DE10036438A1

DE10036438A1 - Druckschalter

Info

Publication number: DE10036438A1
Application number: DE10036438A
Authority: DE
Inventors: Eiji Yoshikawa; Masahiro Tsugai; Toru Araki
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1999-12-15
Filing date: 2000-07-26
Publication date: 2001-07-19
Also published as: JP2001176365A; US6194678B1

Abstract

Gemäß der Erfindung wird ein Druckschalter (1) angegeben, bei dem der dichte Abschluß einer luftdichten Kammer (25) gegenüber der Atmosphäre über lange Zeit verbessert ist und dessen elektrische Eigenschaften verbessert sind, indem ungünstige Ratterschwingungen verringert werden, die Ansprechgeschwindigkeit erhöht und der zur Aktivierung erforderliche Druck minimiert wird. DOLLAR A Der Druckschalter (1) weist folgendes auf: ein oberes Substrat (10) mit einer Membran (12), die aufgrund einer darauf aufgebrachten Beanspruchung leicht verformbar ist, ein unteres Substrat (20), das mit dem oberen Substrat (10) überlappt ist unter Bildung einer luftdichten Kammer (25) zwischen beiden, eine Kontakteinrichtung, die aufgrund der Verformung der Membran (12) elektrisch schaltbar ist, und ein Dichtelement (13), das die luftdichte Kammer (25) kontinuierlich umgibt und zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat (10, 20) angebracht ist, so daß die luftdichte Kammer (25) gegenüber der Atmosphäre hermetisch abgeschlossen ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckschalter mit einer luft dichten Kammer, die teilweise durch eine Membran zum elektri schen Schalten des Druckschalters in Abhängigkeit von der auf die Membran aufgebrachten Beanspruchung gebildet ist.

Einige Druckschalter-Bauarten sind bisher zur Verwendung in Kraftfahrzeugen und Industriemaschinen vorgeschlagen worden, wobei eine Membran des Druckschalters verwendet wird, die dadurch gebildet ist, daß ein Halbleitersubstrat teilweise dünner gemacht ist. Unter Bezugnahme auf die Fig. 16 bis 18 werden nachstehend die Einzelheiten des herkömmlichen Druck schalters beschrieben, der beispielhaft in der JP-A-06-267381 beschrieben ist.

Der in Fig. 16 gezeigte herkömmliche Druckschalter 100 weist im wesentlichen ein Siliciumsubstrat 110 aus einem p-leit fähigen Einkristall und ein Glassubstrat 130 auf. Das Siliciumsubstrat 110 hat in seinem Mittelbereich eine Vertie fung 111, die in einer Oberfläche (der oberen Oberfläche) ge bildet ist, eine Aussparung 112, die in der anderen Ober fläche (der unteren Oberfläche) entgegengesetzt zu der Ver tiefung 111 gebildet ist, und eine Membran 113, die von und zwischen der Vertiefung 111 und der Aussparung 112 gebildet ist (mit einer Dicke von einigen zehn µm).

Das Siliciumsubstrat 110 umfaßt ferner ein Paar von p-leit fähigen Diffusionsschichten 114, 115, die an der oberen Ober fläche gebildet und voneinander durch die Vertiefung 111 beabstandet (elektrisch getrennt) sind. Ein Paar von Elektro denkontaktstellen 116, 117 aus Aluminium ist ebenfalls auf die obere Oberfläche des Siliciumsubstrats 110 aufgebracht, um den Druckschalter elektrisch mit den peripheren Einrich tungen zu verbinden. Eine erste Leiterschicht 118 aus einem Material, wie etwa Aluminium, ist aufgebracht und verläuft entlang der Diffusionsschicht 114 (linke Seite), einer Seitenwand und einer Unterseite der Vertiefung 111.

Andererseits ist das Glassubstrat 130 so mit der oberen Ober fläche des Siliciumsubstrats 110 verbunden, daß zwischen der Vertiefung 111 und dem Glassubstrat 130 eine luftdichte Kam mer (Referenzdruckkammer) gebildet ist. Eine zweite Leiter schicht 131, die ebenfalls aus einem Material wie Aluminium besteht, ist auf einem Teil einer unteren Oberfläche des Glassubstrats 130, die der Diffusionsschicht 115 gegenüber steht (rechte Seite), gebildet.

Die erste und die zweite Leiterschicht 118, 131 stehen einan der innerhalb der luftdichten Kammer 119 gegenüber, und jede hat eine aus Titan bestehende Kontaktierungsspitze 120 bzw. 132. Wenn die Membran 113 beaufschlagt wird, wird sie nach innen nahe zu dem Glassubstrat 130 hin gekrümmt, so daß die Kontaktierungsspitzen 120, 132 einander kontaktieren und da durch die Elektrodenkontaktstellen 116, 117 durch die p-lei tenden Diffusionsschichten 114, 115 und die Leiterschichten 118, 131 elektrisch miteinander verbinden. Somit kann der Druckschalter entsprechend der Verformung (Einwärtskrümmung) der Membran geschaltet werden.

Das Siliciumsubstrat 110 ist so ausgebildet, daß es ein Paar von auf den p-leitenden Diffusionsschichten 114, 115 vorge formten, versetzten Bahnen 121, 133 aufweist, um die Dicke der Leiterschichten 118, 131 zu kompensieren und dadurch die Verbindungsfläche zu vergleichmäßigen, während das Silicium substrat 110 und das Glassubstrat 130 miteinander verbunden werden.

Um einen hochzuverlässigen Druckschalter zu erhalten, sollten im allgemeinen das Siliciumsubstrat 110 und das Glassubstrat 130 hermetisch abgeschlossen sein, um die luftdichte Kammer 119 zu bilden, so daß deren Dichtheit über einen langen Zeit raum aufrechterhalten wird.

Bei dem oben beschriebenen herkömmlichen Druckschalter ver langt jedoch das Vorformen der Ausgleichsbahnen 122, 133 eine exakte Steuerung des Herstellungsverfahrens der Leiterschich ten 118, 131 sowie der Ausgleichsbahnen 122, 133, so daß beide Schichten und Bahnen die gleiche Dicke haben. Eine solche Steuerung ist in der Praxis zu schwierig zu erzielen, und hohe Produktivität ist speziell auf einer Massenferti gungsstraße kaum zu erwarten.

Bei dem Siliciumsubstrat 110 gemäß Fig. 17 sind die Diffu sionsschichten 114, 115 durch eine Zone 122, in der die Diffusionsschicht nicht aufgebracht wird, voneinander ent fernt gebildet. Eine Oberfläche der Diffusionsschicht schwillt während des Aufwachsens im allgemeinen um etwa 1 µm gegenüber der ursprünglichen Oberfläche, so daß zwischen Zonen, in denen die Diffusionsschicht aufgebracht und nicht aufgebracht ist, eine Mikrostufe gebildet wird.

Die durch die Dicke der Diffusionsschichten 114, 115 sowie die Dicke der Leiterschichten 118, 131 verursachte Mikrostufe sollte daher berücksichtigt werden, um die Verbindungsfläche zwischen dem Siliciumsubstrat 110 und dem Glassubstrat 130 zu glätten.

Tatsächlich weist das Glassubstrat 130 an der Zone 122, in der die Diffusionsschicht nicht aufgebracht ist, einen Zwischenraum gegenüber dem Siliciumsubstrat 110 auf, so daß der Druckschalter 100 so ausgebildet ist, wie er in Fig. 18 gezeigt ist. Das führt zu dem Problem der Verschlechterung der Dichtheit der luftdichten Kammer 119, so daß die Zuver lässigkeit des Druckschalters 100 vermindert wird.

Außerdem verursacht die Ausbildung der Kontaktierungsspitzen 120, 132, die aus einem Material, wie etwa Titan bestehen, jeweils einen stufenartigen Vorsprung an den überlappenden Bereichen der Kontaktierungsspitzen 120, 132 auf den Leiter schichten 118, 131, wie Fig. 18 deutlich zeigt.

