双稳态微机电继电器的制作方法

专利名称：双稳态微机电继电器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有状态保持功能的微型化机电继电器，主要应用于电源 管理、仪器仪表、自动控制和宽带通讯等系统。
背景技术：
微小型继电器作为一种基本的机电元件在电源管理、仪器仪表、自动控制
和通讯系统中有着广泛的应用。典型的应用宽带宽(DC-10GHz)、宽负载 (DC10mV10mA-2A50V)线路交换，低插入损耗、高隔离度的射频通讯，低能 耗、响应快的机电控制以及机电继电器用量多或要求微型化、阵列化的地方， 如通讯上的交换机和备用线路切换系统，汽车上的控制系统等。这些应用对微 小型继电器的性能提出了更高的要求。
机电继电器的工作原理是通过金属电极的吸合与断开实现电路的开关或切 换。这种继电器有着优异的电气开关性能，即闭合时导通阻抗小，而关断时隔 离度很高，同时这些性能在很宽频率范围和负载范围均有效。但是，因为继电 器需要机械接触，其响应速度较慢，工作寿命较短。市场现有小型信号继电器 的响应时间大于0.005秒，工作寿命仅100万次，如OmronLG6H-2和 NaisLATQ209继电器。
现有小型机电继电器由于采用枢轴、扭转梁或凸点支撑型倾转结构，机械 和电气性能都受到一定限制，如枢轴不易微型化且存在轴向滑动；扭转梁受支 撑强度和疲劳寿命的限制，转动灵敏度较低，并易受内应力、热应力和蠕变等 影响；而凸点支撑型倾转结构因为单点接触，易造成尖端磨损和滑动，使定位 精度和寿命受到限制，且高精度微小凸点对材料和加工技术要求很高。此外，上述转轴结构使可动部件的转动灵敏度较低，迫使继电器采用更大的驱动力， 这又降低了继电器的能量效率，而且使可动部件的碰撞磨损和振荡时间增加， 影响继电器的响应时间和工作寿命。
提高机电继电器性能的主要途径就是微型化和集成化，即减小运动部件的 尺寸和质量，从而减小运动惯量和碰撞冲击力，同时通过集成技术使内部电路 一体化，减少接头和连接距离，提高均匀性和可靠性。现有的微机电继电器通 常采用以多层膜技术和牺牲层技术为基础的片上集成技术，该技术存在很大的 局限性，如高效率线圈和永磁铁的制作较困难，接触电极的结构尺寸和和悬空 高度小， 一般在微米量级，表面粘附效应比较突出等，使微机电继电器的性能 和价格不能满足市场需求。
US4223290， "Electromagnetic Device of The Flat Package Tape"(扁平封装 型电磁器件)提出了一种可用于电磁继电器的扁平封装类型电磁装置，该装置 使用两个平行放置的永磁体实现双稳态驱动。
US6492887B1, "Miniaturized flat spool relay"(微型化扁平绕组继电器) 提出了一种微型化扁平绕组继电器，该继电器采用两段相向极化的永磁体和一 个扁平线圈绕组构成，利用对称双环静磁场和反对称双环电磁场实现双稳态电 磁驱动。
US660853 9B2 ， " Electromagnetic driving apparatus and electromagnetic relay "(电磁驱动器与电磁继电器)提出了一个利用永磁铁非对称设置实现单稳态驱 动的电磁驱动装置和继电器。
中国发明专利申请公开号CN1452202，其发明创造名称为"双稳态电磁型微驱动器及其制备方法"，该驱动器利用平面螺线管线圈进行电磁驱动，采用扭转梁作为动片的倾转轴。

发明内容
本发明的目的在于提供一种双稳态微机电继电器，使该继电器微型化和集成 化，实现双稳态电磁驱动和状态锁定，使该继电器的能量效率和时间效率得到 改善，从而在显著提高该继电器的响应速度和工作寿命的同时，降低驱动能耗 和工作损耗，并确保长时间工作的稳定性。
为了实现上述发明目的，其技术方案是
本发明包括封装盖3、可动膜片1、微球2、电磁基板4和管脚，封装盖3
与电磁基板4固定连接，可动膜片1为长1—30mm、宽l一 20mm、厚0.05— lmm的导磁合金片，可动膜片1的两端各为与电磁基板4上表面一端及另一端 上的下电极相对且具有相同弹性结构的上电极，沿可动膜片1的纵向对称轴上 分布有直径均为0.04—0.97mm的圆孔，以直径为0.05—lmm的微球作为轴承， 活动地置于电磁基板4上的微球基座4-3的圆孔上，该微球采用球形度大于80% 至100%的玻璃微球或金属微球或陶瓷微球或塑料微球，可动膜片1内的各圆孔 分别活动地位于对应的微球2上，可动膜片1和微球2位于封装盖3与电磁基 板4固定连接后封闭空腔内，封装盖3的盖底与处于水平状态时的可动膜片1 之间的间隔距离为0.05 —0.5mm，可动膜片1与电磁基板4上的磁路构成对称 并联磁路，磁体位于该对称并联磁路中，并在该对称并联磁路中形成静磁场， 所述管脚固定在电磁基板4的基板4-1下表面的引线端口上；电磁基板主要有四 种电磁基板电磁基板41、电磁基板42、电磁基板43和电磁基板44。其中电 磁基板41包括基板4-l，微球基座4-3，两个相同的磁芯4-5、 4-9，两对相同的 平面螺旋线圈4-4、 4-8，下电极4-2、4-6，导磁基底4-7，引线端口 4-13至4-18、引出导线，采用硬磁材料或永磁磁材料制成的微球基座4-3固定在基板4-l的纵 轴上，微球基座4-3的厚度与基板4-l厚度相同或比基板4-l厚度多0.05—lmm， 微球基座4-3内分布有与可动膜片1内的圆通孔1-1相对且直径均为0.04— 0.97mm的圆通孔，两个磁芯4-5、 4-9和分别绕这两个磁芯的平面螺旋线圈4-4、 4-8以微球基座4-3的纵向中心线为对称轴，对称地印制在微球基座4-3左右两 端相邻的基板4-l上下表面上，构成两对相同的平面螺旋线圈，位于基板4-l上 下表面上的两个平面螺旋线圈4-4、 4-8的始端分别与两个磁芯4-5、 4-9的上下 端固定连接，位于基板4-l上表面上的两个平面螺旋线圈的末端分别通过引出导 线与基板4-l上表面上的两个引线端口对应固定连接，基板4-l下表面上两个平 面螺旋线圈串联，这两个引线端口通过这两个引线端口上的管脚引出基板4-1 外与驱动电路连接，每一磁芯采用导磁性能好的磁性材料，两个磁芯分别是对 应的空心线圈内部的填充物和磁通道，也可构成多层线圈之间的电连接，每一 磁芯均与导磁基底连通，构成低磁阻磁路，导磁基底4-7由导磁的硬磁或软磁材 料构成，下电极4-2、 4-6—般由导电合金构成，下电极4-2、 4-6分别对称地设 置在可动膜片1两端下方的基板4-1上表面两端上，基板4-1 一端及另一端的磁 芯和分别绕基板4-l两端磁芯的一对平面螺旋线圈分别位于基板4-l 一端及另一 端上的下电极4-2、 4-6与微球基座4-3之间，基板4-l两端上的下电极4-2、 4-6分别与基板两端对应的引线端口固定连接，该引线端口的下表面与管脚固定连 接。