开关通常是电控制的双稳态器件，用于打开和关闭接触，从而实现电 子或光学电路中器件的操作。继电器举例来说通常充当开关，来启动或停 用(deactivate)电子、光学或其它装置的部分。继电器通常用在很多应用 中，包括电信、射频(RF)通信、便携式电子产品、消费和工业电子产品、 航空和航天和其他系统中。近来，光开关(此处也称为“光继电器”或简 单地称为“继电器”)已经用于将光信号从一条路径切换到另一条路径。
尽管早期的继电器是机械或固态装器件，但在微机电系统(MEMS) 技术和微电子制造中的最新发展已经使得微静电和微磁继电器成为可能。 这种微磁继电器通常包括给电枢通电以进行电接触或断开电接触的电磁 体。当将磁体断电时，弹簧或其它机械力通常使电枢复位到其静止位置。 然而，这种继电器通常呈现很多显著的缺点，这些缺点在于，它们通常仅 呈现单个稳定输出(即，静止状态)，且它们没有闭锁(即，在从继电器 去除电力时它们没有保持不变输出)。此外，传统的微磁继电器所需要的 弹簧可能随着时间的流逝而降级或断裂。
非闭锁微磁继电器是已知的。所述继电器包括永磁体和电磁体，所述 电磁体用于产生与永磁体产生的场断续反向的磁场。继电器消耗电磁体中 的电力，以保持输出状态的至少之一。此外，产生反向场所需要的电力将 是很大的，从而使得继电器在空间、便携式电子产品和其它需要低功耗的 其它应用中的使用是不理想的。
闭锁微磁开关的基本元件包括永磁体、基板、线圈和至少部分由软磁 材料制成的悬臂。在其最佳构造中，永磁体产生与悬臂的水平面大致垂直 的静态磁场。然而，具有典型的规则形状(圆盘、正方形等)的永磁体产 生的磁力线不必垂直于平面，特别在磁体边沿处更是如此。接着，由于永 磁体造成的磁场的水平分量可消除双稳态的其中之一，或极大地增加将悬 臂丛一个状态切换到另一状态所需要的电流。永磁体相对于悬臂精细对准 以便将悬臂设置在永磁场的右边中(常常在中心附近)将允许双稳态，并 使开关电流最小。然而，如果对准容错较小，则产生大体积开关变得困难。
希望有一种包括微磁开关的电机装置，其中所述微磁开关是可靠的， 设计简单的，并易于制造的。因此，进一步希望有用于制造电机装置的改 进方法和系统。

本发明中描述了用于装配和制造层压机电系统、结构和装置的方法和 系统。在第一方面，提供了装配机电结构的系统和方法。使一叠结构层对 准。所述堆叠包括至少一个其中形成有可移动件的结构层。所述堆叠的每 个层都附加到所述堆叠的相邻结构层上。
可将许多类型的结构层放置在堆叠中。一方面，将包括永磁体的结构 层放置在堆叠中。另一方面，将包括高渗透性磁性材料的结构层放置在堆 叠中。又一方面，将包括电磁体的至少部分的结构层放置在堆叠中。再一 方面，将上面形成有至少一个电接触区的结构层放置在堆叠中。可将其它 类型的结构层放置在堆叠中。
可移动件可以是微机械可移动件。另一方面，将包括微机械可移动件 的第一结构层放置在堆叠中。
另一方面，通过将具有可移动件的结构层放置在开口通过的第二结构 层和开口通过的第三结构层之间，可在堆叠中形成空腔。可将空腔形成为 使得可移动件在工作期间能在空腔中移动。
在又一方面，形成多个结构层。
在另一方面，根据本文中描述的方法和系统装配或形成一个或多个层 压机电结构。这些结构形成可在彼此上垂直堆叠和/或侧向隔开的装置。 在任一情形下，所述装置能被电和/或光耦合以形成电路。可选地，它们 可被耦合(电耦合和/或光耦合)到其他分立或集成电路。
在阅读以下对本发明的详细描述后，这些和其它目的、优点和特性将 变得更加显然。
附图说明
附图合并在本说明中并形成说明书的部分，图示本发明，且与描述一 起进一步用以说明本发明的原理，和用以使相关领域的技术人员制造和使 用本发明。
图1A-1C示出根据本发明的实施例的层压机电系统的侧视图。
图2A示出图1A-1C中所示的层压机电系统的分离层的侧视图。
图2B示出图1A-1C中所示层压机电系统的悬臂组件的顶视图。
