基于二氧化釩的相變驅動式微機械開關的制作方法

本發明涉及機械開關器件技術領域，更具體地，涉及一種基于二氧化釩的相變驅動式微機械開關。

背景技術：

為了將微機械開關廣泛集成到低電壓電路中，需要保證微機械開關的驅動電壓盡可能低。相關技術中的低驅動電壓的微機械開關，開關的驅動力和工作壽命往往無法滿足實際應用。

技術實現要素：

本發明基于本申請的發明人對以下事實和問題的發現和認識作出的：相關技術中的微機械開關，基于傳統的驅動原理，為了保證微機械開關的較低的驅動電壓，有的通過減小器件體積來降低驅動電壓，有的通過降低結構剛度來降低驅動電壓，有的則通過減小電極間距來降低驅動電壓。

但是，本申請的發明人通過大量的研究和實驗發現，采用上述改進方法的微機械開關，很難兼顧驅動電壓和微機械開關的工作壽命，無法滿足實際應用。

本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。為此，本發明提出一種基于二氧化釩的相變驅動式微機械開關，該微機械開關可利用二氧化釩材料的相變過程發生形變來改變微機械開關的通斷狀態，而且能夠保證較大的驅動力、較好的機械穩定性和較長的工作壽命，還具有結構簡單緊湊、機械性能好、應用范圍廣等優點。

根據本發明實施例的基于二氧化釩的相變驅動式微機械開關，包括：基座和可動梁，所述基座上設有固定電極；所述可動梁連接在所述基座上且所述可動梁上設有與所述固定電極位置對應的活動電極，其中，至少部分所述可動梁由二氧化釩材料制成以在所述二氧化釩材料相變時發生形變，以使所述活動電極與所述固定電極連通或斷開。

根據本發明實施例的基于二氧化釩的相變驅動式微機械開關，在基座上設置固定電極，將可動梁連接在基座上，將活動電極設在可動梁上，通過將至少部分可動梁設置為由二氧化釩材料制成，可以利用二氧化釩材料的相變過程發生形變使活動電極與固定電極連通或斷開，來改變微機械開關的通斷狀態，不僅能夠保證較長的工作壽命、較大的驅動力和較好的機械穩定性，而且具有結構簡單緊湊、機械性能好、應用范圍廣等優點。

另外，根據本發明實施例的基于二氧化釩的相變驅動式微機械開關還可以具有如下附加的技術特征：

根據本發明的一些實施例，所述可動梁包括一層薄膜或多層疊置的薄膜，其中，至少一層所述薄膜為二氧化釩材料薄膜。

可選地，所述二氧化釩材料薄膜為二氧化釩薄膜或摻雜有鉻、鎢、鎵、鋁、鐵、鈦、鈮、鉬、錸、氟、氫中的至少一種元素的二氧化釩材料薄膜。

根據本發明的一些實施例，所述可動梁的端部與所述基座相連，所述活動電極位于所述可動梁的位移最大點處。

可選地，所述可動梁的端部通過連接件連接在所述基座上。

可選地，所述可動梁被構造為單固支點的懸臂梁結構、多固支點的懸臂梁結構或多端固支的橋膜結構。

根據本發明的一些實施例，所述固定電極設于所述基座的鄰近所述可動梁的表面上，所述活動電極設于所述可動梁的鄰近所述基座的表面上。

可選地，所述固定電極由一層薄膜或多層上下疊置的薄膜組成，其中遠離所述基座的薄膜為導體材料薄膜，所述活動電極由一層薄膜或多層上下疊置的薄膜組成，其中遠離所述可動梁的薄膜為導體材料薄膜。

根據本發明的一些實施例，所述固定電極為并列設置的多個，所述活動電極設在所述可動梁上以連通或斷開多個所述固定電極。

根據本發明的一些實施例，所述基座包括間隔設置的第一基座和第二基座，所述第一基座的鄰近所述第二基座的表面上設有所述固定電極，所述可動梁設在所述第一基座和所述第二基座之間且與所述第二基座相連，所述可動梁的鄰近所述第一基座的表面上設有所述活動電極。

