DE10043549C1

DE10043549C1 - Mikroschalter und Verfahren zu dessen Herstellung

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Publication number: DE10043549C1
Application number: DE2000143549
Authority: DE
Original assignee: LITTLE THINGS FACTORY GmbH
Current assignee: LITTLE THINGS FACTORY GmbH
Priority date: 2000-09-01
Filing date: 2000-09-01
Publication date: 2002-06-20
Anticipated expiration: 2020-09-02
Also published as: EP1191559A3; EP1191559A2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Mikroschalter mit mindestens zwei elektrisch leitfähigen, mit externen Schaltungseinheiten verbindbaren Kontaktelementen (6), deren relative Position zueinander durch eine eingeprägte Magnetkraft veränderbar ist, wobei mindestens ein magnetisierbares Kontaktelement beweglich gelagert ist, so daß mindestens zwei Schaltzustände einstellbar sind, und wobei zumindest das magnetisierbare Kontaktelement als dünne Platte (7) ausgebildet ist, die im wesentlichen parallel zu einem Trägersubstrat (1) beweglich ist, und daß beide Kontaktelemente in einer Ebene parallel zum Trägersubstrat angeordnet sind, wobei jeweils eine Seitenfläche der Kontaktelemente als Schaltfläche dient. DOLLAR A Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Mikroschalters.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Mikroschalter mit einem Trägersubstrat und zwei elektrisch leitfähigen, paral lel zum Trägersubstrat angeordneten, mit externen Schaltungs einheiten verbindbaren Kontaktelementen, deren relative Posi tion zueinander durch eine eingeprägte Magnetkraft veränder bar ist, wobei mindestens eines der beiden Kontaktelemente magnetisierbar ist, als dünne Platte ausgebildet ist und beweglich gelagert ist, so daß mindestens zwei Schaltzustände einstellbar sind.

Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Mikroschalters.

Mit fortschreitender Miniaturisierung in verschiedensten Bereichen der Technik besteht seit langem ein erhöhter Bedarf an elektromechanischen Schaltern, die einerseits sichere Schaltfunktionen bereitstellen und andererseits eine mehr und mehr reduzierte Baugröße besitzen. Häufig werden Relais eingesetzt oder auch sogenannte Reed-Kontakte, bei denen mindestens zwei elektrische Kontaktelemente durch eine Magnetkraft zueinander bewegt werden, um eine elektrische Verbindung herzustellen bzw. diese zu trennen. Auf die Art der Bereitstellung der magnetischen Betätigungskraft kommt es an sich nicht an. Die Magnetkraft kann das Ergebnis eines erzeugten elektromagnetischen Feldes sein oder von einem geeignet positionierten Permanentmagneten bereitgestellt werden. Entscheidend ist immer die Lage und Verteilung des magnetischen Feldes relativ zu den Kontaktelementen. Daher können Reed-Kontakte auch als auf Magnetfeldänderungen reagierende Sensoren mit Schaltfunktionen angesehen werden.

Um höhere elektrische Leistungen schalten zu können und die Lebensdauer der Schaltflächen zu erhöhen, werden die Kontakt elemente häufig in einer Schutzgasatmosphäre betrieben.

Die DE 198 00 189 A1 zeigt einen mikromechanischen Schalter, bei dem versucht wurde, die Schaltelemente zu miniaturisie ren, um die Baugröße des Schalters zu reduzieren. Dieser Schalter soll unter Anwendung von aus der Halbleitertechnik bekannten Herstellungsverfahren herstellbar sein. Ein Haupt problem dieses bekannten mikromechanischen Schalters besteht in seinem relativ komplizierten Aufbau, so daß eine Vielzahl von Verfahrensschritten notwendig werden, wodurch die Herstellungskosten steigen.

Auch aus der DE 196 46 667 C2 ist ein Verfahren zur Herstel lung eines mikromechanischen Relais bekannt. Das Verfahren ist ebenfalls aufwendig und damit kostenintensiv, da die auszubildenden Strukturen des Relais kompliziert sind.

