DE102010002818B4 - Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Bauelementes - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Bauteils (1), umfassend die Schritte Herstellen zumindest einer Aussparung (7) in einem Substrat (2), Aufbringen eines Aktors (20) im Bereich der hergestellten Aussparung (7), Aufbringen und Strukturieren einer Metallschicht (6), insbesondere im Bereich der Aussparung (7) zumindest mittelbar auf dem Substrat (2), wobei das Herstellen der Aussparung (7) die Schritte Herstellen zumindest eines Hohlraums (8) mittels eines APSM-Verfahrens, bei dem der Hohlraum durch thermische Umordnung von zuvor im Bereich des zu erzeugenden Hohlraums erzeugtem porösem Substratmaterial hergestellt wird, sowie teilweises Öffnen des hergestellten Hohlraums (8) zur Bildung der Aussparung (7) umfasst.
Description
- Stand der Technik
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauelement insbesondere einen Schalter.
- Obwohl auf beliebige mikromechanische Bauelemente anwendbar, werden die vorliegende Erfindung und der ihr zugrunde liegende Hintergrund im Hinblick auf mikromechanische Bauelemente in Siliziumtechnologie erläutert.
- Aus der
DE 199 19 030 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung von Materialdaten von Mikrostrukturen bekannt geworden. Die Vorrichtung umfasst dabei ein Substrat und mit dem Substrat ist zumindest ein einseitig verankertes, von dem Substrat zumindest bereichsweise beabstandetes und aus dem zu untersuchenden Material bestehendes Biegeelement angeordnet. Die Länge des Biegeelementes ist dabei kleiner als 2 mm. Weiterhin sind Mittel vorgesehen, über die das Biegeelement aus seiner Ausgangslage bewegbar ist. - Aus der
DE 198 04 326 A1 ist ein Sensor, insbesondere zur Messung der Viskosität und Dichte eines Mediums bekannt geworden. Der Sensor umfasst dabei eine Biegezunge und einen Piezoschwinger. Durch Anregung durch den Piezoschwinger kann die Biegezunge zu Schwingungen in einem Messmedium angeregt werden. Dabei hängen die Schwingfrequenz und die Dämpfung der Biegezunge von der Dichte bzw. der Viskosität des Messmediums ab. - Aus der
WO 02/002458 A1 DE 10 2004 036 032 A1 und derDE 10 2004 036 035 A1 ist ein Drucksensor mit piezoresistivem Wandlerprinzip und ein Verfahren zu seiner Herstellung bekannt geworden. Dieses Herstellungsverfahren wird unter dem Begriff „Advanced Porous Silicon Membrane”, kurz APSM zusammengefasst. - Des Weiteren ist aus einer weiteren Referenz ein Herstellungsverfahren zum Aufbringen von mikromechanischen Strukturen bekannt geworden. Dabei wird eine dünne, lichtabsorbierende Schicht auf die Rückseite eines Substrats aufgebracht und durch eine transparente Schicht geschützt. Durch Einstrahlung eines kurzen Laserimpulses auf die transparente Schicht verdampft das Material der lichtabsorbierenden Schicht im Bereich einer Auftrefffläche des Laserimpulses explosionsartig. Hierdurch wird eine akustische Schockwelle erzeugt, die durch das Substrat läuft. Ist das Substrat strukturiert, können so gezielt Strukturen im Substrat zerstört werden. An der Stelle des verdampften Materials entsteht eine Aussparung, die zwischen dem Substrat und der transparenten Schicht angeordnet ist.
