配电系统 |
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| 申请号 | CN201210263056.7 | 申请日 | 2012-07-27 | 公开(公告)号 | CN102904168B | 公开(公告)日 | 2017-08-08 |
| 申请人 | 通用电气公司; | 发明人 | M.F.艾米; A.V.高达; 蒋健君; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种配电系统。提供了一种设备，诸如配电系统。该设备可包括第一导体和第二导体。多个导 电路 径可在第一导体和第二导体之间沿着连接跨度形成并联的电连接，其中导电路径中的各个具有分别相似的公称 电阻 。第一导体和第二导体可具有沿着所述连接跨度在相反的方向上减少的各自的截面积。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种配电系统，包括： |
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| 说明书全文 | 配电系统背景技术[0001] 配电系统是起作用来分配电能-通常从诸如电压源的源分配到一个或多个电气负载-的系统。配电系统可包括，例如：起作用来承载大电流的一系列汇流条；构造成承载较小的电流的其它导体，诸如导线；允许电流在不同的电流承载构件(汇流条，导线)之间分配以选择性地受影响的电气开关和开关装置；能量存储装置(例如，电池、电容器等)；和/或有源以及无源构件，诸如电阻器、电感器以及晶体管。 [0003] 在一方面，提供了一种设备，诸如配电系统。该设备可包括第一导体和第二导体。多个导电路径可在第一导体和第二导体之间沿着连接跨度形成并联的电连接，其中导电路径中的各个具有分别类似的公称电阻。该第一导体和第二导体可具有沿着所述连接跨度在相反的方向上减少的各自的截面积。 [0004] 其中，所述第一导体和第二导体中的各个具有各自的第一阻抗和第二阻抗，且所述导电路径中的至少一个具有小于或约等于所述第一阻抗的10倍以及所述第二阻抗的10倍的路径阻抗。 [0005] 在另一个方面，提供了一种设备，诸如配电系统。该设备可包括第一迹线和第二迹线。多个导电路径可在第一迹线和第二迹线之间沿着连接跨度形成并联的电连接，导电路径中的各个具有分别类似的公称电阻。第一迹线和第二迹线可具有沿着所述连接跨度在相反的方向上减少的各自的截面积。 [0006] 其中，所述第一迹线和第二迹线中的各个具有各自的第一阻抗和第二阻抗，且所述导电路径中的至少一个具有小于或约等于所述第一阻抗的10倍以及所述第二阻抗的10倍的路径阻抗。 [0007] 在又一个方面，提供了一种例如用于制造配电系统的方法。该方法可包括在基底上沉积膜。该膜可图案化，以形成第一迹线和第二迹线。可同时在基底上微制造多个开关，使得开关构造成在第一迹线和第二迹线之间沿着连接跨度形成并联的电连接。该膜可图案化，使得第一迹线和第二迹线具有沿着连接跨度在相反的方向上减少的各自的截面积。附图说明 [0008] 图1是根据一个示例性实施例构造的配电系统的透视图。 [0009] 图2是包括图1的配电系统的电路的电路图。 [0010] 图3是图1的配电系统的侧视图。 [0011] 图4是沿着图1的平面4-4得到的图1的配电系统的截面图。 [0012] 图5是图1的配电系统的正视图。 [0013] 图6是根据另一个示例性实施例构造的配电系统的正视图。 [0014] 图7是根据又一个示例性实施例构造的配电系统的正视图。 [0015] 图8是图1的配电系统的透视图，示意性地描绘了通过其中的电流路径。 [0016] 图9是传统的配电系统的正视图。 [0017] 图10是图9的配电系统的正视图，示意性地描绘了通过其中的电流路径。 [0018] 图11是根据另外的另一个示例性实施例构造的配电系统的正视图。 [0019] 图12是根据又一个示例性实施例构造的配电系统的正视图。 [0020] 图13是沿着图12的线13-13得到的图12的配电系统的截面图。 [0021] 图14是根据另外的另一个示例性实施例构造的配电系统的正视图。 [0022] 图15是图14的配电系统的电路图。 [0023] 图16-21是表示制造图1的配电系统的方法的示意性侧视图。 [0024] 图22是根据又一个示例性实施例构造的配电系统的正视图。 具体实施方式[0025] 以下参照附图详细描述了示例性实施例，其中在所有图中相同的参考标号表示相同的部件。这些实施例中的一些可解决以上和其它需要。 [0026] 参照图1-5，其中显示了一种设备，诸如配电系统100。