專利名稱：平面固體高壓開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種平面固體高壓開關(guān)。
背景技術(shù)：
目前立體式的氣體火花隙開關(guān)和真空開關(guān)都以傳統(tǒng)的機(jī)械加工為基礎(chǔ)，氣體開關(guān)與真空開關(guān)相比，其工作電壓范圍限制較為明顯，一般氣體開關(guān)工作電壓不大于其靜態(tài)擊穿電壓(SBV, Static breakdown voltage)的80%-90%,當(dāng)工作電壓低于靜態(tài)擊穿電壓的50%時(shí)，開關(guān)工作不可靠。真空開關(guān)比氣體開關(guān)加工制作工藝要復(fù)雜很多，因?yàn)檎婵臻_關(guān)對真空度要求特別嚴(yán)格，如果內(nèi)部存有殘留氣體或污染物，對真空開關(guān)的影響較為明顯。因此真空開關(guān)電極材料需要經(jīng)過精細(xì)的脫氣處理，其生產(chǎn)成本較高。
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目前開關(guān)的小型化、微型化是人們研究的熱點(diǎn)，高壓開關(guān)的小型化和微型化尤為重要，一方面，高壓開關(guān)小型化和微型化可降低系統(tǒng)體積，便于開關(guān)和其它器件的集成。另一方面，實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)也是人們努力的方向，批量化生產(chǎn)可以提高器件一致性，作用的可靠性，降低器件的成本?，F(xiàn)有的高壓開關(guān)由于采用傳統(tǒng)的機(jī)械加工工藝，體積較大不便于和其它器件集成使用，而且接入電路會(huì)產(chǎn)生較大的電感。目前雖然有一些體積較小的開關(guān)，但是這些開關(guān)在一定氣體氛圍下工作，所以工作電壓范圍限制較為明顯，受強(qiáng)烈震動(dòng)和強(qiáng)電磁輻射環(huán)境影響，實(shí)際使用場合受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種平面固體高壓開關(guān)，以解決氣體絕緣的高壓開關(guān)性能不穩(wěn)定的問題。為了解決上述問題，本發(fā)明公開了一種平面固體高壓開關(guān)，包括絕緣基底、正電極、正電極焊接板、負(fù)電極、負(fù)電極焊接板、觸發(fā)電極、兩個(gè)觸發(fā)電極焊接板以及絕緣層；其中，正電極、正電極焊接板、負(fù)電極、負(fù)電極焊接板、觸發(fā)電極和觸發(fā)電極焊接板位于絕緣基底表面，絕緣層覆蓋正電極、負(fù)電極以及位于正電極和負(fù)電極之間的觸發(fā)電極；正電極焊接板和正電極相連，負(fù)電極焊接板和負(fù)電極相連，兩個(gè)觸發(fā)電極焊接板分別和觸發(fā)電極的兩端相連。優(yōu)選地，所述開關(guān)在使用時(shí)正電極焊接板連接電容正極，負(fù)電極焊接板連接電容負(fù)極，觸發(fā)電極兩個(gè)焊接板分別與觸發(fā)電源的正負(fù)極相連。優(yōu)選地，所述正電極和負(fù)電極關(guān)于觸發(fā)電極對稱。優(yōu)選地，所述絕緣基底為硅基底，玻璃基底，石英基底或者陶瓷基底。優(yōu)選地,所述絕緣層為固體絕緣介質(zhì)。優(yōu)選地，所述絕緣層為聚酰亞胺、聚對二甲苯或者環(huán)氧樹脂。優(yōu)選地，所述正電極和負(fù)電極為半圓形或者梯形；