In der EP 0 874 379 A1 ist ein magnetisch zu betätigender Mikroschalter und ein Herstellungsverfahren für diesen beschrieben. Der gezeigte Mikroschalter besitzt zwei Kontakt elemente, die parallel zu einer Substratoberfläche angeordnet sind. Diese Kontaktelemente sind jedoch in unterschiedlichen Ebenen ausgebildet, so daß relativ viele Herstellungsschritte ausgeführt werden müssen. Beim Einwirken der Magnetkraft muß das bewegliche Kontaktelement senkrecht zur Substratoberflä che bewegt werden.

Aus der nachveröffentlichten DE 100 31 569 A1 ist ein inte grierter Mikroschalter und ein Verfahren zu seiner Herstel lung bekannt. Dieser Mikroschalter besitzt eine parallel zu einem Trägersubstrat gelagerte Platte als Kontaktelement, die für den Schaltvorgang eine Wippbewegung ausführt, bei welcher die Platte im wesentlichen senkrecht zum Trägersubstrat bewegt wird. Das erforderliche Kippgelenk ist schwierig herstellbar und störungsanfällig.

Die EP 0 688 033 B1 zeigt einen magnetischen Mikroschalter und sein Herstellungsverfahren. Die bewegliche Kontaktplatte dieses Schalters ist einseitig fest eingespannt und führt ebenfalls eine im wesentlichen senkrecht zum Trägersubstrat gerichtete Schaltbewegung aus. Die Schaltflächen erfahren dabei eine winklige Anlage aneinander, wodurch die wirksame Kontaktfläche relativ klein und der sich damit ergebende Kontaktwiderstand relativ groß sind.

Der Bedarf an möglichst kleinen Mikroschaltern steigt stetig, da immer neue Anwendungsfelder erschlossen werden. Mikro schalter werden beispielsweise zur Überwachung des Zustands von Gehäuseklappen, Tastaturabdeckungen u. ä. verwendet. Außerdem können Mikroschalter bei Füllstandsanzeigen, zur Überwachung der Endlage von bewegten Elementen in der Automa tisierungstechnik und als Sensoren in der Sicherheitstechnik eingesetzt werden, wobei hier nur einige mögliche Anwendungs felder genannt wurden.

Es besteht insbesondere ein Bedarf an einem Mikroschalter, der besonders klein gestaltet ist. Bisher schien das Miniatu risierungspotential ausgeschöpft zu sein, da zur Bereitstel lung eines elektrischen Kontakts mit ausreichend geringem Übergangswiderstand eine Mindestkontaktkraft erforderlich ist, die bei zu kleinen Kontaktelementen nicht mehr aufge bracht werden kann oder zu starke Magnetfelder erfordern würde. Zum Verständnis der Grenzen der Miniaturisierung werden nachfolgend einige mathematischen Grundbeziehungen erläutert.

Die auf die Kontaktelemente einwirkende Magnetkraft ist bei einem gegebenen Magnetfeld näherungsweise direkt quadratisch von der Dicke der jeweiligen Kontaktelemente abhängig. Betrachtet man das Kontaktelement gleichzeitig als Blattfe der, so steigt die sich aus der Verformung der Blattfeder ergebende Rückstellkraft in etwa kubisch mit der Dicke der Feder an und fällt etwa kubisch mit der Länge der Blattfeder.

Die Magnetkraft F_M und die Rückstellkraft F_R sind entgegenge setzt gerichtet. Die Differenz aus Magnetkraft und Rückstell kraft ergibt die Konktaktkraft F_K, die einen vorgegebenen Wert nicht unterschreiten darf, um einen entsprechenden nied rigen elektrischen Übergangswiderstand zwischen den Kontakte lementen herzustellen. Sofern eine Verkürzung der Kontaktele mente angestrebt wird, muß die Dicke der Kontaktelemente entsprechend verringert werden, damit die Rückstellkraft nicht zu groß wird. Dadurch verkleinert sich jedoch auch die Magnetkraft und damit die sich ergebende Konktaktkraft. Allgemein geht man davon aus, daß die Kontaktkraft F_K einen Wert von 1 mN nicht unterschreiten sollte. Auch die Größe des zwischen den Kontaktelementen verbleibenden Luftspaltes kann nicht unter ein bestimmtes Maß reduziert werden, wenn eine gegebene Spannungsfestigkeit aufrechterhalten werden soll.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, einen Mikroschalter bereitzustellen, der aufgrund einer speziellen konstruktiven Gestaltung eine weitere bauliche Verkleine rung ermöglicht, wobei dieser Mikroschalter so zu gestalten ist, daß eine einfache Herstellung unter Anwendung lithographischer Verfahren möglich ist. Schließlich soll durch die Erfindung ein Verfahren angegeben werden, mit dem ein solcher Mikro schalter zweckmäßig herstellbar ist. Dabei wird eine Reduzie rung der notwendigen Verfahrensschritte angestrebt.

