專利名稱：一種金屬光熱驅動微開關的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種金屬光熱驅動微開關，用于微光機電系統(tǒng)電路的非接觸控制。
背景技術：
隨著微納米技術的發(fā)展，微光機電系統(tǒng)(micro-optical-electro-mechanical system, M0EMS)作為微納米技術中一個重要的分支，已在世界各國得到迅速發(fā)展，并在諸多領域獲得廣泛應用。微驅動器是眾多MOMES中的重要組成部分，按驅動原理的不同，常見驅動器可分為電磁驅動型、靜電驅動型、壓電驅動型、熱膨脹驅動型等。微開關是微驅動器眾多應用中的一種。接觸式微開關的功耗低、隔離度高、線性度好，并且可以和其他電子器件集成，因此正日益成為人們研究的熱點。利用電磁驅動、靜電驅動、壓電驅動或者電熱膨脹驅動來實現(xiàn)開關功能，雖然在諸多場合得到廣泛應用，但卻不可避免地需要引入外部驅動電路。為此，本實用新型借鑒電熱驅動原理，采用激光作為驅動源，將激光束進行準直聚焦后照射到金屬光熱驅動微開關的驅動臂上，利用金屬的光熱膨脹效應使金屬微開關發(fā)生形變，從而實現(xiàn)開關功能，無需引入外部驅動電路，可以利用激光直接對微開關進行非接觸控制。而且本實用新型中的金屬光熱驅動微開關采用同步輻射LIGA技術制備，微開關精度高，可進行批量生產(chǎn)；導電性良好，可直接應用于電路，滿足工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防和科學技術等國民經(jīng)濟與社會發(fā)展各領域的需求。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種金屬光熱驅動微開關。金屬光熱驅動微開關包括激光器、聚焦透鏡、下基底、微懸臂、中心圓盤、懸臂觸點、基底觸點、上基底。下基底上順次設有微懸臂、中心圓盤、懸臂觸點；基底觸點位于上基底上，激光經(jīng)激光器和聚焦透鏡準直聚焦后照射到金屬光熱驅動微開關的中心圓盤上，中心圓盤吸收激光的能量，向微懸臂傳導熱量，微懸臂局部溫度升高后向上伸長，從而使懸臂觸點與基底觸點接觸，實現(xiàn)開關功能。金屬光熱驅動微開關包括光器、聚焦透鏡、寬臂、窄臂、窄臂觸點、右基底觸點、左基底、右基底；左基底右側壁設有寬臂、窄臂，窄臂上設有窄臂觸點，右基底上設有與窄臂觸點相配合的右基底觸點，激光經(jīng)激光器和聚焦透鏡準直聚焦后照射到金屬光熱驅動微開關的寬臂上，寬臂吸收激光的能量，局部溫度升高后向下偏轉，從而使窄臂觸點與右基底觸點接觸，實現(xiàn)開關功能。微開關的材料為導電性能良好的金屬，在基底連上導線后可直接作為開關在微光機電系統(tǒng)電路中使用。激光器和聚焦透鏡共同構成驅動源，可以直接對微開關進行非接觸控制。將激光束進行準直聚焦后照射到金屬光熱驅動微開關的驅動臂上，利用金屬的光熱膨脹效應使金屬微開關發(fā)生形變，從而實現(xiàn)開關功能。

圖1是金屬光熱驅動微開關(I型)工作原理示意圖；圖2是金屬光熱驅動微開關(II型)工作原理示意圖；圖3是金屬光熱驅動微開關(I型)CAD設計圖實例；圖4是金屬光熱驅動微開關(II型)CAD設計圖實例；圖5是同步輻射LIGA工藝流程圖；圖6是整體系統(tǒng)框圖；圖中激光器1、聚焦透鏡2、下基底3、微懸臂4、中心圓盤5、懸臂觸點6、基底觸點 7、上基底8、寬臂9、窄臂10、窄臂觸點11、右基底觸點12，左基底13、右基底14。
具體實施方式
如圖1所示，金屬光熱驅動微開關(I型)包括激光器1、聚焦透鏡2、下基底3、微懸臂4、中心圓盤5、懸臂觸點6、基底觸點7、上基底8 ；下基底3上順次設有微懸臂4、中心圓盤5、懸臂觸點6 ；基底觸點7位于上基底8上，激光經(jīng)激光器1和聚焦透鏡2準直聚焦后照射到金屬光熱驅動微開關的中心圓盤5上，中心圓盤5吸收激光的能量，向微懸臂4傳導熱量，微懸臂4局部溫度升高后向上伸長，從而使懸臂觸點6與基底觸點7接觸，實現(xiàn)開關功能。當激光器1中發(fā)出的平行激光通過聚焦透鏡2會聚成一點，照射到金屬光熱驅動微開關的中心圓盤5上，中心圓盤5吸收激光的能量，向微懸臂4傳導熱量，微懸臂4局部溫度升高后產(chǎn)生一維的膨脹伸長量，而微懸臂4下端固定于基底，只能向上形變拱起中心圓盤，從而使懸臂觸點6與基底觸點7接觸，實現(xiàn)開關功能。