DE10031569A1 - Highly miniaturized relay in integrated circuit form, providing reliable operation and high isolation at high frequencies, includes see-saw mounted plate alternately closing contacts on substrate when rocked - Google Patents
Highly miniaturized relay in integrated circuit form, providing reliable operation and high isolation at high frequencies, includes see-saw mounted plate alternately closing contacts on substrate when rockedInfo
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Abstract
Description
Diese Erfindung betrifft im allgemeinen einen integrierten Mikroschalter, der durch Verwendung der Techniken der Herstellung von Halbleiter-IGs hergestellt werden kann, und insbesondere einen integrierten Mikroschalter, bei dem eine bewegliche Platte derart schwenkbar auf einer Hebel stützanordnung angeordnet ist, daß bewegliche Kontakte, die an den freien Schwenkendab schnitten der beweglichen Platte befestigt sind, mittels elektrostatischer Anziehungskraft oder elektromagnetischer Anziehungs- oder Abstoßungskraft alternierend in und außer Kontakt mit entsprechenden festen Kontakten bewegt werden, die auf einem Substrat gebildet sind, und ein Verfahren zu dessen Herstellung.This invention relates generally to an integrated microswitch which, by use of techniques for manufacturing semiconductor IGs, and in particular one Integrated microswitch, in which a movable plate can be pivoted on a lever support arrangement is arranged that movable contacts that on the free swivel end cuts of the movable plate are fixed, by means of electrostatic attraction or electromagnetic attraction or repulsion force alternately in and out of contact with corresponding fixed contacts are formed, which are formed on a substrate, and a Process for its production.
Mit der verbesserten Funktionalität von Meßinstrumenten oder verschiedener Arten von Prüf systemen werden sehr leistungsfähige Miniaturschalter in großen Mengen verwendet, die für Anwendungen nützlich sind, die von Gleichstrom bis zu hochfrequenten elektrischem Strom reichen. Außerdem ist es erforderlich, daß sehr leistungsfähige Miniaturschalter in Schaltungs elemente integrierter Schaltungen eingebaut werden, die mit Signalen bis hin zu Mikrowellen oder Millimeterwellen fertig werden (wobei diese integrierten Schaltungen nachstehend als MMIC bezeichnet werden).With the improved functionality of measuring instruments or different types of test Very powerful miniature switches are used in large quantities for systems Applications are useful that range from direct current to high frequency electrical current pass. It also requires very powerful miniature switches in circuit elements of integrated circuits can be installed, with signals up to microwaves or Millimeter waves (these integrated circuits hereinafter referred to as MMIC be designated).
Aufgrund dieses Erfordernisses wurden bisher gewöhnlich Silicium- oder Galliumarsenid-Halblei ter-FETs (Feldeffekttransistoren) oder monolitische Schaltelemente unter Verwendung von Dioden verwendet. Das monolitische Schaltelement weist die Vorteile auf, daß es eine hohe Zuverlässig keit bietet, weil keine mechanisch bewegten Komponenten vorhanden sind, und daß der Einsatz der Fotolithografietechnologie die Massenproduktion von Schalterkomponenten in Miniaturgröße mit konsistenten Charakteristika ermöglicht.Because of this requirement, silicon or gallium arsenide semiconductors have traditionally been used ter-FETs (field effect transistors) or monolithic switching elements using diodes used. The monolithic switching element has the advantages that it is highly reliable speed offers because there are no mechanically moving components and that the use the mass production of miniature switch components in photolithography technology with consistent characteristics.
Andererseits weist ein derartiges Schaltelement den Nachteil auf, daß es einen relativ großen Durchlaßverlust mit sich bringt, da es nicht möglich ist, den Durchlaßwiderstand angemessen zu reduzieren, wenn es sich im Durchlaßzustand befindet. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß es ein schlechtes Trennvermögen aufweist, weil es nicht möglich ist, die elektrostatische Kapazität angemessen zu reduzieren, wenn es sich im Sperrzustand befindet.On the other hand, such a switching element has the disadvantage that it has a relatively large size Loss of conduction entails since it is not possible to adequately increase the on resistance reduce if it is in the on state. Another disadvantage is that it has poor separability because it is not possible to remove the electrostatic Reduce capacity appropriately when locked.
In dieser Hinsicht sind bei einer solchen Art von Schaltern wie mechanische Mikroschalter unter Verwendung mechanischer Kontaktkomponenten die Vorteile reduzierter Durchlaßverluste sowie hohen Trennvermögens gut vereint. Diesbezüglich sind verschiedene Verfahren der Herstellung integrierter Mikroschalter unter Verwendung der Technik der Herstellung von Halbleiter-ICs (Mikrobearbeitungstechnologie) versucht worden.In this regard, switches such as mechanical microswitches are under Using mechanical contact components the advantages of reduced transmission losses as well high separation capacity well combined. In this regard, there are various manufacturing methods Integrated microswitch using the technique of manufacturing semiconductor ICs (Micromachining technology) has been tried.
Die Fig. 49 und 50 stellen den Aufbau eines gewöhnlichen bekannten integrierten Mikroschalters dar, wie er beispielsweise in "Micromechanical Membrane Switches on Silicon" von K. E. Petersen, IBM J. RES. DEVELOP., Bd. 23, Nr. 4, Juli 1979, Seiten 376-385 offenbart ist. In diesen Fig. 49 und 50 sind zum Zweck der Erläuterung obere und untere Elektroden hinzugefügt. FIGS. 49 and 50 illustrate the construction of an ordinary known integrated microswitch is, as described for example in "Micromechanical Membrane Switches on Silicon" by KE Petersen, IBM J. RES. DEVELOP., Vol. 23, No. 4, July 1979, pages 376-385. In these FIGS. 49 and 50 are top for the purpose of illustration and added lower electrode.
Der hier dargestellte herkömmliche integrierte Mikroschalter umfaßt ein Substrat 1 aus einem Halbleiter wie beispielsweise Silicium, in dem eine Aussparung 2 gebildet ist, eine untere Elektrode 3, die am Boden der Aussparung 2 gebildet ist, einen Ausleger 4, der auf der oberen Fläche des Substrats gebildet ist und sich über die Öffnung der Aussparung 2 erstreckt, und eine obere Elektrode 5, die auf der oberen Fläche des Auslegers 4 an einer Position der unteren Elektrode gegenüber gebildet ist, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß bei Anlegen einer Gleichspannung zwischen die untere Elektrode 3 und die obere Elektrode 5, um eine elektrostati sche Anziehung zu erzeugen, das freie Ende des Auslegers 4 durch die Anziehung zum Boden der Aussparung 2 hin bewegt wird, um einen am freien Ende des Auslegers 4 montierten bewegli chen Kontakt in Kontakt mit festen Kontakten (Signalleitungen) 7 und 8 zu bringen, um eine elektrische Verbindung zwischen den festen Kontakten 7 und 8 herzustellen.The conventional integrated microswitch shown here comprises a substrate 1 made of a semiconductor such as silicon, in which a recess 2 is formed, a lower electrode 3 , which is formed at the bottom of the recess 2 , a cantilever 4 , which is on the upper surface of the substrate is formed and extends over the opening of the recess 2 , and an upper electrode 5 which is formed on the upper surface of the cantilever 4 at a position opposite the lower electrode, the arrangement being such that when a DC voltage is applied between the lower electrode 3 and upper electrode 5 to generate an electrostatic attraction, the free end of the cantilever 4 is moved by the attraction toward the bottom of the recess 2 to a movable contact mounted on the free end of the cantilever 4 in contact with to bring fixed contacts (signal lines) 7 and 8 to an electrical connection between the fixed contacts 7 and 8 to manufacture.
Außerdem ist festzuhalten, daß der Ausleger 4 durch folgende Schritte gebildet werden kann: Bilden einer dotierten Zone (Zone p +) 1A in einer Fläche des Siliciumsubstrats 1, die mit Bor für einen vertikalen Ätzstopp dotiert ist; Bilden einer unteren Elektrode auf der dotierten Zone; Bilden, auf der dotierten Zone sowie auf der unteren Elektrode, einer Siliciumepitaxieschicht 1B, die als Opferschicht bezeichnet wird; Bilden einer Schicht aus einem Material wie beispielsweise Harz, das eine geeignete Elastizität aufweist, derart, daß sie die oberen Flächen der Opferschicht 1B überspannt; Bilden einer im wesentlichen U-förmigen Ausschneidenut 9 (vgl. Fig. 49), und Entfernen der Opferschicht, indem durch die Ausschneidenut 9 zur Opferschicht ein Siliciumätz mittel wie beispielsweise eine heiße (118°C) Lösung aus Ethylendiaminpyrokatechol (EDP) gebracht wird, um dadurch eine Aussparung 2 im Substrat zu bilden. Die heiße Lösung aus EDP kann Silicium mit relativ hoher Geschwindigkeit ätzen, jedoch SiO2 sowie die dotierte Zone kaum ätzen.In addition, it should be noted that the jib 4 can be formed by the steps of: forming a doped region (p + region) 1 A in a surface of the silicon substrate 1 which is doped with boron for a vertical etch stop; Forming a bottom electrode on the doped zone; Form, on the doped zone and on the lower electrode, a silicon epitaxial layer 1 B, which is referred to as the sacrificial layer; Forming a layer of a material such as resin having a suitable elasticity such that the upper surfaces of the sacrificial layer 1 B spans; Forming a substantially U-shaped cutout groove 9 (see FIG. 49) and removing the sacrificial layer by bringing a silicon etchant such as, for example, a hot (118 ° C.) solution of ethylenediamine pyrocatechol (EDP) through the cutout groove 9 , to thereby form a recess 2 in the substrate. The hot EDP solution can etch silicon at a relatively high speed, but can hardly etch SiO 2 and the doped zone.
Ein anderer herkömmlicher integrierter Mikroschalter, der bis zu einem hohen Frequenzbereich verwendbar ist, ist offenbart in The 8 th International Conference on Solid-State Sensors and Actuators, and Eurosensors IX. Stockholm, Schweden "a Surface Micromachined Miniature Switch for Telecommunications Applications with Signal Frequencies from DC to 4 GHz," Seiten 384-387, 25-29. Juni 1995 von J. Jason Yao et al.Another conventional integrated microswitch that can be used up to a high frequency range is disclosed in The 8 th International Conference on Solid-State Sensors and Actuators, and Eurosensors IX. Stockholm, Sweden "a Surface Micromachined Miniature Switch for Telecommunications Applications with Signal Frequencies from DC to 4 GHz," pp. 384-387, 25-29. June 1995 by J. Jason Yao et al.
Alle oben beschriebenen herkömmlichen Mikroschalterkonfigurationen sind so, daß der Ausleger 4 mit dem auf ihm montierten beweglichen Kontakt 6 mittels elektrostatischer Anziehungskraft oder elektromagnetischer Anziehungs- oder Abstoßungskraft, die durch Anlegen einer Treiber spannung zwischen die oberen und die unteren Elektroden erzeugt wird, elastisch verformt wird und ein Kontakt mit den festen Kontakten 7 und 8 hergestellt wird. Demzufolge besteht ein Problem hinsichtlich der Haltbarkeit des Auslegers 4, weshalb es wahrscheinlich ist, daß Vorkommnisse auftreten, bei denen die festen Kontakte 7 und 8 als Folge einer reduzierten Rückstellkraft oder eines Brechens des Auslegers 4 ständig im EIN-Zustand verbleiben.All of the conventional microswitch configurations described above are such that the cantilever 4 is elastically deformed with the movable contact 6 mounted thereon by means of electrostatic attraction or electromagnetic attraction or repulsion force generated by applying a driver voltage between the upper and lower electrodes a contact is made with the fixed contacts 7 and 8 . As a result, there is a problem in the durability of the boom 4 , and there are likely to be occurrences where the fixed contacts 7 and 8 remain in the ON state as a result of a reduced restoring force or breakage of the boom 4 .
Um die Haltbarkeit des Auslegers 4 zu verbessern, ist es denkbar, die Dicke des Auslegers 4 zu erhöhen. Wenn die Dicke des Auslegers 4 erhöht wird, bringt dies jedoch die Schwierigkeit mit sich, daß dementsprechend eine größere Antriebskraft für die elastische Verformung des Auslegers 4 erforderlich sein würde. Es besteht der zusätzliche Nachteil, daß der Druck, mit dem der bewegliche Kontakt 6 in Kontakt mit den festen Kontakten 7 und 8 gedrückt wird, reduziert wird, was zu einer Verschlechterung der Kontaktstabilität führt.In order to improve the durability of the boom 4 , it is conceivable to increase the thickness of the boom 4 . When the thickness of the boom 4 is increased, however, there is a problem that, accordingly, a larger driving force would be required for the elastic deformation of the boom 4 . There is an additional disadvantage that the pressure with which the movable contact 6 is pressed in contact with the fixed contacts 7 and 8 is reduced, which leads to a deterioration in the contact stability.
Obwohl der durch die Mikrobearbeitungstechnologie hergestellte integrierte Mikroschalter aufgrund der Tatsache, daß die Metallkontakte durch mechanischen Antrieb in und außer Kontakt miteinander bewegt werden, lange Zeit die Anforderung stellte, daß die Stabilität über eine längere Zeitspanne zu verbessern ist, weist er doch den Vorteil auf, daß derartige Schalter durch Verwendung der Fotolithografietechnologie in Massenfertigung hergestellt werden können, sowie den Vorteil des reduzierten Durchlaßwiderstands und hohen Trennverlustes auf. Man käme in den Genuß dieser Vorteile, wenn die vorgenannte Anforderung erfüllt wäre.Although the integrated microswitch manufactured by the micromachining technology due to the fact that the metal contacts are mechanically driven in and out of contact be moved together for a long time the requirement that the stability over a is to improve for a longer period of time, it has the advantage that such switches by Use of photolithography technology can be mass-produced, as well the advantage of reduced forward resistance and high isolation loss. You would get into that Enjoy these advantages if the above requirement were met.
Es ist daher eine Aufgabe dieser Erfindung, einen verbesserten integrierten Mikroschalter zu schaffen, der so ausgelegt ist, daß weniger Vorkommnisse des Brechens der beweglichen Komponenten auftreten, und der in der Lage ist, einen sicheren Ein/Aus-Umschaltbetrieb sowie selbst mit einer relativ kleinen Anziehungskraft einen höheren Kontaktdruck zu schaffen.It is therefore an object of this invention to provide an improved integrated microswitch create that is designed so that fewer occurrences of breaking the moving Components occur, and is capable of safe on / off switching operation as well to create a higher contact pressure even with a relatively small attraction.
Gemäß dieser Erfindung ist eine bewegliche Platte mit einer bestimmten longitudinalen Ausdeh nung durch Positionshalteanordnungen in einer Position parallel zu dem Substrat und mit einer Wippbewegung um einen Schwenkpunkt in der Mittenposition der longitudinalen Ausdehnung der beweglichen Platte bewegbar an dem Substrat befestigt. Eine Hebelstützanordnung ist so gebildet, daß sie sich von dem Substrat unterhalb der Mittenposition der beweglichen Platte aus nach oben erstreckt und an ihrer Oberseite einen oberen Rippenabschnitt aufweist. Die bewegli che Platte wird durch Verwendung der Halbleiterherstellungstechnologie derart gebildet, daß die bewegliche Platte durch die Positionshalteanordnungen oberhalb der Hebelstützanordnung so am Substrat befestigt ist, daß "im Prinzip" ein minimaler Spalt zwischen dem oberen Rippenabschnitt der Hebelstützanordnung und der darüber positionierten beweglichen Platte geschaffen wird. Die durch die Positionshalteanordnungen am Substrat befestigte bewegliche Platte ist in einer Wippbewegung mit Hilfe von Anziehungskraft (oder Abstoßungskraft) bewegbar, die zwischen dem Substrat und einem jeweiligen ausgewählten der entgegengesetzten Schwenkendabschnitte der beweglichen Platte erzeugt wird, die sich auf entgegengesetzten Seiten bezüglich der Hebelstützanordnung befinden, während sie an ihrem Mittelpunkt mit der Hebelstützanordnung in Eingriff steht und von ihr unterstützt wird. Das Erzeugen der Anziehungskraft (oder Abstoßungs kraft) wird umgeschaltet von zwischen dem ausgewählten der Schwenkendabschnitte und dem Substrat zu zwischen dem anderen der Schwenkendabschnitte und den Substrat, und umgekehrt.According to this invention is a movable plate with a certain longitudinal extent voltage by position holding arrangements in a position parallel to the substrate and with a Rocking movement around a pivot point in the central position of the longitudinal extension of the movable plate movably attached to the substrate. A lever support arrangement is like this formed to extend from the substrate below the center position of the movable plate extends upwards and has an upper rib section on its upper side. The moveable surface is formed by using the semiconductor manufacturing technology such that the movable plate through the position holding arrangements above the lever support arrangement so Substrate is attached, that "in principle" a minimal gap between the upper rib section the lever support assembly and the movable plate positioned over it. The movable plate attached to the substrate by the position holding assemblies is in one Rocking movement is movable with the help of attraction (or repulsive force) that between the substrate and a respective selected one of the opposite pivot end portions of the movable plate is generated, which is on opposite sides with respect to the Lever support assembly are located while at their center with the lever support assembly in Intervention stands and is supported by her. Generating attraction (or repulsion force) is switched from between the selected one of the pivot end portions and the Substrate to between the other of the pivot end portions and the substrate, and vice versa.
Außerdem sind bewegliche Kontakte an den entgegengesetzten Schwenkendabschnitten in der Nähe der jeweiligen freien Enden angeordnet, während feste Kontakte auf der Substratseite den entsprechenden beweglichen Kontakten gegenüber angeordnet sind, so daß in Antwort auf die Wippbewegung der beweglichen Platte die beweglichen Kontakte in und außer Kontakt mit den festen Kontakten bewegt werden, um die Umschaltfunktion auszuführen.There are also movable contacts at the opposite pivot end portions in the Arranged near the respective free ends, while fixed contacts on the substrate side corresponding movable contacts are arranged opposite, so that in response to the Rocking movement of the movable plate, the movable contacts in and out of contact with the fixed contacts are moved to perform the switching function.
Hier bedeutet der Ausdruck "es ist im Prinzip ein minimaler Spalt vorgesehen", daß die bewegli che Platte so hergestellt wird, daß ein minimaler Spalt beim Design vorhanden ist, wie durch Bezug auf die nachstehend beschriebenen Herstellungsverfahren ersichtlich ist. In anderen Worten soll der Ausdruck "im Prinzip" bedeuten, daß beim fertigen Produkt die bewegliche Platte abhängig vom Gewicht der beweglichen Platte möglicherweise eine Position einnehmen kann, in der sie in Berührung mit dem oberen Rippenabschnitt der Hebelstützanordnung ist.Here, the expression "there is in principle a minimal gap" means that the moveable che plate is made so that there is a minimal gap in the design, as by Reference to the manufacturing process described below can be seen. In other Words the term "in principle" means that in the finished product the movable plate depending on the weight of the movable plate, it may take a position in which is in contact with the upper rib portion of the fulcrum assembly.
Bei der vorliegenden Erfindung unterliegt die Kontaktkonfiguration verschiedenen gewünschten Modifikationen, was nicht nur die Konfiguration zum Herstellen und Unterbrechen der Verbindung zwischen einem beweglichen Kontakt und einem festen Kontakt umfaßt, sondern auch die Konfiguration zum Herstellen und Unterbrechen der Verbindung zwischen einer Mehrzahl fester Kontakte durch einen beweglichen Kontakt.In the present invention, the contact configuration is subject to various desired ones Modifications, which is not just the configuration for making and breaking the connection between a movable contact and a fixed contact, but also the Configuration for establishing and breaking the connection between a plurality of fixed Contacts through a moving contact.
Die Mittel zum Schaffen einer Antriebskraft für die bewegliche Platte für ihre Wippbewegung können ebenfalls verschiedene Formen annehmen.The means for creating a driving force for the moving plate for its rocking motion can also take different forms.
Der integrierte Mikroschalter gemäß Anspruch 1 der vorliegenden Anmeldung umfaßt:
eine Hebelstützanordnung, die von einer Seitenfläche eines Substrats emporragt;
eine bewegliche Platte, die von der Hebelstützanordnung für eine Wippbewegung unterstützt
wird;
eine Treiberanordnung zum Erzeugen einer Anziehungskraft (oder Abstoßungskraft) zwischen
dem Substrat und einem der entgegengesetzten Schwenkendabschnitte der beweglichen Platte,
die sich auf entgegengesetzten Seiten bezüglich der Hebelstützanordnung befinden;
bewegliche Kontakte, die auf den entgegengesetzten freien Enden der beweglichen Platte
montiert sind; und
feste Kontakte, die so ausgelegt sind, daß sie mittels der Wippbewegung der beweglichen Platte
durch die beweglichen Kontakte elektrisch verbunden und von ihnen getrennt werden können.The integrated microswitch according to claim 1 of the present application comprises:
a lever support assembly protruding from a side surface of a substrate;
a movable plate supported by the lever support assembly for rocking motion;
a driver assembly for generating an attractive force (or repulsive force) between the substrate and one of the opposite pivot end portions of the movable plate that are on opposite sides with respect to the fulcrum assembly;
movable contacts mounted on the opposite free ends of the movable plate; and
fixed contacts, which are designed so that they can be electrically connected by the rocking movement of the movable plate through the movable contacts and separated from them.
Die integrierten Mikroschalter gemäß den Ansprüchen 2 bis 9 betreffen Variationen der Treiber anordnung des integrierten Mikroschalters gemäß Anspruch 1.The integrated microswitches according to claims 2 to 9 relate to variations in the drivers arrangement of the integrated microswitch according to claim 1.
Anspruch 2 ist auf die Treiberanordnung gerichtet, die aus zwei auf dem Substrat gebildeten unteren Elektroden und der aus einem leitfähigen Material hergestellten beweglichen Platte aufgebaut ist. Wenn beispielsweise ein positives Potential einer Gleichstromantriebsquelle an die bewegliche Platte angelegt wird, während ein negatives Potential alternierend an die eine und die andere der zwei unteren Elektroden angelegt wird, wird daher bewirkt, daß die bewegliche Platte aufgrund elektrostatischer Kraft in einer Wippbewegung bewegt wird, wodurch die beweglichen Kontakte mit den festen Kontakten elektrisch in Kontakt kommen und sich von ihnen lösen.Claim 2 is directed to the driver arrangement, which consists of two formed on the substrate lower electrodes and the movable plate made of a conductive material is constructed. For example, if a positive potential of a DC power source is connected to the movable plate is applied while a negative potential alternating between one and the other other of the two lower electrodes is applied, therefore, the movable plate is caused is moved in a rocking motion due to electrostatic force, causing the movable Contacts come into electrical contact with the fixed contacts and detach from them.
Gemäß Anspruch 3 ist die bewegliche Platte aus einem Isolator hergestellt und weist obere Elektroden auf, die an deren entgegengesetzten Schwenkendabschnitten gebildet und auf den entgegengesetzten Seiten bezüglich der Hebelstützanordnung angeordnet sind, während untere Elektroden auf dem Substrat an Positionen gebildet sind, die bezüglich der Hebelstützanordnung symmetrisch sind und den entsprechenden oberen Elektroden gegenüberliegen. Das Anlegen einer Treiberspannung zwischen die oberen Elektroden und die unteren Elektroden bewegt die bewegliche Platte in einer Wippbewegung, wodurch bewirkt wird, daß die beweglichen Kontakte mit den festen Kontakten elektrischen Kontakt bekommen und sich von ihnen lösen.According to claim 3, the movable plate is made of an insulator and has upper Electrodes on the opposite pivot end portions formed and on the opposite sides are arranged with respect to the lever support arrangement, while lower Electrodes are formed on the substrate at positions relative to the fulcrum assembly are symmetrical and opposite the corresponding upper electrodes. The creation of a Driving voltage between the upper electrodes and the lower electrodes moves the movable plate in a rocking motion, causing the movable contacts get electrical contact with the fixed contacts and detach from them.
Anspruch 4 offenbart einen elektrostatisch getriebenen integrierten Mikroschalter, bei dem eine Mehrzahl unterer Elektroden auf dem Substrat gegenüber jedem der entgegengesetzten Schwenkendabschnitte der beweglichen Platte gebildet sind, so daß eine Mehrzahl elektrostati scher Kapazitäten zwischen der Mehrzahl unterer Elektroden und jeder der entgegengesetzten Schwenkendabschnitte der beweglichen Platte gebildet wird, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß, wenn ein Treiberpotential zwischen die Mehrzahl unterer Elektroden entsprechend einem der entgegengesetzten Schwenkendabschnitte der beweglichen Platte angelegt wird, elektrische Ladung in den jeweiligen elektrostatischen Kapazitäten gesammelt wird, um elektrostatische Anziehungskräfte zwischen dem Substrat und dem einen der entgegengesetzten Schwenkendab schnitte zu erzeugen.Claim 4 discloses an electrostatically driven integrated microswitch, in which one A plurality of lower electrodes on the substrate opposite each of the opposite Pivoting end portions of the movable plate are formed so that a plurality of electrostatic ones capacities between the plurality of lower electrodes and each of the opposite Pivoting end portions of the movable plate is formed, the arrangement being made so is that when a driving potential between the plurality of lower electrodes corresponds to one of the opposite pivot end portions of the movable plate is electric Charge in the respective electrostatic capacities is collected to electrostatic Attractive forces between the substrate and one of the opposite pivot ends to create cuts.
Der in Anspruch 5 offenbarte integrierte Mikroschalter ist durch die Treiberanordnung gekenn zeichnet, die Planarspulen umfaßt, die auf der beweglichen Platte an Positionen gebildet sind, die bezüglich deren Schwenkpunkt symmetrisch sind, und durch eine Permanentmagnetanordnung, die so ausgebildet ist, daß sie Magnetfelder erzeugt, die parallel zu den von den Planarspulen erzeugten Magnetfeldern sind, um dadurch magnetische Anziehungskräfte zu erzeugen.The integrated microswitch disclosed in claim 5 is characterized by the driver arrangement which includes planar coils formed on the movable plate at positions which are symmetrical with respect to their pivot point, and by a permanent magnet arrangement, which is designed to generate magnetic fields that are parallel to those of the planar coils generated magnetic fields, thereby generating magnetic attractive forces.
Die Verwendung von Permanentmagneten als Magnetfelderzeugungsmittel ermöglicht die Schaffung einer beträchtlichen Anziehung und Abstoßung selbst dann, wenn die von den Planarspulen erzeugten Magnetfelder minimal sind, wodurch ein integrierter Mikroschalter geschaffen wird, der einen stabilen Kontaktzustand zwischen den festen Kontakten und den beweglichen Kontakten sicherstellt.The use of permanent magnets as a magnetic field generating means enables Creation of a considerable attraction and repulsion even if that of the Magnetic fields generated by planar coils are minimal, creating an integrated microswitch is created, the stable contact state between the fixed contacts and the ensures moving contacts.
Der in Anspruch 6 offenbarte integrierte Mikroschalter ist durch die Antriebsanordnung gekenn zeichnet, welche die aus magnetischem Material hergestellte bewegliche Platte und Erregungs spulen umfaßt, die aus rohrförmig gewickeltem Draht bestehen und im Substrat befestigt sind. Die Wicklung von Draht in rohrförmiger Form ermöglicht die Erhöhung der Anzahl an Windungen, was dazu beiträgt, eine verstärkte magnetische Anziehungs- oder Abstoßungskraft zu erzeugen. The integrated microswitch disclosed in claim 6 is characterized by the drive arrangement records the moving plate and excitation made of magnetic material includes coils, which consist of tubular wound wire and are fixed in the substrate. The winding of wire in tubular form enables the number of turns to be increased, which helps to generate an increased magnetic attraction or repulsion force.
Demzufolge liefert dieser Aufbau wiederum einen integrierten Mikroschalter, der einen stabilen Kontaktzustand zwischen den festen Kontakten und den beweglichen Kontakten sicherstellt.As a result, this construction in turn provides an integrated microswitch that is stable Ensures contact state between the fixed contacts and the movable contacts.
Der in Anspruch 7 offenbarte integrierte Mikroschalter ist durch die Antriebsanordnung gekenn zeichnet, die Erregungsspulen enthält, die aus Draht bestehen, der rohrförmig gewickelt ist, wobei die Erregungsspulen von einem Zusatzsubstrat gehaltert werden, das oberhalb der beweglichen Platte montiert ist, so daß eine Anziehungskraft von oberhalb der beweglichen Platte geliefert wird.The integrated microswitch disclosed in claim 7 is characterized by the drive arrangement which contains excitation coils made of wire wound in a tubular shape, wherein the excitation coils are supported by an additional substrate that is above the movable plate is mounted so that an attractive force from above the movable plate is delivered.
Der in Anspruch 8 offenbarte integrierte Mikroschalter ist durch die Antriebsanordnung gekenn zeichnet, die Stücke aus magnetischem Material für die magnetische Anziehung umfaßt, welche auf der beweglichen Platte montiert sind, die aus einem nicht-magnetischen Material hergestellt ist, und Erregungsspulen, die in das Substrat eingebettet sind, so daß die Stücke für die magneti sche Anziehung eine Anziehungskraft in Verbindung mit von den Erregungsspulen erzeugten Magnetfeldern erzeugen können.The integrated microswitch disclosed in claim 8 is characterized by the drive arrangement which includes pieces of magnetic material for magnetic attraction, which mounted on the movable plate, which are made of a non-magnetic material is, and excitation coils, which are embedded in the substrate, so that the pieces for the magneti attraction is an attraction associated with that generated by the excitation coils Can generate magnetic fields.