Die Kontaktierungsspitzen 120, 132 sollten im allgemeinen eine möglichst breite Kontaktierungsoberfläche haben, um die elektrischen Schaltcharakteristiken des Druckschalters 100 zu verbessern, also um beispielsweise einen Widerstand zwischen den Leiterschichten 118, 131 zu verringern, Ratterschwingun gen zu minimieren und die Druckabweichungen zwischen Druck schaltern, die zu deren Aktivierung erforderlich ist, zu optimieren. Das würde es notwendig machen, daß die stufen artigen Vorsprünge der Kontaktierungsspitzen 120, 132 zuein ander komplementäre Konfigurationen haben, was bei der Ferti gung nahezu unmöglich zu steuern ist.

Wie oben beschrieben, ist ferner die erste Leiterschicht 118 (linke Seite) auf der Diffusionsschicht gebildet und verläuft entlang der Diffusionsschicht 114 (linke Seite), einer Seitenwand und einer Unterseite der Vertiefung 111. Die erste Leiterschicht 118 ist an dem Bereich zwischen der oberen Oberfläche des Siliciumsubstrats 110 und der Seitenwand der Vertiefung 111 sowie an dem Bereich zwischen der Seitenwand und der Unterseite der Vertiefung 111 abgewinkelt, und daher bricht die erste Leiterschicht 118 an diesen Winkelbereichen leicht.

Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit den oben angegebe nen Schwierigkeiten und Problemen. Die Aufgabe der Erfindung ist die Angabe eines Druckschalters mit einer luftdichten Kammer, deren Dichtheit über einen langen Zeitraum aufrecht erhalten werden kann.

Ein Vorteil der Erfindung ist dabei die Angabe eines Druck schalters, der mit geringeren Ratterschwingungen bei höherer Ansprechgeschwindigkeit schaltet und eine minimierte Beauf schlagung erfordert, die zur Aktivierung der Druckschalter notwendig ist.

Der Druckschalter gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung weist folgendes auf: ein erstes Substrat, das eine erste Gegenober fläche und eine Membran hat, die fähig ist, durch eine darauf aufgebrachte Beanspruchung leicht verformt zu werden; ein zweites Substrat, das eine zweite Gegenoberfläche hat, die mit der ersten Gegenoberfläche des ersten Substrats überlappt ist, so daß zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat eine luftdichte Kammer gebildet ist; eine Kontakteinrichtung, die folgendes aufweist: einen ersten und einen zweiten Kontakt, die innerhalb der luftdichten Kammer und auf der ersten Gegenoberfläche des ersten Substrats aufgebracht sind, einen dritten Kontakt, der innerhalb der luftdichten Kammer und auf der zweiten Gegenoberfläche des zweiten Substrats aufgebracht und imstande ist, mit dem ersten und dem zweiten Kontakt infolge der Verformung der Membran elektrisch verbunden zu werden; und ein Dichtelement, das die luftdichte Kammer kontinuierlich umgibt, wobei das Dichtelement zwischen der ersten und der zweiten Gegenoberfläche angeordnet ist, um dadurch die luftdichte Kammer gegenüber der Atmosphäre herme tisch abzuschließen.

Der Druckschalter gemäß der Erfindung weist ferner folgendes auf: eine erste und eine zweite leitfähige Schicht, die auf der ersten Gegenoberfläche des ersten Substrats aufgebracht sind, wobei die erste leitfähige Schicht kontinuierlich von der zweiten leitfähigen Schicht umgeben und davon beabstandet ist; und wobei das Dichtelement die zweite leitfähige Schicht ist.

Bei dem Druckschalter gemäß der Erfindung besteht das erste Substrat aus Halbleitermaterial und das zweite Substrat aus Glas.

Der Druckschalter gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung weist folgendes auf: ein erstes Substrat, das eine erste Gegenoberfläche und eine Membran hat, die durch eine darauf aufgebrachte Beanspruchung leicht verformbar ist; ein zweites Substrat, das eine zweite Gegenoberfläche hat, die mit der ersten Gegenoberfläche des ersten Substrats überlappt ist, um zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat eine luftdichte Kammer zu bilden; eine Kontakteinrichtung, die folgendes auf weist: einen ersten Kontakt, der innerhalb der luftdichten Kammer und auf der ersten Gegenoberfläche des ersten Substrats aufgebracht ist, einen zweiten und dritten Kontakt, die innerhalb der luftdichten Kammer und auf der zweiten Gegenoberfläche des zweiten Substrats aufgebracht sind, wobei diese fähig sind, aufgrund der Verformung der Membran mit dem ersten Kontakt elektrisch verbunden zu werden; und ein Dicht element, das die luftdichte Kammer kontinuierlich umgibt, wobei das Dichtelement zwischen der ersten und der zweiten Gegenoberfläche angeordnet ist, so daß die luftdichte Kammer gegenüber der Atmosphäre hermetisch abgeschlossen ist.

Der Druckschalter gemäß der Erfindung weist ferner folgendes auf: eine erste und eine zweite leitfähige Schicht, die auf die zweite Gegenoberfläche des zweiten Substrats aufgebracht sind; wobei der zweite und der dritte Kontakt auf die erste und die zweite leitfähige Schicht aufgebracht sind.

Bei dem Druckschalter gemäß der Erfindung bestehen das erste und das zweite Substrat aus Halbleitermaterial.

Bei dem Druckschalter gemäß der Erfindung weist das Dicht element eine Schicht aus Alkali-Glas auf.

Bei dem Druckschalter gemäß der Erfindung besteht das erste Substrat aus Halbleitermaterial, und das zweite Substrat besteht aus Glas.

Der Druckschalter gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung weist folgendes auf: ein erstes Substrat, das eine erste Gegenoberfläche und eine Membran hat, die imstande ist, durch eine darauf aufgebrachte Beanspruchung leicht verformt zu werden; ein zweites Substrat, das eine zweite und eine dritte Gegenoberfläche hat, wobei die zweite Gegenoberfläche mit der ersten Gegenoberfläche des ersten Substrats überlappt ist, um zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat eine luftdichte Kammer zu bilden; eine Kontakteinrichtung, die folgendes auf weist: einen ersten Kontakt auf der ersten Gegenoberfläche des ersten Substrats, einen zweiten und dritten Kontakt auf der zweiten Gegenoberfläche des zweiten Substrats, die imstande sind, mit dem ersten Kontakt aufgrund der Verformung der Membran elektrisch verbunden zu werden; ein drittes Substrat, das eine vierte Gegenoberfläche hat, die mit der dritten Gegenoberfläche des zweiten Substrats überlappt ist; ein Dichtelement, das zwischen der ersten und der vierten Gegenoberfläche angeordnet ist und die luftdichte Kammer kontinuierlich umgibt, so daß die luftdichte Kammer gegenüber der Atmosphäre hermetisch abgeschlossen ist.

Bei dem Druckschalter gemäß der Erfindung weist zweckmäßiger weise das zweite Substrat ein erstes Leiterelement und ein zweites Leiterelement auf, und das erste und das zweite Leiterelement sind voneinander beabstandet, wobei der zweite und der dritte Kontakt auf dem ersten bzw. dem zweiten Leiterelement angeordnet ist.

Bei dem Druckschalter gemäß der Erfindung bestehen zweckmäßi gerweise das erste und das zweite Substrat aus Halbleiter material, und das dritte Substrat besteht aus Glas.

Der Druckschalter gemäß der Erfindung weist ferner zweckmäßi gerweise eine Versteifungseinrichtung auf, die an der Membran angeordnet ist, um einen Bereich der Membran angrenzend an den ersten, zweiten und dritten Kontakt zu versteifen.

Bei dem Druckschalter gemäß der Erfindung hat die Membran zweckmäßigerweise kreisförmige Konfiguration.

Bei dem Druckschalter gemäß der Erfindung ist die luftdichte Kammer zweckmäßigerweise mit einem Inertgas gefüllt.

Der Druckschalter gemäß der Erfindung weist ferner zweckmäßi gerweise ein Paar von Anschlußeinrichtungen auf, die mit der ersten bzw. der zweiten leitfähigen Schicht elektrisch ver bunden sind.

Der Druckschalter gemäß der Erfindung weist ferner zweckmäßi gerweise ein Paar von Anschlußeinrichtungen auf, die mit dem ersten bzw. dem zweiten Leiterelement elektrisch verbunden sind.

