本發(fā)明屬于繼電器技術(shù)領(lǐng)域，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。

背景技術(shù)：

繼電器是切換電路接通與斷開狀態(tài)的一種自動(dòng)控制元件，功能主要有擴(kuò)大控制范圍、放大靈敏度、遙控和監(jiān)測(cè)信號(hào)等，廣泛應(yīng)用于通訊、計(jì)算機(jī)、汽車、工業(yè)控制、家用電器等電控系統(tǒng)中，是電路控制系統(tǒng)必不可少的基礎(chǔ)元件之一。在航空航天器、軍事裝備等設(shè)備中，也根據(jù)需要使用各種規(guī)格的繼電器，這種場(chǎng)合對(duì)它們的要求除了閉合時(shí)電流大、接觸阻抗小、漏電流小外，有時(shí)還要求其重量輕、體積小、壽命長、響應(yīng)速度快、可靠性高等。

傳統(tǒng)微繼電器使用硅做為結(jié)構(gòu)材料，金屬做為接觸部分，存在加工工藝復(fù)雜和可靠性低等問題。由于使用硅等材料做為結(jié)構(gòu)材料，材料本身導(dǎo)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(fā)，或使用Shadow Mask等特殊工藝，但都增加了工藝的復(fù)雜性，而且長時(shí)間工作可能將導(dǎo)致接觸失效，包括接觸點(diǎn)融合造成的無法關(guān)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(shí)，失效問題尤其嚴(yán)重。另外，硅等材料本身的固有缺點(diǎn)，使得其無法在高溫、大沖擊高過載、腐蝕性等惡劣環(huán)境中廣泛應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)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(diǎn)等優(yōu)良特性，使用金屬鉬制作微繼電器具有諸多優(yōu)點(diǎn)：閉合時(shí)電流大、接觸阻抗小、漏電流小、體積小、壽命長、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種金屬鉬基微繼電器，包括作為彈性回復(fù)結(jié)構(gòu)的單端固支懸臂梁，連接該單端固支懸臂梁的靜電驅(qū)動(dòng)梳齒結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)和觸頭的材料為金屬鉬。即本發(fā)明的整個(gè)微繼電器結(jié)構(gòu)都用金屬鉬實(shí)現(xiàn)。

進(jìn)一步地，所述單端固支懸臂梁、梳齒結(jié)構(gòu)和觸頭通過采用ICP深刻蝕方法對(duì)鉬材料進(jìn)行刻蝕成形。

進(jìn)一步地，所述觸頭與所述單端固支懸臂梁的接觸為點(diǎn)-面接觸。

進(jìn)一步地，所述單端固支懸臂梁的長度為500～2000μm，所述梳齒結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的金屬鉬片進(jìn)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(jìn)行光刻圖形定義；

5)以光刻膠為掩膜對(duì)硬掩膜層進(jìn)行干法刻蝕，實(shí)現(xiàn)圖形轉(zhuǎn)移；

6)以硬掩膜層為掩膜進(jìn)行金屬鉬的ICP深刻蝕；

7)對(duì)刻蝕后的器件進(jìn)行結(jié)構(gòu)釋放，得到金屬鉬基微繼電器。

進(jìn)一步地，步驟2)所述硬掩膜層的材質(zhì)為鋁，采用濺射或者蒸發(fā)方式進(jìn)行沉積。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：

本發(fā)明首次以金屬鉬作為體材料設(shè)計(jì)靜電驅(qū)動(dòng)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(tǒng)失效。傳統(tǒng)微繼電器使用硅做為結(jié)構(gòu)材料，金屬做為接觸部分，本發(fā)明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(dǎo)電性，還具有很好的延展性和抗沖擊強(qiáng)度，其斷裂韌度通常比硅材料高兩個(gè)數(shù)量級(jí)，使用金屬鉬制作可動(dòng)接觸零部件其可靠性更高。同時(shí)金屬材料ICP深刻蝕技術(shù)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(yīng)用于消費(fèi)類電子、醫(yī)療保健、汽車工業(yè)、工業(yè)自動(dòng)化及機(jī)器人、航空航天、以及物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域等。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的金屬鉬基微繼電器結(jié)構(gòu)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(shí)施方式

下面通過具體實(shí)施例和附圖，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

本實(shí)施例的金屬鉬基微繼電器采用典型的橫向驅(qū)動(dòng)方式，如圖1所示。以單端固支懸臂梁做彈性回復(fù)結(jié)構(gòu)，接觸部分采用了點(diǎn)-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(jié)構(gòu)適當(dāng)放寬，在設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)4組，分別為500μm、1000μm、1500μm、2000μm，梳齒間距分別取3μm、5μm、7μm。這樣一共設(shè)計(jì)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(duì)各步驟說明如下：

1、備片：準(zhǔn)備30微米厚金屬鉬片與實(shí)驗(yàn)常用金屬鉬片，其中實(shí)驗(yàn)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(jìn)行鍵合，如圖14中(b)圖所示?？梢圆捎脠A片鍵合等方法對(duì)鉬片進(jìn)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(fā)方式，如圖14中(c)圖所示。除鋁外，本發(fā)明也可以采用鎳、二氧化硅等材料的掩膜層。掩膜層的厚度優(yōu)選為0.5μm～2μm。

5、旋涂光刻膠：旋涂一層光刻膠，進(jìn)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(duì)鋁膜進(jìn)行干法刻蝕，進(jìn)行圖形轉(zhuǎn)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(jìn)行金屬鉬的ICP(感應(yīng)耦合等離子體)深刻蝕，如圖14中(g)圖所示。

8、結(jié)構(gòu)釋放：對(duì)刻蝕后的器件進(jìn)行結(jié)構(gòu)釋放，如圖14中(h)圖所示，得到微繼電器。

以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其進(jìn)行限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求書所述為準(zhǔn)。