Während die Stücke für die magnetische Anziehung gemäß Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet sind, daß sie einfach aus magnetischem Material hergestellt sind, ist Anspruch 9 auf die Antriebsanordnung gerichtet, die dadurch weiter gekennzeichnet ist, daß die Stücke für die magnetische Anziehung mit entgegengesetzten Polaritäten längs der Richtung ihrer Dicke magnetisiert sind, so daß ein Kontaktdruck mit größerer Stärke (der zwischen den beweglichen Kontakten und den festen Kontakten wirken soll) durch synergistische Effekte zwischen den Magnetfeldern der Stücke für die magnetische Anziehung und jenen der Erregungsspulen erzeugt werden kann.While the pieces for magnetic attraction according to claim 8 characterized are that they are simply made of magnetic material, claim 9 is to the Drive arrangement directed, which is further characterized in that the pieces for the magnetic attraction with opposite polarities along the direction of their thickness are magnetized so that a contact pressure with greater strength (that between the movable Contacts and the fixed contacts should work) through synergistic effects between the Magnetic fields of the pieces for magnetic attraction and those of the excitation coils are generated can be.
Die Ansprüche 10 und 11 dieser Anmeldung sind auf die Positionshalteanordnungen zum Halten der beweglichen Platte in Position gerichtet.Claims 10 and 11 of this application are to the position holding arrangements for holding the movable plate in position.
Anspruch 10 schlägt Positionshalteanordnungen vor, die Trägerplatten umfassen, die von der planaren Fläche des Substrats nach oben ragen, und elastisch verformbare Drehgelenkanordnun gen, die einstückig mit der beweglichen Platte gebildet sind und die entgegengesetzten Seiten der beweglichen Platte am Schwenkpunkt mit den Trägerplatten verbinden. Die Drehgelenkanordnun gen ermöglichen es, daß sich die bewegliche Platte in der Wippbewegung bewegt und verhindert dennoch den Positionsversatz der beweglichen Platte oberhalb der Hebelstützanordnung.Claim 10 proposes position holding assemblies which comprise carrier plates which of the planar surface of the substrate protrude, and elastically deformable hinge arrangement gene, which are integrally formed with the movable plate and the opposite sides of the Connect the movable plate to the carrier plates at the pivot point. The swivel arrangement now conditions allow the movable plate to move and prevent in the rocking motion nevertheless the positional offset of the movable plate above the lever support arrangement.
Anspruch 11 schlägt Positionshalteanordnungen vor, die ein Paar Trägerstangen, die sich von den entgegengesetzten Seiten der beweglichen Platte am Schwenkpunkt senkrecht zur longitudinalen Abmessung der beweglichen Platte erstrecken, und ein Paar Lageranordnungen zur Aufnahme der sie durchsetzenden Trägerstangen umfassen. Die Lageranordnungen sind auf den Trägerplatten gebildet, welche wiederum von der planaren Fläche des Substrats vorstehen.Claim 11 proposes position holding arrangements comprising a pair of support rods which extend from the opposite sides of the movable plate at the pivot point perpendicular to the longitudinal Extend dimension of the movable plate, and a pair of bearing arrangements for receiving the they include penetrating support rods. The bearing arrangements are on the carrier plates formed, which in turn protrude from the planar surface of the substrate.
Die Ansprüche 12 bis 17 dieser Anmeldung sind auf den Aufbau der festen Kontakte und der beweglichen Kontakte gerichtet. The claims 12 to 17 of this application are based on the structure of the fixed contacts and moving contacts.
Anspruch 12 schlägt einen integrierten Mikroschalter vor, bei dem die beweglichen Kontakte durch Niederschlagung bzw. Abscheidung auf der Unterseite der beweglichen Platte an den freien Enden ihrer entgegengesetzten Schwenkendabschnitte gebildet sind und in äußeren Enden, die sich über die freien Enden der beweglichen Platte hinaus erstrecken, enden, während die festen Kontakte auf der planaren Fläche des Substrats gebildet sind, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß die festen Kontakte mittels der beweglichen Kontakte elektrisch miteinander verbunden und voneinander getrennt werden.Claim 12 proposes an integrated microswitch in which the movable contacts by precipitation or deposition on the underside of the movable plate on the free Ends of their opposite pivot end portions are formed and in outer ends that extend beyond the free ends of the movable plate, while the fixed ends Contacts are formed on the planar surface of the substrate, the arrangement being made in this way is that the fixed contacts are electrically connected to each other by means of the movable contacts and be separated from each other.
Anspruch 13 schlägt einen integrierten Mikroschalter vor, bei dem die beweglichen Kontakte mit Elastizität versehen sind, was eine elastische Verformung ermöglicht, wobei die beweglichen Kontakte mit Elastizität so wirken, daß sie einen Selbstreinigungsvorgang zwischen den bewegli chen Kontakten und den festen Kontakten hervorrufen.Claim 13 proposes an integrated microswitch in which the movable contacts Elasticity are provided, which enables elastic deformation, the movable Contacts with elasticity act so that they have a self-cleaning process between the movable Chen contacts and the fixed contacts.
Anspruch 14 schlägt einen integrierten Mikroschalter vor, bei dem bewegliche Kontakte auf der Oberseite der beweglichen Platte in der Nähe ihrer entgegengesetzten Schwenkendabschnitte gebildet sind, während feste Kontakte an jeweiligen Trägern befestigt sind, die an einer von der planaren Fläche des Substrats nach oben beabstandeten Erhöhung befestigt sind.Claim 14 proposes an integrated microswitch in which movable contacts on the Top of the movable plate near its opposite pivot end portions are formed while fixed contacts are attached to respective carriers attached to one of the planar surface of the substrate are attached upwardly spaced elevation.
Anspruch 15 schlägt einen integrierten Mikroschalter vor, bei dem feste Kontakte aus Leitern gebildet sind, die Signalübertragungsleitungen umfassen, die an eine vorbestimmte Impedanz angepaßt sind.Claim 15 proposes an integrated microswitch in which fixed contacts made of conductors are formed which include signal transmission lines connected to a predetermined impedance are adjusted.
Anspruch 16 ist auf das Merkmal des Aufbaus der Signalübertragungsleitungen gerichtet, die an eine vorbestimmte Impedanz angepaßt und aus Mikrostreifenleitern gebildet sind.Claim 16 is directed to the feature of the construction of the signal transmission lines that a predetermined impedance is matched and formed from microstrip lines.
Anspruch 17 schlägt einen integrierten Mikroschalter vor, bei dem feste Kontakte aus komplana ren Mikrostreifenleitern gebildet sind.Claim 17 proposes an integrated microswitch in which fixed contacts from komplana ren microstrip conductors are formed.
Es ist ersichtlich, daß die integrierten Mikroschalter gemäß den Ansprüchen 15 bis 18 aufgrund der Tatsache, daß die festen Kontakte aus impedanzangepaßten Signalübertragungsleitungen aufgebaut sind, den Vorteil bieten, selbst bei Signalen hoher Frequenz eine Ein/Aussteuerung sicherzustellen, ohne die Wellenformqualität zu beeinträchtigen.It can be seen that the integrated microswitch according to claims 15 to 18 the fact that the fixed contacts from impedance-matched signal transmission lines have the advantage of on / off control even with high frequency signals ensure without affecting the waveform quality.
Anspruch 18 schlägt einen integrierten Mikroschalter vor, der umfaßt:
feste Kontakte, die auf einer Seitenfläche eines Substrats gebildet sind;
einen Ausleger, der an einem Ende an dem Substrat befestigt ist und dessen anderes, schwenk
bares freies Ende einem festen Kontakt gegenüber angeordnet ist, wobei der Ausleger aus einem
Leiter gebildet ist; und
eine Erregungsspule, die dem schwenkbaren freien Ende des Auslegers gegenüber angeordnet ist,
wobei die Spule aus einem rohrförmig gewickelten Draht gebildet ist.Claim 18 proposes an integrated microswitch comprising:
fixed contacts formed on a side surface of a substrate;
a cantilever attached to the substrate at one end and having the other pivotable free end opposite a fixed contact, the cantilever being formed from a conductor; and
an excitation coil which is arranged opposite the pivotable free end of the arm, the coil being formed from a tubularly wound wire.
Anspruch 19 schlägt einen integrierten Mikroschalter vor, der umfaßt:
eine bewegliche Platte, die auslegerartig an einer Seitenfläche eines Substrats unterstützt ist,
wobei die bewegliche Platte aus einem magnetischen Material mit Leitfähigkeit gebildet ist;
einen aus einem nicht-magnetischen Leiter gebildeten Festkontakthalteausleger, wobei der
Ausleger auf sich einen festen Kontakt in einer dem schwenkbaren freien Ende der beweglichen
Platte gegenüberliegenden Position, jedoch diesbezüglich leicht versetzt, haltert; und
eine Erregungsspule, die dem schwenkbaren freien Ende des Auslegers gegenüber angeordnet ist,
wobei die Spule aus rohrförmig gewickeltem Draht gebildet ist.Claim 19 proposes an integrated microswitch comprising:
a movable plate which is cantilevered on a side surface of a substrate, the movable plate being made of a magnetic material having conductivity;
a fixed contact holding bracket formed of a non-magnetic conductor, the bracket holding a firm contact on itself in a position opposite but slightly offset from the pivotable free end of the movable plate; and
an excitation coil, which is arranged opposite the pivotable free end of the arm, the coil being formed from tubularly wound wire.
Gemäß der Erfindung nach Anspruch 20 wird ein integrierter Mikroschalter geschaffen, bei dem eine bewegliche Platte polygonaler Form, beispielsweise rechteckiger Form, in ihrer Mitte von einer Hebelstützanordnung unterstützt wird, die von einem Substrat emporragt. Eine untere Elektrode ist an der Unterseite des Substrats der beweglichen Platte gegenüber gebildet. Bewegliche Kontakte sind auf der Unterseite der beweglichen Platte an jedem ihrer vier Ecken gebildet, während an der Oberseite der beweglichen Platte dreieckige obere Elektroden an jedem ihrer vier Ecken gebildet sind. Die Anordnung ist so getroffen, daß, wenn eine Treiberspannung zwischen eine der oberen Elektroden und die untere Elektrode angelegt wird, ein Eckabschnitt der beweglichen Platte zum Substrat hin bewegt wird, wodurch der zugeordnete der beweglichen Kontakte in eine leitende Verbindung mit dementsprechenden festen Kontakt bewegt wird, während sich die anderen nicht = in Kontakt mit den entsprechenden festen Kontakten befinden.According to the invention of claim 20, an integrated microswitch is created in which a movable plate of polygonal shape, for example rectangular, in the middle of a lever support arrangement is supported, which protrudes from a substrate. A lower one Electrode is formed on the underside of the substrate opposite to the movable plate. Movable contacts are on the bottom of the movable plate at each of its four corners formed while triangular top electrodes on each of the top of the movable plate their four corners are formed. The arrangement is such that when a drive voltage is placed between one of the upper electrodes and the lower electrode, a corner portion of the movable plate is moved towards the substrate, whereby the associated one of the movable Contacts are moved into a conductive connection with the corresponding fixed contact, while the others are not = in contact with the corresponding fixed contacts.
Während die Hebelstützanordnung gemäß den bisherigen Ansprüchen so dargestellt ist, daß sie einen oberen Rippenabschnitt aufweist, ist die Hebelstützanordnung bei diesem Anspruch 20 so ausgelegt, daß sie eine obere Rippe mit konischer Form aufweist, die eine minimale Länge der "Rippe" (horizontal) aufweist, sie kann jedoch selbstverständlich abhängig von der polygonalen Form jede geeignete Form aufweisen.While the lever support arrangement according to the previous claims is shown so that it has an upper rib portion, the lever support arrangement in this claim 20 designed to have an upper rib with a conical shape that has a minimum length of "Rib" (horizontal), but it can of course depend on the polygonal Shape have any suitable shape.
Anspruch 21 schlägt einen integrierten Mikroschalter vor, der eine Mehrzahl integrierter Mikro schalter umfaßt, die auf einem gemeinsamen Substrat gebildet und zu einer monolithischen Einheit kombiniert sind.Claim 21 proposes an integrated microswitch that has a plurality of integrated micro includes switches that are formed on a common substrate and become a monolithic Unit are combined.
Anspruch 22 ist auf einen integrierten Mikroschalter gerichtet, der in einem abgedichteten Gehäuse untergebracht wird, das dann mit inertem Gas gefüllt wird.Claim 22 is directed to an integrated microswitch which is sealed in a Housing is housed, which is then filled with inert gas.
Die Ansprüche 23 bis 27 schlagen Verfahren zur Herstellung der verschiedenen, oben beschrie benen integrierten Mikroschalter vor.Claims 23 to 27 propose methods of making the various described above integrated microswitch.
Anspruch 23 ist auf das in Fig. 5 dargestellte Herstellungsverfahren gerichtet.Claim 23 is directed to the manufacturing method shown in FIG. 5.
Anspruch 24 lehrt ein Verfahren zu Herstellung des integrierten Mikroschalters mit dem in den Fig. 25 bis 28 dargestellten Aufbau, bei denen Lageranordnungen als Positionshalteanordnungen verwendet werden.Claim 24 teaches a method for producing the integrated microswitch with the structure shown in FIGS . 25 to 28, in which bearing arrangements are used as position holding arrangements.
Anspruch 25 schlägt ein Verfahren zur Herstellung des integrierten Mikroschalters vor, der mit elastisch verformbaren beweglichen Kontakten gemäß Darstellung in Fig. 17 versehen ist. Claim 25 proposes a method for producing the integrated microswitch, which is provided with elastically deformable movable contacts as shown in FIG. 17.
Anspruch 26 schlägt ein Verfahren zur Herstellung des integrierten Mikroschalters vor, der mit Planarspulen gemäß Darstellung in den Fig. 30 bis 32 versehen ist.Claim 26 proposes a method for producing the integrated microswitch, which is provided with planar coils as shown in FIGS . 30 to 32.
Anspruch 27 ist auf ein Verfahren zur Herstellung des integrierten Mikroschalters gerichtet, der mit Erregungsspulen gemäß Darstellung in den Fig. 38 und 39 versehen ist.Claim 27 is directed to a method for producing the integrated microswitch, which is provided with excitation coils as shown in FIGS. 38 and 39.
Anspruch 28 ist auf einen integrierten Mikroschalter gerichtet, bei dem ein Verfahren zur Bildung eines minimalen Spalts definiert ist.Claim 28 is directed to an integrated microswitch, in which a method for formation a minimum gap is defined.
Anspruch 29 ist auf einen integrierten Mikroschalter gerichtet, bei dem bewegliche Kontakte und feste Kontakte in einem Aus-Zustand gehalten werden, während die bewegliche Platte deaktiviert ist.Claim 29 is directed to an integrated microswitch in which movable contacts and fixed contacts are kept in an off state while the movable plate is deactivated is.
Wie oben diskutiert, wird bei dem integrierten Mikroschalter gemäß dieser Erfindung bewirkt, daß die bewegliche Platte durch eine Anziehungskraft oder eine Abstoßungskraft, die entweder durch statische oder magnetische Elektrizität erzeugt wird, in einer Wippbewegung bewegt wird, um dadurch zu bewirken, daß die an den Schwenkenden der beweglichen Platte vorgesehenen beweglichen Kontakte eine elektrische Verbindung mit den festen Kontakten herstellen und unterbrechen. Es ist daher klar, daß der integrierte Mikroschalter dieser Erfindung in der Lage ist, eine Schaltfunktion guter Qualität mit reduziertem Durchlaßwiderstand während des Leitungszu stands und hohem Sperrwiderstand im Öffnungszustand zu liefern.As discussed above, the integrated microswitch in accordance with this invention causes the movable plate by an attractive force or a repulsive force by either static or magnetic electricity is generated, is moved in a rocking motion to cause that provided at the pivot ends of the movable plate movable contacts establish an electrical connection with the fixed contacts and interrupt. It is therefore clear that the integrated microswitch of this invention is capable of a good quality switching function with reduced on-state resistance during wiring and high blocking resistance in the open state.
Außerdem ermöglicht der integrierte Mikroschalter gemäß dieser Erfindung aufgrund der Mikro struktur, die durch Mikrobearbeitungstechniken wie beispielsweise die Fotolithografietechnologie realisiert wird, eine Beschleunigung der Bewegung der beweglichen Kontakte, was den Vorteil bringt, schnell reagierende integrierte Mikroschalter zu liefern.In addition, the integrated microswitch according to this invention enables due to the micro structure created by micromachining techniques such as photolithography technology is realized an acceleration of the movement of the moving contacts, which is an advantage brings to deliver fast responding integrated microswitches.
Außerdem ermöglicht die Mikrostruktur des integrierten Mikroschalters gemäß dieser Erfindung es, eine größere Anzahl an Schaltern in einem begrenzten Raum unterzubringen, so daß selbst eine komplizierte Umschaltanordnung in einer so kleinen Konfiguration integriert werden kann, wie es eine Halbleitervorrichtung ist. Demzufolge wird erwartet, daß die Anwendungsbereiche oder Verwendungsfelder des integrierten Mikroschalters dieser Erfindung vergrößert werden.In addition, the microstructure enables the integrated microswitch according to this invention to accommodate a larger number of switches in a limited space, so that even a complicated switching arrangement can be integrated in such a small configuration, like it's a semiconductor device. As a result, the application areas are expected or fields of use of the integrated microswitch of this invention are enlarged.
Fig. 1 ist eine Draufsicht, die eine erste Ausführungsform des integrierten Mikroschalters gemäß Anspruch 1 oder 2 darstellt; Fig. 1 is a plan view showing a first embodiment of the integrated micro-switch according to claim 1 or 2;
Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht längs der Linie 2-2 von Fig. 1; Fig. 2 is a cross-sectional view taken along line 2-2 of Fig. 1;
Fig. 3 ist ein elektrisches Äquivalenzschaltbild des in den Fig. 1 und 2 gezeigten Mikroschalters; Figure 3 is an electrical equivalent circuit diagram of the microswitch shown in Figures 1 and 2;
Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht, die den allgemeinen Aufbau des in den Fig. 1 und 2 gezeigten integrierten Mikroschalters darstellt; Fig. 4 is a perspective view illustrating the general structure of the integrated microswitch shown in Figs. 1 and 2;
Fig. 5 sind diagrammartige Ansichten, die aufeinanderfolgende Schritte eines Prozesses zur Herstellung des in den Fig. 1 und 2 gezeigten integrierten Mikroschalters darstellen; Fig. 5 are diagrammatic views showing successive steps of a process for manufacturing the integrated micro switch shown in Figures 1 and 2 represent.
Fig. 6 ist eine Draufsicht, die eine zweite Ausführungsform darstellt, welche eine Modifika tion des in den Fig. 1 und 2 gezeigten integrierten Mikroschalters darstellt; Fig. 6 is a plan view illustrating a second embodiment which is a modification of the integrated microswitch shown in Figs. 1 and 2;
Fig. 7 ist eine Querschnittsansicht längs der Linie 7-7 von Fig. 6; Fig. 7 is a cross-sectional view taken along line 7-7 of Fig. 6;
Fig. 8 ist ein elektrisches Äquivalenzschaltbild des in den Fig. 6 und 7 gezeigten integrierten Mikroschalters; Fig. 8 is an electrical equivalent circuit diagram of the integrated microswitch shown in Figs. 6 and 7;
Fig. 9 ist eine Draufsicht, die eine dritte Ausführungsform darstellt, welche eine weitere Modifikation des in den Fig. 1 und 2 gezeigten integrierten Mikroschalters ist; Fig. 9 is a plan view illustrating a third embodiment which is another modification of the integrated microswitch shown in Figs. 1 and 2;
Fig. 10 ist eine Querschnittsansicht längs der Linie 10-10 von Fig. 9; Fig. 10 is a cross-sectional view taken along line 10-10 of Fig. 9;
Fig. 11 ist ein elektrisches Äquivalenzschaltbild des in den Fig. 9 und 10 gezeigten integrierten Mikroschalters; Figure 11 is an electrical equivalent circuit diagram of the integrated microswitch shown in Figures 9 and 10;
Fig. 12 ist eine Draufsicht, die eine vierte Ausführungsform darstellt, die eine weitere Modifi kation des in den Fig. 1 und 2 gezeigten integrierten Mikroschalters ist; Fig. 12 is a plan view illustrating a fourth embodiment which is another modification of the integrated microswitch shown in Figs. 1 and 2;
Fig. 13 ist eine Querschnittsansicht längs der Linie 13-13 von Fig. 12; Fig. 13 is a cross-sectional view taken along line 13-13 of Fig. 12;
Fig. 14 ist eine Draufsicht, die eine fünfte Ausführungsform des integrierten Mikroschalters gemäß Anspruch 3 darstellt; Fig. 14 is a plan view showing a fifth embodiment of the integrated micro-switch according to claim 3;
Fig. 15 ist eine Querschnittsansicht längs der Linie 15-15 von Fig. 14; Fig. 15 is a cross-sectional view taken along line 15-15 of Fig. 14;
Fig. 16 ist eine Querschnittsansicht, die eine sechste Ausführungsform darstellt, die eine Modifikation des in Fig. 14 gezeigten integrierten Mikroschalters ist; Fig. 16 is a cross-sectional view illustrating a sixth embodiment which is a modification of the integrated microswitch shown in Fig. 14;
Fig. 17 sind diagrammartige Ansichten, die aufeinanderfolgende Schritte eines Prozesses zur Herstellung des in den Fig. 14 und 15 gezeigten integrierten Mikroschalters darstellen; Fig. 17 are diagrammatic views illustrating sequential steps of a process for manufacturing the integrated microswitch shown in Figs. 14 and 15;
Fig. 18 ist eine Querschnittsansicht, die eine siebte Ausführungsform darstellt, die eine Modifikation des in Fig. 14 gezeigten integrierten Mikroschalters ist; Fig. 18 is a cross-sectional view illustrating a seventh embodiment which is a modification of the integrated microswitch shown in Fig. 14;
Fig. 19 ist eine Querschnittsansicht, die eine achte Ausführungsform darstellt, die eine andere Modifikation des in Fig. 14 gezeigten integrierten Mikroschalters ist; Fig. 19 is a cross-sectional view illustrating an eighth embodiment which is another modification of the integrated microswitch shown in Fig. 14;
Fig. 20 ist eine Draufsicht, die eine neunte Ausführungsform des integrierten Mikroschalters gemäß Anspruch 4 darstellt; Fig. 20 is a plan view showing a ninth embodiment of the integrated micro-switch according to claim 4;
Fig. 21 ist eine Querschnittsansicht längs der Linie 21-21 von Fig. 20; Fig. 21 is a cross-sectional view taken along line 21-21 of Fig. 20;
Fig. 22 ist eine Draufsicht, die eine zehnte Ausführungsform des integrierten Mikroschalters gemäß Anspruch 11 darstellt; Fig. 22 is a plan view showing a tenth embodiment of the integrated micro-switch according to claim 11;
Fig. 23 ist eine Querschnittsansicht längs der Linie 23-23 von Fig. 22; Fig. 23 is a cross sectional view taken along line 23-23 of Fig. 22;
Fig. 24 ist eine Draufsicht, die eine elfte Ausführungsform darstellt, die eine Kombination der in Fig. 22 gezeigten Ausführungsform und der in Fig. 20 gezeigten Ausführungsform ist; Fig. 24 is a plan view illustrating an eleventh embodiment that is a combination of the embodiment shown in Fig. 22 and the embodiment shown in Fig. 20;
Fig. 25 sind Querschnittsansichten, die aufeinanderfolgende Schritte eines Prozesses zur Herstellung des in Fig. 22 gezeigten integrierten Mikroschalters darstellen; FIG. 25 are cross sectional views illustrating successive steps of a process for manufacturing the integrated micro switch shown in FIG. 22;
Fig. 26 sind Querschnittsansichten, die aufeinanderfolgende Schritte als Fortsetzung der Schritte des in Fig. 25 gezeigten Prozesses darstellen; Fig. 26 are cross-sectional views illustrating successive steps as a continuation of the steps of the process shown in Fig. 25;
Fig. 27 sind Querschnittsansichten, die aufeinanderfolgende Schritte als weitere Fortsetzung der Schritte des in den Fig. 25 und 26 gezeigten Prozesses darstellen; Fig. 27 are cross-sectional views illustrating successive steps as a further continuation of the steps of the process shown in Figs. 25 and 26;
Fig. 28 ist eine Draufsicht, die zusätzlich den in Fig. 26A gezeigten Schritt darstellt; Fig. 28 is a plan view additionally illustrating the step shown in Fig. 26A;
Fig. 29 ist eine Draufsicht, die zusätzlich den in Fig. 26A gezeigten Schritt darstellt; Fig. 29 is a plan view additionally illustrating the step shown in Fig. 26A;
Fig. 30 ist eine Draufsicht, die eine zwölfte Ausführungsform des integrierten Mikroschalters gemäß Anspruch 5 darstellt; Fig. 30 is a plan view illustrating a twelfth embodiment of the integrated microswitch according to claim 5;
Fig. 31 ist eine Querschnittsansicht längs der Linie 31-31 von Fig. 30; Figure 31 is a cross-sectional view taken along line 31-31 of Figure 30;
Fig. 32 ist eine Draufsicht, die eine dreizehnte Ausführungsform darstellt, die eine Modifikation der in Fig. 30 gezeigten Ausführungsform ist; Fig. 32 is a plan view illustrating a thirteenth embodiment which is a modification of the embodiment shown in Fig. 30;
Fig. 33 ist eine Draufsicht, die eine vierzehnte Ausführungsform gemäß Anspruch 6 darstellt; Fig. 33 is a plan view showing a fourteenth embodiment according to claim 6;
Fig. 34 ist eine Querschnittsansicht, die von der Seite von Fig. 30 genommen ist; Fig. 34 is a cross-sectional view taken from the side of Fig. 30;
Fig. 35 sind diagrammartige Ansichten, die aufeinanderfolgende Schritte eines Prozesses zur Herstellung des in den Fig. 33 und 34 gezeigten integrierten Mikroschalters darstellen; Fig. 35 are diagrammatic views illustrating successive steps of a process for manufacturing the integrated micro switch shown in Figures 33 and 34.
Fig. 36 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel der Erregungsspule darstellt, die bei dem in den Fig. 33 und 34 gezeigten integrierten Mikroschalter verwendet wird; Fig. 36 is a perspective view illustrating an example of the excitation coil used in the integrated microswitch shown in Figs. 33 and 34;
Fig. 37 ist eine Draufsicht, welche die in Fig. 36 gezeigte Erregungsspule darstellt, die in einer im Substrat gebildeten Bohrung montiert ist; Fig. 37 is a plan view illustrating the excitation coil shown in Fig. 36 mounted in a hole formed in the substrate;
Fig. 38 ist eine Draufsicht, die eine fünfzehnte Ausführungsform darstellt, die eine Modifika tion des in den Fig. 33 und 34 gezeigten integrierten Mikroschalters ist; Fig. 38 is a plan view illustrating a fifteenth embodiment which is a modification of the integrated microswitch shown in Figs. 33 and 34;
Fig. 39 ist eine Querschnittsansicht, die den Aufbau des in Fig. 38 gezeigten integrierten Mikroschalters darstellt; Fig. 39 is a cross-sectional view illustrating the structure of the integrated microswitch shown in Fig. 38;
Fig. 40 ist eine Querschnittsansicht, die eine sechzehnte Ausführungsform des integrierten Mikroschalters gemäß Anspruch 18 darstellt; Fig. 40 is a cross-sectional view illustrating a sixteenth embodiment of the integrated micro-switch according to claim 18;
Fig. 41 ist eine Querschnittsansicht, die eine siebzehnte Ausführungsform des integrierten Mikroschalters gemäß Anspruch 19 darstellt; Fig. 41 is a cross-sectional view showing a seventeenth embodiment of the integrated micro-switch according to claim 19;
Fig. 42 ist eine Draufsicht, die eine achtzehnte Ausführungsform darstellt, die eine andere Modifikation des in den Fig. 33 und 44 gezeigten integrierten Mikroschalters ist; Fig. 42 is a plan view illustrating an eighteenth embodiment which is another modification of the integrated microswitch shown in Figs. 33 and 44;
Fig. 43 ist eine Draufsicht, gesehen von oben von Fig. 42; Fig. 43 is a plan view seen from above of Fig. 42;
Fig. 44 ist eine Draufsicht, die eine neunzehnte Ausführungsform des integrierten Mikroschal ters gemäß Anspruch 1 darstellt; Fig. 44 is a plan view showing a nineteenth embodiment of the integrated micro scarf ters of claim 1;
Fig. 45 ist ein elektrisches Äquivalenzschaltbild des in Fig. 33 gezeigten Schalters; Fig. 45 is an electrical equivalent circuit diagram of the switch shown in Fig. 33;
Fig. 46 ist eine Draufsicht, die eine zwanzigste Ausführungsform dieser Erfindung darstellt; Fig. 46 is a plan view illustrating a twentieth embodiment of this invention;
Fig. 47 ist eine Querschnittsansicht, die eine einundzwanzigste Ausführungsform dieser Erfindung darstellt; Fig. 47 is a cross-sectional view illustrating a twenty-first embodiment of this invention;
Fig. 48 ist eine perspektivische Ansicht, die eine zweiundzwanzigste Ausführungsform dieser Erfindung darstellt; Fig. 48 is a perspective view illustrating a twenty-second embodiment of this invention;
Fig. 49 ist eine perspektivische Ansicht, die den Stand der Technik darstellt; und Fig. 49 is a perspective view illustrating the prior art; and
Fig. 50 ist eine Querschnittsansicht längs der Linie 50-50 von Fig. 49. Fig. 50 is a cross-sectional view taken along line 50-50 of Fig. 49.