Bei dem Druckschalter gemäß der Erfindung ist zweckmäßiger weise jeder von dem ersten, zweiten und dritten Kontakt im wesentlichen flach.

Bei dem Druckschalter gemäß der Erfindung besteht jeder von dem ersten, zweiten und dritten Kontakt zweckmäßigerweise aus Gold.

Bei dem Druckschalter gemäß der Erfindung hat das erste Sub strat zweckmäßigerweise einen hohen spezifischen Widerstand.

Der Druckschalter gemäß der Erfindung weist ferner zweckmäßi gerweise eine Isolierschicht auf, die auf die erste Gegen oberfläche aufgebracht ist.

Die weiteren Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden genauen Beschreibung. Es versteht sich jedoch, daß die genaue Beschreibung und die speziellen Beispiele zwar bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung angeben, jedoch nur beispielhaft aufgeführt werden, da ver schiedene Änderungen und Modifikationen im Rahmen der Erfin dung für den Fachmann aus der genauen Beschreibung ersicht lich sind.

Die Erfindung wird nachstehend, auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile, anhand der Beschreibung von Ausfüh rungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeich nungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht des Druckschalters gemäß der Ausführungsform 1 der Erfindung;

Fig. 2 eine Querschnittsansicht entlang der Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 eine der Fig. 1 ähnliche Querschnittsansicht, in der der Druckschalter aktiviert ist;

Fig. 4 eine Querschnittsansicht des Druckschalters gemäß Ausführungsform 2 der Erfindung;

Fig. 5 eine Querschnittsansicht entlang der Linie V-V in Fig. 4;

Fig. 6 eine ähnliche Querschnittsansicht des Druck schalters, der außerdem eine Isolierschicht auf weist;

Fig. 7 eine Querschnittsansicht des Druckschalters gemäß Ausführungsform 3 der Erfindung;

Fig. 8 eine Querschnittsansicht des Druckschalters gemäß Ausführungsform 4 der Erfindung;

Fig. 9 eine Querschnittsansicht entlang der Linie IX-IX in Fig. 8;

Fig. 10 eine mikroskopische Ansicht von Kontakten der Druck schalter gemäß Ausführungsform 1 und Modifikation 1 in dem Augenblick, in dem die beweglichen Kontakte mit dem festen Kontakt eine Verbindung herstellen;

Fig. 11 ein Diagramm des Kontaktwiderstands gegenüber der Zeit, bezogen auf die Druckschalter nach Ausfüh rungsform 1 und deren Modifikation 1, wobei die Schalter aktiviert sind;

Fig. 12 eine Querschnittsansicht des Druckschalters gemäß Modifikation 1 der Ausführungsform 1;

Fig. 13 eine Querschnittsansicht eines anderen Druck schalters gemäß Modifikation 1 von Ausführungsform 1;

Fig. 14 eine Querschnittsansicht eines weiteren Druck schalters gemäß Modifikation 1 von Ausführungsform 1;

Fig. 15 eine Querschnittsansicht des Druckschalters gemäß Modifikation 2 von Ausführungsform 1;

Fig. 16 eine Querschnittsansicht des herkömmlichen Druck schalters;

Fig. 17 eine obere Oberfläche des Siliciumsubstrats entlang der Linie XVII-XVII in Fig. 16; und

Fig. 18 eine Querschnittsansicht des herkömmlichen Druck schalters.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen werden nachstehend die Einzelheiten der Ausführungsbeispiele erläutert. Dabei wird zwar eine die Richtungen (z. B. "oben", "unten", "rechts" und "links") angebende Terminologie zum besseren Verständnis be nutzt, dies soll jedoch keine Einschränkung des Umfangs der Erfindung bedeuten.

Ausführungsform 1

Ein Druckschalter der Ausführungsform 1 ist in den Fig. 1 und 2 beschrieben. Wie Fig. 1 deutlich zeigt, weist der Druck schalter 1 im wesentlichen ein oberes Substrat 10 und ein unteres Substrat 20, das unter dem oberen Substrat 10 ange ordnet ist, auf. Das obere Substrat 10 ist eine dünne Platte mit vorbestimmter Dicke (z. B. 250 bis 400 µm) und besteht aus Isoliermaterial oder Halbleitermaterial mit hohem spezi fischem Widerstand.

Das untere Substrat 20 ist ebenfalls eine dünne Platte vorbe stimmter Dicke (z. B. 250 bis 400 µm) und besteht aus Iso liermaterial oder Halbleitermaterial mit hohem spezifischem Widerstand. Bevorzugt bestehen das obere Substrat 10 und das untere Substrat 20 aus Silicium bzw. Glas. Die Erfindung soll jedoch nicht auf diese Werkstoffe beschränkt sein.

Ein Mittelbereich der oberen Oberfläche des oberen Substrats 10 ist bearbeitet zur Bildung einer Ausnehmung 11, so daß ein dünnerer Bodenbereich vorhanden ist, der eine Membran 12 bildet. Wenn das obere Substrat 10 aus Silicium besteht, kön nen zur Bildung der Ausnehmung 11 alle geeigneten Ätzverfah ren angewandt werden, obwohl dies keine Beschränkung darauf bedeutet.

Das obere Substrat 10 kann, falls gewünscht, vor dem Ätzvor gang dünner gemacht werden. Die Membran 12 sollte eine solche Dicke haben, daß sie bei Beaufschlagung und Entspannung ohne weiteres in Dickenrichtung (Vertikalrichtung in der Zeich nung) verformt wird. Die Membran 12 hat bevorzugt eine Dicke von z. B. einigen zehn µm.

Wie speziell in Fig. 2 zu sehen ist, sind die erste und die zweite leitfähige Schicht 13, 14 auf die untere Oberfläche des oberen Substrats 10 aufgebracht, so daß die zweite leit fähige Schicht 14 kontinuierlich von der ersten leitfähigen Schicht 13 umgeben und davon beabstandet ist.

An der unteren Oberfläche des oberen Substrats 10 unterhalb der Membran 12 (wie in Fig. 2 mit einer Strichlinie gezeigt ist) erstreckt sich die erste leitfähige Schicht 13 von der linken Seite und springt zur rechten Seite in der Zeichnung vor, und die zweite leitfähige Schicht 14 verläuft von der rechten Seite und springt zur linken Seite in der Zeichnung vor. Die beiden vorspringenden Bereiche der ersten und der zweiten leitfähigen Schicht 13, 14 stehen einander etwa in der Mitte der Membran 12 mit einem vorbestimmten Abstand dazwischen gegenüber.

Es können zwar verschiedene Verfahren zum Aufbringen der ersten und zweiten leitfähigen Schicht 13, 14 auf die untere Oberfläche des oberen Substrats 10 angewandt werden, aber wenn das obere Substrat 10 beispielsweise aus n-leitendem Silicium besteht, können diese leitfähigen Schichten 13, 14 vorteilhaft durch Implantieren oder Eindiffundieren von Stör stellen, wie etwa Bor, in das Siliciumsubstrat gebildet wer den, um so die p-leitende Diffusionsschicht (eine mit Stör stellen hochdotierte Schicht) aufwachsen zu lassen.

Jede dieser leitfähigen Schichten 13, 14 hat einen Bereich innerhalb der Membran 12, auf den ein relativ weiches Metall mit niedrigem spezifischem Widerstand (beispielsweise Gold) auflaminiert ist, so daß ein Paar von beweglichen Kontakten 15, 16 gebildet ist. Die beweglichen Kontakte 15, 16 haben bevorzugt Oberflächen, die möglichst breit sind, um über die breiten Oberflächen mit einem Festkontakt in Kontakt zu gelangen, der noch beschrieben wird, so daß der Widerstand zwischen den beweglichen Kontakten 15, 16 durch den Festkon takt verringert wird.

Jede der leitfähigen Schichten 13, 14 hat einen anderen Bereich außerhalb der Membran 12, auf den relativ weiches Metall mit niedrigem spezifischem Widerstand (z. B. Gold) auflaminiert ist, so daß eine erste bzw. eine zweite Anschlußelektrode 17 bzw. 18 gebildet ist.

