CN100470697C

CN100470697C - 快动式热控开关

Info

Publication number: CN100470697C
Application number: CNB028203062A
Authority: CN
Inventors: G·达维斯; S·贝卡
Original assignee: Honeywell International Inc
Current assignee: Honeywell International Inc
Priority date: 2001-08-20
Filing date: 2002-08-20
Publication date: 2009-03-18
Anticipated expiration: 2022-08-20
Also published as: WO2003017301A1; US20030034870A1; KR100929601B1; CN1568529A; EP1419511B1; KR20040032950A; DE60212857T2; EP1419511A1; US6768412B2; DE60212857D1; JP2005500655A

Abstract

一种简化的微加工出的快动式热控开关，其具有双态热执行器，该热执行器由无延性材料如硅、玻璃、二氧化硅、钨和其它适当的材料通过MEMS技术制成。

Description

快动式热控开关

发明领域

本发明涉及快动式热测量装置和方法，更具体地涉及形成为微加工出的电气机械结构(MEMS)的快动式测量装置。

发明背景

在本领域中已知了多种温度传感器。这种传感器用于多种测量和控制应用中。例如，在许多应用中可采用热电偶、电阻式热装置(RTD)和热变阻器来测量温度。这种传感器提供了电模拟信号如电压或电阻，其可作为温度的函数而变化。单片式温度传感器也是已知的。例如，可采用连接成二极管的双极晶体管来进行温度检测。更具体地说，标准双极晶体管可配置成基极引出端和发射极引出端短接在一起。通过这种配置，基极-集电极结就形成为二极管。当施加电功率时，基极-集电极结上的电压降作为温度的函数而相对线性地变化。因此已经知道，这种连接成二极管的双极晶体管可以结合到各种集成电路中以进行温度检测。

虽然上述装置在提供相对精确的温度测量方面是有用的，但它们通常无法用于控制电气设备的控制应用。在这种控制应用中使用了多种类型的精密控温器。热控开关是用于在特定温度下接通或断开加热器、风扇和其它电气设备的控制应用中的一种形式的精密控温器。这种温度开关通常包括可提供作为温度的函数的位移的检测元件和一对电接点。检测元件通常与这对电接点形成机械互锁，从而在预定的温度设定点下形成或断开电接触。温度设定点由所使用的特定检测元件来限定。

已经知道了多种类型的检测元件，它们可提供作为温度的函数的位移。例如已经知道，水银球、磁体和双金属元件可用于这种温度开关中。

水银球热传感器具有充有水银的球体和用作膨胀腔的相连的玻璃毛细管。在毛细管内的间隔开预定距离的位置处设有两个导电体。导电体用作开路接点。当温度升高时，水银在毛细管内膨胀，直到导电体被形成了连续电通路的水银所短路为止。水银使导电体短路的温度是导电体的间隔距离的函数。

还已经知道，磁性簧片开关也可在各种热控开关中用作温度传感器。这种簧片开关传感器通常具有被铁氧体环隔开的一对环形磁体和一对簧片接点。在临界温度即居里点处，铁氧体环从低磁阻状态变化到高磁阻状态，从而允许簧片接点断开。

水银球和磁性簧片热控开关均存在若干问题。更具体地说，许多这种开关都无法承受外部力，例如振动和加速力。因此，这种热控开关通常无法适用于多种应用，例如用在飞行器中。

双金属热控开关元件通常包括两条具有不同热膨胀率的材料带，它们熔合成一个双金属盘形元件。盘形元件的精密物理成形和两种材料的不同膨胀导致该元件在预定的设定点温度下快速地改变其形状。因此，双金属盘形元件的形状变化可用于促动机械开关。双金属盘形元件与一对电接点机械式互锁，使得形状的快速变化可用于使一个或两个电接点产生位移，以接通或断开电路。

关键的双金属盘形元件很难在高生产率下制造成具有可预测的热控切换特性。这种不可预测性导致了需要成本昂贵且耗时的测试来确定设定点和各个盘形元件的滞后切换特性。另外，由于双金属盘形元件通过对可变形或可延展的金属进行超过其塑性极限的加压来制造，这就会使材料产生永久变形。当撤去压力时，材料朝向其加压前的状态缓慢地弛豫，这就改变了温度响应特性。因此，温度切换特性会随着时间的逝去而产生偏移或“蠕变”。下一代热控开关的市场需要具有提高的可靠性和稳定性的产品。

此外，双金属盘形元件本质上较大。因此，这些热控开关相对较大，不适用于在空间明显受到限制的各种应用中。下一代的热控开关要求在尺寸方面比现有技术进一步下降。

而且，由上述多种检测元件促动的热控开关通常由分立元件装配而成。这样，这种温度开关的装配成本增加了整个制造成本。

这种已知的热控开关的另一问题涉及到校准。更具体地说，这种已知的热控开关通常无法由终端用户来校准。因此，如果校准出现误差的话，那么必须拆下并更换这种已知的温度开关，这极大地增加了终端用户的成本。

单片式微加工出的热控开关在过去已经得到了一定的发展，其可消除装配分立元件的需要。这些单片式微加工出的结构还允许将热控开关设置在一个相对较小的封装中。在1995年10月31日授予BrianNorling的题为“微加工出的热控开关”的共同拥有的美国专利5463233中介绍了热控开关的一个例子，其中热控开关包括与一对电接点可操作地相连的双金属悬臂梁式元件，该专利通过引用结合于本文中。在开关上施加偏置力如静电力，以提供电接点在接通和断开方向上的快动，这使得可通过改变静电力偏压来调节温度设定点。

虽然许多这些已知的热控开关在目前的应用中是有用且有效的，然而下一代应用要求产品具有较小的尺寸，提高的可靠性和稳定性，这是现有技术无法实现的。

发明概要

本发明提供了一种较小且成本较低的快动式热测量装置，与现有技术的装置和方法相比，其可在较长的工作寿命期间和较大的温度变化下保持其原始设定点，这是通过提供一种由无延性材料制成的热控开关执行器来实现的。

本发明的装置和方法提供了一种简化的微加工出的快动式热控开关，其不需要任何电偏压来防止电弧的形成。本发明的装置为采用MEMS技术由无延性材料制成的热控开关执行器，这些无延性材料例如为硅、玻璃、二氧化硅、钨和其它适当的材料，该热控开关执行器替代了上述双金属盘形热执行器。使用无延性材料解决了工作寿命期间的蠕变问题，而使用MEMS加工出的传感器解决了尺寸和成本方面的问题。所得的热控开关也可以构造成驱动固态继电器或晶体管。