Die Fig. 1 bis 4 stellen eine erste Ausführungsform des integrierten Mikroschalters dieser Erfindung gemäß den Ansprüchen 1, 2, 10 und 12 dar, bei der 11 ein aus einem Halbleiter wie beispielsweise Silicium (Si) oder Galliumarsenid (GaAs) hergestelltes Substrat bezeichnet. Figs. 1 to 4 illustrate a first embodiment of the integrated micro-switch of this invention according to claims 1, 2, 10 and 12 represent a designated at 11 made of a semiconductor such as silicon (Si) substrate produced or gallium arsenide (GaAs).
Der integrierte Mikroschalter dieser Ausführungsform ist konfiguriert, die elektrische Verbindung zwischen den voneinander getrennten festen Kontakten 13A und 13B bzw. 14A und 14B, die auf einer auf dem Substrat 11 aufgebrachten Isolierschicht 12 angeordnet sind, mittels der auf einer beweglichen Platte 18 gebildeten beweglichen Kontakte 16A bzw. 16B zu öffnen und zu schließen.The integrated microswitch of this embodiment is configured to make the electrical connection between the separate fixed contacts 13 A and 13 B or 14 A and 14 B, which are arranged on an insulating layer 12 applied to the substrate 11 , by means of that on a movable plate 18 formed movable contacts 16 A and 16 B to open and close.
Die beweglichen Kontakte 16A und 16B sind an der Unterseite einer Isolierschicht 26 gebildet, die unten an der elektrisch leitenden beweglichen Platte 18 gebildet ist (Fig. 2).The movable contacts 16 A and 16 B are formed on the underside of an insulating layer 26 which is formed on the bottom of the electrically conductive movable plate 18 ( Fig. 2).
Die bewegliche Platte 18 weist ein Paar Positionshafteanordnungen 19 auf, die sich von deren gegenüberliegenden Lateralseiten in der Mitte zwischen deren entgegengesetzten Enden senk recht (in vertikaler Richtung gemäß Darstellung in Fig. 1) zur longitudinalen Länge der bewegli chen Platte (die Richtung von rechts nach links gemäß Darstellung in Fig. 1) erstrecken. Von der oberen Oberfläche des Substrats 11 ragt zur Mitte der beweglichen Platte 18 hin eine Hebel stützanordnung 15, die als Anordnung dafür dient, daß die bewegliche Platte 18 eine Hin- und Her- bzw. Wippbewegung ausführen kann. Die Positionshalteanordnungen 19 sind einstückig mit der beweglichen Platte 18 gebildet und dienen dazu, die Position der beweglichen Platte 18 relativ zum Substrat 11 beizubehalten. Die bewegliche Platte 18 ist beispielsweise aus einem Mehrschichtenfilm, der eine untere Schicht aus Polysilicium und eine obere Schicht aus elektrisch leitendem Material wie beispielsweise Aluminium umfaßt, hergestellt. Die dargestellte Ausführungsform zeigt ein Beispiel, bei dem die Positionshalteanordnungen 19 elastisch verformbare Drehgelenke umfassen. Das Paar Positionshalteanordnungen 19 weist an seinen äußeren Anschlußenden ein Paar Elektrodenabschnitte 21 auf, die elektrisch und mechanisch mit Trägerplatten 21A verbunden sind, die auf der Isolierschicht 12 so gebildet sind, daß sie wie die Hebelstützanordnung vom Substrat abstehen, wobei sich die Elektrodenabschnitte beispielsweise aus Metallplattierungsschichten zusammensetzen. Die Positionshalteanordnung 19 ist vorzugsweise so lang wie möglich hergestellt, und bei dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel ist sie in einer Serpentinenform gebildet, um die elastische Verformung zu erleichtern. Es ist festzuhalten, daß die Positionshalteanordnung 19 dazu dient, die bewegliche Platte 18 ohne Fehlversetzung über der Hebelstützanordnung 15 zu halten, und hält sie dennoch so, daß sie eine Wippbewegung um die Hebelstützanordnung herum ausführen kann, wenn sich die Platte in Eingriff mit der Hebelstützanordnung befindet. Es ist festzuhalten, daß die Positionshalte anordnung 19 keine elastische Vorspannkraft auf die bewegliche Platte 18 auszuüben braucht, sondern nur eine Versetzung der beweglichen Platte 18 bezüglich der korrekten Position verhindern muß. Demzufolge kann die Positionshalteanordnung 19 in Form eines schmalen Streifens oder eines dünnen Drahtes ausgebildet sein und erfordert nur eine geringe Festigkeit.The movable plate 18 has a pair of position Exemplary assemblies 19, which perpendicular from its opposite lateral sides in the middle between the opposite ends thereof right (in the vertical direction as shown in Fig. 1) to the longitudinal length of the bewegli chen plate (the direction from right to extend to the left as shown in Fig. 1). From the upper surface of the substrate 11 protrudes toward the center of the movable plate 18 a lever support assembly 15 , which serves as an arrangement for the movable plate 18 to perform a rocking motion. The position holding arrangements 19 are formed in one piece with the movable plate 18 and serve to maintain the position of the movable plate 18 relative to the substrate 11 . The moveable plate 18 is made, for example, of a multilayer film that includes a lower layer of polysilicon and an upper layer of electrically conductive material such as aluminum. The illustrated embodiment shows an example in which the position holding arrangements 19 comprise elastically deformable rotary joints. The pair of position holding assemblies 19 have at their outer terminal ends a pair of electrode sections 21 , which are electrically and mechanically connected to carrier plates 21 A, which are formed on the insulating layer 12 such that they protrude from the substrate like the lever support arrangement, the electrode sections being, for example Assemble metal plating layers. The position holding assembly 19 is preferably made as long as possible, and in the example shown in Fig. 1, it is formed in a serpentine shape to facilitate the elastic deformation. It should be noted that the position holding assembly 19 serves to hold the movable plate 18 over the fulcrum assembly 15 without misalignment, and still holds it so that it can rock about the fulcrum assembly when the plate engages the fulcrum assembly located. It should be noted that the position holding arrangement 19 does not have to exert an elastic biasing force on the movable plate 18 , but only has to prevent displacement of the movable plate 18 with respect to the correct position. As a result, the position holding arrangement 19 can be in the form of a narrow strip or a thin wire and requires little strength.
Auf der Isolierschicht 12 des Substrats 11 sind der unteren Oberfläche der beweglichen Platte 18 gegenüber untere Elektroden 22A und 22B angeordnet. Die Elektroden 22A und 22B sind symmetrisch bezüglich der Hebelstützanordnung 15 angeordnet und so ausgebildet, daß sie über ihre Anschlußabschnitte 23A bzw. 23B selektiv mit einer Treiberspannung versorgbar sind. Wenn eine Treiberspannung an die bewegliche Platte 18 und eine der unteren Elektroden angelegt wird, beispielsweise die Elektrode 22A, wird eine elektrostatische Anziehungskraft erzeugt, so daß der am Schwenkende der beweglichen Platte 18 gebildete bewegliche Kontakt 16A in Kontakt mit den festen Kontakten 13A und 13B bewegt wird. Damit wird eine elektrische Verbindung zwischen den Anschlüssen 13A-1 und 13B-1 hergestellt. Im Gegensatz dazu wird, wenn eine Treiberspannung an die bewegliche Platte 18 und die andere untere Elektrode 22B angelegt wird, eine Anziehungskraft auf das andere Schwenkende der beweglichen Platte 18 ausgeübt, so daß der andere bewegliche Kontakt 16B in Kontakt mit dem festen Kontakten 14A und 14B bewegt wird. Damit wird in diesem Fall eine elektrische Leitung zwischen den Anschlüssen 14A-1 und 14B-1 hergestellt. Fig. 3 stellt diagrammartig eine elektrisch äquivalente Schaltung des in den Fig. 1 und 2 gezeigten integrierten Mikroschalters dar.On the insulating layer 12 of the substrate 11 , the lower surface of the movable plate 18 is arranged opposite lower electrodes 22 A and 22 B. The electrodes 22 A and 22 B are arranged symmetrically with respect to the lever support arrangement 15 and are designed such that they can be selectively supplied with a drive voltage via their connecting sections 23 A and 23 B, respectively. When a drive voltage is applied to the movable plate 18 and one of the lower electrodes, such as the electrode 22 A, an electrostatic attraction is generated so that the movable contact 16 A formed at the swing end of the movable plate 18 is in contact with the fixed contacts 13 A. and 13 B is moved. This creates an electrical connection between the terminals 13 A- 1 and 13 B- 1 . In contrast, when a driving voltage is applied to the movable plate 18 and the other lower electrode 22 B, an attractive force is applied to the other pivot end of the movable plate 18 so that the other movable contact 16 B is in contact with the fixed contact 14 A and 14 B is moved. In this case, an electrical line is thus produced between the connections 14 A- 1 and 14 B- 1 . Fig. 3 illustrates diagrammatically an electrically equivalent circuit of the integrated microswitch shown in Figs. 1 and 2.
Es ist festzuhalten, daß diese Ausführungsform ein Beispiel zeigt, bei dem die festen Kontakte, wie in Anspruch 15 angegeben, sich aus Leitern zusammensetzen, die eine impedanzangepaßte Signalübertragungsleitung umfassen. Genauer gesagt bilden bei diesem Beispiel die festen Kontakte 13A, 13B und 14A, 14B zusammen mit einer gemeinsamen Potentialschicht 24, die auf der Rückseite des Substrats 11 gebildet ist, einen Mikrostreifenleiter. Dementsprechend können die festen Kontakte 13A, 13B und 14A, 14B als Übertragungsleitung für hohe Frequenz für die Ein/Aus-Steuerung hochfrequenter Signale verwendet werden. Es ist aus Fig. 1 und 4 des weiteren ersichtlich, daß die bewegliche Platte 18 mit einer Vielzahl von Durchgangsöffnungen 18A versehen ist, die bei einem Herstellungsverfahren verwendet werden, wie es unter Bezug auf Fig. 5 beschrieben wird. Das Verfahren der Herstellung des integrierten Mikroschalters gemäß dieser Erfindung wird nun unter Bezug auf Fig. 5 beschrieben.It should be noted that this embodiment shows an example in which the fixed contacts, as stated in claim 15, are composed of conductors comprising an impedance-matched signal transmission line. More specifically, in this example, the fixed contacts 13 A, 13 B and 14 A, 14 B together with a common potential layer 24 , which is formed on the back of the substrate 11 , form a microstrip line. Accordingly, the fixed contacts 13 A, 13 B and 14 A, 14 B can be used as a high-frequency transmission line for the on / off control of high-frequency signals. It can also be seen from FIGS. 1 and 4 that the movable plate 18 is provided with a plurality of through holes 18 A which are used in a manufacturing process as described with reference to FIG. 5. The method of manufacturing the integrated microswitch according to this invention will now be described with reference to FIG. 5.
Eine Isolierschicht 12 aus beispielsweise SiO2 wird auf der oberen Oberfläche eines Substrats 11 aus einem Halbleiter wie beispielsweise Silicium oder Galliumarsenid gebildet. Dann wird eine gemeinsame Potentialschicht 24 aus einem Metallfilm zur Bildung eines Mikrostreifenleiters auf der Rückseite des Substrats 11 gebildet (Fig. 5A).An insulating layer 12 made of, for example, SiO 2 is formed on the upper surface of a substrate 11 made of a semiconductor such as silicon or gallium arsenide. A common potential layer 24 is then formed from a metal film to form a microstrip line on the back of the substrate 11 ( FIG. 5A).
Der nächste Schritt besteht darin, einen Metallfilm (beispielsweise aus Rh, Zr) auf der oberen Fläche der Isolierschicht 12 beispielsweise durch Sputtern niederzuschlagen, wonach feste Kontakte 13A, 13B, 14A, 14B, Anschlüsse 13A-1, 13B-1, 14A-1, 14B-1, untere Elektroden 22A, 22B, Anschlüsse 23A, 23B, eine Basis 15' für die Hebelstützanordnung und Basen 21' für Trägerplatten 21A durch geeignete Maskierungs- und Ätzprozesse im Metallfilm gebildet werden. Des weiteren werden eine Hebelstützanordnung 15 mit einer vorbestimmten Höhe und Träger platten 21A (auf denen schließlich Elektrodenabschnitte 21 gebildet werden) auf der Basis 15' bzw. den Basen 21' durch Ni-Plattierung gebildet (Fig. 5B).The next step is to deposit a metal film (for example of Rh, Zr) on the upper surface of the insulating layer 12, for example by sputtering, after which fixed contacts 13 A, 13 B, 14 A, 14 B, connections 13 A- 1 , 13 B - 1 , 14 A- 1 , 14 B- 1 , lower electrodes 22 A, 22 B, connections 23 A, 23 B, a base 15 'for the lever support arrangement and bases 21 ' for carrier plates 21 A by suitable masking and etching processes in the Metal film are formed. Furthermore, a lever support assembly 15 are of a predetermined height and carrier plates 21 A (where finally electrode portions 21 are formed) on the base 15 'and the base 21' by Ni plating is formed (FIG. 5B).
Es ist festzuhalten, daß die Hebelstützanordnung 15 einen oberen Rippenabschnitt 15B aufweist, wie in Fig. 5C gezeigt.It is noted that the fulcrum arrangement 15 has an upper rib portion 15 has B as shown in Fig. 5C.
Als nächstes wird eine Schicht 25 aus Harz wie beispielsweise Polyimid auf derjenigen Fläche des Substrats gebildet, auf der die festen Kontakte 13A, 13B, 14A, 14B, die unteren Elektroden 22A, 22B, die Hebelstützanordnung 15, die Trägerplatten 21A und die anderen darauf gebildet sind. Die Harzschicht 25 wird so gebildet, daß ihre Dicke etwas größer als die Höhe der Hebel stützanordnung 15 und der Trägerplatten 21A ist, und sie wird dann durch Ätzen so teilweise entfernt, daß die Hebelstützanordnung 15 und die Trägerplatten 21A freiliegen, wodurch eine ebene Fläche 25A gebildet wird. Des weiteren wird auf dieser ebenen Fläche 25A ein Film aus leitfähigem Metall (wie beispielsweise Rh), was letztlich die beweglichen Kontakte 16A, 16B werden, gebildet, gefolgt von der Bildung der beweglichen Kontakte 16A, 16B durch Maskie rungs- und Ätzprozesse (Fig. 5C).Next, a layer 25 of resin such as polyimide is formed on the surface of the substrate on which the fixed contacts 13 A, 13 B, 14 A, 14 B, the lower electrodes 22 A, 22 B, the lever support assembly 15 , the carrier plates 21 A and the others are formed on it. The resin layer 25 is formed so that its thickness is slightly greater than the height of the lever support assembly 15 and the support plates 21 A, and it is then partially removed by etching so that the lever support assembly 15 and the support plates 21 A are exposed, thereby creating a flat Area 25 A is formed. Furthermore, a film of conductive metal (such as Rh), which ultimately becomes the movable contacts 16 A, 16 B, is formed on this flat surface 25 A, followed by the formation of the movable contacts 16 A, 16 B by masking and etching processes ( Fig. 5C).
Danach wird weiteres Harz auf die ebene Fläche gebracht, so daß eine weitere ebene Fläche 25B entsteht, die komplanar zu den beweglichen Kontakten ist (Fig. 5D).Thereafter, further resin is brought onto the flat surface, so that a further flat surface 25 B is created, which is coplanar with the movable contacts ( FIG. 5D).
Im nächsten Schritt wird eine Isolierschicht 26 (beispielsweise aus SiO2), die dazu dient, die Höhe eines Spalts zwischen der Hebelstützanordnung und der beweglichen Platte zu definieren gebildet, um die gesamte Fläche 25B der Harzschicht 25 zu bedecken, und auf jener Isolier schicht 26 wird eine Unterlage 18C aus Polysilicium oder ähnlichem mit einer Dicke gebildet, die im Vergleich zur Filmdicke der Isolierschicht 26 angemessen groß ist, und danach wird eine Decklage 18D aus Aluminium (Al) durch Sputtern auf die Unterlage geschichtet, wobei die geschichteten Lagen 18C und 18D eine bewegliche Platte 18 darstellen. Die bewegliche Platte 18 dient aufgrund des Vorhandenseins der leitfähigen Aluminiumschicht 18D als leitfähige Platte.In the next step, an insulating layer 26 (for example made of SiO 2 ) is used, which serves to define the height of a gap between the lever support arrangement and the movable plate in order to cover the entire surface 25 B of the resin layer 25 and on that insulating layer 26 , a pad 18 C made of polysilicon or the like is formed with a thickness which is adequately large compared to the film thickness of the insulating layer 26 , and then a cover sheet 18 D made of aluminum (Al) is sputtered on the pad, the layered layers 18 C and 18 D represent a movable plate 18 . The movable plate 18 serves as a conductive plate 18 D due to the presence of the conductive aluminum layer.
Anschließend wird beispielsweise ein Fotolack auf die obere Fläche der leitfähigen Schicht 18D aufgetragen, gefolgt von der Bildung eines Fotolackmusters nach Maßgabe der Formen der beweglichen Platte und jener Abschnitte, die letztlich die Positionshalteanordnungen 19 und die Elektrodenabschnitte 21 sein werden, wonach jene Abschnitte der leitfähigen Schicht 18D, bei denen der Fotolack entfernt wurde, durch einen Naßätz- oder Ionenfräsprozeß entfernt werden, um die Formen der beweglichen Platte 18, der Positionshalteanordnungen 19 und der Elektroden abschnitte 21 zu bilden. Es ist festzuhalten, daß während dieses Ätzprozesses auch die Durch gangslöcher 18A durch jenen Teil der leitfähigen Schicht 18D und der Unterlage 18C in einem Bereich gebildet werden, der die bewegliche Platte 18 (Fig. 4) bilden wird.A photoresist is then for example applied on the upper surface of the conductive layer 18 D, followed by forming a resist pattern in accordance with the shapes of the movable plate and those portions that will ultimately be the position retaining assemblies 19 and the electrode sections 21, after which those portions of the conductive Layer 18 D, in which the photoresist has been removed, are removed by a wet etching or ion milling process to form the shapes of the movable plate 18 , the position holding arrangements 19 and the electrode sections 21 . It should be noted that during this etching process, the through holes 18 A are formed by that part of the conductive layer 18 D and the base 18 C in an area which will form the movable plate 18 ( FIG. 4).
Sobald die bewegliche Platte 18, die Positionshalteanordnungen 19 und die Elektrodenabschnitte 21 gebildet worden sind, werden diejenigen Abschnitte der Isolierschicht 26, die aufgrund der Durchgangsöffnungen freiliegen und von der beweglichen Platte 18, den Positionshalteanordnun gen 19 und den Elektrodenabschnitten 21 nicht bedeckt sind, entfernt (Fig. 5D).Once the movable plate 18 , the position holding arrangements 19 and the electrode sections 21 have been formed, those sections of the insulating layer 26 which are exposed due to the through openings and are not covered by the movable plate 18 , the position holding arrangements 19 and the electrode sections 21 are removed ( Fig. 5D).
Eine Maske M1 wird über jene Abschnitte der Isolierschicht 26 gelegt, die nicht der Mittenab schnitt 18E (entsprechend dem oberen Rippenabschnitt 15B der Hebelstützanordnung 15 und dessen umgebenden Abschnitten) sind, wie in Fig. 5E gezeigt, und dann wird die Isolierschicht 26 durch die in der beweglichen Platte 18 gebildeten Durchgangsöffnungen 18A hindurch mittels Naßätzen oder Trockenätzen weggeätzt, um einen Spalt G1 zwischen dem oberen Rippenab schnitt 15B der Hebelstützanordnung 15 und der beweglichen Platte 18 zu definieren (Fig. 5E).A mask M1 is placed over those portions of the insulating layer 26, which is not the Mittenab cut 18 E (corresponding to the upper rib portion 15 B, the fulcrum arrangement 15 and its surrounding portions), as shown in Fig. 5E, and then the insulating layer 26 is the through holes 18 A formed in the movable plate 18 are etched away by wet or dry etching to define a gap G1 between the upper rib portion 15 B of the lever support assembly 15 and the movable plate 18 ( Fig. 5E).
Danach wird die Maske M1 entfernt, und mit der beweglichen Platte 18, den Positionshaltean ordnungen 19 und den Elektrodenabschnitten 21, die als Masken dienen, wird nur die Harz schicht 25 weggeätzt, um einen Hohlraum G2 zwischen der beweglichen Platte 18 und dem Substrat 11 zu definieren (Fig. 5F). Thereafter, the mask M1 is removed, and with the movable plate 18 , the position holding members 19 and the electrode portions 21 serving as masks, only the resin layer 25 is etched away to leave a cavity G2 between the movable plate 18 and the substrate 11 define ( Fig. 5F).
Während des Entfernens der Isolierschicht 26 verbleiben die Abschnitte der Isolierschicht unterhalb der Elektrodenabschnitte 21, so daß die Elektrodenabschnitte 21 an den Halteplatten 21A befestigt bleiben, wodurch die bewegliche Platte auf dem Substrat gehaltert ist.During removal of the insulating layer 26 remain the portions of the insulating layer below the electrode portions 21, so that the electrode portions 21 remain attached to the retaining plates 21 A, is supported so that the movable plate on the substrate.
Mit der Bildung des Hohlraums G2 ist nun ein integrierter Mikroschalter gemäß Darstellung in den Fig. 1 bis 4 fertiggestellt. Es ist festzuhalten, daß der integrierte Mikroschalter mittels der Technik der Herstellung von Halbleiter-ICs hergestellt werden kann, so daß eine Vielzahl von integrierten Mikroschaltern in einer Charge in einer extrem kleinen Größe vollständig auf einem gemeinsamen Substrat hergestellt werden kann. Das in der Form eines Chips geschnittene Substrat 11 weist beispielsweise Dimensionen in der Größenordnung von 0,5 mm für die Breite W, 1,0 mm für die Länge L und 0,3 mm für die Dicke T auf. Zur Information sei erwähnt, daß die zur Bildung des Hohlraums verwendete Harzschicht 25 und die zur Bildung des Spalts G1 verwendete Isolierschicht 26 als Opferschichten bezeichnet werden.With the formation of the cavity G2, an integrated microswitch as shown in FIGS. 1 to 4 is now completed. Note that the integrated microswitch can be manufactured by the technique of manufacturing semiconductor ICs, so that a plurality of integrated microswitches can be manufactured in one batch in an extremely small size entirely on a common substrate. The substrate 11 cut in the form of a chip has, for example, dimensions on the order of 0.5 mm for the width W, 1.0 mm for the length L and 0.3 mm for the thickness T. For information, it should be noted that the resin layer 25 used to form the cavity and the insulating layer 26 used to form the gap G1 are referred to as sacrificial layers.
Es ist hier klar, daß die Dimensionen der in den Fig. 1 bis 5 gezeigten Komponenten zum besseren Verständnis der Erfindung übertrieben sind und nicht die tatsächliche Größe darstellen. Dies gilt auch für die folgenden Zeichnungen.It is clear here that the dimensions of the components shown in FIGS. 1 to 5 are exaggerated for a better understanding of the invention and do not represent the actual size. This also applies to the following drawings.
Die Fig. 6 und 7 stellen eine zweite, modifizierte Ausführungsform des integrierten Mikroschalters dieses Erfindung gemäß den Ansprüchen 1 und 2 dar. Diese Ausführungsform zeigt ein Beispiel, bei dem ein integrierter Mikroschalter mit einem Schaltungsaufbau gemäß Darstellung in Fig. 8 versehen ist. In den Fig. 6 bis 8 werden entsprechende Bezugszeichen für jene Komponenten verwendet, die den Komponenten in Fig. 1 bis 5 entsprechen. FIGS. 6 and 7 illustrate a second, modified embodiment of the integrated micro-switch of this invention according to claims 1 and 2. This embodiment shows an example in which an integrated micro-switch is provided with a circuit structure as shown in Fig. 8. In Figs. 6 to 8 like reference numerals are used for those components which correspond to components in Fig. 1 to 5.
Bei dieser Ausführungsform umfassen die festen Kontakte 13A und 14A durchgehende Signallei tungen, wie in Fig. 6 zu sehen, und die bewegliche Platte 18 ist aus einem elektrischen Leiter hergestellt und über die Elektrodenabschnitte 21 an einen Punkt CM gemeinsamen Potentials angeschlossen (Fig. 8), so daß der Umschaltvorgang so ausgeführt werden kann, daß bei Kontaktierung der beweglichen Platte 18 mit dem festen Kontakt 13A der feste Kontakt 13A wiederum mit dem Punkt cm gemeinsamen Potentials verbunden ist, um die Signalübertragung vom Anschluß 13A-1 zum Anschluß 13B-1 zu unterbrechen, und daß umgekehrt, wenn die bewegliche Platte 18 den festen Kontakt 14A kontaktiert, der feste Kontakt 14A wiederum mit dem Punkt cm gemeinsamen Potentials verbunden ist, um die Signalübertragung vom Anschluß 14A-1 zum Anschluß 14B-1 zu unterbrechen.In this embodiment, the fixed contacts 13 A and 14 A comprise continuous signal lines, as can be seen in FIG. 6, and the movable plate 18 is made of an electrical conductor and is connected via the electrode sections 21 to a point CM of common potential ( FIG. 8), so that the switching process can be carried out so that when contacting the movable plate 18 with the fixed contact 13 A, the fixed contact 13 A is in turn connected to the point cm common potential in order to transmit the signal from the terminal 13 A- 1 to Interrupt terminal 13 B- 1 , and that, conversely, when the movable plate 18 contacts the fixed contact 14 A, the fixed contact 14 A is in turn connected to the point cm common potential for signal transmission from the terminal 14 A- 1 to the terminal 14 B- 1 to interrupt.
Diese bewegliche Platte 18 ist aus einem Mehrschichtenfilm aus Metallen gebildet. Zu diesem Zweck wird bei dem in den Fig. 5A bis 5F dargestellten Herstellungsprozeß, sobald die Harz schicht 25 gemäß Darstellung in Fig. 5D gebildet worden ist, durch Niederschlagen von Ti, Pd und Au nacheinander in der genannten Reihenfolge auf der gesamten Fläche 25D der Harzschicht 25 ein metallischer Mehrschichtenfilm durch Sputtern gebildet, wonach des weiteren eine Ni- Legierungsplattierung mit beispielsweise einer Dicke von etwa 20 µm auf dem Mehrschichtenfilm gebildet wird. Diese dicke Ni-Legierungsplattierungsschicht wird dann mit einem Fotolack überzogen, um ein Fotolackmuster zu bilden. Mit diesem Fotolackmuster als Maske werden die nicht benötigten Abschnitte der aus Ti, Pd, Au und Ni zusammengesetzten Metallschicht durch beispielsweise Ionenfräsen entfernt, um die bewegliche Platte 18, die Drehgelenke 19 und die Elektrodenelemente 21 zu bilden. Es ist klar, daß die beweglichen Kontakte auf der beweglichen Platte 18 aus einer Kondensatorstruktur aufgebaut sein können, die ein Metall zum Leiten von Wechselstrom und einen Isolierfilm enthält. Es ist des weiteren festzuhalten, daß während dieses Ätzprozesses Durchgangsöffnungen 18A gebildet werden, die jenen Teil des Mehrschichtenfilms in einem Bereich durchsetzen, der die bewegliche Platte 18 sein wird.This movable plate 18 is formed from a multilayer film made of metals. For this purpose, in the example shown in Figs. 5A to 5F manufacturing process, as soon as the resin layer 25 as shown in Fig. 5D has been formed by depositing Ti, Pd and Au were sequentially in this order on the entire surface 25 D A metallic multilayer film is formed on the resin layer 25 by sputtering, after which a Ni alloy plating with a thickness of, for example, about 20 μm is formed on the multilayer film. This thick Ni alloy plating layer is then coated with a photoresist to form a photoresist pattern. With this photoresist pattern as a mask, the unnecessary sections of the metal layer composed of Ti, Pd, Au and Ni are removed by, for example, ion milling in order to form the movable plate 18 , the swivel joints 19 and the electrode elements 21 . It will be appreciated that the moveable contacts on moveable plate 18 can be constructed from a capacitor structure that includes a metal for conducting alternating current and an insulating film. It should also be noted that through-holes 18 A are formed during this etching process which penetrate that part of the multilayer film in an area which will be the movable plate 18 .
Da die Ti-Schicht durch ein auf HF basierendes chemisches Ätzmittel auf einfache Weise entfernt werden kann, wird eine Maske M1 über jene Teile des Mehrschichtenfilms gelegt, die nicht der Mittelabschnitt 18E (entsprechend dem oberen Rippenabschnitt der Auflegeranordnung und dessen umgebende Abschnitte) sind, und dann wird jener Teil der in diesem Mittelabschnitt 18E vorhandenen Ti-Schicht durch die Durchgangsöffnungen 18A hindurch weggeätzt, die in der beweglichen Platte 18 gebildet sind, um die Hebelstützanordnung 15 und die bewegliche Platte 18 voneinander zu trennen. Ein Spalt G1 entsprechend der Filmdicke der Ti-Schicht wird so zwischen der Hebelstützanordnung 15 und der beweglichen Platte 18 gebildet. Außerdem werden, da es bevorzugt ist, daß die Kontaktbereiche auf der beweglichen Platte 18 aus Pd gebildet sind, jene Teile der Ti-Schicht, die den Kontaktbereichen entsprechen, ebenfalls entfernt. Darüber hinaus ist klar, daß eine Harzschicht aus beispielsweise Fotolack als Opferschicht zwischen die Hebelstützanordnung 15 und die bewegliche Platte 18 eingebracht werden kann, falls gewünscht.Since the Ti layer can be easily removed by an HF-based chemical etchant, a mask M1 is placed over those parts of the multilayer film that are not the middle section 18 E (corresponding to the upper rib section of the overlay arrangement and its surrounding sections), and then the part is in this central portion 18 e existing Ti layer etched away by the through holes 18 A through which are formed in the movable platen 18, to separate the lever support assembly 15, the movable plate and 18 from each other. A gap G1 corresponding to the film thickness of the Ti layer is thus formed between the lever support arrangement 15 and the movable plate 18 . In addition, since it is preferable that the contact areas on the movable plate 18 are made of Pd, those parts of the Ti layer which correspond to the contact areas are also removed. In addition, it is clear that a resin layer of, for example, photoresist can be introduced as a sacrificial layer between the lever support arrangement 15 and the movable plate 18 , if desired.