Unter erneuter Bezugnahme auf Fig. 1 wird die obere Ober fläche des unteren Substrats 20 mit einer bekannten Ätztech nik bearbeitet, um eine Vertiefung 21 mit vorbestimmter Tiefe (beispielsweise ungefähr 5 bis 10 µm) in einer Zone zu bil den, die der Membran 12 gegenübersteht. Die Vertiefung 21 hat eine untere Oberfläche, auf die ein leitfähiges Metall (z. B. Gold) mittels einer bekannten Dünnschicht-Laminiertechnik auflaminiert ist, um einen Festkontakt 22 zu bilden. Das untere Substrat 20 hat ein Paar Löcher 23, 24, die in Zonen gebohrt sind, die der ersten und der zweiten Anschluß elektrode 17, 18 des oberen Substrats 10 entsprechen.

Das obere Substrat 10 und das untere Substrat 20, die wie beschrieben ausgebildet sind, sind mittels einer geeigneten Bondtechnik (beispielsweise mittels einer anodischen Bond technik) miteinander verbunden, so daß die Vertiefung 21 der Membran 12 gegenübersteht und die erste und die zweite Anschlußelektrode 17, 18 durch das Paar von Löchern 23, 24 hindurch freiliegen.

Somit bilden die Vertiefung 21 und die untere Oberfläche der Membran 12 eine luftdichte Kammer 25. Innerhalb der luftdich ten Kammer 25 befinden sich die beweglichen Kontakte 15, 16 gegenüber dem Festkontakt 22 und sind davon mit einem vorbe stimmten Zwischenraum beabstandet. Eine Schaltkontakteinrich tung besteht aus diesen Kontakten 15, 16 und 22.

Wie Fig. 1 zeigt, schwellen die Oberflächen der leitfähigen Schichten 13, 14 zu einer bestimmten Dicke, die größer als die ursprüngliche Siliciumoberfläche ist, während sie durch Eindiffundieren von Störstellen in das Siliciumsubstrat gebildet werden. Wenn also die untere Oberfläche des oberen Substrats 10 mit dem unteren Substrat verbunden wird, existiert ein Zwischenraum, der gleich der Schwelldicke ist, zwischen dem oberen Substrat 10 und dem unteren Substrat 20.

Gemäß der Erfindung umgibt jedoch die erste leitfähige Schicht 13 kontinuierlich die zweite leitfähige Schicht 14, wie oben beschrieben wurde (siehe Fig. 2). Daher ist die erste leitfähige Schicht 13 kontinuierlich in Berührung mit der oberen Oberfläche des unteren Substrats 20, so daß die luftdichte Kammer 25 gegenüber der Atmosphäre hermetisch abgeschlossen ist. Dieser hermetische Abschluß bewirkt, daß die luftdichte Kammer 25 vollständig gegenüber der Atmosphäre abgeschlossen ist, so daß sie ihre Dichtheit vollkommen bei behält.

Die erste und die zweite Anschlußelektrode 17, 18 des Druck schalters 1, die wie oben beschrieben ausgebildet sind, sind mit einem zu schaltenden Schaltkreis verbunden. Bei dieser Implementierung wird die Membran 12 durch eine aufgebrachte Beanspruchung (beispielsweise eine mechanische Beanspruchung oder einen hydrodynamischen Druck) in Richtung des unteren Substrats 20 verformt, was dazu führt, daß die beweglichen Kontakte 15, 16 mit dem Festkontakt 22 in Kontakt gelangen, so daß die erste und die zweite Anschlußelektrode 17, 18 durch die erste und die zweite leitfähige Schicht 13, 14 hin durch und die beweglichen Kontakte 15, 16 und den Festkontakt 22 elektrisch angeschlossen werden.

Wenn die Beanspruchung oder der Druck aufgehoben wird, kehrt die Membran 12 durch ihre Eigenelastizität in ihre in Fig. 1 gezeigte Position zurück, so daß die beweglichen Kontakte 15, 16 von dem Festkontakt 22 getrennt werden.

Ausführungsform 2

Die Fig. 4 und 5 zeigen einen Druckschalter 2 der Ausfüh rungsform 2. Wie Fig. 2 deutlich zeigt, weist der Druckschal ter 2 im wesentlichen ein oberes Substrat 30 und ein unter diesem angeordnetes unteres Substrat 40 auf. Das obere Sub strat 30 ist eine dünne Platte mit vorbestimmter Dicke (z. B. 250 bis 400 µm) aus Isoliermaterial oder Halbleitermaterial mit hohem spezifischem Widerstand.

Auch das untere Substrat 40 ist eine dünne Platte mit vorbe stimmter Dicke (z. B. 250 bis 400 µm) aus Isoliermaterial oder Halbleitermaterial mit hohem spezifischem Widerstand. Bevorzugt bestehen das obere Substrat 30 und das untere Sub strat 40 aus Silicium. Die Erfindung sollte jedoch nicht auf diesen Werkstoff beschränkt sein.

Das obere Substrat 30 ist bearbeitet zur Bildung einer Aus nehmung 31 an der oberen Oberfläche und einer Vertiefung 33 an der unteren Oberfläche, so daß zwischen der Ausnehmung 31 und der Vertiefung 33 eine sehr dünne Membran 32 gebildet ist. Wenn das obere Substrat 30 aus einem Siliciumeinkristall besteht, kann zur Bildung der Ausnehmung 31 und der Vertie fung 33 jedes geeignete Ätzverfahren angewandt werden, obwohl dies keine Einschränkung bedeuten soll. Das obere Substrat 30 kann, falls gewünscht, vor dem Ätzvorgang dünn gemacht wer den.

Die Membran 32 sollte eine solche Dicke haben, daß sie bei Beaufschlagung mit einer Kraft bzw. Aufhebung derselben leicht in Richtung der Dicke (Vertikalrichtung in der Zeich nung) verformt wird. Die Membran 32 hat bevorzugt eine Dicke von beispielsweise mehreren 10 µm. Die Vertiefung 33 hat eine Bodenfläche, auf die leitfähiges Metall (beispielsweise Gold) mittels einer Dünnschichttechnik auflaminiert ist, um einen beweglichen Kontakt 34 zu bilden.

Wie speziell in Fig. 5 zu sehen ist, hat das untere Substrat 40 eine der Ausnehmung 33 gegenüberstehende Zone, auf die eine erste und eine zweite leitfähige Schicht 41, 42 aufge bracht sind. Diese leitfähigen Schichten 41, 42 sind vonein ander beabstandet. Und diese leitfähigen Schichten 41, 42 können mit einem ähnlichen Verfahren gebildet werden, wie es in Ausführungsform 1 angegeben ist.

Ferner ist über diesen leitfähigen Schichten 41, 42 ein Paar von Festkontakten 43, 44 aus leitfähigem Metall (beispiels weise Gold) dem beweglichen Kontakt 34 gegenüberstehend ange ordnet. Der bewegliche Kontakt 34 und die Festkontakte 43, 44 bilden gemeinsam die Schalteinrichtung und haben bevorzugt möglichst breite Oberflächen, um den Widerstand zwischen den Festkontakten 43, 44 durch den beweglichen Kontakt 334 zu minimieren.

Die untere Oberfläche des unteren Substrats 40 ist mit einem bekannten Ätzverfahren bearbeitet zur Bildung eines Paars von Öffnungen 36, 37, durch die hindurch ein Bereich der ersten und der zweiten leitfähigen Schicht 41, 42 freiliegt. Auf die freiliegenden Bereiche der leitfähigen Schichten 41, 42 sind eine erste und eine zweite Anschlußelektrode 45, 46 aus einem Metall wie Gold auflaminiert.

Das obere Substrat 40 und das untere Substrat 50, die wie vorstehend beschrieben ausgebildet sind, sind mit einer geeigneten Bondtechnik (beispielsweise einer Nickel-Silizid- Bondtechnik) so miteinander verbunden, daß die Festkontakte 45, 46 des unteren Substrats 40 dem beweglichen Kontakt 34 des oberen Substrats 30 gegenüberstehen.