电磁基板42包括基板4-l，微球基座4-3，两个相同的磁芯4-5、 4-9，两对 相同的平面螺旋线圈4-4、4-8，下电极4-2，导磁基底4-7，引线端口 4-13至4-18 和引出导线。电磁基板42与电磁基板41的不同之处在于微球基座4-3采用软 磁材料制成，导磁基底4-7采用硬磁材料或永磁材料制成，电磁基板42其余部分与电磁基板41的形状、结构相同。电磁基板43包括基板4-l、微球基座4-3、 两个磁芯4-5、 4-9、 1对平面螺旋线圈4-10、下电极4-2、 4-6、导磁基底4-7、 引线端口 4-13至4-18和引出导线。电磁基板43与电磁基板42的不同之处在于 线圈为1对平面螺旋线圈4-10，该对线圈绕在微球基座4-3的上下两端上，微 球基座4-3既活动地支撑微球2，同时是该对线圈的磁芯，该对线圈通电后在磁 路中的磁力线为对称双环形，电磁基板43其余部分与电磁基板42的形状、结 构基本相同。电磁基板44包括基板4-1、微球基座4-3、两个平面螺线管线圈 4-19、 4-20、下电极4-2、4-6、导磁基底4-7、引线端口 4-13至4-18和引出导线; 电磁基板44与电磁基板42的不同之处在于两个平面螺线管线圈4-19、 4-20 的第一层导线对称地分布基板4-1的上表面上，这两个平面螺线管线圈4-19、 4-20的第二层导线分布在导磁基底4-7上表面和前后面的绝缘膜4-12上，第一、 二层导线对应固定连接，导磁基底4-7是这两个平面螺线管线圈4-19、 4-20的 磁芯，导磁基底4-7固定在基板4-l的上表面上；微球基座4-3固定在两个平面 螺线管线圈4-19、 4-20的第二层导线之间的导磁基底4-7上表面的纵轴上，电 磁基板44其余部分与电磁基板42基本相同。
可动膜片、微球基座、磁芯、导磁基底构成对称并联磁路，在该磁路中有 一个或多个硬磁或永磁体，可任意选择可动膜片、微球基座或导磁基底为永磁 体，该磁体使磁路中形成静磁场。当然，该磁路中的线圈环绕在可动膜片、微 球基座、磁芯、导磁基底和磁芯构成的并联磁路中的任何一个位置，但为了实 现该继电器对称的双稳态，线圈应对称设置。
磁体和通电线圈的磁力线形成对称双环或反对称双环，当选择磁体磁力线为 对称双环时，通电线圈的磁力线为反对称双环，当选择磁体磁力线为反对称双环时，通电线圈的磁力线为对称双环。
当该继电器处于初始状态时，电磁基板4的线圈中无电流，可动膜片l在磁 体提供的静磁场作用下，可动膜片1绕微球2偏向一端并被该端磁力吸合，可 动膜片1 一端上的上电极与电磁基板4上表面一端上的下电极导通；当对线圈
通5—500mA电流时，该继电器的对称并联磁路中的一磁路中的电磁场与磁体 提供的静磁场极性相反，而该对称并联磁路中的另一磁路中的电磁场与磁体提 供的静磁场极性相同，可动膜片1上受到顺时针方向的力矩作用，绕微球2向 顺时针方向偏转而被另一端磁力吸合，可动膜片1另一端上的上电极与电磁基
板4上表面另一端上的下电极导通；当线圈断电后，可动膜片l在磁体提供的
静磁场作用下，可动膜片1另一端维持吸合状态，可动膜片1另一端端上的上
电极与电磁基板4上表面另一端的下电极导通；当对线圈通反向电流时，使继
电器的对称并联磁路中的另一磁路中的电磁场与磁体提供的静磁场极性相反， 而其一磁路中的电磁场与磁体提供的静磁场极性相同，可动膜片1上受到逆时
针方向的力矩作用，绕微球2向逆时针方向偏转被一端磁力吸合，可动膜片1 一端上的上电极与电磁基板4上表面一端的下电极导通；当线圈断电后，可动 膜片1在磁体提供的静磁场作用下，可动膜片1一端维持吸合状态，可动膜片1 一端上的上电极与电磁基板4上表面一端的下电极导通，该继电器回到初始状 态。由此可见，该继电器在线圈无电流的情况下可长期保持两个状态，在线圈 有电流的情况下可实现两个状态间的相互转换，因而是一种双稳态继电器。
本发明具有以下技术效果
1、 该继电器在保持高灵敏度和定位精度的同时，大大提高了可动部件承载载荷。
2、无论低速运动还是高速运动，该继电器的摩擦和磨损很小，降低了驱 动能耗和工作损耗，显著高了该继电器的工作寿命。
上述技术效果是因本发明采用了高效率的微球倾转机构所至。
3、 可动模片下表面与微球机座上表面的悬空高度为0.05-1 mm，因此能实现 较高的绝缘耐压强度。
4、 双环型并联磁路结构能实现高效率电磁驱动和对称双稳态，通过退磁和 消磁的平衡，确保了该继电器长时间工作的稳定性。
5、 由于采用弹性接触电极，给该继电器的电器性能带来了很大改善， 一方 面保证了面电极的平行接触；另一方面能有效克服机械接触的弹跳效应。
6、 该继电器集成度高，响应时间短。
所试制的双稳态微机电继电器经过"重庆市电子产品质量监督检验站"测试，该继电器的导通电阻低于0.3 Q，绝缘耐压强度大于500V。该继电器的动 态测试见图9所示，实验采用信号发生器作为驱动电源，将直流电源的+5V和 0V电压输出作为该继电器的输入信号，并用示波器观察驱动信号和切换的输出 信号。实验结果见图IO所示:该继电器输出信号为方波信号，响应时间小于lms， 响应时间包括上升时间和下降时间，上电极的弹跳效应几乎可以忽略不计，弹 跳幅度小于方波幅值的10%，弹跳时间小于lms，测试中该继电器连续工作20 万次，其性能没有明显下降。这些测试结果表明该继电器的电气性能与市场 现有的小型机电继电器电气性能相当，而工作稳定性和响应速度则明显优于现 有的小型机电继电器。
双稳态微机电继电器可制作成开关阵列，这种开关阵列可应用于通讯上的信 号交换系统或路由器，当在开关阵列中接入功能器件，则该阵列构成一个功能
网络，实现网络信号处理，如网络衰减器、网络变频器或网络移相器等。


图1是本发明的结构示意图， 图2是本发明的工作原理图，
图2 (a)表示本发明的初始状态图，
图2 (b)表示该继电器的可动膜片在线圈电流驱动下绕顺时针方向偏转图， 图2 (c)表示该继电器的可动膜片绕顺时针方向偏转后的稳定状态图， 图2 (d)表示该继电器的可动膜片在线圈反向电流驱动下绕逆时针方向偏
转图，
图3是双稳态微机电继电器4种结构的放大主剖视图，
