CN103943416B

CN103943416B - 一种双稳态静电型开关

Info

Publication number: CN103943416B
Application number: CN201410131334.2A
Authority: CN
Inventors: 李慧娟; 杨子健; 孙建
Original assignee: China Academy of Aerospace Electronics Technology Co Ltd
Current assignee: China Academy of Aerospace Electronics Technology Co Ltd
Priority date: 2014-04-02
Filing date: 2014-04-02
Publication date: 2017-01-18
Anticipated expiration: 2034-04-02
Also published as: CN103943416A

Abstract

一种双稳态静电型开关，包括活动电极、第一活动接触电极、第一固定接触电极、第一驱动电极、第二驱动电极、支撑架、基底；活动电极固定在支撑架上；在支撑点或支撑轴线一侧的活动电极上贴有第一活动接触电极，第一活动接触电极在基底上的投影位置贴有第一固定接触电极；支撑点或支撑轴线两侧在基底上的投影位置，分别贴有第一驱动电极、第二驱动电极；第一驱动电极、第二驱动电极同时连接至外部反向电路；活动电极接至外部电源；本发明体积重量小，加工工艺及封装工艺简单，容易向工程应用转化；本发明还具有两个稳定状态，通过推拉式驱动结构，使活动电极总是稳定保持于一个稳定状态，极大的提高了静电型开关产品整体的抗振动冲击性能。

Description

一种双稳态静电型开关

技术领域

本发明涉及静电型开关，特别是一种具有双稳定状态的静电型开关。

背景技术

现有微型双稳态开关主要利用磁场提供转动和稳态保持力矩，开关活动电极包含磁场敏感机构，加工及封装工艺复杂，体积重量大、瞬间功耗高；现有微型静电型开关一般只有一个稳定状态，抗冲击振动性能差，产品可靠性低。以上两种类型的开关均不能满足发射、空间环境等复杂条件对轻小型、耐强力学环境以及高可靠性等全方位的使用要求。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种双稳态静电型开关，可以提高产品抗振动冲击性能，并大幅降低工艺及封装难度和成本。

本发明的技术方案是：一种单极型活动电极双稳态静电开关，包括活动电极、第一活动接触电极、第一固定接触电极、第一驱动电极、第二驱动电极、支撑架、基底；活动电极固定在支撑架上，使活动电极能够绕支撑点或支撑轴线在竖直平面内进行转动；在支撑点或支撑轴线一侧的活动电极上贴有第一活动接触电极，第一活动接触电极在基底上的投影位置贴有第一固定接触电极；第一固定接触电极与外部受控电路相连；支撑点或支撑轴线两侧在基底上的投影位置，分别贴有第一驱动电极、第二驱动电极；第一驱动电极、第二驱动电极同时连接至外部反向电路，使第一驱动电极和第二驱动电极上的电极极性保持反向；活动电极接至外部电源。

还包括第二活动接触电极和第二固定接触电极；所述的第二活动接触电极位于支撑点或支撑轴线另一侧的活动电极上，第二活动接触电极在基底上的投影位置贴有第二固定接触电极。

一种双极型活动电极双稳态静电开关，包括活动电极、第一活动接触电极、第一固定接触电极、第一驱动电极、第二驱动电极、支撑架、基底；活动电极固定在支撑架上，使活动电极能够绕支撑点或支撑轴线在竖直平面内进行转动；所述的活动电极包括第一子活动电极和第二子活动电极，第一子活动电极和第二子活动电极之间通过绝缘结构连接；第一子活动电极上贴有第一活动接触电极；第一子活动电极和第二子活动电极同时连接至外部反向电路，使第一子活动电极和第二子活动电极上的电极极性保持反向；第一子活动电极在基底上的投影位置贴有第一固定接触电极；第一子活动电极和第二子活动电极在基底上的投影位置，分别贴有第一驱动电极、第二驱动电极；第一驱动电极、第二驱动电极均接至外部电源。

