一种薄膜开关及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电子元器件技术领域，尤其涉及一种薄膜开关及其制备方法。
【背景技术】
[0002]机械开关是利用机械操作的方式控制电子器件的简单接口类型。简而言之，开关是由机械到电子的转换装置。
[0003]从基本的原理角度来看，电子开关从根本上说是利用电子方式去刺激机械开关的装置。如今开关的解决方案是笨重的、庞大的、沉重的、厚的、高功耗的，并不适合超薄外形用途(例如，可穿戴的电子产品)。
[0004]薄膜开关是集按键功能、指示元件、仪器面板为一体的一个操作系统。由面板、上电路、隔离层、下电路四部分组成。按下薄膜开关，上电路的触点向下变形，与下电路的极板接触导通，手指松开后，上电路触点反弹回来，电路断开，回路触发一个信号。薄膜开关结构严谨，外形美观，密封性好。
[0005]薄膜开关又称轻触式键盘，采用平面多层组合而成的整体密封结构，是将按键开关、面板、标记、符号显不及衬板密封在一起的集光、机、电一体化的一种新型电子元器件，是电子产品外观结构根本性的变革，它可取代常规分立元件的按键，更可靠地执行操作系统的任务。
[0006]薄膜开关具有良好的防水、防尘、防油、防有害气体侵蚀、性能稳定可靠、重量轻、体积小、寿命长、装联方便，面板可洗涤而字符不受损伤，色彩丰富，美观大方等优点。
[0007]薄膜开关是现在研究的一种新型的开关，其是指将多层材料复合，在不同材料上通过印刷，装配不同的导电线路，按键弹片，用户手指按压面贴上的功能按键时，导通线路，接通电信号，控制接口外的系统作用。
[0008]不过随着人们对于生活便捷性的需求越来越高，作为智能生活的薄膜开关开始成为人们的研究重点，不过现在关于薄膜开关的结构构筑主要还是停留在原始的简单的多层材料复合，其成本较高，并且不耐高压以及功率较高的缺点，急待构造新型的薄膜开关结构来简便现有技术的不足。
[0009]反熔丝编程技术也称熔通编程技术，这类器件是用反熔丝作为开关元件。这些开关元件在未编程时处于开路状态，编程时，在需要连接处的反熔丝开关元件两端加上编程电压，反熔丝将由高阻态变为低阻态，实现两点间的连接，编程后器件内的反熔丝模式决定了相应器件的逻辑功能。
[0010]反熔丝技术在当今已有很广泛的应用，可以用于基于反熔丝的FPGA(Field_Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)电路中一次可编程(One TimeProgrammable，0ΤΡ)存储器的制造。FPGA电路中反熔丝结构的一次可编程存储器在未编程状态下具有高阻特征，编程过后具有低阻特征。如果选择合适的原料，构造合适的结构，将反熔丝技术弓I入到薄膜开关还是一个挑战。
【发明内容】
[0011]本发明通过研制一种薄膜开关所述薄膜开关利用以反熔丝为基础的电容器作为关断开关，所述薄膜开关包括面板、上电路、隔离层和下电路，所述上电路为导体层，所述隔离层为绝缘体层，所述下电路为导体层，所述导体层和绝缘层通过薄膜形成工艺在支持基质上形成。
[0012]优选地，所述薄膜形成工艺包括以下一种或几种:真空沉积、印刷、喷雾、旋涂(spin on)、电镀工艺。
[0013]优选地，所述导体层为以下的一种或几种:金属、合金、可导电的金属氮化物、氧化物、硅化物、掺杂的多晶硅、导电的无机高分子聚合物、导电的有机高分子聚合物、一层导电薄膜、多层导电薄膜。
[0014]优选地，所述导体层包括以下的一种或几种:铜、钛、铝、钨、铝钨合金。
[0015]优选地，所述导体层包括以下的一种或几种:TiN、TaN、CoSi2、TiSi2。
[0016]优选地，所述导电薄膜为单层或多层石墨烯。
[0017]优选地，所述绝缘体层为S12层、Si3N4层或Si02/Si3N4/Si02的多层结构。
[0018]优选地，所述绝缘体层包括:(I)氧化物高介电常数和/或氮化物高介电常数的绝缘体;(2)塑料或有机绝缘薄片。
[0019]优选地，所述氧化物高介电常数的绝缘体为Al2O3和/或Hf02。
[0020]优选地，所述导电薄膜为单层或多层石墨烯。
[0021]优选地，所述导体层和绝缘体层的堆叠厚度小于10mm。
[0022]优选地，导通后所述绝缘体层的电阻小于500ω。