图3 (a)是双稳态微机电继电器l、 2结构的主剖视图，
图3 (b)是双稳态微机电继电器3结构的主剖视图，
图3 (c)是双稳态微机电继电器4结构的主剖视图，
图4是是双稳态微机电继电器1、 2中电磁基板的具体结构放大图，
图4 (a)是图4 (b)中的A-A剖面图，
图4 (b)是双稳态微机电继电器l、 2中的电磁基板俯视图，
图4 (c)是双稳态微机电继电器l、 2中的电磁基板的仰视图，
图5分别是可动模片和封装盖的形状结构放大图，
图5 (a)是图5 (b)中的B-B剖面图，图5 (b)是可动模片的俯视图，
图5 (c)是图5 (d)中的C-C剖面图，图5 (d)是封装盖的仰视图，
图6是双稳态微机电继电器3电磁基板的具体结构放大图，
图6 (a)是图6 (b)中的D-D剖面图，
图6 (b)是双稳态微机电继电器3中的电磁基板俯视图，
图6 (c)是双稳态微机电继电器3中的电磁基板的仰视图，
图7是双稳态微机电继电器4电磁基板的具体结构放大图，
图7 (a)是图7 (b)中的E-E剖面图，
图7 (b)是双稳态微机电继电器4中的电磁基板俯视图，
图7 (c)是双稳态微机电继电器4中的电磁基板的仰视图，
图8是弹性固定的可动膜片结构图，图8 (a)是图8 (b)中F-F剖面图，
图8 (b)是弹性固定的可动膜片俯视图，图9是继电器动态测试实验图，
图10是示波器显示动态测试结果图，图10 (a)是驱动信号及切换信号图，
图10 (b)是切换信号上升沿图，图10 (c)是切换信号下降沿图。
在图1、图3至图8中
1、可动膜片 1-1、圆通孔1-2、上电极1-3、上电极1-4、弹性梁
1-5、锚点2、微球3、封装盖3-1、凸棱3-2、凸点3-3、凸点
4、电磁基板4-1、基板4-2、下电极4-3、微球基座
4-4、平面螺旋线圈4-5、磁芯4-6、下电极4-7、导磁基底
4-8、平面螺旋线圈4-9、磁芯4-10平面螺旋线圈4-11、圆通孔
4-12、绝缘膜4-13、引线端口4-14、引线端口4-15、引线端口
4-16、引线端口4-17、引线端口4-18、引线端口
4-19、平面螺线管线圈4-20、平面螺线管线圈5、管脚6、管脚
在图2中
φ表示对称并联磁路中形成的磁力线双环， HM表示永磁体的磁场 HE表示两个线圈中电流所形成的电磁场。
具体实施例方式
以下结合附图分别对四种双稳态微机电继电器予以详细说明
1、 双稳态微机电继电器l
双稳态微机电继电器1用于电源管理和自动控制。
在图3 (a)，图4 (a)、 (b)、 (c)和图5 (a)、 (b)、 (c)、 (d)中，双稳 态微机电继电器1包括封装盖3、可动膜片l、微球2、电磁基板41和管脚。
在图5 (c)、 (d)中，封装盖3用陶瓷材料通过模具压制并烧结成长、宽、 高分别为10mm 、 6mm 、 0.6mm的长方体，封装盖3内有长、宽、高分别 为9mm 、 4mm 、 0.4mm的盲孔，在与微球2相对的封装盖3底部的纵轴上 有长为3mm的凸棱3-1，以限制可动膜片1离开微球2的距离，该凸棱3-1 的横截面由上部宽、高分别为0.2mm、 O.lmm的长方形和下部向下凸且半径 为O.lmm的圆弧形构成，该凸棱3-1下端面与可动膜片1处于水平状态时的 上表面之间的距离为0.05 mm，使微球2始终位于可动膜片1内的圆通孔 1-1和微球基座4-3内的圆通孔4-11之间，在与基板4-1上的引线端口 4-13 至4-18的圆通孔相对的封装盖3下底面上前后各有三个凸点，以便封装盖3 与电磁基板4自动对准并嵌入到基板4-l上的引线端口 4-13至4-18的圆通孔 内，通过粘接或焊接使封装盖3和电磁基板4结合在一起。
在图5 (a)、 (b)中，可动膜片1用软磁合金或半硬磁合金材料，如1J21， 制成长、宽、高分别为8.6 mm、 3.8 mm、 O.lmm的长方形片，可动膜片1 的一端及另一端分别用激光切割成与下电极4-2和4-6相对的对称T型上电极 1-2和1-3。当可动膜片1 一端上的T型上电极1-2与基板4-1 一端上的两个下 电极4-2接触时，基板4-1 一端上的两个下电极4-2导通，基板4-1另一端上 的两个下电极4-6断开；当可动膜片1另一端上的T型上电极1-3与基板4-1另一端上的两个下电极4-6接触时，基板4-l另一端上的两个下电极4-6导通， 基板4-l 一端上的两个下电极4-2断开。在可动膜片1的纵向对称轴上用激光 加工出直径均为0.3mm且中心线相距2.4mm的两个对称圆通孔1-1。可动膜 片1内的两个对称圆通孔1-1分别置于两个直径均为0.32mm且球形度为95 %的玻璃微球2上。
玻璃微球或陶瓷微球具有更好的绝缘性和耐磨性，金属微球具有导电性和 导磁性。
在图4 (a)、 (b)、 (c)中，电磁基板41包括基板4-l，下电极4-2、 4-6， 微球基座4-3，两对相同的平面螺旋线圈4-4、 4-8，两个磁芯4-5、 4-9，导 磁基底4-7、引线端口 4-13至4-18和引出导线，电磁基板41采用厚膜集成 电路技术制作。基板4-l用陶瓷材料制成长、宽、高分别为10mm、 6mm、 0.5mm的长方形板；在该基板的纵轴上印制硬磁材料或永磁材料，如NdFeB 或FeCrCo，制成长、宽、高分别为4mm、 lmm、 0.7mm的长方体形的微球 基座4-3，微球基座4-3的横截面为工字形，该工字形上下端的厚度均为O.l mm，位于基板通孔内的该工字形的竖直段的宽度为0.5mm，通过对微球基 座4-3进行热处理或陶瓷烧结获得永磁体，该永磁体在电磁基板制作完成后 再进行充磁，使微球基座4-3为磁路提供静磁场，该静磁场的磁力线为对称 双环型，在与可动膜片1上的两个圆通孔1-1相对的微球基座4-3内有两个 直径均为0.3 mm的圆通孔4-11，两个玻璃微球2分别置于微球基座4-3内 的圆通孔4-ll上；在基板4-l上对称印制两个磁芯4-5、 4-9，两对平面螺旋 线圈4-4、 4-8，引线端口 4-13至4-18，在基板4-l的上表面对称印制下电极 4画2、 4-6。两个磁芯4-5、 4-9以基板4-l的纵轴为对称轴，对称地分布在与基板4-l的纵轴相距2.9mm的基板4-l的横轴上，两个磁芯4-5、4-9内、外直径和高分别均为0.3mm、0.5 mm、0.7mm的空心圆柱体，两对平面螺 旋线圈4-4、4-8均采用电阻率小于1×(10)-7Ω.m和导磁率大于100mH/m与深 宽比大于0.5的坡莫合金导线，以改善平面线圈的电磁效率，可采用PCB、厚 膜集成电路或UGA等技术进行加工，使磁芯和平面螺旋线圈融为一体。