Diese Aufgabe wird durch einen Mikroschalter gemäß Patentanspruch 1 gelöst, bei dem die Bewegungsrichtung des magnetisierbaren Kontaktelements parallel zum Trägersubstrat liegt, und daß beide Kontaktelemente in einer gemeinsamen Ebene liegen, wobei jeweils eine senkrecht zum Trägersubstrat stehende Seitenfläche der Kontaktelemente als Schaltfläche dient.

Dieser Aufbau des Mikroschalters ermöglicht eine weitere Verkleinerung der äußeren Abmaße, da es durch die spezielle Konstruktion der Kontaktelemente gelingt, ausreichend hohe Kontaktkräfte bereitzustellen, obwohl die Magnetkraft relativ klein ist. Außerdem ermöglicht der vorgeschlagene Aufbau die Herstellung des Mikroschalters unter Anwendung von in der Halbleitertechnik bzw. Mikrosystemtechnik üblichen Verfahren stechnologien bei Einsparung von Verfahrensschritte, da die Kontaktelemente in einer Ebene angeordnet sind und dadurch im gleichen Zyklus hergestellt werden können. Abweichend von bekannten Lösungen werden die Kontaktelemente nicht senkrecht sondern parallel zur Substratoberfläche bewegt.

Eine besonders zu bevorzugende Ausführungsform des Mikro schalters zeichnet sich dadurch aus, daß beide Kontaktelemen te als magnetisierbare beweglich gelagerte Platten ausgebil det sind, die in einer Ebene parallel zum Trägersubstrat liegen und über Distanzstücke mit den Durchgangskontakten verbunden sind. Vorzugsweise sind die beiden Kontaktelemente weitgehend identisch aufgebaut, wodurch auch die Herstellung des Mikroschalters vereinfacht wird. Bei diesen Ausführungs formen werden die Vorteile bezüglich der Bereitstellung einer ausreichend hohen Kontaktkraft besonders wirksam, da auf beide Kontaktelemente die Magnetkraft einwirkt und bei beiden Kontaktelementen nur eine relativ geringe Rückstellkraft (bezogen auf die Größe der Kontaktelemente) kompensiert werden muß.

Zur Vereinfachung des Herstellungsprozesses ist es besonders vorteilhaft, wenn die magnetisierbaren Platten über Federele mente mit Lagern verbunden sind, die ihrerseits an den Distanzstücken befestigt sind, wobei Platten, Federelemente und Lager einstückig aus einem elektrisch leitfähigen Mate rial gebildet sind. Die Kontaktelemente bestehen vorzugsweise aus dünnen metallischen Schichten mit weichmagnetischen Eigenschaften.

Für die Ausgestaltung der Federelemente kommen verschiedene Gestaltungen in Frage. Die Federelemente können mäanderförmig ausgebildet sein, wobei jeweils eine oder mehrere Mäander vorgesehen werden, in Abhängigkeit von der gewünschten Feder wirkung. In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, daß die Rückstellkraft nicht zu klein sein darf, um ein Anhaften der Schaltflächen zu verhindern. Die Federelemente können auch als Parallelfedern ausgebildet sein oder mit einem Gelenk kombiniert werden, wenn die Kontaktelemente zum Schaltvorgang eine Winkel- bzw. Drehbewegung ausführen sollen.

Die o. g. Aufgabe der Erfindung wird auch durch ein Herstellungsverfahren für einen Mikroschalter gelöst, welches die folgenden Schritte umfaßt:

- Bereitstellen eines elektrisch nicht leitfähigen Träger substrats;
- Einbringen von Durchgangslöchern in das Trägersubstrat;
- Anordnen von Durchgangskontakten in den Durchgangslöchern;
- Erzeugen von elektrisch leitenden Distanzstücken auf den Durchgangskontakten, die über das Trägersubstrat hinausra gen;
- Herstellen von zwei in einer gemeinsamen Ebene liegenden, parallel zum Trägersubstrat verschiebbaren Kontaktelemen ten mit Platten, Federelementen, Lagern an den Distanz stücken und sich gegenüberstehenden, senkrecht zum Träger substrat stehenden Schaltflächen.