根據本發明的一些實施例，所述基座包括間隔設置的第一基座和第二基座，所述第一基座的鄰近所述第二基座的表面上設有第一固定電極，所述第二基座的鄰近所述第一基座的表面上設有第二固定電極，所述可動梁設在所述第一基座和所述第二基座之間且與所述第一基座和所述第二基座中的其中一個相連，所述可動梁的鄰近所述第一基座的表面上設有第一活動電極，所述可動梁的鄰近所述第二基座的表面上設有第二活動電極，以使所述第一固定電極與第一活動電極和第二固定電極與第二活動電極中的其中一組連通且另一組斷開。

本發明的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發明的實踐了解到。

附圖說明

本發明的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1是根據本發明一些實施例的基于二氧化釩的相變驅動式微機械開關的側視圖；

圖2是根據本發明一些實施例的基于二氧化釩的相變驅動式微機械開關的俯視圖，其中，虛線圈示的范圍表示連接件的設置位置；

圖3是根據本發明另一些實施例的基于二氧化釩的相變驅動式微機械開關的俯視圖，其中，虛線圈示的范圍表示連接件的設置位置；

圖4是根據本發明另一些實施例的基于二氧化釩的相變驅動式微機械開關的側視圖；

圖5是根據本發明再一些實施例的基于二氧化釩的相變驅動式微機械開關的側視圖；

圖6是根據本發明再一些實施例的基于二氧化釩的相變驅動式微機械開關的側視圖。

附圖標記：

100：微機械開關；

1：基座；11：固定電極；110：第一基座；120：第二基座；111：第一固定電極；112：第二固定電極；

2：可動梁；21：活動電極；211：第一活動電極；212：第二活動電極；

3：連接件。

具體實施方式

下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。

在本發明的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“長度”、“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。在本發明的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。

在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

下面參考圖1-圖6描述根據本發明實施例的基于二氧化釩的相變驅動式微機械開關100。其中，上下方向和左右方向分別參照圖示的上下方向和左右方向為例進行描述，為了便于描述和理解，下文中將基于二氧化釩的相變驅動式微機械開關100簡稱為微機械開關100。

如圖1-圖6所示，根據本發明實施例的基于二氧化釩的相變驅動式微機械開關100包括：基座1和可動梁2，基座1可以作為微機械開關100的支承部件支承可動梁2，基座1上設有固定電極11。

如圖1和圖4所示，可動梁2連接在基座1上，并且可動梁2上可以設有與固定電極11位置對應的活動電極21。換言之，微機械開關100的機械可動結構為梁，可動梁2上設有活動電極21，活動電極21與固定電極11位置對應，即活動電極21設在可動梁2上與固定電極11相對的區域。例如，在如圖1和圖4所示的示例中，在左右方向上，活動電極21與固定電極11位置對應，以便活動電極21和固定電極11連通。

其中，至少部分可動梁2由二氧化釩材料制成，以在二氧化釩材料相變時發生形變，以使活動電極21與固定電極11連通或斷開。也就是說，一部分可動梁2可由二氧化釩材料制成，或者可動梁2整體可由二氧化釩材料制成。即可動梁2包含二氧化釩材料，二氧化釩材料作為可動梁2的驅動材料。

二氧化釩材料可以發生相變，相變過程中二氧化釩材料可以發生形變，由二氧化釩材料制成的可動梁2，在二氧化釩材料發生相變時發生運動，從而活動電極21與固定電極11之間的接觸關系可被改變，當活動電極21和固定電極11分別連接入電路，活動電極21和固定電極11所在的電路的通斷情況即被改變。而且，二氧化釩材料的相變可逆，從而可以通過控制二氧化釩材料的相變過程來控制微機械開關100的通斷切換，結構簡單緊湊，便于控制。

并且，二氧化釩材料的相變具有諸多特點：相變溫度低，相變過程產生的應變大，楊氏模量、泊松比等機械性能好，而且可逆性相變次數多，從而可以使微機械開關100在較低的驅動電壓下，保證較大的驅動力，保證較好的機械穩定性和較長的工作壽命，還可以提高微機械開關100的機械性能。