Die Fig. 9 bis 11 stellen eine dritte Ausführungsform des integrierten Mikroschalters dieser Erfindung gemäß den Ansprüchen 1 und 2 dar. Diese Ausführungsform zeigt den Aufbau eines integrierten Mikroschalters, der zur Bildung einer in Fig. 11 dargestellten Umschaltanordnung geeignet ist. Bei dieser Umschaltanordnung ist eine Signalquelle SU an den Anschluß 13B-1 angeschlossen, so daß der Umschaltvorgang zwischen einer Position, bei der ein Signal aus der Signalquelle SU entnommen wird, und der anderen Position, in der eine derartige Signalübertra gung unterbrochen ist, ausgeführt werden kann. Des weiteren ist festzuhalten, daß bei dieser Schaltung der Anschluß 14B-1 an einen Punkt cm gemeinsamen Potentials angeschlossen ist, so daß in der Position, in der die Signalübertragung unterbrochen ist, der Anschluß 14A-1 über den beweglichen Kontakt 16B mit dem Punkt cm gemeinsamen Potentials verbunden ist, um jegliches Entweichen des Signals aus der Signalquelle SU zum Anschluß 14A-1 zu verhindern. FIGS. 9 to 11 illustrate a third embodiment of the integrated micro-switch of this invention according to claims 1 and 2. This embodiment shows the construction of an integrated micro-switch, the switching circuit 11 is shown suitable for forming a in Fig.. In this switching arrangement, a signal source SU is connected to the terminal 13 B- 1 , so that the switching operation between a position in which a signal is taken from the signal source SU and the other position in which such a signal transmission is interrupted is carried out can be. Furthermore, it should be noted that in this circuit the connection 14 B- 1 is connected to a point cm common potential, so that in the position in which the signal transmission is interrupted, the connection 14 A- 1 via the movable contact 16 B is connected to the point cm common potential to prevent any escape of the signal from the signal source SU to the terminal 14 A- 1 .
Zu diesem Zweck sind die festen Kontakte 13A und 14A über einen Verdrahtungsleiter 17 (Fig. 9) verbunden, so daß die Wippbewegung der beweglichen Platte 18 alternierend die festen Kontakte 13A und 13B einerseits und die festen Kontakte 14A und 14B andererseits zwischen der Ein- (oder Aus-)Position und der Aus- (oder Ein-)Position umschaltet, wodurch das Signal aus der Signalquelle SU zwischen dem EIN-Zustand für die Ausgabe am Anschluß 14A-1 und dem AUS-Zustand für die Unterbrechung des Signals umgeschaltet werden kann.For this purpose, the fixed contacts 13 A and 14 A are connected via a wiring conductor 17 ( Fig. 9), so that the rocking movement of the movable plate 18 alternately the fixed contacts 13 A and 13 B on the one hand and the fixed contacts 14 A and 14 B on the other hand, switches between the on (or off) position and the off (or on) position, whereby the signal from the signal source SU between the ON state for output at terminal 14 A- 1 and the OFF state for the interruption of the signal can be switched.
Die in den Fig. 9 bis 11 dargestellte Ausführungsform ist durch das Vorsehen des Verdrahtungs leiters 17 mit mehreren Merkmalen oder verbesserten Funktionen versehen, und ein derartiger integrierter Mikroschalter kann immer noch durch den gleichen Herstellungsprozeß wie den unter Bezug auf die Fig. 5A bis 5F beschriebenen hergestellt werden. Es ist des weiteren klar, daß andere Elemente wie beispielsweise Widerstände und Kondensatoren auf ähnliche Weise auf dem gleichen einzigen Substrat montiert und integriert werden können, um einen Schalter fertigzu stellen.The embodiment shown in FIGS . 9 through 11 is provided with several features or improved functions by the provision of the wiring conductor 17 , and such an integrated microswitch can still be manufactured through the same manufacturing process as that described with reference to FIGS. 5A to 5F getting produced. It is also clear that other elements such as resistors and capacitors can be similarly mounted and integrated on the same single substrate to complete a switch.
Die Fig. 12 und 13 stellen eine vierte Ausführungsform des integrierten Mikroschalters dieser Erfindung gemäß den Ansprüchen 15 bis 17 dar, bei dem die festen Kontakte Signalübertra gungsleitungen umfassen, die an eine vorbestimmte Impedanz impedanzangepaßt sind. Diese Ausführungsform zeigt ein Beispiel, bei dem sich die festen Kontakte 13A, 13B und 14A, 14B aus komplanaren Signalübertragungsleitungen zusammensetzen, was ein Typ von Streifenleitung ist. Genauer gesagt können Leiter 27A und 27B, die ein gemeinsames Potential aufweisen, auf entgegengesetzten Seiten jeweils der festen Kontakte 13A, 13B und 14A, 14B angeordnet werden, um komplanare Signalübertragungsleitungen zu definieren. In diesem Fall muß die auf der Rückseite des Substrats 11 niedergeschlagene gemeinsame Potentialschicht 24 nicht notwendigerweise vorhanden sein. FIGS. 12 and 13 illustrate a fourth embodiment of the integrated micro-switch of this invention according to claims 15 to 17 represent, in which supply lines comprise the fixed contacts Signalübertra which are impedance matched to a predetermined impedance. This embodiment shows an example in which the fixed contacts 13 A, 13 B and 14 A, 14 B are composed of coplanar signal transmission lines, which is a type of strip line. More specifically, a conductor can be defined on opposite sides of each of the fixed contacts 13 A, 13 B and 14 A, 14 B are arranged coplanar signal transmission lines 27 A and 27 B, which have a common potential. In this case, the common potential layer 24 deposited on the back of the substrate 11 need not necessarily be present.
Des weiteren sind bei dieser Ausführungsform die komplanaren Mikrostreifenleiter so dargestellt, daß sie durch Bildung einer zusätzlichen dickeren Isolierschicht 12' (Fig. 13) auf der Isolierschicht 12 und Bildung der festen Kontakte 13A, 13B und 14A, 14B sowie der Leiter 27A und 27B mit gemeinsamen Potential auf der zusätzlichen Isolierschicht 12' hergestellt werden.Furthermore, in this embodiment, the coplanar microstrip line is shown so that it by forming an additional thicker insulating layer 12 '( Fig. 13) on the insulating layer 12 and forming the fixed contacts 13 A, 13 B and 14 A, 14 B and the conductor 27 A and 27 B can be produced with common potential on the additional insulating layer 12 '.
Außerdem ist bei dieser Ausführungsform festzuhalten, daß die Hebelstützanordnung 15 auf dieser zusätzlichen Isolierschicht 12' gebildet ist, während die unteren Elektroden 22A, 22B auf jenen Abschnitten der Isolierschicht 12 gebildet sind, die durch Bildung von Ausnehmungen 12'A in der Isolierschicht 12' freiliegen.It should also be noted in this embodiment that the lever support arrangement 15 is formed on this additional insulating layer 12 ', while the lower electrodes 22 A, 22 B are formed on those sections of the insulating layer 12 which are formed by forming recesses 12 ' A in the insulating layer 12 'exposed.
Die Fig. 14 bis 16 stellen eine modifizierte Form des integrierten Mikroschalters dieser Erfindung dar, der mit oberen Elektroden 28A, 28B gemäß Anspruch 3 versehen ist, und eine fünfte sowie eine sechste Ausführungsform des integrierten Mikroschalters dieser Erfindung gemäß Anspruch 13, bei dem die beweglichen Kontakte 16A und 16B so konfiguriert sind, daß sie eine elastische Verformung ermöglichen. Bei diesen Ausführungsformen sind die oberen Elektroden 28A, 28B auf der oberen Fläche der beweglichen Platte 18 gebildet, so daß Anziehungskräfte zwischen den oberen Elektroden 28A, 28B und den jeweiligen unteren Elektroden 22A, 22B erzeugt werden können, um die bewegliche Platte 18 in beiden Richtungen in einer Wippbewegung zu schwen ken, indem die oberen Elektroden 28A und 28B gesondert mit einer Treiberspannung über die jeweilige der Elektrodenabschnitte 21-1, 21-2 und die Drehgelenke 19-1, 19-2 versorgt werden. Während in Fig. 14 die bewegliche Platte 18 so dargestellt ist, daß sie keine Durchgangsöffnun gen 18A aufweist, ist jedoch eine Anzahl an die bewegliche Platte durchsetzenden Durchgangs öffnungen 18A gebildet. Figs. 14 to 16 illustrate a modified form of the integrated micro-switch of this invention is provided with upper electrodes 28 A, 28 B is provided as claimed in claim 3, and a fifth and a sixth embodiment of the integrated micro-switch of this invention according to claim 13, wherein the movable contacts 16 A and 16 B are configured so that they allow elastic deformation. In these embodiments, the upper electrodes 28A , 28B are formed on the upper surface of the movable plate 18 , so that attractive forces can be generated between the upper electrodes 28A , 28B and the respective lower electrodes 22A , 22B to move movable plate 18 in both directions in a rocking motion by separately supplying the upper electrodes 28 A and 28 B with a driving voltage via the respective one of the electrode sections 21-1 , 21-2 and the rotary joints 19-1 , 19-2 . While in Fig. 14, the movable plate 18 is illustrated so that it has no Durchgangsöffnun gene 18 A, however, a number of openings on the movable plate passing through the passage 18 A is formed.
Diese Ausführungsformen sind außerdem durch den Aufbau gekennzeichnet, bei dem gemäß Darstellung in den Fig. 15 und 16 die beweglichen Kontakte 16A und 16B als Abschnitte mit freiem Ende gebildet sind, die longitudinal (in der Richtung von rechts nach links in den Zeichnun gen) von der beweglichen Platte 18 von deren entgegengesetzten Enden aus abstehen, so daß die abstehenden beweglichen Kontaktabschnitte in Kontakt mit den festen Kontakten 13A, 13B bzw. 14A, 14B bewegt werden können.These embodiments are further characterized by the construction in which as shown in FIGS. 15 and 16, the movable contacts 16 A and 16 B are formed as portions with free end, the longitudinal (gen in the direction from right to left in the Zeichnun ) protrude from the movable plate 18 from its opposite ends, so that the protruding movable contact sections can be moved in contact with the fixed contacts 13 A, 13 B or 14 A, 14 B.
Die beweglichen Kontakte 16A und 16B sind dadurch flexibel, daß sie über die Enden der beweglichen Platte 18 hinaus verlängert sind. Aufgrund dieser Flexibilität ist klar, daß, wenn die beweglichen Kontakte 16A und 16B in Kontakt mit den festen Kontakten 13A, 13B bzw. 14A, 14B bewegt werden, sie vor der Kontaktierung der festen Kontakte elastisch verformt werden, was zu mehr oder weniger gleitenden oder reibenden Bewegungen der beweglichen Kontakte längs der festen Kontakte führt. Daher ist ersichtlich, daß diese Ausführungsformen auf eine Anordnung gerichtet ist, die auf der Basis der Erwartung ausgelegt ist, daß eine derartige gleitende Bewegung einen sogenannten Selbstreinigungsvorgang liefert. Die fünfte Ausführungs form von Fig. 15 zeigt den Aufbau, bei dem die beweglichen Kontakte geradlinig von der oberen Fläche der beweglichen Platte abstehen, während die sechste Ausführungsform von Fig. 16 den Aufbau zeigt, bei dem die beweglichen Kontakte über die obere Fläche der beweglichen Platte 18 ragen und dann um deren Endfläche herum verlaufen, bevor sie von der unteren Fläche der Platte aus abstehen.The movable contacts 16 A and 16 B are flexible in that they are extended beyond the ends of the movable plate 18 . Because of this flexibility, it is clear that when the movable contacts 16 A and 16 B are moved in contact with the fixed contacts 13 A, 13 B and 14 A, 14 B, they are elastically deformed before contacting the fixed contacts, which leads to more or less sliding or rubbing movements of the movable contacts along the fixed contacts. Therefore, it can be seen that these embodiments are directed to an arrangement designed based on the expectation that such a sliding movement will provide a so-called self-cleaning operation. The fifth embodiment of Fig. 15 shows the structure in which the movable contacts protrude straight from the upper surface of the movable plate, while the sixth embodiment of Fig. 16 shows the structure in which the movable contacts over the upper surface of the movable plate Protect plate 18 and then run around the end surface thereof before protruding from the lower surface of the plate.
Anhand von Fig. 17 wird ein Verfahren der Herstellung des integrierten Mikroschalters mit dem in Fig. 15 dargestellten Aufbau beschrieben. Eine beispielsweise aus SiO2 gebildete zusätzliche Isolierschicht 12' wird auf dem Halbleitersubstrat 11 gebildet, die mit einer beispielsweise SiN enthaltenden Isolierschicht 12 überzogen worden war, wonach feste Kontakte 13A, 13B und 14A, 14B auf der Isolierschicht 12' gebildet und Ausnehmungen 12'A in der Isolierschicht 12' gebildet werden, um die Isolierschicht 12 an den Bodenflächen der Ausnehmungen 12'A freizulegen. Untere Elektroden 22A, 22B, eine Basis 15' für die Hebelstützanordnung und Basen 21' für Trägerplatten 21A werden auf den freiliegenden Flächen der Isolierschicht gebildet. Des weiteren werden eine Hebelstützanordnung 15 und Trägerplatten 21A bis zu einer vorbestimmten Höhe auf der Basis 15' bzw. den Basen 21' durch beispielsweise Ni-Plattierung gebildet (Fig. 17A).A method of manufacturing the integrated microswitch having the structure shown in FIG. 15 will be described with reference to FIG. 17. An additional insulating layer 12 'formed, for example, from SiO 2 is formed on the semiconductor substrate 11 , which had been coated with an insulating layer 12 containing, for example, SiN, after which solid contacts 13 A, 13 B and 14 A, 14 B are formed on the insulating layer 12 ' and recesses 12 'A in the insulating layer 12' be formed to cover the insulating layer 12 to expose the bottom surfaces of recesses 12 'A. Lower electrodes 22 A, 22 B, a base 15 'for the lever support assembly and bases 21 ' for support plates 21 A are formed on the exposed surfaces of the insulating layer. Furthermore, a lever support arrangement 15 and carrier plates 21 A are formed up to a predetermined height on the base 15 'or the bases 21 ' by, for example, Ni plating ( FIG. 17A).
Als nächstes wird eine Schicht 25 aus Harz wie beispielsweise Polyimid durch Aufbringen auf die freiliegenden Flächen der Isolierschicht 12 gebildet, um eine ebene Fläche zu schaffen. Die Harzschicht 25 wird dann soweit zurückgeätzt, daß die obere Fläche der Hebelstützanordnung 15 freiliegt, um dadurch eine ebene Fläche 25A zu bilden, die mit der Isolierschicht 12' bündig ist. Dann wird eine Isolierschicht 26 aus beispielsweise Poly-Si, die einfach geätzt werden kann, auf der Harzschicht 25, die eine erste Opferschicht sein wird, und der Isolierschicht 12' gebildet. Ein isolierender Mehrschichtenfilm wird durch Niederschlagen von SiN, SiO2 und SiN nacheinander in der genannten Reihenfolge durch Sputtern auf der Isolierschicht 26 gebildet. Dann wird ein Fotolackmuster als Maske über den isolierenden Mehrschichtenfilm gelegt, wonach die bewegli che Platte 18, die Positionshalteanordnungen 19 und die Elektrodenabschnitte 21 durch Trocken ätzen gebildet werden. Diese geschichtete Struktur ist aufgrund ausgeglichener Spannungen weniger anfällig für Verziehen und ermöglicht damit die Schaffung einer beweglichen Platte 18 mit höherer Festigkeit. Es ist festzuhalten, daß durch dieses Trockenätzen auch eine Anzahl der in Fig. 4 gezeigten, die bewegliche Platte 18 durchsetzenden Durchgangsöffnungen 18A gebildet wird (Fig. 17B). Next, a layer 25 of resin such as polyimide is formed by applying it to the exposed surfaces of the insulating layer 12 to create a flat surface. The resin layer 25 is then etched back so that the upper surface of the fulcrum assembly 15 is exposed to thereby form a flat surface 25 A which is flush with the insulating layer 12 '. Then, an insulating layer 26 made of, for example, poly-Si, which can be easily etched, is formed on the resin layer 25 , which will be a first sacrificial layer, and the insulating layer 12 '. An insulating multilayer film is formed by depositing SiN, SiO 2 and SiN in succession in the order mentioned by sputtering on the insulating layer 26 . Then, a photoresist pattern is placed as a mask over the insulating multilayer film, after which the movable plate 18 , the position holding assemblies 19 and the electrode portions 21 are formed by dry etching. This layered structure is less susceptible to warping due to balanced stresses and thus allows the creation of a movable plate 18 with higher strength. It should be noted that this dry etching also forms a number of the through openings 18 A shown in FIG. 4 and passing through the movable plate 18 ( FIG. 17B).
Als nächstes werden die ebene Fläche 25A und die Fläche der beweglichen Platte 18 mit einem Maskierungsfilm überzogen, um ein Maskierungsmuster zu bilden, und nur jene Abschnitte der Isolierschicht 26, die unterhalb des Mittelabschnitts der beweglichen Platte 18 und der Positions halteanordnungen 19 (nicht gezeigt in Fig. 17) liegen und nicht mit dem Maskierungsmuster bedeckt worden sind, werden durch die Durchgangsöffnungen 18A (vgl. Fig. 4) hindurch weggeätzt, um einen Spalt G1 zwischen der beweglichen Platte 18 und der Hebelstützanordnung 15 zu definieren, die somit durch den Spalt G1 voneinander getrennt sind. Danach wird der Maskierungsfilm entfernt, und ein Harz wie beispielsweise ein Fotolack wird auf die Fläche 25A aufgebracht, um eine Harzschicht 29 zu schaffen, die eine zweite Opferschicht werden wird. Die Harzschicht 29 wird dann zurückgeätzt, bis die obere Fläche der Hebelstützanordnung 15 freiliegt, um eine ebene Fläche 29A zu bilden (Fig. 17C).Next, the flat surface 25A and the surface of the movable plate 18 are covered with a masking film to form a masking pattern, and only those portions of the insulating layer 26 which are below the central portion of the movable plate 18 and the position holding assemblies 19 (not shown) in Fig. 17 are located) and have not been covered with the mask pattern, are represented by the through holes 18 a (see. Fig. etched 4) therethrough for a gap G1 to define between the movable plate 18 and the lever support assembly 15, which thus by the gap G1 are separated from each other. Thereafter, the masking film is removed and a resin, such as a photoresist, is applied to the surface 25 A to create a resin layer 29 which will become a second sacrificial layer. The resin layer 29 is then etched back to expose the upper surface of the lever support assembly 15 in order to form a flat surface 29 A (FIG. 17C).
Metallische Stoffe werden in der Reihenfolge Pd-Mo-Au auf die Fläche 29A der Harzschicht 29 geschichtet, die bündig mit der beweglichen Platte 18 ist. Dann werden nur jene Abschnitte der resultierenden Mehrmetallschicht, die letztlich zu den beweglichen Schalterkontakten 16a und 16B sowie den oberen Elektroden 28A, 28B werden, mit einer Ni-Plattierung überzogen. Mit dieser Ni-Plattierungsschicht als Maske werden dann jene nicht erforderlichen Teile der Mehrme tallschicht durch Ionenfräsen entfernt, um die beweglichen Kontakte 16A und 16B sowie die oberen Elektroden 28A, 28B zu bilden (Fig. 17D).Metallic materials are layered in the order Pd-Mo-Au on the surface 29 A of the resin layer 29 , which is flush with the movable plate 18 . Then only those sections of the resulting multi-metal layer, which ultimately become the movable switch contacts 16 a and 16 B and the upper electrodes 28 A, 28 B, are coated with Ni plating. With this Ni plating layer as a mask, those unnecessary parts of the multi-metal layer are then removed by ion milling in order to form the movable contacts 16 A and 16 B and the upper electrodes 28 A, 28 B ( FIG. 17D).
Als nächstes werden die Harzschichten 25 und 29 durch Ätzen entfernt, um einen Hohlraum G2 zwischen der beweglichen Platte 18 und dem Substrat 11 zu definieren, wodurch der integrierte Mikroschalter gemäß Fig. 15 fertiggestellt ist (Fig. 17E).Next, the resin layers 25 and 29 are removed by etching to define a cavity G2 between the movable plate 18 and the substrate 11 , whereby the integrated microswitch shown in Fig. 15 is completed ( Fig. 17E).
Fig. 18 stellt eine siebte Ausführungsform dar, die eine modifizierte Form der in den Fig. 14 bis 16 gezeigten Ausführungsform ist. Diese Ausführungsform zeigt den integrierten Mikroschalter mit dem Aufbau, bei dem eine Hebelstützanordnung 15, feste Kontakte 13A, 13B und 14A, 14B sowie untere Elektroden 22A, 22B auf der ebenen Fläche eines Substrats 59387 00070 552 001000280000000200012000285915927600040 0002010031569 00004 5926811 unter Zwischenlage einer Isolierschicht 12 zwischen diesen Elementen und dem Substrat gebildet sind und bei dem auf der beweglichen Platte 18 obere Elektroden 28A, 28B und bewegliche Kontakte 16A, 16B angebracht sind. Fig. 18 illustrates a seventh embodiment which is a modified form of the embodiment shown in Figs. 14 to 16. This embodiment shows the integrated microswitch with the structure in which a lever support arrangement 15 , fixed contacts 13 A, 13 B and 14 A, 14 B and lower electrodes 22 A, 22 B on the flat surface of a substrate 59387 00070 552 001000280000000200012000285915927600040 0002010031569 00004 5926811 with the interposition of an insulating layer 12 between these elements and the substrate and in which on the movable plate 18 upper electrodes 28 A, 28 B and movable contacts 16 A, 16 B are attached.
Die Bewegung der beweglichen Platte 18 wird durch die elektrostatische Antriebskraft bewirkt, die durch eine zwischen den unteren Elektroden 22A, 22B und den oberen Elektroden 28A, 28B angelegte Spannung erzeugt wird. Der Aufbau dieser Ausführungsform ist dadurch gekennzeich net, daß es unabhängig davon, ob das Substrat 11 aus einem Leiter, Halbleiter oder Isolator hergestellt ist, möglich ist, einen integrierten Mikroschalter zu bauen. Die Hebelstützanordnung 15 und die bewegliche Platte 18 sind aus einem Isolator gebildet.The movement of the movable plate 18 is caused by the electrostatic driving force generated by a voltage applied between the lower electrodes 22 A, 22 B and the upper electrodes 28 A, 28 B. The structure of this embodiment is characterized in that, regardless of whether the substrate 11 is made of a conductor, semiconductor or insulator, it is possible to build an integrated microswitch. The lever support assembly 15 and the movable plate 18 are formed from an insulator.
Fig. 19 stellt eine achte Ausführungsform dar, bei der eine Hebelstützanordnung 15 durch das Substrat 11 selbst gebildet ist. Genauer gesagt wird in diesem Fall ein Halbleitersubstrat aus beispielsweise Si oder GaAs als Substrat 11 verwendet, welches einem Ätzprozeß unterzogen wird, um die Hebelstützanordnung 15 zu bilden, wonach die Isolierschicht 12 gebildet wird, auf der feste Kontakte 13A, 13B und 14A, 14B sowie untere Elektroden 22A, 22B gebildet werden. Der Aufbau der beweglichen Platte ist gleich wie der in Fig. 18 gezeigte. Fig. 19 illustrates an eighth embodiment is formed in a lever support assembly 15 through the substrate 11 itself. More specifically, in this case, a semiconductor substrate made of, for example, Si or GaAs is used as the substrate 11 , which is subjected to an etching process to form the fulcrum arrangement 15 , after which the insulating layer 12 is formed, on which fixed contacts 13 A, 13 B and 14 A are formed , 14 B and lower electrodes 22 A, 22 B are formed. The construction of the movable plate is the same as that shown in FIG. 18.
Die Fig. 20 und 21 stellen eine neunte Ausführungsform des integrierten Mikroschalters dieser Erfindung gemäß Anspruch 4 dar, die durch den Aufbau der Antriebsanordnung für den Antrieb der beweglichen Platte 18 gekennzeichnet ist. FIGS. 20 and 21 show a ninth embodiment of the integrated micro-switch of this invention according to claim 4 is which is characterized by the construction of the drive assembly for driving the movable plate 18.
Genauer gesagt ist sie dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von unteren Elektroden 22A- 1, 22A-2 und 22B-1, 22B-2 auf den entgegengesetzten Seiten der Hebelstützanordnung 15 den entsprechenden entgegengesetzten Schwenkendabschnitten der beweglichen Platte 18 gegen über auf dem Substrat 11 angeordnet sind, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß, wenn eine Treiberspannung zwischen die unteren Elektroden 22A-1 und 22A-2 entsprechend einem der entgegengesetzten Schwenkendabschnitte der beweglichen Platte 18 angelegt wird, eine Anziehungskraft auf dieses entsprechende eine Schwenkende ausgeübt wird, und wenn eine derartige Treiberspannung an die unteren Elektroden 22B-1 und 22B-2 entsprechend dem anderen Schwenkende umgeschaltet wird, eine Anziehungskraft auf das andere Schwenkende ausgeübt wird, um dadurch die Wippbewegung zu erzeugen.More specifically, it is characterized in that a plurality of lower electrodes 22A-1, 22A-2 and 22B-1, 22B-2 on the opposite sides of the lever support assembly 15 face the corresponding opposite pivot end portions of the movable plate 18 on the substrate 11 the arrangement is such that when a driving voltage is applied between the lower electrodes 22 A- 1 and 22 A- 2 corresponding to one of the opposite swing end portions of the movable plate 18 , an attractive force is applied to that corresponding one swing end, and when such driving voltage is switched to the lower electrodes 22 B- 1 and 22 B- 2 corresponding to the other swing end, an attractive force is applied to the other swing end to thereby generate the rocking motion.
Der Vorgang der Ausübung einer Anziehungskraft auf die bewegliche Platte 18 wird unter Bezug auf Fig. 21 beschrieben. Diese Ausführungsform macht Gebrauch von der Technologie des elektrostatischen Generators, der in der Arbeit "Electrostatic Levitation" von T. Higuchi, Measu ring and Controlling, Band 38, Nr. 2, Februar 1999, Seiten 101-104 offenbart ist. Es ist jedoch festzuhalten, daß sich diese Veröffentlichung mit elektrostatischen Schwebe- und Transportme chanismen beschäftigt, aber die Anwendung der Technologie auf die Antriebsanordnung zur Ausübung einer Wippbewegung weder offenbart noch nahelegt.The process of applying an attractive force to the movable plate 18 will be described with reference to FIG. 21. This embodiment makes use of the technology of the electrostatic generator disclosed in the work "Electrostatic Levitation" by T. Higuchi, Measuring and Controlling, Volume 38 , No. 2, February 1999, pages 101-104. However, it should be noted that this publication is concerned with electrostatic levitation and transport mechanisms, but does not disclose or suggest the application of the technology to the drive arrangement for performing a rocking motion.
Fig. 21 ist eine Querschnittsansicht längs der Linie 21-21 von Fig. 20. Es ist ersichtlich, daß die bewegliche Platte 18 den unteren Elektroden 22B-1 und 22B-2 gegenüber angeordnet ist. Wenn angenommen wird, daß die bewegliche Platte 18 leitfähig ist, werden elektrostatische Kapazitä ten C1 und C2 zwischen der unteren Elektrode 22B-1 und der beweglichen Platte 18 bzw. der unteren Elektrode 22B-2 und der beweglichen Platte 18 erzeugt. Fig. 21 is a cross-sectional view taken along line 21-21 of Fig. 20. It can be seen that the movable plate 18 is located opposite the lower electrodes 22 B- 1 and 22 B- 2 . If it is assumed that the movable plate 18 is conductive, electrostatic capacitances C1 and C2 are generated between the lower electrode 22 B- 1 and the movable plate 18 and the lower electrode 22 B- 2 and the movable plate 18 , respectively.
Wenn eine Treibergleichspannung VDC zwischen die unteren Elektroden 22B-1 und 22B-2 angelegt wird, wird elektrische Ladung in beiden elektrostatischen Kapazitäten C1 und C2 angesammelt, wodurch das Potential der beweglichen Platte 18 auf ein Potential stabilisiert wird, das etwa dem Mittel der zwischen die unteren Elektroden 22B-1 und 22B-2 angelegten Spannung VDC entspricht.When a DC driver voltage V DC is applied between the lower electrodes 22 B- 1 and 22 B- 2 , electric charge is accumulated in both electrostatic capacitances C1 and C2, thereby stabilizing the potential of the movable plate 18 to a potential that is about the average corresponds to the voltage V DC applied between the lower electrodes 22 B- 1 and 22 B- 2 .
Da die elektrostatischen Kapazitäten C1 und C2 geladen sind, treten elektrostatische Anzie hungskräfte zwischen der unteren Elektrode 22B-1 und der beweglichen Platte 18 sowie zwischen der unteren Elektrode 22B-2 und der beweglichen Platte 18 auf. Since the electrostatic capacitances C1 and C2 are charged, electrostatic attraction forces occur between the lower electrode 22 B- 1 and the movable plate 18 and between the lower electrode 22 B- 2 and the movable plate 18 .
Es ist klar, daß, wenn eine Treiberspannung zwischen die unteren Elektroden 22A-1 und 22A-2 entsprechend dem entgegengesetzten Schwenkende angelegt wird, absolut der gleiche Vorgang wie oben diskutiert auftritt.It is clear that when a drive voltage is applied between the lower electrodes 22 A- 1 and 22 A- 2 corresponding to the opposite swing end, absolutely the same process as discussed above occurs.
