РАЗРАБОТКА И ПОЛУЧЕНИЕ МИКРОМЕХАНИЧЕСКОГО РЕЛЕ ДЛЯ ПРИБОРОВ СВЧ

February 16, 2013 by admin Комментировать »

Тимошенков С. П.*, Калугин В. В.*, Клочко А. В.*, Калугина И. В.*, Зотов С. А. *, Прокопьев Е. П.** *Московский государственный институт электронной техники (технический университет)

Проезд 4806, д. 5, г. Москва, 124498, Россия тел.: 495-5329968, e-mail: spt@chem.ru **ΦΓΎΠ ГНЦ РФ Институт теоретической и экспериментальной физики им. А. И. Алиханова Б. Черемушкинская ул., д.25, г. Москва, 117218, Россия

Аннотация – Разработаны технологические процессы получения микромеханического реле с электростатическим принципом управления. Составлена технологическая схема изготовления микромеханического реле с использованием группового способа сборки. Полученные результаты предполагается использовать при производстве СВЧ приборов.

I.                                       Введение

Научно-технологический потенциал электронной промышленности в разработке и производстве СВЧ приборов позволяет эффективно решать сложные задачи в самых разных областях жизни человека: для перспективных систем радиолокации, навигации и телекоммуникаций военного и гражданского назначения. Реле имеют широкую область применения, например, в качестве переключателей, для коммутации токов, встраиваются в устройства автоматического управления в качестве устройства ввода-вывода. Обычное электромеханическое реле имеют относительно большой размер. Фактически они могут занимать до 80% места на печатных платах [1]. Для коммутации таких реле требуется приблизительно 150 мВт, и эта мощность должна обеспечиваться дополнительными питающими схемами, для которых требуется свободное пространство. Изделие с большим количеством реле имеет существенные недостатки с точки зрения потребления энергии и занимаемой площади. Одним из вариантов решения проблем является микромеха- ническое реле на базе технологий изготовления мик- ромеханических систем (МЭМС). Микромеханическое реле обеспечивает ряд преимуществ по сравнению с традиционным электромеханическим реле. Они имеют небольшой размер, малое время коммутации, потребляют небольшую мощность. По сравнению с полупроводниковыми устройствами, например транзисторами, микромеханическое реле имеют преимущество в высоком сопротивлении в разомкнутом состоянии. Высокая надежность заключается в большом количестве рабочих циклов. Некоторые конструкции выдерживают до 10® циклов переключений [2]. Микромеханическое реле предназначено для применения в аппаратуре наведения и навигации, в системах управления, в телекоммуникационной технике т. д. В целом, технология изготовления элементов МЭМС, включая микромеханическое реле, основана на операциях, составляющих технологию полупроводниковых приборов и ИС, она все же имеет множество существенных особенностей, которые при разработке конкретных микромеханических структур и систем приходится учитывать.

II.                              Основная часть

Для исследований в рамках настоящей работы была выбрана конструкция микромеханического реле балочного типа с электростатическим принципом управления. На рис. 1 представлена схема микромеханического реле, полученного в результате техноло

Рис. 1. Схема конструкции реле (1 – якорь, 2 – статор).

гической проработки. Реле представляет собой чип в бескорпусном исполнении, состоящий из якоря (1) и статора (2).

Fig. 1. The construction scheme ofthe relay (1 – mobile element, 2 – non-mobile element)

Якорь представляет собой подвижный элемент балочного типа размером 1,6×3,2 мм, изготовленный из монокристаллического кремния. Гибкость якоря обеспечивается толщиной подвижной части конструкции, выбранной с учетом механических свойств кремния.

Статор представляет собой кремниевую пластину размером 3,4×4,9 мм со слоем металлизации, состоящего из трех электродов с внешними контактными площадками для подсоединения реле к электрической схеме устройства, для которого предназначено реле. Электрод Е1 предназначен для монтажа якоря на статор, при этом он является общим электродом для подачи рабочего (управляющего) напряжения и коммутации тока. Слой металлизации изолирован от кремниевой пластины двухслойным диэлектриком на основе оксида кремния и нитрида кремния.

Остальные электроды обеспечивают работоспособность реле, принцип действия которого заключается в подаче рабочего напряжения на электроды Е1 и ЕЗ (на датчик привода реле) и коммутации тока на электродах Е1 и Е2 через контактную группу, образованной электродом Е2 и металлическим контактом, расположенным на подвижной части якоря.

Сборка реле осуществлялась групповым способом и проводилась в следующей последовательности.

1.        Совмещение пластин с чипами якоря и статора осуществлялось с использованием специализированной оснастки.

2.        Диффузионная сварка пластин с чипами якоря и статора осуществлялась на лабораторной установке на основе установки вакуумного напыления УВН-2 с доработанным подколпачным устройством.