相比于相關技術中通過減小器件體積、降低結構剛度和減小電極間距來降低驅動電壓的開關，本發明實施例的微機械開關100可以兼顧低驅動電壓的需求和較長的工作壽命需求，因而微機械開關100可被集成到低電壓電路中，滿足低電壓電路的應用需求。

另外，二氧化釩材料的相變可由焦耳熱、溫度、激光等外界刺激驅動，即二氧化釩材料的相變可由電流通斷、溫度變化、激光開關等原因發生，因此，微機械開關100不但可以適用于電控開關，還可以適用于溫控開關、遠程激光控制開關等其他應用，具有應用范圍廣的優點。

因此，根據本發明實施例的基于二氧化釩的相變驅動式微機械開關100，在基座1上設置固定電極11，將可動梁2連接在基座1上，將活動電極21設在可動梁2上，通過將至少部分可動梁2設置為由二氧化釩材料制成，可以利用二氧化釩材料的相變過程發生形變使活動電極21與固定電極11連通或斷開，來改變微機械開關100的通斷狀態，不僅能夠保證較長的工作壽命、較大的驅動力和較好的機械穩定性，而且具有結構簡單緊湊、機械性能好、應用范圍廣等優點。

根據本發明的一些實施例，可動梁2可以包括一層或多層疊置的薄膜，其中，至少一層薄膜為二氧化釩材料薄膜。也就是說，可動梁2包括至少一層二氧化釩材料薄膜。由此，便于制造或裝配，可以節約制造成本，或提高裝配效率，同時還可以利于二氧化釩材料發生相變，便于微機械開關100動作，可以提高開關靈敏度等其他性能。

可選地，二氧化釩材料薄膜可為二氧化釩薄膜或摻雜有鉻(cr)、鎢(w)、鎵(ga)、鋁(al)、鐵(fe)、鈦(ti)、鈮(nb)、鉬(mo)、錸(re)、氟(f)、氫(h)中的至少一種元素的二氧化釩材料薄膜。也就是說，二氧化釩材料薄膜可以僅由二氧化釩組成，或者，二氧化釩材料薄膜可以由添加有鉻、鎢、鎵、鋁、鐵、鈦、鈮、鉬、錸、氟、氫中的一種或多種元素的二氧化釩組成。這樣，可以利用二氧化釩材料在相變過程中的形變驅動可動梁2運動，進而改變微機械開關100的通斷狀態。

根據本發明的一些實施例，如圖1和圖4所示，可動梁2的端部可與基座1相連，并且活動電極21可位于可動梁2的最大位移點處。換言之，可以在可動梁2的位移最大點附近設置活動電極21。例如，在如圖1所示的示例中，可動梁2的左端與基座1相連，二氧化釩材料相變時，可動梁2相對于左端產生位移，可動梁2的右端為位移最大點，活動電極21位于可動梁2的右端；而在圖4所示的示例中，可動梁2的左端和右端分別與基座1相連，二氧化釩材料相變時，可動梁2的左端和右端不發生位移，可動梁2的中間部分產生位移，可動梁2的中部為位移最大點，活動電極21位于可動梁2的中部。從而結構簡單緊湊，連接方便，而且將活動電極21設在可動梁2的位移最大點處，可以提高微機械開關100的穩定性和可靠性，同時可以使微機械開關100的靈敏度進一步提升。

可選地，如圖1和圖4所示，可動梁2的端部可以通過連接件3連接在基座1上，可以理解的是，連接件3可以是可動梁2的錨區，即，可動梁2通過錨區與基座1相連。由此，基座1和可動梁2可分別加工，并由連接件3相連，加工方便，集成度高。