两个磁芯4-5、4-9的上下端分别与位于基板4-l上下表面上对应的两对平面螺 旋线圈4-4、4-8的一端固定连接，位于基板4-l上表面上的两个平面螺旋线 圈4-4、4-8的另一端通过引出导线分别与微球基座4-3上表面前后两端所对的基板4-1上的引线端口 4-14、4-17固定连接，位于基板4-l下表面上的两 个平面螺旋线圈的另一端通过引出导线连接在一起，每一平面螺旋线圈中的每一圈在基板4-1上下两面的印制宽度均为0.05 mm，每一圈与其相邻圈的 间隔距离为0.025mm，每对平面螺旋线圈匝数为40×2，即位于基板4-l上下表面上相对的平面螺旋线圈各为40匝；位于基板(4-l)上表面两端上的下 电极4-2、4-6为四个长、宽、高均为1.8mm、0.8 mm、O.lmm的长方体形电极，这四个下电极4-2、4-6分别与可动膜片1一端及另一端上的T型上电 极l-2、l-3端部分别相对，并分别与基板4-l上表面一端和另一端上的引线 端口4-15、4-16和4-13、4-18对称固定连接，基板4-1前后端的三个引线端口4-13至4-15和4-16至4-18的中心分别位于同一直线上，每一引线端口的长、宽、高分别为0.8mm、0.8 mm、0.7mm的长方形体，每一引线端口的横截面为工字形，该工字形的竖直段宽度、高度均为0.5 mm，每一引线端口的中部有一直径为0.3mm的圆通孔。两个磁芯4-5、4-9，两对平面螺旋 线圈4-4、4-8，下电极4-2、4-6和引线端口4-13至4-18均用导磁性能良好
的软磁材料制成，如坡莫合金，并在两个磁芯4-5、 4-9，两对平面螺旋线圈
4-4、 4-8，下电极4-2、 4-6和引线端口 4-13至4-18的表面镀上厚度为0.025 mm且电阻率小于l×10^Ω.m的合金薄膜，如金合金，从而既能够很好地 导电又能够很好地导磁，在基板4-l下表面引线端口 4-13至4-18所围的范 围内印制长、宽、厚度分别为8.8mm、 3.9mm、 0.05 mm的绝缘膜4-12， 使该绝缘膜覆盖基板4-1下表面上的平面螺旋线圈4-4、 4-8和微球基座4-3， 在绝缘膜(4-12)和基板(4-1)上印制长、宽、厚分别为9.0mm、 4.0 mm、 0.1 mm的长方形软磁膜作为导磁基底7，该软磁膜为坡莫合金或铁氧体材料。
在基板4-l下表面上的引线端口 4-13至4-18上分别焊接直径均为0.8mm 的金属球形球管脚。
2、 双稳态微机电继电器2
双稳态微机电继电器2为信号继电器，用于通信和仪表。
在图3 (a)、图4 (a)、 (b)、 (c)和图5 (a)、 (b)、 (c)、 (d)中，双稳态 微机电继电器2包括封装盖3、可动膜片l、微球2、电磁基板42和管脚。 双稳态微机电继电器2既可采用厚膜集成电路技术制作，也可采用印刷电路板 技术制作。双稳态微机电继电器2与双稳态微机电继电器1相比仅是双稳态 微机电继电器2的电磁基板上的部件的材料和制作上有所不同微球基座4-3 采用软磁材料制作，该软磁材料为坡莫合金或铁氧体，而导磁基底4-7采用硬磁 材料或永磁材料制作，该硬磁材料为硬磁合金片，如FeCrCo，导磁基底4-7采 用表面贴装技术贴装到电磁基板42下表面上，使其为电磁基板42上的磁路提 供静磁场，该静磁场的磁力线为反对称双环型；电磁基板42的基板4-l采用聚 合物印刷电路板。封装盖3采用聚合物材料通过热压法成型，采用聚合物材料
可实现封装盖3与电磁基板在热胀系数上的匹配，以减小热应力；双稳态微机 电继电器2其余的技术特征和技术要求与双稳态微机电继电器1相同。
3、 双稳态微机电继电器3
双稳态微机电继电器3为通信用继电器。
在图3 (b)、图6 (a) (b) (c)中，双稳态微机电继电器3包括封装盖3、 可动膜片l、微球2、电磁基板43和管脚。
双稳态微机电继电器3既可采用厚膜集成电路技术制作，也可采用印刷电 路板技术制作。双稳态微机电继电器3与双稳态微机电继电器2相比，不同之 处在于双稳态微机电继电器3以微球基座4-3为磁芯，在电磁基板43的基板 4-1上下表面上分别绕微球基座4-3对称印制平面螺旋线圈4-10，位于基板4-1 上下表面上的平面螺旋线圈各为30 100匝，本实施例各为40匝，该线圈的导 线宽和导线与相邻导线之间的间距均为0.015mm，该线圈的的磁力线为对称双 环形；基板4-l的长、宽、高分别为8mm、 8mm、 0.5mm，微球基座4-3采用坡 莫合金制成长、宽、高分别为2mm、 0.5 mm 、 0.7 mm的长方体且位于基板 4-l的纵轴上，沿微球基座4-3的纵轴上有两个直径均为0.3 mm、中心距离为 1.5mm的圆通孔4-11 ，两个直径均为0.32mm且球形度为95%的玻璃微球2分 别活动地位于微球基座4-3的圆通孔(4-11)上，微球基座4-3的上表面后端与 位于基板4-1上表面上的平面螺旋线圈4-10的一端固定连接，位于基板4-1上 表面上的平面螺旋线线圈4-10的另一端通过引出导线与微球基座4-3的上表面 后端所对的基板4-l上的引线端口 4-17固定连接，微球基座4-3的下表面前端 与位于基板4-1下表面上的平面螺旋线圈4-10的一端固定连，位于基板4-1下 表面上的平面螺旋线线圈4-10的另一端与微球基座4-3的下表面前端所对的基
板上的引线端口4-14固定连接。两个磁芯4-5、 4-9均采用坡莫合金或铁氧体制 成长、宽、高均为5,0 mm、 1.5 mm、 0.7 mm的长方体且其中部均有直径为0.3mm 圆通孔，每个磁芯的横截面为工字形，该工字形上下端厚各为0.1mm，该工字 形中部竖直段高度和宽度均为0.5mm，两个磁芯4-5、 4-9位于与微球基座4-3 平行对称且两个磁芯4-5、 4-9的中心线均与微球基座4-3的中心线相距2.3mm 迫横轴上；下电极4-2、 4-6用坡莫合金制成四个相同的直角形电极，每一直角 形电极的一直角边长、另一直角边长、宽、厚依次分别为0.6mm、0.6mm 、0.4mm、 0.1 mm，这四个直角形电极的一直角端分别与可动膜片1 一端及另一端上的T 型上电极1-2、 1-3端部相对的基板4-l上表面一端及另一端各两个引线端口 4-15、 4-16和4-13、 4-18对称固定连接，使基板4-1上表面一端及另一端前后 的直角形电极的另一直角端相对；两个磁芯4-5、 4-9，微球基座4-3、平面螺旋 