根据本发明的一个方面，双态热执行器包括：执行器基体结构，其由具有第一热膨胀系数的第一基本上无延性的材料形成，该执行器基体结构形成有相对可动的部分和从中延伸出来的基本上稳定的安装部分；配合操作的热驱动器结构，其由第二基本上无延性的材料形成并具有与第一热膨胀系数不同的第二热膨胀系数，热驱动器结构与执行器基体结构的可动部分的至少一部分相连；以及导电体部分，其形成在执行器基体结构的可动部分上。

根据本发明的另一方面，双态热执行器的第一和第二基本上无延性材料中的至少一种选自具有高极限强度和高剪力弹性模数的一族材料。

根据本发明的另一方面，双态热执行器的执行器基体结构的可动部分形成为拱形。

根据本发明的另一方面，双态热执行器的配合操作的热驱动器结构形成为第二基本上无延性材料的薄层，其与执行器基体结构中的相邻于基本上稳定的安装部分的可动部分相连。

根据本发明的另一方面，双态热执行器的导电体部分形成为掺杂有导电材料的可动部分的一部分。

根据本发明的另一方面，双态热执行器的导电体部分形成为处于可动部分的中央部分处的金属电极。

根据本发明的另一方面，本发明提供了一种微加工出的热控开关，其还包括具有直立台面和形成于一个表面上的电极的支撑基体；双态热执行器的安装部分与该台面相连，并且可动部分的导电体部分与支撑基体上的电极对齐。根据本发明的其它方面，支撑基体包括两个直立台面，电极形成在这两个台面之间的表面上。双态热执行器从这两个台面上悬伸下来，并且设于可动部分中央的导电体部分与支撑基体上的电极对齐。

根据本发明的另外一个方面，本发明提供了一种构造用于确定温度的热控开关的方法，该方法提供了：将具有不同热膨胀系数的两种基本上无延性的材料沿双态热执行器中的共同表面连接在一起，该双态热执行器具有相对于安装部分可动的执行器部分以及位于其一个表面处的导电区域；以及作为测得温度的函数将相对可动的执行器部分设置成可与安装部分形成多种稳定的关系，相对可动的执行器部分与安装部分的第一稳定关系将导电区域定位成与电极相接触，相对可动的执行器部分与安装部分的第二稳定关系使导电区域与电极间隔开。

根据本发明方法的另一方面，第一稳定关系将相对可动的执行器部分的导电区域置于安装部分的第一侧，而第二稳定关系将相对可动的执行器部分的导电区域置于安装部分的与第一侧相反的第二侧。

根据本发明方法的另一方面，该方法还提供了将双态热执行器的安装部分与包括有电极的支撑结构连接成一定的关系。

根据本发明方法的另外一个方面，该方法还提供了将相对可动的执行器部分形成为从安装部分中延伸出来的拱形结构。

根据本发明方法的另外一个方面，该方法还提供了将安装部分形成为一对间隔开的安装部分；以及将相对可动的执行器部分形成为在这对间隔开的安装部分之间延伸的拱形结构。

附图简介

通过参考下述详细介绍并结合附图，可以更容易认识且更好地理解本发明的上述方面和许多附属优点，在图中：

图1是本发明的双态热执行装置的图示，其体现为构造成处于第一稳定状态下的多层化热执行器；

图2显示了本发明的双态热执行装置，其体现为如图1所示的多层化热执行器并构造成处于第二稳定状态下，该状态与第一状态相反；

图3显示了用于本发明的热控开关的双极晶体管的示意图；

图4显示了用于本发明的热控开关的场效应晶体管(FET)的示意图；

图5A-5D显示了采用传统半导体制造技术来制造MEMS装置的已知的溶解晶片工艺(Dissolved Wafer Process；DWP)；

图6A-6F显示了采用传统半导体制造技术来制造MEMS装置的另一种已知的溶解晶片工艺(DWP)；

图7显示了采用已知的DWP制造技术制造为MEMS装置的本发明的热控开关；

图8显示了将本发明的双态热执行装置与本发明的微加工出的支撑板结合起来，上述双态热执行装置体现为图1所示的多层化热执行器；

图9显示了本发明实施例的MEMS热控开关，其体现为具有分叉的中央接点的双接点式热控开关，并具有处于第一稳定状态的本发明的双态热执行装置；

图10显示了如图9所示的本发明的MEMS热控开关，其具有处于第二稳定状态的本发明的双态热执行装置，第二稳定状态与第一状态相反；和

图11显示了本发明的MEMS热控开关，其体现为具有悬臂式双态热执行装置的单接点式热控开关。

优选实施例的详细介绍

在附图中相似的标号表示相似的元件。

本发明为用于小型和低成本的快动式热测量装置的装置和方法，该装置具有与支撑板结合在一起的双态热执行器，支撑板形成有一个或多个直立台面和电接点，其中双态热执行器连接到支撑板的一个或多个台面上，导电部分与支撑板的电接点对齐，使得导电部分能够作为测得温度的函数而与支撑板的电接点间隔开或与电接点形成电连接。

双态热执行器为双稳态元件，其具有：执行器基体结构，其由具有第一热膨胀系数的第一基本上无延性的材料形成，该执行器基体结构具有相对可动的部分和从中延伸出来的基本上稳定的安装部分；配合操作的热驱动器结构，其由第二基本上无延性的材料形成并具有与第一热膨胀系数不同的第二热膨胀系数，热驱动器结构与执行器基体结构的可动部分的至少一部分相连；以及导电体部分，其形成在执行器基体结构的可动部分上。

附图显示了本发明的热执行装置，其体现为用于驱动热测量用的微加工出的电气机械传感器(MEMS)10的双态快动式热执行装置。

图1和2显示了体现为热执行器12的本发明的双态热执行装置，热执行器12由具有不同的热响应特性的材料组合形成。双态热执行器12的各个部件由坚固的和基本上无延性的材料形成，这种材料选自具有高抗张强度或极限强度和高剪力弹性模数的一族材料，剪力弹性模数也称为刚性模数。换句话说，用于形成热执行器12的各个部分的材料在高应力负载下具有非常小的塑性变形或应变，并且在扭转应力弛豫或被撤去时可回复到施加应力前的状态或形状。作为对比，传统的双金属热执行器使用了延性材料，它在应力下会产生相对较大的塑性变形或延伸，因此在扭转应力弛豫后仍会保留一些变形，这样，随着时间和使用的延长它会产生连续的弛豫。因此，适用于形成本发明的双态热执行器12的材料为无延性材料，例如包括硅、玻璃、二氧化硅、钨和其它具有适当的高剪力弹性模数的材料。