Daher ist klar, daß die bewegliche Platte 18 durch alternierendes Anlegen der Treiberspannung VDC zwischen das untere Elektrodenpaar 22A-1 und 22A-2 sowie zwischen das untere Elektro denpaar 22B-1 und 22B-2 in wippender Weise geschwenkt werden kann.It is therefore clear that the movable plate 18 can be pivoted by alternately applying the drive voltage V DC between the lower pair of electrodes 22 A- 1 and 22 A- 2 and between the lower pair of electrodes 22 B- 1 and 22 B- 2 .
Hinsichtlich des Materials, aus dem die bewegliche Platte 18 hergestellt ist, ist festzuhalten, daß, während sie im vorstehenden Beispiel als aus leitfähigem Material beschrieben wurde, keine spezielle Beschränkung auf das Material gegeben ist. Selbst die bewegliche Platte 18, die aus einem isolierenden Material aufgebaut ist, kann wippartig bewegt werden. Für Einzelheiten sei Bezug auf die vorgenannte Veröffentlichung "Measuring and Controlling", Band 38, Nr. 2, Februar 1999, Seiten 101-104 genommen.Regarding the material from which the movable plate 18 is made, it should be noted that while it was described in the above example as being made of a conductive material, there is no particular limitation on the material. Even the movable plate 18 , which is made of an insulating material, can be rocked. For details, reference is made to the aforementioned publication "Measuring and Controlling", Volume 38 , No. 2, February 1999, pages 101-104.
Während bei der in Fig. 20 gezeigten Ausführungsform ein Paar von unteren Elektroden 22A-1 und 22A-2 oder 22B-1 und 22B-2 als für jedes der entgegengesetzten Schwenkendabschnitte der beweglichen Platte 18 vorgesehen dargestellt ist, ist die Anzahl der unteren Elektroden nicht auf ein Paar beschränkt, sondern es können auch drei oder mehr sein. In diesem Fall kann jedes Paar unterer Elektroden mit einer Treiberspannung beaufschlagt werden, und die Anwendung dieser Treiberspannung kann von einem Schwenkende zum anderen Schwenkende umgeschaltet werden, um dadurch die bewegliche Platte 18 wippartig zu bewegen.While in the embodiment shown in Fig. 20, a pair of lower electrodes 22 A- 1 and 22 A- 2 or 22 B- 1 and 22 B- 2 are shown as being provided for each of the opposite swing end portions of the movable plate 18 , the number is of the lower electrodes are not limited to a pair, but can be three or more. In this case, a drive voltage can be applied to each pair of lower electrodes, and the application of this drive voltage can be switched from one swing end to the other swing end to thereby rock the movable plate 18 .
Gemäß der in Fig. 20 gezeigten Ausführungsform besteht im Gegensatz zu den in den Fig. 1 oder 6 gezeigten Ausführungsformen kein Bedarf, Spannung an die bewegliche Platte 18 anzulegen. Daher besteht kein Bedarf, die Positionshalteanordnungen 19 mit einer elektrischen Verdrahtung zu versehen. Es ist somit klar, daß dies den Vorteil der Vereinfachung des Herstellungsprozesses im Vergleich zu dem in den Fig. 1 oder 6 gezeigten integrierten Mikroschalter bietet. Außerdem bietet dies den weiteren Vorteil, daß die Haftbarkeit verbessert werden kann, da keine elektrische Verdrahtung bei den die Positionshalteanordnungen 19 umfassenden Drehgelenken erforderlich ist.According to the embodiment shown in FIG. 20, in contrast to the embodiments shown in FIGS. 1 or 6, there is no need to apply voltage to the movable plate 18 . Therefore, there is no need to provide the position holding assemblies 19 with electrical wiring. It is thus clear that this offers the advantage of simplifying the manufacturing process compared to the integrated microswitch shown in FIG. 1 or 6. In addition, this offers the further advantage that the liability can be improved since no electrical wiring is required for the rotary joints comprising the position holding arrangements 19 .
Die Fig. 22 bis 29 stellen eine zehnte und eine elfte Ausführungsform des integrierten Mikro schalters dieser Erfindung gemäß Anspruch 11 dar. Der integrierte Mikroschalter gemäß Anspruch 11 ist durch den Aufbau der Positionshalteanordnungen 19, die Trägerstangen 18B umfassen, die einstückig mit der beweglichen Platte 18 gebildet sind, und auf dem Substrat 11 montierte Lageranordnungen 30 zum Aufnehmen der sie durchsetzenden Haltestangen 18B gekennzeichnet. Figs. 22 to 29 represent a tenth and an eleventh embodiment of the integrated micro-switch of this invention according to claim 11. The integrated micro switch according to claim 11 is comprise by the structure of the position retaining assemblies 19, the support rods 18 B integral with the movable plate 18 are formed, and on the substrate 11 mounted bearing arrangements 30 for receiving the holding rods 18 B passing through them.
Jede der Lageranordnungen 30 umfaßt eine Trägerplatte 31, die sich von der planaren Fläche des Substrats 11 erhebt, und einen auf der Trägerplatte 31 vorgesehenen Bogen 32, um eine Höhlung 30A zu definieren, die von der Trägerplatte 31 und dem Bogen 32 umgeben ist, zum Aufnehmen der sie durchsetzenden Trägerstange 18B, um die bewegliche Platte 18 in Position zu halten. Während die Herstellungsverfahren der Trägerstange 18B, der Trägerplatte 31 und des Bogens 32 nachstehend beschrieben werden, sind bei der in Fig. 22 gezeigten zehnten Ausfüh rungsform die Trägerplatte 31 und der Bogen 32 aus leitfähigem Material gebildet, und auch die bewegliche Platte 18 sowie die Trägerstange 18B sind aus einem leitfähigen Material hergestellt.Each of the bearing assemblies 30 includes a support plate 31 that rises from the planar surface of the substrate 11 and an arc 32 provided on the support plate 31 to define a cavity 30 A that is surrounded by the support plate 31 and the arc 32 , for receiving the support rod 18 B passing through it to hold the movable plate 18 in position. While the manufacturing methods of the support bar 18 B, the support plate 31 and the sheet 32 are described below, in the tenth embodiment shown in FIG. 22, the support plate 31 and the sheet 32 are formed of conductive material, and also the movable plate 18 and the Carrier rod 18 B are made of a conductive material.
Es ist klar, daß die bewegliche Platte 18 über die Trägerplatten 38 mit einer Spannung beauf schlagt werden kann. Die Wippbewegung der beweglichen Platte 18 kann durch Anlegen eines Pols der Treiberspannung an die bewegliche Platte 18 und durch alternierendes Beaufschlagen jeweils einer der unteren Elektroden 22A und 22B mit dem anderen Pol der Treiberspannung ausgeführt werden.It is clear that the movable plate 18 can be struck with a voltage on the carrier plates 38 . The rocking movement of the movable plate 18 can be carried out by applying a pole of the drive voltage to the movable plate 18 and by alternately applying one of the lower electrodes 22 A and 22 B to the other pole of the drive voltage.
Bei der in den Fig. 22 und 23 dargestellten zehnten Ausführungsform sind die bewegliche Platte 18 und die Trägerstange 18B aus einem leitfähigen Material hergestellt, so daß eine Anziehungs kraft durch Anlegen eines elektrischen Felds zwischen die bewegliche Platte 18 und entweder die untere Elektrode 22A oder 22B erzeugt werden kann. Bei der in Fig. 24 dargestellten elften Ausführungsform sind jedoch ein Paar unterer Elektroden 22A-1, 22A-2 und ein anderes Paar unterer Elektroden 22B-1, 22B-2 auf dem Substrat 11 für das eine bzw. das andere der entge gengesetzten Schwenkendabschnitte der beweglichen Platte 18 angeordnet, so daß eine Treiberspannung alternierend zwischen die, unteren Elektroden 22A-1 und 22A-2 und zwischen die unteren Elektroden 22B-1 und 22B-2 angelegt werden kann, um die bewegliche Platte 18 wie bei der in der Fig. 20 dargestellten neunten Ausführungsform wippartig zu bewegen.In the tenth embodiment shown in FIGS. 22 and 23, the movable plate 18 and the support rod 18 B are made of a conductive material so that an attraction force by applying an electric field between the movable plate 18 and either the lower electrode 22 A or 22 B can be generated. However, in the eleventh embodiment shown in Fig. 24, a pair of lower electrodes 22 A- 1 , 22 A- 2 and another pair of lower electrodes 22 B- 1 , 22 B- 2 are on the substrate 11 for one or the other the opposite pivoting end portions of the movable plate 18 are arranged so that a driving voltage can be applied alternately between the lower electrodes 22 A- 1 and 22 A- 2 and between the lower electrodes 22 B- 1 and 22 B- 2 to the movable As in the ninth embodiment shown in FIG. 20, the plate 18 is rocked.
Es ist ersichtlich, daß die elfte Ausführungsform mit dem in Fig. 24 dargestellten Antriebsmecha nismus den Bedarf beseitigt, Spannung an die bewegliche Platte 18 anzulegen, und somit den Vorteil bringt, daß die bewegliche Platte 18 aus einem beliebigen gewünschten Material ein schließlich eines Isolators oder Halbleiters und nicht notwendigerweise aus einem metallischen Material gebildet werden kann.It can be seen that the eleventh embodiment with the drive mechanism shown in FIG. 24 eliminates the need to apply voltage to the movable plate 18 , and thus has the advantage that the movable plate 18 is made of any desired material including an insulator or Semiconductor and can not necessarily be formed from a metallic material.
Bei dem Aufbau der in den Fig. 22 bis 24 dargestellten Ausführungsformen wird die bewegliche Platte 18 hauptsächlich durch die Hebelstützanordnung 15 für die Wippbewegung gehaltert, und des weiteren werden die Trägerstangen 18 von der Lageranordnung 30 gegen ein Versetzen bezüglich der Position gehaltert, so daß die bewegliche Platte 18 keiner externen Gegenkraft ausgesetzt ist und daher durch eine kleine Anziehungskraft wippartig bewegt werden kann. Außerdem können, selbst während sich die beweglichen Kontakte 16A und 16B in Kontakt mit den festen Kontakten 13A, 13B und 14A, 14B befinden, sie in ihrem stabilen Kontaktzustand gehalten werden, ohne daß eine Gegenkraft wirkt, um die beweglichen und festen Kontakte voneinander zu trennen.In the construction of the embodiments shown in Figs. 22 to 24, the movable plate 18 is mainly supported by the lever support assembly 15 for the rocking motion, and further the support rods 18 are supported by the bearing assembly 30 against displacement in position so that the movable plate 18 is not subjected to any external counterforce and can therefore be rocked by a small force of attraction. In addition, even while the movable contacts 16 A and 16 B are in contact with the fixed contacts 13 A, 13 B and 14 A, 14 B, they can be kept in their stable contact state without counteracting force from the movable ones and separate fixed contacts from each other.
Anhand der Fig. 25 bis 29 wird nun ein Verfahren (Anspruch 24) der Herstellung des in den Fig. 22 bis 24 dargestellten integrierten Mikroschalters beschrieben. Hier konzentriert sich die Beschreibung des Verfahrens vor allem auf die Trägerstangen 18B und die Lageranordnung 30.A method (claim 24) for the production of the integrated microswitch shown in FIGS. 22 to 24 will now be described with reference to FIGS. 25 to 29. Here, the description of the method concentrates primarily on the support rods 18 B and the bearing arrangement 30 .
Ein aus beispielsweise Silicium hergestelltes Substrat 11 wird gebildet, wonach eine gemeinsame Potentialschicht 24 und eine Isolierschicht 12 aus SiO2 auf der Rückseite bzw. der Vorderseite des Substrats 11 gebildet werden (Fig. 25A). A substrate 11 made of, for example, silicon is formed, after which a common potential layer 24 and an insulating layer 12 made of SiO 2 are formed on the rear side and the front side of the substrate 11 ( FIG. 25A).
Der nächste Schritt besteht darin, eine metallische Schicht auf der oberen Fläche der Isolier schicht 12 beispielsweise durch Dampfabscheidung niederzuschlagen, wonach metallische Schichtabschnitte 33, die Basen für Trägerplatten 31 (vgl. Fig. 23 und 24) sein werden, an jenen Stellen auf der Metallschicht gebildet werden, wo die Trägerplatten 31 zu bilden sind, und untere Elektroden 22A, 22B sowie feste Kontakte 13A, 13B und 14A, 14B beispielsweise mittels eines Ätzprozesses unter Verwendung einer Fotolackmaske gebildet werden (Fig. 25B). Es ist festzu halten, daß gemäß Fig. 25B auch ein metallischer Basisabschnitt 15', auf dem die Hebelstütz anordnung 15 gebildet werden wird, hinter den metallischen Schichtabschnitten 33 gebildet wird.The next step is to deposit a metallic layer on the upper surface of the insulating layer 12, for example by vapor deposition, after which metallic layer sections 33 , which will be bases for carrier plates 31 (see FIGS. 23 and 24), at those locations on the metallic layer are formed where the carrier plates 31 are to be formed, and lower electrodes 22 A, 22 B and fixed contacts 13 A, 13 B and 14 A, 14 B are formed, for example, by means of an etching process using a photoresist mask ( FIG. 25B). It should be noted that, according to FIG. 25B, a metallic base section 15 ', on which the lever support arrangement 15 will be formed, is formed behind the metallic layer sections 33 .
Dann wird die Metallschicht beispielsweise mit einer Fotolackschicht so maskiert, daß nur die Metallschichtabschnitte 33 für die Trägerplatten und der metallische Basisabschnitt 15' für die Basis der Hebelstützanordnung freiliegen, wonach auf den Metallschichtabschnitten 33 und dem Metallschichtabschnitt 15' Metallplattierungsschichten gebildet werden, welche die Trägerplatten 31, die die Lageranordnungen 30 bilden, und die Hebelstützanordnung 15 werden (Fig. 25C).Then the metal layer is masked, for example with a photoresist layer, so that only the metal layer sections 33 for the carrier plates and the metallic base section 15 'for the base of the lever support arrangement are exposed, after which metal plating layers are formed on the metal layer sections 33 and the metal layer section 15 ', which the carrier plates 31 which form the bearing assemblies 30 and become the fulcrum assembly 15 ( Fig. 25C).
Als nächstes wird eine erste Opferschicht 34 aus Fotolack bis zur gleichen Höhe wie die Trägerplatten 31 und die Hebelstützanordnung 15 und bündig mit ihnen gebildet. Dann wird eine Metallschicht über der gesamten Fläche dieser ersten Opferschicht 34 beispielsweise durch Dampfniederschlag gebildet, wonach die Metallschicht geätzt wird, um ein vorbestimmtes Muster übrig zu lassen, um dadurch die beweglichen Kontakte 16A und 16B zu bilden (Fig. 25).Next, a first sacrificial layer 34 of photoresist is formed to the same height as the support plates 31 and the lever support assembly 15 and is flush with them. Then, a metal layer is formed over the entire surface of this first sacrificial layer 34 by, for example, vapor deposition, after which the metal layer is etched to leave a predetermined pattern, thereby forming the movable contacts 16 A and 16 B ( Fig. 25).
Nachdem die beweglichen Kontakte 16A und 16B gebildet worden sind, wird eine zweite Opferschicht 35 aus harzartigem Material auf jenen Flächen der ersten Opferschicht 34 und der Trägerplatten 31 an Bereichen, wo die beweglichen Kontakte 16A und 16B nicht vorhanden sind, mit der gleichen Höhe wie jene beweglichen Kontakte so gebildet, daß eine mit den beweglichen Kontakten bündige ebene Fläche erhalten wird, wonach eine Metallschicht 36 auf der gesamten ebenen Fläche gebildet wird. Die obere Fläche dieser Metallschicht 36 wird dann mit einem dicken Film aus Fotolackmaterial bedeckt, um eine Dickfilmfotolackmustermaske für die bewegli che Platte 18 zu bilden. Dann wird der Rest der Metallschicht 36, der nicht der Teil zur Bildung der beweglichen Platte 18 und der Trägerstange 18B ist, beispielsweise durch Ionenfräsen entfernt, um die bewegliche Platte 18 und die Trägerstange 18B zu formen, die aus der Metall schicht 36 hergestellt sind. Während dieses Schrittes werden zwei Öffnungen 36A, 36B gebildet, welche die Metallschicht 36 an Stellen durchsetzen, die den zwei Trägerplatten 31 gegenüberlie gen (vgl. Fig. 25, 26A und 28). Diese Öffnungen dienen der Bildung von Bogenpfeilern. Es ist festzuhalten, daß auch die nicht erforderlichen Peripherieabschnitte der Metallschicht 36 entfernt werden, um die gewünschten Formen der beweglichen Platte 18 und der Trägerstangen 18B zu bilden.After the movable contacts 16 A and 16 B have been formed, a second sacrificial layer 35 made of resinous material is applied to those surfaces of the first sacrificial layer 34 and the carrier plates 31 in areas where the movable contacts 16 A and 16 B are not present same height as those movable contacts so that a flat surface is obtained which is flush with the movable contacts, after which a metal layer 36 is formed on the entire flat surface. The upper surface of this metal layer 36 is then covered with a thick film of photoresist material to form a thick film photoresist pattern mask for the movable plate 18 . Then the rest of the metal layer 36 which is not part of the movable plate 18 and the supporting rod formation 18 B, is removed, for example by ion milling, to the movable plate 18 and the support rod to form 18 B, the layer of the metal produced 36 are. During this step, two openings 36 A, 36 B are formed which penetrate the metal layer 36 at locations which lie opposite the two carrier plates 31 (cf. FIGS. 25, 26A and 28). These openings are used to form arch pillars. It is to be noted that also the unnecessary peripheral portions of the metal layer 36 are removed to the desired shapes of the movable plate 18 and the support rods 18 to form B.
Mit der so geformten Metallschicht 36 als Maske werden des weiteren die zweite Opferschicht 35 durchsetzende Öffnungen 35A, 35B gebildet. Die nicht benötigten Peripherieabschnitte der zweiten Opferschicht werden gleichermaßen entfernt. Es ist festzuhalten, daß die Trägerplatten 31 und die erste Opferschicht 34 durch die ausgerichteten Öffnungen 36A, 35A und 36B, 35B freiliegen (Fig. 26A). With the metal layer 36 formed in this way as a mask, openings 35 A, 35 B are also formed which penetrate the second sacrificial layer 35 . The peripheral sections of the second sacrificial layer that are not required are likewise removed. It should be noted that the carrier plates 31 and the first sacrificial layer 34 are exposed through the aligned openings 36 A, 35 A and 36 B, 35 B ( FIG. 26A).
Nach dem in Fig. 26A gezeigten Stadium wird wiederum eine Fotolackschicht 37 auf der gesamten Fläche niedergeschlagen, d. h. der Fläche der Metallschicht 36, jener Flächen der ersten Opferschicht 34, die über die Öffnungen 36A, 35A und 36B, 35B freiliegen, und jener freiliegen den Flächen der ersten Opferschicht 34, welche die äußere Peripherie der beweglichen Platte 18 umgeben. Diese Fotolackschicht 37 wird als Dickfilm mit einer Dicke von etwa derjenigen der beweglichen Platte 18 gebildet (Fig. 26B).After the stage shown in FIG. 26A, a photoresist layer 37 is again deposited on the entire surface, ie the surface of the metal layer 36 , those surfaces of the first sacrificial layer 34 which are exposed via the openings 36 A, 35 A and 36 B, 35 B, and that is exposed to the surfaces of the first sacrificial layer 34 surrounding the outer periphery of the movable plate 18 . This photoresist layer 37 is formed as a thick film with a thickness of approximately that of the movable plate 18 ( FIG. 26B).
Die Fotolackschicht 37 wird dann mit einem Muster der gleichen Form wie demjenigen der Metallschicht 36 (Form der beweglichen Platte 18 und der Trägerstangen 18B) belichtet, um jene Abschnitte der Fotolackschicht 37 zu entfernen, die über der Metallschicht 36 liegen. Als Folge wird die Metallschicht 36 innerhalb der Innenbereiche freigelegt, die durch die Fotolackschicht 37 begrenzt sind (Fig. 26C).The photoresist layer 37 is then such as the one 36 (shape of the movable plate 18 and the support rods 18 B) exposed to a pattern of the same shape of the metal layer which lie around those portions of the photoresist layer 37 to be removed over the metal layer 36th As a result, the metal layer 36 is exposed within the interior areas delimited by the photoresist layer 37 ( FIG. 26C).
Als nächstes werden die so freigelegten oberen Flächen der Metallschicht 36 mit einer Metallplat tierung überzogen, um eine Plattierungsschicht 38 zu bilden, deren Dicke etwa gleich derjenigen der gewünschten beweglichen Platte 18 ist. Die bewegliche Platte 18 und die Trägerstangen 18B sind somit aus dieser Plattierungsschicht 38 und der Metallschicht 36 aufgebaut. Des weiteren werden während der Belichtung der Dickfilmfotolackschicht 37 jene Teile des Fotolackfilms 37, welche die Öffnungen 36A, 35A und 36B, 35B gefüllt hatten, vorläufig mit Durchgangsöffnun gen 37A, 37B versehen, die bis zu den Trägerplatten 31 reichen, so daß während der Bildung der Plattierungsschicht 38 Bogenpfeiler 38A, 38B gebildet werden, die von den Trägerplatten 31 emporragen (Fig. 26D).Next, the thus exposed upper surfaces of the metal layer 36 are coated with a metal plating to form a plating layer 38 , the thickness of which is approximately equal to that of the desired movable plate 18 . The movable plate 18 and the support rods 18 B are thus constructed from this plating layer 38 and the metal layer 36 . Furthermore, during the exposure of the thick film photoresist layer 37 , those parts of the photoresist film 37 which had filled the openings 36 A, 35 A and 36 B, 35 B are provisionally provided with through-openings 37 A, 37 B which extend as far as the carrier plates 31 so that during the formation of the plating layer 38 arch pillars 38 A, 38 B are formed which protrude from the carrier plates 31 ( FIG. 26D).
Eine dritte Opferschicht 39 aus Fotolack wird wiederum auf den oberen Flächen des Fotolack films 37 und der Plattierungsschicht 38 niedergeschlagen, um eine Fotomustermaske zu bilden, welche ihrerseits dazu verwendet wird, Öffnungen 39A, 39B in der dritten Opferschicht 39 zu bilden, die in Verbindung mit den Bogenpfeilern 38A, 38B stehen, wonach eine Metallschicht 41 beispielsweise durch Dampfniederschlag auf der oberen Fläche der dritten Opferschicht 39 sowie den oberen Flächen der Bogenpfeiler 38A, 38B, die innerhalb der Öffnungen 39A, 39B freiliegen, gebildet wird (Fig. 27A).A third sacrificial layer 39 of photoresist is in turn deposited on the upper surfaces of the photoresist film 37 and the plating layer 38 to form a photo pattern mask, which in turn is used to form openings 39 A, 39 B in the third sacrificial layer 39 , which in FIG Connected to the arch pillars 38 A, 38 B, after which a metal layer 41 is formed, for example, by vapor deposition on the upper surface of the third sacrificial layer 39 and the upper surfaces of the arch pillars 38 A, 38 B, which are exposed within the openings 39 A, 39 B. ( Fig. 27A).
Dann wird die obere Fläche der Metallschicht 41 mit einer vierten Opferschicht 42 aus Fotolack überzogen, in dem ein ihn durchsetzender länglicher Schlitz 42A gebildet wird, der die Öffnungen 39A und 39B überspannt (Fig. 27B).Then the upper surface of the metal layer 41 is covered with a fourth sacrificial layer 42 made of photoresist, in which an elongated slot 42 A is formed which spans the openings 39 A and 39 B ( FIG. 27B).
Die Bildung des länglichen Schlitzes 42A legt die Metallschicht am Boden des länglichen Schlitzes 42A frei. In diesem Zustand wird die obere Fläche der Metallschicht 41 innerhalb des länglichen Schlitzes 45A mit Metall plattiert, um eine Metallplattierungsschicht 43 zu bilden (Fig. 27B).The formation of the elongated slot 42 A exposes the metal layer at the bottom of the elongated slot 42 A. In this state, the top surface of the metal layer 41 is plated with metal within the elongated slot 45 A to form a metal plating layer 43 ( Fig. 27B).
Wenn die Metallplattierungsschicht 43 auf der Metallschicht 41 gebildet ist, wird die vierte Opferschicht 42 entfernt, wobei außerdem gleichzeitig die Metallschicht 41 durch Ionenfräsen entfernt wird. Wenn dies erfolgt ist, dient die Plattierungsschicht offensichtlich als Maske, so daß der Abschnitt der Metallschicht 41 mit Ausnahme des Bereichs, der mit der Plattierungsschicht 43 bedeckt ist, entfernt wird. Des weiteren werden die dritte Opferschicht 49, der Fotolackfilm 37, die zweite Opferschicht 35 und die erste Opferschicht 34 beispielsweise durch Ätzen entfernt, wodurch die bewegliche Platte 18, die Trägerstangen 18B und die Bögen 32 hergestellt werden, wie in Fig. 27C gezeigt. Genauer gesagt sind die bewegliche Platte 18 und die Träger stangen 18B aus der Plattierungsschicht 38 und der Metallschicht 36 aufgebaut, während sich die Bögen 32 aus den aus der Plattierungsschicht 38 gebildeten Pfeilern 38A, 38B, der Metall schicht 41 und der Plattierungsschicht 43 zusammensetzen. Es ist des weiteren festzuhalten, daß der Bogen 32 und die zugeordnete Trägerplatte 31 als einstückige Einheit gebildet sind, die eine Lageranordnung 30 bildet, wobei sich die entsprechende Trägerstange 18B durch die durch den Bogen 32 definierte Höhlung hindurch erstreckt.When the metal plating layer 43 is formed on the metal layer 41 , the fourth sacrificial layer 42 is removed, and the metal layer 41 is also simultaneously removed by ion milling. When this is done, the plating layer obviously serves as a mask so that the portion of the metal layer 41 except for the area covered with the plating layer 43 is removed. Furthermore, the third sacrificial layer 49 , the photoresist film 37 , the second sacrificial layer 35 and the first sacrificial layer 34 are removed by, for example, etching, whereby the movable plate 18 , the support rods 18 B and the arches 32 are produced, as shown in FIG. 27C. More specifically speaking, the movable plate 18 and the support rods 18 B of the plating layer 38 and the metal layer 36 built up, while the sheets 32 from the formed of the plating layer 38 pillars 38 A, 38 B, the metal layer 41 and the plating layer 43 put together. It should also be noted that the arch 32 and the associated support plate 31 are formed as a one-piece unit, which forms a bearing arrangement 30 , the corresponding support rod 18 B extending through the cavity defined by the arch 32 .
Wie aus dem oben beschriebenen Herstellungsverfahren hervorgeht, wird das Eigengewicht der beweglichen Platte 18 hauptsächlich von der Hebelstützanordnung 15 abgestützt, und eine Positionsversetzung sowie eine Entfernung vom Substrat 11 wird aufgrund der Trägerstangen 18B verhindert, die sich durch die Lageranordnung 30 hindurch erstrecken.As is apparent from the manufacturing process described above, the dead weight of the movable plate 18 is mainly supported by the lever support assembly 15 , and positional displacement and removal from the substrate 11 are prevented due to the support rods 18 B which extend through the bearing assembly 30 .
Da die Trägerplatten 31, die Trägerstangen 18B und die bewegliche Platte 18 hauptsächlich aus einer Plattierungsschicht mit Leitfähigkeit aufgebaut sind, ist es möglich, die bewegliche Platte 18 wippartig zu bewegen, indem ein Pol einer Treiberspannung an die Trägerplatten 31 und der entgegengesetzte Pol der Treiberspannung an eine der unteren Elektroden 22A und 22B angelegt und der Anschluß alternierend umgeschaltet wird, so daß elektrostatische Anziehungskräfte zwischen der beweglichen Platte 18 und entweder der einen oder der anderen der unteren Elektroden 22A und 22B erzeugt werden.Since the carrier plates 31 , the carrier rods 18 B and the movable plate 18 are mainly composed of a plating layer with conductivity, it is possible to rock the movable plate 18 by placing one pole of a driving voltage on the carrier plates 31 and the opposite pole of the driving voltage applied to one of the lower electrodes 22 A and 22 B and the connection is alternately switched so that electrostatic attractive forces between the movable plate 18 and either one or the other of the lower electrodes 22 A and 22 B are generated.
Die Fig. 30 bis 32 stellen eine zwölfte Ausführungsform des integrierten Mikroschalters dieser Erfindung gemäß Anspruch 5 dar. Der integrierte Mikroschalter gemäß Anspruch 5 ist durch den Aufbau gekennzeichnet, mit dem die Bewegung der beweglichen Platte 18 durch eine Magnet kraft ausgeführt wird, die durch planare Spulen erzeugt wird. Figs. 30 to 32 represent a twelfth embodiment of the integrated micro-switch of this invention according to claim 5. The integrated micro-switch according to claim 5 is characterized by the structure with which the movement of the movable plate 18 is performed by a magnetic force generated by planar Coils is generated.