线圈4-10，下电极4-2、 4-6和引线端口 4-13至4-18均采用坡莫合金制成且其 表面镀有厚度为0.025 mm的高导电性合金薄膜，在基板4-l下表面上印制长、 宽、厚分别为6.4mm 、 5.4 mm、 0.05 mm的绝缘膜4-12，使该绝缘膜覆盖基 板4-l下表面上的微球基座4-3和平面螺旋线圈4-10，在基板4-l下表面六个引 线端口所围的范围内印制长、宽、厚均为7.0mm、 6.0mm、 0.1 mm的长方形永 磁膜作为导磁基底4-7，使导磁基底4-7覆盖基板4-1下表面上的两个磁芯4-5、 4-9和绝缘膜4-12，封装盖3为长、宽、厚分别为8mm、 8mm、 0.6mm的正方 体，该封装盖3内有长、宽、深分别为7.0mm、 6.0mm、 0.4mm的盲孔，在与 微球2相对的封装盖3底部的纵轴上有长5mm的凸棱3-l，再与基板4-l的引 线端口 4-13至4-18内的圆通孔相对的封装盖3下底面上前后各有三个凸点，可 动膜片1的长、宽、高分别为6.8mm、 5.8mm、 O.lmm、在可动膜片1的纵向对称轴上有直径均为0.3mm且中心相距1.5mm的两个对称圆通孔1-1， 在基板 4-1下表面的引线端口 4-13至4-18上分别焊接直径为0.8mm的金属球形管脚。 双稳态微机电继电器3其余的技术特征和技术要求与双稳态微机电继电器2相 同。
4、 双稳态微机电继电器4
双稳态微机电继电器4为信号继电器。
在图3 (c)、图7 (a) (b) (c)中，双稳态微机电继电器4包括封装盖3、 可动膜片l、微球2、电磁基板44和管脚。双稳态微机电继电器4既可采用厚 膜集成电路技术制作，也可采用印刷电路板技术制作。下面以厚膜集成电路技 术制作双稳态微机电继电器4进行说明。
双稳态微机电继电器4中的可动膜片1和封装盖3与双稳态微机电继电器 2中的可动膜片1和封装盖3相比，其不同之处在于封装盖3的长、宽、高 分别为6mm 、 4mm 、 0.6mm的长方体，封装盖3内有长、宽、高分别为5.6 mm 、 3.6 mm 、 0.4mm的盲孔，在与微球2相对的封装盖3底部的纵轴上有 长为2.5mm的凸棱3-l，以限制可动膜片1离开微球2的距离，该凸棱3-l的 横截面由上部宽、高分别为0.2 mm、 O.lmm的长方形和下部向下凸且半径为 O.lmm的圆弧形构成，该凸棱3-l下端面与可动膜片1处于水平状态时的上表 面之间的距离为0.05mm，可动膜片1的长、宽、高分别为5.4mm、 3.4 mm、 0.1 mm的矩形片，在可动膜片1的纵轴上用激光加工出直径均为0.27mm且 中心线相距2.2mm的两个对称圆通孔l-l,这两个圆通孔1-1分别置于直径均为 0.28 mm且球形度为95%的两个金属微球2上。
双稳态微机电继电器4与双稳态微机电继电器2相比，主要的不同之处在于双稳态微机电继电器4中的电磁基板中的基板4-l上表面上采用两个平面螺线管线圈4-19、 4-20，导磁基底4-7是这两个平面螺线管线圈4-19、 4-20的 磁芯。在图7 (a)、 (b)、 (c)中，电磁基板44包括基板4-l，微球基座4-3， 两个平面螺线管线圈4-19、 4-20，下电极4-2、 4-6，导磁基底4-7、引线端口 4-13至4-18。基板4-l用陶瓷材料制成长、宽、高分别为6mm、 4mm、 0.3 mm 的矩形板；在基板4-l上表面上对称印制两个平面螺线管线圈4-19、 4-20的第 一层导线，该导线宽度为0.025mm,导线与相邻导线之间的距离为0.025mm， 以基板4-1上表面横轴为对称轴，在基板4-1上表面和第一层导线上用FeCrCo 硬磁材料或永磁材料印制长、宽、高分别为5.4mm、 3.3 mm、 0.1 mm的长方 体形导磁基底4-7，对导磁基底4-7进行热处理，以便获得良好的硬磁性能， 导磁基底4-7为整个磁路提供静磁场，静磁场为反对称双环形，在导磁基底4-7 的外表面上有厚度为0.05mm的绝缘膜4-12，在该绝缘膜的上表面和前后表面 上对称印制两个平面螺线管线圈4-19、 4-20的第二层导线，每一平面螺线管线 圈中的导线绕导磁基底4-7的螺线角为0.8。，基板4-1上表面的第一层导线和 绝缘膜4-12的上表面和前后表面上的第二层导线对应固定连接，在导磁基底 4-7上构成两个均为50匝的平面螺线管线圈4-19、 4-20，两个平面螺线管线 圈4-19、 4-20的导线首端通过导线固定连接，两个平面螺线管线圈4-19、 4-20 的导线末端分别通过引出导线与基板4-1上的微球基座4-3前后端所对的引线 端口 4-14、 4-17固定连接，在两个平面螺线管线圈4-19、 4-20之间的导磁基 底4-7上表面的绝缘膜4-12纵轴上用坡莫合金或铁氧体印制长、宽、高分别为 3.4mm、 0.8mm、 0.1 mm的长方体形微球基座4-3，通过对该微球基座4-3进 行热处理获得导磁的软磁体，在与可动膜片1上的两个圆通孔1-1相对的微球基座4-3内有两个直径均为0.27mm的圆通孔4-11，两个直径均为0.28mm的 金属微球2分别活动地置于微球基座4-3内的两个圆通孔4-11上；在基板4-l 一端及另一端的上下两面对称印制引线端口 4-13、 4-18和4-15、 4-16，下电极 4-2、 4-6为四个相同的直角形电极，每一直角形电极截面的长、高分别为 0.25mm、 O.lmm，每一直角形电极的两直角边长均为0.5mm，这四个电极的一 直角端分别与可动膜片1 一端及另一端上的T型上电极1-2、 1-3端部相对的 基板4-1上表面一端及另一端前后的四个引线端口 4-15、 4-16和4-13、 4-18 对称固定连接，这四个电极的另一直角端位于导磁基底4-7上表面的绝缘膜 4-12上，基板前后端的三个引线端口 4-13至4-15和4-16至4-18分别位于同 一直线上，每一引线端口的长、宽、高分别为0.6mm、 0.6mm、 0.5 mm的工 字形方形体，该工字形的竖直段的宽度、高度均为0.4 mm，每一引线端口的 中部有一直径为0.27mm的圆通孔。
双稳态微机电继电器4的组装过程与双稳态微机电继电器2 —样。
