微型機電式繼電器與其生產方法
2023-06-02 02:19:06 1
專利名稱：微型機電式繼電器與其生產方法
技術領域：
本發明涉及一種繼電器，尤其是一種微型的、包括一個橋式閉合觸頭的繼電器。此外，本發明涉及一種製造該繼電器的方法。
DE 44 37 261 C1文件披露一種適合於用微型機械生產的、並由預先彎曲的無蝕刻矽質舌簧和一個平面反電極組成的微型繼電器。舌簧包括一個與反電極連在一起的楔形電容器。通過在舌簧與平面反電極之間施加控制電壓，舌簧被伸展，直到其自由端接觸在反電極上的工作觸頭。在開關操作中，彎曲的舌簧在反電極上滾動並由此形成移動的楔子。
繼電器具有一個單獨的關閉或閉合的觸頭功能，其中開關的負載電流是通過運動彈簧上的導電線路傳導的，此外也需要一些繼電器，其中閉合觸頭包括一個跨接兩個固定觸頭的橋式觸頭。橋式閉合觸頭提供較高的電壓強度，並且在高頻負載電流信號的情況下，提供較低的串音容量而因此較高的頻率響應。不過，在採用橋式觸頭時，固定觸頭有要承受不同程度的磨損問題，由此而使個別固定觸頭的開關行程互相不同。其結果使兩個固定觸頭上產生不同的接觸力量。一側強烈磨損的結果將使端部上一個觸頭完全不再能閉合。
為在已知的微繼電器幫助下實現橋式閉合觸頭，可活動的舌簧上布置有一個矩形觸頭，它可以覆蓋兩個固定觸頭。這樣的布置具有缺點，即在兩個並列固定觸頭有不同磨損情況下將發生不同接觸力量。由於舌簧的高扭轉剛性，橋式觸頭不能按不同高度的反觸頭調整。如果高度的差別進一步增加，最終有一個觸頭將根本不能閉合。
因此本發明的目的是提供一種適合於微型化的繼電器，並且在固定觸頭有不同高度情況下，可以建立起安全的橋式接觸。本發明也涉及製造微型繼電器的方法。
根據本發明，這一個目的是通過權利要求1的繼電器而達到。本發明有利的發展和製造方法在下列權利要求中指明。
本發明說明一種包括具有兩個固定觸頭的基座件和一個開關彈簧。開關彈簧經由一個邊緣部分沿安裝線固定，並可在開放和閉合位置之間活動。除此之外，開關彈簧還有一個觸頭彈簧。在觸頭彈簧上布置有一個活動觸頭，當開關彈簧在閉合位置時可以橋接兩個固定觸頭。此外，繼電器包括一個可以使開關彈簧和觸頭彈簧在開放和閉合位置之間運動的驅動構件。觸頭彈簧的形式是一個圍繞旋轉軸線旋轉的扭轉彈簧。旋轉軸線位於觸頭彈簧的平面內並處於兩個固定觸頭的中間。旋轉軸線在基座上的投影線與固定觸頭的連接線基本上成直角交叉。
按照本發明，把繼電器彈簧分成觸頭彈簧和開關彈簧，其中觸頭彈簧為扭轉彈簧，達到的效果是可以在固定觸頭不同高度時也確保安全接觸。由於扭轉彈簧可以圍繞固定觸頭之間的旋轉軸線轉動，活動觸頭能夠按固定觸頭的不同高度調整。在不削弱開關彈簧的開關行為前提下，這是可能實現的。
按照本發明，一種觸頭彈簧為開關彈簧的一部分的繼電器特別容易獲得微型化。
在特別有利的狀態下，觸頭彈簧可以從開關彈簧的蝕刻去掉的部分中造成。這樣的程序特別提供利用眾所周知的矽製造工藝的圖案技術的可能性，即按此工藝轉移到一個金屬開關彈簧上。
利用在觸頭彈簧中提供一個接觸部分和一個或多個彈簧部分，可圍繞旋轉軸線旋轉的觸頭彈簧可以達到特別簡單和因而有利的方式。接觸部分組成活動觸頭的載體，並按旋轉軸線橫向延伸，使其覆蓋固定觸頭。該接觸部分通過一個或多個彈簧部分連接於開關彈簧，其中彈簧部分連接到扭轉彈簧的旋轉軸線區域。由此獲得的效果在於接觸彈簧是扭轉彈簧而同時彈性地偶合在開關彈簧上。
此外，按照本發明開發的繼電器特別有利，即彈簧部分的形狀遵循多段彎曲途徑。由於該延伸的彈簧途徑，有可能以特別簡單的方式獲得扭轉彈簧任意較低的剛性，而這有利於活動觸頭傾斜而緊靠兩個不同高度的固定觸頭。
另外，把彈簧部分布置在開關部分的兩對面是特別有利的，由此可以保證旋轉軸線沒有由於接觸部分單邊的安裝而傾斜。
