一種基于mems開(kāi)關(guān)的usb漏電保護(hù)芯片的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于MEMS開(kāi)關(guān)的USB漏電保護(hù)芯片。其基本結(jié)構(gòu)由磁場(chǎng)產(chǎn)生單元、磁場(chǎng)檢測(cè)單元、驅(qū)動(dòng)單元和MEMS開(kāi)關(guān)單元組成，其特點(diǎn)為：磁場(chǎng)產(chǎn)生單元由磁芯和繞制在磁芯的VBUS和GND線組成，其中磁芯采用鐵氧體材料；磁場(chǎng)檢測(cè)單元由霍爾元件、恒流源、放大電路和比較電路組成，霍爾元件是磁敏感元件，用于檢測(cè)磁場(chǎng)；驅(qū)動(dòng)單元用于提供MEMS開(kāi)關(guān)動(dòng)作所需要的較高的驅(qū)動(dòng)電壓；MEMS開(kāi)關(guān)單元分別設(shè)置在USB接口的VBUS和GND線上。該芯片可以應(yīng)用于通過(guò)USB接口充電的設(shè)備在充電過(guò)程中的漏電保護(hù)，一旦有漏電流，MEMS開(kāi)關(guān)自動(dòng)打開(kāi)，切斷充電電路。
【專利說(shuō)明】
一種基于MEMS開(kāi)關(guān)的USB漏電保護(hù)芯片
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于電氣安全技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于MEMS開(kāi)關(guān)的USB漏電保護(hù)芯片及其制備方法。
【【背景技術(shù)】】
[0002]在我們的生活中，離不開(kāi)各種各樣的用電設(shè)備。用電設(shè)備發(fā)生漏電，輕者會(huì)損壞設(shè)備，重者引起火災(zāi)、發(fā)生人身傷亡事故。據(jù)統(tǒng)計(jì)，近些年我國(guó)火災(zāi)事故中，電器故障導(dǎo)致火災(zāi)已經(jīng)成為了一個(gè)重要原因，占到了每年火災(zāi)總數(shù)的30%，電器故障已經(jīng)成為消防工作中一個(gè)不容忽視的重點(diǎn)問(wèn)題。同時(shí)，人接觸發(fā)生漏電的用電設(shè)備則可能發(fā)生觸電事故。根據(jù)GB/T13870.1-2008(電流對(duì)人和家畜的效應(yīng)第一部分:通用部分)，成人的擺脫電流約為10mA，其中擺脫電流指的是人手握電極能自行擺脫電極時(shí)接觸電流的最大值。電流超過(guò)擺脫電流臨界值后，人會(huì)感到異常疼痛和恐慌，如果電流流過(guò)持續(xù)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，則可能造成昏迷、窒息，甚至死亡。在更高的電流情況下，在短時(shí)間內(nèi)，就極有可能會(huì)引起心室纖維性顫動(dòng)，這種情況對(duì)人體而言是致命的。這是引起低壓觸電事故的最主要的原因。所以，漏電保護(hù)在電氣安全技術(shù)領(lǐng)域是必不可少的。
[0003]在現(xiàn)有技術(shù)中，用電設(shè)備一般采用過(guò)電流保護(hù)。在某些情況下，漏電流比較小，線路的總電流小于過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作電流，則保護(hù)不會(huì)被觸發(fā)，線路不會(huì)被切斷。所以，漏電流保護(hù)不能被過(guò)電流保護(hù)所替代。同時(shí)，現(xiàn)有的漏電流保護(hù)技術(shù)大多應(yīng)用于電網(wǎng)供電側(cè)，即現(xiàn)在市場(chǎng)上主流產(chǎn)品一一電流型漏電保護(hù)器，其基本原理為通過(guò)檢測(cè)輸電線路中的剩余電流，從而判斷線路是否有漏電，并輸出控制信號(hào)切斷電路。