该系统100可包括第一导体，诸如第一迹线102，以及第二导体，诸如第二迹线104。第一迹线102可连接到例如输入总线106，且第二迹线104可连接到输出总线108。输入总线106和输出总线108可连接到能量源-诸如电压源110-的相反侧。基底112可包括主表面114，其起作用来支承迹线102、104和总线 106、108。在一个实施例中，基底112可包括例如硅晶圆，且迹线102、104和/或总线106、108可包括具有在微米到纳米范围中的厚度(垂直于基底)和毫米到纳米范围中的侧向尺寸的敷镀金属(metallization)(例如，铜)。 [0027] 多个导电路径116可在第一迹线102和第二迹线104的相对的长度之间形成并联的电连接。例如，第一迹线102和第二迹线104可沿着平行于表面114的长度方向L为细长的，且导电路径中的各个可分别在具有正交于长度方向的分量的方向上延伸。以这种方式，电功率可从电压源110通过输入总线106传输到第一迹线102，且然后通过导电路径116传输到第二迹线104和输出总线108。导电路径116在迹线102、104的相对部分之间扩展所沿的长度被称为连接跨度118。全部导电路径116都可构造成分别具有相似的公称电阻。也就是说，(通过)采用相似的电输入和输出构造，将期望各个导电路径116(单独地分析)呈现大致相似的电阻。 [0028] 导电路径116中的各个可分别包括开关120。各个开关120可例如为通称为微机电系统(MEMS)开关的开关。MEMS开关120可分别包括从连接到一个迹线102的锚结构124延伸的悬臂122。在一些实施例中，开关120(以及导电路径116的全部)可由诸如铜的金属形成。触动垫126可构造成以便选择性地接收电荷，且可设置为以便在充电时由于静电力而使得悬臂122被驱动到与另一个迹线104接触(这称为开关的“闭合”位置，两个位置中的另一个为“打开”位置)。MEMS开关120可基本彼此相似。例如，MEMS开关尺寸相对较小，且通常通过允许批量处理在构造上全部基本相似的多个开关的标准微制造技术形成。MEMS开关120可构造成以便一起被促动，且以这种方式，功率可从电压源110通过导电路径116选择性地提供，其中开关阵列充当“开关元件”。 [0029] 迹线102、104可构造成具有沿着连接跨度118在相反的方向上减少的各自的截面积A(横向于长度方向L而获得)。例如，迹线102、104可具有恒定的厚度t(垂直于表面114而测得)，且可具有沿着连接跨度118在相反的方向上减少的宽度W(横向于长度方向L和垂直于表面114的方向两者测得)。在一些实施例中，迹线102、104的宽度W可沿着连接跨度118连续地减少。例如，当沿着垂直于表面114的方向观察迹线102、104时，迹线可具有三角形形状(例如，如图1和5中所示的正三角形，如图6中所示的等边(equilateral)三角形，等等)。参照图7，在一些实施例中，迹线102、104的宽度W可沿着连接跨度118以离散的步骤减少。总的来说，迹线102、104的形状可以各种各样的方式来选择，以实现沿着连接跨度118的截面积A的目标减少，包括利用形状和/或厚度变化的迹线。 [0030] 参照图2和8，如上所述，电功率可从电压源110通过输入总线106传输到第一迹线102，且然后通过开关120(当那些开关在闭合位置时)传输到第二迹线104和输出总线108。 在这种情况下，电流I可沿着同一路径流动。第一迹线102可具有沿着连接跨度118在电流方向上减少的截面积。备选地，第二迹线104可具有沿着连接跨度118在电流方向上增加的截面积。 [0031] 与传统的配电系统所表现出来的电流分配相比，根据以上描述所构造的配电系统(例如，图1的配电系统100)可表现出通过其中的更均匀的电流分配。例如，参照图9，其中显示了配电系统200的一部分。系统200可包括构造成以便从输入总线(未显示)接收电流的第一迹线202，以及构造成以便将电流输送到输出总线(未示出)的第二迹线204。迹线可由导电材料一诸如金属(例如，铜)形成。迹线202、204可具有大致均匀的宽度W和厚度(从图9中的页面测量出来)，使得迹线的截面积相对恒定。 [0032] 多个导电路径216可在第一迹线202和第二迹线204的相对的长度之间形成并联的电连接。所有导电路径216可构造成具有分别相似的公称电阻(传统配电系统的典型情形采用具有相似构造的开关的阵列)。导电路径216可例如由金属(例如，铜)形成。参照图10，在操作时，电流I可沿着第一迹线202行进，通过导电路径216，且然后通过第二迹线204。