一種雙穩態靜電型開關的制作方法
【專利摘要】一種雙穩態靜電型開關,包括活動電極、第一活動接觸電極、第一固定接觸電極、第一驅動電極、第二驅動電極、支撐架、基底;活動電極固定在支撐架上;在支撐點或支撐軸線一側的活動電極上貼有第一活動接觸電極,第一活動接觸電極在基底上的投影位置貼有第一固定接觸電極;支撐點或支撐軸線兩側在基底上的投影位置,分別貼有第一驅動電極、第二驅動電極;第一驅動電極、第二驅動電極同時連接至外部反向電路;活動電極接至外部電源;本發明體積重量小,加工工藝及封裝工藝簡單,容易向工程應用轉化;本發明還具有兩個穩定狀態,通過推拉式驅動結構,使活動電極總是穩定保持于一個穩定狀態,極大的提高了靜電型開關產品整體的抗振動沖擊性能。
【專利說明】—種雙穩態靜電型開關
【技術領域】
[0001]本發明涉及靜電型開關,特別是一種具有雙穩定狀態的靜電型開關。
【背景技術】
[0002]現有微型雙穩態開關主要利用磁場提供轉動和穩態保持力矩,開關活動電極包含磁場敏感機構,加工及封裝工藝復雜,體積重量大、瞬間功耗高;現有微型靜電型開關一般只有一個穩定狀態,抗沖擊振動性能差,產品可靠性低。以上兩種類型的開關均不能滿足發射、空間環境等復雜條件對輕小型、耐強力學環境以及高可靠性等全方位的使用要求。
【發明內容】
[0003]本發明解決的技術問題是:克服現有技術的不足,提供了一種雙穩態靜電型開關,可以提高產品抗振動沖擊性能,并大幅降低工藝及封裝難度和成本。
[0004]本發明的技術方案是:一種單極型活動電極雙穩態靜電開關,包括活動電極、第一活動接觸電極、第一固定接觸電極、第一驅動電極、第二驅動電極、支撐架、基底;活動電極固定在支撐架上,使活動電極能夠繞支撐點或支撐軸線在豎直平面內進行轉動;在支撐點或支撐軸線一側的活動電極上貼有第一活動接觸電極,第一活動接觸電極在基底上的投影位置貼有第一固定接觸電極;第一固定接觸電極與外部受控電路相連;支撐點或支撐軸線兩側在基底上的投影位置,分別貼有第一驅動電極、第二驅動電極;第一驅動電極、第二驅動電極同時連接至外部反向電路,使第一驅動電極和第二驅動電極上的電極極性保持反向;活動電極接至外部電源。
[0005]還包括第二活動接觸電極和第二固定接觸電極;所述的第二活動接觸電極位于支撐點或支撐軸線另一側的活動電極上,第二活動接觸電極在基底上的投影位置貼有第二固定接觸電極。
[0006]一種雙極型活動電極雙穩態靜電開關,包括活動電極、第一活動接觸電極、第一固定接觸電極、第一驅動電極、第二驅動電極、支撐架、基底;活動電極固定在支撐架上,使活動電極能夠繞支撐點或支撐軸線在豎直平面內進行轉動;所述的活動電極包括第一子活動電極和第二子活動電極,第一子活動電極和第二子活動電極之間通過絕緣結構連接;第一子活動電極上貼有第一活動接觸電極;第一子活動電極和第二子活動電極同時連接至外部反向電路,使第一子活動電極和第二子活動電極上的電極極性保持反向;第一子活動電極在基底上的投影位置貼有第一固定接觸電極;第一子活動電極和第二子活動電極在基底上的投影位置,分別貼有第一驅動電極、第二驅動電極;第一驅動電極、第二驅動電極均接至外部電源。
[0007]還包括第二活動接觸電極和第二固定接觸電極;所述的第二活動接觸電極位于第二子活動電極上,第二活動接觸電極在基底上的投影位置貼有第二固定接觸電極。
[0008]本發明與現有技術相比的優點在于:
[0009](I)與現有電磁型雙穩態微型開關相比,本發明采用了靜電型驅動結構,由于不含有電磁驅動結構,體積重量小,加工工藝及封裝工藝簡單,容易向工程應用轉化;
[0010](2)與現有靜電型微型開關相比,本發明具有兩個穩定狀態,通過推拉式驅動結構,使活動電極總是穩定保持于一個穩定狀態,極大的提高了靜電型開關產品整體的抗振動沖擊性能。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1是一種單極型活動電極雙穩態靜電開關的實施案例主視圖;
[0012]圖2是一種單極型活動電極雙穩態靜電開關的實施案例俯視圖;