图3A示出根据本发明的层压机电系统的分离层，其中所述分离层可 被装配以形成用于可移动件的空腔。
图3B示出根据本发明的实例实施例图3A中所示的分离层连接在一 起。
图4示出由本发明的装配工艺形成的结构，其中所述装配工艺将开关 与其它部件集成在一起。
图5示出通过本发明的装配工艺形成的结构，其中所述装配工艺将开 关与内顶面上的触点集成在一起。
图6示出根据本发明的实施例通过本发明的装配工艺形成的结构，所 述结构包括垂直集成的多个开关和/或其它元件。
图7A和7B示出根据本发明的实例实施例可用在层压机电系统中的感 应器层。
图8示出根据本发明的实例实施例用于形成或装配层压机电结构的流 程图。
图9A和9B分别是开关的示意性实施例的侧视图和顶视图。
图10示出产生双稳态的原理。
图11示出在两种具有不同磁导率的材料之间的边缘处的磁场(H)的 边界条件。
图12A示出根据本发明的实施例的实例可移动元件层，所述可移动元 件层包括能在可移动元件层中横向移动的可移动元件。
图12B示出根据本发明的实施例的层压机电系统的截面图，所述层压 机电系统包括图12中所示的可移动元件层。
现在将参看附图描述本发明。在附图中，相同附图标记表示相同的或 功能上类似的元件。另外，附图标记的最左数字表示其中附图标记首次出 现的附图。

导言
应意识到，本文中示出和描述的具体实施方式仅为本发明的实例，而 不是为了以任何方式限制本发明的范围。事实上，为了简洁起见，在本文 中没有详细描述传统电子产品、制造、层压电机和MEMS技术以及所述 系统的其它功能方面(和所述系统的各个操作部件的部分)。并且，为了 简洁起见，本发明频繁描述了用在电气或电子系统中的微电机继电器。应 意识到，本文中描述的制造技术可用于产生机械继电器、光继电器、任何 其它开关装置和其它部件类型。并且，所述技术适于在电气系统、光学系 统、消费电子产品、工业电子产品、无线系统、空间应用或任何其它应用 中。
在本领域中经常可交换地使用术语芯片、集成电路、单片机、半导体 器件和微电子器件。本发明适用于通常在本领域中想到的所有上述应用 中。
术语金属线、传输线、互连线、迹线(TRACE)、导线、导体、信号 通道和信号介质全都涉及到。上面列出的相关术语通常是可交换的，且以 从具体到一般的顺序显示。在本领域中，金属线有时是指迹线、导线、线 路、互连或仅为金属。一般为铝(AL)、铜(CU)或AL与CU的合金的金 属线是导体，用来提供用于使电路耦合或互连的信号路径。不同于金属的 导体可用于微电子器件中。例如掺杂多晶硅、掺杂单晶硅(不管这种掺杂 是否通过热扩散或离子注入获得，常常简称为扩散)、钛(TI)、钼(MO) 和难熔金属自毁(SUICIDE)等物质是其它导体的实例。
术语触点和通孔均是指不同互连等级的导体的电连接结构。这些术语 有时用在本领域中描述其中将完成结构的绝缘体中的开口和完成的结构 自身。为了本批露物的目的，触点和通孔是指完成的结构。
如本文中所用，术语垂直是指与基板的表面大致正交。此外，应理解， 这里作出的空间描述(例如，“上面”、“下面”、“上”、“下”、“顶部”、“底 部”)仅用于说明目的，且实际的闭锁继电器可以任何方向或方式设置。
在SHEN等人在国际专利公开物WO0157899(名称为电子开关闭锁微 磁继电器及其操作方法)和WO0184211(名称为电子微磁闭锁开关及其操 作方法)中，对上述微磁闭锁开关进一步进行了描述。这些专利出版物提 供了微磁闭锁开关的详细背景。此外，在WO0157899和WO0184211中披 露的开关细节也适用于实施下面描述的本发明的开关实施例。
层压机电系统
本发明涉及层压机电系统(LEMS)和结构。在本发明的层压机电系 统和结构中，形成各种具有预定图案的材料层。这些层彼此对准，且层压 在一起或堆积起来，以形成多层结构或堆叠。可移动机械元件通过在堆叠 中产生空腔设置有空间，以在堆叠中移动。为了产生空腔，具有开口的层 在具有可移动件的层的一侧或两侧上对准。在将各个层层压到一起后，允 许可移动件在所形成的空腔中自由移动。
