專利名稱：基于時(shí)序雙脈沖的雙穩(wěn)態(tài)微開關(guān)熱驅(qū)動(dòng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及的是一種微機(jī)電技術(shù)領(lǐng)域的驅(qū)動(dòng)裝置，具體是一種基于時(shí)序雙脈沖的雙穩(wěn)態(tài)微開關(guān)熱驅(qū)動(dòng)裝置。
背景技術(shù)：
目前大部分基于MEMS技術(shù)制備的微繼電器或開關(guān)類器件都需要持續(xù)功耗以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)保持，尋找一種無功耗實(shí)現(xiàn)雙穩(wěn)態(tài)的機(jī)制已經(jīng)成為目前MEMS研究中的一大熱點(diǎn)?，F(xiàn)有的一種閉鎖電熱雙穩(wěn)態(tài)微開關(guān)，采用電熱驅(qū)動(dòng)，且利用結(jié)構(gòu)上的機(jī)械閉鎖，具有工作電壓低、無功耗的特點(diǎn)，因此有必要應(yīng)用一種可輸出時(shí)序雙脈沖信號(hào)的電源驅(qū)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)這種閉鎖。經(jīng)過現(xiàn)有文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，VivekAgrawal 等人在 IEEE :Proc. 50th IEEE Holm Conference on Electrical Contacts and 22nd International Conference on Electrical Contacts(2004年美國(guó)電子工程師和電氣工程師協(xié)會(huì)第50屆電觸頭霍爾姆會(huì)議和第22屆電觸頭國(guó)際會(huì)議222-225頁(yè))上發(fā)表“A Latching MEMS Relay for DC and RF Application"(“一種閉鎖MEMS繼電器在直流和RF中的應(yīng)用”)，該文獻(xiàn)包括兩個(gè)呈90° 角放置的熱驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)時(shí)序脈沖信號(hào)源，此信號(hào)源可輸出兩個(gè)有時(shí)間差的脈沖信號(hào)。第一個(gè)脈沖信號(hào)使水平方向的懸臂梁向上翹曲，為垂直方向的懸臂梁向左彎曲提供空間，第二個(gè)脈沖信號(hào)使垂直方向的懸臂梁向左彎曲；然后第一個(gè)控制水平懸臂梁的脈沖信號(hào)進(jìn)入低電平，水平懸臂梁回復(fù)初始位置，第二個(gè)控制垂直懸臂梁的脈沖信號(hào)進(jìn)入低電平，垂直懸臂梁在欲回到初始位置的時(shí)候，被水平懸臂梁擋住，形成閉鎖，開關(guān)處于閉合的狀態(tài)。它的懸臂梁設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，對(duì)現(xiàn)有微加工技術(shù)是一個(gè)巨大挑戰(zhàn)。中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?00910308026. 1，名稱為閉鎖電熱雙穩(wěn)態(tài)微開關(guān)，該發(fā)明包括電極，翹曲層(驅(qū)動(dòng)層)，牽制層(偏置層)，基座，信號(hào)引線，上觸點(diǎn)，下觸點(diǎn)。上觸點(diǎn)和下觸點(diǎn)分列于兩個(gè)翹曲層的末端，高度方向保持上下懸空。通過對(duì)下觸點(diǎn)所在的懸臂梁施加脈沖電信號(hào)，使得雙層膜向上翹曲，同時(shí)帶動(dòng)末端的觸點(diǎn)向上運(yùn)動(dòng)。因?yàn)闊狎?qū)動(dòng)能夠產(chǎn)生很大的驅(qū)動(dòng)力，通?？梢赃_(dá)到mN級(jí)，因此只要彈性力和驅(qū)動(dòng)力適當(dāng)匹配，下觸點(diǎn)可以輕易地?fù)荛_上觸點(diǎn)。當(dāng)脈沖電信號(hào)降為低電平后，下觸點(diǎn)所在的懸臂梁散熱回復(fù)，與上觸點(diǎn)相互搭接。