[0013]圖3是一種單極型活動電極雙穩態靜電開關的一種實施案例及其使用方法示意圖;
[0014]圖4是一種雙極型活動電極雙穩態靜電開關的實施案例主視圖;
[0015]圖5是一種雙極型活動電極雙穩態靜電開關的實施案例俯視圖;
[0016]圖6是一種雙極型活動電極雙穩態靜電開關的一種實施案例及其使用方法示意圖。
【具體實施方式】
[0017]本說明書所用的實施案例,只是本發明的一些例子,而沒有任何意圖從任何方面限制本發明的范圍。本說明書用微機械及機械等方面的例子制作本發明,應被理解,其他很多制造方法可以被用來制作本開關。而本說明書描述的方法,還可以被應用到光、液態控制以及其它開關器件。
[0018]另外這些方法也適合于傳感執行系統、電子系統、光學系統、消費電子、工業控制、移動通訊、航天及航空、生物、醫療系統及其它控制應用。本說明書所用的空間安排只是為了示意而已,具體的雙穩態開關甚至電極可以有多種空間位置、數量組合及取向安排,這些開關還可以適當方式相連并形成陣列。
[0019]單極型活動電極雙穩態靜電開關
[0020]圖1顯示了一種單極型活動電極雙穩態靜電開關的主視圖,所述活動電極I為活動梁。所述活動電極I由所述支撐架6支撐,所述活動電極I能夠繞支撐點或支撐軸線一側在豎直平面內進行轉動。所述支撐架6可以是任何可以屈曲的材料,它支撐活動電極I并帶動活動電極I發生反轉。所述支撐架6可以是金屬如不銹鋼、金、鎳、銅合金等,也可以是非金屬如二氧化硅、氮化硅、聚酰亞胺、多晶硅等,所述支撐架6的剛度可通過調節其材料、三維尺寸、形狀等實現,另外的一些傳遞結構例如杠桿等也可以被用來支撐所述活動電極I使其繞支撐點或支撐軸線轉動。所述第一活動接觸電極11三維形貌和尺寸根據具體需要不同。當所述活動電極I逆時針轉動某一角度時,所述第一活動接觸電極11與所述第一固定接觸電極31發生接觸,接觸穩定后所述活動電極I達到穩定狀態。所述第一活動接觸電極11與所述第一固定接觸電極31構成了開關的一組觸點。通過調節所述第一驅動電極41、所述第二驅動電極42的極板尺寸及它們與所述活動電極I的間距,可獲得不同的驅動力矩。所述第二活動接觸電極12和所述第二固定接觸電極32構成開關的另外一組觸點,這組觸點的工作原理與所述第一活動接觸電極11與所述第一固定接觸電極31組成的觸點工作原理類似,在此不再贅述。[0021]所述第一驅動電極41和所述第二驅動電極42極性相反,所述活動電極I受到的力矩為逆時針或者順時針,也即所述活動電極I轉動方向為逆時針或者順時針。當所述活動電極I轉動時,所述第一活動接觸電極11和所述第二活動接觸電極12也隨著分別上下移動,從而分別與所述第一固定接觸電極31和所述第二固定接觸電極32斷開連接或者導通。
[0022]所述第一固定接觸電極31、所述第二固定接觸電極32、所述第一活動接觸電極
11、所述第二活動接觸電極12、所述第一驅動電極41和所述第二驅動電極42可以是任何非絕緣材料如金、銅、鎢、鑰、銀等或者合金材料如銀合金、銅合金等,并可以由蒸發、濺射、電鍍、摻雜、軋制、焊接或其它方法制成。所述第一固定接觸電極31和第二固定接觸電極32也可被設計成適合射頻及微波電路用的傳輸結構形式。
[0023]圖2顯示了一種單極型活動電極雙穩態靜電開關的附視圖。所述活動電極I含有導電材料。
[0024]以所述第一固定接觸電極31與所述第一活動接觸電極11組成的觸點為例,說明開關的工作方式。所述第一固定接觸電極31含有兩個及以上分立觸點,分立觸點按照一定的方式排列。在實際應用中,分立觸點與外部受控電路相連,當所述第一固定接觸電極31與所述第一活動接觸電極11導通連接時,開關外部受控電路形成回路。當所述第一固定接觸電極31與所述第一活動接觸電極11斷開連接時,開關外部受控電路斷路。同理,所述第二固定接觸電極32與所述第二活動接觸電極12組成的另一組觸點工作原理類似,不再贅述。
[0025]雙極型活動電極雙穩態靜電開關