[0023]优选地，所述导体层/绝缘体层/导体层为1^丨2/^1203/(:(^2，其重量比例为0.3?0.7:2.0?2.5:1.6?1.90
[0024]优选地，所述导体层/绝缘体层/导体层为了&~册02/(:05丨2，其重量比例为0.3?0.7:2.0?2.5:1.6?1.90
[0025]优选地，所述绝缘体包括按照重量份数计的如下原料:PET树脂120?130份、芳纶纤维15?25份、电气石粉6?8份、聚乙烯醇缩丁醛5?7份、DOPO-BQ 10?13份、十八烷基二甲基羟乙基季铵硝酸盐5?6份、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷0.1?0.2份、成核剂3988 9?10份、热稳定剂5?6份、抗氧剂8?9份;所述的热稳定剂为钡锌稳定剂;所述的抗氧剂为抗氧剂264。
[0026]本发明一种复合薄膜开关，由所述的多个薄膜开关整合在一个封装里。
[0027]优选地，所述复合薄膜开关还包括带有智能控制逻辑的智能开关。
[0028]本发明一种制备薄膜开关的方法，其特征在于:通过真空沉积、印刷、喷雾或旋压工艺，在的支持基质上形成导体层和绝缘体层。
[0029]与现有技术相比，本发明的发明点体现如下:
[0030](I)，利用薄膜的导体-绝缘体-导体式的以反熔丝为基础的电容器作为关断开关，通过在上下导体加特定电压将绝缘体击穿形成永久通道，从而使开关导通。该薄膜开关具有超薄外形、超小形状因数、非常轻、极低功率、低成本;上千个这样的开关能够轻松的整合到一个单一的封装(package)里;具有智能控制逻辑的智能开关能够整合到一个单一的封装里。
[0031](2)，本发明对于导体-绝缘体-导体式的结构和组成做了进一步深入的研究，选取了具有高导电效果的组合物作为导体层;并选择具有多种物质复合而成的组合物作为绝缘体层，该类似电容器的结果，电容能力大，其对于高压承受能力也较强，使得该薄膜开关耐用且能承受高压。
[0032]下面结合附图对发明的一种薄膜开关及其制备方法作进一步说明。
【附图说明】
[0033]图1本发明一种薄膜开关的结构示意图；
[0034]图2是图1所示一种薄膜开关的微距示意图。
【具体实施方式】
[0035]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0036]实施例1:
[0037]如图1所示，一种薄膜开关，所述薄膜开关利用薄膜的导体-绝缘体-导体式的以反熔丝为基础的电容器作为关断开关，换句话说，本发明包括面板、上电路、隔离层、下电路，所述上电路、隔离层、下电路分别采用导体层、绝缘体层、导体层。
[0038]所述导体层包括金属单质招、金属单质铜、金属单质钛、金属单质妈、TiN(氮化钛)、TaN(氮化铊)、掺杂的多晶硅、铝钨合金、导电的无机/有机高分子聚合物，单层石墨烯；导体的电阻为0.5 Ω。
[0039]所述绝缘体层包括如下组分:Al2Ο3、Hf 02、单层石墨稀、Si02、Si3N4、多层复合的Si02/Si3N4/Si02、塑料;绝缘体层的电阻为56ω。
[0040]上述薄膜开关的制备方法，通过真空沉积、印刷、喷雾、旋涂(spinon)、电镀工艺中的任何一种工艺，在不同的支持基质上形成导体层和绝缘体层。导体/绝缘体/导体堆叠厚度为Imm0
[0041 ]所述薄膜开关为单一薄膜开关。
[0042]进一步地，如图2所示，本发明包上电路、隔离层、下电路分别采用导体层、绝缘体层、导体层的材料分别为AL、AL203、Ti，其底层可为Si。图2中的丝，它是通过介电薄膜的导电沟道。它是在电介质击穿而形成。它一旦形成，开关导通。
[0043]实施例2:
[0044]本实施例2与实施例1的不同之处在于:一种薄膜开关，所述薄膜开关利用薄膜的导体-绝缘体-导体式的以反熔丝为基础的电容器作为关断开关。所述导体为金属。
[0045]所述导体层包括金属单质钨，TiN(氮化钛)、TaN(氮化铊)、TiSi2(二硅化钛)，掺杂的多晶硅，导电的无机/有机高分子聚合物，单层石墨烯;导体的电阻为0.1 Ω。
[0046]所述绝缘体层包括如下组分:Al2O3和Hf O2，单层石墨烯，塑料;绝缘体层的电阻为66Ω。
[0047]上述薄膜开关的制备方法，通过真空沉积工艺，在不同的支持基质上形成导体层和绝缘体层。导体/绝缘体/导体堆叠厚度小于5mm,例如为2mm。
[0048]所述薄