3.        Разделение полученной структуры на чипы реле производилось на типовом оборудовании (установка резки полупроводниковых пластин ЭМ-225).

На рис. 2 приведена электрическая схема реле.

Рис. 2. Электрическая схема реле (К – контактная группа, С – датчик привода реле).

Fig. 2. The electrical scheme of the relay (K – contact group, С – sensor of the relay drive)

В результате проведенной работы были изготовлены макетные образцы микромеханического реле с электростатическим принципом управления.

Разбраковка реле производилась по следующим критериям:

–          по отсутствию короткого замыкания в датчике привода реле;

–          по наличию изменения емкости при увеличении напряжения, подаваемого на датчик привода реле (якорь должен смещаться);

–          по отсутствию изломов на кривой зависимости нал ряже н и е-е м кость.

Следует отметить, что первые два критерия имеют объективный характер. Для третьего критерия из- за невозможности учета вклада паразитных составляющих емкости очень сложно определить количественную оценку. Кроме того, он не связан непосредственно с основными техническими параметрами реле. Тем не менее, третий критерий достоверно отражает состояние зазора в реле (отсутствие инородных частиц, состояние поверхности слоя металлизации) и поэтому предлагаемая методика контроля может быть использована в составе межопераци- онного контроля.

III.                                  Заключение

На основе расчетных данных произведен выбор базовой конструкции микромеханического реле с электростатическим принципом управления с заданными характеристиками и технологическими требованиями.

Разработана модернизированная конструкция микромеханического реле с электростатическим принципом управления по результатам испытания базовой конструкции реле.

Изготовлены макетные образцы микромеханического реле с электростатическим принципом управления для получения приборов СВЧ.

IV.                           Список литературы

[ЦАББ Ревю. № 3.2003. С.44-46.

[2]  Гридчин А. Микроэлектромеханические реле: технология

ближайшего будущего // Электронные компоненты, 2003,

№ 7.

RESEARCH AND MANUFACTURE OF THE MICROMECHANICAL RELAY FORVHF DEVICES

Timoshenkov S. P.*, Kalugin V. V.*, Klochko A. V.*, Kalugina I. V.*, Zotov S. A. *, Prokop’ev E. P.**

*The Moscow Institute of Electronic Technology (Technical University)

Proezd 4806, Bldg.5, Moscow, 124498, Russia Ph.: 495-5329968, e-mail: spt@miee.ru **State Science and Research Center of the Russian Federation. Alikhanov Institute for Theoretical and Experimental Physics

B.  Cheremushkinskaja Str, 25, Moscow, 117218, Russia

Abstract – Technological processes of manufacturing of the micromechanical relay with an electrostatic principle of management are developed. The technological scheme of manufacturing of the micromechanical relay with use of a group way of assembly is realized. The results received are supposed to be used in manufacturing ofthe VHF devices.

I.                                         Introduction

The relays have a wide range of applications, for example, switches for current commutations; they can be used in devices of automatic control as the input-output device. The usual electromechanical relay has comparatively big size. One of solutions of problems is micromechanical relay on the base of technologies for micromechanical systems (MEMS) manufacturing. The micromechanical relay provides a number of advantages in comparison with the traditional electromechanical relay. They have a small size, short time of switching, they consume not much power. In comparison with semi-conductor devices, for example transistors, the micromechanical relays have advantage of high resistance in disconnected condition. High reliability comprises in a plenty of running cycles.

II.                                        Main Part

For researches within the present work the construction of the micromechanical relay with an electrostatic principle of management has been chosen. The size of the mobile element is 1.6 X 3.2 mm; it is made of monocrystal silicon. Flexibility of mobile element is provided by thickness of silicon. The construction is chosen using mechanical properties of silicon. Non-mobile element represents a silicon plate ofthe size 3.4 x 4.9 mm with a layer of metallization consisting of three electrodes with external contact platforms for connection of the relay to the electric circuit ofthe device which is intended to use the relay.

Assembly ofthe relay was carried out by group way. The further check in ofthe relay was made under the following criteria:

–        on absence of short circuit in the sensor ofthe relay drive,

–        on presence of change of capacity at increase in the voltage submitted on the sensor ofthe relay drive (the mobile element should be displaced),

–        on absence of breaks on curve dependence pressure – capacity.

III.                                       Conclusion

On the basis of the settlement data the construction of the micromechanical relay with an electrostatic principle of management has been chosen.

The modernized design of the micromechanical relay with an electrostatic principle of management by results of test of a base construction ofthe relay is developed.

Model samples of the micromechanical relay with an electrostatic principle of management for reception of the VHF devices are made.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2006г. 

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты