专利名称：小型磁开关结构的制作方法
技术领域：
本公开涉及开关装置和继电器领域，更具体地涉及由多个叠层制造的小型开关装置。
背景技术：
现有技术中早已知晓机电和固态开关。近来，技术已经关注于微机电系统(MEMS) 技术。
发明内容
下面是本发明示例的实施例的总结描述。提供所述总结描述作为导言来帮助本领域普通技术人员更迅速地吸收详细的设计讨论，这种设计讨论确保所附权利要求的范围， 以便具体地说明本发明，但并不希望以任何方式限制所附权利要求的范围。根据示例的实施例，提出了一种开关装置结构，包括顶部磁体、底部磁体和设置在顶部和底部磁体之间的可移动部件。电磁铁芯位于所述可移动部件上。在一个实施例中，所述电磁铁包括多个叠层，所述多个叠层包括承载电磁铁芯的层以及建立围绕所述电磁铁芯的电导体绕组的多个电枢层。在一个示例的实施例中，所述开关装置结构还包括第一叠层，位于所述电磁铁和顶部磁体之间，包括一个或多个材料柱，所述材料柱适用于将来自所述底部磁体的磁力引导至所述电磁铁，并且还包括位于所述电磁铁和所述顶部磁体之间的第二叠层，第二叠层也包括一个或多个材料柱，所述材料柱适用于将来做所述顶部磁体的磁力引导至所述电磁铁。
图1是根据示例的实施例的开关装置结构的示意性侧视图；图2是根据图1构建的开关阵列的一个实施例的顶部示意图；图3是示出了电枢组件的示例的实施例的各层位置的示意性侧视图；图4更详细地示出电枢组件层中的三层；图5更详细地示出电枢组件层中的另外四层；图6更详细地示出电枢组件层中的另外两层；图7说明根据示例的实施例的多个电磁铁组件的顶视图；图8更详细地示出电枢组件的最终的两层；
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图9是根据示例的实施例的用于建立弯曲部分或片状物(flapper)的布线的放大视图；图10更详细地示出图1的两个环形框；图11更详细地示出图1的两个顶部铁柱层；图12是示出示例的底座子组件实施例的各层位置的示意性侧视图；图13是图12的底座子组件的顶部层的放大视图；图14示出图12的底座子组件的底部层；图15示出图12的底座子组件的四个中间层；图16示出图12的底座子组件的铁柱层。
具体实施例方式在图1中示意性地示出了根据示例的实施例的TEMS开关装置结构11。如图2的顶视图所示，所述装置11可以包括两行四个开关或继电器礼、R2> R3、R4、R5、R6、R7、R8,总共 8个开关。根据应用而改变开关或继电器个数的各种其他结构当然也是可能的。图1所示的示例的实施例的装置结构11包括底部磁体13，所述底部磁体位于安装TEMS装置1的电路板14中的阱中。在底部磁体13上面是底座子组件15，所述底座子组件由多个堆叠在一起的层组成。这些层的最底部层安装了电接触17，所述电接触将装置11 与电路板14上的电导体相连。底座子组件15的另一层包括多个钻出圆柱和两个切铣条， 其中填充有铁环氧树脂混合物以形成铁柱(例如19)和铁带21、23。这些柱19和带21、23 用于将底部磁体13的磁力引导至相应的电枢片45、47和电枢后端四、31。底座子组件15的顶部层承载相应的导电片状接合焊盘(landing pad) 33,35.在底座子组件15上面的是第一“环形框”层37，在示例的实施例中所述第一环形框层是具有矩形切口的苯乙烯玻璃间隔物，暴露出8个开关礼、1 2、1 3、1 4、1 5、1 6、1 7、1 8的每一个。第一环形框层37上面的是电枢子组件40，所述电枢子组件例如在示例的实施例中可以包括堆叠在一起的十一(11)层，如下面详细讨论的。对电枢子组件40的层进行处理以形成包括铁芯以及内和外导电绕组的电磁铁，例如41、43。电磁铁41、43设置在相应的片状物45、47上，所述相应的片状物承载相应的电接触25、27。