Тимошенков С П *, Калугін В В *, Клочко А В *, Калугіна І В *, Зотов С А *, Прокопєв Є П *** Московський державний інститут електронної техніки (технічний університет)

Проїзд 4806, д 5, м Москва, 124498, Росія тел: 495-5329968, e-mail: spt@chemru ** ΦΓΎΠ ГНЦ РФ Інститут теоретичної та експериментальної фізики ім А І Алиханова Б Черемушкинская вул, Д25, м Москва, 117218, Росія

Анотація – Розроблено технологічні процеси отримання мікромеханічного реле з електростатичним принципом управління Складена технологічна схема виготовлення мікромеханічного реле з використанням групового способу збирання Отримані результати передбачається використовувати при виробництві НВЧ приладів

I                                       Введення

Науково-технологічний потенціал електронної промисловості в розробці і виробництві НВЧ приладів дозволяє ефективно вирішувати складні завдання в самих різних галузях життя людини: для перспективних систем радіолокації, навігації та телекомунікацій військового і цивільного призначення Реле мають широку область застосування, наприклад, в якості перемикачів, для комутації струмів, вбудовуються в пристрої автоматичного управління в якості пристрою вводу-виводу Звичайне електромеханічне реле мають відносно великий розмір Фактично вони можуть займати до 80% місця на друкованих платах [1] Для комутації таких реле потрібно приблизно 150 мВт, і ця потужність повинна забезпечуватися додатковими питающими схемами, для яких потрібно вільний простір Виріб з великою кількістю реле має суттєві недоліки з точки зору споживання енергії та займаної площі Одним з варіантів вирішення проблем є мікромеха-ническое реле на базі технологій виготовлення мік-ромеханіческіх систем (МЕМС) Мікромеханічного реле забезпечує ряд переваг в порівнянні з традиційним електромеханічним реле Вони мають невеликий розмір, малий час комутації, споживають невелику потужність У порівнянні з напівпровідниковими пристроями, наприклад транзисторами, мікромеханічного реле мають перевагу у високому опорі в розімкнутому стані Висока надійність полягає у великій кількості робочих циклів Деякі конструкції витримують до 10 ® циклів перемикань [2] Мікромеханічного реле призначене для застосування в апаратурі наведення і навігації, в системах управління, в телекомунікаційній техніці т д У цілому, технологія виготовлення елементів МЕМС, включаючи мікромеханічного реле, заснована на операціях, складових технологію напівпровідникових приладів і ІС, вона все ж має безліч суттєвих особливостей, які при розробці конкретних мікромеханічних структур і систем доводиться враховувати

II                              Основна частина

Для досліджень в рамках цієї роботи була обрана конструкція мікромеханічного реле балочного типу з електростатичним принципом управління На рис 1 представлена ​​схема мікромеханічного реле, отриманого в результаті техноло

Рис 1 Схема конструкції реле (1 – якір, 2 – статор)

гической опрацювання Реле є чіп у бескорпусном виконанні, що складається з якоря (1) і статора (2)

Fig 1 The construction scheme ofthe relay (1 – mobile element, 2 – non-mobile element)

Якір являє собою рухливий елемент балочного типу розміром 1,6 x3, 2 мм, виготовлений з монокристалічного кремнію Гнучкість якоря забезпечується товщиною рухомої частини конструкції, обраної з урахуванням механічних властивостей кремнію

Статор являє собою кремнієву пластину розміром 3,4 x4, 9 мм з шаром металізації, що складається з трьох електродів з зовнішніми контактними майданчиками для підєднання реле до електричної схемі пристрою, для якого призначене реле Електрод Е1 призначений для монтажу якоря на статор, при цьому він є загальним електродом для подачі робочого (управителя) напруги і комутації струму Шар металізації ізольований від кремнієвої пластини двошаровим діелектриком на основі оксиду кремнію і нітриду кремнію

Решта електроди забезпечують працездатність реле, принцип дії якого полягає в подачі робочої напруги на електроди Е1 і ЕЗ (на датчик приводу реле) і комутації струму на електродах Е1 і Е2 через контактну групу, утвореної електродом Е2 і металевим контактом, розташованим на рухомої частини якоря

Збірка реле здійснювалася груповим способом і проводилася в такій послідовності

1 Поєднання пластин з чіпами якоря і статора здійснювалося з використанням спеціалізованої оснастки

2 Дифузійна зварювання пластин з чіпами якоря і статора здійснювалася на лабораторній установці на основі установки вакуумного напилення УВН-2 з допрацьованим подколпачним пристроєм