其存在的缺陷是只能應(yīng)用于交流漏電流的監(jiān)測(cè)和交流系統(tǒng)的保護(hù)，同時(shí)，因?yàn)槠浒惭b在電網(wǎng)供電側(cè)，一旦發(fā)生漏電保護(hù)，漏電保護(hù)器會(huì)將整個(gè)線路切斷，在同一線路的其他用電設(shè)備因停電無(wú)法工作。在通過(guò)USB接口充電的設(shè)備中，現(xiàn)有的技術(shù)一般是在整流裝置(充電頭)中增加限流模塊，其缺陷同樣是無(wú)法切斷小漏電電流，而且整流裝置的電路結(jié)構(gòu)會(huì)變得比較復(fù)雜。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0004]本發(fā)明的目的是為克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提出一種基于MEMS開(kāi)關(guān)的USB漏電保護(hù)芯片。
[0005]本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0006]一種基于MEMS開(kāi)關(guān)的USB漏電保護(hù)芯片，包括接在USB接口并產(chǎn)生磁場(chǎng)的磁場(chǎng)產(chǎn)生單元、檢測(cè)磁場(chǎng)的檢測(cè)單元、用于在漏電時(shí)切斷電路的MEMS開(kāi)關(guān)單元，以及驅(qū)動(dòng)MEMS開(kāi)關(guān)單元工作的驅(qū)動(dòng)單元；當(dāng)設(shè)備發(fā)生漏電，則磁場(chǎng)產(chǎn)生單元產(chǎn)生磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)被檢測(cè)單元獲取，并觸發(fā)MEMS開(kāi)關(guān)動(dòng)作。
[0007]進(jìn)一步，所述的磁場(chǎng)產(chǎn)生單元為聚磁鐵芯，USB接口的Vbus和GND線繞制在聚磁鐵芯上。
[0008]進(jìn)一步，所述聚磁鐵芯為鐵氧體磁芯。
[0009]進(jìn)一步，所述的檢測(cè)單元利用霍爾元件檢測(cè)磁場(chǎng)，該霍爾元件位于聚磁鐵芯的正上方，保證當(dāng)有磁場(chǎng)時(shí)，磁力線垂直于霍爾元件。
[0010]進(jìn)一步，所述的驅(qū)動(dòng)單元為電荷栗升壓模塊，輸入電壓為3.3V，輸出電壓為12V。
[0011]進(jìn)一步，所述的MEMS開(kāi)關(guān)單元由2個(gè)靜電驅(qū)動(dòng)的MEMS開(kāi)關(guān)組成，分別設(shè)置在USB接口的VBUS和GND線上，每一個(gè)MEMS開(kāi)關(guān)包括電極和用于實(shí)現(xiàn)電氣隔離的隔離觸點(diǎn)，所述電極形成等效平板電容，當(dāng)施加激勵(lì)電壓時(shí)，所述平板電容提供靜電力，驅(qū)動(dòng)電極發(fā)生橫向位移，完成“開(kāi)”的動(dòng)作；當(dāng)撤掉激勵(lì)電壓，靜電力隨之消失。
[0012]進(jìn)一步，所述的電極包括可動(dòng)電極和固定電極，其中，可動(dòng)電極由中間的折疊彈簧梁支撐，固定電極被錨定在襯底上。
[0013]進(jìn)一步，所述固定電極和可動(dòng)電極均為矩形梳齒狀，每個(gè)梳齒上都有多個(gè)多晶硅叉齒，可動(dòng)電極和固定電極上的多晶硅叉齒相互交錯(cuò)形成許多等效的平板電容。
[0014]進(jìn)一步，所述的MEMS開(kāi)關(guān)是雙向可動(dòng)、兩級(jí)并聯(lián)結(jié)構(gòu)。
[0015]進(jìn)一步，所述的MEMS開(kāi)關(guān)的可動(dòng)電極極板兩面都有叉齒，與兩個(gè)固定電極相對(duì)應(yīng)。