根据本发明的一个实施例，本发明的双态热执行装置或热执行器12包括薄的、弯曲或具有一定形状的执行器基体结构14，其与配合操作的热驱动器结构16和导电体部分18结合在一起。基体结构14的材料选自上述坚固和基本上无延性的一族材料，其具有第一热膨胀率或基体热膨胀率。例如，基体材料为外延硅或另一适当的无延性材料，其可用已知的微结构化技术来构造。采用下述多种加工技术中的一种，就可使弯曲的或具有一定形状的基体结构14例如具有薄梁、片状、盘形或其它适当的形状，这些形状初始成形为处于中央的可动拱形执行器部分20，其边界由其外侧或周向边缘处的基本上平面的安装凸缘22来限定，并具有内表面或下凹表面24，该表面与边界部分22的平面P隔开一段距离。

配合操作的驱动器结构16是热驱动器材料中的与基体结构14的拱形或曲形执行器部分20的内表面或下凹表面24紧密接触的那一部分。例如，热驱动器材料在与基体结构14的外边缘处的安装凸缘22相邻的拱形体20内部的周边部分处沉积或者粘合或粘附成薄层。热驱动器材料可以是选自如上所述的具有高剪力弹性模数并适用于形成基体结构14的坚固的且基本上无延性的一族材料中的另一种材料。此外，驱动器材料可与用于形成基体结构14的特定材料不同，并具有第二热膨胀系数或驱动器热膨胀系数，这导致了与基体热膨胀率不同的执行器热膨胀率。例如，当基体结构14由硅形成时，驱动器结构16由二氧化硅、氮化硅、钨或其它适当的材料形成，这些材料选自上述坚固的和基本上无延性的一族材料并具有与硅不同的热膨胀系数。

根据图1和2所示的本发明的实施例，基体结构14的可动的拱形或曲形执行器部分20在其外边界部分22处受到约束，外边界部分22例如为横梁形基体结构的两个端部或盘形基体结构的周向环形部分。在双态热执行器12的环境温度发生变化的过程中，不同的基体和驱动器材料的不同热膨胀特性与边界部分22处的约束力相结合，产生了迫使基体结构14从图1所示的第一稳定状态变化到图2所示的与第一状态相反的第二稳定状态的应力。由不同的膨胀和约束力这样产生的应力使得可动的中央拱形部分20改变形状，即变平。当环境温度升高时，由基体和驱动器材料之间的热膨胀差异所施加的应力增大，直到在预定的设定点工作温度下应力大得使基体结构14的拱形部分20“快速穿过”边界部分22而形成如图2所示的“倒转的”拱形或曲形形状。因此，双态热执行器12的中央执行器部分20可作为测得温度的函数相对于沿其边界的基本上稳定的安装凸缘22一定程度地运动。

或者，热执行器12可构造成用于在高于或低于室温的设定点工作温度下工作。假定热执行器12准备用于在高于环境温度的设定点温度下工作，那么执行器基体结构14应为低膨胀率部分并由具有低热膨胀系数的材料形成，而热驱动器结构16应为高膨胀率部分并由具有比基体结构14更高的热膨胀系数的驱动器材料形成。另一方面，如果热执行器12准备用于在低于室温的设定点温度下工作，那么就要反过来形成热执行器12，其中基体结构14由高热膨胀率材料形成并作为高膨胀部分，而驱动器结构16为低膨胀率部分并由具有比基体结构14更低的热膨胀系数的驱动器材料形成。这里所述的热执行器12用于在高于室温的设定点温度下工作，但这仅用于说明的目的。因此，在低于上方设定点温度的温度下，如图1所示，热执行器12处于其中央拱形部分20为向上凹进的状态，而表面24为内凹表面。如上所述，图1所示的向上凹的结构出于说明的目的而被视为第一稳定状态。

当热执行器12的温度升高而接近其上方设定点工作温度时，驱动器结构16的高膨胀率的驱动器材料开始伸展，而执行器基体结构14的低膨胀率的基体材料保持相对的稳定。随着高膨胀率的驱动器材料的膨胀或扩大，它受到相对更慢变化的低膨胀率的基体材料以及周边部分22处的约束的限制。热执行器12的高和低的膨胀率部分16，14在热引发应力和外侧安装部分22所维持约束的作用下产生应变和变形。

随着热执行器12的温度达到其工作的上方预定设定点温度，基体结构14中央的可动拱形或曲形部分20快动式地向下运动穿过受约束的外侧安装部分22而到达第二稳定状态，其中中央可动部分20的内凹表面24倒转过来而成为外凸表面24，其与边界凸缘22的另一侧上的平面P间隔开一段距离，如图2所示。

随着热执行器12的温度从较高的温度朝向工作的下方预定设定点温度下降，具有相对较大的热系数的驱动器结构16的驱动器材料也比具有相对较小热系数的基体结构14的基体材料更快地收缩或缩小。

随着高膨胀率的驱动器材料的收缩，它受到相对更慢变化的低膨胀率的基体材料的限制。热执行器12的高和低的膨胀率部分16，14在热引发应力和外侧安装部分22所维持约束的作用下产生应变和变形。当热执行器12达到下方设定点温度时，中央的伸展部分20快动式地穿过受约束的外侧安装部分22而回到第一稳定状态，如图1所示。

使用无延性材料避免了与一些传统双金属热执行器有关的工作寿命期间的蠕变问题，这些传统的双金属热执行器使用了具有一定延性的材料作为基体和驱动器的材料。无延性材料的高剪力弹性模数或刚性模数保证了本发明的双态热执行器12的部件不会受到应力作用而超过其屈服点。因此，当扭转应力弛豫或被撤去时，双态热执行器12的结构就可回到其受到应力作用之前的状态或形状。

如图1和2所示，在热控开关中使用了热执行器12在预定的阈值或设定点温度下快动到不同凹入状态中的特性，以便接通或断开电接点或其它指示器，从而发出已经达到设定点的信号。双金属盘形执行器12的状态改变的速率一般称为“快动率”。从一个双稳态状态到另一双稳态状态的变化通常不是瞬时产生的，而是可测量的。较慢的快动率意味着状态变化在低速率下进行，而较快的快动率意味着状态变化在高速率下进行。较慢的快动率是与现有技术的一些传统双金属热执行器有关的问题。因此，在电气开关和指示器装置中使用一些已知的双金属热执行器导致了较慢的快动率，这会导致在操作性电接点之间形成电弧。因此，较慢的快动率限制了电气开关或指示器装置的载流能力。相反，较快的快动率意味着状态变化发生得很快，这就提高了热控开关或指示器装置可以承载而不会产生电弧的电流量。温度变化率会影响快动率。较慢的温度变化率趋于减慢快动率，而更快的温度变化率通常导致更快的快动率。虽然一些应用提供了较快的温度变化率，然而开关和指示器在许多其它应用中均存在着非常慢的温度变化率。在一些应用中，温度变化率可低至约每分钟1华氏度或更小。对于长期可靠性来说，该装置必须在这些非常慢的温度变化率下使用而不会产生电弧。本发明的热执行器12的基体和驱动器材料使用无延性材料可以避免一些传统双金属热执行器的这种蠕变方面的问题。

