一种常闭型压力开关及其制备方法与流程

本发明涉及压力开关器件技术领域，具体来说涉及一种常闭型压力开关，以及一种基于mems技术对该常闭型压力开关的制备方法。

背景技术：

压力开关器件广泛用于工业、农业、科研、建筑、航空航天、军事等领域中。但传统的压力开关，多是机械结构式，具有体积大、批量生产性低、一致性差、不易与后续电路集成的诸多问题，因此，如何开发出一种新型的压力开关器件，减少其体积，降低其成本，提高其一致性，使其能够与后继电路集成。是本领域技术人员需要研究的方向。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种常闭型压力开关，用以满足市场上对减少体积、降低成本，提高一致性、能与后继电路集成的需求。

其采用的具体技术方案如下：

一种常闭型压力开关，包括：上电极体、下电极体、转接组件、底座、电缆和管帽；所述上电极体包括上电极基体、所述上电极基体的上表面和下表面设有金属化层；所述上电极基体的下表面还设有上键合面；所述上电极体上还设有贯穿上电极基体和金属化层、内壁金属化的引压孔；所述下电极体包括下电极基体；所述下电极基体包括固定外框、动触体和环状弹性梁；所述环状弹性梁介于固定外框和动触体之间；所述动触体的上端面及固定外框的下端面设有金属电极层；所述固定外框的上端面设有下键合面；所述上电极体和下电极体通过上键合面和下键合面的键合构成开关芯体；所述开关芯体与转接组件焊接为一体；所述转接组件固定于底座上；所述底座上设有电缆通孔；所述电缆伸入电缆通孔中、分别与上电极体和下电极体电连接；所述管帽安装于底座上，所述管帽上设有引压口。

通过采用这种技术方案：下电极体的结构蕴含了预应力，保证了该压力开关为常闭压力开关。该预应力的大小可通过调节下电极体的各个参数来改变，从而可以设计出不同工作压力的常闭型压力开关。该开关芯体内部没有活动部件，因此具有体积小、工作可靠、寿命长的优势；能够通过mems技术大批量生产、降低了成本。

优选的是，上述常闭型压力开关中：所述电缆中设有导气管。

通过采用这种技术方案：对于小量程的常闭型压力开关，在电缆里配置导气管可以起到改善器件精度的效果。

更优选的是，上述常闭型压力开关中：所述转接组件包括支撑体、绝缘子、绝缘层、导电柱和导流孔；所述绝缘层设于支撑体上表面；所述绝缘子设于绝缘层上；所述导电柱依次贯穿支撑体和绝缘层；所述导流孔依次贯穿支撑体和绝缘层；所述金属化层和金属电极层上皆连接内引线，所述内引线穿过导电柱连接至电缆。

进一步优选的是，上述常闭型压力开关中：所述金属化层和金属电极层皆采用铝层、铜层、银层、金层、铂层中的任意一层。

另一种优选的方案是，上述常闭型压力开关中：所述金属化层和金属电极层皆采用铝层、铜层、银层、金层、铂层中的任意几层叠加构成。

更进一步优选的是，上述常闭型压力开关中：所述底座内设有凹腔；所述电缆通孔贯穿凹腔；所述凹腔内设有密封圈。

通过采用这种技术方案：以密封圈实现对伸入电缆通孔中的电缆的固定定位。

本发明还公开了一种常闭型压力开关制备方法，用以制备上述常闭型压力开关。

其具体包括如下步骤：

s1：以蒸镀方式在上电极基体的上表面和下表面形成金属化层；

s2：以常规刻蚀方式在所述金属化层上形成规定图形，并在所述上电极基体的中心位置制出引压孔；

s3：以镀覆孔工艺对引压孔的内部进行金属化，令位于上电极基体的上表面和下表面的金属化层彼此电导通；

s4：以mems技术在下电极基体上加工出固定外框、动触体和环状弹性梁；所述环状弹性梁介于固定外框和动触体之间；

s5：以蒸镀方式在动触体的上端面及固定外框的下端面形成金属电极层；

s6：对所述上电极基体和下电极基体施加预应力，令位于所述上电极基体下表面的上键合面和位于所述下电极体基体上表面的下键合面键合在一起，以上电极体和下电极体构成开关芯体；

s7：将所述开关芯体与转接组件通过焊接形成开关构件；

s8：将所述开关构件固定于底座上，从底座上的电缆孔引入电缆，电缆通过内引线分别与上电极体和下电极体连接；

s9：将管帽与底座固接、构成完整的常闭型压力开关。

优选的是，上述常闭型压力开关制备方法中：所述上电极体基体采用金属、塑料、硅单晶、硅多晶、陶瓷及pyrex玻璃中的任一种构成；所述下电极体基体采用（100）晶面的高搀杂n型单晶硅构成。