将第二环形框间隔物51增加到电枢子组件40的顶部上。将铁柱层53应用于第二环形框间隔物51的顶部上。例如，所述柱层53包括十六个(16)铁环氧树脂填充的柱状物，形成铁柱55，所述铁柱将矩形顶部磁体57的磁力引导至相应的电枢片状物45、47和前后末端四、31。顶部磁体57可以安装到顶部磁体框59内 (图 2)。例如，顶部和底部磁体13、57可以是由钕合金NdJe14B构成的钕磁体，为了侵蚀保护对其镀镍。NdFeB是“硬”磁材料，即永磁体。在一个实施例中，顶部磁体可以是 375*420*90mi 1，并且底部磁体可以是 255*415*1 IOmi 1。在装置11的示例的操作中，电枢41的正脉冲向下拉动电枢片状物45，在片状物接触25和接合焊盘或接触33之间建立了电连接或信号路径。随后通过底部磁体13将接触 25和33保持处于“闭合”状态。随后，电枢41的负脉冲排斥片状物45远离底部磁体13， 并且将其吸引至顶部磁体57，在负脉冲通过之后所述顶部磁体将片状物45保持处于开路位置。在一个实施例中，所述驱动脉冲例如可以是在5毫秒3安培。图3示出了示例的电枢组件40的11层的位置。这些层的每一个通常由例如具有铜、锡或其他合适导电材料的诸如聚酰胺玻璃之类的绝缘体构成。在一个实施例中，可以对镀有铜层的聚酰亚胺玻璃基板采用光致抗蚀剂进行图案化，并且进行刻蚀，以建立所述电枢子组件层的所需接触和/或导体图案。可以使用已知的技术在所述层中制造通路。图4示出了电枢子组件层中的三层3、4和3-4。层3和4各自包括在相应的绝缘基板上形成的8个电枢绕组导体图案201、203以及沿它们相应的顶部和底部边缘定位的8 个通路。应该理解的是，导体图案201、203之一与图2所示的8个开关礼、&、1 3、1 4、1 5、1 6、 R7、&的相应一个相关联。图4的层3-4定位于层3和4之间，并且包含8对通路(例如204)，每一个通路均定位为适当地与电枢绕组导体图案201、203相连。在通路204之间的层3_4切出矩形腔体 206，并且用材料填充以形成电枢的电磁铁(例如41、43)的芯。在示例的实施例中，将铁粉环氧树脂混合物用于形成铁电磁铁芯。通路(例如208)也沿层3-4基板的顶部和底部边缘建立。然后，将层3和4堆叠到层3-4的相对侧面以形成电枢电磁铁的内绕组(例如41、 43)。在一个实施例中，用于填充腔体206的填充物材料可以是1-4微米和4-6微米羰基铁与高粘性低固态聚酰亚胺树脂的混合。混合形成90%的铁混合物，该混合物丝网印刷到狭缝或腔体中，以使铁填充示例的实施例的电枢电磁铁芯和铁柱。如果电枢层由FR4PCB材料构成，可以使用不同的树脂或粘合剂。在其他实施例中，可以使用能够丝网印刷的备选铁填充混合物，并且固态片状磁性材料可以切割以适配。图5示出了电枢层中的另外四层2、2-3、4_5和5。层2和5各自包括沿它们的相应顶部和底部边缘的8个电枢绕组导体图案207、209和8个通路211、213。层2_3和4_5 再次包含8个相应的通路对215、217，其定位用于适当地连接电枢绕组导体图案207、209， 并且便于电流通过所述电枢绕组导体图案207、209。沿所述层2-3和4_5基板的相应顶部和底部边缘建立合适的通路，例如216、218。为了进一步构建电枢，将电枢层2-3堆叠到图4的层3，并且将层4_5堆叠到图4 的层4，从而形成用于电枢外部绕组的连接。接下来，将层2堆叠到层2-3，并且将层5堆叠到层4-5，以完成电枢的电磁铁(例如41、43)的外部绕组。在图6中示出了电枢子组件40的随后两层1-2和5_6。层1_2在其相应的顶部和底部边缘上具有通路221，而层5-6具有四行通路223、225、227、229，用于在这些相应的层 1-2、5-6的顶部和底部上建立与层之间的合适互连。