Zu diesem Zweck sind planare Spulen 45A und 45B auf der beweglichen Platte 18 an Positionen gebildet, die symmetrisch um deren Schwenkachse sind, wie in Fig. 30 und 31 gezeigt. Die Anordnung ist so getroffen, daß, wenn ein Erregungsstrom durch eine der planaren Spulen 45A und 45B geleitet wird, eine Abstoßungskraft (oder Anziehungskraft) als Antwort auf ein äußeres Magnetfeld erzeugt wird, das durch Permanentmagnete 46A und 46B erzeugt wird, wie in Fig. 31 gezeigt, wodurch die beweglichen Kontakte 16A und 16B in und außer Kontakt mit den festen Kontakten 13A, 13B und 14A, 14B bewegt werden.For this purpose, planar coils 45 A and 45 B are formed on the movable plate 18 at positions that are symmetrical about the pivot axis thereof, as shown in FIGS. 30 and 31. The arrangement is such that when an excitation current is passed through one of the planar coils 45 A and 45 B, a repulsive force (or attractive force) is generated in response to an external magnetic field generated by permanent magnets 46 A and 46 B, as shown in Fig. 31, whereby the movable contacts 16 A and 16 B in and out of contact with the fixed contacts 13 A, 13 B and 14 A, 14 B are moved.
Während die Ausführungsform von Fig. 31 die Anordnung darstellt, bei der ein Erregungsstrom gesondert an eine der planaren Spulen 45A und 45B angelegt wird, ist festzuhalten, daß bei der in Fig. 32 gezeigten dreizehnten Ausführungsform die planaren Spulen 45A und 45B in entge gengesetzten Richtungen gewickelt und in Serie geschaltet werden können, so daß das Paar planarer Spulen 45A und 45B Magnetfelder in entgegengesetzten Richtungen erzeugt, wenn es von einem Paar Anschlüsse 21A-1 und 21A-2 mit Erregungsstrom versorgt wird. Demzufolge erzeugt, sobald eine der planaren Spulen 45A und 45B eine Abstoßungskraft oder eine Anzie hungskraft gegen die Permanentmagnete 46A und 46B erzeugt, die andere der planaren Spulen eine Anziehungskraft oder eine Abstoßungskraft gegen die Permanentmagneten, so daß sie eine Verdoppelung des Drehmoments liefern.While the embodiment of FIG. 31 shows the arrangement in which an excitation current is separately applied to one of the planar coils 45 A and 45 B, it should be noted that in the thirteenth embodiment shown in FIG. 32, the planar coils 45 A and 45 B can be wound in opposite directions and connected in series so that the pair of planar coils 45 A and 45 B generate magnetic fields in opposite directions when supplied with excitation current by a pair of terminals 21 A- 1 and 21 A- 2 . Accordingly, once one of the planar coils 45 A and 45 B generates a repulsive force or an attraction force against the permanent magnets 46 A and 46 B, the other of the planar coils generates an attraction force or a repulsive force against the permanent magnets, so that they double the torque deliver.
Bei diesem Aufbau kann die Richtung des Schwenkens der beweglichen Platte 18 durch Umkehren der Richtung des Durchgangs des von den Anschlüssen 21A-1 und 21A-2 gelieferten elektrischen Stroms beliebig zwischen der Vorwärts- und der Rückwärtsrichtung gesteuert werden. Daher ist klar, daß bei der in Fig. 32 gezeigten dreizehnten Ausführungsform die Verdrahtung zum Liefern von Strom an die planaren Spulen 45A und 45B nur jeweils einfach für jede der entgegengesetzten Seiten der beweglichen Platte 18 vorgesehen werden muß, weshalb nur eine Positionshalteanordnung 19 an jedem der entgegengesetzten Seiten vorgesehen werden muß, was zu einer Vereinfachung des Aufbaus führt.With this structure, the direction of pivoting the movable plate 18 can be arbitrarily controlled between the forward and reverse directions by reversing the direction of passage of the electric current supplied from the terminals 21 A- 1 and 21 A- 2 . Therefore, it is clear that the wiring has to be for supplying power to the planar coils 45 A and 45 B in each case only simply provided for each of opposite sides of the movable plate 18 in the embodiment shown in Fig. 32 the thirteenth embodiment, and therefore only one position maintaining assembly 19 must be provided on each of the opposite sides, which leads to a simplification of the structure.
Eine bekannte Mehrschichtenverbindungstechnik wird bei den Kreuzungspunkten der gewickelten Spulen eingesetzt, um Kurzschlüsse zu verhindern.A known multi-layer connection technique is used at the crossing points of the wound Coils used to prevent short circuits.
Die Fig. 33 und 34 stellen eine vierzehnte Ausführungsform des integrierten Mikroschalters dieser Erfindung gemäß Anspruch 6 dar. Der in den Fig. 33 und 34 gezeigte integrierte Mikroschalter ist eine modifizierte Form des in den Fig. 30 bis 32 gezeigten, durch planare Spulen getriebenen Mikroschalters.The Figs. 33 and 34 illustrate a fourteenth embodiment of the integrated micro-switch of this invention according to claim 6. The integrated micro switch shown in FIGS. 33 and 34 is a modified form of that shown in Figs. 30 to 32, driven by planar coils microswitch .
Das konstruktive Merkmal dieser Ausführungsform besteht darin, daß einzelne Erregungsspulen unabhängig voneinander in Form einer Röhre oder eines Solenoids hergestellt werden und mittels harzartigem Material in Bohrungen montiert und befestigt werden, die in einem Substrat gebildet sind. Die Fläche des Substrats, in dem die Erregungsspulen oder -Solenoide vergraben sind, wird dann einer Glättungsbehandlung unterzogen, wonach feste Kontakte auf der geglätteten Fläche gebildet und des weiteren die bewegliche Platte 18 gebildet sowie für eine wippartige Bewegung gehaltert wird, um einen magnetisch getriebenen integrierten Mikroschalter fertigzustellen.The structural feature of this embodiment is that individual excitation coils are manufactured independently of one another in the form of a tube or a solenoid and are mounted and fastened in holes which are formed in a substrate by means of resinous material. The surface of the substrate in which the excitation coils or solenoids are buried is then subjected to a smoothing treatment, after which solid contacts are formed on the smoothed surface, and further the movable plate 18 is formed and held for a rocker-like movement around a magnetically driven integrated one Finish microswitch.
Während die Ausführungsform der Fig. 33 und 34 ein Beispiel darstellt, bei dem die bewegliche Platte 18 aus einem magnetischen Material gebildet ist, ist klar, daß ein Stück oder Stücke magnetischen Materials, vorzugsweise ferromagnetischen Materials, an der beweglichen Platte 18 befestigt werden kann bzw. können, um eine magnetische Anziehung zu erzeugen, wie bei der in den Fig. 38 und 39 gezeigten Ausführungsform.While the embodiment of FIGS. 33 and 34 shows an example in which the movable plate 18 is formed from a magnetic material, it is clear that a piece or pieces of magnetic material, preferably ferromagnetic material, can be attached to the movable plate 18 to create a magnetic attraction as in the embodiment shown in Figs. 38 and 39.
Anhand der Fig. 35 bis 37 wird ein Verfahren der Herstellung des in den Fig. 33 und 34 darge stellten integrierten Mikroschalters beschrieben.A method of preparation is described of 33 and 34 Darge easily integrated micro switch shown in FIGS. Referring to Figs. 35 to 37.
Ein Zusatzsubstrat 11A wird gebildet, wie in Fig. 35A dargestellt. Das Zusatzsubstrat 11A kann eine isolierende Platte oder eine leitende Platte aus beispielsweise Kupfer sein.An auxiliary substrate 11 A is formed, as shown in Fig. 35A. The additional substrate 11 A can be an insulating plate or a conductive plate made of, for example, copper.
Eine Zwischentafel 11B wird auf einer Seite des Zusatzsubstrats 11A niedergeschlagen oder auf ihr befestigt, um ein Substrat 11 fertigzustellen. Die Zwischentafel 11B kann ebenfalls eine isolierende Platte oder eine leitende Platte sein. Das Zusatzsubstrat 11A braucht nur eine moderate mechanische Festigkeit aufzuweisen und unterliegt keinen speziellen Beschränkungen hinsichtlich der Dicke. Die Dicke der Zwischentafel 11B wird jedoch so gewählt, daß sie nicht kleiner als die Spulenlänge (Länge des magnetischen Kerns 62A) der Erregungsspulen 62 ist, die später beschrieben werden. Wenn die Länge des magnetischen Kerns 62A als Beispiel zu 0,6 mm gewählt wird, wird die Dicke der Zwischentafel 11B in der Größenordnung von 0,7 bis 0,8 mm gewählt.An intermediate panel 11 B 11 A is deposited on one side of the auxiliary substrate or mounted on it, to a substrate 11 complete. The intermediate plate 11 B may also be an insulating plate or a conductive plate. The additional substrate 11 A need only have a moderate mechanical strength and is not subject to any particular restrictions with regard to the thickness. However, the thickness of the intermediate board 11 B is selected so that it is not less than the coil length (length of the magnetic core 62 A) of the excitation coils 62 , which will be described later. If the length of the magnetic core 62 A is chosen to be 0.6 mm as an example, the thickness of the intermediate panel 11 B is selected in the order of 0.7 to 0.8 mm.
Ein Satz von Bohrungen 63 durchsetzt die Zwischentafel 11B mit vorgegebenen Abständen (bestimmt in Abhängigkeit von der Länge der beweglichen Platte 18). Während die Zeichnungen die Schritte der Herstellung eines integrierten Mikroschalters darstellen, sollte klar sein, daß tatsächlich eine Mehrzahl von Sätzen derartiger Bohrungen 63 gebildet wird, um viele integrierte Mikroschalter gleichzeitig herzustellen. Die Bohrungen 63 können bereits zuvor die Zwischentafel 11B durchsetzend gebildet werden, bevor die Zwischentafel 11B mit den sie durchsetzenden Bohrungen 63 mittels Klebstoff an dem Zusatzsubstrat 11A befestigt wird.A set of holes 63 passes through the intermediate panel 11 B at predetermined intervals (determined depending on the length of the movable plate 18 ). While the drawings illustrate the steps of manufacturing an integrated microswitch, it should be understood that a plurality of sets of such holes 63 are actually formed to produce many integrated microswitches at the same time. The bores 63 may already before the intermediate board 11 B are formed by putting before the intermediate plate 11B with them by means of adhesive 11 A is secured passing through holes 63 on the auxiliary substrate.
Alternativ kann das Zusatzsubstrat 11A aus Kupfer gebildet sein, und eine Schicht Kupfer kann beispielsweise mittels eines Plattierungsprozesses auf einer Seite des aus Kupfer hergestellten Zusatzsubstrats 11A mit einer Dicke von 0,65 bis 0,70 mm niedergeschlagen werden, um eine Zwischentafel 11B zu bilden. In dem Fall, in dem die Zwischentafel 11B durch Plattierung gebildet wird, können die die Zwischentafel 11B durchsetzenden Bohrungen 63 mittels der Fotolithografietechnologie gebildet werden. Die Bohrungen 63 sind bezüglich des Durchmessers so überdimensioniert, daß ein bestimmter Spalt zwischen dem äußeren Umfang der Erregungs spule 62 und der Innenwand der Bohrung 63 definiert ist.Alternatively, the additional substrate 11 A may be formed of copper, and a layer of copper may be deposited, for example, by a plating process on one side of the additional substrate 11 A made of copper with a thickness of 0.65 to 0.70 mm, around an intermediate panel 11 B to build. In the case in which the intermediate plate 11 B is formed by plating, can the intermediate plate 11 B extending through bores 63 are formed by the photolithography technology. The holes 63 are oversized in terms of diameter so that a certain gap between the outer circumference of the excitation coil 62 and the inner wall of the bore 63 is defined.
In die entsprechenden Bohrungen 63 wird mit eingesetzten Erregungsspulen 62 harzartiges Material in die Bohrungen 63 gegossen, um sie zu füllen, insbesondere die Spalte 63A (vgl. Fig. 35B und 37), und zusätzlich wird das gleiche harzartige Material auf die Fläche der Zusatztafel 11B aufgetragen, um eine Harzschicht 64 mit einer gewünschten Dicke zu bilden (Fig. 35B).Resin-like material is poured into the corresponding holes 63 with excitation coils 62 inserted into the holes 63 to fill them, in particular the gap 63 A (see FIGS. 35B and 37), and in addition the same resin-like material is applied to the surface of the additional panel 11 B applied to form a resin layer 64 having a desired thickness (Fig. 35B).
Wenn sich die Harzschicht 64 verfestigt hat, werden die hervorstehenden Teile der Spulenelek troden 62C und des weiteren die Fläche der Harzschicht 64 bearbeitet, wonach eine Spiegelpolie rung der Fläche der Harzschicht folgt (Fig. 35C).When the resin layer 64 has solidified, the protruding parts of the coil electrodes 62 C and further the surface of the resin layer 64 are processed, followed by mirror polishing of the surface of the resin layer ( Fig. 35C).
Die Spulenelektroden 62C werden somit freigelegt und werden bündig mit der spiegelpolierten Fläche der Harzschicht 64. Auf dieser Fläche wird ein Metallfilm niedergeschlagen, und dann wird eine Fotolithografietechnologie dazu verwendet, Verdrahtungsleiter 65 und Elektroden 66 (Fig. 33) in Kontakt mit den Spulenelektroden 62C zu bilden, um dadurch einen Stromversorgungsweg für die Erregungsspulen 62 zu schaffen, während gleichzeitig die festen Kontakte 13A, 13B und 14A, 14B sowie Anschlußabschnitte 13A-1, 13B-1, 14A-1, 14B-1 sowie eine Basis 15' für die Hebelstützanordnung 15 und Basen 21' für Trägerplatten 31 aus einer leitfähigen Schicht gebildet werden.The coil electrodes 62 C are thus exposed and become flush with the mirror-polished surface of the resin layer 64 . On this surface, a metal film is deposited, and then a photolithography technology is used to form 62 C in contact with the coil electrodes, thereby to provide a power supply path for the excitation coil 62, while the wiring conductors 65 and electrodes 66 (Fig. 33) fixed contacts 13 A, 13 B and 14 A, 14 B and connection sections 13 A- 1 , 13 B- 1 , 14 A- 1 , 14 B- 1 and a base 15 'for the lever support arrangement 15 and bases 21 ' for carrier plates 31 be formed from a conductive layer.
Der nächste Schritt besteht darin, eine Maske aus beispielsweise Fotolack über diese Verdrah tungsleiter 65, Elektroden 66, festen Kontakte 13A, 13B, 14A, 14B, Anschlußabschnitte 13A-1, 13B-1, 14A-1, 14B-1 sowie Basisbereiche 15' und 21' der leitfähigen Schicht zu bilden und diejenigen Teile der Maske mit Öffnungen zu durchsetzen, bei denen die Hebelstützanordnung 15 und die Trägerplatten 31 zu bilden sind, um die Basisbereiche 15' und 21' der leitfähigen Schichtbereiche in den Öffnungen freizulegen, wonach eine Hebelstützanordnung 15 und Trägerplatten 31 auf jenen freigelegten Basisbereichen 15' und 21' der leitfähigen Schicht durch Plattierung gebildet werden (Fig. 35D).The next step is a mask made of photoresist, for example, via these wiring conductors 65 , electrodes 66 , fixed contacts 13 A, 13 B, 14 A, 14 B, connecting sections 13 A- 1 , 13 B- 1 , 14 A- 1 , 14 B- 1 and base regions 15 'and 21 ' of the conductive layer and to penetrate those parts of the mask with openings in which the lever support arrangement 15 and the carrier plates 31 are to be formed, around the base regions 15 'and 21 ' of the conductive layer regions exposed in the openings, after which a lever support assembly 15 and carrier plates 31 are formed on those exposed base regions 15 'and 21 ' of the conductive layer by plating ( Fig. 35D).
Nach der Bildung der Hebelstützanordnung 15 und der Trägerplatten 31 kann der gleiche Prozeß wie der oben unter Bezug auf die Fig. 25A bis 29 beschriebene dazu verwendet werden, eine bewegliche Platte und Trägerstangen 18B für die bewegliche Platte 18 zu bilden, um bewegliche Kontakte 16A, 16B auf den entgegengesetzten Schwenkendabschnitten der beweglichen Platte 18 zu bilden, und schließlich Bögen 32 über den Trägerplatten 31 zu bilden, um einen magne tisch getriebenen integrierten Mikroschalter gemäß den Fig. 38 und 39 fertigzustellen.After forming the fulcrum assembly 15 and the support plates 31 , the same process as that described above with reference to FIGS. 25A to 29 can be used to form a movable plate and support rods 18 B for the movable plate 18 to form movable contacts 16 to form a 16 B on the opposite Schwenkendabschnitten the movable plate 18, and finally to form sheets 32 via the support plates 31, 38 and 39 complete a magnetic table-driven integrated micro switch shown in FIGS..
Es ist hier jedoch festzuhalten, daß sich der Prozeß in dieser Ausführungsform von dem oben unter Bezug auf die Fig. 25A bis 29 beschriebenen insofern unterscheidet, als magnetisches Material als Material verwendet wird, aus dem die bewegliche Platte 18 gebildet wird. Ein Beispiel eines geeigneten magnetischen Materials für den Zweck dieser Erfindung ist eine Eisen- Nickel-Legierung.It should be noted here, however, that the process in this embodiment differs from that described above with reference to FIGS. 25A to 29 in that magnetic material is used as the material from which the movable plate 18 is formed. An example of a suitable magnetic material for the purpose of this invention is an iron-nickel alloy.
Bei dem Aufbau des magnetisch getriebenen integrierten Mikroschalters gemäß Darstellung in den Fig. 38 und 39 erzeugt das Anlegen eines Erregungsstroms an eine der Erregungsspulen 62 ein Magnetfeld, welches seinerseits so wirkt, daß eines der freien Schwenkenden der bewegli chen Platte 18 zur bestromten Erregungsspule 62 hin angezogen wird, während einer der beweglichen Kontakte 16A und 16B entweder die festen Kontakte 13A und 13B oder die festen Kontakte 14A und 14B in leitende Verbindung bringt.In the structure of the magnetically-driven integrated micro switch as shown in FIGS. 38 and 39, the application generates an excitation current to one of the excitation coil 62 a magnetic field which acts for its part, that one of the free pivoting ends of the bewegli chen plate 18 to the energized exciting coil 62 toward is attracted while one of the movable contacts 16 A and 16 B brings either the fixed contacts 13 A and 13 B or the fixed contacts 14 A and 14 B in conductive connection.
Die Erregungsspule 62, die sich aus Windungen zusammensetzt, die um einen magnetischen Kern 62A gewickelt sind, erzeugt ein Magnetfeld, dessen Stärke größer als diejenige der in den Fig. 30 bis 32 gezeigten planaren Spule ist. Dies bringt den Vorteil, daß der bewegliche Kontakt 16A oder 16B mit den festen Kontakten 13A, 13B oder den festen Kontakten 14A, 14B mit erhöhter Kontaktkraft kontaktiert werden kann, wodurch ein stabiler Kontaktzustand beibehalten wird.The excitation coil 62 , which is composed of windings which are wound around a magnetic core 62 A, generates a magnetic field, the strength of which is greater than that of the planar coil shown in FIGS. 30 to 32. This has the advantage that the movable contact 16 A or 16 B can be contacted with the fixed contacts 13 A, 13 B or the fixed contacts 14 A, 14 B with increased contact force, thereby maintaining a stable contact state.
Die Fig. 38 und 39 stellen eine fünfzehnte Ausführungsform dieser Erfindung dar, bei der die bewegliche Platte 18 aus einem nicht-magnetischen Material hergestellt ist und auf der Stücke 67 aus magnetischem Material für die magnetische Anziehung befestigt sind. Es ist festzuhalten, daß dieser Aufbau, bei dem die Stücke 67 für die magnetische Anziehung gesondert von deren beweglicher Platte 18 hergestellt werden, den Vorteil bietet, daß sogar die Verwendung von solchem Material möglich wäre, das andererseits nicht als bewegliche Platte 18 mittels eines Sputterverfahrens geformt werden könnte, und insbesondere die Verwendung eines Materials mit hoher magnetischer Permiabilität, wodurch ein integrierter Mikroschalter mit starker magnetischer Anziehungskraft geschaffen werden kann. FIGS. 38 and 39 illustrate a fifteenth embodiment of this invention in which the movable plate 18 is made of a non-magnetic material and are secured to the pieces 67 of magnetic material for magnetic attraction. It should be noted that this construction, in which the magnetic attraction pieces 67 are made separately from their movable plate 18 , offers the advantage that even the use of such material would be possible which, on the other hand, would not be used as a movable plate 18 by means of a sputtering process could be molded, and in particular the use of a material with high magnetic permeability, whereby an integrated microswitch with strong magnetic attraction can be created.
Außerdem kann der Kontaktdruck zwischen den Kontakten weiter erhöht werden, indem die Stücke 67 für die magnetische Anziehung zuvor mit den entgegengesetzten N-S Polaritäten längs der Richtung ihrer Dicke magnetisiert werden. Insbesondere kann ein Paar Stücke 67 für die magnetische Anziehung auf der beweglichen Platte 18 in der Nähe der entgegengesetzten Enden bezüglich ihres Schwenkzentrums befestigt werden, wobei die N-Polaritätsseiten beider Stücke nach oben gerichtet sind. Bei dieser Anordnung können die zwei Stücke 67 für die magnetische Anziehung unterschiedlich erregt werden, um Magnetfelder mit zueinander entgegengesetzter Polarität zu erzeugen, so daß eine Anziehungskraft an einem der Schwenkendabschnitte der beweglichen Platte 18 erzeugt wird, während eine Abstoßungskraft am anderen Ende erzeugt wird. Es ist damit klar, daß die Anziehungs- und die Abstoßungskraft zusammenwirken, um eine etwa zweifache Steigerung des Kontaktdrucks im Vergleich zu der in den Fig. 33 und 34 dargestellten Ausführungsform zu schaffen.In addition, the contact pressure between the contacts can be further increased by magnetizing the magnetic attraction pieces 67 beforehand with the opposite NS polarities along the direction of their thickness. In particular, a pair of pieces 67 for magnetic attraction can be mounted on the movable plate 18 near the opposite ends with respect to their pivot center, with the N-polarity sides of both pieces facing upward. With this arrangement, the two pieces of magnetic attraction 67 can be excited differently to generate magnetic fields of opposite polarity, so that an attractive force is generated at one of the pivoting end portions of the movable plate 18 while a repulsive force is generated at the other end. It is thus clear that the attraction and repulsion forces work together to provide an approximately two-fold increase in contact pressure compared to the embodiment shown in FIGS. 33 and 34.
Fig. 40 stellt eine sechzehnte Ausführungsform des integrierten Mikroschalters dieser Erfindung gemäß Anspruch 18 dar. Diese Ausführungsform zeigt ein Beispiel, bei dem eine bewegliche Platte durch Mikrobearbeitungstechnologie so gebildet ist, daß sie einseitig eingespannt freitra gend gelagert ist, während eine Erregungsspule 62 mit dem in Fig. 36 gezeigten Aufbau in ein Substrat 11 dem schwenkbaren freien Ende der beweglichen Platte 18 gegenüber eingebettet ist. Fig. 40 shows a sixteenth embodiment of the integrated microswitch of this invention according to claim 18. This embodiment shows an example in which a movable plate is formed by micromachining technology so that it is cantilevered mounted, while an excitation coil 62 with the in Fig. 36 shown structure is embedded in a substrate 11 opposite the pivotable free end of the movable plate 18 .
Bei dieser Ausführungsform ist die bewegliche Platte 18 aus einem leitfähigen magnetischen Material hergestellt, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß die elektrische Verbindung zwischen den Elektrodenbereichen 13A-1 und 14A-1 durch Bewegen des schwenkbaren freien Endes der beweglichen Platte 18 in und außer Kontakt mit dem festen Kontakt 13 hergestellt und unterbrochen wird.In this embodiment, the movable plate 18 is made of a conductive magnetic material, the arrangement being such that the electrical connection between the electrode regions 13 A- 1 and 14 A- 1 is made by moving the pivotable free end of the movable plate 18 in and is made out of contact with the fixed contact 13 and interrupted.
Diese Ausführungsform weist den Vorteil eines einfachen Aufbaus auf, was zu einer verbesserten Herstellbarkeit führt. Der weitere Vorteil bei dieser Ausführungsform besteht darin, daß die Erregungsspule 62, die sich aus Windungen zusammensetzt, die um einen magnetischen Kern 62A gewickelt sind, eine starke magnetische Anziehungskraft erzeugt. Diese starke magnetische Anziehung liefert ein ausreichend große Kraft, um die bewegliche Platte 18 mit dem freitragenden Aufbau elastisch zu biegen, selbst obwohl sie eine gewünschte erhöhte mechanische Festigkeit aufweist. Demzufolge ist klar, daß dieser Aufbau die Nachteile des unter Bezug auf die Fig. 49 und 50 diskutierten Stands der Technik überwindet.This embodiment has the advantage of a simple structure, which leads to improved producibility. The further advantage in this embodiment is that the excitation coil 62 , which is composed of windings wound around a magnetic core 62 A, generates a strong magnetic attraction. This strong magnetic attraction provides sufficient force to resiliently bend the cantilevered movable plate 18 even though it has a desired increased mechanical strength. Accordingly, it is clear that this structure overcomes the disadvantages of the prior art discussed with reference to FIGS. 49 and 50.
Fig. 41 stellt eine andere Ausführungsform des integrierten Mikroschalters dieser Erfindung gemäß Anspruch 19 dar. Diese Ausführungsform zeigt ein Beispiel, bei dem eine bewegliche Platte 18 durch Mikrobearbeitungstechnologie so gebildet ist, daß sie einseitig eingespannt freitragend gehaltert ist, während ein fester Kontakt 13 auf einem anderen Auslegerelement 68 so getragen ist, daß er durch das freie Ende der beweglichen Platte 18 kontaktiert werden kann. In diesem Fall kann das den festen Kontakt haltende Auslegerelement 68 ein Leiter sein, der aus einem nicht-magnetischen Material hergestellt ist. Die Anordnung ist so getroffen, daß, wenn die bewegliche Platte in Kontakt mit dem festen Kontakt 13 bewegt wird, die bewegliche Platte 18 auf das den festen Kontakt haftende Element 68 drückt, um das letztere leicht zu biegen, wodurch eine gleitende Bewegung zwischen der beweglichen Platte 18 und dem festen Kontakt 13 verursacht wird, um einen Selbstreinigungsvorgang zwischen den Kontakten zu schaffen. Fig. 41 illustrates another embodiment of the integrated microswitch of this invention according to claim 19. This embodiment shows an example in which a movable plate 18 is formed by micromachining technology so that it is cantilevered while cantilevered while a fixed contact 13 on one other boom element 68 is supported so that it can be contacted by the free end of the movable plate 18 . In this case, the cantilever element 68 holding the fixed contact may be a conductor made of a non-magnetic material. The arrangement is such that when the movable plate is moved into contact with the fixed contact 13 , the movable plate 18 presses on the fixed contact adhesive member 68 to bend the latter slightly, thereby causing a sliding movement between the movable contact Plate 18 and the fixed contact 13 is caused to create a self-cleaning process between the contacts.
Die Fig. 42 und 43 stellen eine achtzehnte Ausführungsform des integrierten Mikroschalters dieser Erfindung gemäß Anspruch 7 dar. Der integrierte Mikroschalter gemäß Anspruch 7 zeigt eine Anordnung, bei der Erregungsspulen 62 oberhalb der Oberseite der beweglichen Platte 18 angeordnet sind. FIGS. 42 and 43, an eighteenth embodiment of the integrated micro-switch of this invention according to claim 7. The integrated micro switch according to claim 7 shows an arrangement, are arranged in the excitation coils 62 above the top surface of the movable plate 18.
Auf dem Substrat 11 ist ein integrierter Mikroschalter gebildet, der dem in den Fig. 22 und 23 dargestellten ähnlich mit der Ausnahme ist, daß die Antriebsanordnung für die bewegliche Platte modifiziert ist. Genauer gesagt ist oberhalb des Substrats 11 ein zweites Substrat 72 durch Pfeiler 71 gehaltert. Wie bei dem oben unter Bezug auf die Fig. 33 und 34 beschriebenen Aufbau setzt sich das zweite Substrat 72 zum Erzielen einer erhöhten Festigkeit aus einem Zusatzsub strat 72A und einer Zwischentafel 72B zur Aufnahme der Erregungsspulen 62 in ihr zusammen. Die Zwischentafel 72B ist von Bohrungen 73 durchsetzt, in welche die Erregungsspulen 62 eingesetzt werden. Danach wird harzartiges Material in die Bohrungen 73 gegossen, um die zwischen den Erregungsspulen 62 und den Bohrungen 73 definierten Spalte zu füllen, um dadurch die Erregungsspulen 62 am Substrat 72 zu befestigen. Gleichzeitig wird harzartiges Material auch auf die freiliegenden Flächen der Erregungsspulen 62 und der Zwischentafel 72 aufgetragen, um eine Harzschicht 74 zu bilden, die dann spiegelpoliert wird, wonach Verdrah tungsleiter 65 auf der spiegelpolierten Fläche der Harzschicht 74 gebildet werden (Fig. 43).An integrated microswitch is formed on the substrate 11 , which is similar to that shown in Figs. 22 and 23 except that the drive arrangement for the movable plate is modified. More specifically, a second substrate 72 is supported by pillars 71 above the substrate 11 . As in the structure described above with reference to FIGS. 33 and 34, the second substrate 72 is composed of an additional substrate 72 A and an intermediate panel 72 B for receiving the excitation coils 62 in it to achieve increased strength. The intermediate panel 72 B is penetrated by bores 73 into which the excitation coils 62 are inserted. Resin-like material is then poured into the bores 73 to fill the gaps defined between the excitation coils 62 and the bores 73 , thereby securing the excitation coils 62 to the substrate 72 . At the same time, resinous material is also applied to the exposed surfaces of the excitation coils 62 and the intermediate panel 72 to form a resin layer 74 , which is then mirror polished, after which wiring conductors 65 are formed on the mirror polished surface of the resin layer 74 ( Fig. 43).