根据图1和2所示的本发明的实施例，本发明的热执行器12设置于微加工出的简化的快动式热控开关26中。当本发明的热执行器12用于热控开关26中时，在这种倒转的第二结构中，拱形体20的导电体部分18可与形成于微加工出的支撑板28中的一个或多个电接点接触。因此，热执行器12设置成与具有一个或多个电接点30的微加工出的支撑板28结合在一起，这些电接点可以相连以传递电信号。支撑板28例如形成为基本上平面的结构，即具有基本上平面的和平行的相对偏置的上、下表面的衬底。衬底可由几乎任意材料形成，包括选自上述坚固和基本上无延性的一族材料中的材料，这些材料至少包括硅、玻璃、二氧化硅和钨。例如，支撑板材料可以是玻璃或另一适当的可用已知的微结构化技术进行构造的无延性材料。此外，支撑板材料还可由热膨胀率与形成热执行器12的执行器基体结构14的执行器基体材料的热膨胀率相似或大致相等的材料形成，因此，支撑28的热膨胀特性不会干涉热执行器12的操作或对其造成负面影响。因此，根据本发明的一个实施例，支撑28由基本上平面结构的单晶硅材料形成，与用于形成热执行器12的基体结构14的基体材料相似。根据本发明的另一实施例，支撑28由玻璃材料如PyrexRTM玻璃形成。

支撑板28形成有台面32，其在接点30的两侧从内表面或底板34中向上伸出。接点30可形成于另一台面36的上方，该台面36同样从底板34中向上伸出但其高度小于侧面或周边的台面32。在支撑28的内表面上的底板34处形成有一个或多个导电迹线38。或者，支撑28掺杂有导电材料如硼、铟、铊或铝，或者由半导体材料如硅、砷化镓、锗或硒形成。

热执行器12连接到支撑板28上，使得基体结构14的可动中央部分20在外边界部分22处被约束在支撑板28的台面32上。这种约束例如通过传统的粘合剂或化学粘结来实现。因此，与台面32的连接在外侧安装凸缘22处提供了机械约束，如上所述，该机械约束与热引发应力结合起来驱动可动的中央部分20。

在操作中导电体部分18用于与电接点30形成接触或断开接触，从而接通或切断电路。导电体部分18例如设置为中央电极18a和一个或多个形成于执行器12的中央可动部分20的内凹表面24上的导电迹线18b，并且导电迹线18b被引到外侧安装部分22上以便与电路相连。或者，导电体部分18可通过用导电材料如硼、铟、铊或铝掺杂执行器基体结构14来提供，或者通过用半导体材料如硅、砷化镓、锗或硒形成执行器基体结构14来提供。

热执行器12与支撑板28相连，以使可动部分20的电极18a能够与从底板34上伸出的一个或多个电接点30接触。导电体部分18的电极部分18a与所述一个或多个电接点30中的各接点对齐，使得可动中央部分20朝向支撑28的位移可导致电极18a与电接点30接触，这样便接通了电路。根据本发明的热控开关26的一个实施例，热执行器12包括连接在中央导体部分18和一个外缘部分22之间的导电构件。例如，在基体结构14的内表面上形成了一个或多个导电迹线18b；或者一部分基体结构14掺杂有导电材料如硼、铟、铊或铝。根据本发明的一个实施例，基体结构14可由半导体材料如硅、砷化镓、锗或硒形成。台面32的顶部或台面包括电绝缘材料如二氧化硅的膜或层39，用于使热执行器12与支撑28电绝缘。绝缘层39设置在支撑28的导电部分38和热执行器12的导电部分18b之间。另外，导电部分38凹进到台面32的接触面之下。

图2显示了具有处于第二稳定状态下的热执行器12的热控开关26，因此中央可动部分20的内凹表面24倒转成外凸表面24，其与边界部分22的平面P间隔开一段距离。在这种倒转的第二结构中，中央可动部分20和导电体部分18的电极部分18a被迫与支撑结构28的电接点30形成接触，从而接通了电路。例如，电路闭合可直接用于切换较小的负载，或者与切换装置如固态继电器40相结合地来切换较大的负载。或者，可采用功率晶体管来切换相对较大的电流。如下面的详细讨论所述，温度开关26可通过微加工成单片式芯片来形成。这样，上述固态继电器40和下述功率晶体管或场效应晶体管(FET)可容易且低成本地结合到与形成集成电路的温度开关26相同的芯片上。

因此，图3所示的双极晶体管42或图4所示的场效应晶体管(FET)44可结合到与热控开关26相同的芯片上。在图3中，通过将示意性示出的温度开关26连接到双极晶体管42的基极和正电压源+V之间就可实现低端切换。可在基极和接地端48之间连接整体式形成的限流电阻器46。在这种应用中，电流通过功率晶体管42而不是温度开关26来切换。在操作中，当温度开关26接通时，电流流过限流电阻器46以接通功率晶体管42。因此，可在端子50和48之间检测到所切换的输出。

根据图4所示的另一实施例，温度开关26构造成用于高端切换场效应晶体管(FET)44，该FET44可与温度开关26一起结合到同一芯片中。因此，温度开关26连接在FET的栅极和漏极端子之间，而限流电阻器46连接在栅极和输出端子52之间。在操作中，当温度开关26接通时，限流电阻器46上的电压降就使功率晶体管44接通。所切换的输出位于端子52和54之间。

热控开关26还可颠倒过来地构建，即构造成具有倒置的热执行器12以在预定的较高设定点温度下切断电路。

近年来随着由半导体制造技术生产出的小型轻重量的微加工出的电气机械结构(MEMS)的制造已为人普遍所知，机械和/或电气机械系统的微型化也变得兴旺起来。根据本发明的一个实施例，本发明的热控开关76可采用这些众所周知的半导体制造技术来制造为MEMS装置。

在题为“具有应变消除特征的万向节式振动轮回转仪”的授予Greiff等人的美国专利5650568中介绍了MEMS装置制造工艺的一个例子，该专利通过引用结合于本文中。Greiff等人的’568专利介绍了用于形成轻重量的微型化MEMS万向节式振动轮回转仪装置的溶解晶片工艺(DWP)。DWP利用传统的半导体技术来制造形成了回转仪的各个机械和/或电气机械部分的MEMS装置。然后使用半导体材料的电性能来为回转仪提供功率，并从回转仪中接收信号。

