一種金屬鉬基微繼電器及其制備方法技術

本發明專利技術涉及一種金屬鉬基微繼電器及其制備方法。該金屬鉬基微繼電器，包括作為彈性回復結構的單端固支懸臂梁，連接該單端固支懸臂梁的靜電驅動梳齒結構，以及靠近該單端固支懸臂梁一端的觸頭，所述單端固支懸臂梁、梳齒結構和觸頭的材料為金屬鉬。本發明專利技術首次以金屬鉬作為體材料設計靜電驅動微繼電器，不僅能很好的解決接觸電阻問題，還可以減小系統失效。金屬鉬基微繼電器具有很高的可靠性，可廣泛應用于消費類電子、醫療保健、汽車工業、工業自動化及機器人、航空航天、以及物聯網領域等。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于繼電器
，具體涉及一種金屬鉬基微繼電器及其制備方法，能夠很好地解決接觸電阻問題，提高微繼電器的可靠性。
技術介紹
繼電器是切換電路接通與斷開狀態的一種自動控制元件，功能主要有擴大控制范圍、放大靈敏度、遙控和監測信號等，廣泛應用于通訊、計算機、汽車、工業控制、家用電器等電控系統中，是電路控制系統必不可少的基礎元件之一。在航空航天器、軍事裝備等設備中，也根據需要使用各種規格的繼電器，這種場合對它們的要求除了閉合時電流大、接觸阻抗小、漏電流小外，有時還要求其重量輕、體積小、壽命長、響應速度快、可靠性高等。傳統微繼電器使用硅做為結構材料，金屬做為接觸部分，存在加工工藝復雜和可靠性低等問題。由于使用硅等材料做為結構材料，材料本身導電性能不佳，所以需要在接觸面額外形成一層金屬，比如采用局部電鍍、濺射、蒸發，或使用Shadow Mask等特殊工藝，但都增加了工藝的復雜性，而且長時間工作可能將導致接觸失效，包括接觸點融合造成的無法關斷和接觸退化造成的接觸電阻激增甚至絕緣，在傳輸大電流時，失效問題尤其嚴重。另外，硅等材料本身的固有缺點，使得其無法在高溫、大沖擊高過載、腐蝕性等惡劣環境中廣泛應用。
技術實現思路
本專利技術針對上述問題，提供一種金屬鉬基微繼電器及其制備方法，金屬鉬具有較低的電阻率、較高的楊氏模量以及較高的熔點等優良特性，使用金屬鉬制作微繼電器具有諸多優點：閉合時電流大、接觸阻抗小、漏電流小、體積小、壽命長、可靠性高等優點。本專利技術采用的技術方案如下：一種金屬鉬基微繼電器，包括作為彈性回復結構的單端固支懸臂梁，連接該單端固支懸臂梁的靜電驅動梳齒結構，以及靠近該單端固支懸臂梁一端的觸頭，所述單端固支懸臂梁、梳齒結構和觸頭的材料為金屬鉬。即本專利技術的整個微繼電器結構都用金屬鉬實現。進一步地，所述單端固支懸臂梁、梳齒結構和觸頭通過采用ICP深刻蝕方法對鉬材料進行刻蝕成形。進一步地，所述觸頭與所述單端固支懸臂梁的接觸為點-面接觸。進一步地，所述單端固支懸臂梁的長度為500～2000μm，所述梳齒結構的梳齒間距為3μm～7μm。一種制備上述金屬鉬基微繼電器的方法，包括如下步驟：1)在金屬鉬襯底上旋涂鍵合膠；2)將襯底與用于形成微繼電器結構的金屬鉬片進行鍵合；3)在鍵合后的金屬鉬片表面沉積硬掩膜層；4)在硬掩膜層上旋涂光刻膠，進行光刻圖形定義；5)以光刻膠為掩膜對硬掩膜層進行干法刻蝕，實現圖形轉移；6)以硬掩膜層為掩膜進行金屬鉬的ICP深刻蝕；7)對刻蝕后的器件進行結構釋放，得到金屬鉬基微繼電器。進一步地，步驟2)所述硬掩膜層的材質為鋁，采用濺射或者蒸發方式進行沉積。與現有技術相比，本專利技術的有益效果如下：本專利技術首次以金屬鉬作為體材料設計靜電驅動微繼電器，不僅能很好的解決接觸電阻問題，還可以減小系統失效。傳統微繼電器使用硅做為結構材料，金屬做為接觸部分，本專利技術則全部使用金屬鉬材料。與硅等材料相比，金屬鉬不僅具有很好的導電性，還具有很好的延展性和抗沖擊強度，其斷裂韌度通常比硅材料高兩個數量級，使用金屬鉬制作可動接觸零部件其可靠性更高。同時金屬材料ICP深刻蝕技術的成熟也保證了使用金屬鉬制作微繼電器工藝上的可行性。金屬鉬基微繼電器具有很高的可靠性，可廣泛應用于消費類電子、醫療保健、汽車工業、工業自動化及機器人、航空航天、以及物聯網領域等。附圖說明圖1是本專利技術的金屬鉬基微繼電器結構圖。圖2是懸臂梁長500μm、梳齒間距為3μm的微繼電器版圖。