上述双稳态微机电继电器1、 2、 3、 4中的可动膜片1也可采用图8中的弹 性梁进行弹性固定，弹性固定可动膜片的好处是可使可动膜片固定更加牢固， 也可不采用永磁体而实现双稳态。在可动膜片1前后侧面中心线上各有一丁字 形弹性梁1-4，每一丁字形弹性梁1-4包括长、宽、厚分别为l-30mm、 0.3-3 mm、 0.05-lmm的矩形横梁和与该横梁垂直且长、宽、厚分别为O.l-lmm、 O.l-lmm、 0.05-lmm的方形纵梁，矩形横梁内有一与该矩形横梁面积比为30%的长方形通 孔，在矩形横梁下表面纵轴上各有一个与基板4-l弹性固定的锚点1-5。当该弹 性梁"4中存在初始的弹性势能时，则该弹性势能一方面将可动膜片压在微球 上，另一方面也使可动膜片1处于双稳态。
权利要求
1、一种双稳态微机电继电器，包括封装盖(3)和管脚，其特征在于该继电器还包括可动膜片(1)、微球(2)、电磁基板(4)，所述封装盖(3)与电磁基板(4)固定连接，可动膜片(1)为长1-30mm、宽1-20mm、厚0.05-1mm的导磁合金片，可动膜片(1)的两端各为与电磁基板(4)上表面一端及另一端上的下电极相对且具有相同弹性结构的上电极，沿可动膜片(1)的纵向对称轴上分布有直径均为0.04-0.97mm的圆孔，以直径为0.05-1mm的微球(2)作为轴承，活动地置于电磁基板(4)上的微球基座(4-3)的圆孔上，该微球采用球形度大于80％至100％的玻璃微球或金属微球或陶瓷微球或塑料微球，可动膜片(1)内的各圆孔分别活动地位于对应的微球(2)上，可动膜片(1)和微球(2)位于封装盖(3)与电磁基板(4)固定连接后封闭空腔内，封装盖(3)的盖底与处于水平状态时的可动膜片(1)之间的间隔距离为0.05-0.5mm，可动膜片(1)与电磁基板(4)上的磁路构成对称并联磁路，磁体位于该对称并联磁路中，并在该对称并联磁路中形成静磁场，所述管脚固定在电磁基板(4)的基板(4-1)下表面的引线端口上；当该继电器处于初始状态时，电磁基板(4)上的线圈中无电流，可动膜片(1)在磁体提供的静磁场作用下，可动膜片(1)绕微球(2)偏向一端并被该端磁力吸合，可动膜片(1)一端上的上电极与电磁基板(4)上表面一端上的下电极导通；当对线圈通5-500mA电流时，该继电器的对称并联磁路中的一磁路中的电磁场与磁体提供的静磁场极性相反，而对称并联磁路中的另一磁路中的电磁场与磁体提供的静磁场极性相同，可动膜片(1)上受到顺时针方向的力矩作用，绕微球(2)向顺时针方向偏转而被另一端磁力吸合，可动膜片(1)另一端上的上电极与电磁基板(4)上表面另一端上的下电极导通；当线圈断电后，可动膜片(1)在磁体提供的静磁场作用下，可动膜片(1)另一端维持吸合状态，可动膜片(1)另一端上的上电极与电磁基板(4)上表面另一端的下电极导通；当对线圈通反向电流时，使继电器的对称并联磁路中的另一磁路中的电磁场与磁体提供的静磁场极性相反，而其左磁路中的电磁场与磁体提供的静磁场极性相同，可动膜片(1)上受到逆时针方向的力矩作用，绕微球(2)向逆时针方向偏转而被一端磁力吸合，可动膜片(1)一端上的上电极与电磁基板(4)上表面一端的下电极导通；当线圈断电后，可动膜片(1)在磁体提供的静磁场作用下，可动膜片(1)一端维持吸合状态，可动膜片(1)一端上的上电极与电磁基板(4)上表面一端的下电极导通；该继电器回到初始状态。
2、根据权利要求1所述的双稳态微机电继电器，其特征在于双稳态微机电 继电器l中的封装盖(3)用陶瓷材料通过模具压制并烧结成长、宽、高分别为 10mm 、 6mm 、 0.6mm的长方体，封装盖(3)内有长、宽、高分别为9mm 、 4mm 、 0.4mm的盲孔，在与微球(2)相对的封装盖(3)底部的纵轴上有长为 3mm的凸棱(3-1)，该凸棱(3-1)的横截面由上部宽、高分别为0.2 mm、 O.lmm 的方形和下部向下凸且半径为O.lmm的圆弧形构成，该凸棱(3-1)下端面到可 动模片(1)处于水平状态时的上表面之间的距离为0.05mm，使微球(2)始终 位于可动膜片(1)内的圆通孔(1-1)和微球基座(4-3)内的圆通孔(4-11) 之间，在与基板(4-1)上的引线端口 (4-13)至(4-18)的圆通孔相对的封装 盖(3)下底面上前后各有三个凸点，以便封装盖(3)与电磁基板(41)自动 对准并嵌入到基板(4-1)上的引线端口 (4-13)至(4-18)的圆通孔内，通过 粘接或焊接使封装盖(3)和电磁基板(41)结合在一起；可动膜片(1)用软 磁合金或半硬磁合金材料制成长、宽、高分别为8.6mm、 3.8 mm、 O.lmm的长方形片，可动膜片(1)的一端及另一端分别用激光切割成与下电极(4-2)、 (4-6)相对的对称的T型上电极(1-2)、 (1-3)，当可动膜片(l) 一端上的T 型上电极(1-2)与基板(4-1) 一端上的两个下电极(4-2)接触时，基板(4-1) 一端上的两个下电极(4-2)导通，基板(4-1)另一端上的两个下电极(4-6) 断开；当可动膜片(1)另一端上的T型上电极(1-3)与基板(4-1)另一端上 的两个接下电极(4-2)接触时，基板(4-1)另一端上的两个下电极(4-6)导 通，基板(4-1) 一端上的两个下电极(4-2)断开，在可动膜片(1)的纵向对 称轴上用激光加工出直径均为0.3mm且中心线相距2.4mm的两个对称圆通孔(1-1 )，可动膜片(1 )内的两个对称圆通孔(1-1 )分别置于两个直径均为0.32mm 且球形度为95 %的玻璃微球(2)上；电磁基板(41)包括基板(4-1)，下电极 (4-2)、 (4-6)，微球基座(4-3)，两对相同的平面螺旋线圈(4-4)、 (4-8)，两 个磁芯(4-5)、 (4-9)，导磁基底(4-7)、引线端口 (4-13)至(4-18)和引出导 线，基板(4-1)用陶瓷材料制成长、宽、高分别为10mm、 6mm、 0.5mm的长 方形板；在该基板的纵轴上印制硬磁材料或永磁材料，制成长、宽、高分别为 4mm、 lmm、 0.7mm的长方体形微球基座(4-3)，该微球基座(4-3)的横截面 为工字形，该工字形上下端的厚度均为0.1 mm，位于基板通孔内的工字形的竖 直段的宽度为0.5mm，在与可动膜片(1)上的两个圆通孔(1-1)相对的微球 基座(4-3)内有两个直径均为0.3mm的圆通孔(4-11)，两个玻璃微球(2)分 别置于微球基座(4-3)内的圆通孔(4-11)上；在基板(4-1)上对称印制两个 磁芯(4-5、 4-9)，两对平面螺旋线圈(4-4)、 (4-8)，引线端口 (4-13)至(4-18)， 在基板(4-1)的上表面对称印制下电极(4-2)、 (4-6)，两个磁芯(4-5)、) (4-9) 以基板(4-1)的纵轴为对称轴，对称地分布在与基板(4-1)的纵轴相距2.9 