RedRock MEMS傳感器以及高縱橫比微細加工（HARM）的使用

本白皮書是Coto Technology對新興簧片傳感技術(shù)的討論。該傳感器具有傳統(tǒng)干簧開關(guān)的最佳功能，并結(jié)合了MEMS處理的固有優(yōu)勢。本文還討論了RedRock MEMS傳感器以及高縱橫比微細加工（HARM）的使用。

介紹

自75年前，貝爾實驗室的科學家發(fā)明了簧片開關(guān)以來，它一直是一種廣泛使用的傳感技術(shù)，他們一直在尋找對電話交換器中笨拙的機電繼電器進行改進的方法。但是，在那75年中，至少直到現(xiàn)在，它的設(shè)計幾乎沒有改變。傳統(tǒng)的簧片傳感器仍然由兩個彈性黑色金屬刀片組成，這些刀片密封在玻璃管中，其尖端之間的間隙很小。（圖1）將永磁體或?qū)Ь€的載流線圈靠近，使葉片磁化并相互吸引，從而完成兩個葉片之間的電路。盡管簡單，但干簧傳感器仍具有許多優(yōu)勢。它們堅固耐用，可以根據(jù)其尺寸切換高功率；它們是密封的，因此可以保護觸點免受污染，與機電式電樞繼電器不同；而且它們不像某些固態(tài)開關(guān)那樣容易受到靜電放電的損害。數(shù)十億的干簧傳感器和干簧繼電器已用于各種系統(tǒng)中，例如自動測試設(shè)備（ATE），汽車，洗衣機，行星際探頭，助聽器和便攜式計算機。

簧片開關(guān)從1940年到2015年

但是，干簧傳感器有兩個缺點。它們的制造成本相對較高，并且無法進一步縮小。在1940年，它們的長度為50毫米，而現(xiàn)在已降至約5毫米，雖然小得多，但對于許多新興應用來說卻太大了。但是現(xiàn)在，微細加工將徹底改變干簧傳感器的制造方式。自從智能電話，平板電腦和大量其他個人便攜式電子設(shè)備問世以來，電子組件不得不縮小以啟用和測試這種技術(shù)?；善瑐鞲衅饕膊焕狻＝Y(jié)果，非常需要比現(xiàn)有類型小得多的磁簧傳感器，該磁簧傳感器可以處理相似的開關(guān)功率，并且可以通過表面安裝附接到電路板上。表面貼裝技術(shù)（SMT）組件已經(jīng)取代了通孔零件，因為它們具有更高的包裝密度，并且能夠使用自動拾放機械進行安裝，而傳統(tǒng)的干簧傳感器卻無法適應不斷變化的時代。本白皮書介紹了由Coto Technology開發(fā)的一種新型干簧傳感器，它填補了這一空白。在本白皮書中，我們將術(shù)語“干簧傳感器”與“干簧繼電器”區(qū)分開來?；诖呕砷_關(guān)技術(shù)的傳感器是一種獨立的設(shè)備，可以通過磁鐵，載流線圈或兩者的組合進行操作。磁簧繼電器將磁簧開關(guān)和線圈組合為一個組件。本白皮書介紹了由Coto Technology開發(fā)的一種新型干簧傳感器，它填補了這一空白。在本白皮書中，我們將術(shù)語“干簧傳感器”與“干簧繼電器”區(qū)分開來。基于磁簧開關(guān)技術(shù)的傳感器是一種獨立的設(shè)備，可以通過磁鐵，載流線圈或兩者的組合進行操作。磁簧繼電器將磁簧開關(guān)和線圈組合為一個組件。本白皮書介紹了由Coto Technology開發(fā)的一種新型干簧傳感器，它填補了這一空白。在本白皮書中，我們將術(shù)語“干簧傳感器”與“干簧繼電器”區(qū)分開來?；诖呕砷_關(guān)技術(shù)的傳感器是一種獨立的設(shè)備，可以通過磁鐵，載流線圈或兩者的組合進行操作。磁簧繼電器將磁簧開關(guān)和線圈組合為一個組件。

RedRock?，一種新型的干簧傳感器

新的Coto RedRock傳感器是基于微光刻的磁簧開關(guān)。舌簧開關(guān)的所有元件和優(yōu)點都在那里，包括金屬刀片，它們在有磁場的情況下會卡在一起并形成完整的電路，并且對涂有釕的觸點進行氣密密封。但是，自發(fā)明簧片開關(guān)以來，新傳感器首次以完全不同的方式制造。沖壓鎳鐵刀片和密封玻璃管已一去不復返了。取而代之的是一個金屬懸臂，它跨接了兩個巨大的電隔離金屬塊，這些金屬塊充當了磁場放大器，就像傳統(tǒng)干簧傳感器中的外部引線一樣。（圖2）懸臂和一個模塊之間有一個很小的間隙–來自外部磁體的磁通在該間隙中累積，并將懸臂拉到與模塊電接觸。觸頭涂有釕，以實現(xiàn)最大的觸頭壽命。

RedRock?傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外觀

構(gòu)造新傳感器的關(guān)鍵是使用光刻生產(chǎn)的犧牲模具，使簧片傳感器葉片從傳感器的陶瓷底座向上生長的方式。該模具及其平行壁的精確尺寸可確保將簧片傳感器葉片的厚度和接觸間隙控制在幾分之一微米的范圍內(nèi)。圖3示出了典型的HARM微制造結(jié)構(gòu)。這比常規(guī)干簧傳感器的葉片沖壓和玻璃密封過程所能達到的精度要高得多。進而，這種精確的尺寸控制導致了不同傳感器之間傳感器閉合靈敏度的更高再現(xiàn)性。這類制造稱為“高深寬比微制造”或HARM，正是這種傳感器結(jié)構(gòu)相對于傳感器基板垂直生長的方式使這項新技術(shù)與平面MEMS傳感器區(qū)別開來。要解釋這種差異，需要簡要討論MEMS或MicroElectroMechanical Systems設(shè)備。

高長寬比超細結(jié)構(gòu)

危害–背景

讓我們看一下干簧傳感器設(shè)計的一些背景，以說明為什么HARM是構(gòu)建磁控傳感器的絕佳方法。所有干簧傳感器都具有一個或兩個柔性金屬刀片，這些刀片在磁化后會被吸引在一起，從而形成電路。施加更強的磁場，如果葉片沒有被太多的磁通量飽和而無法再承載，則葉片會更加牢固地吸引在一起（如果這是BIG，則為BIG）。發(fā)生這種情況時，無論施加多強的磁場，都不會再對觸點施加力。正如我們將要展示的，簧片傳感器中的接觸力在很大程度上取決于到達觸點之間間隙的磁通量。打個比方；簧片傳感器的葉片就像水管的磁力一樣，通過太窄的管道來限制流量，無論您施加多大的壓力（磁力），水（助焊劑）都會緩慢滴入。因此，您希望使簧片傳感器葉片的橫截面面積盡可能大，以使大量的磁通量通過并獲得最大的接觸力。但是，不要使它們過厚，或者像設(shè)計不當?shù)奶逡粯樱鼈儠兊锰捕鵁o法利用磁力彎曲它們。訣竅是通過加寬葉片來使橫截面盡可能大，而不會使它們變厚。寬刀片與窄刀片一樣靈活，只要其厚度相同即可。它的彈簧常數(shù)簡單地與其寬度成正比地增加。

編輯：hfy