[0026]圖4顯示了一種雙極型活動電極雙穩態靜電開關的主視圖,所述活動電極I為活動梁,含有導體材料。所述活動電極I由所述支撐架6支撐,所述活動電極I能夠繞支撐點或支撐軸線一側在豎直平面內進行轉動。所述支撐架6可以是任何可以屈曲的材料,它支撐所述活動電極I并帶動所述活動電極I發生反轉。所述支撐架6可以是金屬如不銹鋼、金、鎳、銅合金等,也可以是非金屬如硅、氮化硅、聚酰亞胺、多晶硅等,所述支撐架6的剛度可通過調節其材料、三維尺寸、形狀等實現,另外的一些傳遞結構例如杠桿等也可以被用來支撐活動電極I使其繞支撐點或支撐軸線轉動。所述第一活動接觸電極11三維形貌和尺寸根據具體需要不同。所述第一子活動電極Ia和所述第二子活動電極Ib通過所述絕緣結構2相連,電氣不導通。所述絕緣結構2采用絕緣材料,例如,可以是合成材料如二氧化硅、氮化硅以及三氧化二鋁等,也可以是聚合物如聚酰亞胺、聚甲醛等等等。當所述活動電極I逆時針轉動某一角度時,所述第一活動接觸電極11與所述第一固定接觸電極31發生接觸,接觸穩定后所述活動電極I達到穩定狀態。所述第一活動接觸電極11與所述第一固定接觸電極31構成了開關的一組觸點。通過調節所述第一驅動電極41、所述第二驅動電極42的極板尺寸及它們與所述活動電極I的間距,可獲得不同的驅動力矩。所述第一子活動電極Ia和所述第二子活動電極Ib分別連接至不同的驅動電源。所述第一驅動電極41和所述第二驅動電極42極性相反,所述活動電極I受到的力矩為逆時針或者順時針,也即所述活動電極I轉動方向為逆時針或者順時針。當活動電極I轉動時,所述第一活動接觸電極11和所述第二活動接觸電極12也隨著分別上下移動,從而分別與所述第一固定接觸電極31和所述第二固定接觸電極32斷開連接或者導通連接。[0027]所述第二活動接觸電極12和所述第二固定接觸電極32構成開關的另外一組觸點,這組觸點的工作原理與所述第一活動接觸電極11與所述第一固定接觸電極31組成的觸點工作原理類似,在此不再贅述。
[0028]所述第一固定接觸電極31、所述第二固定接觸電極32、所述第一活動接觸電極
11、所述第二活動接觸電極12、所述第一驅動電極41和所述第二驅動電極42可以是任何非絕緣材料如金、銅、鎢、鑰、銀等或者合金材料如銀合金、銅合金等,并可以由蒸發、濺射、電鍍、摻雜、軋制、焊接或其它方法制成。所述第一固定接觸電極31和第二固定接觸電極32也可被設計成適合射頻及微波等電路用的傳輸結構形式。
[0029]圖5顯示了一種雙極型活動電極雙穩態靜電開關的附視圖。以所述第一固定接觸電極31與所述第一活動接觸電極11組成的觸點為例,說明開關的工作方式。所述第一固定接觸電極31含有兩個及以上分立觸點,分立觸點按照一定的方式排列。在實際應用中,分立觸點與外部受控電路相連,當所述第一固定接觸電極31與所述第一活動接觸電極11導通連接時,開關外部受控電路形成回路。當所述第一固定接觸電極31與所述第一活動接觸電極11斷開連接時,開關外部受控電路斷路。同理,所述第二固定接觸電極32與所述第二活動接觸電極12組成的另一組觸點工作原理類似,不再贅述。
[0030]應理解到有多種不同的方法制造這兩種靜電型雙穩態開關Α/B。這些方法包括并不局限于:機械加工制造法、半導體集成電路制造法、印制電路版制造法、微機械制造法等。這些方法包括以下一些步驟:光刻、沉積、刻蝕、絲網印刷、層壓、壓模成型、焊接,粘貼,壓合等。為簡明起見,關于這些方法的詳細說明在此從略。
[0031]實施例1:
[0032]圖3為一種單極型活動電極雙穩態靜電開關的一種實施方式,所述第一驅動電極41和所述第二驅動電極42極性方向相反,所述活動電極I與外部電源Uin相連。外部電源Uin為極性固定電源,電信號Uinl和Uin2極性相反。如Uin為正,則當Uinl為正、Uin2為負時,所述活動電極I沿順時針方向翻轉直至狀態保持;如Uin為正,則當Uinl為負、Uin2為正時,所述活動電極I仍然保持狀態穩定。當Uin為負,則當Uinl為正、Uin2為負時,所述活動電極I繞所述支撐軸或支撐軸線逆時針方向翻轉直至狀態保持;當Uin為負,則當Uinl為負、Uin2為正時,所述活動電極I仍然保持狀態穩定。開關總是保持一側觸點斷開而另一側觸點閉合。因此,是雙穩態開關。