本发明可包括任何类型的致动机构来控制可移动机械元件的移动。实 例可适用的致动机构包括电气、静电、磁、热和压电致动机构。注意到为 了说明目的，本文中将具有磁性致动机构的微机械闭锁开关作为层压机电 系统或结构进行了描述。根据本文中的教导可理解，也可将具有其它致动 机构的开关作为层压机电系统或结构进行描述。
本发明的层压机电系统和结构提供了许多优点。本发明的一个优点包 括低成本。用于本发明的各层的材料是相对廉价的传统材料。传统技术可 用于在各层中形成图案，包括丝网印刷、蚀刻(例如光刻或化学蚀刻)、 喷墨印刷和其它技术。并且，传统的层压技术可用于将各层连接在一起。
本发明的另一优点是其较易制造。形成本发明的各层。接着仅将各层 对准和彼此连接。不需要复杂的连接机构。如上所述，传统技术可用于连 接各层。并且，可在包括大量器件的大薄片(SHEET)中形成层压机电系 统和结构，以提供规模经济。
本发明的另一优点是容易将层压机电系统和结构与其它电子元件(例 如，感应器、电容器、电阻、天线图案、过滤器)集成。例如，在将一个 或多个层放置到堆叠中之前，在执行一个或多个层时可在其上形成一个或 多个层。
本发明的再一优点是容易按比例增加或减少层压机电系统的尺寸，从 而更好地处理不同等级的功率。例如可将层压机电系统和结构按比例减少 到微机械结构的等级。这种微机械结构和器件要求少量电力。层压机电系 统和结构也可按比例增加到更大尺寸的结构和器件。
装配根据本发明的层压机电结构
下面将详细描述制造和装配根据本发明的机电系统和结构的实施例。 本文中描述的这些实施方式仅为说明目的，而非限制目的。如此部分中所 述，根据本文中的讲授，本发明的层压机电系统和结构对本领域的技术人 员来说是显然的。
图1A-1C是处根据本发明的实施例的层压机电系统100的图示。图1A 示出层压机电系统100的平面图。图1B和1C示出层压机电系统100的截面 图。为了说明目的，所示出的层压机电系统100包括微磁闭锁开关。然而， 应指出，本文中描述的本发明也适用于制造具有其它致动机构的闭锁开关 和制造其它更大尺寸的微机械器件类型。
如图1A-1C中所示，层压机电系统100包括高磁导率(例如坡莫合金) 层1、具有触点21和22的电磁体或线圈2、底部触点31和32、永磁体4、悬 臂件5和另外的层压层。悬臂件5包括触点53和54、悬臂本体52(例如，由 例如坡莫合金等软磁材料制成)、何触点尖端55和56，且由扭力弯曲部51 支承。悬臂本体52是可移动件，设置在空腔102内，以使其可在闭锁开关 工作期间在触点31和32之间自由切换。在上面已详细描述闭锁开关的实例 操作。
为了制造图1A-1C中所示的闭锁开关，在结构层压层上首先限定和形 成各个图案和开口，或使各个图案和开口与其它材料堆积在一起。这些结 构层在图1A-1C中示出，也在图2A中示出，其中层压机电系统100以部件 分解的形式示出。如图1B和2A中所示，层压机电系统100包括大致由永磁 体4、第一基板层104、第一分隔层106、可移动件层108、第二分隔层110、 线圈层112和第二基板层114形成。图2B示出悬臂件5的平面图。
结构层可由各种材料形成。例如，在本实施例中，结构层可由至少能 弯曲且具有大的表面区域的薄膜形成。可选地，结构层可由其它材料形成。 结构层可以是导电或非导电的。例如，结构层可由无机或有机基板形成， 包括塑料、玻璃、聚合物、介点材料等形成。实例有机基板材料包括：“BT”， 包括称为双马来酰亚胺三嗪的树脂；“FR-4”，为耐火环氧树脂-玻璃布层 压材料和/或其它材料。在导电结构层实施例中，结构层可由金属或金属/ 何进的组合形成，或由其它导电材料形成。
如图1B中所示，结构层对准和堆叠在一起，以形成堆叠116。结构层 利用粘合材料(未示出)在堆叠中彼此连接。粘合材料可以是粘合带或界 面胶层，例如涂覆或位于结构层之间的环氧树脂(例如，B级环氧树脂)。 如果粘合材料需要例如热固化等固化，则可将堆叠116加热到适当温度来 固化粘合材料，和将结构层连接在一起。
如图1B和1C中所示，对准穿过在可移动件层108的任一侧上形成的第 一和第二分隔层106和110的开口，形成空腔102。空腔102允许可移动件层 108的可移动件(例如，悬臂本体52)自由移动，以接触一个或多个电触 点，例如图1A中所示的触点31和32等。在图1A-1C的实例中，触点31和32 在线圈层112上形成。
一个或多个通孔可在结构层中形成，以允许系统100中的元件和系统 100外部的元件之间的电接触。如图1B中所示，例如，通孔41和42分别将 触点区31和32电耦合到在第二基板层114的表面上形成的接触片118和 120。并且，如图1C中所示，通孔122和124将触点53和54电耦合到在第二 基板层114的表面上形成的接触片126和128。通孔可在任何数量的一个或 多个结构层中形成。可使穿过多个层的通孔排成一行，以允许任何结构层 之间的电连接。
注意，尽管在图1A-1C的实施例中示出单个闭锁开关，应理解，多个 微机械器件可在层压层上图案化和成批制造。可使多个微机械器件一起留 下，或可通过切割分开。
图3A示出根据本发明的另一实例实施例的层压机电系统300的分离 层，所述层压机电系统300可被装配以形成用于可移动件的空腔。图3B示 出根据本发明的实例图3A中所示的分离层连接在一起，以形成层压机电系 统300。
注意，也可以与这里描述的工艺类似的工艺制造包括开关、感应器、 电容器、电阻、天线图案等的各种电子元件或部件。例如，图7A和7B示 出包括结构层的层压机电系统700，所述结构层具有感应器704和接地面 702。如图7A中所示，感应器704位于空腔708中。空腔708的开口部分通 过第一和第二分隔层710和712形成。如图7B中所示，感应器704形成为平 面线圈。接地面702与其所处的结构层的平面中的感应器704电绝缘，并环 绕感应器704。多个通孔706A-706D用于将感应器704的末端和接地面702 的部分电耦合至层压机电系统700的一个或多个表面上的外部可用的接触 片。如图7A中所示，感应器704的部分被悬挂。在这种悬挂构造中，感应 器704具有高品质因数(QUALITY FACTOR)。并且，感应器704的平面构 造减少了感应器704的成本。
并且，包括开关、感应器、电容器、电阻、天线图案等的各种电子元 件或部件可与本发明的实施例集成。例如，图4示出通过本发明的层压装 配工艺形成的层压机电系统400，所述层压机电系统400集成感应器或天线 图案402和电容器404。系统400的闭锁开关的电接触区可通过一个或多个 通孔、导体线和/或其它方式电耦合至与之集成的电子元件，以在同一结 构上形成电路。例如，本发明的实施例可与电子元件和/或器件结合以产 生可重构过滤器、可重构天线和/或其它器件。本发明的实施例也与液晶 显示器和其它显示器类型一起使用。层压机电系统和结构举例来说可与电 子元件和器件电耦合和/或光耦合。
例如射频传输线等传输线可容纳在本发明的层压机电系统中。例如， 在本实施例中，在本发明的层压机电系统中形成的射频(RF)开关可耦合 至具有一对导线或迹线的射频传输线。在一个实施例中，可在堆叠的单个 结构层上平行形成射频传输线的导线或迹线。在另一实施例中，可在堆叠 的第一结构层上形成射频传输线的第一导线或迹线，同时在堆叠的第二结 构层上形成射频传输线的第二导线或迹线。可将绝缘或非导电结构层设置 在第一和第二导线或迹线之间的堆叠中。
注意，可将层压机电系统100、300和400中的可移动件的接触区设置 在各个位置中。例如，图5示出通过集成闭锁开关的本发明的装配工艺形 成的结构或系统500。悬臂本体52)切换以与空腔102的内顶面上的接触区 502和504接触。并且，接触区可位于单个结构中的顶面和底面上。