3 Поділ отриманої структури на чіпи реле вироблялося на типовому обладнанні (установка різання напівпровідникових пластин ЕМ-225)

На рис 2 приведена електрична схема реле

Рис 2 Електрична схема реле (К – контактна група, С – датчик приводу реле)

Fig 2 The electrical scheme of the relay (K – contact group, С – sensor of the relay drive)

В результаті проведеної роботи були виготовлені макетні зразки мікромеханічного реле з електростатичним принципом управління

Розбраковує реле проводилася за наступними критеріями:

– по відсутності короткого замикання в датчику приводу реле

– по наявності зміни ємності при збільшенні напруги, що подається на датчик приводу реле (якір повинен зміщуватися)

– по відсутності зламів на кривій залежності готівка ряже н і е-е м кістку

Слід зазначити, що перші два критерії мають обєктивний характер Для третього критерію з-за неможливості обліку вкладу паразитних складових ємності дуже складно визначити кількісну оцінку Крім того, він не повязаний безпосередньо з основними технічними параметрами реле Проте, третій критерій достовірно відображає стан зазору в реле (відсутність сторонніх часток, стан поверхні шару металізації) і тому пропонована методика контролю може бути використана у складі межопераці-онного контролю

III                                  Висновок

На основі розрахункових даних зроблено вибір базової конструкції мікромеханічного реле з електростатичним принципом управління із заданими характеристиками та технологічними вимогами

Розроблено модернізована конструкція мікромеханічного реле з електростатичним принципом управління за результатами випробування базової конструкції реле

Виготовлені макетні зразки мікромеханічного реле з електростатичним принципом управління для отримання приладів НВЧ

IV                           Список літератури

[ЦАББ Ревю № 32003 С44-46

[2] Гридчин А Мікроелектромеханічні реле: технологія

найближчого майбутнього / / Електронні компоненти, 2003,

№ 7

RESEARCH AND MANUFACTURE OF THE MICROMECHANICAL RELAY FORVHF DEVICES

Timoshenkov S P*, Kalugin V V*, Klochko A V*, Kalugina I V*, Zotov S A *, Prokop’ev E P**

*The Moscow Institute of Electronic Technology (Technical University)

Proezd 4806, Bldg5, Moscow, 124498, Russia Ph: 495-5329968, e-mail: spt@mieeru **State Science and Research Center of the Russian Federation Alikhanov Institute for Theoretical and Experimental Physics

B  Cheremushkinskaja Str, 25, Moscow, 117218, Russia

Abstract – Technological processes of manufacturing of the micromechanical relay with an electrostatic principle of management are developed The technological scheme of manufacturing of the micromechanical relay with use of a group way of assembly is realized The results received are supposed to be used in manufacturing ofthe VHF devices

I                                         Introduction

The relays have a wide range of applications, for example, switches for current commutations they can be used in devices of automatic control as the input-output device The usual electromechanical relay has comparatively big size One of solutions of problems is micromechanical relay on the base of technologies for micromechanical systems (MEMS) manufacturing The micromechanical relay provides a number of advantages in comparison with the traditional electromechanical relay They have a small size, short time of switching, they consume not much power In comparison with semi-conductor devices, for example transistors, the micromechanical relays have advantage of high resistance in disconnected condition High reliability comprises in a plenty of running cycles

II                                        Main Part

For researches within the present work the construction of the micromechanical relay with an electrostatic principle of management has been chosen The size of the mobile element is 16 X 32 mm it is made of monocrystal silicon Flexibility of mobile element is provided by thickness of silicon The construction is chosen using mechanical properties of silicon Non-mobile element represents a silicon plate ofthe size 34 x 49 mm with a layer of metallization consisting of three electrodes with external contact platforms for connection of the relay to the electric circuit ofthe device which is intended to use the relay

Assembly ofthe relay was carried out by group way The further check in ofthe relay was made under the following criteria:

–        on absence of short circuit in the sensor ofthe relay drive,

–        on presence of change of capacity at increase in the voltage submitted on the sensor ofthe relay drive (the mobile element should be displaced),

–        on absence of breaks on curve dependence pressure – capacity

III                                       Conclusion

On the basis of the settlement data the construction of the micromechanical relay with an electrostatic principle of management has been chosen

The modernized design of the micromechanical relay with an electrostatic principle of management by results of test of a base construction ofthe relay is developed

Model samples of the micromechanical relay with an electrostatic principle of management for reception of the VHF devices are made

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2006р