[发明专利]双稳态微动开关及其制造方法

说明书

本发明一般涉及一种微动开关，更具体地说，涉及一种使用一种形状记忆合金的微加工双稳态开关。

最初的机电和固态微动开关开发于20世纪40年代后期。从那时起，电子工业已经冲击到用来生产这样的开关的制造和功能极限。特别是，当前机电微动开关在尺寸、成本、功能、耐久性、及对于高频用途的连接技术方面呈现出技术不足。同样，固态开关呈现出一种特别高的断状态对通状态阻抗比，并且对于多种用途，在断状态耦合电容中呈现出不希望高的通状态“接触”电阻值。因此，电子工业当前正在寻找制造能更小、更可靠、耐久、功能多、及成本有效的开关的新的和革新的方法。

在各种当今和预测的电路用途中，存在对低成本、微型开关器件的需要，这些开关器件构造在常规混合电路基片或板上，并且具有双稳态能力。另外，用于这些器件的制造过程应该与常规固态技术兼容，如用来形成导电路径、接触垫及包括在这种电路中的无源电路元件的薄膜沉积和图案形成过程。

一种形状记忆合金(“SMA”)是一种能够在加热时从一种“变形”形状至一种“记忆”形状经历塑性变形的已知材料。如果然后允许SMA材料冷却，则它部分返回其变形形状，并且能完全返回变形形状。换句话说，SMA材料随温度变化经历从奥氏体状态至马氏体状态的可逆变换。

研究和开发公司仅触及在开关结构中如何能使用这种可控制形状变形材料的表面。例如，常规机电开关已经把SMA导线用作旋转致动器和把SMA片弯曲成一个阀。把导线绕其纵向轴扭转或扭曲，并且然后限制导线的端部以防运动。片状致动器机械耦合到一个或多个可运动元件上，从而致动器的温度诱导变形施加一个力，或者产生机械元件的运动。

与这些和类似SMA开关配置和制造技术有关的问题与对于常规机电开关在以上描述的那些类似。特别是，尺寸、可靠性、耐久性、功能性、及成本的约束限制先有技术SMA开关的用途。

在闭合时，使用或不使用形状记忆合金的常规开关和继电器通常较大、苯重、或者太易坏，不能用于工业目的或批量生产。因此，便利的是开发一种开关或继电器，这种开关或继电器能从形状记忆合金的特性得益，并且能消除当前开关技术的以上列出问题，这些技术可以使用或不使用形状记忆合金。

本发明的目的在于，克服或至少减小上述问题的一个或多个的影响。

在一个实施例中，本发明提供一种双稳态开关。该开关包括如下元件：一个基片，带有至少一个电源；一个可弯曲片，带有一个固定到基片上的第一远端；一个桥触点，形成在可弯曲片的一个第二和相对远端处；及至少一个热致动元件，连接到可弯曲片的一个第一表面上并且在第二远端与电源之间，其中从电源通过热致动元件的电流间接弯曲可弯曲片，并且借助于一个可持续力短路在基片上的信号触点。

本发明的另一个实施例提供一个用来制造用于带有信号线触点和一个电源的基片的双稳态开关的过程。具体地说，该过程包括提供一个可弯曲片；把至少一个热致动元件连接在可弯曲片的一个第一远端与电源之间；在可弯曲片的第一远端处形成一个导电桥触点；及把可弯曲片的一个第二和相对远端安装到基片上，其中从电源通过热致动元件的电流间接弯曲可弯曲片，并且短路在基片上的信号触点。

本发明性结构提供一种生产双稳态开关的较简单和便宜方法，该开关具有借助于使用标准半导体基础单元-晶体管的当前固态方法不能获得的性能值。这种构造微动开关的新的和革新微加工方法使用户能够建造能携带非常高电压、电流和频率信号的系统。这成为可能的，因为微动开关在概念上等效于一个微型继电器。事实上，这种微动开关是一种运动以连接或脱开导电触点的机械微型结构。另外，这种结构和方法与标准硅处理兼容，允许在合理成本下的批量生产。

在阅读如下详细描述和参照附图时，本发明的其他方面和优点将成为显然的，在附图中：

图1表明按照本发明一个实施例的一种双稳态开关的立体图；

图2表明图1的发明性双稳态开关的总示意布局；

图3A和3B-5A和5B表明一个用来制造图1的双稳态开关的过程；

图6A和6B表明一个用来制造图1的双稳态开关的以包括一个弯皱的臂部分；

图7A和7B表示安装和致动的图6A的双稳态开关以表明一个第一和一个第二开关位置；

图8表明包括多个桥触点的图1的双稳态开关的一个可选择实施例；及

图9A和9B表明发明性双稳态开关的又一个实施例。