注意，线圈2可在悬臂本体52的顶侧和底侧上形成。并且，可通过连 接两层上的线圈线路制造螺管线圈。如图5中所示，线圈2克用绝缘体506 覆盖，以防止线圈2与悬臂本体52接触。
并且，可形成能在形成其的结构层的平面上移动的可移动件。换言之， 与图5中所示的具有与其所处的结构层平面不共面的自由度的可移动件相 反，可将可移动件形成为具有与其所处的结构层的平面共面的自由度。
例如，图12A示出实例可移动件层1202，所述可移动件层1202包括能 在可移动件层1202中横向移动的可移动件1204。可移动件1204能够移动， 从而与一个或多个接触区1206接触。图12B示出包括可移动件层1202的层 压机电系统1200的截面图。如图12B中所示，磁体和/或线圈1208用于驱使 可移动件1204在可移动件层1202的平面上移动。与其中可移动件能在可移 动件所处的结构层的平面的外部移动的实施例相比，例如图12A和12B中 所示的实施例等实施例可能具有空腔尺寸减小的要求。
在一实施例中，结构层可配置为层压机电系统的堆叠，从而提供对堆 叠的部分或全部的气密封。例如，在一实施例中，可希望气密封可移动件 和堆叠116内的相关触点，例如图1A-1C、2A和2B中所示的悬臂件5的触点 等。在这种实施例中，悬臂件5上方和下方的一个或多个层104、106、110、 112和114可由大致防潮和/或其它环境危害的材料制成。例如，一个或多个 层104、106、110、112和114可由玻璃材料或在本文中其它地方所述的其 它适合的气密封材料或其它已知材料制成。这样，例如，可形成气密封空 腔。气密封结构层可围绕堆叠116中要求气密封的任何元件形成，这些元 件包括可移动件、相关触点、线圈、电路元件(例如，电容器、电阻、感 应器)、磁体和/或其它元件。注意，可在气密封结构层上形成层压机电系 统的任何元件/层，包括器件的线圈、坡莫合金层、触点、电路元件或其 它层/元件。
注意，可根据本发明将多个层压电机器件制造成或装配成垂直隔开或 堆叠的结构，或制造成或装配成横向隔开的或共面的结构。例如，图6示 出根据本发明的实施例通过本发明的装配工艺形成的结构600，包括垂直 堆叠或集成的多个微机械系统602。开关和其它元件(感应器、电容器等) 的多个堆叠可垂直或横向集成。
图8示出说明用于制造本发明的微机器结构的步骤的流程图。图8中的 步骤不必按照所示顺序进行，这对于本领域技术人员而言是显而易见的。
如此处所述，根据本发明的电-机系统和结构可制造多种电气和机械 装置类型。这些装置可以被制造成多种尺寸，包括小尺寸微机械装置和大 尺寸装置。这些装置还可以被制成为包括可移动元件，诸如闭锁开关。以 下部分被提供给可以根据本发明的层叠电-机系统和结构形成的示意性微 机械闭锁开关的详细结构和操作。然而，应当注意本说明仅处于说明目的， 本发明并不限于此处示出的实施例。如上所述，本发明适用于多种装置类 型。
闭锁开关概述
图9A和9B分别示出闭锁开关的侧视图和俯视图。此处所用的术语开 关和装置可替换地描述本发明的结构。参看图9A和9B，示意性闭锁继电 器900优选包括磁体902、基板904、容纳导体914的绝缘层906、触点908、 以及通过台层910位于或支承在基板上的悬臂(可移动件)912。
磁体902是任何类型的磁体，诸如永久磁体、电子磁体或者能够产生 磁场H0934的其它类型的磁体，如以下所清楚表述的。通过实例但非限制 性的，磁体902的可以是从加州弗里蒙特DEXTER MAGNETIC TECHNOLOGIES公司的型号59-P09213T001磁体，当然其他类型的磁体可 以被采用。可以以任何形式产生任何强度的磁场934，诸如1奥斯特至104 奥斯特或更高。磁场的强度取决于需要将悬臂以给定状态保持所需要的 力，因此是与应用相关的。在图9A中示出的示意性实施例中，大致平行于 Z轴产生磁场H0934，其强度为约370奥斯特，尽管其它实施例可使用方向 和强度均改变的磁场934。在各种实施例中，结合多个共用基板904的继电 器900使用单个磁体902。
基板904由任意类型的基板材料(诸如硅、砷化镓、玻璃、金属或任 何其它材料)。在各种实施例中，基板904可涂覆绝缘材料(诸如氧化物) 并被平面化或形成平面。在各种实施例中，通过举例来说传统的集成电路 制造工艺，可以将其它装置(诸如晶体管、二极管或其它电子装置)和一 个或多个继电器900一起形成在基板904上。可替换的，磁体902可以用作 基板，下述的其它元件可以直接形成在磁体902上。在这样的实施例中， 不需要单独的基板904。
绝缘层906由诸如氧化物或其它例如薄膜绝缘器的绝缘器的任何材料 制成。在示意性实施例中，绝缘层由PROBIMIDE 7510材料形成。绝缘层 906适于容纳导体914。导体914如图9A和9B所示，是具有两端926和928的 单个导体，设置为线圈图案。导体914的可选实施例使用设置为诸如弯曲 图案、螺旋形图案、随机图案或其它任何图案的合适图案的单个或多个导 电部分。导体914由任何适于导电的材料(诸如金、银、铜、铝、金属等) 制成。由于导体914导电，所以围绕导体914产生磁场，如下面所具体讨论 的。金、银、铜、铝、金属等
悬臂(可移动件)912是任何电枢、延长件、露出件或者能够受到磁 力影响的组件。在图9A示出的实施例中，悬臂912优选包括磁性层918和导 电层920。磁性层918可以由坡莫合金(诸如NIFE合金)或其它任何磁敏感 材料形成。导体层920可以由金、银、铜、铝、金属或任何其它导电材料 制成。在各种实施例中，悬臂912具有两种状态，对应于继电器900“打开” 或“关闭”，如下面所具体描述的。在很多实施例中，当导电层920将台层 910连接至触点908时，继电器900被称之为“关闭”。相反，当悬臂912不 与触点908电接触时，继电器可被称为“打开”。由于悬臂912可以以物理 方式与触点908接触或不接触，各种实施例的悬臂912均应为柔性的，使得 悬臂912能够随意弯曲。通过改变悬臂(或其各种元件层)的厚度，通过 对悬臂制作图案或在悬臂上制作孔或切口，或者通过使用柔性较强的材料 来实现柔性能力。
可选地，悬臂912可以制成“铰接”结构。尽管悬臂912的大小可以根 据应用而大幅改变，适用于微磁性继电器900的示意性悬臂912的长度约为 10-1000微米、厚度约为1-40微米、宽度约为2-600微米。例如，根据图9A 和9B所示的实施例的示意性悬臂的大小可以约为600微米×10微米×50 微米，或者1000微米×600微米×25微米或者任何其它适合的尺寸。
根据需要，触点908和台层910可以放置在绝缘层906上。在各种实施 例中，台层910将悬臂910支撑到绝缘层906上，产生真空空隙或可以被空 气或其它气体或诸如油填充的空隙916。由于空隙916的尺寸随着不同实施 例而变化较大，示意性空隙916可以约为1-100微米，诸如约20微米。在继 电器900处于闭合状态时触点908可以接收悬臂912，如下所述。触点908 和台层910由诸如金、金合金、银、铜、铝、金属等。在各种实施例中， 触点908和台层910由相同的导电材料制成，当悬臂912在台层910和触点 908完成回路时，继电器被认为是“闭合”的。在某些实施例中，悬臂912 不导电，台层910由诸如PROBIMIDE材料、氧化物或任何其它材料的非导 电材料制成。另外，在可选实施例中，如果悬臂912被支撑在绝缘层906 上方，则不需要台层910。
闭锁开关的操作原理
当其处于“向下”位置，悬臂与底部导体电接触，且开关为“开”(也 称之为”闭合”状态)。当接触端为“向上”时，开关为“关”(也称之为“打 开”状态)。这两个稳态通过可移动悬臂件产生切换功能。在切换后永磁 体将悬臂保持在“向上”或“向下”位置，使器件成为闭锁继电器。电流 仅在两种状态之间转换的短(临时)时间间隔期间流经线圈(例如，给线 圈通电)。