Die Pfeiler 71 sind aus Leitern gebildet, an welche die Verdrahtungsleiter 65 angeschlossen sind, wodurch die Erregungsschaltungen der Erregungsspulen 62 über die leitfähigen Pfeiler 71 an die auf der Fläche des ersten Substrats 11 angeordneten Elektroden 66 elektrisch angeschlossen sind.The pillars 71 are formed from conductors to which the wiring conductors 65 are connected, as a result of which the excitation circuits of the excitation coils 62 are electrically connected via the conductive pillars 71 to the electrodes 66 arranged on the surface of the first substrate 11 .
Es ist festzuhalten, daß die in den Fig. 42 und 43 dargestellte Anordnung, bei der die Erregungs spulen 62 zur Oberseite der beweglichen Platte 18 hin angeordnet sind, eine getrennte Bildung des mit der beweglichen Platte 18 versehenen ersten Substrats 11 und des zweiten Substrats 72, das mit den Erregungsspulen 62 versehen ist und vorgeformte Pfeiler 71 aufweist, die von ihm abstehen, ermöglicht, wodurch die zwei Substrate auf einfache Weise zusammengebaut werden können, um einen integrierten Mikroschalter fertigzustellen. Hierdurch wird eine einfache Herstellung realisiert.It should be noted that the arrangement shown in FIGS. 42 and 43, in which the excitation coils 62 are arranged toward the top of the movable plate 18 , is a separate formation of the first substrate 11 and the second substrate 72 provided with the movable plate 18 provided with the excitation coils 62 and having preformed pillars 71 protruding therefrom, whereby the two substrates can be easily assembled to complete an integrated microswitch. This results in simple manufacture.
Fig. 44 stellt eine neunzehnte Ausführungsform des integrierten Mikroschalters dieser Erfindung gemäß Anspruch 20 dar, der ein Mehrkontakt-Paketschalter ist. Fig. 44 illustrates a nineteenth embodiment of the integrated micro-switch of this invention according to claim 20 which is a multi-contact package switch.
Diese Ausführungsform schlägt eine bewegliche Platte 18 polygonaler Form vor, wobei in der Darstellung als ein Beispiel eine regelmäßige Trapezoidform verwendet wird. Eine Hebelstütz anordnung 15 ragt von einem Substrat 11 an einer Stelle hoch, die im wesentlichen dem Zentrum der beweglichen Platte 18 entspricht. Die bewegliche Platte 18 weist Positionshaltean ordnungen 19 auf, die sich von ihr aus im wesentlichen in der Mitte jeder der vier Seiten der beweglichen Platte 18 erstrecken. Während das obere Ende der Hebelstützanordnung 15 als halbkugelig dargestellt ist, ist klar, daß es eine beliebige Konfiguration aufweisen kann, die wippartige Bewegungen der beweglichen Platte 18 in vier Richtungen ermöglicht. Vier dreieckige obere Elektroden 28A, 28B, 28C, 28D sind auf der oberen Fläche der beweglichen Platte 18 gebildet, jeweils eine an jedem ihrer vier Ecken. Bewegliche Kontakte 16A, 16B, 16C, 16D sind an der Unterseite der beweglichen Platte 18 an ihren vier Ecken gebildet. Die beweglichen Kontakte 16A bis 16D sind so ausgebildet, daß sie entsprechende Paare fester Kontakte 13A und 13B, 13A' und 13B' sowie 14A und 14B selektiv in und außer leitende Verbindung bringen. Die festen Kontakte 14A' und 14B' sind bereits direkt verbunden. Es ist ersichtlich, daß ein an einem der festen Kontakte 13A, 13A' eingegebenes Signal durch Bewegen des entsprechenden der beweglichen Kontakte 16A, 16B und 16C in Kontakt mit den entsprechenden der festen Kontakte 13A, 13B, 13A', 13B' und 14A, 14B am festen Kontakt 14A' entnommen werden kann. Der bewegliche Kontakt 16D ist über einen auf der rückseitigen Fläche der beweglichen Platte 18 gebildeten Verdrahtungsleiter elektrisch an die Hebelstützanordnung 15 angeschlossen, über die der Kontakt 16D an einen Punkt cm gemeinsamen Potentials angeschlossen ist.This embodiment proposes a movable plate 18 of polygonal shape, using a regular trapezoidal shape as an example in the illustration. A lever support assembly 15 protrudes from a substrate 11 at a location that substantially corresponds to the center of the movable plate 18 . The movable plate 18 has position holding assemblies 19 extending therefrom substantially at the center of each of the four sides of the movable plate 18 . While the upper end of the lever support assembly 15 is shown as hemispherical, it is clear that it can be of any configuration that allows rocking movements of the movable plate 18 in four directions. Four triangular upper electrodes 28 A, 28 B, 28 C, 28 D are formed on the upper surface of the movable plate 18 , one at each of its four corners. Movable contacts 16 A, 16 B, 16 C, 16 D are formed on the underside of the movable plate 18 at its four corners. The movable contacts 16 A to 16 D are designed so that they bring corresponding pairs of fixed contacts 13 A and 13 B, 13 A 'and 13 B' and 14 A and 14 B selectively into and out of conductive connection. The fixed contacts 14 A 'and 14 B' are already connected directly. It can be seen that a signal input to one of the fixed contacts 13 A, 13 A 'by moving the corresponding one of the movable contacts 16 A, 16 B and 16 C into contact with the corresponding one of the fixed contacts 13 A, 13 B, 13 A ', 13 B' and 14 A, 14 B at the fixed contact 14 A 'can be removed. The movable contact 16 D is electrically connected via a wiring conductor formed on the rear surface of the movable plate 18 to the lever support arrangement 15 , via which the contact 16 D is connected to a point cm common potential.
Es ist festzuhalten, daß bei dieser Ausführungsform eine Leiterschicht (nicht gezeigt), deren Fläche zumindest gleich derjenigen der beweglichen Platte 18 ist, unterhalb jener Schicht der beweglichen Platte 18 gebildet, in der die festen Kontakte 13A, 13B, 13A', 13B', 14A, 14B, 14A', 14B' auf dem Substrat als untere Elektrode gebildet sind. Die bewegliche Platte 18 kann durch eine zwischen der unteren Elektrode und den oberen Elektroden 28A bis 28D erzeugten Kraft in jede gewünschte Richtung geneigt werden, wenn eine Treiberspannung über einen Anschluß 23A oder 23B an die untere Elektrode angelegt wird.It should be noted that in this embodiment a conductor layer (not shown), the area of which is at least equal to that of the movable plate 18, is formed below that layer of the movable plate 18 in which the fixed contacts 13 A, 13 B, 13 A ', 13 B ', 14 A, 14 B, 14 A', 14 B 'are formed on the substrate as the lower electrode. The movable plate 18 can be inclined in any desired direction by a force generated between the lower electrode and the upper electrodes 28 A to 28 D when a driving voltage is applied to the lower electrode via a terminal 23 A or 23 B.
Bei dem Aufbau des in Fig. 44 dargestellten integrierten Mikroschalters kann ein Schaltungsauf bau vorgesehen werden, wie er schematisch in Fig. 45 dargestellt ist. Dies ist genauer gesagt eine Schaltung, bei der ein an einem der festen Kontakte 13A, 13A' und 14A eingegebenes Signal am festen Kontakt 14A' ausgegeben werden kann. Es ist außerdem festzuhalten, daß, wenn alle beweglichen Kontakte 16A, 16B und 16C sich in ihren offenen Positionen befinden und der bewegliche Kontakt 16D mit dem festen Kontakt 14A' verbunden ist, letzterer über den beweglichen Kontakt 16D an den Punkt cm gemeinsamen Potentials angeschlossen ist, um ein Signalleck zu verhindern.In the construction of the integrated microswitch shown in FIG. 44, a circuit structure can be provided as shown schematically in FIG. 45. More specifically, this is a circuit in which a signal input to one of the fixed contacts 13 A, 13 A 'and 14 A can be output at the fixed contact 14 A'. It should also be noted that when all the movable contacts 16 A, 16 B and 16 C are in their open positions and the movable contact 16 D is connected to the fixed contact 14 A ', the latter via the movable contact 16 D to the Point cm common potential is connected to prevent a signal leak.
Fig. 46 stellt eine zwanzigste Ausführungsform des integrierten Mikroschalters dieser Erfindung gemäß Anspruch 21 dar, bei der eine Mehrzahl integrierter Mikroschalter SW1, SW2, . . ., SW4 auf einem gemeinsamen Substrat 11 gebildet sind. Diese einzelnen Schalter sind über ein Verdrahtungsmuster verbunden, um eine gewünschte Schaltung (nicht gezeigt) zu bilden. Fig. 46 illustrates a twentieth embodiment of the integrated micro-switch of this invention according to claim 21 is integrated in a plurality of micro-switches SW1, SW2. , ., SW4 are formed on a common substrate 11 . These individual switches are connected via a wiring pattern to form a desired circuit (not shown).
Fig. 47 stellt eine einundzwanzigste Ausführungsform des integrierten Mikroschalters dieser Erfindung gemäß Anspruch 22 dar, bei dem der Mikroschalter als in einem Gehäuse montiert dargestellt ist. Das heißt, der integrierte Mikroschalter SW, der ein Substrat 11 und eine bewegliche Platte 18 umfaßt, ist in einem geschlossenen Behälter 50 untergebracht, der aus ihm herausführende Anschlüsse 51, 52 aufweist, über die ein Schaltsignal für die Ein/Aus-Steuerung des Schalters angelegt wird. Der gasdichte Behälter 50 kann mit einem inerten Antioxidanzgas wie beispielsweise N2 oder Ar für die praktische Verwendung des Schalters gefüllt sein kann. Fig. 47 illustrates a twenty-first embodiment of the integrated microswitch of this invention according to claim 22, in which the microswitch is shown mounted in a housing. That is, the integrated microswitch SW, which comprises a substrate 11 and a movable plate 18 , is accommodated in a closed container 50 which has connections 51 , 52 leading out of it, via which a switching signal for the on / off control of the switch is created. The gas-tight container 50 may be filled with an inert antioxidant gas such as N 2 or Ar for practical use of the switch.
Abhängig von dem Material, aus dem die festen Kontakte 13A, 13B, 14A, 14B und die bewegli chen Kontakte 16A, 16B gebildet sind, ist es auch möglich, eine Mischung aus N2 und O2 zu verwenden.Depending on the material from which the fixed contacts 13 A, 13 B, 14 A, 14 B and the movable contacts 16 A, 16 B are formed, it is also possible to use a mixture of N 2 and O 2 .
Während die unteren Elektroden 22A, 22B und die oberen Elektroden 28A, 28B bei verschiede nen, oben beschriebenen Ausführungsformen als aus Metallfilmen gebildet dargestellt wurden, ist klar, daß auch dotierte Zonen im Substrat und/oder der beweglichen Platte für den Zweck der Verwendung derartiger dotierter Zonen als untere Elektroden 22A, 22B und/oder obere Elektro den 28A, 28B gebildet werden können.While the lower electrodes 22 A, 22 B and the upper electrodes 28 A, 28 B have been shown in various embodiments described above as being formed from metal films, it is clear that also doped zones in the substrate and / or the movable plate for the purpose the use of such doped zones as lower electrodes 22 A, 22 B and / or upper electrodes 28 A, 28 B can be formed.
Außerdem ist Fachleuten klar, daß die Konfiguration des die Positionshalteanordnung 19 umfassenden Drehgelenks nicht auf eine der speziellen Formen beschränkt ist, die bei den oben beschriebenen Ausführungsformen dargestellt wurden.In addition, it will be apparent to those skilled in the art that the configuration of the hinge comprising the position maintaining assembly 19 is not limited to any of the particular shapes illustrated in the above-described embodiments.
Fig. 48 stellt eine zweiundzwanzigste Ausführungsform des integrierten Mikroschalters dieser Erfindung gemäß Anspruch 14 dar. Diese Ausführungsform zeigt eine modifizierte Form der beweglichen Kontakte 16A, 16B und der festen Kontakte 13A, 13B und 14A, 14B. Genauer gesagt sind bei dieser Ausführungsform zwei Paare beweglicher Kontakte, 16A, 16A und 16B, 16B so gebildet, daß sie sich von den entgegengesetzten Schwenkendabschnitten der bewegli chen Platte 18 nach oben erstrecken und so gestaltet sind, daß sie in und außer Kontakt mit den festen Kontakten 13A, 13B bzw. 14A, 14B bewegbar sind, die auf jeweiligen Trägern 60 gebildet sind, die im Abstand oberhalb der oberen Fläche des Substrats 11 angeordnet sind. Fig. 48 shows a twenty-second embodiment of the integrated microswitch of this invention according to claim 14. This embodiment shows a modified form of the movable contacts 16 A, 16 B and the fixed contacts 13 A, 13 B and 14 A, 14 B. More specifically in this embodiment, two pairs of movable contacts 16A, 16A and 16B, 16B formed so as to extend from the opposite Schwenkendabschnitten the bewegli chen plate 18 upward and are designed such that they in and out of contact with the fixed contacts 13 A , 13 B and 14 A, 14 B are movable, which are formed on respective supports 60 which are arranged at a distance above the upper surface of the substrate 11 .
Die beweglichen Kontakte 16A und 16B sind im wesentlichen konisch, weisen jedoch ebene oder abgerundete obere Flächen auf, die so geformt sind, daß sie eine Beschädigung der festen Kontakte 13A, 13B und 14A, 14B verhindern, die durch die beweglichen Kontakte kontaktiert werden. Bei der in Fig. 48 dargestellten Ausführungsform sind die beweglichen Kontakte 16A, 16B direkt auf der beweglichen Platte 18 gebildet, die aus einem leitfähigen Material hergestellt ist, so daß die Leitfähigkeit der beweglichen Platte 18 dazu verwendet werden kann, die festen Kontakte 13A und 13B bzw. die festen Kontakte 14A und 14B elektrisch zu verbinden bzw. zu trennen. Es ist zu beachten, daß, falls es erforderlich ist, daß die beweglichen Kontakte 16A, 16B elektrisch bezüglich der beweglichen Platte 18 isoliert sind, eine Metallschicht auf der beweglichen Platte mit einer zwischen der Metallschicht und der beweglichen Platte angeordne ten Isolierschicht gebildet werden kann. Dann können zwei Paare beweglicher Kontakte 16A, 16A und 16B, 16B auf der Metallschicht gebildet werden, so daß eine elektrische Verbindung zwischen jedem Paar beweglicher Kontakte vorhanden ist.The movable contacts 16 A and 16 B are substantially conical, but have flat or rounded upper surfaces which are shaped so that they prevent damage to the fixed contacts 13 A, 13 B and 14 A, 14 B caused by the movable contacts can be contacted. In the embodiment shown in FIG. 48, the movable contacts 16 A, 16 B are formed directly on the movable plate 18 , which is made of a conductive material, so that the conductivity of the movable plate 18 can be used to fix the fixed contacts 13 A and 13 B or the fixed contacts 14 A and 14 B to connect or disconnect electrically. It should be noted that if it is necessary that the movable contacts of the movable plate are isolated 18 16 A, 16 B electrically with respect to a metal layer on the movable plate formed with an attached arrange between the metal layer and the movable plate th insulating layer can. Then two pairs of movable contacts 16 A, 16 A and 16 B, 16 B can be formed on the metal layer so that there is an electrical connection between each pair of movable contacts.
In dem Fall, in dem die bewegliche Platte 18 aus einem isolierenden Material hergestellt ist, kann eine Metallschicht direkt auf der beweglichen Platte 18 gebildet werden. Auf dieser Metallschicht können zwei Paare beweglicher Kontakte 16A, 16A und 16B, 16B gebildet werden, so daß eine elektrische Verbindung zwischen jedem Paar beweglicher Kontakte vorhanden ist.In the case where the movable plate 18 is made of an insulating material, a metal layer can be formed directly on the movable plate 18 . Two pairs of movable contacts 16 A, 16 A and 16 B, 16 B can be formed on this metal layer, so that there is an electrical connection between each pair of movable contacts.
Die festen Kontakte 13A, 13B, 14A, 14B können beispielsweise durch Plattieren vor dem Schritt der Bildung der Träger 60 gebildet werden. The fixed contacts 13 A, 13 B, 14 A, 14 B can be formed, for example, by plating before the step of forming the carrier 60 .
Die Träger 60 können durch den oben unter Bezug auf die Fig. 25 bis 29 beschriebenen Herstel lungsprozeß gebildet werden. Die Träger 60 sind mit Ausnahme eines Zwischenisolatoreinsatzes 61, der jeden der Träger in der Mitte in zwei elektrisch voneinander getrennte Abschnitte unterteilt, hauptsächlich aus einem leitfähigen Material hergestellt. Einer der Abschnitte ist der feste Kontakt 13A, 14A, und der andere ist der Kontakt 13B, 14B.The carrier 60 can be formed by the manufacturing process described above with reference to FIGS . 25 to 29. The carriers 60 , except for an intermediate insulator insert 61 , which divides each of the carriers in the middle into two electrically separated sections, are mainly made of a conductive material. One of the sections is the fixed contact 13 A, 14 A, and the other is the contact 13 B, 14 B.
Diese festen Kontakte 13A, 13B und 14A, 14B sind an Anschlüsse 13A-1, 13B-1 bzw. 14A-1, 14B-1 elektrisch angeschlossen.These fixed contacts 13 A, 13 B and 14 A, 14 B are electrically connected to connections 13 A- 1 , 13 B- 1 and 14 A- 1 , 14 B- 1 .
Wie oben diskutiert, bietet der Aufbau, bei dem die beweglichen Kontakte 16A, 16B auf der Oberseite der beweglichen Platte 18 gebildet werden, den Vorteil der Vereinfachung des Herstellungsprozesses gegenüber dem Prozeß der Bildung der beweglichen Kontakte 16A, 16B auf der Rückseite der beweglichen Platte 18.As discussed above, the structure in which the movable contacts 16A , 16B are formed on the top of the movable plate 18 offers the advantage of simplifying the manufacturing process over the process of forming the movable contacts 16A , 16B on the back the movable plate 18 .
Des weiteren sollte festgehalten werden, daß die in Fig. 48 gezeigte Ausführungsform vorwie gend dafür gedacht ist, den Aufbau darzustellen, bei dem die beweglichen Kontakte 16A, 16B auf der Oberseite der beweglichen Platte 18 gebildet werden, und daß sie nicht beschränkt ist auf eine Kombination des Mechanismus zum Haltern der beweglichen Platte 18, welche die Positionshalteanordnungen 19 umfaßt, die sich aus den Trägerstangen 18B und den Lageranord nungen 30 zusammensetzen, und des Mechanismus zum Wippen der beweglichen Platte 18, der zwei Paare unterer Elektroden 22A-1, 22A-2 und 22B-1, 22B-2 umfaßt, die in Gegenüberstellung auf dem Substrat 11 angeordnet sind, wie in Fig. 48 dargestellt. Es ist in anderen Worten Fachleuten ersichtlich, daß der Aufbau der beweglichen Kontakte 16A, 16B auf jeden Aufbau des integrierten Mikroschalters gemäß obiger Beschreibung anwendbar ist.Furthermore, it should be noted that the embodiment shown in Fig. 48 is mainly intended to illustrate the structure in which the movable contacts 16 A, 16 B are formed on the top of the movable plate 18 , and that it is not limited to a combination of the mechanism for supporting the movable plate 18 , which includes the position holding arrangements 19 , which are composed of the support rods 18 B and the bearing arrangements 30 , and the mechanism for rocking the movable plate 18 , the two pairs of lower electrodes 22 A- 1 , 22 A- 2 and 22 B- 1 , 22 B- 2 , which are arranged in opposition on the substrate 11 , as shown in Fig. 48. In other words, it will be apparent to those skilled in the art that the construction of the movable contacts 16 A, 16 B is applicable to any construction of the integrated microswitch as described above.
Wie aus dem Vorstehenden hervorgeht, ist die bewegliche Platte 18 gemäß dieser Erfindung durch Mikrobearbeitungstechnologie hergestellt und so konfiguriert, daß sie in einer Wippbewe gung bewegbar ist, um eine elektrische Verbindung und Unterbrechung zwischen beweglichen Kontakten und festen Kontakten auszuführen. Die bewegliche Platte 18 selbst zeichnet sich dadurch aus, daß sie keiner elastischen Verformung unterworfen ist. Daher ist es unwahrschein lich, daß die bewegliche Platte einer Bruchgefahr unterliegt, was den Vorteil bringt, einen sehr haltbaren integrierten Mikroschalter zu schaffen.As is apparent from the foregoing, the movable plate 18 according to this invention is made by micromachining technology and configured to be movable in a rocking motion to effect electrical connection and disconnection between movable contacts and fixed contacts. The movable plate 18 itself is characterized in that it is not subjected to any elastic deformation. Therefore, it is unlikely that the movable plate is subject to breakage, which has the advantage of creating a very durable integrated microswitch.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß, wenn eine Gelenkanordnung als Positionshalteanordnung 19 für die bewegliche Platte 18 verwendet wird, eine derartige Gelenkanordnung nur die Position der beweglichen Platte 18 beibehalten muß, da das Gewicht der beweglichen Platte 18 haupt sächlich von der Hebelstützanordnung 15 abgestützt wird. Demzufolge wird für die Gelenkanord nung keine allzu große Festigkeit verlangt, um das gesamte Gewicht der beweglichen Platte 18 abzustützen, so daß sie derart geformt werden kann, daß sie auf einfache Weise elastisch verformbar ist. Außerdem kann der Aufbau gemäß dieser Erfindung, bei dem die bewegliche Platte 18 in einer Wippbewegung um die Hebelstützanordnung 15 herum bewegbar ist, die Federkraft minimieren, die von der Gelenkanordnung ausgeübt wird, und ermöglicht daher eine Bewegung der beweglichen Platte 18 selbst mit einer so schwachen Kraft wie der elektrostati schen Kraft, die bisher nicht als Schalterbetätigungskraft verwendet werden konnte, und ermöglicht die Ausübung eines starken Kontaktdrucks auf die festen Kontakte, um einen stabilen Kontaktzustand sicherzustellen.Another advantage is that when a hinge assembly is used as the position retaining assembly 19 for the movable plate 18 , such a hinge arrangement only needs to maintain the position of the movable plate 18 because the weight of the movable plate 18 is mainly supported by the fulcrum assembly 15 . Accordingly, too much strength is not required for the articulation to support the entire weight of the movable plate 18 so that it can be shaped such that it is easily deformed elastically. In addition, the structure according to this invention, in which the movable plate 18 is rockable about the fulcrum assembly 15 , can minimize the spring force exerted by the hinge assembly, and therefore enables the movable plate 18 to move even with such a weak one Force such as the electrostatic force that could not previously be used as a switch operating force, and enables a strong contact pressure to be applied to the fixed contacts to ensure a stable contact state.
Des weiteren schlägt diese Erfindung den Aufbau vor, bei dem sich die Positionshalteanordnung 19 für die bewegliche Platte 18 aus der Trägerstange 18B und der Lageranordnung 30 zusam mensetzt. Dieser Aufbau unter Verwendung der Lageranordnung 30 erzeugt praktisch keine Gegenkraft gegen die Wippbewegung der beweglichen Platte 18 und gewährleistet daher eine Bewegung der beweglichen Platte 18 mit weiter reduzierter Anziehungskraft in dem Fall, in dem die Wippbewegung durch eine elektrostatische Kraft ausgeführt wird. Es wird außerdem der Vorteil erzielt, daß die bewegliche Platte 18 in einer stabilen Kontaktposition mit den festen Kontakten gehalten werden kann. Diesbezüglich liefert der elektromagnetisch betriebene integrierte Mikroschalter gemäß dieser Erfindung ein höheres Drehmoment zum Antreiben der beweglichen Platte 18, was zu einem stabileren Kontaktzustand führt.Furthermore, this invention proposes the structure in which the position holding arrangement 19 for the movable plate 18 is composed of the support rod 18 B and the bearing arrangement 30 . This structure using the bearing arrangement 30 generates practically no counterforce against the rocking movement of the movable plate 18 and therefore ensures a movement of the movable plate 18 with a further reduced attractive force in the case where the rocking movement is carried out by an electrostatic force. There is also the advantage that the movable plate 18 can be held in a stable contact position with the fixed contacts. In this regard, the electromagnetically operated integrated microswitch according to this invention provides a higher torque for driving the movable plate 18 , which leads to a more stable contact state.
Speziell der Aufbau unter Verwendung der Erregungsspulen 62 gemäß Darstellung in den Fig. 33 bis 43 ermöglicht eine weitere Erhöhung der Anziehungskraft, um dadurch den beträchtlichen Vorteil einer noch besseren Stabilisierung des Kontaktzustands des Schalters zu erzielen.Specifically, the structure using the excitation coils 62 as shown in FIGS. 33 to 43 enables the attraction force to be further increased, thereby achieving the considerable advantage of even better stabilization of the contact state of the switch.
Außerdem ermöglicht es diese Erfindung in vorteilhafter Weise dadurch, daß die festen Kontakte 13A und 13B sowie 14A und 14B einen impedanzangepaßten Mikrostreifenleiteraufbau aufwei sen, selbst Signale hoher Frequenz auf stabile Weise zu übertragen, ohne die Wellenformqualität zu verschlechtern, und ermöglicht daher die Ein/Aus-Steuerung von Signalen hoher Frequenz mit reduzierten Durchlaßverlusten und hohem Trennvermögen.In addition, this invention advantageously enables the fixed contacts 13 A and 13 B and 14 A and 14 B to have an impedance-matched microstrip structure to transmit even high-frequency signals in a stable manner without degrading the waveform quality, and therefore enables the on / off control of high frequency signals with reduced transmission losses and high separation capacity.
Schließlich bietet diese Erfindung des weiteren den Vorteil, daß der integrierte Mikroschalter gemäß dieser Erfindung durch die Mikrobearbeitungstechnologie hergestellt werden kann, weshalb sehr kleine, qualitativ hochwertige Mikroschalter in großen Mengen und damit kosten günstig hergestellt werden können.Finally, this invention has the further advantage that the integrated microswitch can be manufactured according to this invention by micromachining technology, which is why very small, high-quality microswitches in large quantities and therefore cost can be produced cheaply.
Claims (29)
ein Substrat (11), das eine Hebelstützanordnung (15) aufweist, die von deren einer Fläche absteht, wobei die Hebelstützanordnung eine vorbestimmte Höhe aufweist und in einem oberen Rippenabschnitt endet;
eine bewegliche Platte (18), die eine längliche Form aufweist und auf dem Substrat so gehalten ist, daß die bewegliche Platte in ihrem Mittelabschnitt oberhalb der Hebelstützanordnung so positioniert ist, daß entgegengesetzte Endabschnitte der beweglichen Platte an entgegenge setzten Seiten der Hebelstützanordnung in einer Wippbewegung um den oberen Rippenabschnitt der Hebelstützanordnung herum bewegbar sind;
eine Positionshalteanordnung (19) zum Befestigen der beweglichen Platte an dem Sub strat derart, daß die bewegliche Platte für die Wippbewegung bewegbar gehalten wird;
eine Antriebsanordnung zum Erzeugen einer Anziehungskraft zwischen dem Substrat und einem der jeweils an den entgegengesetzten Seiten der Hebelstützanordnung angeordneten entgegengesetzten Endabschnitte der beweglichen Platte und zum alternierenden Umschalten, der Erzeugung der Anziehungskraft zwischen den entgegengesetzten Endabschnitten, damit die bewegliche Platte gewippt wird;
bewegliche Kontakte (16A, 16B), die an den entgegengesetzten Endabschnitten der beweglichen Platte an deren entgegengesetzten freien Enden befestigt sind; und
feste Kontakte (13A, 13B, 14A, 14B), die an dem Substrat befestigt und so gebildet sind, daß sie elektrisch mit den beweglichen Kontakten verbindbar und von ihnen lösbar sind, wenn die bewegliche Platte in der Wippbewegung bewegt wird.1. Integrated microswitch comprising:
a substrate ( 11 ) having a fulcrum assembly ( 15 ) protruding from one surface thereof, the fulcrum assembly having a predetermined height and ending in an upper rib portion;
a movable plate ( 18 ) which has an elongated shape and is held on the substrate so that the movable plate is positioned in its central portion above the fulcrum arrangement so that opposite end portions of the movable plate on opposite sides of the fulcrum arrangement in a rocking motion the upper rib portion of the fulcrum assembly is movable around;
a position holding arrangement ( 19 ) for fastening the movable plate to the sub strat such that the movable plate is held movably for the rocking motion;
a drive assembly for generating an attractive force between the substrate and one of the opposite end portions of the movable plate respectively located on opposite sides of the fulcrum assembly and for alternately switching over, generating the attractive force between the opposite end portions to rock the movable plate;
movable contacts ( 16 A, 16 B) attached to the opposite end portions of the movable plate at the opposite free ends thereof; and
fixed contacts ( 13 A, 13 B, 14 A, 14 B) which are attached to the substrate and are formed so that they are electrically connectable to and detachable from the movable contacts when the movable plate is moved in the rocking motion.
feste Kontakte (13), die auf einem Substrat (11) gebildet sind;
einen Ausleger (18), der aus einem magnetischen Leiter hergestellt und an einem seiner Enden am Substrat befestigt ist, wobei das andere Ende des Auslegers frei und so bewegbar ist, daß es einem festen Kontakt, diesem gegenüber, nahekommt und sich von ihm entfernt; und
eine Erregungsspule (62B), die dem freien Ende des Auslegers gegenüber angeordnet ist, wobei die Spule aus einem Draht gebildet ist, der rohrförmig gewickelt ist.18. Integrated microswitch comprising:
fixed contacts ( 13 ) formed on a substrate ( 11 );
a cantilever ( 18 ) made of a magnetic conductor and attached to the substrate at one end thereof, the other end of the cantilever being free and movable so as to be close to and away from firm contact therewith; and
an excitation coil ( 62 B), which is arranged opposite the free end of the cantilever, the coil being formed from a wire which is wound in a tubular shape.
einen beweglichen Ausleger (18), der aus einem magnetischen Leiter hergestellt ist und an einem seiner Enden an einem Substrat (11) befestigt ist;
einen Festkontakthalteausleger (68), der aus einem nicht-magnetischen Leiter hergestellt ist und auf dem ein fester Kontakt (13) in einer dem freien Ende des beweglichen Auslegers gegenüberliegenden, bezüglich diesem jedoch leicht versetzten Position gehalten wird; und
eine Erregungsspule (62B), die dem freien Ende des beweglichen Auslegers gegenüber angeordnet ist, wobei die Spule aus einem rohrförmig gewickelten Draht gebildet ist.19. Integrated microswitch comprising:
a movable cantilever ( 18 ) made of a magnetic conductor and attached at one end to a substrate ( 11 );
a fixed contact support bracket ( 68 ) made of a non-magnetic conductor and on which a fixed contact ( 13 ) is held in a position opposite the free end of the movable bracket but slightly offset with respect thereto; and
an excitation coil ( 62 B) which is arranged opposite the free end of the movable arm, the coil being formed from a tubular wound wire.