Nickel-Silizid-Bonden wird beispielsweise durchgeführt, indem eine Ti-Schicht (Titaniumschicht) als Grundschicht auf einem Umfangsbereich der unteren Oberfläche des aus Silicium beste henden oberen Substrats 30 und eine Ni-Schicht (Nickel schicht) auf der Grundschicht gebildet werden, das obere Sub strat 30 mit dem unteren Substrat 40 ausgefluchtet wird und anschließend das obere Substrat 30 und das untere Substrat 40 bei ungefähr 400°C geglüht werden.

Ni-Elemente aus dem oberen Substrat 30 und Si-Elemente aus dem unteren Substrat 40 bilden eine Bondschicht (eine eutek tische Legierung), so daß das obere Substrat 30 und das untere Substrat 40 miteinander verbunden werden.

Somit bildet die Ausnehmung 33 des oberen Substrats 30 gemeinsam mit der der Ausnehmung 33 gegenüberstehenden oberen Oberfläche des unteren Substrats 40 eine luftdichte Kammer 47. Innerhalb der luftdichten Kammer 25 steht der bewegliche Kontakt 34 den Festkontakten 43, 44 mit einem vorbestimmten Abstand bzw. Zwischenraum gegenüber. Diese Kontakte 34, 43 und 44 bilden gemeinsam eine Schaltkontakteinrichtung. Die erste und die zweite Anschlußelektrode 45, 46 liegen durch die Öffnungen 36, 37 hindurch frei.

Jede der leitfähigen Schichten 41, 42 und jeder der diese bedeckenden Festkontakte 43, 44 hat zwar eine Dicke, aber jeder davon ist vollständig innerhalb der luftdichten Kammer 47 eingeschlossen, und keiner davon liegt in einer Verbin dungsfläche des oberen Substrats 30 und des unteren Substrats 40. Somit werden die Verbindungsflächen ohne Mikroschritte plan gehalten. In den Verbindungsflächen des oberen Substrats 30 und des unteren Substrats 40 umgibt ferner eine Bond schicht 48 kontinuierlich die luftdichte Kammer 47. Daher kann die luftdichte Kammer 47 vollkommen dicht gegenüber der Atmosphäre abgeschlossen sein.

Die erste und die zweite Anschlußelektrode 45, 46 des wie oben ausgeführt ausgebildeten Druckschalters 20 sind mit einem zu schaltenden Schaltkreis verbunden. Bei dieser Implementierung wird die Membran 32 durch eine auf sie aufge brachte Beanspruchung (beispielsweise eine mechanische Bean spruchung oder einen hydrodynamischen Druck) in Richtung des unteren Substrats 40 verformt, was dazu führt, daß der beweg liche Kontakt 34 mit den Festkontakten 43, 44 in Kontakt gelangt, so daß die erste und die zweite Anschlußelektrode 45, 46 durch die erste und die zweite leitfähige Schicht 41, 43 und die beweglichen und Festkontakte 34, 43 und 44 elektrisch verbunden werden.

Wenn die Beanspruchung oder der Druck aufgehoben wird, kehrt die Membran 32 durch ihre Eigenelastizität in eine Position gemäß Fig. 4 zurück, so daß der bewegliche Kontakt 34 von den Festkontakten 43, 44 getrennt wird.

Das obere Substrat 30 kann alternativ aus Silicium mit niedrigem spezifischem Widerstand hergestellt sein. Bei die ser Anwendung sollte jedoch eine Isolierschicht 35 an der unteren Oberfläche des oberen Substrats 30 gebildet sein, wie Fig. 6 zeigt, damit verhindert wird, daß die Festkontakte 43, 44 durch das obere Substrat 30 elektrisch angeschlossen wer den.

Ausführungsform 3

Fig. 7 zeigt einen Druckschalter 3 gemäß Ausführungsform 3. Wie Fig. 7 deutlich zeigt, weist der Druckschalter 3 im wesentlichen ein oberes Substrat 50 und ein unteres Substrat 60 auf, das unter dem oberen Substrat 50 angeordnet ist. Das obere Substrat 50 ist eine dünne Platte mit vorbestimmter Dicke (z. B. 250 bis 400 µm) aus Isoliermaterial oder einem Halbleitermaterial mit hohem spezifischem Widerstand.

Auch das untere Substrat 60 ist eine dünne Platte mit vorge gebener Dicke (z. B. 250 bis 400 µm) aus Isoliermaterial oder Halbleitermaterial mit hohem spezifischem Widerstand. Bevor zugt bestehen das obere Substrat 50 und das untere Substrat 60 aus Silicium. Die Erfindung soll jedoch nicht auf diesen Werkstoff beschränkt sein.

Das obere Substrat 50 ist bearbeitet zur Ausbildung einer Ausnehmung 51 an der oberen Oberfläche und einer Vertiefung 53 an der unteren Oberfläche, so daß eine dünne Membran 52 zwischen der Ausnehmung 51 und der Vertiefung 53 gebildet ist. Wenn das obere Substrat 30 aus einem Siliciumeinkristall besteht, kann jedes geeignete Ätzverfahren zur Bildung der Ausnehmung 51 und der Vertiefung 53 angewandt werden, obwohl dies keine Einschränkung darstellen soll.

Das obere Substrat 50 kann, falls gewünscht, vor dem Ätzvor gang dünn gemacht werden. Die Membran 52 sollte eine solche Dicke haben, daß sie sich bei Beaufschlagung und Entspannung ohne weiteres in der Dickenrichtung (der Vertikalrichtung in der Zeichnung) verformt.

Die Membran 52 hat bevorzugt eine Dicke von beispielsweise einigen 10 µm. Die Vertiefung 53 hat eine Bodenfläche, auf die leitfähiges Metall (z. B. Gold) mittels einer bekannten Dünnschicht-Laminiertechnik auflaminiert ist, um einen Fest kontakt 54 zu bilden.

Wie Fig. 7 deutlich zeigt, sind auf der oberen Oberfläche des unteren Substrats 60 ein erster und ein zweiter Festkontakt 61, 62 gebildet und verlaufen von der Mitte zum linken Rand bzw. rechten Rand des unteren Substrats 60. Diese Fest kontakte 61, 62 stehen einander mit einem vorbestimmten Abstand gegenüber.

Der bewegliche Kontakt 54 an dem oberen Substrat 50 ist darauf so aufgebracht, daß der bewegliche Kontakt 54 den Festkontakten 61, 62 gegenübersteht. Diese Kontakte 54, 61 und 62 bilden gemeinsam eine Schaltkontakteinrichtung und haben bevorzugt möglichst breite Oberflächen, um den Wider stand zwischen den beweglichen Kontakten 61, 62 durch den Festkontakt 54 zu verringern.

Das untere Substrat 60 ist ebenfalls mittels eines bekannten Ätzverfahrens bearbeitet zur Bildung eines Paars von Löchern, durch die die Festkontakte 61, 62 teilweise freiliegen.

Zusätzlich ist auf der oberen Oberfläche des unteren Substrats 60 eine Bondschicht 65 so ausgebildet, daß sie die Festkontakte 61, 62 kontinuierlich umgibt. Die Bondschicht 65 kann beispielsweise Alkali-Glas sein, das Kalium- und Natriumionen enthält, und kann beispielsweise durch Elektro nenstrahl-Verdampfen, Sputtern oder eine Glas-Aufspinntechnik unter Anwendung eines Pylex®-Glases auflaminiert sein. Die Bondschicht 65 hat eine Dicke, die wenigstens größer als die jenige der Festkontakte 61, 62 ist.

Die Bondschicht 65, die wie beschrieben gebildet ist, wird dann an die untere Oberfläche des oberen Substrats 50 gebon det, so daß durch die Vertiefung 53 des oberen Substrats 50, die obere Oberfläche des unteren Substrats 60 und die konti nuierlich umgebende Bondschicht 65 eine luftdichte Kammer 66 gebildet ist.

Innerhalb der luftdichten Kammer 66 steht der bewegliche Kontakt 54 den Festkontakten 61, 62 mit einem vorbestimmten Abstand dazwischen gegenüber. Diese Kontakte 54, 61 und 62 bilden eine Schaltkontakteinrichtung.