所述正電極焊接板和負(fù)電極焊接板為正方形或者圓形；所述觸發(fā)電極為條帶狀，所述觸發(fā)電極焊接板為正方形或者圓形。優(yōu)選地，所述正電極、負(fù)電極、觸發(fā)電極以及電極焊接板的材料為銅、鋁或鎢。優(yōu)選地，所述絕緣基底為邊長是I厘米的正方形，所述絕緣基底的最小厚度為50微米；所述絕緣層的最小厚度為30微米；所述正電極焊接板、負(fù)電極焊接板和觸發(fā)電極焊接板的最小厚度為3微米；所述正電極和負(fù)電極之間的最小距離為50微米。優(yōu)選地，所述正電極和負(fù)電極為半徑是1000微米的半圓形或者下底為2000微米·的梯形；所述正電極焊接板和負(fù)電極焊接板為邊長是2000微米的正方形或者直徑為2000微米的圓形；所述觸發(fā)電極焊接板為邊長是500微米的正方形；所述條帶狀觸發(fā)電極的最小寬度為10微米。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明包括以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明采用固體絕緣介質(zhì)填充在開關(guān)的正負(fù)電極之間，因此受震動(dòng)、輻射和溫度等因素的影響較小，可以在高低溫，強(qiáng)電輻射等惡劣環(huán)境下可靠工作，開關(guān)性能穩(wěn)定，本發(fā)明提高了開關(guān)在使用中的安全性和可靠性。本發(fā)明采用微機(jī)電加工技術(shù)，使得開關(guān)體積較小，易于和其他器件集成使用，加入電路不會(huì)產(chǎn)生較大的電感，而且加工方法簡單，工序較少，容易實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)，降低了開關(guān)了生產(chǎn)成本。本發(fā)明可用于隔斷高壓或需要開關(guān)觸發(fā)時(shí)快速放電的場合，例如點(diǎn)火裝置、爆炸箔起爆等。


圖I是本發(fā)明實(shí)施例一種平面固體高壓開關(guān)的示意圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例一種絕緣基底表面形成半圓正負(fù)電極和觸發(fā)電極的示意圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例另一種絕緣基底表面形成梯形正負(fù)電極和觸發(fā)電極的示意圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例平面固體高壓開關(guān)的應(yīng)用電路圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。實(shí)施例一參照圖1，示出了本發(fā)明一種平面固體高壓開關(guān)的示意圖，本實(shí)施例具體可以包括絕緣基底101、正電極102、負(fù)電極103、正電極焊接板104、負(fù)電極焊接板105、觸發(fā)電極106、觸發(fā)電極焊接板107、觸發(fā)電極焊接板108以及絕緣層109 ；其中，正電極102、負(fù)電極103、正電極焊接板104、負(fù)電極焊接板105、觸發(fā)電極106、觸發(fā)電極焊接板107和觸發(fā)電極焊接板108位于絕緣基底101的表面上，絕緣層109覆蓋正電極102、負(fù)電極103以及位于正電極102和負(fù)電極103之間的觸發(fā)電極106 ;正電極焊接板104和正電極102相連，負(fù)電極焊接板105和負(fù)電極103相連，兩個(gè)觸發(fā)電極焊接板分別和觸發(fā)電極106的兩端相連，具體地，觸發(fā)電極焊接板107連接觸發(fā)電極106的一端，觸發(fā)電極焊接板108連接觸發(fā)電極106的另一端。需要說明的是，本實(shí)施例中絕緣層109只要覆蓋住正電極102、負(fù)電極103以及位于正電極102和負(fù)電極103之間的觸發(fā)電極106即可，但是實(shí)際制作時(shí)，絕緣層部分往往稍大點(diǎn)，也會(huì)覆蓋一部分正電極焊接板104、負(fù)電極焊接板105、觸發(fā)電極焊接板107和觸發(fā)電極焊接板108，如圖I陰影部分所示的絕緣層109。