Bilden eines Paars unterer Elektroden (22A, 22B) und fester Kontakte (13A, 13B, 14A, 14B) auf einer Fläche eines Substrats (11);
Bilden einer Hebelstützanordnung (15) auf dem Substrat in einem Zwischenraum zwischen dem Paar einander gegenüberliegender unterer Elektroden (22A, 22B);
Bilden einer Opferschicht (25) aus einem Material, das durch ein Ätzmittel entfernbar ist, wobei die Opferschicht eine Dicke aufweist, die etwa gleich der Höhe der Hebelstützanord nung ist;
Bilden beweglicher Kontakte (16A, 16B) auf einer Fläche der Opferschicht, die später an entgegengesetzten freien Enden einer beweglichen Platte (18) befestigt sein werden;
Bilden, auf der Opferschicht, einer Isolierschicht (26), die eine zu den beweglichen Kon takten komplanare Fläche aufweist;
Bilden einer Schicht (18D) aus leitfähigem Material auf der Isolierschicht;
Bilden der beweglichen Platte (18) und von Gelenkanordnungen (19) aus der Schicht leitfähigen Materials und Bilden von Öffnungen (18A) in der beweglichen Platte zur Verwendung beim nachfolgenden Ätzen;
Entfernen der Isolierschicht, durch die Ätzöffnungen, in einem Abschnitt von ihr, der zwischen der Hebelstützanordnung und der beweglichen Platte gebildet ist; und
Entfernen der Opferschicht durch Ätzen.23. A method for manufacturing an integrated microswitch, comprising the following steps:
Forming a pair of lower electrodes ( 22 A, 22 B) and fixed contacts ( 13 A, 13 B, 14 A, 14 B) on one surface of a substrate ( 11 );
Forming a fulcrum assembly ( 15 ) on the substrate in a space between the pair of opposed lower electrodes ( 22 A, 22 B);
Forming a sacrificial layer ( 25 ) of a material that is removable by an etchant, the sacrificial layer having a thickness that is approximately equal to the height of the lever support assembly;
Forming movable contacts ( 16 A, 16 B) on one surface of the sacrificial layer, which will later be attached to opposite free ends of a movable plate ( 18 );
Form, on the sacrificial layer, an insulating layer ( 26 ) having a coplanar surface to the movable contacts;
Forming a layer ( 18 D) of conductive material on the insulating layer;
Forming the movable plate ( 18 ) and hinge assemblies ( 19 ) from the layer of conductive material and forming openings ( 18 A) in the movable plate for use in subsequent etching;
Removing the insulating layer, through the etch openings, in a portion thereof formed between the fulcrum assembly and the movable plate; and
Remove the sacrificial layer by etching.
Bilden einer Metallschicht auf einer Fläche eines Substrats (11);
Bilden eines Paars unterer Elektroden (22A, 22B), einer Basis für eine Hebelstützanord nung (15), einer Basis (33) für Trägerplatten (31) und fester Kontakte (13A, 13B, 14A, 14B) aus der Metallschicht;
Bilden von Plattierungsschichten mit einer vorbestimmten Höhe auf der Basis für die Hebelstützanordnung und der Basis für die Trägerplatten, um dadurch die Hebelstützanordnung und die Trägerplatten zu bilden;
Bilden einer ersten Opferschicht (34) mit einer Dicke, die der Höhe der Hebelstützanord nung und der Trägerplatten gleich ist und die eine ebene Fläche aufweist, die komplanar zu den Flächen der Hebelstützanordnung und der Trägerplatten ist;
Bilden beweglicher Kontakte (16A, 16B) auf der Fläche der ersten Opferschicht an Posi tionen, die den festen Kontakten gegnüberliegen;
Bilden einer zweiten Opferschicht (35) auf der ersten Opferschicht derart, daß die Fläche der zweiten Opferschicht komplanar zu den Flächen der beweglichen Kontakte ist;
Bilden einer leitfähigen Schicht (36) auf den Flächen der zweiten Opferschicht und den beweglichen Kontakten;
Bilden eines Paars von die leitfähige Schicht und die zweite Opferschicht durchsetzen den Öffnungen (36A, 36B) an jeder der Positionen entsprechend den Trägerplatten zum Zweck der Bildung von Lageranordnungen (30);
partielles Entfernen der leitfähigen Schicht derart, daß solche Abschnitte der leitfähigen Schicht verbleiben, daß die bewegliche Platte und ein Paar Trägerstangen (18B), die einstückig mit der beweglichen Platte gebildet sind und sich von ihr aus erstrecken, geformt werden;
Bilden einer Fotolackschicht (37) mit einer Dicke, die ungefähr gleich derjenigen der be weglichen Platte in jenen Abschnitten der zweiten Opferschicht ist, aus der die leitfähige Schicht entfernt worden ist;
Bilden eines Durchgangslochs (37A, 37B) in der Fotolackschicht an jedem ihrer Ab schnitte, die sich in den Paaren der Öffnungen der leitfähigen Schicht und der zweiten Opfer schicht befinden, so daß das Paar Trägerplatten durch die Durchgangslöcher freiliegt;
Bilden von Metallplattierungsschichten (38) mit einer vorbestimmten Dicke auf jenen Flächen der leitfähigen Schicht, die in dem Bereich freiliegen, der durch die Fotolackschicht begrenzt ist, und auf jenen Flächen der Trägerplatten, die durch die Durchgangslöcher freiliegen, um dadurch die bewegliche Platte (18), die Trägerstangen (18B) und Pfeilerabschnitte (38A, 38B) der Lageranordnung zu bilden;
Bilden einer dritten Opferschicht (39) auf einer Fläche, die komplanar zu den Flächen der Fotolackschicht, der beweglichen Platte, der Trägerstangen und der Pfeilerabschnitte der Lageranordnungen ist;
Bilden von die dritte Opferschicht durchsetzenden Öffnungen (39A) derart, daß Flächen der Pfeilerabschnitte der Lageranordnungen freiliegen;
Bilden einer leitfähigen Schicht (41) im Inneren der Öffnungen und auf der gesamten Fläche der dritten Opferschicht;
Bilden einer vierten Opferschicht (42) auf dieser leitfähigen Schicht;
Bilden länglicher Schlitze (42A), welche die Pfeilerabschnitte der Lageranordnungen in der vierten Opferschicht überspannen;
Bilden von Plattierungsschichten (43) mit einer vorbestimmten Dicke auf jenen Flächen der leitfähigen Schicht, die in den länglichen Schlitzen freiliegen, um einen Brückenabschnitt der Lageranordnung zu bilden, der dessen Pfeilerabschnitte überbrückt, um dadurch die Bildung der Lageranordnungen fertigzustellen; und
Entfernen, nach der Fertigstellung der Lageranordnungen, der vierten Opferschicht; der durch das Entfernen der vierten Opferschicht freigelegten leitfähigen Schicht; der Fotolack schicht, die übriggelassen wurde, um die bewegliche Platte, die Trägerstangen und die Pfeilerab schnitte der Lageranordnungen durch das Entfernen der leitfähigen Schicht zu begrenzen; sowie der zwischen der beweglichen Platte und dem Substrat gebildeten zweiten Opferschicht und ersten Opferschicht.24. A method of manufacturing an integrated microswitch comprising the following steps:
Forming a metal layer on a surface of a substrate ( 11 );
Form a pair of lower electrodes ( 22 A, 22 B), a base for a Hebel Stützanord voltage ( 15 ), a base ( 33 ) for carrier plates ( 31 ) and fixed contacts ( 13 A, 13 B, 14 A, 14 B) the metal layer;
Forming plating layers of a predetermined height on the base for the fulcrum assembly and the base for the base plates to thereby form the fulcrum assembly and the base plates;
Forming a first sacrificial layer ( 34 ) having a thickness that is equal to the height of the lever support assembly and the support plates and that has a flat surface that is coplanar with the surfaces of the lever support assembly and the support plates;
Forming movable contacts ( 16 A, 16 B) on the surface of the first sacrificial layer at positions opposite to the fixed contacts;
Forming a second sacrificial layer ( 35 ) on the first sacrificial layer such that the surface of the second sacrificial layer is coplanar with the surfaces of the movable contacts;
Forming a conductive layer ( 36 ) on the surfaces of the second sacrificial layer and the moveable contacts;
Forming a pair of the conductive layer and the second sacrificial layer pass through the openings ( 36 A, 36 B) at each of the positions corresponding to the support plates for the purpose of forming bearing assemblies ( 30 );
partial removal of the conductive layer such that those portions of the conductive layer remain, that the movable plate and a pair of support rods (18 B) which are integrally formed with the movable plate and extending out of it, are formed;
Forming a photoresist layer ( 37 ) having a thickness approximately equal to that of the movable plate in those portions of the second sacrificial layer from which the conductive layer has been removed;
Forming a through hole ( 37 A, 37 B) in the photoresist layer at each of its sections located in the pairs of the openings of the conductive layer and the second sacrificial layer so that the pair of carrier plates are exposed through the through holes;
Forming metal plating layers ( 38 ) with a predetermined thickness on those surfaces of the conductive layer which are exposed in the area delimited by the photoresist layer and on those surfaces of the carrier plates which are exposed through the through holes, thereby to move the movable plate ( 18 ), the support rods ( 18 B) and pillar sections ( 38 A, 38 B) of the bearing arrangement to form;
Forming a third sacrificial layer ( 39 ) on a surface that is coplanar with the surfaces of the photoresist layer, the movable plate, the support bars, and the pillar portions of the bearing assemblies;
Forming openings ( 39 A) penetrating through the third sacrificial layer such that surfaces of the pillar sections of the bearing arrangements are exposed;
Forming a conductive layer ( 41 ) inside the openings and on the entire surface of the third sacrificial layer;
Forming a fourth sacrificial layer ( 42 ) on this conductive layer;
Forming elongated slots ( 42 A) that span the pillar portions of the bearing assemblies in the fourth sacrificial layer;
Forming plating layers ( 43 ) of a predetermined thickness on those surfaces of the conductive layer exposed in the elongated slots to form a bridging portion of the bearing assembly that bridges its pillar portions to thereby complete the formation of the bearing assemblies; and
Removing, after the completion of the bearing arrangements, the fourth sacrificial layer; the conductive layer exposed by removing the fourth sacrificial layer; the photoresist layer left to limit the movable plate, support rods and pillar portions of the bearing assemblies by removing the conductive layer; and the second sacrificial layer and the first sacrificial layer formed between the movable plate and the substrate.
Bilden eines Paars unterer Elektroden (22A, 22B), einer Basis (15') für eine Hebelstütz anordnung (15) und einem Paar Basen (33) für Trägerplatten (31) auf einem Substrat (11);
Bilden, auf dem Substrat, einer Isolierschicht (12'), die eine Aussparung (12'A) auf weist, um einen Teil des Substrats freizulegen, in dem die unteren Elektroden und die Basen gebildet werden;
Bilden fester Kontakte (13A, 13B, 14A, 14B) auf der Isolierschicht;
Bilden einer Hebelstützanordnung (15) und eines Paars Trägerplatten (31) jeweils mit einer Höhe, die etwa gleich derjenigen der Aussparung ist, auf den jeweiligen Basen hierfür;
Bilden einer ersten Opferschicht (25) in der Aussparung derart, daß eine ebene Fläche, die komplanar zu den oberen Flächen der Hebelstützanordnung, der Trägerplatten, der ersten Opferschicht und der Isolierschicht ist, gewonnen wird;
Bilden, auf der ebenen Fläche, einer Schicht (26) aus einem Isoliermaterial, die durch ein Ätzmittel entfernbar ist, und darauf geschichteter Schichten aus Isoliermaterialien;
Bilden der beweglichen Platte (18) durch Ätzen der Schichten aus dem Isoliermaterial und der geschichteten Schichten aus den Isoliermaterialien, wobei die bewegliche Platte einstückig mit einem Paar Drehgelenke (19) gebildet ist, die sich von entgegengesetzten Längsseiten der beweglichen Platte von deren Mittelabschnitt aus erstrecken, und die auf der ersten Opferschicht angeordnet ist und eine Mehrzahl von Durchgangslöchern (18A) aufweist, um die erste Opferschicht darunter freizulegen, und wobei ein Paar Elektrodenabschnitte (21) einstückig mit Endanschlüssen des Paars Drehgelenke verbunden und auf den Trägerplatten angeordnet ist;
Entfernen der zwischen der ersten Opferschicht und der beweglichen Platte gebildeten Schicht aus Isoliermaterial durch das Ätzmittel nur in einem Abschnitt von ihr unterhalb eines Mittelabschnitts der beweglichen Platte, um dadurch einen Spalt (G1) zwischen der Hebelstütz anordnung und der beweglichen Platte zu bilden;
Bilden einer zweiten Opferschicht (29) mit einer Höhe, die etwa gleich derjenigen der beweglichen Platte auf der Isolierschicht, auf der die festen Kontakte gebildet wurden, sowie auf der ersten Opferschicht ist, so daß eine zweite ebene Fläche, die komplanar zu oberen Flächen der beweglichen Platte und der zweiten Opferschicht ist, gewonnen wird;
Bilden einer Metall-Leiterschicht auf der gesamten zweiten ebenen Fläche;
Ätzen der Metall-Leiterschicht derart, daß ein Paar oberer Elektroden (28A, 28B) auf der beweglichen Platte an Stellen, die bezüglich der Hebelstützanordnung symmetrisch sind, Verdrahtungsleiterabschnitte auf den Drehgelenken sowie die Elektrodenabschnitte, die an die oberen Elektroden angeschlossen sind, und bewegliche Kontakte (16A, 16B) zu gewinnen, die sich von jeweiligen Endabschnitten der beweglichen Platte zur zweiten Opferschicht hin er strecken; und
Entfernen der ersten Opferschicht und der zweiten Opferschicht, um dadurch einen zweiten Spalt (G2) zwischen der beweglichen Platte und dem Substrat zu bilden.25. A method of manufacturing an integrated microswitch comprising the following steps:
Forming a pair of lower electrodes ( 22 A, 22 B), a base ( 15 ') for a lever support arrangement ( 15 ) and a pair of bases ( 33 ) for carrier plates ( 31 ) on a substrate ( 11 );
Forming, on the substrate, an insulating layer ( 12 ') having a recess (12'A) to expose a portion of the substrate in which the lower electrodes and bases are formed;
Forming solid contacts ( 13 A, 13 B, 14 A, 14 B) on the insulating layer;
Forming a lever support assembly ( 15 ) and a pair of support plates ( 31 ) each having a height approximately equal to that of the recess on the respective bases therefor;
Forming a first sacrificial layer ( 25 ) in the recess such that a flat surface that is coplanar with the upper surfaces of the fulcrum assembly, the backing plates, the first sacrificial layer and the insulating layer is obtained;
Forming, on the flat surface, a layer ( 26 ) of insulating material that is removable by an etchant and layers of insulating materials layered thereon;
Forming the movable plate ( 18 ) by etching the layers of the insulating material and the layered layers of the insulating materials, the movable plate being integrally formed with a pair of pivots ( 19 ) extending from opposite longitudinal sides of the movable plate from the central portion thereof , and disposed on the first sacrificial layer and having a plurality of through holes ( 18 A) to expose the first sacrificial layer below, and wherein a pair of electrode portions ( 21 ) are integrally connected to end connections of the pair of pivots and disposed on the support plates;
Removing the layer of insulating material formed between the first sacrificial layer and the movable plate by the etchant only in a portion thereof below a central portion of the movable plate, thereby forming a gap (G1) between the fulcrum assembly and the movable plate;
Form a second sacrificial layer ( 29 ) with a height which is approximately equal to that of the movable plate on the insulating layer on which the fixed contacts were formed, and on the first sacrificial layer, so that a second flat surface, the coplanar to the upper surfaces of the movable plate and the second sacrificial layer is obtained;
Forming a metal conductor layer on the entire second flat surface;
Etching the metal conductor layer such that a pair of upper electrodes ( 28 A, 28 B) on the movable plate at locations symmetrical with respect to the fulcrum arrangement, wiring conductor sections on the pivots, and the electrode sections connected to the upper electrodes, and to win movable contacts ( 16 A, 16 B) which extend from respective end portions of the movable plate to the second sacrificial layer; and
Removing the first sacrificial layer and the second sacrificial layer, thereby forming a second gap (G2) between the movable plate and the substrate.
Bilden einer Hebelstützanordnung (15) mit einer bestimmten Höhe auf einem Substrat (11);
Bilden eines Paars fester Kontakte (13A, 13B, 14A, 14B) auf dem Substrat an Stellen, die bezüglich der Hebelstützanordnung symmetrisch sind, wobei die festen Kontakte eine Höhe aufweisen, die kleiner als diejenige der Hebelstützanordnung ist;
Bilden, auf dem Substrat, einer Opferschicht, die eine Dicke aufweist, die etwa gleich der Höhe der Hebelstützanordnung ist, und die eine zur oberen Fläche der Hebelstützanordnung komplanare ebene Fläche aufweist;
Bilden, auf der Opferschicht, einer entfernbaren Schicht aus einem Material, das durch eine Ätzlösung entfernbar ist;
Bilden, auf der entfernbaren Schicht, einer beweglichen Platte (18), eines Paars von Drehgelenken (19), die mit der beweglichen Platte verbunden sind, und eines Paars von Elektro denabschnitten (21A, 21B, 21A', 21B'), die mit den Drehgelenken aus einem nicht leitfähigen Material verbunden sind;
Bilden einer zweiten Opferschicht, die eine Dicke aufweist, die etwa gleich derjenigen der beweglichen Platte auf der entfernbaren Schicht an Stellen ist, an denen die festen Kontakte gebildet worden sind, und die eine ebene Fläche aufweist, die komplanar zur oberen Fläche der beweglichen Platte ist;
Bilden von Planarspulen (45A, 45B) auf der beweglichen Platte an Stellen, die symme trisch bezüglich der Hebelstützanordnung sind, und von Verdrahtungsleitern, die an die Planar spulen angeschlossen sind, zum Liefern eines Treiberstroms an das Paar von Planarspulen;
Bilden beweglicher Kontakte (16A, 16B), die entgegengesetzte freie Enden der bewegli chen Platte und die zweite Opferschicht überspannen;
Entfernen der entfernbaren Schicht, um die bewegliche Platte von der Hebelstützanord nung zu trennen; und
Entfernen der ersten und der zweiten Opferschicht, um die bewegliche Platte vom Sub strat zu trennen.26. A method of manufacturing an integrated microswitch comprising the following steps:
Forming a lever support arrangement ( 15 ) with a certain height on a substrate ( 11 );
Forming a pair of fixed contacts ( 13 A, 13 B, 14 A, 14 B) on the substrate at locations that are symmetrical with respect to the fulcrum assembly, the fixed contacts having a height less than that of the fulcrum assembly;
Forming, on the substrate, a sacrificial layer which has a thickness which is approximately equal to the height of the lever support arrangement and which has a flat surface which is coplanar with the upper surface of the lever support arrangement;
Forming, on the sacrificial layer, a removable layer made of a material that is removable by an etching solution;
Form, on the removable layer, a movable plate ( 18 ), a pair of pivots ( 19 ) connected to the movable plate, and a pair of electrode sections ( 21 A, 21 B, 21 A ', 21 B' ) connected to the swivel joints made of a non-conductive material;
Forming a second sacrificial layer that has a thickness approximately equal to that of the movable plate on the removable layer at locations where the fixed contacts have been formed and that has a flat surface that is coplanar with the upper surface of the movable plate ;
Forming planar coils ( 45 A, 45 B) on the movable plate at locations symmetrical with respect to the fulcrum assembly and wiring conductors connected to the planar coils for supplying a drive current to the pair of planar coils;
Forming movable contacts ( 16 A, 16 B) spanning the opposite free ends of the movable plate and the second sacrificial layer;
Removing the removable layer to separate the movable plate from the fulcrum assembly; and
Removing the first and second sacrificial layers to separate the movable plate from the substrate.
Bilden eines Paars von Bohrungen (63) in einer Fläche eines Substrats (11);
Montieren von Erregungsspulen (62) in den Bohrungen, wobei jede Spule rohrförmig gewickelt ist und Elektroden (62) an entgegengesetzte Enden der Spule so angeschlossen sind, daß sich die Elektroden an einer Endfläche der rohrförmigen Spule befinden;
Aufbringen eines Harzmaterials (64) auf die obere Fläche der Erregungsspulen und auf die obere Fläche des Substrats, um eine Harzschicht zu bilden, wonach das Harzmaterial ausgehärtet wird, um dadurch die Erregungsspulen in den Bohrungen zu befestigen;
Bearbeiten der oberen Fläche der Harzschicht und der auf die Erregungsspulen montier ten Elektroden, wonach die Fläche der Harzschicht spiegelpoliert wird;
Bilden von Metallschichten, Verdrahtungsleitern (65), die an die Elektroden der Erre gungsspulen angeschlossen sind, Elektroden (66) zum Anlegen eines Treiberstroms an die Verdrahtungsleiter, festen Kontakten (13A, 13B, 14A, 14B), einer Leiterbasis (15') für eine Hebelstützanordnung (15) und ein Paar von Leiterbasen (21') für Trägerplatten (31) auf der spiegelpolierten Fläche der Harzschicht;
Bilden erster Plattierungsschichten mit einer vorbestimmten Dicke auf der Basis für die Hebelstützanordnung und den Basen für die Trägerplatten, um dadurch die Hebelstützanordnung und ein Paar Trägerplatten zu bilden;
Bilden einer ersten Opferschicht (34), die eine Dicke gleich derjenigen der Hebelstütz anordnung und der Trägerplatten aufweist, um eine ebene Fläche zu gewinnen, in der obere Flächen der Hebelstützanordnung und der Trägerplatten freiliegen;
Bilden beweglicher Kontakte (16A, 16B) auf der Fläche der ersten Opferschicht an Stel len, die den festen Kontakten gegenüberliegen;
Bilden einer zweiten Opferschicht (35) auf der ersten Opferschicht derart, daß die Flä che der ersten Opferschicht bündig mit den Flächen der beweglichen Kontakte ist;
Bilden einer ersten leitfähigen Schicht (36) auf der zweiten Opferschicht und den be weglichen Kontakten;
Bilden eines Paars von Öffnungen (37A, 37B), welche sowohl die leitfähige Schicht als auch die zweite Opferschicht durchsetzen, um jeweils Oberflächenabschnitte der Trägerplatten freizulegen, um Pfeilerabschnitte (38A, 38B) von Lageranordnungen (30) zu bilden;
teilweises Entfernen der leitfähigen Schicht, um solche Abschnitte der leitfähigen Schicht übrigzulassen, daß die bewegliche Platte und ein Paar von Trägerstangen (18B) geformt werden, die sich von der beweglichen Platte aus erstrecken;
Bilden einer Fotolackschicht (37) durch Niederschlagen mit einer Dicke ungefähr gleich der beweglichen Platte auf jenen Abschnitten der zweiten Opferschicht, bei denen die leitfähige Schicht entfernt worden ist;
Bilden zweiter Plattierungsschichten (38) mit einer vorbestimmten Dicke auf jenen Flächenabschnitten der leitfähigen Schicht, die in dem Bereich freiliegen, der durch die Fotolack schicht begrenzt wird, und auf jenen Flächenabschnitten der Trägerplatten, die durch die Öffnungen freigelegt wurden, um dadurch die bewegliche Platte, die Trägerstangen und die Pfeilerabschnitte der Lageranordnungen zu bilden;
Bilden einer dritten Opferschicht (39) auf planaren Flächen, die durch die Flächen der Fotolackschicht, der beweglichen Platte, der Trägerstangen und der Pfeilerabschnitte der Lageranordnungen definiert sind;
Bilden von die dritte Opferschicht durchsetzenden Öffnungen (39A) derart, daß die obe ren Flächen der Pfeilerabschnitte der Lageranordnungen freiliegen;
Bilden einer zweiten leitfähigen Schicht (41) im Inneren der Öffnungen (39A) und auf der Fläche der dritten Opferschicht;
Bilden einer vierten Opferschicht (42) auf dieser leitfähigen Schicht;
Bilden länglicher Schlitze (42A) in der vierten Opferschicht, welche die Pfeilerabschnitte der Lageranordnungen überspannen;
Bilden dritter Plattierungsschichten (43) mit einer vorbestimmten Dicke auf jenen Flä chen der zweiten leitfähigen Schicht, die in den länglichen Schlitzen freiliegen, um die Lageran ordnungen fertigzustellen;
Entfernen der vierten Opferschicht;
Entfernen der zweiten leitfähigen Schicht, die durch das Entfernen der vierten Opfer schicht freigelegt wurde;
Entfernen der Fotolackschicht, die durch das Entfernen der zweiten leitfähigen Schicht so übriggelassen wurde, daß sie die beweglichen Platte, die Trägerstangen und die Pfeilerab schnitte der Lageranordnungen umgibt; und
Entfernen der zweiten Opferschicht und der ersten Opferschicht, die zwischen der be weglichen Platte und dem Substrat gebildet wurden. 27. A method of manufacturing an integrated microswitch comprising the following steps:
Forming a pair of holes ( 63 ) in a surface of a substrate ( 11 );
Mounting excitation coils ( 62 ) in the bores, each coil being tubularly wound and electrodes ( 62 ) connected to opposite ends of the coil so that the electrodes are on an end face of the tubular coil;
Applying a resin material ( 64 ) to the top surface of the excitation coils and to the top surface of the substrate to form a resin layer, after which the resin material is cured to thereby secure the excitation coils in the bores;
Machining the top surface of the resin layer and the electrodes mounted on the excitation coils, after which the surface of the resin layer is mirror polished;
Forming metal layers, wiring conductors ( 65 ) which are connected to the electrodes of the excitation coils, electrodes ( 66 ) for applying a drive current to the wiring conductors, fixed contacts ( 13 A, 13 B, 14 A, 14 B), a conductor base ( 15 ') for a lever support arrangement ( 15 ) and a pair of conductor bases ( 21 ') for carrier plates ( 31 ) on the mirror-polished surface of the resin layer;
Forming first plating layers of a predetermined thickness on the base for the fulcrum assembly and the bases for the support plates, thereby forming the fulcrum assembly and a pair of support plates;
Forming a first sacrificial layer ( 34 ) having a thickness equal to that of the fulcrum assembly and the backing plates to provide a flat surface in which top surfaces of the fulcrum assembly and the backing plates are exposed;
Forming movable contacts ( 16 A, 16 B) on the surface of the first sacrificial layer at positions opposite to the fixed contacts;
Forming a second sacrificial layer ( 35 ) on the first sacrificial layer such that the surface of the first sacrificial layer is flush with the surfaces of the movable contacts;
Forming a first conductive layer ( 36 ) on the second sacrificial layer and the movable contacts;
Forming a pair of openings ( 37 A, 37 B) which penetrate both the conductive layer and the second sacrificial layer to expose respective surface portions of the carrier plates to form pillar portions ( 38 A, 38 B) of bearing assemblies ( 30 );
partially removing the conductive layer left to allow those portions of the conductive layer, that the movable plate and a pair of support rods (18 B) are formed which extend from the movable plate;
Forming a photoresist layer ( 37 ) by deposition having a thickness approximately equal to the movable plate on those portions of the second sacrificial layer from which the conductive layer has been removed;
Forming second plating layers ( 38 ) of a predetermined thickness on those surface portions of the conductive layer that are exposed in the region delimited by the photoresist layer and on those surface portions of the carrier plates that have been exposed through the openings, thereby to move the movable plate to form the support rods and the pillar sections of the bearing assemblies;
Forming a third sacrificial layer ( 39 ) on planar surfaces defined by the surfaces of the photoresist layer, the movable plate, the support bars and the pillar portions of the bearing assemblies;
Form the openings through the third sacrificial layer ( 39 A) such that the upper surfaces of the pillar portions of the bearing arrangements are exposed;
Forming a second conductive layer ( 41 ) inside the openings ( 39 A) and on the surface of the third sacrificial layer;
Forming a fourth sacrificial layer ( 42 ) on this conductive layer;
Forming elongated slots ( 42 A) in the fourth sacrificial layer that span the pillar portions of the bearing assemblies;
Forming third plating layers ( 43 ) of a predetermined thickness on those surfaces of the second conductive layer that are exposed in the elongated slots to complete the bearing assemblies;
Removing the fourth sacrificial layer;
Removing the second conductive layer exposed by removing the fourth sacrificial layer;
Removing the photoresist layer left by removing the second conductive layer so as to surround the movable plate, the support bars and the pillar portions of the bearing assemblies; and
Removing the second sacrificial layer and the first sacrificial layer formed between the movable plate and the substrate.
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