CN1075229C - 批量制造的电磁微动继电器/微动开关及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种具有可弯曲单晶结构的微动继电器，该单晶结构由电磁力移动，以在继电器接触元件之间建立连接。该微动继电器包括一具有磁路的衬底和一个或多个该磁路之上的线圈。第一接触垫片耦接于该衬底。该单晶结构悬挂于该衬底之上。第二接触垫片和磁极片耦接于该单晶结构，以使第二接触垫片位于第一接触垫片之上，并且该磁极片位于该线圈之上。加于该线圈的电流产生电磁力，该电磁力可使该单晶结构向衬底弯曲，从而使第二接触垫片与第一接触垫接触。在一个实施例中，线圈包含靠近最内和最外轨迹的绝缘隔离物，以防止短路。

Description

批量制造的电磁微动继电器/微动开关及其制造方法
应用领域
本发明涉及响应于外部所加电流而进行机械开关的微动继电器(micro-relay)。本发明也涉及制造这样一微动继电器的技术。
背景技术
在许多工业应用中，用机械继电器(relay)来代替固态开关，因为继电器当被关断时能提供更好的绝缘，而在被合上时能提供更低的电阻。另外，机械继电器没有在高频应用中引起信号延迟的寄生电容。然而，传统的继电器的体积相对较大，具有相对高的能耗并具有相对低的开关速度。而且，传统的继电器通常制作起来相对较困难，成本也高。
除了传统的机械继电器外，还存在着微动继电器，这种微动继电器是采用类似于生产微电子器件的批处理来制作的。然而，现有的微动继电器采用结构材料(structural materials)，包括溅射(sputtered)或蒸发(evaporated)金属、电镀(electroplated)金属、真空沉积(vacuum-deposited)多晶硅和真空沉积氮化硅。在此使用的术语“结构材料”指移动而使继电器的接触元件之间接触或断开的材料。上面所列的结构材料的硬度、强度、疲劳和变形特性是次优的。
某些微动继电器产生用来移动结构材料的静电力。这种静电力通常相对较小(例如，在那牛顿(nano-Newton)量级)。结果，继电器接触元件必须被置于相对较近的位置。这种近间隔造成了低击穿电压、小制造公差和低抗震能力。这种小静电力还要求结构材料具有较低的硬度。这就造成了较低的开关速度，从而造成在开断期间继电器接触元件之间的飞弧。总的来讲，产生静电力的装置易受微粒的污染的影响。
另一方面，传统的微型簧片继电器采用平行的坡莫合金簧片，电磁化以产生使簧片连接的驱动力，第二电流(信号)通过由连接的簧片形成的导电通路。这样，在这些簧片继电器中，磁路等同于电路。当电信号为高频(即，大于50MHz)时，信号损失由于坡莫合金具有的集肤效应(skin-effect)(即，电子被限制只在簧片表面移动)而变得很可观。
因此，需要这样一种微动继电器，这种微动继电器：(1)具有有着优良的硬度、强度、疲劳和变形特性的结构材料；(2)产生大于通常由静电装置产生的驱动力；(3)消除电磁簧片继电器具有的集肤效应；(4)能够以低成本和以类似于微电子器件的批量生产处理来制造；(5)能够在一衬底上与其它微电子元件一起制作；(6)能被制作以在一单衬底上作为阵列工作，以便完成所需的路由和多路复用操作。
发明总述
因此，本发明提供一种采用诸如单晶硅的单晶体材料作为结构材料的微动继电器。单晶硅有着优良的硬度、强度、疲劳和变形特性。这种硅由电磁力移动，以提供继电器接触元件间的电接触。产生电磁力的元件与用于实现电接触的元件分开。结果，消除了簧片具有的集肤效应。
在一个实施例中，微动继电器包括衬底，该衬底具有至少一个位于其中的磁路。该衬底可以是例如铁磁性衬底或者带有以铁磁性材料填充的沟槽(trench)的硅衬底。一个或多个线圈置于衬底的磁路上，这样，加到线圈的电流使磁路磁化。一个或多个接触垫片(contact pad)分布于衬底上。这些接触垫片相互之间电绝缘，从而在微动继电器内提供了一个常通电路。
易弯曲的单晶体结构悬挂于衬底上。该单晶体结构的通常厚度为30μm。将一导电桥(bridge)垫片连接于该单晶体结构，以便该桥垫片位于接触垫片之上。当该单晶体结构朝向衬底弯曲时，该桥垫片与该接触垫片接触，从而在接触垫片之间提供一紧密的电连接。
将磁极片(pole pieces)连接于该单晶体结构，使磁极片位于线圈之上。该磁极片可用铁磁材料或用永磁材料制成。施加于线圈的电流产生电磁力，该电磁力将单晶体结构拉向衬底方向，从而使桥垫片与接触垫片接触。
在一种变化形式中，该单晶体结构是连续的。在另一种变化形式中，该单晶体结构被加工成多个单条(simple beams)。在另一种变化形式中，该单晶体结构包括：一框架部分，它在该单晶体结构的周围延伸；一平台部分，其侧面由框架部分包围；以及多个将框架部分连接到平台部分的弹簧元件。桥垫片和磁极片位于平台上。该弹簧元件例如可具有例如螺旋形状。本发明还包括操作和制作上述微动继电器的方法。
本发明还着眼于利用增强的邻近绝缘隔离物(adjacent insulatingspacers)(RAILS)的改善了的线圈结构。本发明的线圈包括位于一衬底上的一绕组层。该绕组层具有最内的轨迹(trace)和最外的轨迹。第一增强的绝缘隔离物置于靠近绕组层的最内轨迹之处，而第二增强的绝缘隔离物置于靠近绕组层的最外轨迹之处。一绝缘层位于绕组层和第一及第二隔离物之上。该增强的绝缘隔离物保证绕组层的最内和最外轨迹不与线圈内的任何下一绕组层短路。增强的绝缘隔离物可以置于靠近线圈的每一绕组层的最内和最外轨迹之处。若没有增强的绝缘隔离物，沉积于绕组层之上的任何绝缘层(例如，光刻胶或聚酰亚胺)围绕着最内和最外轨迹的角处就会非常薄，从而造成各绕组层之间的短路。运对于许多具有平面线圈结构的电磁装置都是个问题，尤其是当它们具有两个以上的绕组层。这对于其中绕组层较厚以提供足够的载流容量的电磁驱动器(actuator)来说也是个问题。在一特定实施例中，该绝缘隔离物由光刻胶制成。然而，该隔离物还可由其它材料，例如聚酰亚胺或氧化物制成。
按照本发明的用于制作线圈的方法包括下列步骤：(1)在衬底上形成一光刻胶层；(2)通过限定绕组层的第一光网(reticle)(掩模)来曝光该光刻胶层；(3)显影该光刻胶层，以在该光刻胶层中形成一开口；(4)在该开口中形成一导电材料，从而形成绕组层；(5)通过限定第一和第二增强的绝缘隔离物的第二光网来曝光该光刻胶层；(6)显影该光刻胶层，从而留下该光刻胶层的其余部分作为第一和第二隔离物。光刻胶层的该其余部分可被任选地烘焙(bake)，以使该第一和第二隔离物充分变硬。
通过如下参照附图的详细说明，能够更充分地理解本发明。
附图的简要说明
图1是本发明的一个实施例的上层结构构件的仰视图；
图2是沿图1的断面线2-2的图1的上层结构构件的断面图；
图3是本发明的一个实施例的下层结构构件的俯视图；
图4是沿图3的断面线4-4的图3的下层结构构件的断面图；
图5a是说明通过连接图1和图2的上层结构构件和图3和图4的下层结构构件而形成的微动继电器的断面图；
图5b是说明图5a的微动继电器在闭合位置的断面图；
图6a-6c是说明制造一对上层结构构件部分的断面图；
图7a-7f是说明本发明的一个实施例的制造图1和图2的上层结构构件部分的断面图；
图8a-8h是说明本发明的一个实施例的制造图3和图4的下层结构构件部分的断面图；
图9a和9b分别为一替代实施例的下层结构构件的部分断面图和俯视图；
图10是本发明的一个实施例的自锁微动继电器(latching micro-relay)的断面图；