[0033]實施例2:
[0034]圖6為一種雙極型活動電極雙穩態靜電開關的一種實施方式,其中所述第一活動電極Ia和所述第二活動電極Ib極性方向相反,所述第一驅動電極41和所述第二驅動電極42均與外部固定電源Uin相連。電信號Uinl和Uin2極性相反。如Uin為正,則當Uinl為正、Uin2為負時,所述活動電極I沿順時針方向翻轉直至狀態保持;如Uin為正,則當Uinl為負、Uin2為正時,所述活動電極I仍然保持狀態穩定。如Uin為負,則當Uinl為正、Uin2為負時,所述活動電極I沿逆時針方向翻轉直至狀態保持;當Uin為負,則當Uinl為負、Uin2為正時,所述活動電極I仍然保持狀態穩定。開關總是保持一側觸點斷開而另一側觸點閉合。因此,是雙穩態開關。
[0035]應被理解到,不脫離本發明范圍內,還有許多其它可能實施類型以及不同材料的選擇與組合,同樣也有很多不同結構或幾何尺寸可被用在開關里。[0036]本發明說明書中未作詳細描述的內容屬本領域技術人員的公知技術。
【權利要求】
1.一種單極型活動電極雙穩態靜電開關,其特征在于:包括活動電極(I)、第一活動接觸電極(11)、第一固定接觸電極(31)、第一驅動電極(41)、第二驅動電極(42)、支撐架(6)、基底(8);活動電極(I)固定在支撐架(6)上,使活動電極(I)能夠繞支撐點或支撐軸線在豎直平面內進行轉動;在支撐點或支撐軸線一側的活動電極(I)上貼有第一活動接觸電極(11),第一活動接觸電極(11)在基底(8)上的投影位置貼有第一固定接觸電極(31);第一固定接觸電極(31)與外部受控電路相連;支撐點或支撐軸線兩側在基底(8)上的投影位置,分別貼有第一驅動電極(41)、第二驅動電極(42);第一驅動電極(41)、第二驅動電極(42)同時連接至外部反向電路,使第一驅動電極(41)和第二驅動電極(42)上的電極極性保持反向;活動電極(I)接至外部電源。
2.根據權利要求1所述的一種單極型活動電極雙穩態靜電開關,其特征在于:還包括第二活動接觸電極(12)和第二固定接觸電極(32);所述的第二活動接觸電極(12)位于支撐點或支撐軸線另一側的活動電極(I)上,第二活動接觸電極(12)在基底(8)上的投影位置貼有第二固定接觸電極(32)。
3.一種雙極型活動電極雙穩態靜電開關,其特征在于:包括活動電極(I)、第一活動接觸電極(11)、第一固定接觸電極(31)、第一驅動電極(41)、第二驅動電極(42)、支撐架(6)、基底(8);活動電極(I)固定在支撐架(6)上,使活動電極(I)能夠繞支撐點或支撐軸線在豎直平面內進行轉動;所述的活動電極(I)包括第一子活動電極(Ia)和第二子活動電極(lb),第一子活動電極(Ia)和第二子活動電極(Ib)之間通過絕緣結構(2)連接;第一子活動電極(Ia)上貼有第一活動接觸電極(11);第一子活動電極(Ia)和第二子活動電極(Ib )同時連接至外部反向電路,使第一子活動電極(Ia)和第二子活動電極(Ib)上的電極極性保持反向;第一子活動電極(Ia)在基底(8)上的投影位置貼有第一固定接觸電極(31);第一子活動電極(Ia)和第二子活動電極(Ib)在基底(8)上的投影位置,分別貼有第一驅動電極(41)、第二驅動電極(42);第一驅動電極(41)、第二驅動電極(42)均接至外部電源。
4.根據權利要求3所述的一種雙極型活動電極雙穩態靜電開關,其特征在于:還包括第二活動接觸電極(12)和第二固定接觸電極(32);所述的第二活動接觸電極(12)位于第二子活動電極(Ib)上,第二活動接觸電極(12)在基底(8)上的投影位置貼有第二固定接觸電極(32)。
【文檔編號】H01H59/00GK103943416SQ201410131334
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月2日 優先權日:2014年4月2日
【發明者】李慧娟, 楊子健, 孫建 申請人:中國航天時代電子公司