mm的基板(4-l)的横轴上，两个磁芯(4-5)、(4-9)的内外直径和高分别均为0.3mm、 0.5 mm 、 0.7mm的空心圆柱体，两对平面螺旋线圈(4-4)、 (4-9)均采用电阻 率小于1 X 10—7 Q .m与导磁率大于100mH/m和深宽比大于0.5的坡莫合金导线， 两个磁芯(4-5)、 (4-9)的上下端分别与位于基板(4-1)上下表面上对应的两 对平面螺旋线圈的一端固定连接，位于基板(4-1)上表面上的两个平面螺旋线 圈(4-4)、 (4-9)的另一端通过引出导线分别与微球基座(4-3)上表面两端所对的 基板(4-l)上的引线端口 (4-14)、 (4-17)固定连接，位于基板(4-1)下表面上 的两个平面螺旋线圈的另一端通过引出导线连接在一起，每一平面螺旋线圈中 的每一圈在基板(4-1)上下两面的印制宽度均为0.05mm，每一圈与其相邻圈 的间隔距离为0.025mm，每对平面螺旋线圈匝数为40X2;位于基板(4-l)上表面 两端上的下电极(4-2)、 (4-6)为四个长、宽、高均为1.8 mm、 0.8 mm、 O.lmm 的长方体形电极，这四个下电极(4-2)、 (4-6)分别与可动膜片一端及另一端上 的T型上电极(1-2)、 (1-3)端部分别相对，并分别与基板(4-1)上表面一端 及另一端上的引线端口 (4-15)、 (4-16)禾n (4-13)、 (4-18)对称固定连接，基 板(4-1)前、后端的三个引线端口 (4-13)至(4-15)和(4-16)至(4-18)的 中心分别位于同一直线上，每一引线端口的长、宽、高分别为0.8 mm、 0.8 mm、 0.7mm的长方形体，每一引线端口的横截面为工字形,该工字形的竖直段宽度、 高度均为0.5 mm、每一引线端口的中部有一直径为0.3mm的圆通孔；两个磁 芯(4-5)、 (4-9)，两对平面螺旋线圈(4-4)、 (4-8)，下电极(4-2)、 (4-6)和 引线端口 (4-13)至(4-18)均用坡莫合金制成，并在两个磁芯(4-5)、 (4-9)， 两对平面螺旋线圈(4-4)、 (4-8)，下电极(4-2)、 (4-6)和引线端口 (4-13)至 (4-18)的表面镀上厚度为0.025 mm且电阻率小于1 X 10—7 Q .m的合金薄膜， 在基板(4-1)下表面引线端口 (4-13)至(4-18)所围的范围内印制长、宽、 厚分别为8.8mm 、 3.9 mm、 0.05 mm的绝缘膜(4-12)，使该绝缘膜覆盖基板 (4-1)下表面上的平面螺旋线圈(4-4)、(4-8)和微球基座(4-3)，在绝缘膜(4-12) 和基板(4-1)上用坡莫合金或铁氧体材料印制长、宽、厚分别为9.0mm、 4.0 mm、 0.1mm的长方形导磁基底(7)，在基板(4-1)下表面的引线端口(4-13)至(4-18) 上分别焊接直径为0.8mm的金属球形管脚。
3、 根据权利要求2所述的双稳态微机电继电器，其特征在于双稳态微机 电继电器2中的电磁基板(42)的微球基座(4-3)采用坡莫合金或铁氧体制作， 而导磁基底(4-7)采用硬磁合金片或永磁材料，并将导磁基底(4-7)贴装到电 磁基板(42)的下表面上，电磁基板(42)的基板(4-1)采用聚合物印刷电路 板，封装盖3采用聚合物材料通过热压法成型。
4、 根据权利要求1所述的双稳态微机电继电器，其特征在于双稳态微机电 继电器3以微球基座(4-3)为磁芯，在电磁基板(43)的基板(4-1)上下表面 上分别绕微球基座(4-3)对称印制平面螺旋线圈(4-10)，位于基板(4-1)上 下表面上的线圈匝数各为40匝；该线圈的导线宽和导线与相邻导线之间的间距 均为0.015mm，基板4-l的长、宽、高分别为8mm、 8mm、 0.5mm，微球基座(4-3)采用坡莫合金制成长、宽、高分别为2mm、 0.5mm 、 0.7mm的长方 体且位于基板(4-1)的纵轴上，沿微球基座(4-3)的纵轴上有两个直径均为 0.3mm、中心距离为1.5mm的圆通孔(4-11)，两个直径均为0.32mm且球形度 为95%的玻璃微球(2)分别活动地位于微球基座(4-3)的圆通孔(4-11)上， 微球基座(4-3)的上表面后端与位于基板(4-1 )上表面上的平面螺旋线圈(4-10) 的一端固定连接，位于基板(4-1)上表面上的平面螺旋线圈(4-10)的另一端通过引出导线与微球基座(4-3)的上表面后端所对的基板(4-1)上的引线端口 (4-17)固定连接，微球基座(4-3)的下表面前端与位于基板(4-1)下表面上 的平面螺旋线圈(4-10)的一端固定连，位于基板(4-1)下表面上的平面螺旋 线圈(4-10)的另一端与微球基座(4-3)的下表面前端所对的基板上的引线端 口 (4-14)固定连接；两个磁芯(4-5)、 (4-9)均采用坡莫合金或铁氧体制成长、 宽、高均为5.0 mm、 1.5mm、0.7 mm的工字形长方体且其中部均有直径为0.3 mm 圆通孔，该该工字形上下端厚各为0.1mm，该工字形中部竖直段高度和宽度均 为0.5mm，两个磁芯(4-5)、 (4-9)位于与微球基座(4-3)平行对称且两个磁 芯(4-5)、 (4-9)的中心线均与微球基座(4-3)的中心线分别相距2.3mm的基 板(4-1)的横轴上，下电极(4-2)、 (4-6)为用坡莫合金制成四个相同的直角 形电极，每一直角形电极的一直角边长、另一直角边长、宽度和厚度依次分别 为0.6mm、 0.6mm 、 0.4mm、 0.1 mm，这四个直角形电极的一直角端分别与可 动膜片(1) 一端与另一端上的T型上电极(1-2)、 (1-3)端部相对的基板(4-1) 上表面一端与另一端各两个引线端口 (4-15)、 (4-16)和(4-13)、 (4-18)对称 固定连接，使基板(4-1)上表面一端及另一端前后的直角形电极的另一端相对； 两个磁芯(4-5)、 (4-9)，微球基座(4-3)，平面螺旋线圈(4-10)，下电极(4-2)、 (4-6)和引线端口 (4-13)至(4-18)均采用坡莫合金制成且其表面镀有厚度 为0.025 mm的高导电性合金薄膜，在基板(4-1)下表面上印制长、宽、厚分 别为6.4mm 、 5.4mm、 0,05 mm的绝缘膜(4-12),使该绝缘膜覆盖基板(4-1) 下表面上的微球基座(4-3)和平面螺旋线圈(4-10)，在基板(4-1)下表面六 个引线端口所围的范围内印制长、宽、厚均为7.0mm 、 6.0mm 、 0.1 mm的长 方形永磁膜作为导磁基底(4-7)，使导磁基底(4-7)覆盖基板(4-1)下表面上.的两个磁芯(4-5)、 (4-9)和绝缘膜(4-12)，封装盖(3)为长、宽、厚分别为 8mm、 8mm、 0.6mm的正方体，该封装盖(3)内有长、宽、深分别为7.0mm、 6.0mm、 0.4mm的盲孔，在与微球(2)相对的封装盖(3)底部的纵轴上有长 5mm的凸棱(3-1)，再与基板(4-1)的引线端口 (4-13)至(4-18)内的圆通 孔相对的封装盖(3)下底面上前后各有三个凸点，可动膜片(1)的长、宽、 高分别为6.8mm、 5.8mm、 O.lmm、在可动膜片(O的纵向对称轴上有直径均 为0.3mm且中心相距1.5mm的两个对称圆通孔(1-1)，在基板(4-1)下表面的 引线端口 (4-13)至(4-18)上分别焊接直径为0.8mm的金属球形管脚。