Vorzugsweise werden die genannten Verfahrensschritte unter Anwendung von aus der Halbleitertechnik bekannten Technolo gien durchgeführt. Für eine dauerhafte Anwendung des Mikro schalters und zum Schutz der Schaltflächen vor Abbrand und Korrosion ist es zweckmäßig, den Mikroschalter in einem Gehäuse zu kapseln, welches mit Schutzgas gefüllt ist. Außer dem kann es zweckmäßig sein, die Schalflächen mit einem speziellen Kontaktmaterial (z. B. Gold, Palladium-Nickel) zu beschichten.

Weitere Vorteile, Einzelheiten und Weiterbildungen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausfüh rungsformen der Erfindung, unter Bezugnahme auf die Zeich nung. Es zeigen:

Fig. 1 ein Trägersubstrat eines Mikroschalters;

Fig. 2 in einer perspektivischen Ansicht einen Mikroschal ter mit Kontaktelementen, jedoch ohne Gehäuse;

Fig. 3 in einer vereinfachten Ansicht von oben die Kontak telemente gemäß einer abgewandelten Ausführungsform mit einem Filmgelenk;

Fig. 4 die Kontaktelemente aus Fig. 3 in einer Position mit kontaktierten Schaltflächen;

Fig. 5 in einer vereinfachten Ansicht von oben eine abge wandelte Ausführungsform der Kontaktelemente mit Doppelmäanderfeder;

Fig. 6 die Kontaktelemente aus Fig. 5 in einer Position mit kontaktierten Schaltflächen;

Fig. 7 in einer vereinfachten Ansicht von oben eine noch mals abgewandelte Ausführungsform von Kontaktele menten mit Parallelfedern;

Fig. 8 die Kontaktelemente aus Fig. 7 in einer Position mit kontaktierten Schaltflächen;

Fig. 9 Schnittansichten mehrerer Stufen in einem Herstel lungsprozeß zur Ausbildung von Mikroschaltern auf dem Trägersubstrat.

Fig. 1 zeigt in einer vereinfachten perspektivischen Ansicht ein Trägersubstrat 1, welches die Grundplatte eines Mikro schalters bildet. Das Trägersubstrat 1 besteht aus elektrisch nicht leitendem Material, beispielsweise Siliziumdioxyd, wenn der Mikroschalter auf einem Abschnitt eines herkömmlichen Wafer hergestellt wird.

Bei den nachfolgenden Erläuterungen wird angenommen, daß der Mikroschalter lediglich zwei Kontaktelemente besitzt. Es sind jedoch auch Ausführungsformen möglich, bei denen mehrere Kontaktelemente eingesetzt werden.

Das Trägersubstrat 1 besitzt in dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel zwei Durchgangsbohrungen, in denen jeweils ein Durchgangskontakt 2 positioniert ist, der aus elektrisch leitfähigem Material, zumeist eine spezielle Metallegierung, besteht. An der Unterseite des Trägersubstrats 1 sind Anschlußpunkte 3 vorgesehen, die elektrisch mit den Durch gangskontakten 2 verbunden sind. Die Anschlußpunkte 3 dienen der späteren Kontaktierung des Mikroschalters mit externen Bauelementen bzw. Schaltungseinheiten. Beispielsweise können die Anschlußpunkte 3 als Lötpunkte ausgebildet sein, wenn der Mikroschalter als SMD-Bauelement auf Leiterplatten eingesetzt wird.

Bei der Herstellung des Mikroschalters können die Durchgangs bohrungen durch Ätzen oder durch Laserbearbeitung in das Trägersubstrat 1 eingebracht werden. Die Durchgangskontakte 2 werden in einem weiteren Verfahrensschritt in den Durchgangs bohrungen angeordnet. An der Oberseite des Trägersubstrats 1 werden über den Durchgangskontakten 2 Distanzstücke 5 ausge bildet, die aus elektrisch leitfähigem Material bestehen und elektrisch mit den Durchgangskontakten 2 verbunden sind. Die Distanzstücke 5 erheben sich nach der Fertigstellung des Mikroschalters über das Trägersubstrat 1, um einen Luftspalt zwischen den Kontaktelementen und dem Trägersubstrat 1 bereitzustellen. Dieser Luftspalt dient vor allem der unge hinderten Bewegung der Kontaktelemente. Die Erzeugung der Distanzstücke und der Kontaktelemente auf dem Trägersubstrat wird unten noch ausführlicher beschrieben.