图11a-11c与本发明的微动继电器阵列的等距(isometric)图；
图12a是本发明的一替代实施例的微动继电器的断面图；
图12b是使用图12a的微动继电器的连接器的断面图；
图13是另一实施例的微动继电器的断面图；
图14是另一实施例的微动继电器的断面图；
图15a-15d说明另一实施例的微动继电器的各种图；
图65a-15c说明另一实施例的微动继电器的各种图。
详细说明
图1是本发明的一个实施例的上层结构构件100的仰视图。图2是沿图1的断面线2-2的上层结构构件100的断面图。图1和图2利用所图示的X-Y-Z坐标系统。结构构件100包括：具有框架部分111的单晶硅结构101、弹簧元件112a-112d和平台部分113。弹簧元件112a-112d以螺旋形从框架111向平台113延伸。弹簧元件112a-112d沿Z轴方向上提供弹性弯曲性。因此，当框架111固定并沿Z轴方向对平台施加力时，平台113在弹簧元件112a-112d的端部沿Z轴方向移动。
在一特定实施例中，硅结构101沿X轴方向的长度Lx大约为2.5mm，沿Y轴方向的长度LY大约为2mm。在该实施例中，结构101沿Z轴方向的高度Lz大约为30μm。弹簧元件112a-112d的每一个都具有大约为80μm的宽度Ws。和大约为3.5mm的有效长度Ls。框架111具有大约为0.6mm的宽度WF。平台113沿X轴的长度LPx大约为1.8mm，沿Y轴的长度LPY大约为1.2mm。这些尺寸只是说明性的而不是限制性的。本发明的其它实施例使用其它的尺寸。
磁极片102和103位于平台113的底侧。极尖(pole tips)104-107如图所示位于磁极片102-103的端部。如下面更详细的描述，磁极片102和103及极尖104-107用于形成一磁路，控制该磁路以对平台113沿Z轴施加一驱动力。在一个实施例中，磁极片102和103及极尖104-107是由铁磁材料比如坡莫合金形成的。在另一个实施例中，磁极片102和103及极尖104-107是由永磁材料比如钴镍合金形成的。在一个实施例中，磁极片102和103沿Z轴方向的厚度大约为25μm，而极尖102和103沿Z轴方向的厚度大约为10μm。如下面更详细的描述，极尖104-107置于平台113上，以便这些极尖置于线圈之上，该线圈位于一下层结构构件上。
继电器接触桥元件108位于磁极片102和103之间。桥元件108包括第一层115、第二层116和第三层117。第一层115沿Z轴方向的厚度等于磁极片102和103沿Z轴方向的厚度。第一层115和磁极片102和103通常用相同的材料同时制成。因此，在所描述的实施例中，第一层115为厚度大约为25μm的坡莫合金。
同样，第二层116沿Z轴方向的厚度等于极尖104-107的厚度。第二层116和极尖104-107通常用相同的材料同时制成。因此，在所描述的实施例中，第二层116为厚度大约为10μm的坡莫合金。
第三层117是非磁性的导电材料，它覆盖层116的底面。在一优选实施例中，第三层117是一层厚度大约为2μm的电镀、蒸发或溅射的金(或铂或其它金属)。如下面更详细的描述，第三层117用于桥接另两个继电器接触元件之间的间隙，从而使电路完整。因为第三层是非磁性的导电材料，所以第三层117有利地导通电流，而不引起能够在高频造成信号衰减的集肤效应。
在第二层116的底部形成第三层117时，第三层117必须位于上层结构构件100的任何元件的沿Z轴的最低点。如参照下面进一步的描述将更明显的那样，运有助于保证第三层117与下层结构构件的继电器接触垫片有着更好的电接触。
一对配准(registration)轨道121-122围绕在框架111下面的周围。轨道121-122包括轨道121a-121b和轨道122a-122b，如图2所示。沟槽123形成于轨道121-122之间。轨道121a和122a沿Z轴方向的厚度等于磁极片102和103沿Z轴方向的厚度，同样，轨道121b和122b的厚度等于磁极片104和106的厚度。轨道121-122、磁极片102-103和极尖104及106通常是同时用相同材料制成的。因此，在所述实施例中，轨道121a和122a为厚度大约为25μm的坡莫合金，而轨道121b-122b为厚度大约为10μm的坡莫合金。如下面更详细的描述，轨道121和122用于保持一粘结剂，该粘结剂将上层结构构件100连接于一下层结构构件。
图3是下层结构构件200的俯视图。图4是沿图3的断面线4-4的下层结构构件200的断面图。图3和图4使用与图1和图2相同的X-Y-Z坐标系统。如下面更详细的描述，上层结构构件100连接于下层结构构件200，以形成微动继电器。如在此所用的，术语“微动继电器”和“微动开关(micro-switch)”可互换。
下层结构构件200包括位于衬底210上的4个线圈201-204。在一个实施例中，线圈201-204根据本领域技术人员公知的技术制造。线圈201-204中的每一个都包括多个导电绕组(如绕组205)，这些绕组通过绝缘材料206与相邻绕组电绝缘。在一特定实施例中，线圈201-204的绕组由铜制成。开口201o-204o位于各线圈201-204的中心部分。在一个实施例中，开口201o-204o中的每一个的直径都大约为400μm，线圈201-204的外侧直径大约为850μm，并且线圈201-204沿Z轴方向的高度HCOIL大约为10μm。
线圈201的A端连接于线圈203的B端。同样，线圈204的C端连接于线圈202的D端。为清楚起见，没有示出这些连接。作为前面所描述连接的结果，流入引线221(并流出引线222)的正向电流使电流以顺时针方向流入线圈203和204，并以逆时针方向流入线圈201和202。
在所示出的实施例中，衬底210是比如铁氧体的铁磁材料，其沿Z轴方向的厚度大约为600μm。流入线圈201-204的电流造成磁势(magnetomotiveforce,MMF)的产生，该磁势磁化衬底210内部的不同的通路。第一通路231在开口201o和203o之间伸展，而第二通路232的开口202o和204o之间伸展(图4)。第一和第二通路231和232限定各自的由所加电流励磁的第一和第二电磁体。由第一通路231和线圈201和203所限定的第一电磁体在开口201o处有一个带有第一极性(如北极)的磁极，并在开口203o处有一个带有第二极性(如南极)的磁极。同样，由第二通路232和线圈202和204所限定的第二电磁体在开口202o处有一个带有第一极性(如北极)的磁极，并在开口204o处有一个带有第二极性(如南极)的磁极。
在一不同的实施例中，衬底材料可以是非铁磁材料，如硅。在这种情况下，通过(采用湿化学物品或干等离子体)对该硅蚀刻沟槽而形成通路231和232，并在沟槽中填充铁磁材料(如坡莫合金)，并抛光所得结构的上表面。
导电的继电器接触元件211和212位于衬底210上的线圈201-204之间。继电器接触元件211和212形成于绝缘层207上，以便继电器接触元件211和212与衬底210电绝缘。间隙213存在于继电器接触元件211和212之间，以便这些元件211和212相互电绝缘。在一特定实施例中，绝缘层207上喷有氧化铝，并且沿Z轴方向的高度大约为5000。继电器接触元件211和212通常为金，其沿Z轴方向的高度大约为2μm。
