DE102007063558A1 - Vorrichtung und Verfahren zum schwellwertbedingten Schalten von elektrischen Kontakten - Google Patents

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Ivo W. Univ.-Prof. Dr.-Ing.habil. Rangelow
Gerald Prof. Dr. Gerlach
Herbert Dr. rer. nat. Bartuch
Arndt Dipl.-Ing. Steinke
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Technische Universitaet Ilmenau
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Abstract

Vorrichtung zum schwellwertbedingten Schalten von elektrischen Kontakten dadurch gekennzeichnet, dass sie aus Membranen, Cantilevern oder einer Kombination aus beiden (mikromechanischer Verformungskörper) besteht und die Schaltkontakte geeignet integriert sind.

Description

  • Der Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum schwellwertbedingten Schalten von elektrischen Kontakten gegenüber dem Stand der Technik liegt darin, dass:
    • • der Leistungsverbrauch der Schwellwertkomponente null ist,
    • • damit keine Eigenerwärmung erfolgt,
    • • der Medienraum vom Schaltteil der Schwellwertkomponente getrennt ist und
    • • eine deutliche Miniaturisierung des Gesamtsystems incl. der Schwellwert-Komponente durch mikromechanische Herstellungsverfahren erreicht werden kann.
  • Ein Ausführungsbeispiel ist in 1a, b dargestellt:
    Grundbestanteil der Schwellwertkomponente ist z. B. ein in Si-Mikromechanik hergestellter Membrankörper (1) mit einer ätztechnisch realisierten und oberflächlich vergoldeten Si-Erhebung (2) auf der Unterseite als Schaltkontakt. Auf der Oberseite der Membran ist eine feuchtigkeitsempfindliche Polymerschicht (3) aufgebracht.
  • Z. B. vier solcher Membranstrukturen unterschiedlicher Geometrie werden in einem Chip (5) vereinigt, wobei dieser Chip einen gemeinsamen Substratkontakt (6) aufweist, so dass alle vier Schaltkontakte miteinander elektrisch verbunden sind. Der Multimembranchip (5) wird mit geeigneten Verfahren elektrisch isolierend auf ein Si-Basischip (7) aufgebracht, welches an entsprechenden Stellen vergoldete Erhebungen (8) aufweist, von denen jeweils eine Leiterbahn (9) weit genug nach außen führt, um vom Multimembranchip (5) nicht mehr überdeckt zu werden und damit für eine weiterführende elektrische Kontaktierung zur Verfügung zu stehen.
  • Alle vier Erhebungen (8) besitzen eine solche Höhe, dass bei relativer Feuchte von 0% die Kontakterhebung (2) auf der Membranunterseite berührt wird, d. h. alle 4 Kontakte sind dann geschlossen. Es kann Strom fließen.
  • Bei steigender relativer Luftfeuchte quillt das Polymer auf. Abhängig von ihrer Geometrie wölben sich die Membranen beim Erreichen eines zugeordneten Feuchteschwellwertes nach oben und der jeweilige Kontakt auf der Unterseite wird geöffnet. Es kann durch diesen Kontakt kein Strom fliegen.
  • Durch eine geeignete nachgeschaltete Elektronik wird der Schaltzustand des Schwellwertmoduls kontinuierlich oder nach Bedarf erfasst und ist damit eindeutig einer bestimmten Bereich der relativen Luftfeuchtigkeit zuordenbar.

Claims (9)

  1. Vorrichtung zum schwellwertbedingten Schalten von elektrischen Kontakten dadurch gekennzeichnet, dass sie aus Membranen, Cantilevern oder einer Kombination aus beiden (mikromechanischer Verformungskörper) besteht und die Schaltkontakte geeignet integriert sind.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der mikromechanische Verformungskörper aus sensitivem Material ein Hydrogel, eine Polymerschicht ist oder ein partiell und geeignet porosizierter Bereich aufweist.
  3. Verfahren zum schwellwertbedingten Schalten von elektrischen Kontakten dadurch gekennzeichnet, dass dies im Ergebnis der Änderung von physikalischen, chemischen oder biologischen Eigenschaften eines auf einen mikromechanischen Verformungskörper einwirkenden sensitiven Materials erfolgt und die Änderung des Stromes über einen oder mehrere Schaltkontakte in einem vom Messmedium getrennten Raum stattfindet.
  4. Verfahren nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass mit der Änderung von physikalischen, chemischen oder biologischen Eigenschaften eines auf einen mikromechanischen Verformungskörper einwirkenden sensitiven Materials ein Stromfluss über einen oder mehre Schaltkontakte am Verformungskörper bewirkt und/oder unterbrochen werden.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4 dadurch gekennzeichnet, dass mit dem sensitiven Materialien die Feuchte, die Temperatur, die Veränderung der Partialdrücke von Gasen oder Flüssigkeiten und/oder die Veränderung von biologischen Substanzen über die erfindungsgemäße Vorrichtung gemessen bzw. erfasst werden.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass bei Einschalten über den oder die Schaltkontakte die sich auf den Verformungskörper auswirkende Veränderung des Gesamtdruckes mit einem mechano-elektrischen Wandler erfasst wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass nach Einschalten über den oder die Schaltkontakte die Funktion, die Genauigkeit und weitere Sensorparameter mit einem mechano-elektrischen Wandler (z. B. piezoresistiv, kapazitiv, optisch oder induktiv) messbar sind.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass bei Einschalten der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Fehlerkompensation realisiert wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltschwelle über die geometrischen Abmaße (Dicke, Länge, Breite) der Membran oder des Cantilever, über den Abstand des Gegenkontaktes oder mit Hilfe strukturierter sensitiver Materialien einstellbar ist.
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WO1998024130A1 (fr) * 1996-11-29 1998-06-04 Ngk Insulators, Ltd. Element ceramique, procede de fabrication d'un element ceramique, ceramique, dispositif de relais, et condensateur
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