如圖2所示，金屬光熱驅動微開關(II型)包括光器1、聚焦透鏡2、寬臂9、窄臂10、 窄臂觸點11、右基底觸點12、左基底13、右基底14 ；左基底13右側壁設有寬臂9、窄臂10， 窄臂10上設有窄臂觸點11，右基底14上設有與窄臂觸點11相配合的右基底觸點12，激光經(jīng)激光器1和聚焦透鏡2準直聚焦后照射到金屬光熱驅動微開關的寬臂9上，寬臂9吸收激光的能量，局部溫度升高后向下偏轉，從而使窄臂觸點11與右基底觸點12接觸，實現(xiàn)開關功能。當激光器1中發(fā)出的平行激光通過聚焦透鏡2會聚成一點，照射到金屬光熱驅動微開關的，照射到金屬光熱驅動微開關的寬臂9上，寬臂9吸收激光的能量，局部溫度升高后產(chǎn)生一維的膨脹，而與寬臂9末端相連的窄臂10沒有受熱膨脹，致使寬臂9 一維的膨脹轉化為整個微開關向下偏轉，從而使窄臂觸點11與右基底觸點12接觸，實現(xiàn)開關功能。如圖3、圖4所示，金屬光熱驅動微開關的結構，是用AutoCAD設計，可根據(jù)實際需要，微開關長度可設計為500 5000微米，寬度為200 1000微米，厚度為40 100微米，觸點間距為5 50微米。如圖5所示，金屬光熱驅動微開關的制作方法的步驟如下金屬光熱驅動微開關的制作方法的步驟如下1)用AutoCAD設計微開關圖紙；2)以Si做框架、SiN做基膜、Ni做吸收膜按照圖紙采用電子束光刻制作掩模圖形；3)用聚甲基丙烯酸甲脂光刻膠涂在用作電鍍電極的金屬膜上，利用同步輻射X射線進行光刻，在X光經(jīng)過掩模基底所照射到的光刻膠部分，顯影后就被溶解掉，得到一個與掩模結構相同，厚度幾百微米、最小橫向寬度達幾微米的三維立體膠結構；4)利用光刻膠下面的金屬層作電極進行電鍍，將光刻膠形成的間隙用金屬填充， 形成一個與光刻膠圖形凹凸互補的穩(wěn)定金屬凹凸版圖，然后將光刻膠及附著的基底材料除掉，得到塑鑄所用的金屬微開關；5)通過金屬注塑板上的小孔將樹脂注入到模具的腔體內(nèi)，樹脂硬化后，去掉模具得到一塑料微型結構，在塑鑄完成的微型結構上，電鍍微開關結構，再去掉膠和注塑板，得到一個有幾百微米厚、三維立體結構的微開關毛坯；6)對毛坯上下表面進行拋光處理，得到金屬微開關成品；最后采用化學濺射法對金屬微開關的表面進行發(fā)黑處理。整體系統(tǒng)框圖如圖6所示，采用同步輻射LIGA技術加工制備金屬光熱驅動微開關；激光器發(fā)出功率和頻率可調的激光，用于控制金屬光熱驅動微開關的偏轉量和開關頻率；金屬光熱驅動微開關應用于微光機電系統(tǒng)，實現(xiàn)對具體電路的控制。
權利要求1.一種金屬光熱驅動微開關，其特征在于包括激光器(1)、聚焦透鏡(2)、下基底(3)、 微懸臂(4)、中心圓盤(5)、懸臂觸點(6)、基底觸點(7)、上基底(8)；下基底(3)上順次設有微懸臂(4)、中心圓盤(5)、懸臂觸點(6);基底觸點(7)位于上基底(8)上，激光經(jīng)激光器(1) 和聚焦透鏡(2)準直聚焦后照射到金屬光熱驅動微開關的中心圓盤(5)上，中心圓盤(5)吸收激光的能量，向微懸臂(4)傳導熱量，微懸臂(4)局部溫度升高后向上伸長，從而使懸臂觸點(6)與基底觸點(7)接觸，實現(xiàn)開關功能。
2.一種金屬光熱驅動微開關，其特征在于包括光器(1)、聚焦透鏡(2)、寬臂(9)、窄臂 (10)、窄臂觸點(11)、右基底觸點(12)、左基底(13)、右基底(14)；左基底(13)右側壁設有寬臂(9)、窄臂(10)，窄臂(10)上設有窄臂觸點(11)，右基底(14)上設有與窄臂觸點(11) 相配合的右基底觸點(12)，激光經(jīng)激光器(1)和聚焦透鏡(2)準直聚焦后照射到金屬光熱驅動微開關的寬臂(9)上，寬臂(9)吸收激光的能量，局部溫度升高后向下偏轉，從而使窄臂觸點(11)與右基底觸點(12)接觸，實現(xiàn)開關功能。
專利摘要本實用新型公開了一種金屬光熱驅動微開關。本實用新型采用同步輻射LIGA技術制備了這種金屬光熱驅動微開關，采用化學濺射法對金屬光熱驅動微開關的表面進行了發(fā)黑處理以減小其對光的反射、增加其對光的吸收。采用激光作為驅動源，將激光束進行準直聚焦后照射到金屬光熱驅動微開關的驅動臂上，利用金屬的光熱膨脹效應使金屬微開關發(fā)生形變，從而實現(xiàn)開關功能。系統(tǒng)包括激光器、聚焦透鏡、基底、膨脹臂、觸點等部分。本實用新型的優(yōu)點是采用LIGA技術制備，微開關精度高，可進行批量生產(chǎn)；可以利用激光直接對微開關進行非接觸控制；微開關導電性良好，可直接應用于電路。
文檔編號H01H37/02GK201966133SQ201120018370
公開日2011年9月7日 申請日期2011年1月20日 優(yōu)先權日2011年1月20日
發(fā)明者伊福廷, 張冬仙, 王波, 章海軍, 趙冬偉 申請人:浙江大學