(I)产生双稳态的方法
参看图2示出产生双稳态的原理。当坡莫合金悬臂912的长度L比其厚 度T和宽度(W，未示出)大得多时，沿其长轴L的方向变成优选的磁化方 向(也称为“易磁化轴”)。当将悬臂的主要中央部分放置在均匀的永磁场 中时，将扭矩施加在悬臂上。扭矩可以是顺时针或逆时针，这取决于悬臂 关于磁场的最初定向。当悬臂轴(Ξ)和外场(H0)之间的角度(A)小 于90O时，扭矩为逆时针；当A大于90O时，扭矩为顺时针。由于悬臂(在 A＜90O时M从左指向右，在A＞90O时从右指向左)的双向磁化(即，指向 一个方向或其它方向的磁化矢量“M”)，产生双向扭矩。由于此扭矩，悬 臂往往与外磁场(H0)对准。然而，当机械力(例如悬臂、物力止动块的 弹性扭矩等)优先与H0完全重新对准时，两个稳定位置(“向上”和“向 下”)是可用的，这形成在开关中闭锁的基础。
(II)电气开关
如果通过施加第二磁场克服(H0)的影响，可使沿H0产生的悬臂的 磁化轴的双向磁化瞬间反向，接着可能获得可切换的闭锁继电器。通过将 平面线圈设置在悬臂之下或之上，产生所需要的临时切换场，从而实现这 种场景。因为平面线圈几何形状较易制造，所以选择平面线圈几何形状， 尽管其它结构(例如，环绕三维型)也是可能的。由短电流脉冲产生的磁 场(HCOIL)线绕线圈成环。主要是此磁场的Ξ分量用于重新确定悬臂中 的磁化方向(磁化矢量“M”)。线圈电流的方向确定了是否产生正或负Ξ 场分量。可使用多个线圈。在切换后，永磁场将悬臂保持在此状态，直到 遇到下一切换事件。由于线圈产生的场(HCOIL-Ξ)仅需要瞬时比永磁场 的Ξ分量[H0～H0COS(A)＝H0SIN(Φ)，A＝90O-Φ]大，且Φ通常很小(例如， Φ≤5O)，切换电流和功率可以非常低，这是微继电器设计中重要的考虑因 素。
操作原理可总结如下：均匀磁场中的坡莫合金悬臂可具有根据其长轴 (易磁化轴，L)和磁场之间的角度确定的顺时针或逆时针扭矩。在其它 力能平衡模扭矩(DIE TORQUE)时，两个双稳态是可能的。线圈可产生 瞬间磁场，以沿悬臂切换磁化(矢量M)的定向，从而在两种状态之间切 换悬臂。
宽松的磁体对准
为了解决放宽磁体对准的要求问题，本发明人开发出一项技术来在围 绕悬臂的较大区域中产生垂直磁场。本发明基于这样的事实：位于具有低 磁导率的介质(例如，空气)中的磁场线基本垂直于具有高磁导率的材料 (例如，容易磁化的材料，如坡莫合金等)的表面。当将悬臂放置在所述 表面附近且悬臂的水平面平行于具有高磁导率的表面时，可至少部分获得 上述目标。下面通过本发明的说明性实施例描述一般方案。
磁通密度的边界条件(B)和磁场(H)满足以下关系：
B2·N＝B1·N，           B2×N＝(M2/M1)B1×N
或
H2·N＝(M1/M2)H1·N，    H2×N＝H1×N
如图11中所示，如果M1＞＞M2，则法向分量H2比法向分量H1大得多。 在(M1/M2)的极限趋于∞时，磁场H2与边界表面正交，而与H1的方向无 关(不包括H1与界面精确平行的例外实例)。如果第二介质是空气(M2＝1)， 则B2＝M0H2，从而力线(FLUX LINE)B2也将与此表面垂直。这种特性 用于产生在微磁闭锁开关中产生与悬臂的水平面垂直的磁场，和放宽永磁 体对准要求。
其中磁场与高磁导率材料的边界表面正交的这种特性和使悬臂的水 平面平行于高磁导率材料表面放置悬臂(即，软磁体)可用在很多不同的 结构中，以放宽永磁体对准要求。
结语
尽管上面已经描述了本发明的多个实施例，但应理解，它们仅以实例 形式呈现，而非对其进行限制。对相关领域的技术人员来说显然的是，可 在其中进行各种形式和细节变化，而不偏离本发明的精神和范围。因此， 本发明的宽度和范围不应受上述任何示意性实施例的限制，而仅根据所附 权利要求书及其等价物限定。