實(shí)際制造中，首先采用甩膠或者氣相化學(xué)蒸鍍的方法在整個(gè)絕緣基底表面覆蓋一層絕緣層，然后采用微機(jī)電加工的方法去除不需要的部分，從而露出部分開關(guān)正負(fù)焊板和觸發(fā)電極焊板部分。未去除絕緣層起到覆蓋絕緣的作用。需要說明的是，絕緣層在觸發(fā)電極加電壓之前，起到隔斷高壓的作用，另外，絕緣 層還可以起到防潮、防污染、使開關(guān)間隙的放電受溫度影響較小的作用，而且在放電過程中，由于開關(guān)正電極、負(fù)電極表面覆蓋有絕緣層，可以避免電極的過度燒蝕。本實(shí)施例中，正電極102和負(fù)電極103關(guān)于觸發(fā)電極106對稱，以觸發(fā)電極作為對稱軸。而且從圖I可以看出，正電極、正電極焊接板和負(fù)電極、負(fù)電極焊接板為軸對稱圖形。
本實(shí)施例中觸發(fā)電極位于正電極和負(fù)電極之間,觸發(fā)電極與正電極的距離和觸發(fā)電極與負(fù)電極的距離相同。本實(shí)施例中所述正電極和負(fù)電極之間的最小距離為50微米，所述條帶狀觸發(fā)電極的最小寬度為10微米。本實(shí)施例中，正電極和負(fù)電極均為半圓形，正電極焊接板和負(fù)電極焊接板均為正方形，且半圓形的半徑為正方形的邊長的一半。本實(shí)施例中觸發(fā)電極為條帶狀，觸發(fā)電極焊接板為正方形。需要說明的是，在本實(shí)施例的優(yōu)選實(shí)施例中，所述正電極和負(fù)電極還可以為梯形，所述正電極焊接板和負(fù)電極焊接板還可以為圓形，所述觸發(fā)電極焊接板還可以為圓形。例如，所述正電極和負(fù)電極為半徑是1000微米的半圓形或者下底為2000微米的梯形；所述正電極焊接板和負(fù)電極焊接板為邊長是2000微米的正方形或者直徑為2000微米的圓形；所述觸發(fā)電極焊接板為邊長是500微米的正方形。當(dāng)然在實(shí)際應(yīng)用中所述正電極和負(fù)電極還可以為其他特殊形狀，例如三角形、菱形等。具體地，例如圖2所示，其中正電極202和負(fù)電極203為半圓形，所述正電極焊接板204和所述負(fù)電極焊接板205為圓形，所述半圓形的半徑與所述圓形的半徑相等，所述觸發(fā)電極焊接板為圓形。又如圖3所示，其中正電極302和負(fù)電極303為梯形，所述正電極焊接板304和所述負(fù)電極焊接板305為正方形，所述梯形的下底與所述正方形的邊長相等，所述觸發(fā)電極焊接板為正方形。當(dāng)然正電極和負(fù)電極也可以為梯形，正電極焊接板和負(fù)電極焊接板也可以為圓形，且梯形的下底與所述圓形的直徑相等，本實(shí)施例對此不做限制。需要說明的是，本實(shí)施例中絕緣基底可以為硅基底，玻璃基底，石英基底或者陶瓷基底。本實(shí)施例中絕緣層為固體絕緣介質(zhì)，例如聚酰亞胺、聚對二甲苯或者環(huán)氧樹脂。本實(shí)施例中正電極、負(fù)電極、觸發(fā)電極以及電極焊接板的材料可以為銅、鋁或鎢。本實(shí)施例中，正負(fù)電極、正負(fù)電極焊板、觸發(fā)極、觸發(fā)極焊接板均由金屬膜層構(gòu)成，金屬膜層采用微加工工藝制備，例如采用磁控濺射，電鍍或氣相化學(xué)沉積的方法。本實(shí)施例中上述絕緣基底為邊長是I厘米的正方形，絕緣基底的最小厚度為50微米，絕緣層的最小厚度為30微米，實(shí)際制造時(shí)絕緣層的厚度一般為30微米到50微米之間。本實(shí)施例中上述正電極焊接板、負(fù)電極焊接板和觸發(fā)電極焊接板的最小厚度為3微米。本實(shí)施例采用固體絕緣介質(zhì)填充在開關(guān)的正負(fù)電極之間，因此受震動(dòng)、輻射和溫度等因素的影響較小，可以在高低溫，強(qiáng)電輻射等惡劣環(huán)境下可靠工作，開關(guān)性能穩(wěn)定，本實(shí)施例提高了開關(guān)在使用中的安全性和可靠性。