层5-6的中心通路225、227与层6的尖端/环形焊盘相连，而边缘通路223、2四与层6的电枢线圈上/下驱动器信号路径相连。 将层5-6堆叠到层5，并且将层1-2堆叠到层2。在制造示例的电枢子组件40的这一点上，预先切铣出了电枢电磁铁组件，勾勒单独的电磁铁，例如Ml、M2、M3、M4，如图7所示，每一个电磁铁通过小凸起在底板内与下一个电磁铁保持在一起，采用最终的后续激光切铣去除小凸起。图7示出了在公共底板上制造四个分离的装置11。图8中示出了电枢组件40的最终两层1、6。在如上所述的预切铣之后，将这些层 6、1分别堆叠到层5-6和1-2以完成电枢组件。层6包括电枢内和电枢外导体231、233和片状接触焊盘235，其用于将小凸起与环形接触短接，如下所述。层1是简单的覆盖层。
在最后两层2、6的堆叠之后，在电枢片状物上形成电接触，例如25、27。这些接触可以由各种导电材料构成，例如金、镍、铜或钻石颗粒。在接触形成之后，对电枢进行激光切铣以释放电枢进行由它们的两个弯曲部保持在原位的上下移动。在如图9的虚线237所示的导体线外部进行切铣。结果，将电枢线圈定位于每一个弯曲部连线237之内。在这些步骤之后，通过将层6堆叠到环形框层37来将电枢子组件附着到下部环形框层37上。在一个示例的实施例中，底座子组件15包括如图12示意性示出的堆叠在一起的层101、102、103、104、105、106和107的叠层。可以通过诸如“Expandex”之类的合适粘合剂或其他公知方法来进行底座子组件15和其他层的堆叠。在图13中示出了如图2所示的单独2*4开关矩阵的底座子组件15的示例的顶部层101。该层包含设置在层的中心区域111中的8组每组四个电接触。在示例的实施例中， 每一组109包含“尖端输入”接触和相邻的“尖端输出”接触，以及“环形输入”接触和相邻的“环形输出”接触。例如，第一组四个电接触109包含“尖端输入”和“尖端输出”接触Τπ、 T10以及环形输入和环形输出接触礼”礼。。当激活具体的继电器时，片状接触焊盘235之一将Τ” T。接触两端短接，而相邻的片状物焊盘235将R” I 。接触两端短接。沿层101的顶部和底部边缘设置了导体路径或穿过所述层的“通路”，用于在层 101上形成的电枢线圈(例如41、43)供应驱动脉冲。例如，“上”导体仏向第一电枢线圈的线圈供应输入电流，而“下”导体D1将驱动电流导引出第一电枢线圈。类似地U3、D3，U5、D5， U7、D7, U2、D2, U4、D4, U6、D6和U8、D8向相应的7个其他电枢线圈的每一个供应相应的“上”和 “下”电流。在一个实施例中，可以在例如具有铜、锡或其他合适电导体材料的聚酰胺玻璃之类的绝缘体形成顶部底座子组件层101。可以对镀有铜层的聚酰亚胺玻璃基板采用光致抗蚀剂进行图案化，并且进行刻蚀，以建立所述底座子组件层的所需接触和/或导体图案。可以类似地制造装置11的其他层。底座子组件15的其余部分涉及将来自尖端和环形焊盘(例如1 、T10, Rli, R10)的信号通过所述装置导引至底部底座子组件层107的外部触点17，并且将驱动电流导引至电枢供应导路(Conduit)U1. D1, U2、D2, U3> D3等，或从电枢供应导路仏、D1, U2、D2, U3> D3等导引驱动电流。图14更详细地示出了底部底座子组件层107和接触17的管脚分配，以帮助说明通过所述示例的实施例的底座子组件15导引的信号。图14所示实施例的焊盘分配如下所示焊盘信号分配表
权利要求
1.一种开关装置或继电器结构，包括 顶部磁体；底部磁体；可移动部件，设置在所述顶部磁体和所述底部磁体之间，并且具有位于所述可移动部件之上的电磁铁；以及所述电磁铁包括多个叠层，所述多个叠层包括承载电磁铁芯的层以及建立围绕所述电磁铁芯的电导体绕组的多个电枢层。
