[发明专利]基于微机械开关的温度保护器件

说明书

 

技术领域

本发明属于微电子器件技术领域，涉及一种温度保护器件。

 

背景技术

温度保护器件是利用感温元件的温度效应，在温度升高至临界温度值时，元件产生动作，切断或者接通电路，从而对电路起到热保护作用。当温度降到临界温度时，元件产生动作将电路重新接通或切断，使整个系统恢复到正常工作状态。温度保护器件具有体积小、外壳绝缘、动作灵敏、寿命长等特点，广泛适用于各种电机、电磁炉、吸尘机、线圈、变压器、电暖器、镇流器、电热器具、荧光灯镇流器、汽车马达、集成电路及一般电气设备的过热过流双重保护作用。

通常使用的温度保护器件是一种用双金属片作为感温元件的温度开关，电器正常工作时，双金属片处于自由状态，触点处于闭合或断开状态，当温度升高至温度保护值时，双金属元件受热产生内应力而迅速动作，打开或闭合触点，切断或接通电路，从而起到热保护作用。当温度降到设定温度保护值以下时，触点自动闭合或断开，使电路恢复到正常工作状态。

本发明中的温度保护器件是基于MEMS技术，利用铂电阻作为感温元件，通过铂电阻的阻值变化控制微机械开关的动作，从而接通或切断电路，起到温度保护作用。与普通的金属片感温元件相比，铂电阻对温度的变化更加敏感，随温度变化的规律性更强，更容易精确地控制；用微机械开关结构作为电路开关控制通断，可以通过预设不同初始电流实现温度保护值的自由设定，且体积更小，性能更好，制作无需特殊材料并且与标准Si工艺完全兼容。

基于以上MEMS温度保护器件的特点，很明显的可以看出本发明与传统的温度开关相比增加了可调谐性，提高了性能，工艺更加简单成熟，并兼顾有体积小、与Si工艺兼容、高可靠性、高重复性等优点，很好的满足了集成电路对器件的基本要求。因此，基于微机械开关的温度保护器件具有很好的应用价值和广阔的市场潜力。

 

发明内容

技术问题：本发明提供一种可以有效地对电路进行温度保护，具有可调谐性，并解决了在材料、工艺、可靠性和可重复性等诸多方面问题的基于微机械开关的温度保护器件。       

技术方案：本发明的基于微机械开关的温度保护器件，包括Si衬底、设置在Si衬底上的信号线、微机械开关、压焊块和铂电阻，微机械开关由微机械开关触头、绝缘层和微机械开关V形梁依次连接构成，信号线在中间断开，微机械开关触头的一端正对信号线的断开处设置，另一端通过绝缘层与微机械开关V形梁的驱动端连接，微机械开关V形梁的两个锚区端分别与一个压焊块连接，其中一个压焊块接地，另一个压焊块通过铂电阻与电源连接。

本发明中，铂电阻作为温度感应元件。

本发明的温度保护器件中，铂电阻与微机械（MEMS）开关结构构成电流通路，微机械开关结构中由V形梁控制开关位移。通过预设一定的初始电流使得微机械开关产生一定的位移，由于铂电阻阻值与温度的变化有明确的对应关系，因此温度的变化将导致电流的变化，从而引起微机械开关的位移变化，进而控制信号的通断。整个技术方案中需要注意一些问题，例如梁的应力的制，这对于整个器件结构的实现具有十分重要的意义。

本发明器件基于微机械开关结构，是一种利用铂电阻的温度效应控制电流大小，引起开关位移从而实现信号通断控制的微结构。本发明的基于微机械开关的温度保护器件为真正实现基于MEMS技术的电子器件在集成电路中的产业化应用提供了支持和保证。应用本发明中的温度保护器件可以促进MEMS技术的温度保护结构在集成电路中的产业化应用。

本发明器件是利用铂电阻对温度变化的敏感性，通过不同温度下铂电阻的阻值变化来控制电流大小，从而引起微机械开关的位移变化，实现信号通断的结构。    

有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1、结构简单，可靠性高；2、对温度变化敏感，易于控制；3、可通过预设初始电流自由设定温度保护值；4、制作工艺与Si工艺兼容。      

长期以来由于基于MEMS技术的温度保护器件结构的特殊性，对该类器件的研究开发仅局限于科研领域。基于微机械开关的温度保护器件应用于集成电路的大规模生产存在着与主流工艺不兼容、可重复性差、生产成本高等一系列障碍。本发明中的基于微机械开关的温度保护器件结构，突破了传统材料与结构限制，寻找到了基于Si工艺的实现方法，兼容性和可重复性都有较大的提高。同时，基于微机械开关的温度保护器件具有可调谐、结构简单、灵敏度高、可控性好、成本低廉等优点。

 

附图说明