實(shí)施例二 參照圖4，示出了本發(fā)明平面固體高壓開關(guān)的應(yīng)用電路圖，本實(shí)施例具體可以包 括 絕緣基底401、正電極402、負(fù)電極403、正電極焊接板404、負(fù)電極焊接板405、觸發(fā)電極406、觸發(fā)電極焊接板407、觸發(fā)電極焊接板408、絕緣層409以及開關(guān)使用時(shí)連接的電容410、觸發(fā)電源411和電子開關(guān)412。其中，正電極402、負(fù)電極403、正電極焊接板404、負(fù)電極焊接板405、觸發(fā)電極406、觸發(fā)電極焊接板407和觸發(fā)電極焊接板408位于絕緣基底401的表面上，絕緣層409覆蓋正電極402、負(fù)電極403以及位于正電極402和負(fù)電極403之間的觸發(fā)電極406 ;正電極焊接板404和正電極402相連，負(fù)電極焊接板405和負(fù)電極403相連，兩個(gè)觸發(fā)電極焊接板分別和觸發(fā)電極106的兩端相連，具體地，觸發(fā)電極焊接板407連接觸發(fā)電極406的一端，觸發(fā)電極焊接板408連接觸發(fā)電極406的另一端。本實(shí)施例中平面固體高壓開關(guān)的結(jié)構(gòu)可以參見實(shí)施例一種圖I所示的固體高壓開關(guān)的相關(guān)描述，本實(shí)施例在此不再贅述。上述正電極焊接板404連接電容410的正極，負(fù)電極焊接板連接電容410的負(fù)極，觸發(fā)電極兩個(gè)焊接板分別與觸發(fā)電源411的正負(fù)極相連，具體地，觸發(fā)電極焊接板407與觸發(fā)電源411的負(fù)極相連，觸發(fā)電極焊接板408與觸發(fā)電源411的正極相連。開關(guān)使用之前，觸發(fā)電源的電子開關(guān)412處于斷開狀態(tài)。開關(guān)使用時(shí)，正電極焊接板404連接電容410的正極，負(fù)電極焊接板連接電容410的負(fù)極，在間隙中形成強(qiáng)電場，觸發(fā)電極406加電壓之前，該強(qiáng)電場不足以擊穿正電極402、負(fù)電極403之間的間隙，電子開關(guān)412處于斷開狀態(tài)。接著給觸發(fā)電極406加一個(gè)相對于負(fù)電極403的負(fù)高壓，在負(fù)高壓的作用下，可使得正電極402與觸發(fā)電極406之間的間隙和負(fù)電極403與觸發(fā)電極406之間的間隙同時(shí)擊穿，或者其中一個(gè)間隙首先擊穿，從而在正電極402、負(fù)電極403之間形成放電通道。在本實(shí)施例中，上述電容410為O. 22微法，電容充電電壓為2500伏，在給定的放電回路中，放電回路中峰值電流可達(dá)2500安培，放電時(shí)間為30納秒，第一電流峰值時(shí)間為250納秒。在同樣的回路中，該平面固體開關(guān)的性能與立體式三電極火花隙開關(guān)的放電性能相當(dāng)，但平面固體開關(guān)具有較大的體積優(yōu)勢和便于集成的特點(diǎn)。本說明書中的各個(gè)實(shí)施例均采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似的部分互相參見即可。以上對本發(fā)明所提供的一種平面固體高壓開關(guān)，進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式
及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的 限制。
權(quán)利要求