[0016]進(jìn)一步，所述的隔離觸點(diǎn)為隔離柵結(jié)構(gòu)。
[0017]進(jìn)一步，所述MEMS開(kāi)關(guān)進(jìn)一步包括有自鎖彈性梁，當(dāng)施加激勵(lì)電壓時(shí)，隔離觸點(diǎn)接通工作電路，同時(shí)突起和自鎖彈性梁使開(kāi)關(guān)保持在“常閉”狀態(tài)。
[0018]進(jìn)一步，所述的磁場(chǎng)產(chǎn)生單元、檢測(cè)單元、MEMS開(kāi)關(guān)單元，以及驅(qū)動(dòng)單元通過(guò)厚膜工藝封裝于芯片載體內(nèi)。
[0019]—種MEMS開(kāi)關(guān)的制備方法，該MEMS開(kāi)關(guān)用于上述USB漏電保護(hù)芯片中，包括以下步驟:
[0020](I)依次在襯底上淀積氧化硅層、氮化硅層和多晶硅層，然后刻蝕掉部分多晶硅，形成互連線，其中，刻蝕的截止面為氮化硅層；
[0021 ] (2)淀積磷硅玻璃層，淀積完之后，磷硅玻璃完全覆蓋多晶硅層；
[0022 ] (3)以多晶硅層為介質(zhì)面對(duì)磷硅玻璃層進(jìn)行刻蝕，形成支撐孔；
[0023](4)淀積多晶硅，淀積完之后，多晶硅完全覆蓋磷硅玻璃層；
[0024](5)刻蝕最上層的磷硅玻璃層，形成表面結(jié)構(gòu)；
[0025](6)在步驟(5)被刻蝕的位置淀積金屬層和氮化硅，形成焊盤(pán)、觸點(diǎn)電極和隔離觸占.V ，
[0026](7)腐蝕磷硅玻璃層。
[0027]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有以下有益效果:本發(fā)明在USB接口安裝磁場(chǎng)產(chǎn)生單元，這樣，當(dāng)漏電時(shí)，產(chǎn)生磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)被檢測(cè)單元捕獲到，然后產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)以觸發(fā)MEMS開(kāi)關(guān)動(dòng)作。本發(fā)明安裝在USB接口，這樣，可以針對(duì)某個(gè)設(shè)備起到漏電保護(hù)的作用，而不會(huì)影響其他設(shè)備，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便。
【【附圖說(shuō)明】】
[0028]圖1是本發(fā)明芯片的磁場(chǎng)產(chǎn)生單元示意圖。
[0029]圖2是霍爾效應(yīng)原理示意圖。
[0030]圖3是本發(fā)明磁場(chǎng)檢測(cè)單元示意圖。
[0031 ]圖4的本發(fā)明芯片的MEMS開(kāi)關(guān)的電極結(jié)構(gòu)不意圖D
[0032]圖5是本發(fā)明芯片的MEMS開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033]圖6是本發(fā)明芯片的MEMS開(kāi)關(guān)制備工藝流程示意圖。
[0034]圖7是本發(fā)明芯片的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0035]附圖中，1-聚磁鐵芯，2-鐵氧體磁芯，3-霍爾元件，4-電極，4-1-固定電極，4_2_可動(dòng)電極，5-折疊彈簧梁，6-自鎖彈性梁，7-可動(dòng)隔離觸點(diǎn)，8-靜觸點(diǎn)。
【【具體實(shí)施方式】】