圖3是懸臂梁長500μm、梳齒間距為5μm的微繼電器版圖。圖4是懸臂梁長500μm、梳齒間距為7μm的微繼電器版圖。圖5是懸臂梁長1000μm、梳齒間距為3μm的微繼電器版圖。圖6是懸臂梁長1000μm、梳齒間距為5μm的微繼電器版圖。圖7是懸臂梁長1000μm、梳齒間距為7μm的微繼電器版圖。圖8是懸臂梁長1500μm、梳齒間距為3μm的微繼電器版圖。圖9是懸臂梁長1500μm、梳齒間距為5μm的微繼電器版圖。圖10是懸臂梁長1500μm、梳齒間距為7μm的微繼電器版圖。圖11是懸臂梁長2000μm、梳齒間距為3μm的微繼電器版圖。圖12是懸臂梁長2000μm、梳齒間距為5μm的微繼電器版圖。圖13是懸臂梁長2000μm、梳齒間距為7μm的微繼電器版圖。圖14是金屬鉬基微繼電器的制備工藝流程圖。具體實施方式下面通過具體實施例和附圖，對本專利技術做進一步說明。本實施例的金屬鉬基微繼電器采用典型的橫向驅動方式，如圖1所示。以單端固支懸臂梁做彈性回復結構，接觸部分采用了點-面接觸的方案。已有厚度為30微米的鉬片，考慮到鉬片的橫向鉆蝕(1:4)，懸臂梁以及梳齒結構適當放寬，在設計的版圖中，懸臂梁以及梳齒的寬度均為14.5微米，懸臂梁的長度設計4組，分別為500μm、1000μm、1500μm、2000μm，梳齒間距分別取3μm、5μm、7μm。這樣一共設計出12種金屬鉬微繼電器版圖，如圖2～圖13所示。圖14給出了制備金屬鉬微繼電器的工藝流程圖，對各步驟說明如下：1、備片：準備30微米厚金屬鉬片與實驗常用金屬鉬片，其中實驗常用金屬鉬片作為襯底。清洗鉬片。2、勻膠：在金屬鉬片襯底上旋涂鍵合膠，如圖14中(a)圖所示。鍵合膠可以使用waferbond鍵合膠等。3、鍵合：將金屬鉬片襯底與30微米厚的鉬片進行鍵合，如圖14中(b)圖所示。可以采用圓片鍵合等方法對鉬片進行鍵合。4、沉積掩膜層：在鍵合后的鉬片表面沉積一層鋁作為掩膜層，采用濺射或者蒸發方式，如圖14中(c)圖所示。除鋁外，本專利技術也可以采用鎳、二氧化硅等材料的掩膜層。掩膜層的厚度優選為0.5μm～2μm。5、旋涂光刻膠：旋涂一層光刻膠，進行光刻圖形定義，如圖14中(d)圖和(e)圖所示。6、鋁刻蝕：以光刻膠為掩膜對鋁膜進行干法刻蝕，進行圖形轉移，如圖14中(f)圖所示。然后去掉光刻膠。7、鉬刻蝕：以鋁為掩膜進行金屬鉬的ICP(感應耦合等離子體)深刻蝕，如圖14中(g)圖所示。8、結構釋放：對刻蝕后的器件進行結構釋放，如圖14中(h)圖所示，得到微繼電器。以上實施例僅用以說明本專利技術的技術方案而非對其進行限制，本領域的普通技術人員可以對本專利技術的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本專利技術的精神和范圍，本專利技術的保護范圍應以權利要求書所述為準。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種金屬鉬基微繼電器，其特征在于，包括作為彈性回復結構的單端固支懸臂梁，連接該單端固支懸臂梁的靜電驅動梳齒結構，以及靠近該單端固支懸臂梁一端的觸頭，所述單端固支懸臂梁、梳齒結構和觸頭的材料為金屬鉬。

【技術特征摘要】
1.一種金屬鉬基微繼電器，其特征在于，包括作為彈性回復結構的單端固支懸臂梁，連接該單端固支懸臂梁的靜電驅動梳齒結構，以及靠近該單端固支懸臂梁一端的觸頭，所述單端固支懸臂梁、梳齒結構和觸頭的材料為金屬鉬。2.如權利要求1所述的金屬鉬基微繼電器，其特征在于：所述單端固支懸臂梁、梳齒結構和觸頭通過采用ICP深刻蝕方法對鉬材料進行刻蝕成形。3.如權利要求1所述的金屬鉬基微繼電器，其特征在于：所述觸頭與所述單端固支懸臂梁的接觸為點-面接觸。4.如權利要求1所述的金屬鉬基微繼電器，其特征在于：所述單端固支懸臂梁的長度為500～2000μm，所述梳齒結構的梳齒間距為3μm～7μm。5.一種制備權...

【專利技術屬性】
技術研發人員：徐純純，陳兢，張軼銘，宋璐，陳獻，
申請(專利權)人：北京大學，
類型：發明
國別省市：北京;11