由于熱驅(qū)動(dòng)的回復(fù)力通常很小，這時(shí)已經(jīng)不足以使下觸點(diǎn)能再次撥開上觸點(diǎn)，因此這種搭接就形成一個(gè)穩(wěn)態(tài)。這個(gè)設(shè)計(jì)是要通過下觸點(diǎn)的向上翹曲將上觸點(diǎn)撥開，這就對(duì)材料的選擇、加工工藝等許多方面有很大的要求。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，提供一種基于時(shí)序雙脈沖的電熱雙穩(wěn)態(tài)微開關(guān)熱驅(qū)動(dòng)裝置，該裝置使用懸梁交錯(cuò)鎖定的閉鎖結(jié)構(gòu)，具有無持續(xù)功耗穩(wěn)態(tài)保持的特性，并用一個(gè)可輸出兩個(gè)脈沖電信號(hào)的電源來驅(qū)動(dòng)，其中兩個(gè)脈沖電信號(hào)具有一定的時(shí)間差，分別驅(qū)動(dòng)相互交錯(cuò)的兩個(gè)懸臂梁，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，功耗小，材料
3選擇范圍大等優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)用新型是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本實(shí)用新型包括驅(qū)動(dòng)單元、工作單元。其中驅(qū)動(dòng)單元為工作單元施加電壓，工作單元使外接電路導(dǎo)通或斷開。所述的工作單元是閉鎖電熱雙穩(wěn)態(tài)微開關(guān)，閉鎖電熱雙穩(wěn)態(tài)微開關(guān)使用懸梁交錯(cuò)鎖定的閉鎖結(jié)構(gòu)。所述的閉鎖電熱雙穩(wěn)態(tài)微開關(guān)包括電極，翹曲層(驅(qū)動(dòng)層)，牽制層(偏執(zhí)層)，基座，信號(hào)引線，上觸點(diǎn)，下觸點(diǎn)，其中翹曲層的端部與基座固定，另一端伸出懸空形成懸梁結(jié)構(gòu)，熱膨脹系數(shù)較小的牽制層淀積在翹曲層上方，雙層膜結(jié)構(gòu)的懸梁能夠在受熱時(shí)發(fā)生翹曲。電極淀積在翹曲層的上方，并緊連著牽制層，從電極可以引入電信號(hào)，對(duì)牽制層電阻絲進(jìn)行電加熱。上觸點(diǎn)和下觸點(diǎn)分列于兩個(gè)翹曲層的末端，兩者水平方向略微向外伸出，高度方向保持上下懸空。兩個(gè)觸點(diǎn)可以上下交錯(cuò)搭接，通過機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)保持，接入信號(hào)引線，即能夠?qū)ɑ驍嚅_信號(hào)引線電路，實(shí)現(xiàn)開關(guān)功能。所述的驅(qū)動(dòng)單元是可輸出兩個(gè)脈沖信號(hào)的電路板，具有設(shè)定時(shí)間差的兩個(gè)脈沖電信號(hào)分別驅(qū)動(dòng)所述的閉鎖電熱雙穩(wěn)態(tài)微開關(guān)相互交錯(cuò)的兩個(gè)懸臂梁。所述的驅(qū)動(dòng)單元包括仿真芯片、驅(qū)動(dòng)器、穩(wěn)壓器、供電接口插槽、整流二極管、七個(gè)按鍵模塊、六個(gè)數(shù)碼管顯示模塊，其中仿真芯片的第八和第九引腳分別與閉鎖電熱微開關(guān)的兩個(gè)懸臂梁相連，仿真芯片的第一到第七引腳分別于七個(gè)按鍵模塊的輸出端相連，仿真芯片的第十引腳與穩(wěn)壓器的輸出端相連，仿真芯片的第十一到第十六引腳分別與驅(qū)動(dòng)器的第一到第六引腳相連，驅(qū)動(dòng)器的第七到第十二引腳分別與數(shù)碼管顯示模塊的第一到第六引腳相連，仿真芯片的第十七到第二十二引腳分別于數(shù)碼管顯示模塊的第七到第十二引腳相連，仿真芯片的第二十三引腳與電源負(fù)極相連，供電接口插槽的第三插口與電源正極相連，供電接口插槽的第一插口與電源負(fù)極相連，供電接口插槽的第二插口與整流二極管的正極相連，整流二極管的負(fù)極與穩(wěn)壓器的輸入端相連。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是可通過按鍵模塊輸入所需的兩脈沖電信號(hào)間的時(shí)間差，并由數(shù)碼管顯示模塊顯示出來，可根據(jù)不同的工作需要設(shè)置不同的時(shí)間差值，具有一定時(shí)間差的兩個(gè)脈沖電信號(hào)可分別驅(qū)動(dòng)相互交錯(cuò)的兩個(gè)懸臂梁，且閉鎖電熱雙穩(wěn)態(tài)微開關(guān)使用懸梁交錯(cuò)鎖定的閉鎖結(jié)構(gòu)，具有無持續(xù)功耗穩(wěn)態(tài)保持的特性，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，功耗小，材料選擇范圍大等優(yōu)點(diǎn)。