[0036]為了克服上述缺陷和問(wèn)題，本發(fā)明采用霍爾元件作為敏感元件檢測(cè)漏電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)，繼而判斷是否存在漏電，通過(guò)電荷栗來(lái)驅(qū)動(dòng)MEMS開(kāi)關(guān)，斷開(kāi)漏電回路，上述模塊通過(guò)厚膜工藝集成于芯片載體內(nèi)，相比現(xiàn)有的產(chǎn)品，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)用方便，同時(shí)可以切斷小漏電電流。該芯片應(yīng)用范圍為基于USB接口充電的用電設(shè)備，在設(shè)備充電過(guò)程中，如果發(fā)生漏電，則切斷充電線路，不影響供電網(wǎng)中其他用電設(shè)備的正常工作，而且還可以檢測(cè)交直流漏電流。同時(shí)，芯片基于標(biāo)準(zhǔn)的表面微加工工藝制作和厚膜集成工藝，便于集成化批量生產(chǎn)，具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。
[0037]一種基于MEMS開(kāi)關(guān)的USB漏電保護(hù)芯片，包括接在USB接口并產(chǎn)生磁場(chǎng)的磁場(chǎng)產(chǎn)生單元、檢測(cè)磁場(chǎng)的檢測(cè)單元、用于在漏電時(shí)切斷電路的MEMS開(kāi)關(guān)單元，以及驅(qū)動(dòng)MEMS開(kāi)關(guān)單元工作的驅(qū)動(dòng)單元。磁場(chǎng)產(chǎn)生單元為聚磁鐵芯，USB接口的Vbus和GND線繞制在聚磁鐵芯上。聚磁模塊由包含Co鐵氧體磁芯及繞制在磁芯上的導(dǎo)線。
[0038]本發(fā)明中的聚磁鐵芯采用電阻率比較高的鐵氧體材料。由于Co鐵氧體具有一些物理方面、化學(xué)方面和磁導(dǎo)方面的特性而在磁性材料中占據(jù)重要的位置，鈷鐵氧體磁性材料的矯頑力和電阻率可以達(dá)到很大的值，比磁性合金高幾十倍，而且它的高頻磁導(dǎo)率特別大。雖然相對(duì)于軟磁材料，鐵氧體在磁導(dǎo)率和飽和磁化強(qiáng)度方面都處于劣勢(shì)，在低頻下，其飽和磁導(dǎo)磁化強(qiáng)度僅為軟磁合金的1/4左右，但是由于鐵氧體材料的高電阻率，使其在高頻下，或者弱磁場(chǎng)時(shí)，能量損耗小，符合本發(fā)明的要求。
[0039]在USB的接口定義中，USB的接口線分為VBUS、D+、D-和GND，其中D+和D-是差分信號(hào)線，在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，通過(guò)高頻信號(hào)，在USB3.0接口中，其頻率可以達(dá)到2.5GHz。為了使USB接口的數(shù)據(jù)傳輸功能不受影響，本發(fā)明中僅取Vbus和GND，繞制在聚磁鐵芯上，具體地說(shuō)，請(qǐng)參閱圖1，USB接口的Vbus和GND線繞制在聚磁鐵芯上分為兩層，其中Vbus線在上層，GND線在下層，且Vbus線和GND線的走線完全一致。因?yàn)槌潆娺^(guò)程中，D+和D-差分信號(hào)線不工作，無(wú)電流通過(guò)，所以通過(guò)Vbus和GND線的電流的大小相等，方向相反，所以產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向相反，剛好相互抵消，宏觀上表現(xiàn)為聚磁鐵芯中無(wú)磁場(chǎng);若發(fā)生了漏電，其中電流會(huì)通過(guò)人體或者是設(shè)備外殼向大地分流，則其流入與流出的電流的大小不相等，產(chǎn)生磁場(chǎng)，通過(guò)鐵氧體磁芯聚磁，霍爾元件檢測(cè)，產(chǎn)生的信號(hào)就可以作為觸發(fā)MEMS開(kāi)關(guān)動(dòng)作信號(hào)。
