RedRock MEMS传感器以及高纵横比微细加工（HARM）的使用

本白皮书是Coto Technology对新兴簧片传感技术的讨论。该传感器具有传统干簧开关的最佳功能，并结合了MEMS处理的固有优势。本文还讨论了RedRock MEMS传感器以及高纵横比微细加工（HARM）的使用。

介绍

自75年前，贝尔实验室的科学家发明了簧片开关以来，它一直是一种广泛使用的传感技术，他们一直在寻找对电话交换器中笨拙的机电继电器进行改进的方法。但是，在那75年中，至少直到现在，它的设计几乎没有改变。传统的簧片传感器仍然由两个弹性黑色金属刀片组成，这些刀片密封在玻璃管中，其尖端之间的间隙很小。（图1）将永磁体或导线的载流线圈靠近，使叶片磁化并相互吸引，从而完成两个叶片之间的电路。尽管简单，但干簧传感器仍具有许多优势。它们坚固耐用，可以根据其尺寸切换高功率；它们是密封的，因此可以保护触点免受污染，与机电式电枢继电器不同；而且它们不像某些固态开关那样容易受到静电放电的损害。数十亿的干簧传感器和干簧继电器已用于各种系统中，例如自动测试设备（ATE），汽车，洗衣机，行星际探头，助听器和便携式计算机。

簧片开关从1940年到2015年

但是，干簧传感器有两个缺点。它们的制造成本相对较高，并且无法进一步缩小。在1940年，它们的长度为50毫米，而现在已降至约5毫米，虽然小得多，但对于许多新兴应用来说却太大了。但是现在，微细加工将彻底改变干簧传感器的制造方式。自从智能电话，平板电脑和大量其他个人便携式电子设备问世以来，电子组件不得不缩小以启用和测试这种技术。簧片传感器也不例外。结果，非常需要比现有类型小得多的磁簧传感器，该磁簧传感器可以处理相似的开关功率，并且可以通过表面安装附接到电路板上。表面贴装技术（SMT）组件已经取代了通孔零件，因为它们具有更高的包装密度，并且能够使用自动拾放机械进行安装，而传统的干簧传感器却无法适应不断变化的时代。本白皮书介绍了由Coto Technology开发的一种新型干簧传感器，它填补了这一空白。在本白皮书中，我们将术语“干簧传感器”与“干簧继电器”区分开来。基于磁簧开关技术的传感器是一种独立的设备，可以通过磁铁，载流线圈或两者的组合进行操作。磁簧继电器将磁簧开关和线圈组合为一个组件。本白皮书介绍了由Coto Technology开发的一种新型干簧传感器，它填补了这一空白。在本白皮书中，我们将术语“干簧传感器”与“干簧继电器”区分开来。基于磁簧开关技术的传感器是一种独立的设备，可以通过磁铁，载流线圈或两者的组合进行操作。磁簧继电器将磁簧开关和线圈组合为一个组件。本白皮书介绍了由Coto Technology开发的一种新型干簧传感器，它填补了这一空白。在本白皮书中，我们将术语“干簧传感器”与“干簧继电器”区分开来。基于磁簧开关技术的传感器是一种独立的设备，可以通过磁铁，载流线圈或两者的组合进行操作。磁簧继电器将磁簧开关和线圈组合为一个组件。

RedRock™，一种新型的干簧传感器

新的Coto RedRock传感器是基于微光刻的磁簧开关。舌簧开关的所有元件和优点都在那里，包括金属刀片，它们在有磁场的情况下会卡在一起并形成完整的电路，并且对涂有钌的触点进行气密密封。但是，自发明簧片开关以来，新传感器首次以完全不同的方式制造。冲压镍铁刀片和密封玻璃管已一去不复返了。取而代之的是一个金属悬臂，它跨接了两个巨大的电隔离金属块，这些金属块充当了磁场放大器，就像传统干簧传感器中的外部引线一样。（图2）悬臂和一个模块之间有一个很小的间隙–来自外部磁体的磁通在该间隙中累积，并将悬臂拉到与模块电接触。触头涂有钌，以实现最大的触头寿命。

RedRock™传感器的内部结构和外观

构造新传感器的关键是使用光刻生产的牺牲模具，使簧片传感器叶片从传感器的陶瓷底座向上生长的方式。该模具及其平行壁的精确尺寸可确保将簧片传感器叶片的厚度和接触间隙控制在几分之一微米的范围内。图3示出了典型的HARM微制造结构。这比常规干簧传感器的叶片冲压和玻璃密封过程所能达到的精度要高得多。进而，这种精确的尺寸控制导致了不同传感器之间传感器闭合灵敏度的更高再现性。这类制造称为“高深宽比微制造”或HARM，正是这种传感器结构相对于传感器基板垂直生长的方式使这项新技术与平面MEMS传感器区别开来。要解释这种差异，需要简要讨论MEMS或MicroElectroMechanical Systems设备。

高长宽比超细结构

危害–背景

让我们看一下干簧传感器设计的一些背景，以说明为什么HARM是构建磁控传感器的绝佳方法。所有干簧传感器都具有一个或两个柔性金属刀片，这些刀片在磁化后会被吸引在一起，从而形成电路。施加更强的磁场，如果叶片没有被太多的磁通量饱和而无法再承载，则叶片会更加牢固地吸引在一起（如果这是BIG，则为BIG）。发生这种情况时，无论施加多强的磁场，都不会再对触点施加力。正如我们将要展示的，簧片传感器中的接触力在很大程度上取决于到达触点之间间隙的磁通量。打个比方；簧片传感器的叶片就像水管的磁力一样，通过太窄的管道来限制流量，无论您施加多大的压力（磁力），水（助焊剂）都会缓慢滴入。因此，您希望使簧片传感器叶片的横截面面积尽可能大，以使大量的磁通量通过并获得最大的接触力。但是，不要使它们过厚，或者像设计不当的跳水板一样，它们会变得太硬而无法利用磁力弯曲它们。诀窍是通过加宽叶片来使横截面尽可能大，而不会使它们变厚。宽刀片与窄刀片一样灵活，只要其厚度相同即可。它的弹簧常数简单地与其宽度成正比地增加。

编辑：hfy