根據本發明的一些實施例，可動梁2可被構造為單固支點或多固支點的懸臂梁結構。在如圖2所示的示例中，可動梁2為單固支點的懸臂梁結構，其中，可動梁2的左端與基座1相連，右端懸空，則可動梁2構造為左端固支的懸臂梁；而在如圖3所示的示例中，可動梁2被構造為兩個固支點的懸臂梁結構，其中，可動梁2的形成為開口向左的u形，可動梁2的開口端分別與基座1相連，右端懸空，則可動梁2構造為左端固支的多固支點的懸臂梁結構。由此，微機械開關100的布局合理，利于使結構簡單緊湊，還可以提高可動梁2的機械性能。

根據本發明的另一些實施例，如圖4所示，可動梁2可被構造成多端固支的橋膜結構。也就是說，可動梁2可被構造成兩端被固定支撐的橋形結構。具體而言，在如圖4所示的示例中，可動梁2的左右兩端均與基座1相連，可動梁2的兩端均固支于基座1，而可動梁2的中部懸空，形成橋形結構，活動電極21設在可動梁2的中部，此時固定電極11設在基座1上并與活動電極21在位置對應，可動梁2中的二氧化釩材料相變時發生形變，可以驅動可動梁2運動，改變固定電極11與活動電極21的通斷狀態，實現開關。從而可以有效提高可動梁2的穩定性，使得微機械開關100的穩定性和可靠性提升。

根據本發明的一些實施例，固定電極11可設于基座1的鄰近可動梁2的表面上，活動電極21可設于可動梁2的鄰近基座1的表面上。換言之，固定電極11和活動電極21分別位于基座1和可動梁2的鄰近彼此的表面上。例如，在如圖1和圖4所示的示例中，可動梁2連接在基座1的上方，固定電極11設于基座1的上表面，活動電極21設于可動梁2的下表面，固定電極11和活動電極21鄰近彼此且相對設置。由此，既利于微機械開關100動作，實現通斷控制，也便于固定電極11和活動電極21分別連接入電路。

可選地，固定電極11可由一層薄膜或多層上下疊置的薄膜組成，其中，遠離基座1的薄膜為導體材料薄膜。可選地，活動電極21由一層薄膜或多層上下疊置的薄膜組成，其中遠離可動梁2的薄膜為導體材料薄膜。也就是說，固定電極11和活動電極21分別由一層或多層薄膜組成，固定電極11和活動電極21的鄰近彼此的一層薄膜為導體材料薄膜，例如金屬材料薄膜。由此，可以提高固定電極11和活動電極21的結構穩定性，而且可以降低二氧化釩材料相變過程中對固定電極11和活動電極21的影響，降低固定電極11和活動電極21導通時的接觸電阻，保證微機械開關100的動作可靠性，延長使用壽命。

根據本發明的一些實施例，固定電極11可為并列設置的多個，活動電極21可設在可動梁2上，以連通或斷開多個固定電極11。從而可以將微機械開關100的結構更加多樣化，以適用不同的線路連接需求。舉例而言，兩個固定電極11并列且間隔分布，活動電極21可以是一個，可動梁2的二氧化釩材料發生相變時，活動電極21同時與兩個固定電極11接觸，使兩個固定電極11連通，從而導通受控電路。此時，可以理解的是，兩個固定電極11分別接入電路，而活動電極21不接入電路，活動電極21僅作為橋接件，用于將兩個固定電極11彼此連通或斷開。

當然，本發明的結構不限于此，固定電極11和活動電極21的數量不限于以上描述，還可以是其他數量，例如，固定電極11可以是三個，活動電極21可以是兩個。本領域的技術人員在現有電路的連接原理上可以結合上文的描述進行適應性設置，這對于本領域的技術人來說是可以理解的，在此不再贅述。

在另一些實施例中，如圖5所示，基座1可以包括間隔設置的第一基座110和第二基座120，其中，第一基座110的鄰近第二基座120的表面(例如圖5所示的上表面)上可以設有固定電極11，可動梁2可以設在第一基座110和第二基座120之間，并且可動梁2可與第二基座120相連，可動梁2的鄰近第一基座110的表面(即圖5所示的下表面)上可以設有活動電極21。由此，微機械開關100可被構造為具有兩個基座1且有一組電極對的結構，從而可以提高微機械開關100的結構多樣性，以適應不同的結構布局需求。