[0040]請(qǐng)參閱圖2，對(duì)霍爾效應(yīng)原理進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明。如圖所示，當(dāng)電流Ic流過(guò)處于磁場(chǎng)B中的導(dǎo)體或者半導(dǎo)體時(shí)，由于磁場(chǎng)對(duì)導(dǎo)體中的內(nèi)部電子和空穴施加方向相反的洛倫磁力的作用，在導(dǎo)體的兩個(gè)端面產(chǎn)生電勢(shì)差VH，即為霍爾電壓，這一現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。本發(fā)明通過(guò)霍爾兀件檢測(cè)Vbus和GND線在鐵氧體磁芯的總磁通，判斷是否存在漏電。
[0041]請(qǐng)參閱圖3，本發(fā)明中檢測(cè)磁場(chǎng)的檢測(cè)單元主要由霍爾元件、恒流源、放大電路和比較電路組成。霍爾元件是磁敏感元件，用于檢測(cè)磁場(chǎng)，恒流源給霍爾元件供電，放大電路對(duì)霍爾元件的輸出電壓進(jìn)行放大，比較電路對(duì)放大后的電壓進(jìn)行判斷，產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)?；魻栐腔诨魻栃?yīng)的半導(dǎo)體元件。從宏觀上，霍爾效應(yīng)的現(xiàn)象為:在均勻磁場(chǎng)B中放入一塊板狀金屬導(dǎo)體，當(dāng)電流垂直于磁場(chǎng)B方向流過(guò)導(dǎo)體時(shí)，在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向?qū)w的兩側(cè)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)橫向電場(chǎng)，該電場(chǎng)稱為霍爾電場(chǎng)。為了能夠得到磁場(chǎng)信息，霍爾元件的位置固定在鐵氧體磁芯正上方，當(dāng)有磁場(chǎng)時(shí)，磁力線能夠垂直于霍爾元件，這樣可以得到最大的輸出電壓。因此，為了能夠得到磁場(chǎng)信息，霍爾元件的位置固定在Co鐵氧體磁芯正上方，當(dāng)有磁場(chǎng)時(shí)，磁力線能夠垂直于霍爾元件，這樣可以得到最大的輸出電壓，該信號(hào)用于觸發(fā)電荷栗升壓模塊輸出激勵(lì)電壓。
[0042]本發(fā)明中驅(qū)動(dòng)MEMS開(kāi)關(guān)單元工作的驅(qū)動(dòng)單元由電荷栗升壓型轉(zhuǎn)換芯片及其外圍電路組成，用于提供MEMS開(kāi)關(guān)動(dòng)作所需要的較高的驅(qū)動(dòng)電壓，輸入電壓為3.3V，輸出電壓為12V。電荷栗是一種運(yùn)用電荷在電容中的積累來(lái)產(chǎn)生高壓的電路。隨著低功耗的需求越來(lái)越高，電源電壓不斷降低，電荷栗的應(yīng)用也變得越來(lái)越廣泛。在本發(fā)明中，電荷栗升壓型轉(zhuǎn)換芯片將3.3V電壓栗升到12V，使之達(dá)到MEMS開(kāi)關(guān)模塊的驅(qū)動(dòng)電壓的要求。使用電荷栗可以簡(jiǎn)化驅(qū)動(dòng)電路。
[0043]本發(fā)明的MEMS開(kāi)關(guān)單元是由2個(gè)靜電驅(qū)動(dòng)的MEMS開(kāi)關(guān)組成，分別設(shè)置在USB接口的Vbus和GND線上。每個(gè)MEMS開(kāi)關(guān)的基本結(jié)構(gòu)包括電極4、折疊彈簧梁5、可動(dòng)隔離觸點(diǎn)7、靜觸點(diǎn)8和自鎖彈性梁6。可動(dòng)隔離觸點(diǎn)7設(shè)置有隔離柵，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電路和工作電路的電氣隔離。靜觸點(diǎn)8分為兩段，當(dāng)可動(dòng)隔離觸點(diǎn)7與靜觸點(diǎn)8接觸時(shí)，工作電路導(dǎo)通；當(dāng)可動(dòng)隔離觸點(diǎn)7與靜觸點(diǎn)8分離時(shí)，工作電路斷開(kāi)。請(qǐng)參閱圖4和圖5，電極的基本單元結(jié)構(gòu)形狀是矩形梳齒狀，分為可動(dòng)電極4-2和固定電極4-1，可動(dòng)電極4-2由中間的折疊彈簧梁5支撐，固定電極4-1被錨定在襯底上。