2.根据权利要求1所述的结构，还包括位于所述电磁铁和所述底部磁体之间的叠层，包括一个或多个材料柱，所述材料柱适用于将来自所述底部磁体的磁力弓I导至所述电磁铁。
3.根据权利要求1所述的结构，其中所述电磁铁芯包括铁。
4.根据权利要求1所述的结构，其中所述电磁铁芯包括铁粉和树脂混合物。
5.根据权利要求1所述的结构，还包括位于所述电磁铁和所述顶部磁体之间的叠层，包括一个或多个材料柱，所述材料柱适用于将来做所述顶部磁体的磁力弓I导至所述电磁铁。
6.在开关装置或继电器中，所述结构包括 由多个叠层形成的三维导电线圈；以及设置在所述线圈和叠层内的电磁铁芯。
7.根据权利要求5所述的结构，其中所述电磁铁芯包括混合物，所述混合物包括在腔体中沉积的铁粉和树脂材料。
8.根据权利要求5所述的结构，还包括叠层，所述叠层位于所述线圈下面并且包括第一和第二导体路径，用于在所述叠层的第一末端处接收第一和第二输入信号，并且用于在所述叠层上传导所述第一和第二信号。
9.根据权利要求8所述的结构，其中位于所述线圈下面的所述叠层还包括电枢内导体和电枢外导体。
10.一种开关装置或继电器，包括腔体，通过多个叠层形成，并且具有相对设置的第一和第二内壁； 从所述第一内壁彼此相邻地延伸到所述腔体中的四个可移动部件； 从所述第二内壁彼此相邻地延伸到所述腔体中的四个可移动部件；以及位于每一个所述可移动部件上的电枢，每一个电枢包括在多个叠层中形成的三维导电线圈以及位于所述线圈内的电磁铁芯。
11.一种制造开关装置或继电器的方法，包括 在至少第一叠层上形成电磁铁芯；以及通过在所述至少一个第一叠层周围堆叠附加的叠层，围绕所述电磁铁芯形成能够传导电流的至少一个线圈，所述附加的叠层包括所述线圈的区段或平面片段。
12.根据权利要求11所述的方法，包括通过围绕所述至少一个第一叠层堆叠附加的叠层，围绕所述电磁铁线圈形成内部线圈和外部线圈，内部线圈和外部线圈中的每一个线圈均能够传导电流，所述附加叠层包括所述内部线圈和外部线圈的区段或平面片段。
13.在开关装置或继电器中，所述结构包括堆叠在一起的多个结构层；以及在所述叠层内形成的三维导电线圈。
14.根据权利要求13所述的结构，其中每一个所述结构层包括所述三维导电线圈的平面片段。
15.根据权利要求14所述的结构，其中所述结构层还包括第一层，其中在所述第一层的不导电部分中形成第一和第二行相邻通路。
16.根据权利要求15所述的结构，其中所述结构层还包括第二层和第三层，第二层和第三层中的每一层均包括导体部分，所述导体部分在所述第一层的相应顶侧和底侧上互连所述通路以完成所述三维线圈。
17.根据权利要求13所述的结构，其中所述层包括多个层，每一层均包括第一和第二行通路，一层的通路设置成与相邻层的相应通路导电互连以形成所述导电线圈的一部分。
18.根据权利要求15所述的结构，其中所述结构层还包括顶部层和底部层，顶部层和底部层中的每一层均包括导体部分，所述导体部分在所述多个层的相应顶侧和底侧上互连所述通路，以便完成所述三维线圈。
全文摘要
一种开关装置结构包括顶部磁体、底部磁体和可移动部件，所述可移动部件设置在所述顶部磁体和所述底部磁体之间，并且具有位于所述可移动部件之上的电磁铁；所述电磁铁包括多个叠层，所述多个叠层包括承载铁芯的层以及建立围绕所述铁芯的电导体绕组的多个电枢层。
文档编号B81B3/00GK102484020SQ201080035553
公开日2012年5月30日 申请日期2010年7月21日 优先权日2009年8月11日
发明者劳伦斯·迪弗朗切斯科, 威廉·C·佩奇, 戴恩·P·波林, 戴维·保罗·帕蒂雷尔 申请人:泰利派斯网络股份公司