图5A-5D显示了在Greiff等人的’568专利中所介绍的DWP，其用于采用传统的半导体制造技术来制造MEMS装置。在图5A中显示了硅衬底60和支撑衬底62。在一个典型的MEMS装置中，对硅衬底60进行蚀刻以形成装置的机械和/或电气机械构件。机械和/或电气机械构件通常被支撑于支撑衬底62之上，使得机械和/或电气机械构件具有运动自由度。该支撑衬底62通常由绝缘材料如Pyrex RTM玻璃制成。

最初从硅衬底60的内表面66中蚀刻出支撑构件64。这些支撑构件64通常称为台面，并通过例如用氢氧化钾(KOH)蚀刻硅衬底60的内表面66的某些部分来形成，这些部分通过光致抗蚀剂68的形成有适当图案的层来曝光，直到形成具有足够高度的台面64为止。

然后在图5B中例如用硼来掺杂硅衬底60的蚀刻过的内表面66，从而提供了具有预定深度的掺杂区域70，这使得硅衬底60具有掺杂区域70和未掺杂的牺牲区域72。然后在图5C中例如通过反应离子蚀刻(RIE)或深度反应离子蚀刻(DRIE)技术来形成沟道74，其延伸穿过硅衬底60的掺杂区域70。这些沟道74形成了MEMS装置的机械和/或电气机械构件。

如图5A-5C所示，同样初始地蚀刻出支撑衬底62，然后在支撑衬底62的内表面上形成金属电极76和导电迹线(未示出)。这些电极76和导电迹线随后提供了与MEMS装置的各个机械和/或电气机械构件的电连接。

在图5D中，在加工了支撑衬底62以形成电极76和导电迹线之后，将硅衬底60和支撑衬底62粘合在一起。硅衬底60和支撑衬底62在台面64上的接触面78处例如通过阳极粘合工艺而粘合在一起。将硅衬底60的未掺杂的牺牲区域72蚀刻掉，使得只有作为所得MEMS装置的机械和/或电气机械构件的掺杂区域70保留下来。因此，从硅衬底60中向外伸出的台面64将机械和/或电气机械构件支撑在支撑衬底62之上，使得这些构件具有一定的运动自由度。另外，形成于支撑衬底62上的电极76通过电极76与台面64的接触而提供了与机械和/或电气机械构件的电连接。

在题为“溶解晶片制造工艺及其具有隔开台面的支撑衬底的微型电气机械装置”的授予Hays的美国专利6143583中介绍了用于制造MEMS装置的DWP的另一例子，该专利通过引用结合于本文中。Hays的’583专利允许制造具有精密成形的机械和/或电气机械构件的MEMS装置，其通过保持局部牺牲衬底的内表面的平面特性以使机械和/或电气机械构件以精密且可靠的方式分开或以其它方式形成来实现。

图6A-6F显示了根据Hays的’583专利的DWP的一个实施例。该方法提供了具有内表面80a和外表面80b的局部牺牲的衬底80。局部牺牲的衬底80例如为硅，然而它可由被掺杂以形成掺杂区域82的任何材料如砷化镓、锗、硒和其它材料形成。对局部牺牲的衬底80的一部分进行掺杂，使得局部牺牲的衬底80包括与内表面80a相邻的掺杂区域82以及与外侧表面80b相邻的未掺杂的区域84。用掺杂剂对局部牺牲的衬底80进行掺杂至相对内表面为预定的深度，例如10微米。掺杂剂可通过本领域所公知的扩散法引入到局部牺牲的衬底80中。然而，掺杂并不限于这种技术，与局部牺牲的衬底80的内表面80a相邻的掺杂区域82可由本领域中已知的任何方法来形成。另外，用硼掺杂剂在形成了局部牺牲的衬底内的掺杂区域的任何其它类型的掺杂剂上对局部牺牲的衬底80进行掺杂。

支撑衬底86由介质材料如Pyrex RTM玻璃形成，使得支撑衬底86也与MEMS装置电绝缘。然而，支撑衬底86可由任何其它所需的材料包括半导体材料来形成。与Greiff等人的’568专利中所介绍的DWP不同，根据Hays的’583专利，对支撑衬底86的一部分进行蚀刻，使得台面88形成为从支撑衬底86的内表面86a上向外伸出。蚀刻持续到台面88达到所需的高度为止。

图6B和6C显示了在支撑衬底86上形成台面88后，在支撑衬底86的内表面86a上和在台面88上沉积金属材料以形成电极90。可首先对台面88进行选择性蚀刻以形成下凹的区域，可在该下凹区域中沉积金属以使所沉积的金属电极90不会延伸超出于台面88的表面之上太远。在图6B中例如通过BOE来蚀刻支撑衬底86的内表面86a的暴露部分，以形成预定图案的下凹区域92。

在图6C中，在蚀刻凹槽92中沉积金属电极材料，以形成电极90和导电迹线(未示出)，同时接点94从台面88上突出。如现有技术所知，接点94、电极90和迹线可由任何导电材料如钛、铂和金的多层沉积形成，并可通过任何适当的技术如溅射来沉积。

在图6C中，对局部牺牲的衬底80的内表面80a进行蚀刻，以分离出或以其它方式形成所得MEMS装置的机械和/或电气机械构件。在支撑衬底86中形成台面88导致了局部牺牲的衬底80的内表面80a的至少那些部分是平面的，这可促进所得MEMS装置的机械和/或电气机械构件的精确成形。

图6C和6D显示了通过用光敏材料层94来涂覆局部牺牲的衬底80的内表面80a所形成的所得MEMS装置的机械和/或电气机械构件。在曝光后除去光敏层94的一部分96，留下光敏层的剩余部分98来保护局部牺牲的衬底80的内表面80a上的不要被蚀刻的区域。

图6E显示了例如通过RIE蚀刻来蚀刻局部牺牲的衬底80的内表面80a的曝光部分，以形成通过局部牺牲的衬底80的掺杂区域82的沟道。如下所述，局部牺牲的衬底80中的在沟道之间延伸的掺杂区域82将形成所得MEMS装置的机械和/或电气机械构件。在用蚀刻沟道限定了MEMS装置机械和/或电气机械构件之后，采用Hays的’583专利所述的方法从局部牺牲的衬底80的内表面80a上除去剩余的光敏材料98。

图6F显示了将局部牺牲的衬底80的内表面80a放置成与包括沉积在台面表面上的接触电极94在内的台面88形成接触。在局部牺牲的衬底80和台面88之间形成粘合，例如通过阳极粘合工艺或任何可提供牢固接合的方式。