还包括第二活动接触电极和第二固定接触电极；所述的第二活动接触电极位于第二子活动电极上，第二活动接触电极在基底上的投影位置贴有第二固定接触电极。

本发明与现有技术相比的优点在于：

（1）与现有电磁型双稳态微型开关相比，本发明采用了静电型驱动结构，由于不含有电磁驱动结构，体积重量小，加工工艺及封装工艺简单，容易向工程应用转化；

（2）与现有静电型微型开关相比，本发明具有两个稳定状态，通过推拉式驱动结构，使活动电极总是稳定保持于一个稳定状态，极大的提高了静电型开关产品整体的抗振动冲击性能。

附图说明

图1是一种单极型活动电极双稳态静电开关的实施案例主视图；

图2是一种单极型活动电极双稳态静电开关的实施案例俯视图；

图3是一种单极型活动电极双稳态静电开关的一种实施案例及其使用方法示意图；

图4是一种双极型活动电极双稳态静电开关的实施案例主视图；

图5是一种双极型活动电极双稳态静电开关的实施案例俯视图；

图6是一种双极型活动电极双稳态静电开关的一种实施案例及其使用方法示意图。

具体实施方式

本说明书所用的实施案例，只是本发明的一些例子，而没有任何意图从任何方面限制本发明的范围。本说明书用微机械及机械等方面的例子制作本发明，应被理解，其他很多制造方法可以被用来制作本开关。而本说明书描述的方法，还可以被应用到光、液态控制以及其它开关器件。

另外这些方法也适合于传感执行系统、电子系统、光学系统、消费电子、工业控制、移动通讯、航天及航空、生物、医疗系统及其它控制应用。本说明书所用的空间安排只是为了示意而已，具体的双稳态开关甚至电极可以有多种空间位置、数量组合及取向安排，这些开关还可以适当方式相连并形成阵列。

单极型活动电极双稳态静电开关

图1显示了一种单极型活动电极双稳态静电开关的主视图，所述活动电极1为活动梁。所述活动电极1由所述支撑架6支撑，所述活动电极1能够绕支撑点或支撑轴线一侧在竖直平面内进行转动。所述支撑架6可以是任何可以屈曲的材料，它支撑活动电极1并带动活动电极1发生反转。所述支撑架6可以是金属如不锈钢、金、镍、铜合金等，也可以是非金属如二氧化硅、氮化硅、聚酰亚胺、多晶硅等，所述支撑架6的刚度可通过调节其材料、三维尺寸、形状等实现，另外的一些传递结构例如杠杆等也可以被用来支撑所述活动电极1使其绕支撑点或支撑轴线转动。所述第一活动接触电极11三维形貌和尺寸根据具体需要不同。当所述活动电极1逆时针转动某一角度时，所述第一活动接触电极11与所述第一固定接触电极31发生接触，接触稳定后所述活动电极1达到稳定状态。所述第一活动接触电极11与所述第一固定接触电极31构成了开关的一组触点。通过调节所述第一驱动电极41、所述第二驱动电极42的极板尺寸及它们与所述活动电极1的间距，可获得不同的驱动力矩。所述第二活动接触电极12和所述第二固定接触电极32构成开关的另外一组触点，这组触点的工作原理与所述第一活动接触电极11与所述第一固定接触电极31组成的触点工作原理类似，在此不再赘述。

所述第一驱动电极41和所述第二驱动电极42极性相反，所述活动电极1受到的力矩为逆时针或者顺时针，也即所述活动电极1转动方向为逆时针或者顺时针。当所述活动电极1转动时，所述第一活动接触电极11和所述第二活动接触电极12也随着分别上下移动，从而分别与所述第一固定接触电极31和所述第二固定接触电极32断开连接或者导通。

所述第一固定接触电极31、所述第二固定接触电极32、所述第一活动接触电极11、所述第二活动接触电极12、所述第一驱动电极41和所述第二驱动电极42可以是任何非绝缘材料如金、铜、钨、钼、银等或者合金材料如银合金、铜合金等，并可以由蒸发、溅射、电镀、掺杂、轧制、焊接或其它方法制成。所述第一固定接触电极31和第二固定接触电极32也可被设计成适合射频及微波电路用的传输结构形式。

