[發明專利]基于微機械懸臂梁結構的溫度保護器件

無效

• 申請號: 201310184528.4
• 申請日: 2013-05-20
• 公開（公告）號: CN103258686A
• 公開（公告）日: 2013-08-21
• 發明（設計）人: 韓磊;董雪鵬
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H01H37/46
• 分類號: H01H37/46
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

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技術領域

本發明屬于微電子器件技術領域，涉及一種MEMS懸臂梁結構的溫度保護器件。

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背景技術

溫度保護器件是利用感溫元件的溫度效應，在溫度升高至臨界溫度值時，元件產生動作，切斷或者接通電路，從而對電路起到熱保護作用。當溫度降到臨界溫度時，元件產生動作將電路重新接通或切斷，使整個系統恢復到正常工作狀態。溫度保護器件具有體積小、外殼絕緣、動作靈敏、壽命長等特點，廣泛適用于各種電機、電磁爐、吸塵機、線圈、變壓器、電暖器、鎮流器、電熱器具、熒光燈鎮流器、汽車馬達、集成電路及一般電氣設備的過熱過流雙重保護作用。

通常使用的溫度保護器件是一種用雙金屬片作為感溫元件的溫度開關，電器正常工作時，雙金屬片處于自由狀態，觸點處于閉合或斷開狀態，當溫度升高至動作溫度值時，雙金屬元件受熱產生內應力而迅速動作，打開或閉合觸點，切斷或接通電路，從而起到熱保護作用。當溫度降到設定溫度時觸點自動閉合或斷開，使電路恢復到正常工作狀態。

本發明中的溫度保護器件是基于MEMS技術，利用懸臂梁的結構特點，通過不同材料熱膨脹系數的差異來控制梁的翹曲形態變化，從而接通或切斷信號，起到溫度保護作用。與普通的金屬片感溫元件相比，懸臂梁結構的機械特性更好，使用壽命更長；用MEMS懸臂梁結構作為電路開關控制通斷，體積更小，性能更好，制作無需特殊材料并且與標準Si工藝完全兼容。

基于以上MEMS懸臂梁結構的溫度保護器件的特點，很明顯的可以看出本發明與傳統的溫度開關相比提高了性能，工藝更加簡單成熟，并兼顧有體積小、與Si工藝兼容、高可靠性、高重復性等優點，很好地滿足了集成電路對器件的基本要求。因此，基于MEMS懸臂梁結構的溫度保護器件具有很好的應用價值和廣闊的市場潛力。

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發明內容

技術問題：本發明提供一種可以有效的對電路進行溫度保護，并解決了在材料、工藝、可靠性和可重復性等諸多方面問題的基于微機械懸臂梁結構的溫度保護器件。???????

技術方案：本發明的基于微機械懸臂梁結構的溫度保護器件，包括硅襯底、設置在硅襯底上的懸臂梁和壓焊快，懸臂梁的一端設置在硅襯底上，另一端對應懸空在壓焊快的上方，懸臂梁由從上至下依次連接設置的懸臂梁上層結構、懸臂梁中層結構和懸臂梁下層結構構成，懸臂梁上層結構的熱膨脹系數大于懸臂梁下層結構的熱膨脹系數，懸臂梁受熱膨脹向下彎曲后，懸空的一端與下方的壓焊塊接觸。

本發明中，由于懸臂梁的懸臂梁上層結構與懸臂梁下層結構的熱膨脹系數不同，在溫度變化時，上、懸臂梁下層結構的膨脹程度會產生差別，從而引起懸臂梁向上或向下彎曲的動作，使電路接通或切斷。整個技術方案中需要注意一些問題，例如梁的應力控制，這對于整個器件結構的實現具有十分重要的意義；懸臂梁高度與器件的工作溫度都有關系，懸臂梁的長度與器件的靈敏度有關系，因此需要選取合適的懸臂梁高度和長度以便實現良好的性能。

應用本發明中的溫度保護器件可以促進MEMS工藝技術在集成電路中的產業化應用，進而推動整個集成電路產業的發展。

本發明器件基于MEMS加工技術，利用不同材料熱膨脹系數的差別引起的懸臂梁翹曲形態的變化，從而實現信號通斷控制的微結構，為真正實現基于MEMS技術的電子器件在集成電路中的產業化應用提供了支持和保證。????

有益效果：本發明與現有技術相比，具有以下優點：?????

1、結構簡單，可靠性高；2、不需要消耗任何的功率；3、性能穩定性好；4、制作工藝與Si工藝兼容。

長期以來由于基于MEMS技術的溫度保護器件結構的特殊性，對該類器件的研究開發僅局限于科研領域。基于MEMS技術的溫度保護器件應用于集成電路的大規模生產存在著與主流工藝不兼容、可重復性差、生產成本高等一系列障礙。本發明中的溫度保護器件結構，突破了傳統材料與結構限制，尋找到了基于Si工藝的實現方法，兼容性和可重復性都有較大的提高。同時，基于MEMS懸臂梁結構的溫度保護器件具有結構簡單、靈敏度高、可控性好、成本低廉等優點。

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附圖說明

圖1是基于MEMS懸臂梁結構的溫度保護器件結構剖面圖。

圖中有：硅襯底1，壓焊塊2，懸臂梁上層結構3，懸臂梁中層結構4，懸臂梁下層結構5。

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具體實施方式