CN116250054A - 电子模块以及设备 - Google Patents

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Abstract

电子模块具有电路和至少一个第一MEMS开关和至少一个第二MEMS开关，所述第一MEMS开关具有带有第一切换阈值电压的至少一个第一控制接触件，所述第二MEMS开关具有带有与所述第一切换阈值电压不同的第二切换阈值电压的第二控制接触件，其中第一MEMS开关和第二MEMS开关的控制接触件连接到电路上。设备尤其是具有开关控制和/或闭环控制模块并且具有这样的电子模块。

Description

电子模块以及设备
技术领域
本发明涉及具有电路和至少一个第一MEMS开关的电子模块以及设备。
背景技术
具有MEMS开关(MEMS＝微机电开关(Micro-Electro-Mechanical Switch))的电子模块是已知的。
例如，在出版物DE102017215236A1和WO 2018028947A1中描述了这种MEMS开关。
MEMS开关经常具有弯曲元件、例如弯曲梁，所述弯曲梁尤其是可以以静电方式被偏转。弯曲元件承载电切换接触件，可以使所述电切换接触件由于偏转而与相应地布置的对应接触件附接(in Anlage bringen)并且因此可以提供或中断导电连接。
具有MEMS开关的电子模块因此具有切换功能性，所述切换功能性允许操控回路和负载回路之间的电流隔断，借助于所述操控回路使MEMS开关的弯曲元件偏转，所述负载回路利用MEMS开关被切换。
在电子模块的情况下经常值得期望的是，监控负载回路的电压。根据所述电压可以例如保护位于负载回路中的耗电器免受过压或欠压。为了保护开关本身，也可能需要电压的这种监控。尤其是在工业设备的控制装置中经常设置电压的这种监控。
为了监控、也就是说为了测量电压，模数转换器是已知的，然而所述模数转换器不允许与负载回路的电流隔断，除非设置附加的构件、诸如光电耦合器。电流隔断式电压测量可以借助于电容式电压测量进行。然而，在此需要复杂的评估电子设备。此外，这种电容式电压测量仅在交流电压应用中取得成功。原则上，也可以设置MEMS电压表用于进行电压测量。然而，这种MEMS电压表也需要复杂的评估电子设备和附加构件。
发明内容
因此，本发明的任务是提供一种改善的电子模块，其中电流隔断式电压测量是可能的。尤其是，根据本发明的电子模块应该能够在无附加工艺成本或工艺耗费的情况下被制造。此外，本发明的任务是提供一种优选地具有开环控制和/或闭环控制模块的改善的设备，所述设备具有这种电子模块。
本发明的该任务利用具有在权利要求1中说明的特征的电子模块以及利用具有在权利要求13中说明的特征的设备来解决。本发明的优选改进方案在所属的从属权利要求、随后的描述和附图中予以说明。
根据本发明的电子模块具有电路和至少一个第一MEMS开关以及至少一个第二MEMS开关，所述第一MEMS开关具有带有第一切换阈值电压的至少一个第一控制接触件，所述第二MEMS开关具有带有与所述第一切换阈值电压不同的第二切换阈值电压的第二控制接触件。在根据本发明的电子模块的情况下，第一和第二MEMS开关的控制接触件、即第一控制接触件和控制接触件连接到电路上。
以这种方式，可以借助于第一MEMS开关并且借助于第二MEMS开关测量电路中的电压，其方式是由于超过第一和/或第二切换阈值电压而对第一和/或第二MEMS开关进行切换。由于不同的第一和第二切换阈值电压，因此可以推断出电路中的电压。在根据本发明的电子模块的情况下，因此借助于第一MEMS开关和第二MEMS开关进行电压测量。因此，电压测量以与电路电流隔断的方式进行。仅仅第一控制接触件和第二控制接触件必须连接到电路上。由于在根据本发明的电子模块的情况下可以借助于MEMS开关进行电压测量，所以尤其是可以给电路与第一MEMS开关和第二MEMS开关一起配备其他MEMS开关。在根据本发明的电子模块的情况下不需要用于设置其他构件的其他工艺步骤。因此，如果在电子模块的情况下在电路的情况下MEMS开关本来被设置，则用于测量电压的第一MEMS开关和第二MEMS开关也可以容易地被集成到根据本发明的电子模块的制造工艺中。