可除去局部牺牲的衬底80的未掺杂的牺牲区域84，使得机械和/或电气机械构件可以旋转、运动和弯曲。这项技术通常称为溶解晶片工艺(DWP)。未掺杂的牺牲区域84通常利用如乙二胺-焦儿茶酚(EDP)蚀刻工艺对其进行蚀刻来去除，然而也可以使用任何掺杂-选择性蚀刻工艺。

局部牺牲的衬底80的未掺杂的牺牲区域84的去除允许使从掺杂区域82中蚀刻出来的机械和/或电气机械构件具有一定的运动自由度，以便相对于支撑衬底86运动或弯曲。另外，去除未掺杂的牺牲区域84还使机械和/或电气机械构件与局部牺牲的衬底80中的位于从掺杂区域中蚀刻穿过的沟道之外的剩余掺杂区域82脱开。

如图6A和6F所示，台面88具有在一组倾斜侧壁100之间延伸的接触电极表面94，其可允许通过使金属沿侧壁100“台阶式上升”到接触面94上而将金属电极90沉积到接触面和台面88的至少一个侧壁上。虽然倾斜侧壁100显示为一对倾斜的侧壁，然而在一些应用中这组侧壁100中只有一个侧壁是倾斜的。台面88可具有任何几何形状，例如截头锥体形状，但也可具有一定的截面形状如六边形、八边形、圆柱形或特定应用所需的其它有用形状。

如上所述，MEMS装置可在多种应用中使用。除了已知的MEMS装置外，本发明的热控开关26也为从这里所介绍的DWP中得到的MEMS装置。

例如，图7显示了利用这里介绍的DWP制造技术制造为MEMS装置的热控开关26。当利用DWP形成为MEMS装置时，本发明的所得MEMS热控开关装置26包括半导体衬底110，其具有初始形成于第一内表面上的外延硅层110a中的执行器基体结构14和未掺杂的牺牲区域110b。如上所述，半导体衬底110可由硅、砷化镓、锗、硒等形成。执行器基体结构14例如为外延式梁，其通过加热、在一个表面上涂覆不同的金属或选择性掺杂而最初成形为拱形或曲形结构。当执行器基体结构14通过选择性掺杂而形成为拱形或曲形结构时，掺杂层可以比通过将掺杂剂扩散到衬底中更好地在第一衬底110上外延式生长。或者，这种掺杂可通过传统的热扩散技术来实现。然而，根据需要而以一定深度和程度来掺杂衬底通常比较困难，这样形成的层的组分和边界不容易控制。掺杂剂可以是硼或其它掺杂剂，例如铟、铊或铝。

在半导体衬底110的外延层110a中形成执行器基体结构14之后，通过在梁状外延式执行器基体结构14上施加配合操作的热驱动器结构16，从而形成双态热执行器12。如上所述，热驱动器材料为氧化物、氮化物或钨中的一种，并选择为所需热响应的函数。至少基体外延梁14的中央部分没有用于形成热驱动器16的材料，其用作中央电极18a，而半导体外延梁14的主体作为到外侧安装部分22的导电路径18b来操作，以便接通电路。基体外延梁14可掺杂导电材料如硼、铟、铊或铝，以形成中央电极18a和导电路径18b。或者，可在中央可动部分20的内凹表面24上沉积金属电极材料，如钛、铂和金的多层沉积物，以形成中央电极18a和导电迹线18b。

本发明的MEMS热控开关装置26还包括支撑衬底112，在其中形成了微加工出的支撑板28。支撑衬底用于使半导体衬底110悬挂住，使得由半导体衬底110所形成的电气机械部分具有提高的运动自由度或挠曲性，以便在第一和第二稳定状态之间“快速动作”。然而，在MEMS热控开关装置26中，支撑衬底112还执行使MEMS热控开关装置26的电气机械部分电绝缘的功能。因此，支撑衬底112可由介质材料如Pyrex RTM玻璃形成。

本发明的MEMS热控开关装置26、更具体地说是支撑衬底112还至少包括一对台面32，其从支撑衬底112的剩余部分处向外延伸，并用于支撑半导体衬底110。如上所述，由于台面32形成在支撑衬底112上，即形成在微加工出的支撑板28中并且与半导体衬底110相对，因此半导体衬底110的内表面保持高度的平面性，以促进穿过掺杂区域110a的沟道的精密和受控的蚀刻。如上所述，台面32均包括接触面34，其支撑了半导体衬底110的内表面110a，使得半导体衬底悬挂在支撑衬底32的剩余部分的上方。

接触电极30和导电体38分别用于为热执行器12的中央电极18a提供电连接和提供电连接路径。或者，支撑衬底112的内表面112a可掺杂有导电材料如硼、铟、铊或铝，或者支撑衬底112可由半导体材料如硅、砷化镓、锗或硒形成。

还可在支撑衬底112的内表面112a上形成台面36，并且形成于接触面114上的接触电极30与热执行器12的中央电极18a对齐。台面36稍稍低于支撑台面32，以便为热执行器12提供可在其第一和第二稳定状态之间产生挠曲的空间，但台面36足够接近台面32的平面，以便在热执行器12处于第二稳定状态中时保证与电极部分18a的接触，这样，中央可动部分20的内凹表面24就倒转成外凸表面24，该外凸表面24与边界部分22的平面P间隔开一段距离。

台面32，36均还可包括一个或多个倾斜的侧壁116，它们在支撑衬底112的内表面112a和支撑面34,114之间延伸。电极沉积在接触面114，34、中央台面36的至少一个倾斜侧壁116和至少一个支撑台面32上。因此，形成了导电体38的所得电极暴露在各个台面的侧壁上，以促进它们之间的电接触。虽然接触电极30暴露于中央台面36的表面上，然而台面32被首先选择性蚀刻而形成了下凹区域，在该下凹区域中沉积电极金属，使得形成了导电体38的沉积金属电极不会延伸到超过台面32的表面。如所示，支撑衬底112的内表面112a的暴露部分例如通过BOE来蚀刻，从而形成预定图案的下凹区域118。如上所述，台面32的接触面34支撑了半导体衬底110的内表面110a，即支撑了热执行器12的边界部分22。

在图8中，在形成了双态热执行器12之后，在热执行器12的边界部分22处将台面32的接触面34和半导体衬底110a的内表面粘合起来或以其它方式相连，并且使中央电极18a与微加工出的支撑板28中的接点30对齐。例如，台面32的接触面34和半导体衬底110a的内表面可通过阳极粘合工艺等来粘合一起。

在使用中开关26连接成可驱动切换装置如固态继电器40，以便在MEMS热控开关执行器12在其第一和第二稳定状态之间切换时切换到高负载。MEMS热执行器12和固态继电器40可封装在一起以节省成本并降低大小。