再有，把繼電器設計成開關彈簧固定於基座構件並且從基座彎曲出去是特別有利的。這使繼電器包括帶有起初指出的移動楔子的橋式觸頭的實施成為可能。
在這種布置(帶有彎曲彈簧)下，當固定觸頭的連接線平行於安裝線時特別有利。在繼電器利用移動楔子原理的情況下，由於開關彈簧從安裝線開始被驅使壓向反觸頭件這一事實，各固定觸頭離安裝線為等距離的結果使活動觸頭幾乎同時接觸固定觸頭。由於同樣理由，採用這樣固定觸頭布置的繼電器，在任何時候在固定觸頭與活動觸頭之間具有同樣的接觸距離。
選擇靜電驅動作為繼電器的驅動件特別有利。其特徵在於，所述驅動件包括第1電極、第2電極及連接二電極的直流(DC)電壓電源。所述第1電極布置在面向機座件的開關彈簧的一側，所述第2電極與第1電極對向而置布置在機座件上，二電極被連接至DC電壓電源。所述驅動僅需要用於短時開關的能量，而關閉部分僅由靜電交互感應固定，無需以另外提供能量為必要條件。
此外，開關彈簧用矽組成而基座由矽或玻璃組成的繼電器特別有利。這樣的繼電器可以從已知的矽工藝中的圖案或結構和製造技術容易地實施。
本發明還包括製造上述繼電器的方法，其中包括下列步驟1。在基座的底層上沉積第二電極和固定觸頭以構成基座件，然後加上圖案。
2。此後在第二電極上沉積絕緣層。
3。在矽晶片上，在面向基座底層一面具有矽塗層並粘貼在基座底層上。
4。從矽晶片的矽塗層的對面一側開始，所說晶片被刻蝕，例如用KOH(氫氧化鉀)刻蝕，一直到只剩下矽塗層以形成開關彈簧。
5。最後，通過矽塗層上所作圖案，相應地從開關彈簧形成觸頭彈簧或者說形成開關彈簧本身。
該方法具有可以非常容易地製造微型繼電器的優點。
以下將通過實施例和附圖更詳細地闡明本發明。
圖1顯示按照本發明繼電器的開關彈簧的示意平面圖，其中固定觸頭連接線的延伸平行於安裝線。
圖2顯示按照本發明繼電器的開關彈簧的示意平面圖，其中固定觸頭連接線垂直於安裝線。
圖3顯示按照本發明具有移動楔子的繼電器在開啟狀態的示意縱向剖面圖。
圖4顯示按照本發明具有移動楔子的繼電器在閉合狀態的示意縱向剖面圖。
圖1顯示按照本發明繼電器的沿安裝線11固定的開關彈簧3。開關彈簧3包括一個由接觸部分6和彈簧部分7組成的接觸彈簧4。關於彈簧部分7的形狀遵循多段彎曲途徑。扭轉剛性可以因此調整到任何低的數值。從接觸部分6的兩邊開始，彈簧部分把後者連接到開關彈簧3，如此保證旋轉軸線12不會由於接觸部分6的單邊安裝而傾斜。在接觸部分6的底面上設置了活動觸頭5(圖3)。基座件(未示)的固定觸頭2布置在接觸部分6下面。接觸部分6可繞旋轉軸線12轉動。旋轉軸線12垂直於安裝線11。固定觸頭2布置在所說旋轉軸線12兩側的接觸部分下面。
圖2顯示按照本發明繼電器的沿安裝線11固定的開關彈簧3。開關彈簧3具有由接觸部分6和彈簧部分7組成的接觸彈簧4。關於彈簧部分7的形狀遵循多段彎曲途徑。扭轉剛性可以因此調整到任何低的數值。從接觸部分6的兩對邊開始，彈簧部分把後者連接到開關彈簧3，如此保證旋轉軸線12不會由於接觸部分6的單邊安裝而傾斜。在接觸部分6的底面上設置了活動觸頭5(圖3)。固定觸頭2布置在接觸部分6下面。接觸部分6可繞旋轉軸線12轉動。旋轉軸線12平行於安裝線11。固定觸頭2布置在所說旋轉軸線12兩側的接觸部分下面。
圖3顯示按照本發明在開啟狀態下的帶有移動楔子的繼電器。移動楔子由基座件1和開關彈簧3組成，其中彈簧3從基座開始向外彎曲，但其他方面與圖2中相同。在基座1上布置有固定觸頭2和具有絕緣層10的第二電極9。開關彈簧3在左面邊緣固定連接到基座1。開關彈簧3包括第一電極8以及彈簧部分7和觸頭彈簧的接觸部分6。接觸部分6可繞軸線12轉動。而且，接觸部分6在其底面有一個活動觸頭5。可轉動的接觸部分6可以容易地調整到適合不同高度的固定觸頭2，而提供安全的接觸。在本例子中，固定觸頭2的布置使其連接線垂直於安裝線11。其效果是，在閉合繼電器時，觸頭先與固定觸頭2的左面一個接觸而後與右面一個接觸。除此之外，左面固定觸頭2的接觸距離在任何時候均小於右面固定觸頭的接觸距離(除去在閉合狀態)。
