[发明专利]一种磁悬浮式微机械开关

说明书

技术领域

本发明属于微机械系统技术领域，具体来说，涉及一种磁悬浮式微机械开关。

背景技术

微机械系统（文中简称：MEMS）开关在中低功率中的应用远比固态半导体开关优越，并且MEMS开关优良的射频性能使其能在更高的频段得到应用。最早的MEMS开关是Petersen于1979年研制的0.35μm厚、金属包覆的静电悬臂梁开关。但由于制作工艺的限制，此后的十年里MEMS开关没有取得太大的进展。直到20世纪90年代，MEMS开关才获得了巨大发展。1991年，Larson制作了旋转传输线式开关。1995年，Yao采用表面微加工工艺制作悬臂梁开关。1996年，Goldsmith研制出低阈值电压的膜开关。为了降低开关的阈值电压，提高开关的开态稳定性和能量处理能力，1998年Pachero设计了螺旋型悬臂式和大激励极板的MEMS开关结构。开关是微波信号变换的关键元件。

一般非静电驱动开关都有着相当理想的驱动电压（<5V），但是其共同的缺点是其开关时间相对较长。而且对于热驱动和电磁驱动的开关，其开关动作本质上是基于电流效应，因此它们的静态功耗要比基于电压效应的静电力驱动的开关要大得多。较长的开关时间和大得多的静态功耗使得非静电驱动开关的应用大大受到限制。

而在一般的静电驱动微机械开关中，绝缘介质层的作用都是防止可动金属电极与信号传输线发生欧姆接触，但是由于开关次数过多或电路工作时间过长，绝缘介质层会发生断裂失效甚至是脱落，从而大大缩短了静电驱动开关的寿命；而且，静电驱动的微机械开关中大多采用悬臂梁一类的结构，这类结构在长时间使用后会发生扭转或变形而导致开关性能参数退化，这会导致开关工作不稳定或过早地失效。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种磁悬浮式微机械开关，该磁悬浮式微机械开关避免了弹性开关使用时的疲劳磨损，具有闭灵活、性能稳定、安全可靠、使用寿命长的特点。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种磁悬浮式微机械开关，该微机械开关包括玻璃衬底、螺旋线圈、悬浮结构体和硅层；硅层键合在玻璃衬底的顶面，硅层中设有空腔，该空腔连通外界和玻璃衬底的顶面；螺旋线圈和悬浮结构体位于空腔中，螺旋线圈连接在玻璃衬底的顶面上，螺旋线圈的顶面设有一氧化硅层，悬浮结构体置于氧化硅层上方；硅层的顶面设有带孔的氧化层，氧化层上的孔和空腔相通，氧化层的顶面设有相对的两根金属导线；每根金属导线、氧化层和硅层靠近内腔的一侧呈台阶状，且两根金属导线之间的距离小于氧化层上的孔的孔径；悬浮结构体的长度大于两根金属导线之间的距离，小于氧化层上的孔的孔径；悬浮层可向上运动嵌至在氧化层上的孔中，且悬浮层顶面的两端与两个金属导线相接触。

进一步，所述的悬浮结构体包括磁性材料层和开关导线，开关导线固定连接在磁性材料层的顶面，磁性材料层置于氧化硅层上方。

进一步，所述的开关导线和金属导线均由铜制成。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.启闭灵活、性能稳定。本发明的磁悬浮式微机械开关包括玻璃衬底、螺旋线圈、悬浮结构体和硅层，两边的金属导线、氧化层和硅层靠近内腔的一侧呈台阶状，悬浮结构体的长度大于两根金属导线之间的距离，小于氧化层上的孔的孔径。当开关需要闭合时，螺旋线圈中通入直流电流，假设螺旋线圈产生的磁场的N极朝上，而悬浮结构体中的永磁体的N极朝下。这时，螺旋线圈产生的磁场与永磁体的磁场相排斥，使悬浮结构体逐渐上浮。当悬浮结构体悬浮到一定高度时，悬浮结构体嵌至在氧化层上的孔中，且悬浮结构体的顶面金属导线与两根金属导线相接触。也就是说，悬浮结构体与开关接口部分相耦合。而当开关需要断开时，螺旋线圈中的外加电流变为0。这时螺旋线圈中通电电流产生的磁场消失，永磁体不再受到排斥力的作用，此时，由于重力的作用，悬浮结构体会下落，从而将开关断开。整个工作过程中，磁悬浮式微机械开关中的螺旋线圈和悬浮结构体不发生接触，避免了开关使用时的疲劳磨损，且启闭灵活。本发明的磁悬浮式微机械开关，利用磁悬浮的结构来实现开关的开启与闭合，极大的减小了摩擦力。

2. 安全可靠、使用寿命长。本发明的开关可以避免弹性开关使用时的弹性触碰，大大提高了开关的使用寿命，且安全可靠。本发明的磁悬浮式微机械开关，利用磁悬浮的结构来实现开关的闭合与断开，可以增长使用时间。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。