mems继电器典型结构及其研究进展new

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1、2011年第30卷第7期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)1殠檸檸檸檸檸殠檸檸殠综述与评论檸檸檸檸檸殠MEMS继电器典型结构及其研究进展黄虎，尤政，阮勇，张弛(清华大学精密仪器与机械学系精密测试技术及仪器国家重点实验室，北京100084)摘要:综述了目前国内外主要MEMS继电器的原理和典型结构，包括静电型、电磁型、电热型、液态型及混合型微继电器，并对各种类型微继电器的特点进行了比较。关键词:微机电系统;继电器;典型结构中图分类号:TM581文献标识码:A文章编号:1000—9787(2011)

2、07—0001—04TypicalstructuresanddevelopingtrendsofMEMSrelaysHUANGHu，YOUZheng，RUANYong，ZHANGChi(StateKeyLaboratoryofPrecisionMeasurementTechnologyandInstruments，DepartmentofPrecisionInstrumentsandMechanology，TsinghuaUniversity，Beijing100084，China)Abstract:Theprinciplesandtypicals

3、tructuresofMEMSrelaysbasedonMEMStechnologyathomeandabroadaresummarized．ThecharacteristicsofvariousMEMSrelaysuchaselectrostatic，electromagnetic，electrothermal，liquid-filledandhybridMEMSrelaysarecompared．Keywords:micro-electro-mechanicalsystem(MEMS);relay;typicalstructure0引言1．1悬

4、臂梁式结构继电器是广泛用于信息处理、通信、控制、机电一体化图1是美国MajumderS等人制作的单端悬臂梁式继等领域的重要元器件之一。随着航天和微小卫星技术的大电器的结构示意图。该继电器有2个接触电极，分别连接力发展，对于继电器小体积、低功耗的要求越来越迫切，传输入和输出信号，使得开关部分的信号不通过驱动部分，减统继电器已无法满足这些要求。近年来，微机电系统(mi-少干扰。上极板下拉后其前端与2个接触电极同时接触，cro-electro-mechanicalsystem，MEMS)技术的大力发展与应两接触电极导通，继电器处于闭合状态。该继电器的驱动

5、10［4］用为新型继电器提供了一种新的思路。基于MEMS技术电压为80V，接触电阻小于1Ω，寿命可达10次。的继电器与传统继电器相比具有体积小、功耗低、接触阻抗［1］低、开关速度快、易于电路集成等优点，受到越来越多的关注。MEMS常用微继电器从驱动原理上可分为静电型、电［2］磁型、电热型、液态型。各种驱动方式各有利弊，为弥补图1继电器原理图单一驱动方式的不足，也发展了一些混合驱动型的微继电Fig1Schematicdiagramofthemicrorelay器。不同驱动方式的继电器有不同的结构，本文分别介绍2004年，NishijimaN和Hung

6、JJ等人提出了一种改进各种驱动方式中的一些典型结构。［5］型的单端悬臂梁式继电器，如图2所示。1静电型微继电器静电型驱动是最常用的驱动方式，静电型继电器的优点有加工工艺易实现、功耗小、速度相对较快、对驱动材料［3］无特殊要求等，其缺点是所需驱动电压比较高。1978年研制出的世界上第一个微继电器即为静电型的，现在静电图2继电器俯视图［2］型的继电器研究已比较深入。静电型继电器的结构有Fig2Topviewoftherelay多种形式。收稿日期:2010—11—042传感器与微系统第30卷图1所示结构中下拉电极在支点和接触电极之间，其示意图如图3(a)

7、所示，而图2所示结构将下拉电极放在了接触电极的外面，其示意图如图3(b)所示。图3(a)所示结构继电器闭合时只有触点相接触，上下极板不接触，而图3(b)中所示继电器闭合时上下极板先接触，而后触点才闭图5微继电器截面示意图合。这样设计的好处是可以在不减小回复力的情况下减小Fig5Schematiccrosssectionofthemicrorelay下拉电压，因为回复力大小主要是由梁A决定，而下拉行2μm，可承受较高的载荷电压，其最小转换电压小于30V，为由梁A和梁B共同决定，且梁的弹性系数与长度的三次工作电压35V，接触电阻1．3Ω，隔断电阻可达1

8、00GΩ，空7方成正比，因此，弯曲两段梁比单独弯曲一根梁所需的力要气中测试该继电器的开关次数可达10次(1V，10μA)和