借助于根据本发明的电子模块，可以不需要用于进行电压测量的附加构件、诸如光电耦合器。因此，尽管由于一个/多个附加的MEMS开关而引起的最低限度地增加的空间需求，但是总体上得出空间节省，并且因此也得出成本节省。
在电子模块的情况下，第一MEMS开关优选地被构造用于切换第一信号，所述第一信号表明超过第一切换阈值电压，并且第二MEMS开关优选地被构造用于切换另一第二信号，所述另一第二信号表明超过第二切换阈值电压，其中所述电子模块具有信号装置，所述信号装置输出至少一个与第一MEMS开关的切换位置和第二MEMS开关的切换位置有关的信号。在此，在本发明的该改进方案中，信号装置可以输出与第一MEMS开关的切换位置有关的和与第二MEMS开关的切换位置有关的各自(je ein)信号或者输出不仅取决于第一MEMS开关的切换位置而且取决于第二MEMS开关的切换位置的信号。
在根据本发明的电子模块的情况下，第一控制接触件和第二控制接触件优选地连接到所述电路的相同电位上。此外，在根据本发明的电子模块的情况下，位于公共接地电位的对应接触件适宜地分别被分配给第一控制接触件和第二控制接触件。以这种方式，借助于第一MEMS开关并且借助于第二MEMS开关，可以撑开电压区间，其中可以借助于第一和第二MEMS开关容易地检验电路的电压是位于电压区间之内还是位于电压区间之外，并且必要时电路的电压位于电压区间的哪一侧上。
在根据本发明的电子模块的一种优选改进方案中，第一和第二控制接触件连接到所述电路的分压器的分压上。也可以根据分压器的分压使第一切换阈值电压和第二切换阈值电压彼此相关。相应地也可以在该配置中借助于第一MEMS开关和第二MEMS开关测量电压。
在根据本发明的电子模块的情况下，第一MEMS开关和第二MEMS开关特别优选地彼此并联连接。在该配置中，可以非常简单地利用第一MEMS开关的第一切换阈值电压和第二MEMS开关的第二切换阈值电压构成电压区间，使得由于第一MEMS开关和第二MEMS开关的切换过程，可以简单地确定电路的电压相对于电压区间的位置。
在此，所述措辞(Wendung)意味着第一和第二MEMS开关彼此并联连接，第一和第二MEMS开关分别具有源极接触件和漏极接触件，其中所述第一MEMS开关的源极接触件和漏极接触件能够借助于第一切换接触件沿第一传导路径导电连接，并且所述第二MEMS开关的源极接触件和漏极接触件能够借助于第二切换接触件沿第二传导路径导电地连接，其中第一和第二传导路径彼此并联连接或者是可彼此并联连接的。
不言而喻，各自第一和/或第二MEMS开关的源极接触件和漏极接触件分别构成那些切换接触件，即这些切换接触件分别能够借助于切换相应的第一和/或第二MEMS开关而被导电连接或者电气分离。不言而喻，相配于(passend zu)上面描述的改进方案的该术语，第一和第二控制接触件可以分别被称为第一和第二MEMS开关的栅极接触件。
根据本发明的电子模块适宜地具有信号装置，所述信号装置输出至少一个与第一MEMS开关的切换位置和第二MEMS开关的切换位置有关的信号。在本发明的该改进方案中，信号装置优选地是先前已经描述的信号装置。在此，在本发明的该改进方案中，信号装置可以输出与第一MEMS开关的切换位置有关的和与第二MEMS开关的切换位置有关的各自信号或者输出不仅取决于第一MEMS开关的切换位置而且取决于第二MEMS开关的切换位置的信号。如果例如第一MEMS开关和第二MEMS开关利用第一和第二控制接触件连接到电路的相同电压电位上，并且如果第一和第二MEMS开关彼此并联连接，则在通过电路的电压超过最低切换阈值电压时，所属的MEMS开关被切换。对应的MEMS开关现在可以切换信号，所述信号表明超过所属的切换阈值电压。如果电路的电压达到所属的MEMS开关的其他切换阈值电压，则该MEMS开关也导通并且例如可以主动地切换另一第二信号，所述另一第二信号表明电压超过所属的切换阈值电压。
