一種電熱驅動雙穩態MEMS開關制造技術

一種電熱驅動雙穩態MEMS開關，包括正方形基底，正方形基底上垂直分布有V型電熱執行器I和V型電熱執行器II，V型電熱執行器I在一路驅動電路控制下驅動第一鉤型觸頭，V型電熱執行器II在另一路驅動電路控制下驅動第二鉤型觸頭，第一鉤型觸頭和第二鉤型觸頭接觸即導通電路，第一鉤型觸頭和第二鉤型觸頭不接觸即斷開電路，兩個驅動電路為脈沖電壓且有相位差；利用V型梁的熱電效應與熱膨脹效應，通過加電壓使其產生熱變形，從而驅動鉤型觸頭運動；本發明專利技術具有穩定性高、驅動力大、輸出線性、低功耗、成本低的優點。

An electric heat driven bistable MEMS switch

An electric driven bistable MEMS switch, including a square base, the vertical distribution of a square base on V type electric actuator and electric actuator I V type II, V type electric actuator I in a drive circuit under the control of the first drive hook type contact, V type electric actuator II on another road driving circuit under the control of driving second hook type contacts, the first contact and the second hook hook type contact circuit is switched on, the first and the second hook hook type contact type contact contact disconnect circuit, a driving circuit for two pulse voltage and phase difference; using thermoelectric effect V beam effect and thermal expansion. By adding voltage to produce thermal deformation, thereby driving the hook type contact motion; the invention has the advantages of high stability, large driving force and output linearity, low power consumption, low cost.