也可采用与用于制造Honeywell SiMMA^TM加速计类似的其它批量微加工工艺，例如采用氧化层作为双材料系统的氧化物上硅(Silicon-On-Oxide；SOI)的制造工艺。

图9显示了本发明的MEMS热控开关的另一实施例，其为双接点式热控开关200，该开关200具有分叉的中央台面36，该中央台面36具有相互绝缘的电接点30a，30b，各接点独立地连接到各自的相互绝缘的导电迹线38a，38b上，导电迹线38a，38b在底板34处形成于支撑28的内表面上，并引出到各自的台面32a，32b上并处于下凹区域中，电极金属沉积在该下凹区域中，使得形成了导电体38a，38b的沉积金属电极不会延伸到台面32a，32b的表面之上。或者，支撑28可通过类似的方式掺杂导电材料如硼、铟、铊或铝，或者由半导体材料如硅、砷化镓、锗或硒形成。如图10所示，当由适当的导电材料形成时，驱动器结构16也可在执行器12的中央可动部分20上提供接触电极18a。执行器12至少设有中央接触电极18a，其足够大以在执行器12快动到其倒置状态时与这两个本来相互绝缘的电接点30a，30b接触，从而接通了在这两个电接点30a，30b之间被断开的电路，如图10所示。

图11显示了本发明的MEMS热控开关的另一实施例，其为单接点式热控开关300，该开关300具有固定在台面312上的悬臂式热执行器310，台面312形成在支撑板314中并与和第二接触台面316对齐，第二接触台面316也形成在支撑板314中并与悬臂支撑台面312间隔开。悬臂式热执行器310包括成形为曲形或拱形梁的执行器基体结构318，并结合有配合操作的热驱动器结构320和位于与悬臂式连接相反一端的导电体部分322。执行器基体结构318的材料选自上述具有第一或基体热膨胀率的坚固且基本上无延性的一族材料。例如，基体材料为外延硅或另一适当的无延性材料，其可用已知的微结构化技术来构造。采用多种上述技术中的一种，可将基体结构318最初成形为具有中央的可动拱形或曲形部分324的结构，该部分324在一端由安装部分326界定，在另一端由导电电极322界定。热驱动器结构320通过施加热驱动器材料来提供，热驱动器材料以薄层的形式沉积在基体结构318的拱形或曲形部分324的凸起或下凹表面中的一个上，这取决于所需的特定热响应。例如，驱动器材料的薄层可沉积在基体结构318的外侧边处的边界即电极322和安装部分326之间的中央可动部分324处。

热驱动器材料是另一种选自具有高剪力弹性模数并适用于形成执行器基体结构318的坚固且基本上无延性的一族材料中的材料，如上所述。此外，驱动器材料与用于形成执行器基体结构318的特定材料不同，其具有第二或驱动器热膨胀系数，这导致了驱动器热膨胀率与基体热膨胀率不同。例如，当执行器基体结构318由外延硅形成时，热驱动器结构320可由二氧化硅、氮化硅或具有与外延硅不同的热膨胀系数的另一适当材料形成。

导电电极322和一个或多个导电迹线328形成在执行器基体结构318的内凸表面上，形成了导电电路。或者，迹线328可引到外侧安装部分326上以进行连接，导电体部分322，328可通过用导电材料如硼、铟、铊或铝适当地掺杂执行器基体结构318来提供。用半导体材料如外延硅、砷化镓、锗或硒来形成执行器基体结构318避免了需要分离出导电体部分322，328。

支撑板314形成于支撑衬底如上述玻璃衬底中，支撑衬底具有支撑台面312和接触台面316。接触台面312包括接触电极330，其与悬臂式热执行器310的导电电极322对齐，并且可以相连以便在电路中传递电信号。

如图11所示，在第一稳定状态下，执行器基体结构318的拱形部分324使接点部分322与支撑板314的接触电极330隔开。当双态执行器310达到预定的设定点温度时，因热膨胀系数差异所产生的应力导致执行器基体结构318的中央可动部分324快动到第二稳定状态(未示出)，并且凸起曲线倒置成下凹结构。根据该第二稳定状态，中央可动部分324的倒置的下凹结构迫使热执行器310的导体部分322与支撑板314的接触电极330形成电接触，从而接通了电路。因此，热执行器310在预定的阈值或设定点温度下快动到下凹的不同状态中的特性可用于在热控开关300中断开或接通电接点322，330，从而发出表示已经达到设定点的信号。

虽然在上文中已经显示和介绍了本发明的优选实施例，然而可以理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可以对本发明进行多种变化。

Claims

1.一种双态热执行器(12)，包括：

执行器基体结构(14)，其由第一无延性的材料形成且具有第一热膨胀系数，所述执行器基体结构具有相对可动的部分(20)和从中延伸出的稳定的安装部分(22)；

配合操作的热驱动器结构(16)，其由第二无延性的材料形成并具有与所述第一热膨胀系数不同的第二热膨胀系数，所述热驱动器结构与所述执行器基体结构的可动部分的至少一部分相连；和

导电体部分(18)，其形成于所述执行器基体结构的可动部分上且与执行器基体结构(14)电连接。

2.根据权利要求1所述的双态热执行器，其特征在于，所述第一和第二无延性的材料中的至少一种选自具有高极限强度和高剪力弹性模数的一族材料。

3.根据权利要求1所述的双态热执行器，其特征在于，所述执行器基体结构的可动部分形成为拱形。

4.根据权利要求1所述的双态热执行器，其特征在于，所述配合操作的热驱动器结构形成为所述第二无延性材料的薄层，其仅与所述执行器基体结构中的相邻于所述稳定的安装部分的所述可动部分的一部分相连。

5.根据权利要求1所述的双态热执行器，其特征在于，所述导电体部分形成为掺杂有导电材料的所述可动部分的一部分。

6.根据权利要求1所述的双态热执行器，其特征在于，所述导电体部分由与第一、第二无延性材料不同的第三材料形成，作为处于所述可动部分的中央部分处的金属电极。

7.根据权利要求1所述的双态热执行器，其特征在于，所述双态热执行器还包括：

具有直立台面和形成于一个表面上的电极的支撑基体；和

所述双态热执行器的安装部分连接到所述台面上，并且所述可动部分的导电体部分与所述支撑基体上的电极对齐。

8.一种双稳态热执行器，包括：

第一无延性材料层和与第一无延性材料层相连且不同于第一无延性材料层的第二无延性材料层，所述第一、第二无延性材料层具有不同的第一和第二热膨胀系数，所述第一材料层形成有平面的凸缘部分和从中延伸出来的相对可动的拱形部分，并具有位于沿着一个表面的导电部分，所述导电部分由与第一、第二相连的无延性材料层形成，所述第二材料层与第一材料成的所述拱形部分的一部分相连；