在根据本发明的电子模块的一种优选的改进方案中，所述电子模块具有至少一个第三MEMS开关，所述第三MEMS开关具有带有与第一和/或第二切换阈值电压不同的切换阈值电压的控制接触件。以这种方式，电压测量的分辨率或者电压测量的测量范围可以借助于其他切换阈值电压被提高。有利地，具有带有与第一和/或第二和/或第三切换阈值电压不同的切换阈值电压的控制接触件的第四MEMS开关也可以是电子模块的一部分。
在根据本发明的电子模块的情况下，MEMS开关中的第一MEMS开关和/或第二MEMS开关和/或第三MEMS开关和/或其他MEMS开关和/或所有MEMS开关被构成有各自弯曲元件、尤其是被构成有各自弯曲梁。以这种方式，控制接触件形成电极，所述电极使弯曲元件、尤其是弯曲梁偏转。适宜地，弯曲元件、尤其是弯曲梁承载至少一个切换接触件，借助于所述切换接触件可以由于弯曲元件的偏转而提供导电连接。
在根据本发明的电子模块的情况下，也即借助于根据本发明的电子模块，电流隔断式电压测量特别优选地是可能的。电流隔断式电压测量尤其是借助于随后描述的改进方案中是可能的。换句话说，电流隔断式电压测量是可能的，使得实现本发明的随后描述的改进方案的特征：
从而，在本发明的一种有利的改进方案中，至少第一MEMS开关和第二MEMS开关被构成有各自弯曲元件、尤其是各自弯曲梁，并且第一和第二MEMS开关优选地对于每个弯曲元件具有至少两个切换接触件，所述切换接触件相互导电地连接并且能够建立或中断导电连接。借助于切换接触件，根据本发明的电子模块的MEMS开关可以以与电子模块的控制接触件电流隔断的方式切换信号、尤其是先前描述的第一信号以及第二信号，所述第一信号表明超过第一切换阈值电压，所述第二信号表明超过第二切换阈值电压。施加在控制接触件上的电压可以容易地借助于所切换的信号、尤其是借助于第一和/或第二信号被测量。
在本发明的一种有利的改进方案中，施加在第一控制接触件上的电压相对于第一MEMS开关的弯曲元件被测定，即施加在控制接触件上的电压相对于第一MEMS开关的弯曲元件的电位、尤其是零电位测定。在本发明的一种有利的改进方案中，施加在第二控制接触件上的电压相对于第二MEMS开关的弯曲元件的电位、尤其是零电位测定。
在根据本发明的电子模块的情况下，信号装置理想地将所述电子电路的电压与至少一个电压区间进行比较，其中第一和/或第二MEMS开关分别规定电压区间的极限。如已经针对本发明的前述改进方案陈述的那样，可以借助于第一和/或第二MEMS开关构成电压区间，可以将电路的电压与所述电压区间进行比较。
在根据本发明的电子模块的情况下，第一切换阈值电压和/或第二切换阈值电压和/或一个/多个其他切换阈值电压优选地借助于MEMS开关的至少一个几何和/或材料决定的参数被规定。优选地，几何和/或材料决定的参数是弯曲元件的长度和/或宽度和/或厚度和/或MEMS开关的电极距离和/或电介质和/或层应力和/或层材料。从而，弯曲元件的长度或宽度或厚度可以简单地规定切换阈值电压。以类似的方式，电极距离或电介质或层应力或层材料对MEMS开关的切换阈值电压有影响。
在根据本发明的电子模块的情况下，电路优选地具有其他MEMS开关并且所述电路构成所述其他MEMS开关的负载回路。以这种方式，一方面利用MEMS开关切换电子模块的负载回路并且借助于MEMS开关测量电路的电压。相应地，负载回路的切换和负载回路的电压的测量借助于相同的技术来实现。
根据本发明的设备尤其是具有开环控制和/或闭环控制模块。该设备具有如之前描述的电子模块。电子模块特别优选地是开环控制和/或闭环控制模块的一部分。
附图说明
下面根据在附图中示出的实施例更详细地阐述本发明。
图1以横截面示意性地示出根据本发明的电子模块的第一MEMS开关，
图2以俯视图示意性地示出根据图1的第一MEMS开关，
图3以俯视图示意性地示出根据本发明的电子模块，所述电子模块具有根据图1和2的第一MEMS开关以及具有第二MEMS开关，并且
图4以示意性原理草图示出具有根据图3的根据本发明的电子模块的根据本发明的设备。
具体实施方式