- Aus der Schrift
US 2007/0231065 A1 - Eine weitere Realisierung eines Schalter in Form eines mikroelektronischen Relays ist in der
US 2002/0160549 A1 - Vorteile der Erfindung
- Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Bauelements umfasst das Herstellen der Aussparung, die Schritte Herstellen zumindest eines Hohlraums, insbesondere mittels APSM, Aufbringen und Strukturieren einer Metallschicht zumindest mittelbar auf dem Substrat, sowie teilweises Öffnen des hergestellten Hohlraums zur Bildung der Aussparung. Der Vorteil dabei ist, dass damit sehr kleine Hohlräume und damit auch eine sehr kleine Strukturen des Bauelements zuverlässig erzeugt bzw. hergestellt werden können. Das Öffnen des Hohlraumes kann dabei einen Ätzschritt umfassen. Der Vorteil dabei ist, dass beim Ätzen flache Flanken entstehen, auf denen eine später abzuscheidende Schicht besser aufgebracht werden kann, insbesondere eine gesputterte Schicht.
- Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung werden zwei Hohlräume hergestellt und durch insbesondere Laser-Spallation eine Verbindung zwischen Aussparung und einem Hohlraum hergestellt. Der Vorteil dabei ist, dass durch die Herstellung einer Verbindung zwischen einer Aussparung und Hohlraum auf einfache Weise eine insbesondere galvanische Trennung der Kontaktschicht in zumindest zwei Teile erreicht wird.
- Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird zumindest eine laserabsorbierende Schicht auf einer Oberfläche des Substrats aufgebracht, wobei insbesondere die absorbierende Schicht vom Bereich der Aussparung beabstandet angeordnet ist. Der Vorteil dabei ist, dass damit der Bereich der Aussparung nicht temporär mit einer zusätzlichen Schicht versehen werden muss. Der Aufwand und damit auch die Kosten für die Herstellung des mikromechanischen Bauelementes werden gesenkt.
- Wird die Laser-Spallation zum zumindest teilweisen, indirekten Zerstören der Struktur des Substrats verwendet, ist der Vorteil hierbei, dass das Zerstören der Struktur vereinfacht wird, da die Struktur üblicherweise nur sehr schwer direkt zugänglich ist. Gleichzeitig wird damit die Wahrscheinlichkeit, den Bereich der Aussparung zu beschädigen, herabgesetzt.
- Durch das definierte Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Bauelements, insbesondere eines Schalters, können im Bereich der Aussparung Zumindest zwei elektrisch leitende Kontaktflächen galvanisch erzeugt werden. Weiterhin kann ein Aktor an der Außenseite des Hohlraums angeordnet werden. Dies weist den Vorteil auf, dass ein niederohmiger Kontakt durch die direkte Kontaktierung der beiden Kontaktflächen möglich ist. Schließlich kann das mikromechanische Bauelement zum einen sehr kostengünstig hergestellt werden, zum anderen ist es äußerst klein und kann auf einem Chip eingesetzt werden. Das mikromechanische Bauelement kann dadurch ebenfalls auf einfache Weise auf einem Trägerchip in eine integrierte Schaltung eingebettet werden.
- Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung sind die Kontaktflächen im Wesentlichen vollständig galvanisch getrennt. Der Vorteil dabei ist, dass das mikromechanische Bauelement auch bei Anwendungen, die eine vollständige galvanische Trennung erfordern, beispielsweise bei einer Spannungsversorgung von Messgeräten zur Potentialtrennung etc. eingesetzt werden kann.
- Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung umfassen die Kontaktflächen jeweils zumindest eine Metallschicht. Der Vorteil dabei ist, dass ein sehr niederohmiger Kontakt durch direkte Kontaktierung von metallischen Leitern ermöglicht wird, wenn die Kontaktflächen durch den Aktor in Kontakt miteinander gebracht werden. Umfasst die Metallschicht insbesondere Gold, Platin, Silber, Palladium, Wolfram, Kupfer und/oder Chrom oder dergleichen, ist der Vorteil, dass diese zum einen einfach aufbringbar sind, zum anderen eine gute Leitfähigkeit aufweisen.
- Zwischen Substrat und Metallschicht kann eine Oxidschicht angeordnet sein. Der Vorteil dabei ist, dass die Oxidschicht auf einfache und kostengünstige Weise mittels bekannter Methoden wie beispielsweise PECVD auf das Substrat aufgebracht werden kann. Die Oxidschicht gewährleistet, dass die Metallschicht vom Substrat ausreichend isoliert wird.
- Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung umfasst der Aktor zumindest zwei Elektroden, zwischen denen insbesondere eine piezoelektrische Schicht angeordnet ist. Der Vorteil dabei ist, dass damit eine kleine Bauform und eine kurze Schaltzeit des mikromechanischen Bauelementes erreicht werden. Der Aktor kann neben den piezoelektrischen Mitteln auch elektrostatische, induktive und/oder thermische Mittel umfassen. Der Vorteil dabei ist, dass somit das Bauelement in vielfältigen Bereichen einsetzbar bzw. an verschiedene Anforderungen anpassbar ist. Wird beispielsweise der Aktor aktiv betrieben, d. h. der Aktor drückt die beiden Kontaktflächen gegeneinander, kann dies durch Anlegen einer entsprechenden Spannung am Aktor erreicht werden, wohingegen bei einem passivem Betrieb des Bauelementes der Aktor beispielsweise durch thermische Mittel indirekt betätigt werden kann, indem der Aktor sich auf Grund von Wärme verformt und so die beiden Kontaktflächen gegeneinander drückt oder voneinander weg bewegt.
- Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die Aussparung zwischen einem insbesondere einstückig mit dem Substrat verbundenen Balken und dem Substrat angeordnet. Der Vorteil dabei ist, dass eine einfache, kostengünstige Herstellung des mikromechanischen Bauelements ermöglicht wird.
- Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist der Aktor auf einer Außenseite des mikromechanischen Bauelements, insbesondere des Balkens angeordnet. Der Vorteil dabei ist, dass eine gute Zugänglichkeit des Aktors gewährleistet ist, um diesen beispielsweise mit einer Strom- oder Spannungsquelle zu verbinden, zum anderen kann dieser auf der Außenseite besonders einfach angeordnet werden.
- Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist der Aktor im Bereich der Aussparung, insbesondere im Bereich des Balkens angeordnet. Der Vorteil hierbei ist, dass der Aktor damit auf möglichst direkte Weise die Kontaktflächen in Kontakt miteinander bringt. Ist der Aktor insbesondere im Bereich des Balkens angeordnet, ist neben einer weiteren verbesserten Betätigung der beiden Kontaktflächen auch eine einfache Zugänglichkeit des Aktors möglich.
- Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens umfasst das Herstellen der Aussparung die Schritte Herstellen zumindest eines Hohlraums, insbesondere mittels APSM, sowie teilweises Öffnen des hergestellten Hohlraums zur Bildung einer Aussparung. Der Vorteil dabei ist, dass damit sehr kleine Hohlräume und damit auch eine sehr kleine Strukturen des Bauelements zuverlässig erzeugt bzw. hergestellt werden können. Das Öffnen des Hohlraumes kann dabei einen Ätzschritt umfassen. Der Vorteil dabei ist, dass beim Ätzen flache Flanken entstehen, auf denen eine später abzuscheidende Schicht besser aufgebracht werden kann, insbesondere eine gesputterte Schicht.
- Um eine zuverlässige Isolierung der Metallschicht vom Substrat zu ermöglichen, kann auf der Oberfläche des Substrats vor dem Aufbringen der Metallschicht einer Oxidschicht aufgebracht werden. Um besonders einfach und kostengünstig eine Kontaktschicht auf der Metallschicht aufzubringen, kann die Kontaktschicht mittels Galvanisieren auf der insbesondere strukturierten Metallschicht aufgebracht werden.
- Zeichnungen
- Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
-
1 ,2 ein mikromechanisches Bauelement gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch im Querschnitt; -
3a , b ein mikromechanisches Bauelement gemäß der ersten Ausführungsform bei Betätigung des Aktors -
4a –e Schritte zum Herstellen eines mikromechanisches Bauelementes gemäß einer ersten Ausführungsform mit dem mikromechanischen Bauelement in einer Draufsicht; -
5a –f Schritte zum Herstellen eines mikromechanischen Bauelementes gemäß einer zweiten Ausführungsform mit dem mikromechanischen Bauelement im Querschnitt bzw. in einer Draufsicht (5e ). - Beschreibung von Ausführungsbeispielen
- In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen dieselben bzw. funktionsgleiche Elemente.