Jeder der Festkontakte 61, 62 hat zwar eine gewisse Dicke, da aber die Bondschicht 65, deren Dicke größer als die der Fest kontakte 61, 62 ist, die Festkontakte 61, 62 kontinuierlich umgibt, kann die luftdichte Kammer 66 gegenüber der Atmosphäre vollständig abgeschlossen und vollkommen luftdicht sein.

Die erste und die zweite Anschlußelektrode 61, 62 des Druck schalters 3, der wie oben beschrieben aufgebaut ist, sind mit einem zu schaltenden Schaltkreis verbunden. Bei dieser Imple mentierung wird die Membran 52 durch eine aufgebrachte Beauf schlagung (z. B. mechanische Spannung oder hydrodanamischen Druck) in Richtung des unteren Substrats 60 verformt, was dazu führt, daß der bewegliche Kontakt 54 mit den Festkontak ten 61, 62 einen Kontakt herstellt.

Wenn die Spannung oder der Druck aufgehoben wird, kehrt die Membran 52 aufgrund ihrer Eigenelastizität in eine Position zurück, in der der bewegliche Kontakt 54 von den Festkon takten 61, 62 getrennt ist.

Alternativ kann das obere Substrat 50 aus Silicium mit nied rigem spezifischem Widerstand bestehen. Bei einer solchen Anwendung sollte jedoch eine Isolierschicht auf der unteren Oberfläche des oberen Substrats 50 gebildet sein, wie Fig. 7 zeigt, um eine elektrische Verbindung der Festkontakte 61, 62 durch das obere Substrat 50 zu verhindern.

Ausführungsform 4

Die Fig. 8 und 9 zeigen einen Druckschalter 4 einer Ausfüh rungsform 4. Wie Fig. 8 deutlich zeigt, weist der Druck schalter im wesentlichen ein oberes Substrat 70, ein mittle res Substrat 80 und ein unteres Substrat 90 auf, wobei das mittlere Substrat 80 zwischen dem oberen Substrat 70 und dem unteren Substrat 90 angeordnet ist.

Das obere Substrat 70 ist eine dünne Platte mit einer vorbe stimmten Dicke (z. B. 250 bis 400 µm) aus Isoliermaterial oder Halbleitermaterial mit hohem spezifischem Widerstand. Das mittlere Substrat 80 besteht aus Halbleitermaterial mit niedrigem spezifischem Widerstand und vorbestimmter Dicke (z. B. 250 bis 400 µm).

Auch das untere Substrat 90 ist eine dünne Platte mit vorbe stimmter Dicke (z. B. 250 bis 400 µm) und besteht aus Iso liermaterial oder Halbleitermaterial mit hohem spezifischem Widerstand. Bevorzugt bestehen das obere Substrat 70 und das mittlere Substrat 80 aus Silicium, und das untere Substrat 90 besteht aus Glas. Die Erfindung soll jedoch nicht auf diese Materialien beschränkt sein.

Wie Fig. 8 deutlich zeigt, ist das obere Substrat 70 bearbei tet und bildet eine Vertiefung 72 (mit einer Dicke von unge fähr 5 bis 10 µm) an der unteren Oberfläche, so daß eine Membran 71 in einem dünn gemachten Bereich entsprechend der Vertiefung 72 gebildet ist.

Wenn das obere Substrat 70 aus einem Siliciumeinkristall besteht, kann jedes geeignete Ätzverfahren zur Bildung der Vertiefung 72 angewandt werden, obwohl hier keine Beschrän kung besteht. Die Membran 71 sollte eine solche Dicke haben, daß sie ohne weiteres in Dickenrichtung (Vertikalrichtung in der Zeichnung) verformt wird, wenn sie mit einer Kraft beauf schlagt bzw. diese Kraft aufgehoben wird.

Bevorzugt hat die Membran 71 eine Dicke von beispielsweise einigen 10 µm. Die Vertiefung 72 hat eine Bodenfläche, auf die leitfähiges Metall (z. B. Gold) mittels einer bekannten Dünnschicht-Laminiertechnik auflaminiert ist, um einen beweg lichen Kontakt 73 zu bilden.

Das mittlere Substrat 80 hat eine obere Oberfläche, auf die ein erster und ein zweiter Festkontakt 81, 82 aus leitfähigem Metall (z. B. Gold) auflaminiert sind und dem beweglichen Kontakt 73 gegenüberstehen. Der bewegliche Kontakt 73 und die Festkontakte 81, 82 bilden gemeinsam die Schalteinrichtung und haben bevorzugt möglichst breite Oberflächen, um den Widerstand zwischen den Festkontakten 81, 82 durch den beweg lichen Kontakt 73 zu minimieren.

Wie Fig. 9 deutlich zeigt, ist das mittlere Substrat 80 in drei Bereiche unterteilt, und zwar ein erstes Leiterelement 80a, auf das der erste Festkontakt 81 auflaminiert ist, ein zweites Leiterelement 80b, auf das der zweite Festkontakt 82 auflaminiert ist, und ein um den Umfang verlaufendes Dicht element 80c, das den ersten und den zweiten Bereich 80a, 80b kontinuierlich umgibt und davon beabstandet ist.

Somit sind der erste und der zweite Bereich 80a, 80b und das Umfangsdichtelement 80c so aufgeteilt, daß zwischen ihnen ein Zwischenraum 83 vorhanden ist, und somit sind diese Bereiche elektrisch voneinander getrennt. Wenn das mittlere Substrat 80 aus Silicium besteht, kann es beispielsweise durch Ätzen des mittleren Substrats 80 unter Anwendung der trockenen Tiefätztechnik in die drei Elemente 80a, 80b und 80c unter teilt werden, nachdem das mittlere Substrat 80 mit dem oberen Substrat 70 verbunden worden ist.

Das führt dazu, daß das mittlere Substrat 80 in die Elemente 80a, 80b und 80c mit dem trennenden Zwischenraum 83 unter teilt wird. Weiterhin sind eine erste und eine zweite Anschlußelektrode 84, 85 aus leitfähigem Metall (z. B. Gold) auf der unteren Oberfläche des ersten und des zweiten Elements 80a, 80b aufgebracht.

Gemäß Fig. 8 hat das untere Substrat 90 ein Paar von Löchern 91, 92, die der ersten und der zweiten Anschlußelektrode 84, 85 gegenüberstehen und sie freilegen.

Das obere Substrat 70, das mittlere Substrat 80 und das untere Substrat 90 sind mittels einer geeigneten Bondtechnik (z. B. einer anodischen Bondtechnik) miteinander verbunden, so daß der bewegliche Kontakt 73 den Festkontakten 81, 82 in einem vorbestimmten Abstand gegenübersteht und das Paar von Öffnungen 91, 92 der ersten und der zweiten Anschlußelektrode 84, 85 gegenübersteht.

Somit ist unter der Membran 72 entsprechend der Vertiefung 73 eine luftdichte Kammer 74 gebildet. Innerhalb der luftdichten Kammer 74 steht der bewegliche Kontakt 73 den Festkontakten 81, 82 gegenüber, und diese Kontakte 73, 81 und 82 bilden gemeinsam eine Schaltkontakteinrichtung. Die erste und zweite Anschlußelektrode 84, 85 liegen durch die Löcher 91, 92 frei.

Obwohl bei dieser Ausführungsform die luftdichte Kammer 74 mit dem Trennzwischenraum 83 verbunden ist, ist der Trenn zwischenraum 83 vollkommen von der unteren Oberfläche des oberen Substrats 70, der oberen Oberfläche des unteren Substrats 90 und dem Umfangselement 80c umgeben. Daher kann die luftdichte Kammer 74 gegenüber der Atmosphäre vollkommen dicht sein, und die Dichtheit kann perfekt beibehalten wer den.

Die erste und zweite Anschlußelektrode 84, 85 des Druck schalters 4, der wie beschrieben ausgebildet ist, werden mit einem zu schaltenden Schaltkreis verbunden.

Bei dieser Ausführungsform wird die Membran 71 bei Beauf schlagung (beispielsweise mit mechanischer Beanspruchung oder hydrodynamischem Druck) in Richtung des mittleren Substrats 80 verformt, so daß der bewegliche Kontakt 73 mit den Fest kontakten 81, 82 in Kontakt gelangt und die erste und die zweite Anschlußelektrode 84, 85 durch das erste und zweite Leiterelement 80a, 80b mit niedrigem spezifischem Widerstand sowie die beweglichen und festen Kontakte 81, 82 und 73 elek trisch angeschlossen werden.