图5a是说明通过连接上层结构构件100和下层结构构件200而形成的微动继电器1的断面图；在所示的实施例中，包含玻璃隔离球3的粘结剂置于轨道121和122之间的沟槽123中。玻璃球3的直径的选择可在结构构件100和200之间提供所需的隔离。在本实施例中，球3的直径大约为43μm。虽然在图5a中没有示出(因为图5a不是按比例的)，但沟槽123至少与球3的直径一样宽。另外，轨道121和122沿Z轴的高度应当大于球3的半径，并小于球3的直径。此外，用于存放粘结剂的沟槽123还可有其它形状。例如，直槽(straight channels)或带有径向辅助槽(radial satellite channels)的环形槽(circular reservoirs)，能用于保持粘结剂。
在其它实施例中还可采用其它固结结构构件100和200的方法。在另一例中，对轨道121-122的厚度等于结构构件100和200之间所需空间。然后，轨道121-122利用适度的粘结剂固定到衬底210上。也可采用其它连接结构构件100和200的合适的方法和构造。例如，可在硅平台113的底面蚀刻很浅的孔穴(例如，深度为8μm)。然后，将磁极片102和103、极尖104-107和接触元件108电镀(electro-plate)到该孔穴中。装配后，因此轨道121和122与磁极片102-103及极尖104-107具有相同的厚度，故接触元件117和211之间的间隙将等于孔穴深度(例如，8μm)和接触元件117和211的厚度之和(例如，2μm+2μm)之间的差。
微动继电器1如下进行操作。当无电流加到线圈201-204时，微动继电器1保持如图5a所示的位置。即，桥元件108与接触元件211和212分离。结果，在接触元件211和212之间无电流流过。
当无电流加到线圈201-204时，衬底210的通路231和232被激磁。四个接触垫片(未示出)连接到微动继电器1的引线221、引线222、接触垫片211和接触垫片212，从而对微动继电器1提供电连接。如前面所述的，第一电磁体形成于线圈201和203之间，而第二电磁体形成于线圈202和204之间。这些电磁体产生电磁力，该电磁力用于吸引磁极片102和103及极尖104-107。极尖104-107伸入各个开口201o-204o，从而增强所产生的电磁力。该电磁力用于沿Z轴的反方向将平台113向下拉。弹簧112a-112d提供使平台113向下层结构构件200方向移动的弹性。平台113被向下拉，直到桥元件109与接触元件211和212都接触，从而在元件211和212之间提供穿过间隙213的电通路。此时，微动继电器1闭合，电流自由流过元件211和212之间。图5b示出了闭合位置的微动继电器1。注意弹簧112a-112d和平台113被沿Z轴向下拉，超过框架111的平面。当线圈201-204中的电流消除时，单晶结构101返回图5a所示的打开位置。
驱动微动继电器1的电磁力的幅度大约为1.5mN。该值显著大于传统的静电装置所产生的力。结果，单晶结构101可由单晶硅制成，并具有足以形成一坚硬的结构构件的厚度。该坚硬的机械结构提供了快速的开关时间，并防止了在微动继电器1的打开和闭合之间转换期间的飞弧。
单晶结构101的单一晶体结构提供了机械优点，如优良的硬度、强度、疲劳和变形特性。单一晶体的单晶结构的处理形成了相对无缺陷(defect-free)的结构。单一晶体材料的尺寸因素能使在结构尺寸减小的同时，缺陷密度(defect-density)下降，而材料的强度增加。结果，由于无内部材料缺陷，故只有在存在表面裂缝或缺陷的情况下，结构101的故障才会发生。这样的缺陷相对容易检测和避免，从而能相对容易和可靠地进行检验和改善硅机械结构。
微动继电器1内的磁路与微动继电器1内的电路分离。这就允许采用低阻、非磁导电材料如金形成电路。结果，高频信号可通过微动继电器1，而在高频不会由于集肤效应使信号衰减。
下面将详细描述结构构件100和200的制作。根据本发明的一个实施例，上层结构构件100如下形成。硅结构101由具有<100>晶体结构的单晶硅晶片形成。在一个实施例中，在沉积磁极片和桥触点后，将该硅晶片粘接到衬底底部，并从上面抛光，直到该晶片具有所需的结构101的厚度。在所示的实施例中，单晶结构101的厚度范围为5-100μm。也可采用其它的单晶半导体材料来形成结构101。
图6a-6c所示为形成硅结构101的另一方法。在该实施例中，硅晶片601的上表面被抛光。如图6a所示，采用传统的硅处理技术，将掺有硼的厚度为2至3μm的单晶硅层602外延(epitaxially)生成于该抛光的上表面上。然后，采用传统的处理技术，将具有所需单晶结构厚度(如2-100μm)的轻微掺杂的单晶硅层603外延生成于掺硼的硅层602上。将所得结构热氧化，以便在外侧晶片表面生成一氧化物薄层604(约1μm)。晶片601下表面的氧化物604是用光刻胶(未示出)形成图案，以便具有多个矩形开口。将每一个开口中的氧化物除掉，以便在硅衬底601的下表面的氧化物层604上形成多个开口605-606。
如图6b所示，从硅晶片601的背面采用蚀刻剂进行蚀刻，该蚀刻剂通过开口605-606腐蚀硅。该蚀刻剂有这样的特性，即对最初无掺杂的硅晶片601的蚀刻相对较快，而对掺有硼的硅层602的蚀刻相对较慢。对背面的蚀刻连续进行，直到只将掺硼的层602和微掺杂的外延硅层603保留下来。对暴露出的掺硼硅层602采用一种不同的蚀刻剂除掉，该蚀刻剂仅蚀刻掺硼的硅。结果，仅有微掺杂的硅层603保留在由开口605-606所限定的位置。氧化物604被除去，留下了图6c所示的结构。图6c所示的结构被反过来并用于形成多个上层结构构件。总的来讲，层603用于形成上层结构构件的弹簧和平台部分，而层601和602形成上层结构构件的框架部分。在一个实施例中，图6c所示的结构用于形成一对相邻的集成微动继电器的上层结构构件。可替换地，图6所示的结构可被切割并用于形成两个分离的上层结构构件。
除了以掺硼的层作为阻蚀(etch stop)层外，还可采用许多其它技术来控制单晶结构101的厚度。例如，单晶结构101可以是微掺杂的，并且在单晶结构和硅衬底之间施加一电势差，以形成作为电化阻蚀层的P-N结。而且，可抛光衬底的背面，并在低温下蚀刻，直到留下所需厚度的单晶结构为止。
图7a-7f示出从单晶结构101形成上层结构构件100，该图是沿图1的断面线2-2的视图。如图7a所示，在单晶结构101的下表面141上溅射(或蒸发)一金属颗粒(seed)层140，其厚度为大约1000。例如。颗粒层140可以为钛/铜、铬/铜或坡莫合金。光刻胶层142围绕在颗粒层140之上。将光刻胶层142通过一光网(未示出)曝光，并将其显影，以形成开口151-157。
如图7b所示，采用传统的电镀步骤，将第一层161通过开口151-157电镀到颗粒层140上，该第一层为铁磁材料，比如坡莫合金。第一坡莫合金层161形成轨道121a和122a、磁极片102和103及第一层115。在所示的实施例中，第一坡莫合金层161的厚度为25μm。如图7c所示，光刻胶层142和颗粒层140的曝光部分成为条状(stripped)。
如图7d所示，在所得结构上形成第二光刻胶层162。在第二光刻胶层162上形成图案的方式与前面结合光刻胶层142所述的方式相同，以形成开口171-177。将铁磁材料、如坡莫合金的第二层163电镀到第一坡莫合金层161的由开口171-177曝光的部分。第二坡莫合金层163形成极尖104-107、第二层116和轨道部分121b和122b。在所示的实施例中，第二坡莫合金层163的厚度大约为10μm。
在另一种变化形式中，不形成极尖104-107。在这种变化形式中，省略了先前所述形成第二坡莫合金层163的步骤。
