[发明专利]MEMS磁性致动开关及相关的开关阵列

说明书

本发明一般来说涉及微型电动机械系统(MEMS)装置，更具体地说，涉及MEMS磁性致动开关及相关的开关阵列。

作为常规电动机械装置，例如继电器、致动器、阀门和传感器的选择，微型电动机械系统(MEMS)最近得到了发展。由于使用简化的微电子制造技术，MEMS装置可能是低成本装置。因为MEMS装置物理上能比常规电动机械装置小得多，所以还可能提供新功能。

MEMS技术的许多可能施加利用MEMS致动器。例如，许多传感器、阀门和定位器使用致动器提供移动。如果适当地设计，MEMS致动器能在消耗合理量的功率的同时，产生有用的力和位移。取微型悬臂形式的MEMS致动器已经用于施加旋转机械力，以使微型机制弹簧和齿轮旋转。压电力也用于可控制地移动微型机制结构。另外，致动器或其他MEMS部件的受控热膨胀用于产生驱动微型装置的力。一种这样的热致动器在1995年12月12日发布，题为“Microprobe”，发明人的名字为Marcus等人的美国专利No.5,475,318中公开，该专利叙述了使微型装置移动的杠杆作用热膨胀。

已经产生了微型机制MEMS静电装置，这类装置使用静电力操作电开关和继电器。已经研制了各种MEMS继电器和开关，它们使用相对刚性的悬臂部件，或与下面衬底分开的柔性片状件，以便形成和断开电连接。这样的刚性悬臂MEMS静电装置的例子在1994年11月22日发布，题为“Non-Contact Two Position Microelectronic CantileverSwitch”，发明人的名字为Buck的美国专利No.5,367,136，和1996年8月6日发布，题为“Electrostatic Relay”，发明人的名字为Ichiya等人的美国专利No.5,5444,001中公开。另外，一种实施柔性式片状件布置的静电MEMS开关的例子在1999年6月30日提交，题为“HighVoltage Micromachined Electrostatic Switch”，发明人的名字为Goodwin-Johansson，并且转让给如本发明这里所公开的相同实体的美国专利申请No.09/345/722中公开。

虽然也使用磁场，更具体地说电磁场来驱动微型电动机，并且起动开关，但是典型地先前使用的磁场规定各微型电动机或开关具有与其相关的的个别磁场。例如，常规MEMS开关矩阵包括个别微型线圈或电磁铁，以驱动阵列中的个别开关元件，从而带来不希望有的大而复杂的开关。开关的尺寸和复杂性特别麻烦，因为如有些施加所需要，开关矩阵变得很大。另外，大多数常规开关矩阵限于平面内操作。因此，需要产生MEMS磁性致动开关，它们能在平面内或离开平面方向致动，以适应各种开关，这些开关能够对安排在单一微电子衬底上的电负载线，和安排在两个不同微电子衬底上的电负载线引导电流。

因此，需要提供MEMS磁性致动的开关和对应的开关阵列，它们能够在单磁场环境中个别起动。这个好处能用微电子衬底上占有较小空间的较容易制造的大规模开关阵列实现。由于在今天的电信和试验设备工业中，开关装置和相关的阵列是极其希望的，所以这些好处特别吸引人。

因此提供一种MEMS磁性致动交叉点开关和相关的开关阵列，其能够提供平面内和离开平面致动，同时占有微电子衬底的最小面积。另外，本发明的MEMS磁性致动交叉点开关提供一种简明阵列，它能由单外部磁场源致动。

该MEMS电交叉点开关包括一个微电子衬底，一个磁性元件，附于该微电子衬底，在预定方向对磁场作出响应而自由地移动，和一个电元件，与磁性元件连接，以与其一起移动，以有选择地转换电流。在操作中，磁性元件与一个磁路连通，并且试图与穿过磁路的磁场成一直线，以便产生致动力。致动力驱动电元件，以与最近的电负载通路电连接。在一个实施例中，磁性元件和电元件通过一个束缚装置连接，该束缚装置起磁性元件和电元件的平台作用。该电交叉点开关还可以包括一个夹持元件，它用作使开关锁定在断开或闭合位置，以防止开关的磁性致动发生。