更优选的是，上述常闭型压力开关制备方法中：所述步骤s2中采用腐蚀、激光打孔或者超声打孔的方法在所述上电极基体的中心位置制作引压孔。

与现有技术相比，本发明可以设计出针对不同工作压力的型号。具有体积小、工作可靠、寿命长的优势；能够通过mems技术大批量生产、降低了成本。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1为本发明产品的结构示意图；

图2为图1中上电极体的结构示意图；

图3为图1中下电极体的结构示意图；

图4为图1中的结构示意图。

各附图标记与部件名称对应关系如下：

1、上电极体；2、下电极体；3、转接组件；4、底座；5、电缆；6、管帽；7、内引线；11、上电极基体；12、金属化层；13、上键合面；14、引压孔；21、上电极基体；211、固定外框；212、动触体；213、环状弹性梁；22、金属电极层；23、下键合面；31、支撑体；32、绝缘子；33、绝缘层；34、导电柱；35、导流孔；41、电缆通孔；42、凹腔；43、密封圈；51、导气管；61、引压口。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步描述。

如图1-4所示的本发明的实施例1：

一种常闭型压力开关，包括：上电极体1、下电极体2、转接组件3、底座4、电缆5和管帽6。

如图2所示：所述上电极体1包括上电极基体11、所述上电极基体11的上表面和下表面设有金属化层12；所述上电极基体11的下表面还设有上键合面13；所述上电极体1上还设有贯穿上电极基体11和金属化层12、其内壁金属化的引压孔14。

其制备过程如下：对所述上电极体基体11的上表面和下表面通过蒸镀方法形成金属化层12，对该金属化层12进行常规刻蚀，形成需要的图形，并在上电极体基体11上的中心位置采用激光打孔的方式制成引压孔14，然后通过镀覆孔工艺对引压孔14的内部进行金属化以实现上、下表面之间金属连接。

如图3所示：所述下电极体2包括下电极基体21；所述下电极基体21包括固定外框211、动触体212和环状弹性梁213；所述环状弹性梁213介于固定外框211和动触体212之间；所述动触体212的上端面及固定外框211的下端面设有金属电极层22；所述固定外框211的上端面设有下键合面23。

其制备过程如下：以厚度在200～1000μm之间的双面抛光的n型重掺杂的单晶硅片为下电极基体21，在其上表面生成一层厚度在0.5～1μm的热氧化硅层，再在其上淀积一层厚度为800～1200å的氮化硅层；通过常规光刻工艺刻蚀所述氮化硅层，然后再刻蚀位于氮化硅层下方的热氧化硅层，采用湿法或干法常规腐蚀方法对单晶硅进行腐蚀，形成一个圆形或方形且有硬中心的不等高结构；在该结构上采用常规掩膜法或金属剥离法，形成金属电极层22，然后进行合金完成下电极体2的制作。

如图1所示：实践中，将所述上电极体1和下电极体2放在模具中，对固定外框211施加给定的压力、温度和直流电压，令完成上电极体1和下电极体2的静电键合，形成开关芯体。该开关芯体与转接组件3焊接为一体；所述转接组件3固定于底座4上；所述底座4上设有电缆通孔41；所述底座4内设有凹腔42；所述电缆通孔41贯穿凹腔42；所述凹腔42内设有密封圈43。所述管帽6安装于底座4上，所述管帽6上设有引压口61。所述电缆5中设有导气管51。

如图4所示：所述转接组件3包括支撑体31、绝缘子32、绝缘层33、导电柱34和导流孔35；所述绝缘层33设于支撑体31上表面；所述绝缘子32设于绝缘层33上；所述导电柱34依次贯穿支撑体31和绝缘层33；所述导流孔35依次贯穿支撑体31和绝缘层33；所述金属化层12和金属电极层25上分别连接内引线7，所述内引线7穿过导电柱34连接至电缆5。所述的支撑体31可采用金属构成，也可以采用坚固的非金属材料构成。

实践中：将所述的常闭型压力开关通过管帽10密封地安装在被测系统上、电缆5的外端与控制系统连接。工作时，常闭型压力开关在弹性力的作用下两电极呈闭合状态，电路是接通的。当气流由引压口61进入，通过引压孔14对下电极体2上的动触体212表面施加压力，该压力部分抵消了弹性力，且当进入的压力增大超过弹性力时，下电极体2上的环状弹性梁213一步变形，使动触体212上的金属电极层22与上电极体1上的金属化层12分离。此时常闭型压力开关由导通变到断开状态。当气流由引压孔14进入的压力逐渐减少时，特别是该压力小于了弹性力时，弹性梁213在弹性力的作用下逐步回到其初始状态，使常闭型压力开关由断开状态回复到导通状态的常态。

当动触体212向下移动时，动触体212的下部空气会通过导流孔35、导气管51释放到外部，不会对电极体动触体向下运动产生阻力。对大量程器件，由于动触体212的下部空气压缩所形成的阻力远远小于被测压力，其影响可以忽略。通过设计不同参数，从而能够得到不同量程的常闭型开关的工作范围。

以上所述，仅为本发明的具体实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域技术的技术人员在本发明公开的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书的保护范围为准。