Fig. 2 zeigt in einer perspektivischen Ansicht den komplet tierten Mikroschalter, wobei ein zweckmäßigerweise vorzuse hendes Gehäuse nicht dargestellt ist. Oberhalb der Distanz stücke 5 sind zwei Kontaktelemente 6 angeordnet, die aus elektrisch leitfähigem Material bestehen, welches zusätzlich gute magnetische Eigenschaften aufweisen soll, da der Mikro schalter durch eine von außen einwirkende Magnetkraft betä tigt wird. Vorzugsweise wird für die Herstellung der Kontakt elemente ein weichmagnetischer Werkstoff verwendet, d. h. hohe Permeabilität µ, geringe Remanenz und geringe Koerzitivfeld stärke. Jedes Kontaktelement 6 besteht aus einer Platte 7, wobei hier im nicht betätigten Zustand ein Luftspalt 8 zwischen den beiden Platten 7 besteht, der groß genug sein muß, um Spannungsüberschläge zu verhindern. Die Stirnseiten der Platten 7 bilden damit die Schaltflächen der Kontaktele mente. Jede Platte 7 ist über ein Federelement 10 an einem Lager 11 befestigt.

Bei dem in der Fig. 2 dargestellten Beispiel ist das Feder element 10 eine zweiseitig mäanderförmig geführte Feder, die eine Bewegung der daran anschließenden Platte 7 in Längsrich tung ermöglicht. Wie oben erwähnt, besteht zwischen der Platte 7 und dem Trägersubstrat 1 ebenfalls ein Luftspalt, der eine freie Bewegung der Platte 7 ermöglicht. Das Lager 11 ist auf dem Distanzstück befestigt, wodurch eine gute elek trische Verbindung sichergestellt ist. Die Struktur des Kontaktelements, also die Unterteilung in Platte 7, Federele ment 10 und Lager 11, kann wiederum durch Verfahrensschritte erfolgen, die allgemein aus der Mikrosystemtechnik bzw. der Halbleitertechnik bekannt sind. Die überschüssigen Material bereiche können geätzt oder durch Laserbearbeitung ausge schnitten werden. Bei anderen Verfahren werden die benötigten Materialbereiche bzw. Strukturen durch auftragende Verfahren erzeugt.

Wenn auf die Kontaktelemente 6 ein Magnetfeld mit einer geeigneten Feldausrichtung einwirkt, bewegen sich die Platten 7 aufeinander zu, wie dies durch den mittig angeordneten Pfeil dargestellt ist. Die Bewegung erfolgt dabei parallel zur Oberfläche des Trägersubstrats. Der Luftspalt 8 wird dadurch geschlossen und die beiden Schaltflächen an den Stirnseiten der Platten 7 stellen einen elektrischen Kontakt her. Wenn die Magnetkraft nicht mehr einwirkt, bewirken die von den Federelementen 10 bereitgestellten Rückstellkräfte eine rückwärts gerichtete Bewegung, so daß die Schaltflächen der Platten 7 voneinander getrennt werden. Die besondere Gestaltung der Federelemente 10 ermöglicht relativ geringe Rückstellkräfte, so daß die in den Platten 7 induzierte Magnetkraft ausreichend groß ist, um die benötigte Kontakt kraft an den Schaltflächen bereitzustellen.

Fig. 3 zeigt in einer vereinfachten Ansicht von oben eine abgewandelte Ausführungsform der Kontaktelemente, wobei das Trägersubstrat 1 nicht dargestellt ist. Die Kontaktelemente bestehen wiederum jeweils aus Platten 7, an deren Stirnseite die Schaltflächen ausgebildet sind, jeweils einem Federele ment 10, welches als Doppelmäanderfeder gestaltet ist, und zugeordneten Lagern 11. Die Besonderheit besteht bei dieser Ausführungsform darin, daß das Federelement 10 nur auf einer Seite positioniert ist und auf der anderen Seite des Kontak telements jeweils ein Filmgelenk 15 vorgesehen ist. Die Schaltflächen der Platten 7 liegen sich wiederum gegenüber, jedoch verlaufen sie schräg zur Längserstreckung der Kontak telemente. Der Luftspalt 8 ist damit ebenfalls schräg ange ordnet.