圖1是本實(shí)用新型一實(shí)施例中閉鎖電熱雙穩(wěn)態(tài)微開關(guān)的結(jié)構(gòu)連接示意圖；其中1 一電極；2—牽制層電阻絲；3—翹曲層；4一基座；5—信號(hào)引線；6—上觸點(diǎn)；7—下觸點(diǎn)。圖2是本實(shí)用新型一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)連接示意圖；其中8—七個(gè)按鍵模塊，9一仿真芯片，10—驅(qū)動(dòng)器，11 一六個(gè)數(shù)碼管顯示模塊， 12—供電接口插槽，13—穩(wěn)壓器。
具體實(shí)施方式
[0017]
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的裝置進(jìn)一步描述本實(shí)施例在以本實(shí)用新型技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
實(shí)施例如圖1和圖2所示，本實(shí)施例包括仿真芯片9、驅(qū)動(dòng)器10、供電接口插槽12、穩(wěn)壓器13、整流二極管D、七個(gè)按鍵模塊8、六個(gè)數(shù)碼管顯示模塊11、閉鎖電熱雙穩(wěn)態(tài)微開關(guān)S，其中仿真芯片9的第八引腳b和第九引腳c分別與閉鎖電熱微開關(guān)S的兩個(gè)懸臂梁相連，仿真芯片9的第一到第七引腳a分別于按鍵模塊8的七個(gè)輸出端h相連，仿真芯片9的第十引腳d與穩(wěn)壓器13的輸出端r相連，仿真芯片9的第十一到第十六引腳e分別與驅(qū)動(dòng)器10 的第一到第六引腳i相連，驅(qū)動(dòng)器10的第七到第十二引腳j分別與數(shù)碼管顯示模塊11的第一到第六引腳k相連，仿真芯片9的第十七到第二十二引腳f分別與數(shù)碼管顯示模塊11 的第七到第十二引腳1相連，仿真芯片9的第二十三引腳g與電源負(fù)極相連，供電接口插槽 12的第三插口 ρ與電源正極相連，供電接口插槽12的第一插口 m與電源負(fù)極相連，供電接口插槽12的第二插口 η與整流二極管D的正極相連，整流二極管D的負(fù)極與穩(wěn)壓器13的輸入端q相連。所述的仿真芯片9是AT89S52仿真芯片。所述的驅(qū)動(dòng)器10是74LS245驅(qū)動(dòng)器。所述的穩(wěn)壓器13是7805穩(wěn)壓器。如圖1所示，所述的閉鎖電熱雙穩(wěn)態(tài)微開關(guān)S包括電極1，牽制層電阻絲2，翹曲層3，基座4，信號(hào)引線5，上觸點(diǎn)6和下觸點(diǎn)7，其中以基座4為基礎(chǔ)，一個(gè)開關(guān)的兩個(gè)基座保持一段距離平行排布，翹曲層3的端部與基座4相連，另一端伸出懸空，牽制層由信號(hào)引線5和牽制層電阻絲2共同組成，牽制層位于翹曲層3上面，兩者形成雙層膜結(jié)構(gòu)，電極1 淀積在翹曲層3的上方，并緊連著牽制層，上觸點(diǎn)6和下觸點(diǎn)7與信號(hào)引線5相連，分別位于兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器的末端，兩者上下之間有3 μ m-5 μ m的空氣間隙，為了降低接觸電阻，可以考慮在上觸點(diǎn)6的上表面電鍍金。本實(shí)施例的工作過程將電路板輸出的第一個(gè)脈沖電信號(hào)施加到上觸點(diǎn)所在的懸臂梁的電極，電流流經(jīng)牽制層電阻絲，電阻絲發(fā)熱，熱量通過熱傳導(dǎo)傳遞給翹曲層。由于翹曲層和牽制層雙層膜之間熱膨脹系數(shù)的差異，使得雙層膜向上翹曲，同時(shí)帶動(dòng)末端的觸點(diǎn)向上運(yùn)動(dòng)，這樣為下觸點(diǎn)所在的懸臂梁向上翹曲讓出空間。與第一個(gè)脈沖電信號(hào)有一定時(shí)間差的第二個(gè)脈沖電信號(hào)開始施加在下觸點(diǎn)所在的懸臂梁的電極上，與上觸點(diǎn)類似，下觸點(diǎn)所在的懸臂梁向上翹曲。