【技術實現步驟摘要】
一種電熱驅動雙穩態MEMS開關
本專利技術涉及MEMS開關
，具體涉及一種電熱驅動雙穩態MEMS開關。
技術介紹
MEMS開關是MEMS技術的典型應用之一，它是傳統機電開關微型化設計與制造的結果，為高性能電路系統的發展提供了有力保障，在現代通信、航空航天、生物醫療、國防軍工重要領域的電路控制方面有廣泛而迫切的應用需求。雙穩態開關只在狀態轉換時需要外界提供能量，狀態保持通過結構的自鎖功能實現，隨著系統集成化程度的增強，低功耗已經成為判斷系統性能優良的重要指標，電熱驅動的雙穩態MEMS開關憑借其優良的性能快速發展。現有的電熱驅動的雙穩態MEMS開關有雙金屬膜結構、冷熱臂結構等，但其未考慮接觸電阻、開關穩定保持力對開關性能的影響，具有驅動力小、輸出非線性、響應時間長、不易加工的缺點。
技術實現思路
為了克服上述現有技術的缺點，本專利技術的目的在于提出一種電熱驅動雙穩態MEMS開關，具有穩定性高、驅動力大、輸出線性、低功耗、成本低的優點。為了達到上述目的，本專利技術所采用的技術方案是：一種電熱驅動雙穩態MEMS開關，包括正方形基底11，正方形基底11上垂直分布有V型電熱執行器I和V型電熱執行器II，V型電熱執行器I在一路驅動電路U1控制下驅動第一鉤型觸頭6，V型電熱執行器II在另一路驅動電路U2控制下驅動第二鉤型觸頭10，第一鉤型觸頭6和第二鉤型觸頭10接觸即導通電路，第一鉤型觸頭6和第二鉤型觸頭10不接觸即斷開電路，驅動電路U1、驅動電路U2為脈沖電壓，驅動電路U1和驅動電路U2有相位差。所述的V型熱電執行器I包括三個等間距的第一V型梁2-1、第二V型梁2-2、第三V型梁2-3。第一V型梁2-1、第二V型梁2-2、第三V型梁2-3的兩端與第一電極錨點1-1和第二電極錨點1-2連接，第一V型梁2-1、第二V型梁2-2、第三V型梁2-3的中間由豎直梁3貫穿連接，豎直梁3的上端與s型導線8下端連接，s型導線8的上端與導線電極9連接；豎直梁3的下端與第一柔性梁4-1上端連接，第一柔性梁4-1下端與杠桿5的前端垂直連接，杠桿5的前端端頭與第二柔性梁4-2的下端垂直連接，第二柔性梁4-2的上端和錨點7連接，杠桿5的末端端頭與第一鉤型觸頭6連接。所述的V型熱電執行器II與V型熱電執行器I的不同之處是：V型熱電執行器II的第一柔性梁4-1與錨點7連接，第二柔性梁4-2與豎直梁3連接，杠桿5的末端與第二鉤型觸頭10連接，其余組成與連接方式均與V型熱電執行器I相同。所述的第一電極錨點1-1、第二電極錨點1-2，錨點7、導線電極9均固定在正方形基底11上，其余結構均為懸空可動結構。所述的第一V型梁2-1、第二V型梁2-2、第三V型梁2-3、豎直梁3、第一柔性梁4-1、第二柔性梁4-2、杠桿5、第一鉤型觸頭6、s型導線8、第二鉤型觸頭10均采用硅材料制作。所述的第一鉤型觸頭6、第二鉤型觸頭10配合具備自鎖功能。所述的電熱驅動雙穩態MEMS開關采用MEMS技術制備。所述的第一V型梁2-1、第二V型梁2-2、第三V型梁2-3間距100um-110um，長1060um-1070um，寬度36um-39um，與水平方向的夾角9°-10°。所述的第一柔性梁4-1、第二柔性梁4-2長290um-300um，寬10um-12um，杠桿5放大倍數為19-21。與傳統機械開關相比，本專利技術的優點為：第一鉤型觸頭6、第二鉤型觸頭10具備自鎖功能，結構簡單，接觸力大，可以穩定的保持閉合狀態；鉤型觸頭做簡單的調整就可滿足多種布局方式，可移植性強，靈活性高。V型熱電執行器的驅動電路為脈沖電壓，開關狀態改變時不需要外界長時間供能，極大降低系統功耗，減少了冗余的保持信號，提高器件的安全性。將熱電執行器原理應用于MEMS開關，獲得較大的驅動位移，開關響應時間短且容易加工。附圖說明圖1為本專利技術的結構示意圖。圖2為本專利技術第一鉤型觸頭6、第二鉤型觸頭10的運動過程示意圖。圖3為本專利技術驅動電路U1和驅動電路U2的相位關系圖。具體實施方式下面結合附圖，對本專利技術進行進一步說明。參照圖1，一種電熱驅動雙穩態MEMS開關，包括正方形基底11，正方形基底11上垂直分布有V型電熱執行器I和V型電熱執行器II，V型電熱執行器I在一路驅動電路U1控制下驅動第一鉤型觸頭6，V型電熱執行器II在另一路驅動電路U2控制下驅動第二鉤型觸頭10，第一鉤型觸頭6和第二鉤型觸頭10接觸即導通電路，第一鉤型觸頭6和第二鉤型觸頭10不接觸即斷開電路，驅動電路U1、驅動電路U2為脈沖電壓，驅動電路U1和驅動電路U2有相位差。所述的V型熱電執行器I包括三個等間距的第一V型梁2-1、第二V型梁2-2、第三V型梁2-3，第一V型梁2-1、第二V型梁2-2、第三V型梁2-3間距100um-110um，長1060um-1070um，寬度36um-39um，與水平方向的夾角9°-10°；第一V型梁2-1、第二V型梁2-2、第三V型梁2-3的兩端與第一電極錨點1-1和第二電極錨點1-2連接，第一V型梁2-1、第二V型梁2-2、第三V型梁2-3的中間由豎直梁3貫穿連接，豎直梁3的上端與s型導線8下端連接，s型導線8的上端與導線電極9連接；豎直梁3的下端與第一柔性梁4-1上端連接，第一柔性梁4-1下端與杠桿5的前端垂直連接，杠桿5的前端端頭與第二柔性梁4-2的下端垂直連接，第二柔性梁4-2的上端和錨點7連接，杠桿5的末端端頭與第一鉤型觸頭6連接，第一柔性梁4-1、第二柔性梁4-2長290um-300um，寬10um-12um，杠桿5放大倍數為19-21。所述的V型熱電執行器II與V型熱電執行器I的不同之處是：V型熱電執行器II的第一柔性梁4-1與錨點7連接，第二柔性梁4-2與豎直梁3連接，杠桿5的末端與第二鉤型觸頭10連接，其余組成與連接方式均與V型熱電執行器I相同。所述的第一電極錨點1-1、第二電極錨點1-2，錨點7、導線電極9均固定在正方形基底11上，其余結構均為懸空可動結構。所述的第一V型梁2-1、第二V型梁2-2、第三V型梁2-3、第一柔性梁4-1、第二柔性梁4-2、杠桿5、第一鉤型觸頭6、s型導線8、第二鉤型觸頭10均采用硅材料制作。所述的電熱驅動雙穩態MEMS開關采用MEMS技術制備。參照圖2，所述的第一鉤型觸頭6、第二鉤型觸頭10配合具備自鎖功能，采用此種結構設計，開關僅需在脈沖電壓信號激勵下，就可以完成常閉與常開狀態間的相互轉換；具體的運動過程如下：a.開關處于斷開狀態；b.驅動電路U1電壓變為高電平，驅動第一鉤型觸頭6向上運動；c.驅動電路U1電壓保持不變，驅動電路U2電壓變為高電平，驅動第二鉤型觸頭10向左移動；d.驅動電路U1電壓變為低電平，第一鉤型觸頭6回到初始位置，驅動電路U2電壓保持不變；e.驅動電路U2電壓變為低電平，第二鉤型觸頭10回到初始位置，由于此時第一鉤型觸頭6位于第二鉤型觸頭10的運動路徑上，因此，第一鉤型觸頭6與第二鉤型觸頭10接觸，完成開關由開到閉的轉換。同理，只需將上述過程反向，就能實現開關由閉到開的轉換。參照圖3，驅動電路U1和驅動電路U2有一定的相位差，圖3a為驅動電路U1和驅動電路U2實現開關由開-閉，驅動電路U2相位滯后驅動電路U1；圖3b為驅動電路U1、驅動電路U2本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種電熱驅動雙穩態MEMS開關，包括正方形基底(11)，其特征在于：正方形基底(11)上垂直分布有V型電熱執行器I和V型電熱執行器II，V型電熱執行器I在一路驅動電路U1控制下驅動第一鉤型觸頭(6)，V型電熱執行器II在另一路驅動電路U2控制下驅動第二鉤型觸頭(10)，第一鉤型觸頭(6)和第二鉤型觸頭(10)接觸即導通電路，第一鉤型觸頭(6)和第二鉤型觸頭(10)不接觸即斷開電路，驅動電路U1、驅動電路U2為脈沖電壓，驅動電路U1和驅動電路U2有相位差。