每個(gè)梳齒上都有多個(gè)多晶硅叉齒，可動(dòng)電極和固定電極上的多晶硅叉齒相互交錯(cuò)形成許多等效的平板電容。當(dāng)在可動(dòng)電極和固定電極上施加激勵(lì)電壓時(shí)，這些平板電容就可以提供靜電力，驅(qū)動(dòng)可動(dòng)電極發(fā)生位移，從而帶動(dòng)可動(dòng)隔離觸點(diǎn)7運(yùn)動(dòng)，使其與靜觸點(diǎn)8分離，完成“開(kāi)”的動(dòng)作；當(dāng)撤掉施加的激勵(lì)電壓，靜電力也隨之消失。
[0044]請(qǐng)參閱圖5，本發(fā)明中，MEMS開(kāi)關(guān)單元由2個(gè)靜電驅(qū)動(dòng)的MEMS開(kāi)關(guān)組成，設(shè)計(jì)成雙向可動(dòng)、兩級(jí)并聯(lián)結(jié)構(gòu)，即可動(dòng)電極極板兩面都有叉齒，與兩個(gè)固定電極相對(duì)應(yīng);兩級(jí)并聯(lián)的結(jié)構(gòu)可以在同等電壓下提供更大的靜電力，可以有效地降低驅(qū)動(dòng)電壓，本發(fā)明的MEMS開(kāi)關(guān)的驅(qū)動(dòng)電壓為10-15V。可動(dòng)電極接地，固定電極根據(jù)需要接地或者是接驅(qū)動(dòng)單元輸出的激勵(lì)電壓，當(dāng)有一個(gè)固定電極接激勵(lì)電壓時(shí)，可動(dòng)電極在靜電力的作用下，向固定電極的方向移動(dòng)。在MEMS開(kāi)關(guān)通過(guò)表面微加工工藝制造完成后，其是處于“常開(kāi)”狀態(tài)，而本發(fā)明要求在使用中是“常閉”狀態(tài)。所以需要在其中一個(gè)固定電極和可動(dòng)電極上施加激勵(lì)電壓，使開(kāi)關(guān)的隔離觸點(diǎn)接通工作電路，同時(shí)突起和自鎖彈性梁使開(kāi)關(guān)保持在“常閉”狀態(tài)。隔離觸點(diǎn)為隔離柵結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電路和工作電路之間的電氣隔離，因?yàn)樵贛EMS開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)中，可動(dòng)電極接地，而工作電路的電平不確定，如果無(wú)隔離結(jié)構(gòu)，則會(huì)使工作電路直接接地，電路無(wú)法正常工作，同時(shí)若發(fā)生故障，MEMS開(kāi)關(guān)也無(wú)法正常打開(kāi)，所以隔離柵結(jié)構(gòu)是必須的。當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，折疊彈簧梁提供的彈性力和靜電力的合力使觸點(diǎn)分離，打開(kāi)MEMS開(kāi)關(guān)，斷開(kāi)充電電路。
[0045]本發(fā)明的MEMS開(kāi)關(guān)的制造工藝為標(biāo)準(zhǔn)表面微加工工藝，通過(guò)淀積、光刻刻蝕、腐蝕等工藝流程制備。制備流程分為以下流程:淀積氧化娃;淀積氣化娃;淀積多晶娃;光刻法刻蝕多晶硅薄膜，形成互連線;淀積磷硅玻璃;光刻法刻蝕磷硅玻璃層，形成支撐孔;LPCVD法淀積多晶硅;光刻法刻蝕多晶硅，形成表面結(jié)構(gòu);淀積金屬層和氮化硅，形成焊盤(pán)、觸點(diǎn)電極和隔離柵;腐蝕磷硅玻璃層，實(shí)現(xiàn)整體結(jié)構(gòu)。其中氧化硅薄膜的作用是緩解氮化硅的應(yīng)力；氮化硅薄膜由于其穩(wěn)定的化學(xué)性能和電學(xué)性能，其作用是作為電隔離層和腐蝕隔離層，但是其存在機(jī)械應(yīng)力比較差的問(wèn)題，所以在硅基底和氮化硅層之間需要淀積氧化硅層;磷硅玻璃的作用是作為犧牲層;LPCVD法是低壓化學(xué)氣相沉積法，其制備多晶硅的原理是在約40Pa的低氣壓、600-660°C的高溫條件下，SiH4分解為Si和H2，其中，硅淀積下來(lái)，形成多晶硅薄膜層。