-
1 und2 zeigen ein mikromechanisches Bauelement gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch im Querschnitt. - In
1 bezeichnet Bezugszeichen1 ein mikromechanisches Bauelement in Form eines Schalters. Der Schalter umfasst dabei ein Substrat2 . Ein Teil des Substrats ist als rechteckförmiger Balken2a ausgebildet, der mit dem Substrat2 einstückig verbunden ist. Zwischen dem Balken2a und dem Substrat2 sind ein Hohlraum8 sowie eine Aussparung7 angeordnet. Ebenfalls ist ein Aktor angeordnet (siehe2 ). Das Ende des Balkens2a , welches nicht mit dem Substrat2 einstückig verbunden ist, sowie das Substrat2 selbst umfassen dabei auf ihrer jeweiligen Außenseite von Innen nach Außen eine Oxidschicht9 zur elektrischen Isolierung, eine Bondpadschicht6 zum leichteren Aufbringen einer Metallschicht10 sowie eine Metallschicht10 ,10' . Die am Balken2a angeordnete Metallschicht10' , welche zu der Metallschicht10 des Substrats2a benachbart und beabstandet mittels der Aussparung7 angeordnet ist, ist durch ein mittels Laser-Spallation L zerstörtes Verbindungselement25 zwischen Substrat2 und Balken2a unter Bildung eines Spaltes11 galvanisch in zwei Teile geteilt. Wird nun der Balken2a mit seinem in1 linken Ende nach unten gedrückt, werden zwei metallische Kontaktflächen10a ,10b der Metallschicht10 ,10' , wobei eine am Substrat2 , die andere am Balken2a angeordnet ist, gegeneinander im Bereich der Aussparung7 gedrückt, so dass ein elektrischer Kontakt ermöglicht wird. Wird der Balken2a nicht mehr nach unten gedrückt bzw. biegt sich der Balken nach oben gemäß1 oder bewegt sich in eine Ruhelage zurück, so liegen die Kontaktflächen10a ,10b nicht mehr aneinander an, das heißt zwischen den Metallschichten10 ,10' des Balkens2a und des Substrats2 besteht keine elektrisch leitende Verbindung mehr. Um den Hohlraum8 mittels APSM herzustellen, sind weiter Begrenzungsschichten12 im Hohlraum8 geeignet angeordnet. -
2 zeigt dabei im Wesentlichen eine vereinfachte Darstellung einer Vorrichtung1 gemäß1 schematisch im Querschnitt bei der Herstellung des Spaltes11 und mit einem Aktor20 . - Auf der Unterseite des Substrats
2 gemäß2 sind eine absorbierende Schicht17 und darauf eine transparente Schicht18 angeordnet. Trifft nun ein Laserstrahl L zunächst auf die transparente Schicht18 , tritt dieser durch die transparente Schicht18 hindurch. Trifft der Laserstrahl L dann im Folgenden auf die absorbierende Schicht17 , verdampft das im Bereich des Laserstrahls L angeordnete Material der absorbierenden Schicht17 explosionsartig und erzeugt eine akustische Schockwelle S, die durch das Substrat2 läuft. Trifft diese dann auf den Bereich zwischen Aussparung7 und Hohlraum8 des Substrats2 , genauer auf das Verbindungselement25 , zerstört diese Schockwelle S das Verbindungselement25 und es entsteht ein Spalt11 , der damit die Metallschichten10 ,10' in zwei Teile unterteilt, die voneinander elektrisch isoliert und galvanisch getrennt sind. -
3a , b zeigen mikromechanische Bauelemente gemäß der ersten Ausführungsform bei Betätigung des Aktors. - Auf einer Außenseite des Balkens
