基于電熱驅(qū)動的MEMS繼電器的研制.pdf

1、微電子機械系統(tǒng)(MEMS)是微電子、微驅(qū)動器、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)與機械、光學等領(lǐng)域交叉融合而產(chǎn)生的一項新技術(shù)。MEMS及相關(guān)技術(shù)使得光、機、電、磁、熱等功能器件的微型化、集成化制造和功能復合成為可能,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電元件廣泛地應用于信息處理,通信重

2、點工程等各個領(lǐng)域。相比于傳統(tǒng)的基于機械操縱觸點導通機制的機電繼電器和基于無觸點半導體元件的固態(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。按驅(qū)動方式的不同,微繼電器主要可以分為：靜電驅(qū)動微繼電器,電磁驅(qū)動微繼電器和電熱驅(qū)動微繼電器。與微靜電繼電器和微電磁繼電器相比,電熱驅(qū)動微繼電器具有驅(qū)動電壓低,驅(qū)動力大,結(jié)構(gòu)和工藝過程簡單等優(yōu)點。本文設(shè)計和制作了一種新型的電熱驅(qū)動MEMS繼電器。微繼電器主要分為熱驅(qū)動臂、放

3、大臂、SU8絕緣塊、觸頭和信號輸入、輸出端等部分。整個結(jié)構(gòu)是基于杠桿放大原理設(shè)計的,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,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放大為觸點較大的位移。微繼電器行程較大。同時,在“U”型熱驅(qū)動臂之間引入SU8支持塊來加固熱驅(qū)動臂結(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和傳輸信號進行電氣隔離。另

4、外,借助于有限元分析軟件Ansys10.0進行輔助設(shè)計。采用了非硅MEMS工藝來制作微繼電器。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