1.一種平面固體高壓開關(guān)，其特征在于，包括 絕緣基底、正電極、正電極焊接板、負(fù)電極、負(fù)電極焊接板、觸發(fā)電極、兩個(gè)觸發(fā)電極焊接板以及絕緣層； 其中，正電極、正電極焊接板、負(fù)電極、負(fù)電極焊接板、觸發(fā)電極和觸發(fā)電極焊接板位于絕緣基底表面，絕緣層覆蓋正電極、負(fù)電極以及位于正電極和負(fù)電極之間的觸發(fā)電極；正電極焊接板和正電極相連，負(fù)電極焊接板和負(fù)電極相連，兩個(gè)觸發(fā)電極焊接板分別和觸發(fā)電極的兩端相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的開關(guān)，其特征在于 使用時(shí)正電極焊接板連接電容正極，負(fù)電極焊接板連接電容負(fù)極，觸發(fā)電極兩個(gè)焊接板分別與觸發(fā)電源的正負(fù)極相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的開關(guān)，其特征在于 所述正電極和負(fù)電極關(guān)于觸發(fā)電極對稱。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的開關(guān)，其特征在于 所述絕緣基底為硅基底，玻璃基底，石英基底或者陶瓷基底。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的開關(guān)，其特征在于 所述絕緣層為固體絕緣介質(zhì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的開關(guān)，其特征在于 所述絕緣層為聚酰亞胺、聚對二甲苯或者環(huán)氧樹脂。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的開關(guān)，其特征在于 所述正電極和負(fù)電極為半圓形或者梯形； 所述正電極焊接板和負(fù)電極焊接板為正方形或者圓形； 所述觸發(fā)電極為條帶狀，所述觸發(fā)電極焊接板為正方形或者圓形。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的開關(guān)，其特性在于 所述正電極、負(fù)電極、觸發(fā)電極以及電極焊接板的材料為銅、鋁或鎢。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的開關(guān)，其特征在于 所述絕緣基底為邊長是I厘米的正方形，所述絕緣基底的最小厚度為50微米； 所述絕緣層的最小厚度為30微米； 所述正電極焊接板、負(fù)電極焊接板和觸發(fā)電極焊接板的最小厚度為3微米； 所述正電極和負(fù)電極之間的最小距離為50微米。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的開關(guān)，其特征在于 所述正電極和負(fù)電極為半徑是1000微米的半圓形或者下底為2000微米的梯形； 所述正電極焊接板和負(fù)電極焊接板為邊長是2000微米的正方形或者直徑為2000微米的圓形； 所述觸發(fā)電極焊接板為邊長是500微米的正方形； 所述條帶狀觸發(fā)電極的最小寬度為10微米。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種平面固體高壓開關(guān)，以解決氣體絕緣的高壓開關(guān)性能不穩(wěn)定的問題。所述一種平面固體高壓開關(guān)包括絕緣基底、正電極、正電極焊接板、負(fù)電極、負(fù)電極焊接板、觸發(fā)電極、兩個(gè)觸發(fā)電極焊接板以及絕緣層；其中，正電極、正電極焊接板、負(fù)電極、負(fù)電極焊接板、觸發(fā)電極和觸發(fā)電極焊接板位于絕緣基底表面，絕緣層覆蓋正電極、負(fù)電極以及位于正電極和負(fù)電極之間的觸發(fā)電極；正電極焊接板和正電極相連，負(fù)電極焊接板和負(fù)電極相連，兩個(gè)觸發(fā)電極焊接板分別和觸發(fā)電極的兩端相連。本發(fā)明提高了開關(guān)在使用中的安全性和可靠性。
文檔編號(hào)H01T1/22GK102946054SQ201210404458
公開日2013年2月27日 申請日期2012年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月22日
發(fā)明者曾慶軒, 呂軍軍, 李明愉 申請人:北京理工大學(xué)