然后，第二光刻胶层162成为条形，并且在所得的结构上形成第三光刻胶层165，如图7e所示。通过第三光刻胶层165形成开口166。通过开口166将导电金属层117电镀在第二层116上。在一个实施例中，金属层117为厚度大约为2μm的金。然后，第三光刻胶层165成为条形。在另一个实施例中，在处理步骤之间不除去最初的颗粒层140，并且在结束之前不除去光刻胶层142、162、165。然后，在一个步骤中将这些层一起除去，以节约处理成本。
在所得结构的下表面141或上表面180上形成第四光刻胶层181。在图7f中，所示的光刻胶层181是在单晶结构101的上表面180中。开口191a-191b、192、193a-193b和194形成于光刻胶层181中。这些开口限定了弹簧元件112a和112b。通过开口191a-191b、192、193a-193b和194进行对单晶结构101的各向异性等离子体蚀刻，从而形成如图1和图2所示的框架111、弹簧元件112a-112d及平台113。虽然图1中的弹簧元件112a-112d是作为具有特定的螺旋形设计而示出的，但在本发明的范围内可打算并考虑其它的弹簧设计。在一特定的实施例中，除掉了弹簧元件112a-112d，从而提供了沿Z轴方向可弯曲的连续的单晶结构。这样一连续的单晶结构具有相对较高的弹性系数。在先前所述的步骤中，可采用其它掩模材料，来代替光刻胶，其它掩模材料包括氧化物、铬、铝及镍。
下层结构元件200的制作如图8a-8g所示。图8a-8g说明沿图3的断面线4-4的线圈201的制作。衬底210为具有抛光的上表面的铁磁材料，或将铁磁材料填入孔穴的非铁磁材料。在一个实施例中，衬底210为厚度大约为600μm的铁氧体晶片。如图8a所示，在衬底210的上表面上沉积绝缘层301，在绝缘层301上沉积钛/铜(或其它金属)颗粒层302，其厚度为1000。一层光刻胶层303围绕在颗粒层302上。在所示的实施例中，光刻胶层303由正性光刻胶材料制成。即，当显影光刻胶层303时，将光刻胶层303的曝光部分除去。光刻胶层303被通过光网304曝光并显影。结果，通过光刻胶层303形成开口310a-310h。开口310a-310h限定了线圈201的绕组的第一层。
如图8b所示，通过开口310a-310h将铜轨迹311a-311h电镀到光刻胶层303中。通过光网313将所得结构曝光并显影。光网313防止光刻胶303的紧靠铜轨迹311d和311e的最内部分和铜轨迹311a和311h的最外部分的部分被曝光。这是可能的，因为电镀和所有其它相关处理是在黄色光环境中进行的。因此，在显影光刻胶层303后，未曝光的光刻胶部分315a-315d如图8c所示保留下来。将所得结构进行烘焙，使光刻胶隔离物315a-315d变硬。
现在来看图8d，将颗粒层302除去，只留下轨迹311a-311h或光刻胶隔离物315a-315d覆盖颗粒层302的地方。颗粒层302的除去是采用传统的技术比如离子碾磨(ion-milling)、溅射蚀刻或湿化学蚀刻来进行的。
如图8e所示，将绝缘层320沉积在所得结构上，厚度为大约2μm，该绝缘层320是光刻胶、聚酰亚胺、自旋玻璃(spin-on glass)或PECVD氧化物。绝缘层320使轨迹311a-311h与随后形成的轨迹层隔离开来。通过绝缘层320形成接触开口(未示出)，以允许轨迹311a-311h有选择地内部连接到轨迹的一覆盖层(图8e中未示出)，以形成一线圈。通常，绝缘层320在点321a-321d处最薄。然而，紧靠这些薄点321a-321d的结构是下层光刻胶隔离物315a-315d。因此，即使绝缘层320在点321a-321d处不完全覆盖，线圈201仍然可起作用(即，在线圈绕组之间不出现短路)，因为光刻胶隔离物315a-315d在线圈201中不导电。
如图8f所示，在绝缘层320上形成第二绕组结构，其形成方式与图8a-8e的第一绕组结构在绝缘层301上的形成方式相同。该第二绕组结构包括颗粒层330、铜轨迹331a-331h、光刻胶隔离物332a-332d和绝缘层335。又一次，光刻胶隔离物332a-332d位于紧靠上层绝缘层335的最薄部分，从而防止了线圈201内的电短路。
如图8g所示，除去了围绕线圈201的绝缘层301、320和335。然后，通过在衬底210上沉积绝缘层340、在绝缘层340上溅射钛/铜(或其它金属)颗粒层341、以及在颗粒层341上电镀金层342，形成继电器接触元件211。颗粒层341和金层342呈图3所示的图案。
在该实施例的一种变化形式中，在线圈201的开口201o(和在未示出的其它线圈202-204的开口202o-204o)处制作坡莫合金极尖351，如图8h所示。在这种变化形式中，极尖104-107可以包括也可以不包括在上层结构构件100中。
图9a和9b分别为一替代实施例的下层结构构件200的一部分的断面图和俯视图。在该实施例中，下层结构构件200由单晶硅衬底400形成。如图9a所示，在硅衬底400的上表面蚀刻一对沟槽。在沟槽的底端溅射颗粒层410，在颗粒层410上电镀铁磁磁极片401-402。在一个实施例中，磁极片401-402的深度D的范围为20到40μm。如图9b所示，磁极片401和402在线圈201-203和202-204之间的磁路上延伸。线圈201-204形成于所得结构上，其形成方式与前面结合图8a-8h所述的形成方式相同。
除了硅衬底的低成本外，该实施例还提供这样的优点，即允许其它的半导体器件(如，三极管、二极管、电阻、电容)作于硅衬底400中。这些半导体器件能形成控制微动继电器1的电路。除了将微电子器件集成于衬底400外，这些器件还可以被独立制作，此后在靠近上层结构100的区域，将这些器件连接到衬底400(可以是硅，也可以不是硅)。
在本发明一替代实施例中，将上磁极片102和103以永磁材料比如铬-镍合金来代替。在该实施例中，通过线圈201-104并具有第一极性的电流使该永磁体被吸到线圈201-204上。结果，单晶结构101弯曲，以带动该永磁体靠近下层结构构件200。一旦被带动到靠近贴近下层结构构件200，永磁体的强度就足以便继电器保持闭合位置。为了打开继电器1，将具有第二极性(与第一极性相反)的电流供到线圈201-204。该电流产生一力，该力使永磁体从下层结构构件200排斥弹回。所产生的力足以使单晶结构101回到打开位置。当继电器1是在打开位置时，由永磁体所产生的力本身不足以使微动继电器1闭合，从而继电器具有自锁能力。
图10示出具有自锁能力的另一微动继电器900。微动继电器900包括上层结构构件100、下层结构构件200以及第二上层结构构件901。微动继电器900的上层结构构件100和下层结构构件200基本等同于微动继电器1(图5a)的上层结构构件100和下层结构构件200。因此，对相同的元件以相同的标号标明。然而，微动继电器900的上层结构构件100有着比微动继电器1的平台113更薄的单晶硅平台113(如5μm)。另外，微动继电器900的上层结构构件100不包括任何弹簧元件。
当电流加到微动继电器900的线圈201-202时，平台113扣紧并锁到与下层结构构件200接触，如图10所示。即使电流不再加到线圈201-202，平台113也保持锁闭。
在上层结构构件100上支撑有第二上层结构构件901。第二上层结构构件901包括线圈902-903、磁路904-905和衬底906。为了打开如图10所示的平台113的锁闭状态，将电流加到线圈902和903，从而在磁极片102和103上施加一向上的力，并将平台113向上拉出其锁闭位置。