此時(shí)，第一個(gè)脈沖電信號(hào)進(jìn)入低電平，上觸點(diǎn)所在的懸臂梁散熱回復(fù)到初始位置，隨后第二個(gè)脈沖電信號(hào)也進(jìn)入低電平，同樣，下觸點(diǎn)所在的懸臂梁也散熱回復(fù)，但由于上下觸點(diǎn)之間有一段重疊交錯(cuò)，所以下觸點(diǎn)已不能回復(fù)到初始位置，這時(shí)下觸點(diǎn)與上觸點(diǎn)相互搭接，形成一個(gè)穩(wěn)態(tài)。如果在信號(hào)引線兩端檢測(cè)電信號(hào)，這個(gè)過程實(shí)現(xiàn)了一個(gè)從“斷”到“開”的開關(guān)過程，并且在保持“開”狀態(tài)時(shí)不需要持續(xù)功耗。將兩個(gè)脈沖電信號(hào)的順序反轉(zhuǎn)，先驅(qū)動(dòng)下觸點(diǎn)所在的懸臂梁，再驅(qū)動(dòng)上觸點(diǎn)所在的懸臂梁，當(dāng)脈沖電信號(hào)進(jìn)入低電平時(shí)，下觸點(diǎn)和上觸點(diǎn)所在的懸臂梁依次散熱回復(fù)到初始位置，從而又實(shí)現(xiàn)了一個(gè)從“開”到“斷”的開關(guān)過程，整個(gè)開關(guān)恢復(fù)到初始狀態(tài)。[0024]本實(shí)用新型可通過按鍵模塊輸入所需的兩脈沖電信號(hào)間的時(shí)間差，并由數(shù)碼管顯示模塊顯示出來，可根據(jù)不同的工作需要設(shè)置不同的時(shí)間差值，整個(gè)裝置具有無持續(xù)功耗穩(wěn)態(tài)保持的特性，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，材料選擇范圍大等優(yōu)點(diǎn)。以上實(shí)施例詳細(xì)顯示和描述了本實(shí)用新型的基本原理、主要特征和本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實(shí)用新型不受上述實(shí)施例的限制，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的前提下本實(shí)用新型還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實(shí)用新型范圍內(nèi)。本實(shí)用新型要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等同物界定。
權(quán)利要求1.一種基于時(shí)序雙脈沖的雙穩(wěn)態(tài)微開關(guān)熱驅(qū)動(dòng)裝置，包括驅(qū)動(dòng)單元以及與之連接的工作單元，其中所述的工作單元是閉鎖電熱雙穩(wěn)態(tài)微開關(guān)，閉鎖電熱雙穩(wěn)態(tài)微開關(guān)使用懸梁交錯(cuò)鎖定的閉鎖結(jié)構(gòu)；所述的驅(qū)動(dòng)單元是可輸出兩個(gè)脈沖信號(hào)的電路板，具有設(shè)定時(shí)間差的兩個(gè)脈沖電信號(hào)分別驅(qū)動(dòng)所述的閉鎖電熱雙穩(wěn)態(tài)微開關(guān)相互交錯(cuò)的兩個(gè)懸臂梁。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于時(shí)序雙脈沖的雙穩(wěn)態(tài)微開關(guān)熱驅(qū)動(dòng)裝置，其特征是，所述的驅(qū)動(dòng)單元包括仿真芯片(9)、驅(qū)動(dòng)器(10)、供電接口插槽(12)、穩(wěn)壓器(13)、整流二極管(D)、七個(gè)按鍵模塊(8)、六個(gè)數(shù)碼管顯示模塊(11)，其中仿真芯片(9)的第八引腳(b) 和第九引腳(c)分別與閉鎖電熱微開關(guān)(S)的兩個(gè)懸臂梁相連，仿真芯片(9)的第一到第七引腳(a)分別與按鍵模塊(8)的七個(gè)輸出端(h)相連，仿真芯片(9)的第十引腳(d)與穩(wěn)壓器(13)的輸出端(r)相連，仿真芯片(9)的第十一到第十六引腳(e)分別與驅(qū)動(dòng)器(10) 的第一到第六引腳(i)相連，驅(qū)動(dòng)器(10)的第七到第十二引腳(j)分別與數(shù)碼管顯示模塊 (11)的第一到第六引腳(k)相連，仿真芯片(9)的第十七到第二十二引腳(f)分別與數(shù)碼管顯示模塊(11)的第七到第十二引腳(1)相連，仿真芯片(9)的第二十三引腳(g)與電源負(fù)極相連，供電接口插槽(12)的第三插口(ρ)與電源正極相連，供電接口插槽(12)的第一插口(m)與電源負(fù)極相連，供電接口插槽(12)的第二插口(η)與整流二極管(D)的正極相連，整流二極管(D)的負(fù)極與穩(wěn)壓器(13)的輸入端(q)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于時(shí)序雙脈沖的雙穩(wěn)態(tài)微開關(guān)熱驅(qū)動(dòng)裝置，其特征是，所述的仿真芯片(9 )是AT89S52仿真芯片。