5、根据权利要求1所述的双稳态微机电继电器，其特征在于双稳态微机电 继电器4中的封装盖(3)的长、宽、高分别为6mm 、 4mm 、 0.6mm的长方 体，封装盖(3)内有长、宽、高分别为5.6mm 、 3.6 mm 、 0.4mm的盲孔， 在与微球(2)相对的封装盖(3)底部的纵轴上有长为2.5mm的凸棱(3-1), 该凸棱(3-1)的横截面由上部宽、高分别为0.2mm、 O.lmm的长方形和下部向 下凸且半径为O.lmm的圆弧形构成，该凸棱(3-1)下端面与可动膜片(1)处 于水平状态时的上表面之间的距离为0.05mm;可动膜片(1)的长、宽、高分 别为5.4mm、 3.4 mm、 0.1 mm的矩形片，在可动膜片(1)的纵轴上用激光加 工出直径均为0.27mm且中心线相距2.2mm的两个对称圆通孔(1-1),这两个对 称圆通孔(l-l)分别置于直径均为0.28 mm且球形度为95%的两个金属微球(2) 上；电磁基板(44)包括基板(4-1)，微球基座(4-3)，两个平面螺线管线圈(4-19)、 (4-20)，下电极(4-2)、 (4-6)，导磁基底(4-7)、引线端口 (4-13)至(4-18)， 基板(4-1)用陶瓷材料制成长、宽、高分别为6mm、 4mm、 0.3 mm的矩形板； 在基板(4-1)上表面上印制两个平面螺线管线圈(4-19)、 (4-20)的第一层导线，该导线宽度为0.025 mm ，导线与相邻导线之间的间距为0.025mm，以基板 (4-1)上表面横轴为对称轴，在基板(4-1)上表面和第一层导线上用FeCrCo 硬磁材料或永磁材料印制长、宽、高分别为5.4mm、 3.3 mm、 0.1 mm的长方体 形导磁基底(4-7)，在导磁基底(4-7)的外表面上有厚度为0.05 mm的绝缘膜 (4-12)，在该绝缘膜的上表面和前后表面上对称印制两个平面螺线管线圈 (4-19)、 (4-20)的第二层导线，每一平面螺旋线管线圈中的导线绕导磁基底 (4-7)的螺线角为0.8。，基板(4-1)上表面上的第一层导线和绝缘膜(4-12) 的上表面和前后表面上的第二层导线对应固定连接，在导磁基底(4-7)上构成 两个均为50匝的平面螺线管线圈(4-19)、 (4-20),两个平面螺线管线圈(4-19)、 (4-20)的导线首端通过导线固定连接，两个平面螺线管线圈(4-19)、 (4-20) 的导线末端分别通过引出导线与基板(4-1)上的微球基座(4-3)前后端所对的 引线端口 (4-14)、 (4-17)固定连接，在两个平面螺线管线圈(4-19)、 (4-20) 之间的导磁基底(4-7)上表面的绝缘膜(4-12)纵轴上用坡莫合金或铁氧体印 制长、宽、高分别为3.4mm、 0.8mm、 0.1 mm的长方体形微球基座(4-3)，在 与可动膜片(1)上的两个圆通孔(1-1)相对的微球基座(4-3)内有两个直径 均为0.27mm的圆通孔(4-11)，两个直径均为0.28mm的金属微球(2)分别活 动地置于微球基座(4-3)内的两个圆通孔上；在基板(4-1) 一端及另一端的上 下两面对称印制引线端口 (4-13)、 (4-18)和(4-15)、 (4-16)，下电极(4-2)、 (4-6)为四个相同的直角形电极，每一直角形电极截面的长、高分别为0.25mm、 O.lmm，每一直角形电极的两直角边长均为0.5mm，这四个电极的一直角端分 别与可动膜片l一端及另一端上的T型上电极(l-2)、(l-3)端部相对的基板(4-l)上表面一端及另一端前后的四个引线端口 (4-15)、 (4-16)和(4-13)、 (4-18)对称固定连接，这四个电极的另一直角端位于导磁基底(4-7)上表面的绝缘膜 (4-12)上，基板前后端的三个引线端口 (4-13)至(4-15)和(4-16)至(4-18) 的中心分别位于同一直线上，每一引线端口的长、宽、高分别为0.6mm、 0.6mm、 0.5mm的工字形方形体，该工字形的竖直段的宽度、高度均为0.4mm，每一引 线端口的中部有一直径为0.27mm的圆通孔。
6、根据权利要求1所述的双稳态微机电继电器，其特征在于在可动膜片(1) 前后侧面中心线上各有一丁字形弹性梁(1-4),每一丁字形弹性梁(1-4)包括 长、宽、厚分别为l-30mm 、 0.3-3mm、 0.05-lmm的矩形横梁和与该横梁垂直 且长、宽、厚分别为0.1-lmm 、 O.l-lmm、 0.05-1 mm的方形纵梁，矩形横梁内 有一与该矩形横梁面积比为30%的长方形通孔，在矩形横梁下表面纵轴上各有 一个与基板(4-1)弹性固定的锚点(1-5)。
全文摘要
一种双稳态微机电继电器涉及一种具有状态保持功能的微型化继电器，主要应用于电源管理、仪器仪表、自动控制和宽带通讯等系统。该继电器包括封装盖、管脚，可动膜片、微球、电磁基板，可动膜片与微球位于封装盖与电磁基板固定连接后的空腔内，可动膜片的两端各有与电磁基板的基板上表面左右端上的下电极相对的上电极，沿可动膜片的纵向对称轴上分布有圆孔，该圆孔活动地位于对应微球上，微球活动地置于电磁基板上的微球基座的圆孔上。该继电器集成度高，实现双稳态电磁驱动和状态锁定，在显著提高该继电器的响应速度和工作寿命的同时，降低驱动能耗和工作损耗，响应时间短，绝缘耐压强度高，工作稳定。
文档编号H01H50/16GK101206973SQ200710092949
公开日2008年6月25日 申请日期2007年11月8日 优先权日2007年11月8日
发明者张流强 申请人:重庆大学