2a , d. h. auf der der Aussparung7 abgewandten Seite, ist gemäß3a ,3b ein Aktor20 angeordnet, der zwei Elektroden14a und14b umfasst. Zwischen den Elektroden14a ,14b ist eine piezoelektrische Schicht15 angeordnet. Die beiden Elektroden14a ,14b sind mit Anschlüssen16 versehen, an die eine Spannung U angelegt werden kann. Wird nun die Spannung U zwischen den Anschlüssen16 angelegt, so wird der Balken2a zusammen mit seiner Kontaktfläche10a durch den Aktor20 in Form des piezoelektrischen Elementes14a ,14b ,15 in3a nach unten gedrückt bis die beiden Kontaktflächen10a ,10b aneinander zumindest teilweise anliegen. Auf diese Weise wird eine leitende Verbindung zwischen den Kontaktflächen10a ,10b hergestellt. Wird eine entsprechende Spannung –U an die Anschlüsse16 des Aktors20 angelegt, so wird gemäß3b der Balken2a durch den Aktor20 nach oben bewegt. Die beiden Kontaktflächen10a ,10b entfernen sich wieder voneinander; es besteht daher keine leitende Verbindung mehr zwischen den Kontaktflächen10a ,10b von Substrat2 und Balken2a . -
4a –e zeigen Schritte zum Herstellen eines mikromechanisches Bauelementes gemäß einer ersten Ausführungsform mit dem mikromechanischen Bauelement in einer Draufsicht;. - In
4a werden zunächst mittels eines APSM-Verfahrens zwei Hohlräume8a ,8b in einem Substrat2 hergestellt, die durch ein Verbindungselement25 voneinander getrennt sind. Anschließend wird gemäß4b ein Aktor20 in Form einer ersten Elektrode14a , einer piezoelektrische Schicht15 sowie einer zweiten Elektrode14b aufgebracht und mit Anschlüssen16 versehen. Mittels Trench-Technik wird ein Teil21 im Bereich des Balkens2a freigelegt und anschließend eine Oxidschicht9 auf das Substrat2 und den Balken2a aufgebracht. Gemäß4c wird in einem weiteren Schritt eine Bondpadschicht und/oder Leiterbahnen in Form einer Metallschicht6 auf das Substrat2 sowie auf dem Balken2a aufgebracht und mit Anschlüssen22 versehen bzw. strukturiert. Im nächsten Schritt gemäß4d wird mittels Galvanisierung eine Kontaktschicht10 auf die Metallschicht6 aufgebracht, insbesondere eine Goldschicht. Die Kontaktschicht10 wächst dabei nur dort auf, wo die Metallschicht6 aufgebracht wurde, insbesondere auch auf den die Aussparung7 begrenzenden Seiten des Substrats2 bzw. Balkens2a . Gemäß4e wird nun mittels Trench-Technik der noch nicht freigestellte Bereich des Balkens2a freigestellt, so dass nun der gesamte Balken2a freigestellt ist. In einem letzten Schritt wird dann mittels Laser-Spallation (siehe1 ) ein Spalt11 zwischen Hohlraum8b und Aussparung7 durch Zerstörung des Verbindungselementes25 zwischen den beiden Hohlräumen8a ,8b hergestellt. -
5a –f zeigen Schritte zum Herstellen eines mikromechanischen Bauelementes gemäß einer zweiten Ausführungsform mit dem mikromechanischen Bauelement im Querschnitt bzw. in einer Draufsicht (5e ). -