在一替代实施例中，除去了第二上层结构构件901，并且磁极片102和103由永磁材料制成。然后，通过对线圈201和202施加一具有第一极性的电流，将平台113向下拉入锁闭位置。通过对线圈201和202施加一具有第二极性(与第一极性相反)的电流，将平台113向上推到未锁闭状态。
虽然已结合几个实施例对本发明进行了描述，应当理解，本发明并不局限于所披露的实施例，而是可以有多种修改形式，运一点对本领域技术人员来说是很明显的。例如，虽然已描述了单一微动继电器的制作，应当理解，在此所描述的方法适用于多个微动继电器的批处理制作。即，在一硅晶片上可以同时制作多个上层结构构件100，在一单一衬底上可以同时制作多个下层结构构件200，并且可将该硅晶片与该单一衬底连接，以形成多个微动继电器。该多个微动继电器可被切割成多个单独的继电器，或者作为集成的继电器阵列保留，以进行特殊的路由或多路复用功能。这样一集成的继电器阵列可用于完成大系统中的功能，如微电子自动测试系统或通讯交换系统。
图11a表示集成的微动继电器1001-1008(由虚线表示)阵列1000。在制作过程中，微动继电器1001-1008的导电接触元件被互连，以形成所需的开关电路。图11b表示另一实施例的集成阵列1010，该阵列1010包含下层结构构件1021和上层结构构件1022。阵列1010的微动继电器1011-1018成一条线配置。阵列1010平坦地粘结到图11b的印刷电路板1019上。在下层结构构件1021和印刷电路板1019之间粘结线路，以对阵列1010提供所需的连接。
如图11c所示，阵列1010也可被设置在其边缘，并被粘结到印刷电路板1019上。焊接突起(so1der bumps)，如焊接突起1040可用于将微动继电器1011-1018电连接到印刷电路板1019上。在该实施例中，可将第二上层结构构件1023粘结到下层结构构件1021的后侧。对下层结构构件1021的后侧的处理与对下层结构构件1021的前侧的处理方式相同，以使下层结构构件1021的后侧包括线圈、磁路和导电元件。结果，在下层结构构件1021的后侧安置了附加微动继电器1031-1038(图11c中未示出)。该实施例有效地使位于给定区域的微动继电器的数目成为原数目的2倍。当下层结构构件1021为铁氧体晶片时，这样的实施例非常节约成本，因为对微动继电器1031-1038不需要额外的处理，以沉积磁路。
在另一变化形式中，由外部磁场来激磁微动继电器。该外部磁场可由外部电磁电路或由永磁体来建立。图12a示出了该变化形式的微动继电器1100。微动继电器1100包括下层结构构件1101、上层结构构件1102、隔离物1103和外部磁源1104。下层结构构件1101包括由硅或另一合适材料制成的覆盖晶片1111、导电层1112和任选磁路1113。隔离物1103通常位于连接上层和下层结构构件的一粘结剂中。上层结构构件1102包括接触垫片1121-1122、导电轨迹1123-1124、磁极片1125-1126、导电孔塞(viaplugs)1127-1128以及单晶硅结构构件1130。硅结构构件1103包括框架部分1131、弹簧元件1132-1133和平台1134。
外部磁体1104或者开通(当磁体1104是电磁体时)或者被带动到靠近微动继电器1100之处(当磁体1104是永磁体时)，以驱动微动继电器1100。磁体1104的磁场吸引坡莫合金磁极片1125-1126，从而使接触垫片1121-1122与导电层1112接触。因此，导电层1112在接触垫片1121-1122之间提供电通路。因为低层结构构件1101所需的处理仅仅是导电层1112的形成，故减少了处理成本。另外，因为导电层1112覆盖晶片1111，因此当粘合上层结构构件1102和下层结构构件1101时，不需要侧面对齐。在一替代实施例中，在覆盖晶片1111上形成磁路1113(如以坡莫合金填充的沟槽)，以路由和聚集由磁体1104所引入的外部磁场，从而增加微动继电器1100的效率。
接触垫片1121-1122电耦合到导电轨迹1123-1124。导电轨迹1123-1124在弹簧元件1132-1133上从平台1134延伸到框架1131。孔塞1127-1128穿过框架1131延伸并连接到导电轨迹1123-1124。孔塞1127-1128粘接到印刷电路板1140，从而提供了从印刷电路板1140到微动继电器1100的电连接。在粘接之后，可采用比如聚合物敷形涂覆(polymer conformal coating)将微动继电器1100和印刷电路板1140密封。
微动继电器1100可用于代替现有的簧片型磁开关，如用于防盗报警系统、自动门、控制面板开关、磁锁、电牙刷、微波和冰箱门、搅拌器、食品处理器、开罐头器和其它厨房用具。微动继电器1100的优点是体积小、可靠，并能被制成防水和防爆的。
在特定应用中，如图12b所示，微动继电器1100用在电连接器或电路板中以接通或断开电源。为了做到这一点，将下层结构构件1101和上层结构构件1102集成于一插头式(male)连接元件或印刷电路板1151中。然后，将磁体1104置于插座式(female)连接元件或卡罩(card cage)1152中。在此应用中，电源一直保持关断状态，直到下层结构构件1101和上层结构构件1102被带动靠近磁铁1104为止。在此状况出现的时刻，已经使插头式连接元件1151的电连接器1155与插座式连接元件1152的电连接器1156-1157接触。结果，在电连接器1155和1156-1157之间建立接触之前，电源不接通。同样，当已将插头式连接器1151从插座式连接器1152拉出时，若上层和下层结构构件1101-1102远离磁铁1104，则至插头式连接器1151的电源被关断。各种元件的配置保证了，在电连接器1155与电连接器1156-1157断开时，该电源被切断。
图13示出了另一变形的微动继电器1200。微动继电器1200包括许多与微动继电器1(图5a)相同的元件。因此，微动继电器1和1200中的相同元件用相同的标号表示。采用前面结合图6a-6c所述的方法形成上层结构构件100的框架部分111(虽然这不是必需的)。在微动继电器1200中，磁极片102和103由永磁材料制成。对线圈201和202进行绕组，以使以第一方向通过线圈201和202流动的电流使永磁体102-103被吸到下层结构构件200。以第二方向(与第一方向相反)通过线圈201和202流动的电流使永磁体102-103被排斥离开下层结构构件200。
第三结构构件300装于上层结构构件100之上。虽然第三结构构件300是以与上层结构构件100的框架部分111直接连接的方式被示出的，但前面所述的用于连接上层结构构件100和下层结构构件200的方法也可被采用。第三结构构件300包括一衬底301、一绝缘层302、接触元件303-304和孔塞305-306。在平台113的上表面形成一隔离物310和一桥垫311，使桥垫311置于靠近第三结构构件300的接触元件303和304之处。当永磁体102和103被排斥离开下层结构构件200时，桥垫311被向上推到与接触元件303和304接触，从而完成电接触。接触元件303-304延伸到第三结构构件300的边缘。孔塞305和306通过衬底301和绝缘层302延伸，以提供与接触元件303和304的连接。所粘结的线307和308用以将孔塞305和306连接到下层结构构件200上的电路。以此方式，微动继电器1200能用于形成三个位置的开关。
