Mikroprzełączniki MS1 sterowane polem magnetycznym, wykonane w technologii MEMS

Konstrukcja MS1

Rys. 1. Budowa mikroprzełącznika MS1

Rys. 2. Zasada działania mikroprzełącznika MS1

Elementem ruchomym mikroprzełącznika jest galwanicznie naniesiona na krzemowe podłoże warstwa ferromagnetyka w postaci stopu FeNi o grubości 8μm. Płytka ta w chwili pojawienia się zewnętrznego pola magnetycznego zwiera kontakty elektryczne. Stan przełącznika (zwarty–rozwarty) jest determinowany przez kierunek linii sił pola magnetycznego.

Budowę mikroprzełącznika MS1 przedstawiono na rysunku 1. Pod wpływem zewnętrznego pola magnetycznego płytka ferromagnetyka jest magnesowana zgodnie z kierunkiem linii sił pola magnetycznego. Następuje zwarcie lub rozwarcie styków. Zmiana kierunku linii sił pola magnetycznego powoduje zmianę kierunku namagnesowania płytki ferromagnetyka i zmianę stanu styków przełącznika.

Rys. 3. Wymiary mikroprzełącznika MS1

Rys. 4. Mikroprzełącznik z magnesem ruchomym

Przełączenie następuje w chwili, gdy środek ruchomego magnesu przesuwa się poza środek mikroprzełącznika. Schematycznie zasadę działania MS1 zamontowanego na płytce PCB przedstawiono na rysunku 2. W tabeli 1 zamieszczono jego podstawowe parametry. Do zalet mikroprzełączników MS1 należy zaliczyć:

• małe straty mocy,
• dużą skalę integracji,
• dużą precyzję przełączania,
• małą histerezę,
• małe wymiary styków,
• możliwość montażu powierzchniowego,
• szeroki zakres temperatur pracy od –40°C do +150°C,
• zgodność z wymogami dyrektywy RoHS.

Przykładowe zastosowania

Tabela 1. Podstawowe parametry mikroprzełącznika MS1

Na rysunku 4 przedstawiono strefy zwarcia i rozwarcia styków mikroprzełącznika sterowanego magnesem neodymowym NdFeB o wymiarach 3×3×1mm. Odległość magnesu od mikroprzełącznika wynosi 2mm. Stan styków przełącznika determinuje obecność pola magnetycznego. W wielu przypadkach matryca mikroprzełącznika nie zawsze może pozostawać pod wpływem pola magnetycznego ruchomego magnesu.

W tym przypadku stosuje się magnes polaryzujący umieszczony pod płytką PCB. Podane na rysunku wielkości stref zwarcia i rozwarcia styków MS1 oraz położenie tych stref są pochodną wymiarów magnesów i ich odległości od mikroprzełącznika. W tym przypadku magnes ruchomy NdFeB charakteryzuje się wymiarami 3×1×1mm i szerokością szczeliny 2mm.

Magnes polaryzujący NdFeB charakteryzuje się wymiarami 2×2×1mm i szerokością szczeliny (równą grubości płyty PCB) 0,8mm. Strefa zwarcia styków wynosi 2mm. Mikroprzełącznik MS1 zamontowany na płytce PCB przedstawiono na rysunku 6.

Rys. 5. Mikroprzełącznik z magnesem polaryzującym

Rys. 6. Widok płytki PCB z zamontowanym mikroprzełącznikiem MS1

Podsumowanie

W artykule przedstawiono nowe możliwości zastosowań mikroprzełączników wykonanych w technologii MEMS. Mogą one znaleźć zastosowanie tam, gdzie decydującymi parametrami są miniaturyzacja i niezawodność działania w trudnych warunkach środowiskowych. Prosimy o kontakt: directors@dolam.pl.

Dolam SA
www.dolam.pl