[0046]圖6為本發(fā)明芯片的MEMS開(kāi)關(guān)制造工藝流程示意圖。本發(fā)明的MEMS開(kāi)關(guān)的制造工藝為標(biāo)準(zhǔn)表面微加工工藝，通過(guò)淀積、光刻刻蝕、腐蝕等工藝流程制備。制備流程分為10個(gè)主要步驟:
[0047](I)清潔硅襯底表面，然后在硅襯底上淀積氧化硅，淀積的氧化硅尺寸與硅襯底尺寸相同，但厚度不同；
[0048](2)在(I)的基礎(chǔ)上淀積氮化硅，淀積的氮化硅尺寸與氧化硅尺寸相同；
[0049](3)在(2)的基礎(chǔ)上淀積多晶硅，淀積的多晶硅尺寸與氮化硅尺寸相同；
[0050](4)光刻法刻蝕多晶硅薄膜，形成互連線，其中，刻蝕的截止面為氮化硅層；
[0051 ] (5)在(4)的基礎(chǔ)上淀積磷硅玻璃，淀積的磷硅玻璃完全覆蓋多晶硅表面；
[0052](6)光刻法刻蝕磷硅玻璃，形成支撐孔，其中，刻蝕的截止面為多晶硅層；
[0053](7)在(6)的基礎(chǔ)上，通過(guò)LPCVD法淀積多晶硅，淀積的多晶硅完全覆蓋磷硅玻璃表面；
[0054](8)光刻法刻蝕多晶娃，形成表面結(jié)構(gòu)；
[0055](9)在步驟(8)中刻蝕的位置淀積金屬層和氮化硅，形成焊盤(pán)、觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)和隔離柵結(jié)構(gòu)；
[0056](10)腐蝕磷硅玻璃層，實(shí)現(xiàn)整體結(jié)構(gòu)。
[0057]請(qǐng)參閱圖7，本發(fā)明的磁場(chǎng)產(chǎn)生單元、檢測(cè)單元、MEMS開(kāi)關(guān)單元，以及驅(qū)動(dòng)單元通過(guò)厚膜工藝封裝于芯片載體內(nèi)，提高集成度，便于使用。厚膜工藝是指把專用的集成電路芯片與相關(guān)的電阻、電容元件集成在同一基板上，在其外部采用統(tǒng)一的封裝形式，形成模塊化單元。通過(guò)厚膜工藝封裝的好處是提高了電路的絕緣性能、阻值精度，減少了外部溫度、濕度對(duì)其的影響，所以厚膜電路比獨(dú)立焊接的電路有更強(qiáng)的外部環(huán)境適應(yīng)性能；同時(shí)通過(guò)厚膜工藝集成在同一芯片載體上，減小了所占用的空間，更有利于在各種設(shè)備中應(yīng)用。該芯片可以應(yīng)用于各種通過(guò)USB充電的設(shè)備在充電過(guò)程中的漏電保護(hù)，一旦有漏電流，MEMS開(kāi)關(guān)自動(dòng)打開(kāi)，切斷充電電路;在無(wú)故障時(shí)，不影響正常充電和數(shù)據(jù)傳輸功能。同時(shí)，該芯片的加工制造采用標(biāo)準(zhǔn)工藝，便于小型化、高集成度的批量生產(chǎn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于MEMS開(kāi)關(guān)的USB漏電保護(hù)芯片，其特征在于:包括接在USB接口并產(chǎn)生磁場(chǎng)的磁場(chǎng)產(chǎn)生單元、檢測(cè)磁場(chǎng)的檢測(cè)單元、用于在漏電時(shí)切斷電路的MEMS開(kāi)關(guān)單元，以及驅(qū)動(dòng)MEMS開(kāi)關(guān)單元工作的驅(qū)動(dòng)單元;當(dāng)設(shè)備發(fā)生漏電，則磁場(chǎng)產(chǎn)生單元產(chǎn)生磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)被檢測(cè)單元獲取，并觸發(fā)MEMS開(kāi)關(guān)動(dòng)作。