图14示出另一变形的微动继电器1300。微动继电器1300包括许多与微动继电器1(图5a)相同的元件。因此，微动继电器1和1300中的相同元件用相同的标号表示。采用前面结合图6a-6c所述的方法形成上层结构构件100的框架部分111。在框架部分111中蚀刻出阶梯1302，并将盖1301使用粘合剂固定于阶梯1302。盖1301可以是比如金属或硅的材料。盖1301提供能保护微动继电器1301的密封。焊接突起1303和1304通过框架部分111延伸，并与导电元件1305和1306接触。导电元件1305和1306提供至形成于下层结构构件200的上表面的两个导电元件的电连接。例如，导电元件1305和1306能够接触从接触元件211和212引出的轨迹(见图3)。导电元件1305能可替换地接触轨迹221和222，轨迹221和222分别耦接到线圈203和202(见图3)。
导电元件1303-1304可由导电粘结剂、形成于衬底210上的轨迹来形成，或者通过将焊料滴入为孔塞1303-1304形成的孔中而形成。孔塞1303-1304是通过将导电材料，如焊料，沉积到上层结构构件100的开口中而形成。在一个实施例中，将焊料电镀到孔塞开口中(导电元件1305-1306上)以形成孔塞1303-1304。
图15a-15d示出了另一实施例的微动继电器1500。图15a示出微动继电器1500的上层结构构件1501的制作。上层结构构件1501包括一单晶硅框架1511和平台1513。磁极片1502形成于平台1513的下侧。由硅氧化物或聚合物制成的层1521形成于平台1513的上表面。导电接触元件1522形成于层1521之上。由硅氧化物或聚合物制成的第二层1523形成于接触元件1522之上。第二导电接触元件1524形成于层1523之上。在一个实施例中，接触元件1522和1524为金。
如图15b和15c所示，所得结构为从下侧蚀刻，从而形成间隙1530和除掉层1521和1523。这种蚀刻还可将平台1513形成两个单晶硅条1513a和1513b的图案。除掉层1521和1523后，接触元件1522和1524由间隙1530隔离。如图15d所示，上层结构构件1501由隔离物1503耦接到下层结构构件1510。下层结构构件1510包括具有线圈1531和磁路1532的衬底1530。当将电流加到线圈1531时，随着磁极片1502被拉向下层结构构件1510，条1513a向下弯曲。结果，接触元件1524被向下拉到与接触元件1522接触。当不再对线圈1531加电流时，条1513a向上返回其原始位置，从而隔开接触元件1522和1524。因为条1513a和1513b相对较窄(如30μm)，在一小区域中可装入大量类似于微动继电器1500的微动继电器。
图16a-16c示出本发明的另一微动继电器1600。微动继电器1600有着在一单晶片1601上布置了所有微动继电器元件的优点。图16a是微动继电器1600的仰视图。图16b是微动继电器1600沿图16a中的断面线16b-16b的断面图。图16c是微动继电器1600沿图16a中的断面线16c-16c的断面图。
如图16a所示，单晶硅条1613从框架部分1611延伸出来。磁极片1602和导电元件1621形成于条1613的下侧。间隙1630使条1613与框架1611的一部分分开。磁极片1603-1605、导电元件1622和线圈1631-1632形成于框架1611的下侧。
如图16b所示，导电元件1621通常与导电元件1622分开。如图16c所示，线圈1631围绕磁极片1603和1604而形成。同样，线圈1632围绕磁极片1603和1605而形成。线圈1631和1632相接，以使加于这些线圈1631-1632的电流磁化磁极片1603-1605，从而使磁极片1604和1605中的一个有一个磁极(如北极)。隔离物1640形成于晶片1601和磁极片1604与1605的端部之间，从而使磁极片1604与1605的端部位于低于磁极片1602之处，如图16c所示。隔离物1640是非渗透性(non-permeable)材料，它不提供磁路。结果，当磁极片1604和1605被磁化时，对磁极片1602施加一向下的力(随着磁极片1602尽力与磁极片1604-1605成一条线)。该向下的力使条1613向下弯曲，从而将接触元件1621向下拉到与接触元件1622接触。在一个实施例中，条1613的长度大约为150μm。
在微动继电器1(图5a)的另一种变化形式中，采用其它接触配置。在一种特殊配置中，一单一接触垫片位于上层结构构件100上，一单一接触垫片位于下层结构构件200上。轨迹从每一个这些接触垫片延伸到所需的电路。当微动继电器被驱动时，两个接触垫片接触，从而提供电通路。
在其它变化形式中，可采用其它数量的垫片。虽然图5a的实施例采用两个接触垫片211和212，还可增加附加的接触垫片。而且，还可采用其它数量的线圈和磁极片。因此，本发明仅由所附权利要求书来限定。

Claims (25)

1．一种微动继电器，包含：
一基片；
与该基片耦接的第一导电接触垫片，该第一接触垫片与该基片电绝缘；
悬挂于该基片之上的可弯曲单晶结构；
第二导电接触垫片，其耦接于该单晶结构并位于该第一导电接触垫片之上，安置该第二导电接触垫片，以便当该单晶结构向基片弯曲时，该第二接触垫片与该第一接触垫片接触，从而在第一和第二接触垫片之间提供电连接；以及
用于产生磁力的装置，该磁力将该单晶结构拉向基片方向，从而使该第二接触垫片与该第一接触垫片接触。
2．如权利要求1所述的微动继电器，其中该用于产生磁力的装置包含电磁体。
3．如权利要求2所述的微动继电器，其中该电磁体耦接于该基片。
4．如权利要求2所述的微动继电器，其中该电磁体位于离开该基片之处。
5．如权利要求1所述的微动继电器，其中该用于产生磁力的装置包含永磁体。
6．如权利要求1所述的微动继电器，其中该单晶结构包含单晶硅。
7．如权利要求1所述的微动继电器，其中用于产生磁力的装置包含：
位于基片中的磁路；
位于该基片上的磁路上的一个或多个线圈，其中加于一个或多个线圈的电流磁化该磁路；以及
磁极片，其耦接于该单晶结构并位于该一个或多个线圈之上，由此，加于该一个或多个线圈的电流产生电磁力，该电磁力使该单晶结构向基片弯曲，从而使该第二接触垫片与该第一接触垫片接触。
8．如权利要求1所述的微动继电器，其中该单晶结构包含：
框架部分，其位于该单晶结构的周围；
平台部分，其侧面被该框架部分包围，该磁极片和该第二接触垫片位于该平台部分上；以及
多个弹簧元件，其在该框架部分和该平台部分之间伸展。
9．如权利要求8所述的微动继电器，其中该弹簧元件为螺旋形。
10．如权利要求8所述的微动继电器，还包含位于该单晶结构之上的覆盖物。
11．如权利要求1所述的微动继电器，其中该单晶结构连续。
12．如权利要求11所述的微动继电器，其中当该单晶结构向该基片弯曲时，该单晶结构能够扣住(buckling)并自锁(latching)。
13．如权利要求1所述的微动继电器，其中该单晶结构的厚度小于100μm。
14．如权利要求7所述的微动继电器，还包含至少一个从该磁极片延伸的极尖。
15．如权利要求7所述的微动继电器，还包含与该基片耦接的极尖，其中该一个或多个线圈中的一个线圈侧向包围该极尖。
16．如权利要求1所述的微动继电器，其中该基片包含铁磁材料。
17．如权利要求7所述的微动继电器，其中该基片包含：
具有位于其中的沟槽的单晶硅基片；和
位于该沟槽中的铁磁材料层，其中该铁磁材料形成该磁路。