Fig. 4 zeigt die beiden Kontaktelemente aus Fig. 3 in einem Zustand, in dem die Schaltflächen einen elektrischen Kontakt hergestellt haben, also eine Magnetkraft auf die Kontaktele mente einwirkt. Wenn diese Kraft vorhanden ist, werden die beiden Federelemente 10 deformiert, so daß eine Drehbewegung um die Filmgelenke 15 erfolgt. Die beiden Schaltflächen bewe gen sich aufeinander zu, bis sie mit der gewünschten Kontakt kraft aneinander gepreßt werden.

Eine nochmals abgewandelte Ausführungsform der Kontaktele mente ist in einer vereinfachten Ansicht von oben in Fig. 5 dargestellt. Die hier ausgebildeten Kontaktelemente entspre chen weitgehend der Ausführungsform gemäß Fig. 2, jedoch sind die Federelemente 10 als Doppelmäanderfedern gestaltet. Durch diese veränderten Federelemente ändert sich die resultierende Federkonstante, die für die Kraft-Weg-Kennlinie des Federele ments kennzeichnend ist.

Fig. 6 zeigt die Kontaktelemente aus Fig. 5 in einer Posi tion, in welcher die stirnseitigen Schaltflächen der Platten 7 elektrisch kontaktiert sind, d. h. die Magnetkraft wirkt auf die Kontaktelemente ein. Zur besseren Verdeutlichung der Bewegung der Platten und der Federelemente sind in Fig. 6 beide Schaltpositionen der Kontaktelemente gezeichnet.

Fig. 7 zeigt in einer vereinfachten Ansicht von oben eine vierte Ausführungsform der Kontaktelemente. Als Federelemente 10 kommen hier jeweils zwei Parallelfedern zum Einsatz, die an den Außenseiten der Platten 7 die Verbindung zu den Lagern 11 herstellen. Da die beiden Kontaktelemente zumindest abschnittsweise nebeneinander angeordnet sind, würde sich bei gleicher Gehäusegröße des Mikroschalters eine Verkleinerung der magnetisch wirksamen Fläche der Platten 7 ergeben, so daß auch die wirksame Magnetkraft reduziert wird. Um die Verklei nerung der Fläche zumindest teilweise zu kompensieren erstreckt sich zwischen den Parallelfedern 10 jeweils eine zungenförmige Verlängerung 18 der Platten 7. Auf die Rück stellkraft hat die zungenförmige Verlängerung 18 keinen Einfluß, da sie nicht Bestandteil der Parallelfedern 10 ist. Jedoch erhöht sie die resultierende Magnetkraft, woraus sich letztlich eine höhere Kontaktkraft an den Schaltflächen ergibt. Bei der in Fig. 7 dargestellten Ausführungsform bildet jeweils ein Abschnitt der Seitenflächen der Platten 7 die Schaltfläche, so daß der Luftspalt 8 parallel zur Längs erstreckung der Kontaktelemente verläuft.

In Fig. 8 sind die Kontaktelemente aus Fig. 7 in einer Posi tion dargestellt, in welcher die Schaltflächen der Platten 7 aneinander anliegen und den elektrischen Kontakt herstellen. Der Fachmann wird erkennen, daß bei dieser Ausführungsform das magnetischen Kraftfeld in einer anderen Richtung wirken muß, als dies bei den vorgenannten Ausführungsformen der Fall war.

Es sind weitere Gestaltungsformen der Kontaktelemente möglich. Zu beachten ist dabei immer, daß die Federelemente so ausgebildet sind, daß eine ausreichend hohe Kontaktkraft resultiert.

Fig. 9 zeigt mehrere Schnittansichten von verschiedenen Stufen in einem Herstellungsprozeß zur Ausbildung von mehre ren Mikroschaltern auf dem Trägersubstrat. Anhand dieser Schnittansichten wird eine bevorzugte Variante des Verfahrens zur Herstellung der Mikroschalter beschrieben.