图2显示了一种单极型活动电极双稳态静电开关的附视图。所述活动电极1含有导电材料。

以所述第一固定接触电极31与所述第一活动接触电极11组成的触点为例，说明开关的工作方式。所述第一固定接触电极31含有两个及以上分立触点，分立触点按照一定的方式排列。在实际应用中，分立触点与外部受控电路相连，当所述第一固定接触电极31与所述第一活动接触电极11导通连接时，开关外部受控电路形成回路。当所述第一固定接触电极31与所述第一活动接触电极11断开连接时，开关外部受控电路断路。同理，所述第二固定接触电极32与所述第二活动接触电极12组成的另一组触点工作原理类似，不再赘述。

双极型活动电极双稳态静电开关

图4显示了一种双极型活动电极双稳态静电开关的主视图，所述活动电极1为活动梁，含有导体材料。所述活动电极1由所述支撑架6支撑，所述活动电极1能够绕支撑点或支撑轴线一侧在竖直平面内进行转动。所述支撑架6可以是任何可以屈曲的材料，它支撑所述活动电极1并带动所述活动电极1发生反转。所述支撑架6可以是金属如不锈钢、金、镍、铜合金等，也可以是非金属如硅、氮化硅、聚酰亚胺、多晶硅等，所述支撑架6的刚度可通过调节其材料、三维尺寸、形状等实现，另外的一些传递结构例如杠杆等也可以被用来支撑活动电极1使其绕支撑点或支撑轴线转动。所述第一活动接触电极11三维形貌和尺寸根据具体需要不同。所述第一子活动电极1a和所述第二子活动电极1b通过所述绝缘结构2相连，电气不导通。所述绝缘结构2采用绝缘材料，例如，可以是合成材料如二氧化硅、氮化硅以及三氧化二铝等，也可以是聚合物如聚酰亚胺、聚甲醛等等等。当所述活动电极1逆时针转动某一角度时，所述第一活动接触电极11与所述第一固定接触电极31发生接触，接触稳定后所述活动电极1达到稳定状态。所述第一活动接触电极11与所述第一固定接触电极31构成了开关的一组触点。通过调节所述第一驱动电极41、所述第二驱动电极42的极板尺寸及它们与所述活动电极1的间距，可获得不同的驱动力矩。所述第一子活动电极1a和所述第二子活动电极1b分别连接至不同的驱动电源。所述第一驱动电极41和所述第二驱动电极42极性相反，所述活动电极1受到的力矩为逆时针或者顺时针，也即所述活动电极1转动方向为逆时针或者顺时针。当活动电极1转动时，所述第一活动接触电极11和所述第二活动接触电极12也随着分别上下移动，从而分别与所述第一固定接触电极31和所述第二固定接触电极32断开连接或者导通连接。

所述第二活动接触电极12和所述第二固定接触电极32构成开关的另外一组触点，这组触点的工作原理与所述第一活动接触电极11与所述第一固定接触电极31组成的触点工作原理类似，在此不再赘述。

所述第一固定接触电极31、所述第二固定接触电极32、所述第一活动接触电极11、所述第二活动接触电极12、所述第一驱动电极41和所述第二驱动电极42可以是任何非绝缘材料如金、铜、钨、钼、银等或者合金材料如银合金、铜合金等，并可以由蒸发、溅射、电镀、掺杂、轧制、焊接或其它方法制成。所述第一固定接触电极31和第二固定接触电极32也可被设计成适合射频及微波等电路用的传输结构形式。