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于時(shí)序雙脈沖的雙穩(wěn)態(tài)微開關(guān)熱驅(qū)動(dòng)裝置，其特征是，所述的驅(qū)動(dòng)器(10)是74LS245驅(qū)動(dòng)器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于時(shí)序雙脈沖的雙穩(wěn)態(tài)微開關(guān)熱驅(qū)動(dòng)裝置，其特征是，所述的閉鎖電熱雙穩(wěn)態(tài)微開關(guān)(S)包括電極(1)，牽制層電阻絲(2)，翹曲層(3)，基座 (4)，信號(hào)引線(5)，上觸點(diǎn)(6)和下觸點(diǎn)(7)，其中以基座(4)為基礎(chǔ)，一個(gè)開關(guān)的兩個(gè)基座保持一段距離平行排布，翹曲層(3)的端部與基座(4)相連，另一端伸出懸空，牽制層由信號(hào)引線(5)和牽制層電阻絲(2)共同組成，牽制層位于翹曲層(3)上面，兩者形成雙層膜結(jié)構(gòu)，電極(1)淀積在翹曲層(3)的上方，并緊連著牽制層，上觸點(diǎn)(6)和下觸點(diǎn)(7)與信號(hào)引線(5)相連，分別位于兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器的末端。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于時(shí)序雙脈沖的雙穩(wěn)態(tài)微開關(guān)熱驅(qū)動(dòng)裝置，其特征是，所述上觸點(diǎn)(6)和下觸點(diǎn)(7)兩者上下之間有3 μ m-5 μ m的空氣間隙。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于時(shí)序雙脈沖的雙穩(wěn)態(tài)微開關(guān)熱驅(qū)動(dòng)裝置，其特征是，所述上觸點(diǎn)(6)的上表面電鍍金。
專利摘要一種微機(jī)電技術(shù)領(lǐng)域的基于時(shí)序雙脈沖的雙穩(wěn)態(tài)微開關(guān)熱驅(qū)動(dòng)裝置，包括驅(qū)動(dòng)單元和工作單元，其中驅(qū)動(dòng)單元為工作單元施加電壓，工作單元使外接電路導(dǎo)通或斷開。所述的驅(qū)動(dòng)單元是可輸出兩個(gè)脈沖信號(hào)的電路板，包括仿真芯片、驅(qū)動(dòng)器、穩(wěn)壓器、供電接口插槽、整流二極管、七個(gè)按鍵模塊、六個(gè)數(shù)碼管顯示模塊；所述的工作單元是閉鎖電熱雙穩(wěn)態(tài)微開關(guān)。本實(shí)用新型可通過按鍵模塊輸入所需的兩脈沖電信號(hào)間的時(shí)間差，并由數(shù)碼管顯示模塊顯示出來，可根據(jù)不同的工作需要設(shè)置不同的時(shí)間差值，整個(gè)裝置具有無持續(xù)功耗穩(wěn)態(tài)保持的特性，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，材料選擇范圍大等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01H9/54GK202221740SQ20112028356
公開日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2011年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月5日
發(fā)明者丁桂甫, 劉少偉, 張穎, 毛勝平, 汪紅, 陳欣 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)