18．如权利要求7所述的微动继电器，其中该磁极片包含铁磁材料。
19．如权利要求7所述的微动继电器，其中该磁极片包含永磁体。
20．如权利要求1所述的微动继电器，其中：
单晶结构包含一框架部分和一从该框架部分延伸的可弯曲条部分，其中第二接触垫片位于该条部分上。
21．如权利要求20所述的微动继电器，其中该用于产生磁力的装置包含：
形成于该条部分上的磁极片；以及
用于产生磁场的一元件，其位于靠近该磁极片之处。
22．如权利要求21所述的微动继电器，其中该用于产生磁场的元件包含：
与该单晶结构耦接的一结构构件，该结构构件具有位于其中的磁路；以及
与该结构构件耦接的一线圈，该线圈位于该磁路之上，并位于靠近该磁极片之处。
23．如权利要求20所述的微动继电器，其中该用于产生磁力的装置包含：
与该条部分耦接的一第一磁极片；
与该框架部分耦接的一第二磁极片，其中一缝隙将该第一和第二磁极片分开，该第一磁极片跨过该缝隙与该第二磁极片偏离；以及
位于该第二磁极片周围的一线圈。
24．一种操作微动继电器的方法，包含下列步骤：
产生电磁力；
利用该电磁力弯曲一单晶结构；以及
当该单晶结构被弯曲时，闭合一电路，其中该闭合是由位于该单晶结构上的接触元件完成的。
25．一种制作微动继电器的方法，包含下列步骤：
提供具有磁路的一基片；
在该磁路上形成一个或多个线圈；
在该基片上形成一第一导电接触元件；
形成一易弯曲的单晶结构；
在该单晶结构上形成一磁极片；
在该单晶结构上形成一第二导电接触元件；
将该单晶结构连接到该基片，以使该单晶结构悬挂于该基片之上，该磁极片位于该一个或多个线圈之上，并且该第二接触元件位于该第一接触元件之上。
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Families Citing this family (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5919582A (en) 1995-10-18 1999-07-06 Aer Energy Resources, Inc. Diffusion controlled air vent and recirculation air manager for a metal-air battery
DE19750559C1 (de) * 1997-11-14 1999-02-04 Fraunhofer Ges Forschung Mikrorelais
US6475658B1 (en) 1998-12-18 2002-11-05 Aer Energy Resources, Inc. Air manager systems for batteries utilizing a diaphragm or bellows
US6274261B1 (en) 1998-12-18 2001-08-14 Aer Energy Resources, Inc. Cylindrical metal-air battery with a cylindrical peripheral air cathode
US6373356B1 (en) 1999-05-21 2002-04-16 Interscience, Inc. Microelectromechanical liquid metal current carrying system, apparatus and method
US6556737B1 (en) 1999-08-02 2003-04-29 Integrated Micromachines, Inc. Silicon bulk-micromachined electromagnetic fiber-optics bypass microswitch
US6316282B1 (en) 1999-08-11 2001-11-13 Adc Telecommunications, Inc. Method of etching a wafer layer using multiple layers of the same photoresistant material
US6242363B1 (en) 1999-08-11 2001-06-05 Adc Telecommunications, Inc. Method of etching a wafer layer using a sacrificial wall to form vertical sidewall
US6229640B1 (en) 1999-08-11 2001-05-08 Adc Telecommunications, Inc. Microelectromechanical optical switch and method of manufacture thereof
US6853067B1 (en) 1999-10-12 2005-02-08 Microassembly Technologies, Inc. Microelectromechanical systems using thermocompression bonding
US6580947B1 (en) 2000-03-10 2003-06-17 Medtronic, Inc. Magnetic field sensor for an implantable medical device
US7064879B1 (en) * 2000-04-07 2006-06-20 Microsoft Corporation Magnetically actuated microelectrochemical systems actuator
US7316167B2 (en) * 2000-05-16 2008-01-08 Fidelica, Microsystems, Inc. Method and apparatus for protection of contour sensing devices
US6578436B1 (en) * 2000-05-16 2003-06-17 Fidelica Microsystems, Inc. Method and apparatus for pressure sensing
US6824915B1 (en) 2000-06-12 2004-11-30 The Gillette Company Air managing systems and methods for gas depolarized power supplies utilizing a diaphragm
US20020096421A1 (en) * 2000-11-29 2002-07-25 Cohn Michael B. MEMS device with integral packaging
US6801682B2 (en) 2001-05-18 2004-10-05 Adc Telecommunications, Inc. Latching apparatus for a MEMS optical switch
US6698082B2 (en) * 2001-08-28 2004-03-02 Texas Instruments Incorporated Micro-electromechanical switch fabricated by simultaneous formation of a resistor and bottom electrode