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于MEMS開(kāi)關(guān)的USB漏電保護(hù)芯片，其特征在于:所述的磁場(chǎng)產(chǎn)生單元為聚磁鐵芯，USB接口的Vbus和GND線繞制在聚磁鐵芯上。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于MEMS開(kāi)關(guān)的USB漏電保護(hù)芯片，其特征在于:所述聚磁鐵芯為鐵氧體磁芯。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于MEMS開(kāi)關(guān)的USB漏電保護(hù)芯片，其特征在于:所述的檢測(cè)單元利用霍爾元件檢測(cè)磁場(chǎng)，該霍爾元件位于聚磁鐵芯的正上方，保證當(dāng)有磁場(chǎng)時(shí)，磁力線垂直于霍爾元件。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于MEMS開(kāi)關(guān)的USB漏電保護(hù)芯片，其特征在于:所述的驅(qū)動(dòng)單元為電荷栗升壓模塊，輸入電壓為3.3V，輸出電壓為12V。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于MEMS開(kāi)關(guān)的USB漏電保護(hù)芯片，其特征在于:所述的MEMS開(kāi)關(guān)單元由2個(gè)靜電驅(qū)動(dòng)的MEMS開(kāi)關(guān)組成，分別設(shè)置在USB接口的Vbus和GND線上，每一個(gè)MEMS開(kāi)關(guān)包括電極和用于實(shí)現(xiàn)電氣隔離的隔離觸點(diǎn)，所述電極形成等效平板電容，當(dāng)施加激勵(lì)電壓時(shí)，所述平板電容提供靜電力，驅(qū)動(dòng)電極發(fā)生橫向位移，完成“開(kāi)”的動(dòng)作；當(dāng)撤掉激勵(lì)電壓，靜電力隨之消失。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于MEMS開(kāi)關(guān)的USB漏電保護(hù)芯片，其特征在于:所述的電極包括可動(dòng)電極和固定電極，其中，可動(dòng)電極由中間的折疊彈簧梁支撐，固定電極被錨定在襯底上。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于MEMS開(kāi)關(guān)的USB漏電保護(hù)芯片，其特征在于:所述固定電極和可動(dòng)電極均為矩形梳齒狀，每個(gè)梳齒上都有多個(gè)多晶硅叉齒，可動(dòng)電極和固定電極上的多晶硅叉齒相互交錯(cuò)形成許多等效的平板電容。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于MEMS開(kāi)關(guān)的USB漏電保護(hù)芯片，其特征在于:所述的MEMS開(kāi)關(guān)的可動(dòng)電極極板兩面都有叉齒，與兩個(gè)固定電極相對(duì)應(yīng)。10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于MEMS開(kāi)關(guān)的USB漏電保護(hù)芯片，其特征在于:所述MEMS開(kāi)關(guān)進(jìn)一步包括有自鎖彈性梁，當(dāng)施加激勵(lì)電壓時(shí)，隔離觸點(diǎn)接通工作電路，同時(shí)突起和自鎖彈性梁使開(kāi)關(guān)保持在“常閉”狀態(tài)。
【文檔編號(hào)】H01R13/703GK105932490SQ201610399207
【公開(kāi)日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年6月7日
【發(fā)明人】張國(guó)鋼, 陳前, 劉競(jìng)存, 耿英三, 王建華
【申請(qǐng)人】西安交通大學(xué)