【技術特征摘要】
1.一種電熱驅動雙穩態MEMS開關，包括正方形基底(11)，其特征在于：正方形基底(11)上垂直分布有V型電熱執行器I和V型電熱執行器II，V型電熱執行器I在一路驅動電路U1控制下驅動第一鉤型觸頭(6)，V型電熱執行器II在另一路驅動電路U2控制下驅動第二鉤型觸頭(10)，第一鉤型觸頭(6)和第二鉤型觸頭(10)接觸即導通電路，第一鉤型觸頭(6)和第二鉤型觸頭(10)不接觸即斷開電路，驅動電路U1、驅動電路U2為脈沖電壓，驅動電路U1和驅動電路U2有相位差。2.根據權利要求1所述的一種電熱驅動雙穩態MEMS開關，其特征在于：所述的V型熱電執行器(I)包括三個等間距的第一V型梁(2-1)、第二V型梁(2-2)、第三V型梁(2-3)，第一V型梁(2-1)、第二V型梁(2-2)、第三V型梁(2-3)的兩端與第一電極錨點(1-1)和第二電極錨點(1-2)連接，第一V型梁(2-1)、第二V型梁(2-2)、第三V型梁(2-3)的中間由豎直梁(3)貫穿連接，豎直梁(3)的上端與s型導線(8)下端連接，s型導線(8)的上端與導線電極(9)連接；豎直梁(3)的下端與第一柔性梁(4-1)上端連接，第一柔性梁(4-1)下端與杠桿(5)的前端垂直連接，杠桿(5)的前端端頭與第二柔性梁(4-2)的下端垂直連接，第二柔性梁(4-2)的上端和錨點(7)連接，杠桿(5)的末端端頭與第一鉤型觸頭(6)連接；所述的V型熱電執行器II與V型熱電執行器I的不同之處是：V型熱電執行器II的第...

【專利技術屬性】
技術研發人員：趙玉龍，張雪婷，胡騰江，房曠，
申請(專利權)人：西安交通大學，
類型：發明
國別省市：陜西,61