5a zeigt einen Hohlraum8 in einem Substrat2 , welcher mittels eines APSM-Verfahrens hergestellt wurde. Anschließend wird ein Aktor im Bereich des Hohlraums8 auf einer Außenseite des Hohlraums8 angeordnet (nicht gezeigt). In einem nächsten Schritt wird gemäß5b ein Teil des Substrats2 im Bereich des Hohlraums8 mittels Ätzen22 entfernt, so dass ein einseitig mit dem Substrat2 verbundener Balken2a hergestellt wird und zwischen Balken2a und Substrat2 eine Aussparung7 angeordnet ist. In einem nächsten Schritt gemäß5c wird eine Oxidschicht9 , insbesondere zum Beispiel abgeschiedenes TEOS-Oxid auf die Oberfläche des Substrats2 bzw. des Balkens2a aufgebracht. Hierbei werden insbesondere auch die jeweiligen Oberflächen von Substrat2 und Balken2a im Bereich der Aussparung7 mit der Oxidschicht9 versehen. In einem weiteren Schritt gemäß5d wird eine Metallbeschichtung6 , zum Beispiel mittels Sputtern aufgebracht. Diese Metallschicht6 wird dabei nur in den Bereichen aufgebracht, die direkt gemäß5d von oben zugänglich sind, das heißt die Metallbeschichtung erfolgt nicht in einem inneren Bereich der Aussparung7 , d. h. die die Aussparung7 begrenzenden Seiten7a ,7b ,7c werden nicht mit der Metallschicht6 versehen. - Diese Metallschicht
6 dient als Startschicht für eine Galvanisierung einer Kontakt- bzw. Metallschicht10 ,10' gemäß5e und wird strukturiert, vorzugsweise mit einem Plasmaätzverfahren. In einem weiteren Schritt gemäß5e wird im Bereich des Übergangs zwischen Balken2a und Substrat2 das Metall der Startschicht6 entfernt bzw. wegstrukturiert, beispielsweise mittels eines Sprühlackprozesses. -
5f zeigt nun den so hergestellten mikromechanischen Schalter im Querschnitt, nachdem auf die Metallschicht6 mittels Galvanik eine Kontaktschicht10 aus Chrom, Nickel, Gold oder Ähnlichem galvanisch abgeschieden wurde. Die galvanisch abgeschiedene Kontaktschicht10 wächst dabei nur auf den metallisierten Bereichen der Metallschicht6 auf. Im Bereich der Aussparung7 , insbesondere den Seiten7a ,7b ,7c , wird keine Kontaktschicht10 aufgewachsen bzw. abgeschieden. Es wurde dort keine Metallschicht6 abgeschieden, da diese von oben gemäß5d nicht zugänglich waren. Die Kontaktfläche10 ist deshalb zweigeteilt in zwei Teile10a ,10b . Diese sind dadurch voneinander elektrisch isoliert. Durch die galvanisch abgeschiedene Kontaktschicht10 , die insbesondere die Eigenschaft aufweist, in alle Richtungen auf der Metallschicht6 zu wachsen, entsteht ein Überlappbereich26 , über den beiden Kontaktflächen10a ,10b in Kontakt miteinander bringbar sind, um eine zuverlässige elektrische Verbindung herstellen zu können, wenn der Balken2a in Richtung auf das Substrat2 zu bewegt wird. Zusätzlich kann ebenfalls ein Aktor20 im Bereich des Balkens2 angeordnet sein, der einen piezoelektrischen Antrieb aufweist. Dieser kann dann unmittelbar den Balken2a mit seiner Kontaktfläche10b auf die Kontaktfläche10a des Substrats2 zu bewegen, so dass die Kontaktflächen10a ,10b elektrisch aneinander leitend anliegen. - Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar, insbesondere können weitere Kontakte mit Aktoren angeordnet sein sowie eine oder mehrere integrierte Schaltungen, zum Beispiel zur Ansteuerung.
