PILZ电磁继电器微型化的研究
近年来,各种电子设备越来越多地使用集成电路。如果PILZ电磁继电器与集成电路不能兼容,势必会限制PILZ电磁继电器的应用范围及其进一步发展,反之,集成电路也会失去这种优良的输出元件,对电子设备的发展不利。因此,弄清PILZ电磁继电器与集成电路能否协同工作,以及需要具备什么样的条件才能协同工作,都是很多电路设计师所关心的问题,也是制造PILZ电磁继电器与集成电路的技术人员应该重视的问题。

PILZ电磁继电器微型化的研究
PILZ微继电器具有体积小、重量轻、成本低等优点。与静电等其它驱动方式相比,电磁驱动的驱动力大、行程远,可实现无接触驱动,与微电子加工工艺兼容,具有巨大的研究价值与应用前景。通过模态与谐响应分析过程,建立了PILZ电磁继电器整机有限元模型,分析、验证了整机结构的传振路径。通过分析结构中关键位置的振动加速度响应曲线及触头接触力的响应曲线,确定了安装耳固定的*位置。同时,分析了整机重心位置对触头接触性能的影响。所得结论对于PILZ电磁继电器抗振性能的提高具有实用价值。设计了一种新结构的微PILZ电磁继电器,它由电磁驱动芯片与可活动悬臂梁两部分组成。我们制作的器件有如下特点:尺度小,集成度高,表面积仅1mm×1mm;使用双层铜线圈与中央铁芯磁化的方法来增强电磁作用力;采用聚酰亚胺作为绝缘层;采用线圈外部“回”型衬底和一端固定的活动悬臂梁新型结构。以某平衡力式继电器为例,对其静、动态特性进行了仿真分析,在此基础上采用蒙特卡洛方法生成了继电器虚拟样本。通过对不同继电器下位特性参数所对应虚拟样本的统计特征分析,研究了下位特性参数波动对继电器输出特性的影响,进而确定影响继电器批次产品*性的关键参数。研究结论可为该类型继电器产品的*性设计提供参考,相关方法亦可推广应用于其他继电器或机电类产品的质量设计与工艺控制中。采用基本磁路原理初步分析了本文所设计的电磁驱动平面线圈微继电器。考虑气隙中漏磁通,感应磁动势的分布效应,与软磁材料相对磁导率的非线性这几方面的影响,基于分段磁路的方法建立了器件的磁路模型。用Matlab编程,计算比较了铁芯高度、活动悬臂梁厚度与工作气隙宽度等结构参数对器件性能的影响,悬臂梁厚度是影响器件性能的关键因素。得到优化的结构参数,为器件的工艺制作提供理论参考。通过多次光刻、电镀的微电铸工艺同聚酰亚胺绝缘层工艺制作底层驱动芯片,用反面套刻来提高对准精度。

PILZ电磁继电器微型化的研究
在活动悬臂梁的制作上,实验比较了“释放梁”与“倒装法”两种制作方案,选用“倒装法”的硅体湿法刻蚀与金属电镀制作了活动悬臂梁。详细介绍了光刻、电镀、刻蚀、聚酰亚胺甩、磨等微加工工艺,伴随器件微型化可能带来的问题及相应的解决方案。验证了器件微型化设计与加工制作的可行性。