图5显示了一种双极型活动电极双稳态静电开关的附视图。以所述第一固定接触电极31与所述第一活动接触电极11组成的触点为例，说明开关的工作方式。所述第一固定接触电极31含有两个及以上分立触点，分立触点按照一定的方式排列。在实际应用中，分立触点与外部受控电路相连，当所述第一固定接触电极31与所述第一活动接触电极11导通连接时，开关外部受控电路形成回路。当所述第一固定接触电极31与所述第一活动接触电极11断开连接时，开关外部受控电路断路。同理，所述第二固定接触电极32与所述第二活动接触电极12组成的另一组触点工作原理类似，不再赘述。

应理解到有多种不同的方法制造这两种静电型双稳态开关A/B。这些方法包括并不局限于：机械加工制造法、半导体集成电路制造法、印制电路版制造法、微机械制造法等。这些方法包括以下一些步骤：光刻、沉积、刻蚀、丝网印刷、层压、压模成型、焊接，粘贴，压合等。为简明起见，关于这些方法的详细说明在此从略。

实施例1：

图3为一种单极型活动电极双稳态静电开关的一种实施方式，所述第一驱动电极41和所述第二驱动电极42极性方向相反，所述活动电极1与外部电源U_in相连。外部电源U_in为极性固定电源，电信号U_in1和U_in2极性相反。如U_in为正，则当U_in1为正、U_in2为负时，所述活动电极1沿顺时针方向翻转直至状态保持；如U_in为正，则当U_in1为负、U_in2为正时，所述活动电极1仍然保持状态稳定。当U_in为负，则当U_in1为正、U_in2为负时，所述活动电极1绕所述支撑轴或支撑轴线逆时针方向翻转直至状态保持；当U_in为负，则当U_in1为负、U_in2为正时，所述活动电极1仍然保持状态稳定。开关总是保持一侧触点断开而另一侧触点闭合。因此，是双稳态开关。

实施例2：

图6为一种双极型活动电极双稳态静电开关的一种实施方式，其中所述第一活动电极1a和所述第二活动电极1b极性方向相反，所述第一驱动电极41和所述第二驱动电极42均与外部固定电源U_in相连。电信号U_in1和U_in2极性相反。如U_in为正，则当U_in1为正、U_in2为负时，所述活动电极1沿顺时针方向翻转直至状态保持；如U_in为正，则当U_in1为负、U_in2为正时，所述活动电极1仍然保持状态稳定。如U_in为负，则当U_in1为正、U_in2为负时，所述活动电极1沿逆时针方向翻转直至状态保持；当U_in为负，则当U_in1为负、U_in2为正时，所述活动电极1仍然保持状态稳定。开关总是保持一侧触点断开而另一侧触点闭合。因此，是双稳态开关。

应被理解到，不脱离本发明范围内，还有许多其它可能实施类型以及不同材料的选择与组合，同样也有很多不同结构或几何尺寸可被用在开关里。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims

1.一种双极型活动电极双稳态静电开关，其特征在于：包括活动电极(1)、第一活动接触电极(11)、第一固定接触电极(31)、第一驱动电极(41)、第二驱动电极(42)、支撑架(6)、基底(8)；活动电极(1)固定在支撑架(6)上，使活动电极(1)能够绕支撑点或支撑轴线在竖直平面内进行转动；所述的活动电极(1)包括第一子活动电极(1a)和第二子活动电极(1b)，第一子活动电极(1a)和第二子活动电极(1b)之间通过绝缘结构(2)连接；第一子活动电极(1a)上贴有第一活动接触电极(11)；第一子活动电极(1a)和第二子活动电极(1b)同时连接至外部反向电路，使第一子活动电极(1a)和第二子活动电极(1b)上的电极极性保持反向；第一子活动电极(1a)在基底(8)上的投影位置贴有第一固定接触电极(31)；第一子活动电极(1a)和第二子活动电极(1b)在基底(8)上的投影位置，分别贴有第一驱动电极(41)、第二驱动电极(42)；第一驱动电极(41)、第二驱动电极(42)均接至外部电源；还包括第二活动接触电极(12)和第二固定接触电极(32)；所述的第二活动接触电极(12)位于第二子活动电极(1b)上，第二活动接触电极(12)在基底(8)上的投影位置贴有第二固定接触电极(32)。