Wenn die mechanische Spannung oder der Druck aufgehoben wird, kehrt die Membran 71 aufgrund ihrer Eigenelastizität in eine Position gemäß Fig. 8 zurück, so daß der bewegliche Kontakt 73 von den Festkontakten 81, 82 getrennt wird.

Das obere Substrat 70 kann alternativ aus Silicium mit nied rigem spezifischem Widerstand bestehen. Bei dieser Anwendung sollte jedoch an der unteren Oberfläche des oberen Substrats 70 eine Isolierschicht 75 ausgebildet sein, wie Fig. 8 zeigt, um eine elektrische Verbindung der Fesetkontakte 81, 82 durch das obere Substrat 70 zu verhindern.

Jede der oben beschriebenen luftdichten Kammern ist bevorzugt mit Inertgas, wie z. B. Stickstoff und Helium, gefüllt. Alter nativ kann die luftdichte Kammer evakuiert sein. Somit kann verhindert werden, daß Kontakte aus leitfähigem Material, wie etwa Gold, verschlechtert werden und mit anderen Kontakten im Zusammenhang mit dem Schalten des Druckschalters der Erfin dung entladen werden.

Modifikation 1

Eine erste Modifikation gemäß den Ausführungsformen 1 bis 4, bei der die Membran verbessert ist, wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 10 bis 14 beschrieben. Die Fig. 10 bis 14 basieren zwar auf der Ausführungsform 1, es versteht sich jedoch ohne weiteres, daß diese Modifikation auch bei den anderen Ausführungsformen anwendbar ist.

Wie oben beschrieben, wird der Druckschalter 1 der Ausfüh rungsform 1 eingeschaltet, wenn die Membran 12 durch die mechanische Spannung oder den Druck verformt wird, so daß die beweglichen Kontakte 15, 16 mit dem Festkontakt 22 in Kontakt gelangen. Die Membran 12 wird am stärksten dort verformt, wo der Druck aufgebracht wird. Der Druck wird im allgemeinen auf den Mittelbereich der Membran 12 aufgebracht.

Fig. 10A zeigt eine mikroskopische Ansicht der Membran 12 in dem Augenblick, in dem der Schalter 1 eingeschaltet wird. Somit sind Kontaktflächen der beweglichen Kontakte 15, 16, die mit dem Festkontakt 22 in Berührung gelangen, zu Beginn sehr klein und werden allmählich größer, während die Membran flacher wird.

Wenn die beweglichen Kontakte 15, 16 den Festkontakt 22 nicht vollständig kontaktieren (d. h. wenn die Berührungsflächen klein sind), wird durch eine instabile Beanspruchung leicht Rattern, also eine Ratterschwingung zwischen den beweglichen Kontakten 15, 16 und dem Festkontakt 22, hervorgerufen.

Auch wenn jedoch die mechanische Beanspruchung konstant auf die Membran 12 aufgebracht wird, dauert es eine gewisse Zeit ab dem Augenblick, in dem die beweglichen Kontakte 15, 16 den Festkontakt 22 zuerst berühren (zum Zeitpunkt t = T₀), bis zu dem Augenblick, in dem die beweglichen Kontakte 15, 16 in vollständigem Kontakt mit dem Festkontakt 22 sind (zum Zeit punkt t = T₁).

Anders ausgedrückt, es ist ein bestimmter Zeitraum von T₀ bis T₁ erforderlich, um den vollen Kontaktwiderstand des Druck schalters 1 zu erreichen. Je länger der Zeitraum zwischen T₀ und T₁ ist, bis der Druckschalter vollen Kontakt herstellt, umso langsamer ist das Ansprechverhalten des Druckschalters, und dies sollte verbessert werden.

Zur Lösung dieses Problems wird der Mittelbereich der Membran 12 weniger stark verformt, indem um den Mittelbereich der Membran 12 herum ein Steg 19 vorgesehen wird, so daß die Membran 12 angrenzend an den Steg 19 steifer wird. Gemäß Fig. 10B, die ebenfalls eine mikroskopische Ansicht der Membran 12 mit dem Steg 19 in dem Augenblick des Einschaltens des Druck schalters 1 zeigt, werden die beweglichen Kontakte 15, 16 ohne weiteres flach gehalten und gelangen vollständig in Kontakt mit dem Festkontakt 22.

Ferner kann, wie eine Vollinie in Fig. 11 zeigt, der Wider stand des Druckschalters augenblicklich auf den Vollkontakt widerstand verringert werden. Somit kann ein Druckschalter 1 mit geringeren Ratterschwingungen und sehr schnellem Ansprechverhalten erreicht werden.

Fig. 12 zeigt den Steg 19 in Pyramidenkonfiguration oder konischer Konfiguration; der Steg 19 kann jede Konfiguration, wie etwa zylindrische oder kubische Konfiguration haben, wie Fig. 13 zeigt, um die Membran 12 steifer zu machen.

Fig. 12 zeigt zwar den Steg 19 als auf der oberen Oberfläche der Membran 12 der Ausführungsform 1 ausgebildet, der Steg kann aber auch an der unteren Oberfläche der Membran 32 und innerhalb der luftdichten Kammer 47 ausgebildet sein, um auch die Membran 32 steifer zu machen, wie Fig. 14 im Zusammenhang mit einem anderen Steg entsprechend der Ausführungsform 2 zeigt.

Modifikation 2

Eine zweite Modifikation gemäß Ausführungsform 1 bis 4, wobei die Membran verbessert ist, wird unter Bezugnahme auf Fig. 15 beschrieben. Fig. 15 ist zwar als auf der Ausführungsform 1 basierend gezeigt, es versteht sich jedoch, daß diese Modifi kation auch bei den anderen Ausführungsformen angewandt wer den kann.

Wie oben beschrieben, wird der Druckschalter 1 gemäß Ausfüh rungsform 1 eingeschaltet, wenn die Membran 12 von der mecha nischen Spannung oder dem Druck so verformt wird, daß die beweglichen Kontakte 15, 16 Kontakt mit dem Festkontakt 22 herstellen. Wenn die Membran 12 von oben gesehen quadratische Konfiguration wie in Fig. 1 hat, ist die Strecke von der Mitte zum Rand der Membran 12 in Abhängigkeit von der Richtung zum Rand veränderlich.

Daher ist auch die Zugspannung von der Position der Membran 12 abhängig, so daß die Membran 12 in ihrer Position ungleichmäßig belastet wird, was im Hinblick auf Langzeit- Zuverlässigkeit ungünstig ist.

Zur Lösung dieses Problems ist die Membran 12 so ausgebildet, daß sie von oben eine kreisförmige Konfiguration anstelle der quadratischen Konfiguration hat, so daß die Ungleichmäßigkeit der Zugspannung (Belastung) auf die Membran 12 normalisiert werden kann und ein robuster und zuverlässiger Druckschalter erhalten wird.

Außerdem wird durch die Verwendung der kreisrunden Membran die mechanische Spannung zur Aktivierung des Druckschalters vorteilhaft minimiert im Vergleich mit der mechanischen Spannung zur Aktivierung des Druckschalters, der die Membran mit anderen Konfigurationen, aber der gleichen Abmessung hat.

In Fällen, in denen hochempfindliche Druckschalter gefordert werden, die mit der minimierten mechanischen Belastung akti viert werden können, ist ein Druckschalter mit der kreisför migen Membran nützlich.

