[發明專利]靜電和電磁混合驅動全集成MEMS繼電器及其制備方法

有效

• 申請號: 201010617623.5
• 申請日: 2010-12-22
• 公開（公告）號: CN102142336A
• 公開（公告）日: 2011-08-03
• 發明（設計）人: 阮勇;尤政;張高飛
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H01H50/16
• 分類號: H01H50/16;H01H59/00;H01H49/00
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 朱琨

技術領域

本發明屬于基于MEMS技術的繼電器制造范疇，特別涉及一種全集成微型靜電和電磁混合驅動的MEMS繼電器及其制備方法。

背景技術

電子器件的集成化與微小型化是當今世界技術發展的主要趨勢之一。微電子機械系統(Micro?Electro?Mechanical?Systems簡稱MEMS)具有微型化、集成化、智能化等特點，是近年來最重要的技術創新之一。

由于微型MEMS繼電器具有微型化、可靠性高、功耗低、成本低等突出的優點，將在航天、航空、汽車、生物醫學、環境控制和軍事國防的許多領域中得到廣泛的應用。微型MEMS繼電器按照其驅動方式分主要有：靜電型、電磁型、熱驅動型等，由于驅動方式的不同其性能也有差別。靜電型專利，典型的如日本歐姆龍株式會社專利：靜電驅動器及使用該驅動器的靜電微動繼電器等其他設備(專利號ZL02150233.1)；中國清華大學專利：MEMS電磁繼電器(申請號2007101192738)；中國北京大學專利：一種基于金屬鈦的MEMS機械繼電器的制備方法(申請號200810240592.9)以及美國雷聲公司專利：具有液體金屬接觸件的微機電微繼電器(申請號01807804.4)。上述相關專利技術所涉及的MEMS繼電器的制備方法都是通過各種途徑制備尺度微小的固體微電極或將液體金屬通過密封微流道加熱膨脹，這些專利從本質上仍然是單一驅動方式。受原理的限制，靜電型MEMS繼電器驅動電壓較大，負載電流較低，驅動力較低，但其結構較簡單，制備工藝簡單，適用于頻率較高的應用場合。電磁型MEMS繼電器驅動電壓較低，驅動力較大，但其使用頻率較低，高頻應用時受到限制且集成困難，影響實際應用。熱驅動型響應頻率較低，為降低接觸電阻，需要密封液態金屬，一旦漏液對于環境影響較大，其結構、工藝均較為復雜，成品率低。如何滿足實際使用對MEMS繼電器驅動電壓低、負載電流大、接觸電阻小、頻率響應快的要求，到目前為止，尚未提出有效的解決方案。

發明內容

針對相關技術中MEMS繼電器驅動方式單一，驅動電壓偏高，驅動力低，負載電流小，集成度低，無法滿足MEMS繼電器實際使用要求而提出本發明。為此，本發明的主要目的在于提供一種全集成微型靜電和電磁混合驅動的MEMS繼電器及其制備方法，以解決上述問題。

為了實現上述目的，根據本發明的一個方面，提供了一種微型MEMS繼電器的結構。

根據本發明的微型MEMS繼電器包括：硅—硅或硅—玻璃結構、雙層線圈、永磁陣列等結構。其中，微型MEMS繼電器的整體呈現一種雙層鍵合結構。線圈和永磁結構根據設計可以位于硅—硅或硅—玻璃結構不同位置。其中，上述線圈為Cr/Au兩層金屬種子層上電鍍Au構成，永磁陣列材料采用在Cr/Au兩層金屬種子層上電鍍CoNiMnP層構成。

為了實現上述目的，根據本發明的另一方面，提供了一種微型MEMS繼電器的制造方法。

根據本發明的微型MEMS繼電器的工藝制造方法包括：微型MEMS繼電器硅—硅或硅—玻璃結構的制備，靜電驅動的上下電極的制備，電磁驅動雙層線圈結構的制備，電磁驅動永磁陣列結構的制備，微型MEMS繼電器結構釋放與封裝。制備出的微型MEMS繼電器與現有的集成電路封裝技術完全兼容，可以根據實際需要進行封裝，如可通過管芯金屬引線鍵合、管帽常壓封裝或真空封裝等形式完成封裝。

進一步地，上述硅—硅或硅—玻璃結構的制備包括：通過濕法腐蝕和干法刻蝕為硅和玻璃等材料的上電極結構形成以及下電極結構的形成。

進一步地，上述線圈結構的制備包括：濺射或蒸發形成線圈Cr/Au種子層以及在種子層上電鍍Au。

進一步地，上述永磁陣列結構包括：在Cr/Au兩層金屬種子層上電鍍CoNiMnP層。

通過本發明，采用包括以下結構的微型MEMS繼電器：微型MEMS繼電器硅—硅或硅—玻璃結構的制備，線圈結構的制備，永磁陣列結構的制備，微型MEMS繼電器結構釋放與封裝等制造方法，可以降低微型MEMS繼電器驅動電壓，進而達到提高微型MEMS繼電器性能指標的效果。

基于本發明的微型MEMS繼電器樣品驅動電壓小于8V，負載電流大于0.5A，具有良好的使用特性。

附圖說明

圖1為硅襯底示意圖；

圖2為襯底涂敷光刻膠示意圖；

圖3為硅襯底臺階形成示意圖；

圖4為襯底覆蓋氧化層示意圖；

圖5為襯底背腔形成、靜電驅動上電極形成示意圖；

圖6為玻璃片備片示意圖；

圖7為玻璃片臺階形成示意圖；

圖8為玻璃片臺階下、靜電驅動下電極形成示意圖；