Im ersten Verfahrensabschnitt 20 werden in das elektrisch nicht leitfähige Trägersubstrat 1 Durchgangslöcher einge bracht, in denen die Durchgangskontakte 2 angeordnet werden. Im zweiten Verfahrensabschnitt 21 wird eine Opferschicht 22 vollflächig aufgebracht, die in den Bereichen der Durchgangs kontakte 2 selektiv entfernt wird. Als Opferschicht 22 dient beispielsweise Aluminium. Zur Strukturierung der Opferschicht können Fotoätztechniken eingesetzt werden. Nachfolgend wird in einem dritten Verfahrensabschnitt 23 eine nicht weiter zu strukturierende Startschicht 24 aufgebracht. Die Startschicht 24 besteht ihrerseits aus elektrisch leitfähigem Material, so daß eine elektrische Verbindung zu den Durchgangskontakten 2 aufrechterhalten wird. In einem vierten Verfahrensabschnitt 25 wird auf die Startschicht 24 eine Fotolackschicht 26 aufgetragen, entsprechend den gewünschten Strukturen der Kontaktelemente belichtet und durch Entwicklung der Fotolack schicht 26 strukturiert. Dadurch entstehen in der Fotolack schicht 26 Hohlräume 27, die einen Zugang zur Startschicht 24 ermöglichen. In einem fünften Verfahrensabschnitt 28 werden die Hohlräume 27 durch mikrogalvanische Abscheidungstechniken mit einem metallischen Material aufgefüllt, welches die Kontaktelemente 6 ausbildet. Das Material der Startschicht 24 ist auf das Material der Kontaktelemente 6 abgestimmt, um dieses galvanische Abscheiden zu ermöglichen. Die Kontaktele mente 6 können beispielsweise aus Nickel oder Nickel-Eisen- Legierungen bestehen. Schließlich wird in einem sechsten Verfahrensabschnitt 29 der überschüssige Fotolack entfernt. Anschließend werden die freiliegenden Bereiche der Start schicht 24 entfernt. Ebenso können durch selektive Ätzpro zesse die dann frei zugänglichen Bereiche der Opferschicht 22 entfernt werden. Damit verbleiben die Kontaktelemente 6, die in der bereits oben beschriebenen Weise strukturiert sind. Zwischen den Durchgangskontakten 2 und den Kontaktelementen 6 bleiben Abschnitte der Startschicht zurück, die damit die Distanzstücke 5 darstellen.

Bezugszeichenliste

1

Trägersubstrat

2

Durchgangskontakt

3

Anschlußpunkt

5

Distanzstück

6

Kontaktelement

7

Platte

8

Luftspalt

10

Federelement

11

Lager

15

Filmgelenk

18

zungenförmige Verlängerung

20

erster Verfahrensabschnitt

21

zweiter Verfahrensabschnitt

22

Opferschicht

23

dritter Verfahrensabschnitt

24

Startschicht

25

vierter Verfahrensabschnitt

26

Fotolackschicht

27

Hohlräume

28

fünfter Verfahrensabschnitt

29

sechster Verfahrensabschnitt

Claims

1. Mikroschalter mit einem Trägersubstrat (1) und zwei elek trisch leitfähigen, parallel zum Trägersubstrat (1) ange ordneten, mit externen Schaltungseinheiten verbindbaren Kontaktelementen (6), deren relative Position zueinander durch eine eingeprägte Magnetkraft veränderbar ist, wobei mindestens eines der beiden Kontaktelemente magnetisierbar ist, als dünne Platte (7) ausgebildet ist und beweglich gelagert ist, so daß mindestens zwei Schaltzustände einstellbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewe gungsrichtung des magnetisierbaren Kontaktelements paral lel zum Trägersubstrat (1) liegt, und daß beide Kontakt elemente in einer gemeinsamen Ebene liegen, wobei jeweils eine senkrecht zum Trägersubstrat stehende Seitenfläche der Kontaktelemente als Schaltfläche dient.

2. Mikroschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Kontaktelemente als magnetisierbare, parallel zum Trägersubstrat beweglich gelagerte Platten (7) ausgebildet sind.

3. Mikroschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß zwischen dem magnetisierbaren Kontaktelement (6) und dem Trägersubstrat (1) ein Distanzstück (5) angeordnet ist, welches gleichzeitig die elektrische Verbindung zu einem Durchgangskontakt (2) herstellt, der sich durch das Trägersubstrat zu einem äußeren Anschlußpunkt (3) erstreckt.

4. Mikroschalter nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeich net, daß die magnetisierbaren Platten (7) über Federele mente (10) mit an den Distanzstücken (5) befestigten Lagern (11) verbunden sind, wobei Platten (7), Federele mente (10) und Lager (11) einstückig aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet sind.

5. Mikroschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Federelemente (10) mäanderförmig gebildet sind.

6. Mikroschalter nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die sich gegenüberliegenden Stirnsei ten der Kontaktelemente (6) als Schaltflächen dienen.

7. Mikroschalter nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeich net, daß zusätzlich ein nicht symmetrisch angeordnetes Filmgelenk (15) in die Kontaktelemente (6) integriert ist, welches eine Winkelbewegung der Kontaktelemente ermög licht.

8. Mikroschalter nach einem der Ansprüche 2 bis 5 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelemente (6) schräg zur Längserstreckung verlaufende, sich im wesentlichen parallel gegenüberliegende Stirnflächen besitzen, die als Schaltflächen dienen.

9. Mikroschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelemente (6) über Parallelfedern mit den Lagern (11) verbunden sind, so daß eine Bewegung quer zur Längs erstreckung der Kontaktelemente möglich ist, wobei zwei sich gegenüberliegende Seitenflächen der Platten als Schaltflächen dienen.

10. Mikroschalter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich jeweils eine zungenförmige Verlängerung (18) jeder Platte zwischen zwei seitlichen Parallelfedern erstreckt, um die magnetisch wirksame Fläche der Platte zu vergrößern.

11. Mikroschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß er in einem mit Schutzgas gefüllten Gehäuse gekapselt ist.

12. Mikroschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß er in mehreren lithographischen Verfahrensschritten herstellbar ist.

13. Verfahren zur Herstellung eines Mikroschalters, die folgenden Schritte umfassend:

- Bereitstellen (20) eines elektrisch nicht leitfähigen Trägersubstrats (1);
- Einbringen von Durchgangslöchern in das Trägersubstrat;
- Anordnen von Durchgangskontakten (2) in den Durchgangs löchern;
- Erzeugen von elektrisch leitenden Distanzstücken (5) auf den Durchgangskontakten, die über das Trägersub strat hinausragen;
- Herstellen von zwei in einer gemeinsamen Ebene liegen den, parallel zum Trägersubstrat verschiebbaren Kontaktelementen (6) mit Platten (7), Federelementen (10), Lagern (11) an den Distanzstücken und sich gege nüberstehenden, senkrecht zum Trägersubstrat stehenden Schaltflächen.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Schritte des Erzeugens der Distanzstücke und des Herstellens der Kontaktelemente die folgenden Teil schritte umfassen:

- Ausbilden einer Opferschicht auf dem Trägersubstrat;
- selektives Entfernen der Opferschicht im Bereich der Durchgangskontakte;
- vollflächiges Ausbilden einer Startschicht (24) aus elektrisch leitendem Material;
- Aufbringen einer Photolackschicht (26), selektive Belichtung und Entwicklung dieser Photolackschicht, um die Strukturen der Kontaktelemente frei zu legen;
- galvanisches Verfüllen der freigelegten Strukturen mit einem elektrisch leitfähigem Material, um die Kontakt elemente (6) auszubilden;
- Entfernen der verbliebenen Bereiche der Photolack schicht;
- Entfernen der nicht von den Kontaktelementen überdeck ten Bereiche der Startschicht, so daß die abgedeckten Bereiche der Startschicht die Distanzstücke (5) bilden;
- Entfernen der nicht abgedeckten Bereiche der Opfer schicht.

15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeich net, daß der erzeugte Mikroschalter abschließend in einem Gehäuse gekapselt und dieses Gehäuse mit Schutzgas gefüllt wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß an der Unterseite des Trägersubstrats Anschlußpunkte (3) angeordnet werden, die elektrisch mit den Durchgangskontakten (2) verbunden sind.