JP2003188882A (ja) * 2001-10-12 2003-07-04 Hiroyuki Shinoda 通信装置、通信デバイス、基板実装方法および触覚センサ
US20030169135A1 (en) * 2001-12-21 2003-09-11 Jun Shen Latching micro-magnetic switch array
US6858911B2 (en) * 2002-02-21 2005-02-22 Advanced Micriosensors MEMS actuators
US6717227B2 (en) * 2002-02-21 2004-04-06 Advanced Microsensors MEMS devices and methods of manufacture
US6900510B2 (en) * 2002-02-21 2005-05-31 Advanced Microsensors MEMS devices and methods for inhibiting errant motion of MEMS components
DE10214523B4 (de) * 2002-04-02 2007-10-11 Infineon Technologies Ag Mikromechanisches Bauelement mit magnetischer Aktuation
AU2002953063A0 (en) * 2002-12-03 2002-12-19 Microtechnology Centre Management Limited Large air gap actuator
CN1305091C (zh) * 2004-11-03 2007-03-14 重庆大学 双稳态电磁微机械继电器
US7692521B1 (en) 2005-05-12 2010-04-06 Microassembly Technologies, Inc. High force MEMS device
US20090198127A1 (en) * 2005-10-11 2009-08-06 University Of Florida Research Foundation, Inc. System, device, and methods for resonant thermal acoustic imaging
US8324996B2 (en) * 2010-07-28 2012-12-04 Mcguire Patrick L Printed circuit board embedded relay
CN102543590B (zh) * 2011-11-28 2014-08-27 上海交通大学 一种低功耗高稳定性的磁双稳微型继电器

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0573267A1 (en) * 1992-06-01 1993-12-08 SHARP Corporation A microrelay and a method for producing the same

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4429349A (en) * 1980-09-30 1984-01-31 Burroughs Corporation Coil connector
GB2215914B (en) * 1988-03-17 1991-07-03 Emi Plc Thorn A microengineered diaphragm pressure switch and a method of manufacture thereof
JPH0221414A (ja) * 1988-07-08 1990-01-24 Nec Corp 薄膜磁気ヘッド
US4826131A (en) * 1988-08-22 1989-05-02 Ford Motor Company Electrically controllable valve etched from silicon substrates
JPH02141912A (ja) * 1988-11-22 1990-05-31 Yamaha Corp 薄膜磁気ヘッド
US5025346A (en) * 1989-02-17 1991-06-18 Regents Of The University Of California Laterally driven resonant microstructures
JPH04149924A (ja) * 1990-10-15 1992-05-22 Nec Corp 電磁継電器
US5374792A (en) * 1993-01-04 1994-12-20 General Electric Company Micromechanical moving structures including multiple contact switching system
JP3465940B2 (ja) * 1993-12-20 2003-11-10 日本信号株式会社 プレーナー型電磁リレー及びその製造方法
US5472539A (en) * 1994-06-06 1995-12-05 General Electric Company Methods for forming and positioning moldable permanent magnets on electromagnetically actuated microfabricated components
US5475353A (en) * 1994-09-30 1995-12-12 General Electric Company Micromachined electromagnetic switch with fixed on and off positions using three magnets

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0573267A1 (en) * 1992-06-01 1993-12-08 SHARP Corporation A microrelay and a method for producing the same

Also Published As

Publication number Publication date
US5778513A (en) 1998-07-14
DE69705025T2 (de) 2001-09-13
EP0879471B1 (en) 2001-05-30
DE69705025D1 (de) 2001-07-05
EP0879471A2 (en) 1998-11-25
CN1218573A (zh) 1999-06-02
AU1845697A (en) 1997-08-28
JP2000504872A (ja) 2000-04-18
WO1997029497A2 (en) 1997-08-14
WO1997029497A3 (en) 1997-11-06

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