对于这种系统-其中导电路径216的阻抗与迹线202、204的阻抗大约处于相同的数量级(例如，其中迹线和导电路径两者都由金属-诸如铜形成)，申请人发现电流将倾向于在不同的导电路径之间略微不均匀地分配。这可限制导电路径216的阵列的总电流承载能力。 [0033] 与配电系统200相反，申请人已经发现，通过恰当地构造迹线的形状来产生具有沿着连接跨度在相反的方向上减少的截面积的迹线，可实现通过相应的导电路径的更均匀的电流分配。例如，参照图11，其中显示了根据另一个示例性实施例构造的配电系统300。配电系统300可包括迹线302、304和沿着连接跨度318连接迹线的导电路径316。迹线302、304可具有恒定的厚度(在图11中的页面上测量出来)且可具有沿着连接跨度在相反的方向上减少的宽度W。配电系统300可具有数量为N的导电路径(在图11中，N＝6)。在连接跨度318的各个端部330处，迹线302、304中的相应的一个可具有宽度W0。此外，迹线302、304可具有当沿着连接跨度318从一个导电路径316移动到相邻的导电路径时以量W0/N减少的宽度。例如，考虑具体的导电路径316a和316b，当从导电路径316a移动到导电路径316b时，第一迹线302的宽度减少W0/6，且当从导电路径-导电路径316b移动到导电路径316a时，第二迹线304的宽度减少W0/6。迹线宽度的该减少可为沿着连接跨度318(例如，如图5中描绘)连续的，或者可以离散的增量来实现(如图11中所示)。迹线302、304的截面积的其它减少率也是可行的，且该减少率的选择将取决于系统300的电气特性以及电路布局上的任何限制(例如，在配电系统是集成电路的一部分时的布线要求)。 [0034] 使迹线302、304成形来引入通过导电路径316的电流的更均匀的分配在导电路径的有效电阻小于迹线或者与迹线处于相同的数量级时可变得更加重要。也就是说，当导电路径316呈现比较高的电阻时，电流将沿着迹线302、304迅速流动，且将在导电路径之间相当均匀地分配。但是，在导电路径316表现出的电阻类似于或者小于迹线302、304所表现出的电阻时，电流可在没有沿着迹线充分分配的情况下流过导电路径。 [0035] 参照图]4和15，其中显示了根据另一个示例性实施例构造的配电系统400的几幅图。配电系统400可包括迹线402、404和沿着连接跨度418连接迹线的导电路径416。导电路径416中的各个可包括一对开关，例如，基本相似的MEMS开关420。MEMS开关420可分别包括从锚结构424延伸的悬臂422。 [0036] 各个导电路径416的开关420可串联地电连接(例如，以图13中描绘的“背对背”构造，其中锚结构424包括在中间导体432中)，且构造成以便一起被促动。中间导体432可用来分别使不同的MEMS开关420互相连接，且还可选择性地(例如，通过开关)连接到地(连接未示出)以避免电荷在导电路径416中积聚，在两个开关420都打开时，导电路径416中的各个与迹线402、404以及配电系统400的平衡电气隔离。参照图14和15，在一些实施例中，在迹线502、504之间延伸的各对MEMS开关520可由相应的中间导体532互相连接，其中相邻的中间导体由阻抗增加的区域534电连接。通过引入阻抗增加的区域534，当开关520处于闭合位置时，大多数电流可被引导通过迹线502、504，而非通过中间导体532。 [0037] 参照图1，如上所述，配电系统100的不同的构件中的许多构件-包括迹线102、104，总线106、108，以及MEMS开关120-可通过标准的微制造技术形成，包括薄膜沉积和/或生长，光刻，以及通过择优生长和/或蚀刻进行的膜图案化。以这种方式，可能可行的是使用批量处理来一次形成迹线102、104，以便具有均匀的厚度，以及一起制造开关120而使得开关阵列中的所有开关在几何形状和成分方面基本相似。例如，参照图1和16-21，制造配电系统100的工艺可通过在基底112上沉积(例如，通过物理或化学气相沉积)膜140开始(例如，见图16)。在一个实施例中，膜140可为金属膜，诸如铜。膜140可例如通过光刻而图案化，以形成具有在相反的方向上减少的各自的截面积的第一迹线102和第二迹线104(例如，见图 17)。多个MEMS开关120可或者在迹线102、104之前或者在迹线102、104之后同时微制造在基底上。例如，牺牲层142可图案化(例如，见图18)，且膜144可沉积在牺牲层之上(例如，见图 19)。膜144可图案化而形成开关120(例如，见图20)，其可构造成在第一迹线102和第二迹线 104之间沿着连接跨度118形成并联的电连接。此后，可移除牺牲层142(例如，见图21)。 |
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