根據本發明的再一些實施例，如圖6所示，基座1可以包括間隔設置的第一基座110和第二基座120，第一基座110的鄰近第二基座120的表面上可以設有第一固定電極111，第二基座120的鄰近第一基座110的表面上可以設有第二固定電極112，可動梁2設在第一基座110和第二基座120之間，并且可動梁2可與第一基座110和第二基座120中的其中一個相連，可動梁2的鄰近第一基座110的表面上可設有第一活動電極211，可動梁2的鄰近第二基座120的表面上可以設有第二活動電極212，以使第一固定電極111與第一活動電極211和第二固定電極112與第二活動電極212中的其中一組連通且另一組斷開。這樣，微機械開關100可被構造為單刀雙擲開關，第一固定電極111和第二固定電極112構成不動端，可動梁2構成動端，由此，可以通過一個微機械開關100控制兩個不同的電路方向，也就是說，可以通過一個微機械開關100起到雙向控制，結構簡單緊湊，集成度高，可以進一步擴大微機械開關100的適用范圍。

例如，在如圖6所示的示例中，第二基座120位于第一基座110上方，可動梁2連接在第一基座110和第二基座120之間，第一基座110的上表面設有第一固定電極111，第二基座120的下表面設有第二固定電極112，可動梁2的下表面設有第一活動電極211，可動梁2的上表面設有第二活動電極212，可動梁2與第二基座120相連。當可動梁2的二氧化釩材料相變時，可動梁2發生形變，第一固定電極111與第一活動電極211和第二固定電極112與第二活動電極212中的其中一組可以連通，另一組端開；而當可動梁2的二氧化釩材料逆向相變時，可動梁2發生逆向形變，此時，第一固定電極111與第一活動電極211和第二固定電極112與第二活動電極212中的其中一組斷開，另一組連通。

此時，可在第一基座110上制造第一固定電極111，并在第二基座120上制造第二固定電極112、可動梁2、第一活動電極211和第二活動電極212，再將第一基座110和第二基座120通過工藝連接在一起，例如鍵合工藝，形成一個完整的微機械開關100。為了保證微機械開關100能夠正常工作，提高可靠性，第一基座110和第二基座120相對固定，可以形成為一個整體，不可相對移動。

本領域的技術人員可以理解的是，第一基座110和第二基座120還可以在左右方向上間隔分布。

在此，需要說明的是，上文中兩組電極的通斷狀態與二氧化釩材料的相變和逆向相變時可動梁2的形變方向相關，本領域的技術人員在理解了上文的結構和工作原理的基礎上可以綜合考慮受控電路的工作方式、設置需求、空間布局以及成本等因素對可動梁2的形變方向進行適應性設置，上文的描述的示例不能理解為對本發明的限制。

根據本發明實施例的基于二氧化釩的相變驅動式微機械開關100可用于低電壓電路中，但不限于此。微機械開關100的其他結構、連接關系及操作對于本領域普通技術人員而言都是已知的，這里不再詳細描述。

在加工時，微機械開關100可以分別加工不同的結構部件，再采用(微)裝配技術，將不同的結構部件組合成一個整體；或者，微機械開關100也可以根據最終器件設計，先將不同的材料層疊組合在一起，再通過刻蝕、腐蝕等方法去除不需要的材料，最終得出所需的結構。由此，可以采用多種方法對微機械開關100進行加工，制造方便，可以降低成本。

當然，微機械開關100的加工方法不限于上文的描述，本領域的技術人員基于微機械開關100的結構，可以在現有的加工方法中對制造精度、成本等因素進行綜合考慮，以選取較理想的方法進行加工。鑒于微加工和微裝配技術已為本領域的技術人員熟知，因此，本發明不再贅述。

在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示意性實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。

盡管已經示出和描述了本發明的實施例，本領域的普通技術人員可以理解：在不脫離本發明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發明的范圍由權利要求及其等同物限定。