驅動電壓可以與普通電子電路的工作電壓相兼容。

本實用新型所采用的技術方案是：

低閾值電壓靜電型微繼電器包括壓焊塊、可動梳齒和固定梳齒、觸點、隔離柵、折疊彈簧梁、多級梳齒連接梁、隔離墻、襯底，其中，

壓焊塊，用于施加電激勵；

兩個以上可動梳齒并聯，兩個以上固定梳齒并聯，可動梳齒和固定梳齒數目相等并且間隔排列，形成級聯的梳齒結構，可動梳齒上具有兩個以上的叉齒，固定梳齒上具有兩個以上的叉齒，對應的可動梳齒上的叉齒與固定梳齒上的叉齒數目相等且間隔排列成交錯狀，之間形成平板電容，提供微繼電器橫向驅動的靜電驅動力；

可動梳齒通過多級梳齒連接梁連接，形成并聯梳齒結構，整個可動部件再通過折疊彈簧梁與壓焊塊連接；

多級梳齒連接梁的一端通過隔離柵連接觸點，可動梳齒與固定梳齒在電激勵作用下產生的靜電驅動力可使多級梳齒連接梁帶動觸點一起發生橫向位移，使觸點與電路中固定電極接觸，在電激勵撤消時，折疊彈簧梁的彈性回復力使多級梳齒連接梁帶動觸點復位；

固定梳齒直接與隔離墻內側的硅片結構連接；

可動梳齒連接的折疊彈簧梁的兩端附著在隔離墻內側的硅片結構上；

隔離墻通過阻斷壓焊塊和襯底之間的電接觸，實現集成電路和微繼電器的電隔離，隔離墻外側的襯底作為整個微繼電器結構的支架。

本實用新型的積極效果是：

通過并聯梳齒驅動電極的級數和驅動電極上叉齒的數目來降低微繼電器的閾值電壓，該微繼電器的閾值電壓可降至5V，使得該靜電型微繼電器的驅動電壓可以與普通電子電路的工作電壓相兼容。從而使得該微繼電器在普通電子電路的工作電壓下就可以實現可靠的開關行為，同時可以減小接觸電阻，增大觸點負載電流。結構中的折疊彈簧粱用來支撐該繼電器的可動部件，提供繼電器開關操作時的彈性回復力，同時抑制了以前靜電型繼電器開關動作時可能出現的扭轉現象。利用現有的Post-CMOS工藝制作出較大的驅動電極電容，從而獲得較大的靜電驅動力，可與集成電路制作工藝兼容，從而實現了系統集成，解決了目前靜電型微繼電器實用化的主要技術難題。同時，其制作所采用的Post-CMOS工藝，制作工藝簡單，可與集成電路制造在同一芯片上，實現系統集成。本實用新型解決了目前靜電型微繼電器的實用化存在的主要技術難題，適合在實際控制電路中使用。

附圖說明

圖1是本實用新型實施例結構的俯視圖。

圖2是本實用新型實施例結構的剖視圖(A-A剖面)。

圖3是本實用新型實施例梳齒單元結構的三維結構視圖。

圖4是本實用新型實施例的梳齒與連接梁整體結構三維視圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型作進一步描述。