根据本发明的电子模块(在图1和图2中未示出)的在图1中示出的MEMS开关10具有基底20和安放在所述基底处的弯曲梁30。弯曲梁30可以以自由端部40在朝向基底20的方向上被偏转。为了使弯曲梁30的自由端部40偏转，电极50在基底20的朝向弯曲梁30的表面处以平面方式施加在基底20上，所述电极50对位于弯曲梁30处的对应电极(在该附图中未明确示出)施加静电引力，使得弯曲梁30的自由端部40可以向电极50移动并且因此向基底20移动。为了偏转，给电极50加载电压，由此弯曲梁30偏转，所述电极构成第一MEMS开关10的第一控制接触件。
在图1和2中未特意示出，弯曲梁30在其自由端部40处具有两个切换接触件，所述切换接触件垂直于绘图平面彼此导电连接，并且所述切换接触件分别一个(je einmal)在绘图平面前方并且一个在绘图平面后方位于自由端部40处。在本发明的范围中，两个切换接触件也可以被称为源极接触件和漏极接触件。因此，切换接触件可以建立或中断垂直于绘图平面的导电连接。在所示的实施例中，当使弯曲梁30的自由端部40向衬底20移动时，建立导电连接。为了使第一MEMS开关10的自由端部40偏转，在构成第一控制接触件的电极50处需要电压，所述电压构成第一切换阈值电压。该第一切换阈值电压取决于弯曲梁30的几何尺寸。弯曲梁30的长度L(参见图2)越大，可以使弯曲梁30越容易地向基底20移动。因此随着长度L增加，用于使第一MEMS开关10的自由端部40偏转的所需要的切换阈值电压降低。
而随着宽度b(参见图2)增加，第一MEMS开关10的弯曲梁30的抗弯刚度增长，使得第一切换阈值电压相应地增加。此外，第一切换阈值电压随着弯曲梁30距基底20的距离g增加而增加。借助于几何尺寸，因此可以对于第一MEMS开关10定制(maβschneidern)第一切换阈值电压。在根据本发明的电子模块60(图3)的情况下，不仅仅只存在第一MEMS开关10，而是电子模块60此外具有第二MEMS开关10'，其中弯曲梁30'配备有较短的长度L，使得必须将用于切换第二MEMS开关10'的较高的电压施加在第二MEMS开关10'的第二控制接触件50'上。因此，第二MEMS开关10'具有比第一MEMS开关10更高的切换阈值电压。
第一MEMS开关10和第二MEMS开关10'分别布置在负载回路70的相同电位处，所述负载回路70一方面包括负载电位VLast以及包括接地电位VLast,GND。负载电位VLast和接地电位VLast,GND分别导电地连接到第一MEMS开关的电极50和在图1中未示出的对应电极上以及连接到第二MEMS开关10'的第二控制接触件50'和在图1中未示出的第二对应控制接触件上。在此，接地电位VLast,GND分别被引向第一MEMS开关10和第二MEMS开关10'的弯曲梁30、30'，而负载电位VLast分别被引导给位于基底20上的电极50以及第二控制接触件50'。第一MEMS开关10和第二MEMS开关10'因此可以借助于负载电位VLast以及接地电位VLast,GND被切换。
在图3中示出的实施例中，负载电位VLast可以与电引出线(Ausleitung)Out接触。为了可接触性，引出线Out和负载电位VLast分别连接到梳状结构80、90上，所述梳状结构分别具有梳齿100、110，可以借助于其他MEMS开关120使所述梳齿相互导电接触。如果切换其他MEMS开关120，则使梳齿100、110相互导电接触，使得将引出线Out引到负载电位VLast。在根据本发明的电子模块60的情况下，负载电位VLast和接地电位VLast,GND之间的电压可以借助于第一MEMS开关10和第二MEMS开关10'被确定。如果负载电压VLast超过第一阈值切换电压，则由于彼此不同的第一阈值切换电压和第二阈值切换电压，MEMS开关10导通。在这种情况下，第一MEMS开关10导通并且输出电压信号Vlow，其方式是第一MEMS开关10使第一信号回路Vlow接通。因此在接通时可以在第一信号回路处识别超过第一阈值切换电压的负载电位VLast。如果负载电压VLast超过第二阈值切换电压，则第二MEMS开关10'相应地接通第二信号回路，所述第二信号回路输出信号Vhigh。根据构成本发明意义上的信号装置的电压信号Vlow和Vhigh，因此可以容易地确定负载电位VLast是否位于第一阈值切换电压和第二阈值切换电压的极限之内。