Bezugszeichenliste

1

,

2

,

3

,

4

= Druckschalter

10

,

30

,

50

,

70

,

110

= oberes Substrat (Silicium)

80

= mittleres Substrat (Silicium mit niedr. spez. Widerstand)

20

,

40

,

60

,

90

,

130

= unteres Substrat (Silicium oder Glas)

12

,

32

,

52

,

71

,

111

= Membran

13

,

14

,

41

,

42

= leitfähige Schicht

15

,

16

,

34

,

54

,

73

= beweglicher Kontakt

22

,

43

,

44

,

53

,

54

,

81

,

82

= Festkontakt

21

,

33

,

53

,

72

= Vertiefung

23

,

24

,

63

,

64

,

84

,

85

= Loch

36

,

37

= Öffnung

17

,

18

,

45

,

46

,

84

,

85

,

116

,

117

= Anschlußelektrode

25

,

47

,

66

,

74

,

119

= luftdichte Kammer

35

,

55

,

75

= Isolierschicht

66

= Verbindungsschicht (Glas)

Claims

1. Druckschalter, gekennzeichnet durch

- ein erstes Substrat (10), das eine erste Gegenoberfläche und eine Membran (12) hat, die durch eine darauf aufgebrachte Beanspruchung leicht verformbar ist;
- ein zweites Substrat (20), das eine zweite Gegenoberfläche hat, die mit der ersten Gegenober fläche des ersten Substrats überlappt ist unter Bildung einer luftdichten Kammer (25) zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat (10, 20);
- eine Kontakteinrichtung, die folgendes aufweist:
- einen ersten und einen zweiten Kontakt (15, 16), die innerhalb der luftdichten Kammer (25) und auf die erste Gegenoberfläche des ersten Substrats (10) aufgebracht sind,
- einen dritten Kontakt (22), der innerhalb der luftdichten Kammer (25) und auf die zweite Gegenoberfläche des zweiten Substrats (20) aufgebracht ist und infolge der Verformung der Membran (12) mit dem ersten und dem zweiten Kontakt (15, 16) elektrisch verbindbar ist; und
- ein Dichtelement (13), das die luftdichte Kammer (25) kontinuierlich umgibt, wobei das Dichtelement (13) zwischen der ersten und der zweiten Gegenoberfläche angeordnet ist, so daß die luftdichte Kammer (25) gegenüber der Atmosphäre hermetisch abgeschlossen ist.

2. Druckschalter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine erste und eine zweite leitfähige Schicht (13, 14), die auf die erste Gegenoberfläche des ersten Substrats (10) aufgebracht sind, wobei die erste leitfähige Schicht (14) von der zweiten leitfähigen Schicht (13) kontinuierlich umgeben und davon beabstandet ist; wobei das Dichtelement (13) die zweite leitfähige Schicht ist.

3. Druckschalter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Substrat (10) aus Halbleitermaterial und das zweite Substrat (20) aus Glas besteht.

4. Druckschalter, gekennzeichnet durch

- ein erstes Substrat (30, 50), das eine erste Gegenoberfläche und eine Membran (32, 52) hat, die durch eine darauf aufgebrachte Beanspruchung leicht verformbar ist;
- ein zweites Substrat (40, 60), das eine zweite Gegenoberfläche hat, die mit der ersten Gegen oberfläche des ersten Substrats (30, 50) überlappt ist zur Bildung einer luftdichten Kammer (47, 66) zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat (30, 40, 50, 60);
- eine Kontakteinrichtung, die folgendes aufweist:
- einen ersten Kontakt (34, 54), der innerhalb der luftdichten Kammer (47, 66) und auf die erste Gegenoberfläche des ersten Substrats (30, 50) aufgebracht ist,
- einen zweiten und einen dritten Kontakt (43, 44, 61, 62), die innerhalb der luftdichten Kammer (47, 66) und auf die zweite Gegenoberfläche des zweiten Substrats (40, 60) aufgebracht sind und infolge der Verformung der Membran (32, 52) mit dem ersten Kontakt (34, 54) elektrisch verbindbar sind; und
- ein Dichtelement (48, 65), das die luftdichte Kammer kontinuierlich umgibt, wobei das Dicht element (48, 65) zwischen der ersten und der zweiten Gegenfläche angeordnet ist, so daß die luftdichte Kammer (47, 66) gegenüber der Atmosphäre hermetisch abgeschlossen ist.

5. Druckschalter nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine erste und eine zweite leitfähige Schicht (41, 42), die auf die zweite Gegenoberfläche des zweiten Substrats (40) aufgebracht sind; und wobei der zweite und der dritte Kontakt (43, 44) auf die erste und die zweite leitfähige Schicht (41, 42) aufgebracht sind.

6. Druckschalter nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite Substrat (30, 40, 50, 60) aus Halbleitermaterial bestehen.

7. Druckschalter nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtelement (48, 65) eine Schicht aus Alkali- Glas aufweist.

8. Druckschalter nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Substrat (30, 50) aus Halbleitermaterial und das zweite Substrat (40, 60) aus Glas besteht.

9. Druckschalter (4), gekennzeichnet durch

- ein erstes Substrat (70), das eine erste Gegenoberfläche und eine Membran (71) hat, die infolge einer darauf aufgebrachten Beanspruchung leicht verformbar ist;
- ein zweites Substrat (80), das eine zweite und eine dritte Gegenoberfläche hat, wobei die zweite Gegenoberfläche mit der ersten Gegenoberfläche des ersten Substrats überlappt ist unter Bildung einer luftdichten Kammer (74) zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat (70, 80);
- eine Kontakteinrichtung, die folgendes aufweist:
- einen ersten Kontakt (73) auf der ersten Gegenoberfläche des ersten Substrats (70),
- einen zweiten und einen dritten Kontakt (81, 82) auf der zweiten Gegenoberfläche des zweiten Substrats, die aufgrund der Verformung der Membran (71) mit dem ersten Kontakt (73) elektrisch verbindbar sind;
- ein drittes Substrat (90), das eine vierte Gegenoberfläche hat, die mit der dritten Gegenober fläche des zweiten Substrats (80) überlappt ist;
- ein Dichtelement (80c), das zwischen der ersten und der vierten Gegenoberfläche angeordnet ist und die luftdichte Kammer (74) kontinuierlich umgibt, so daß die luftdichte Kammer (74) gegenüber der Atmosphäre hermetisch abgeschlossen ist.

10. Druckschalter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß das zweite Substrat (80) ein erstes Leiterelement (80a) und ein zweites Leiterelement (80b) aufweist,
wobei das erste und das zweite Leiterelement (50a, 80b) voneinander beabstandet sind, und
daß der zweite bzw. der dritte Kontakt (81, 82) auf das erste bzw. das zweite Leiterelement (80a, 80b) aufge bracht sind.

11. Druckschalter nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite Substrat (70, 80) aus Halbleitermaterial bestehen und das dritte Substrat (90) aus Glas besteht.

12. Druckschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch eine Versteifungseinrichtung (19), die an der Membran (12, 32, 52, 71) angeordnet ist, um einen Bereich der Membran (12, 32, 52, 71) angrenzend an den ersten, zweiten und dritten Kontakt (15, 16, 22, 34, 43, 44, 54, 61, 62, 73, 81, 82) zu versteifen.

13. Druckschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (12, 32, 52, 71) eine kreisförmige Konfiguration hat.

14. Druckschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die luftdichte Kammer (25, 47, 66, 74) mit einem Inertgas gefüllt ist.

15. Druckschalter nach einem der Ansprüche 2, 3 und 5 bis 8, gekennzeichnet durch ein Paar von Anschlußelementen, die jeweils mit der ersten bzw. der zweiten leitfähigen Schicht (17, 18, 45, 46) elektrisch verbunden sind.

16. Druckschalter nach einem der Ansprüche 10 bis 14, gekennzeichnet durch ein Paar von Anschlußelementen, die mit dem ersten bzw. dem zweiten Leiterelement (84, 85) elektrisch verbunden sind.

17. Druckschalter (1, 2, 3, 4) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß jeder von dem ersten, zweiten und dritten Kontakt (15, 16, 22, 34, 43, 44, 54, 61, 62, 73, 81, 82) im wesentlichen flach ist.

18. Druckschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß jeder von dem ersten, zweiten und dritten Kontakt (15, 16, 22, 34, 43, 44, 54, 61, 62, 73, 81, 82) aus Gold besteht.

19. Druckschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Substrat (10, 30, 50, 70) einen hohen spezifischen Widerstand hat.

20. Druckschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 19, gekennzeichnet durch eine auf die erste Gegenoberfläche aufgebrachte Isolierschicht.