基于電熱驅(qū)動(dòng)的MEMS繼電器的研制.pdf

1、微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)是微電子、微驅(qū)動(dòng)器、多數(shù)情況下還包括微傳感器的集成化系統(tǒng),是微電子技術(shù)與機(jī)械、光學(xué)等領(lǐng)域交叉融合而產(chǎn)生的一項(xiàng)新技術(shù)。MEMS及相關(guān)技術(shù)使得光、機(jī)、電、磁、熱等功能器件的微型化、集成化制造和功能復(fù)合成為可能,從而可以顯著提高現(xiàn)有產(chǎn)品的功效,并有可能創(chuàng)造新的器件、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式,產(chǎn)生許多新的功能。MEMS繼電器是結(jié)合微細(xì)加工技術(shù)和繼電器技術(shù)而制作出的微繼電器。微繼電器作為一種基本的機(jī)電元件廣泛地應(yīng)用于信息處理,通信重

2、點(diǎn)工程等各個(gè)領(lǐng)域。相比于傳統(tǒng)的基于機(jī)械操縱觸點(diǎn)導(dǎo)通機(jī)制的機(jī)電繼電器和基于無(wú)觸點(diǎn)半導(dǎo)體元件的固態(tài)繼電器,微繼電器具有體積小、高線性度、低功耗、高隔離度、易集成化等優(yōu)點(diǎn)。按驅(qū)動(dòng)方式的不同,微繼電器主要可以分為：靜電驅(qū)動(dòng)微繼電器,電磁驅(qū)動(dòng)微繼電器和電熱驅(qū)動(dòng)微繼電器。與微靜電繼電器和微電磁繼電器相比,電熱驅(qū)動(dòng)微繼電器具有驅(qū)動(dòng)電壓低,驅(qū)動(dòng)力大,結(jié)構(gòu)和工藝過(guò)程簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。本文設(shè)計(jì)和制作了一種新型的電熱驅(qū)動(dòng)MEMS繼電器。微繼電器主要分為熱驅(qū)動(dòng)臂、放

3、大臂、SU8絕緣塊、觸頭和信號(hào)輸入、輸出端等部分。整個(gè)結(jié)構(gòu)是基于杠桿放大原理設(shè)計(jì)的,呈現(xiàn)為一“T”型結(jié)構(gòu)。加熱臂采用“U”型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),能夠在不增加加熱臂電阻和微繼電器功耗的前提下,增加加熱臂的驅(qū)動(dòng)力；而放大臂采用杠桿原理可以將加熱臂的微小熱膨脹伸長(zhǎng)放大為觸點(diǎn)較大的位移。微繼電器行程較大。同時(shí),在“U”型熱驅(qū)動(dòng)臂之間引入SU8支持塊來(lái)加固熱驅(qū)動(dòng)臂結(jié)構(gòu)；在放大臂頂端和觸頭結(jié)合處引入了SU8絕緣塊將微繼電器的控制信號(hào)和傳輸信號(hào)進(jìn)行電氣隔離。另

4、外,借助于有限元分析軟件Ansys10.0進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)。采用了非硅MEMS工藝來(lái)制作微繼電器。研究了與其相關(guān)的工藝技術(shù),確定了合適的工藝方案和工藝參數(shù)。采用濺射、甩膠、光刻、電鍍、腐蝕等工藝,以濺射Cr/Cu薄膜為電鍍金屬種子層,以電鍍Cu作為控制線路和犧牲層材料,以電鍍Ni作為微繼電器結(jié)構(gòu)層材料,以SU8負(fù)膠工藝制作了SU8絕緣塊結(jié)構(gòu),以正性光刻膠為腐蝕保護(hù)材料并采用濕法釋放技術(shù)刻蝕Cu犧牲層形成懸空結(jié)構(gòu)梁,最后采用曝光去膠法去除保護(hù)