根据本发明的电子模块60是开环控制和闭环控制模块200的一部分，所述开环控制和闭环控制模块在其侧是根据本发明的工业设备300的一部分。工业设备300用于开环控制和闭环控制在附图中未示出的工业电机。

Claims (13)

1.一种电子模块，所述电子模块具有电路(70)和至少一个第一MEMS开关(10)和至少一个第二MEMS开关(10')，所述第一MEMS开关具有带有第一切换阈值电压的至少一个第一控制接触件(50)，所述第二MEMS开关(10')具有带有与所述第一切换阈值电压不同的第二切换阈值电压的第二控制接触件(50')，其中第一MEMS开关(10)和第二MEMS开关(10')的控制接触件(50、50')连接到所述电路(70)上。
2.根据前述权利要求中任一项所述的电子模块，其中所述第一MEMS开关切换第一信号，所述第一信号表明超过所述第一切换阈值电压，并且所述第二MEMS开关切换另一第二信号，所述另一第二信号表明超过所述第二切换阈值电压，其中所述电子模块具有信号装置，所述信号装置输出至少一个与所述第一MEMS开关(10)的切换位置和所述第二MEMS开关(10')的切换位置有关的信号(Vlow、Vhigh)。
3.根据权利要求1所述的电子模块，其中第一控制接触件(50)和第二控制接触件(50')连接到所述电路(70)的相同电压电位上。
4.根据权利要求1或2所述的电子模块，其中第一控制接触件(50)和第二控制接触件(50')连接到所述电路(70)的分压器的分压上。
5.根据前述权利要求中任一项所述的电子模块，其中所述第一和第二MEMS开关分别具有源极接触件和漏极接触件，其中所述第一MEMS开关的源极接触件和漏极接触件能够借助于第一切换接触件沿第一传导路径导电地连接，并且所述第二MEMS开关的源极接触件和漏极接触件能够借助于第二切换接触件沿第二传导路径导电地连接，其中第一和第二传导路径彼此并联连接或是可彼此并联连接的。
6.根据前述权利要求中任一项所述的电子模块，所述电子模块具有至少一个第三MEMS开关，所述第三MEMS开关具有带有与所述第一和/或第二切换阈值电压不同的切换阈值电压的第三控制接触件。
7.根据前述权利要求中任一项所述的电子模块，其中所述第一MEMS开关(10)和第二MEMS开关(10')和/或第三MEMS开关或一个或多个其他MEMS开关被构成有各自弯曲元件(30)、尤其是被构成有各自弯曲梁。
8.根据前一权利要求所述的电子模块，其中电流隔断式电压测量是可能的。
9.根据权利要求7和/或8所述的电子模块，其中至少所述第一MEMS开关和所述第二MEMS开关被构造有各自弯曲元件、尤其是各自弯曲梁，并且第一和第二MEMS开关对于每个弯曲元件具有至少两个切换接触件，所述切换接触件相互导电地连接并且能够建立或中断导电连接。
10.根据前述权利要求中任一项所述的电子模块，其中所述信号装置将所述电子电路的电压与至少一个电压区间进行比较，其中第一和/或第二MEMS开关分别规定所述电压区间的极限。
11.根据前述权利要求中任一项所述的电子模块，其中所述第一和/或第二或其他切换阈值电压分别借助于相应的MEMS开关(10、10')的至少一个几何和/或材料决定的参数(h、b、L)、尤其是弯曲元件的长度(L)和/或宽度(b)和/或厚度(h)和/或所述MEMS开关(10、10')的电极距离(g)和/或电介质和/或层应力和/或层材料被规定。
12.根据前述权利要求中任一项所述的电子模块，其中所述电路(70)具有其他MEMS开关(120)并且所述电路(70)构成所述其他MEMS开关(120)的负载回路。
13.一种设备，所述设备尤其是具有开环控制和/或闭环控制模块，所述设备具有根据前述权利要求中任一项所述的电子模块(60)。
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