圖4闡明圖3中的繼電器處於閉合狀態。開關彈簧3緊靠在基座件1上。接觸部分6，經由開關彈簧3，緊靠固定觸頭2。彈簧部分7把開關彈簧連接到接觸彈簧上，並在活動觸頭5和固定觸頭2之間建立起接觸力。
本發明不限於以例子形式說明的實施例，而應該由最全面形式表達的權利要求1所限定。
權利要求
1.一種繼電器，包括一個具有兩個固定觸頭(2)的基座(1)，一個經由邊緣部分沿安裝線(11)固定的開關彈簧(3)，所說開關彈簧(3)可以在開啟和閉合位置之間活動，並具有一個接觸彈簧(4)。一個布置在接觸彈簧(4)上的活動觸頭(5)，並且在開關彈簧(3)處於閉合位置時橋接固定觸頭(2)，一個可使開關彈簧(3)和接觸彈簧(4)在開啟和閉合位置之間移動的驅動構件，其中，所說接觸彈簧(4)設計成為可繞旋轉軸線(12)轉動的扭轉彈簧，並且垂直於兩固定觸頭(2)的連接線，和處於接觸彈簧平面之中。
2.按照權利要求1所述的繼電器，其特徵為，所述接觸彈簧(4)是所說開關彈簧(3)的一部分。
3.按照權利要求2所述的繼電器，其特徵為，接觸彈簧(4)用刻蝕法除去部分所說開關彈簧(3)而製成。
4.按照權利要求2或3所述的繼電器，其特徵為，接觸彈簧(4)包括一個橫向於旋轉軸線(12)而延伸的接觸部分(6)，和一個或多個彈簧部分(7)，後者在所說旋轉軸線(12)區域連接到接觸部分(6)和開關部分(3)。
5.按照權利要求4所述的繼電器，其特徵為，彈簧部分(7)的構形遵循多段彎曲途徑。
6.按照權利要求4或5所述的繼電器，其特徵為，彈簧部分從接觸部分的對面一側開始。
7.按照權利要求1至6之任一項所述的繼電器，其特徵為，開關彈簧(3)附著於基座件(1)並從其上彎曲出去。
8.按照權利要求1至7之任一項所述的繼電器，其特徵為，固定觸頭(2)布置成為其連接線垂直於所說安裝線(11)。
9.按照權利要求1至7之任一項所述的繼電器，其特徵為，固定觸頭(2)布置成為其連接線平行於所說安裝線(11)。
10.按照權利要求7至9之任一項所述的繼電器，其特徵為，驅動件包括一個布置在開關彈簧(3)面向基座(1)一側的第一電極(8)，一個布置在基座(1)上並與第一電極對向的第二電極(9)，和一個連接於電極(8，9)的直流電壓電源。
11.按照權利要求1至10之任一項所述的繼電器，其特徵為，所說開關彈簧(3)用矽製成，而所說基座件(1)用矽或玻璃製成。
12.一種按照權利要求11所述的繼電器的製造方法，包括下列步驟a)在第二電極(9)上沉積一層絕緣覆蓋層(10)，和把固定觸頭(2)設置在基座底層上，從而構成基座件(1)，b)把在面向基座底層的晶片一側具有矽塗層的矽晶片粘貼到基座底層上，c)刻蝕矽晶片一直到只剩下矽塗層，d)在矽塗層製作圖案以形成開關彈簧(3)和接觸彈簧(4)。
全文摘要
本發明涉及一種繼電器,尤其是一種微型化的、包括一個橋式閉合觸頭的靜電繼電器。接觸彈簧設計成為扭轉彈簧,並通過多段彎曲彈簧部分(7)與開關彈簧(3)聯接。這樣特別有可能補償固定觸頭(2)的不同高度。該發明進而涉及微型機械式靜電繼電器的生產方法。
文檔編號H01H59/00GK1365504SQ00810953
公開日2002年8月21日 申請日期2000年7月28日 優先權日1999年7月29日
發明者H·施拉克, M·漢克 申請人:泰可電子後勤股份公司