所述相对可动的拱形部分还设置成可与所述凸缘部分相继地形成多种稳定的关系，

所述相对可动的拱形部分与所述凸缘部分的一种稳定关系使具有所述导电部分的表面位于所述平面的凸缘部分的第一侧，和

所述相对可动的拱形部分与所述凸缘部分的另一稳定关系使具有所述导电部分的表面位于所述平面的凸缘部分的与所述第一侧相反的第二侧。

9.根据权利要求8所述的双稳态热执行器，其特征在于，所述第一和第二无延性材料均选自包括玻璃、硅、二氧化硅和钨的一组材料。

10.根据权利要求8所述的双稳态热执行器，其特征在于，所述第二材料层仅与所述拱形部分的相邻于所述平面凸缘的一部分相连。

11.根据权利要求8所述的双稳态热执行器，其特征在于，所述第一材料的层形成为材料的外延层。

12.根据权利要求11所述的双稳态热执行器，其特征在于，所述导电部分掺杂有导电材料。

13.根据权利要求8所述的双稳态热执行器，其特征在于，所述双稳态热执行器还包括：

基体部分，其形成有电接点，通过传统粘合、化学或阳极粘合方法将所述双稳态热执行器的凸缘部分固定在与所述电接点对齐的所述导电部分上，其中：

所述相对可动的拱形部分还设置成可与所述基体部分相继地形成多种稳定的关系，

在所述相对可动的拱形部分与所述基体部分的一种稳定关系中，所述导电部分与所述电接点间隔开，和

在所述相对可动的拱形部分与所述基体部分的另一稳定关系中，所述导电部分与所述基体部分的电接点接触。

14.根据权利要求13所述的双稳态热执行器，其特征在于，

所述第一材料的层还包括沿着所述相对可动的拱形部分的相对侧上的两条边缘中的每一边缘的平面的凸缘部分；和

所述导电部分位于所述两条边缘的中间。

15.一种双稳态热执行器，包括：

形成为外延硅层的执行器基体结构，所述执行器基体结构形成有从平面的边界部分中延伸出来的中央可动部分，并包括掺杂有导电材料的表面区域；和

与所述执行器基体结构的可动部分的表面相连的驱动器材料层，所述驱动器材料选自无延性的一组材料且具有不同于外延硅的热膨胀率。

16.根据权利要求15所述的双稳态热执行器，其特征在于，所述可动部分还可作为温度的函数而与所述边界部分相继地形成多种稳定的关系，

所述可动部分与所述边界部分的第一稳定关系使具有掺杂区域的表面处于所述边界部分的第一侧，和

所述可动部分与所述边界部分的第二稳定关系使具有掺杂区域的表面处于所述边界部分的与所述第一侧相反的第二侧。

17.根据权利要求16所述的双稳态热执行器，其特征在于，所述双稳态热执行器包括：

玻璃衬底，其具有为平面的且平行相对地隔开的上、下表面，从所述上表面中延伸出来的直立台面以及与所述台面间隔开的电极；和

所述执行器基体结构的边界部分粘合到所述台面上，并且所述可动部分的掺杂区域与所述电极对齐，使得当所述可动部分与所述边界部分处于所述第一稳定关系时所述掺杂区域与所述电极间隔开，而当所述可动部分与所述边界部分处于所述第二稳定关系时所述掺杂区域与所述电极形成电接触。

18.根据权利要求17所述的双稳态热执行器，其特征在于，

所述玻璃衬底还包括从所述上表面中延伸出来的第二直立台面，并且所述电极间隔开地位于所述第一和第二台面之间；和

所述执行器基体结构还包括第二平面的边界部分，并且所述掺杂区域间隔开地位于所述第一和第二边界部分之间，所述第二边界部分粘合到所述第二台面上。

19.一种热控开关，包括：

形成有直立台面和电接点的支撑板；

双稳态元件，由第一无延性材料层和与第一无延性材料层相连的第二无延性材料层形成，所述第一、第二无延性材料层具有不同的第一和第二热膨胀系数，所述第一层具有相对可动的拱形部分，该拱形部分带有与其电连接的导电部分且由相对平面的部分来限定边界，所述双稳态元件的相对平面的部分与所述支撑板的台面相连，并且所述双稳态元件的导电部分与所述支撑板的电接点对齐；和

所述双稳态元件的相对可动的部分还可与所述支撑板形成一种其中所述导电部分与所述支撑板的电接点间隔开的稳定关系，以及另一种其中导电部分与所述电接点电接触的稳定关系。

20.根据权利要求19所述的热控开关，其特征在于，所述双稳态元件的第一层是外延生长的材料层。

21.根据权利要求19所述的热控开关，其特征在于，所述双稳态元件的第一层是选自能够采用已知的微结构化技术来构造的一组材料的材料层。

22.根据权利要求19所述的热控开关，其特征在于，所述第二层沿着所述可动部分的一部分还与所述第一层结合在一起。

23.根据权利要求19所述的热控开关，其特征在于，

所述支撑板还包括第一和第二直立台面，它们位于所述电接点的两侧并间隔开；和

所述双稳态元件的可动部分由两个相对平面的部分来限定边界，所述导电部分处于所述平面部分之间的中心，所述平面部分与所述第一和第二直立台面中的相应那个相连。

24.一种构造用于确定温度的热控开关的方法，所述方法包括：

将具有不同热膨胀系数的两种无延性的材料沿双态热执行器中的共同表面连接在一起，所述双态热执行器具有相对于安装部分可动的执行器部分以及位于其一个表面处的导电区域；和

所述相对可动的执行器部分还设置成作为测得温度的函数而与所述安装部分形成多种稳定的关系，

其中所述相对可动的执行器部分与所述安装部分的第一稳定关系使所述导电区域与电极相接触，和

所述相对可动的执行器部分与所述安装部分的第二稳定关系使所述导电区域与所述电极间隔开。

25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，所述第一稳定关系使所述相对可动的执行器部分的导电区域位于所述安装部分的第一侧，和

所述第二稳定关系使所述相对可动的执行器部分的导电区域位于所述安装部分的与所述第一侧相对的第二侧。

26.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将所述双态热执行器的安装部分与包括有所述电极的支撑结构连接。

27.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将所述相对可动的执行器部分形成为从所述安装部分上延伸出来的拱形结构。

28.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

将所述安装部分形成为一对间隔开的安装部分；和

将所述相对可动的执行器部分形成为在所述这对间隔开的安装部分之间延伸的拱形结构。