Claims (10)
- Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Bauteils (
1 ), umfassend die Schritte Herstellen zumindest einer Aussparung (7 ) in einem Substrat (2 ), Aufbringen eines Aktors (20 ) im Bereich der hergestellten Aussparung (7 ), Aufbringen und Strukturieren einer Metallschicht (6 ), insbesondere im Bereich der Aussparung (7 ) zumindest mittelbar auf dem Substrat (2 ), wobei das Herstellen der Aussparung (7 ) die Schritte Herstellen zumindest eines Hohlraums (8 ) mittels eines APSM-Verfahrens, bei dem der Hohlraum durch thermische Umordnung von zuvor im Bereich des zu erzeugenden Hohlraums erzeugtem porösem Substratmaterial hergestellt wird, sowie teilweises Öffnen des hergestellten Hohlraums (8 ) zur Bildung der Aussparung (7 ) umfasst. - Verfahren nach Anspruch 1, wobei zwei Hohlräume (
8a ,8b ) hergestellt werden und (4 ) eine Verbindung (11 ) zwischen der Aussparung (7 ) und einem Hohlraum (8b ) hergestellt wird. - Verfahren nach Anspruch 2, umfassend den Schritt Aufbringen zumindest eine laser-absorbierenden Schicht (
17 ) auf einer Oberfläche des Substrats (2 ), wobei insbesondere die absorbierende Schicht (17 ) vom Bereich der Aussparung (7 ) beabstandet angeordnet ist. - Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zum Herstellen der Verbindung (
11 ), insbesondere zum Herstellen eines Spaltes (11 ), zwischen einer Aussparung (7 ) und einem Hohlraum (8 ) in dem Substrat eine Laser-Spallation zum zumindest teilweisen, indirekten Zerstören einer Struktur des Substrats (2 ) verwendet wird. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Erzeugung eines mikromechanischen Bauelements (
1 ), insbesondere eines Schalter, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Aussparung (7 ) zumindest zwei elektrisch leitende Kontaktflächen (10a ,10b ) galvanisch erzeugt werden und ein Aktor (20 ) auf einer Außenseite des Hohlraums (8 ) angeordnet wird, wobei die Kontaktflächen (10a ,10b ) mittels des Aktors (20 ) zum elektrischen Leiten in Kontakt miteinander bringbar sind. - Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktflächen (
10a ,10b ) jeweils zumindest eine Metallschicht (10 ) umfassen, wobei die Metallschicht (10 ) insbesondere Gold, Platin, Silber, Palladium, Wolfram, Kupfer, und/oder Chrom oder dergleichen umfasst. - Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (
20 ) zumindest zwei Elektroden (14a ,14b ) umfasst, zwischen denen eine piezoelektrische Schicht (15 ) angeordnet wird. - Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (
7 ) zwischen einem einstückig mit dem Substrat (2 ) verbundenen Balken (2a ) und dem Substrat (2 ) angeordnet wird. - Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (
20 ) im Bereich der Aussparung (7 ) und insbesondere im Bereich des Balkens (2a ) angeordnet wird. - Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (
20 ) auf einer Außenseite des mikromechanischen Bauelementes (1 ), insbesondere des Balkens (2a ) angeordnet wird.
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---|---|---|---|---|
DE102014211333A1 (de) * | 2014-06-13 | 2015-12-17 | Robert Bosch Gmbh | Mikromechanisches Bauelement und Verfahren zu seiner Herstellung |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5438402A (en) * | 1993-03-05 | 1995-08-01 | Trustees Of Dartmouth College | System and method for measuring the interface tensile strength of planar interfaces |
DE19804326A1 (de) * | 1998-02-04 | 1999-08-05 | Bosch Gmbh Robert | Sensor insbesondere zur Messung der Viskosität und Dichte eines Mediums |
DE19919030A1 (de) * | 1999-04-27 | 2000-11-16 | Bosch Gmbh Robert | Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung von Materialdaten von Mikrostrukturen |
WO2002002458A1 (de) * | 2000-07-05 | 2002-01-10 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zur herstellung eines halbleiterbauelements sowie ein nach dem verfahren hergestelltes halbleiterbauelement |
US20020160549A1 (en) * | 2001-04-26 | 2002-10-31 | Arunkumar Subramanian | MEMS micro-relay with coupled electrostatic and electromagnetic actuation |
DE102004036032A1 (de) * | 2003-12-16 | 2005-07-21 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements sowie ein Halbleiterbauelement, insbesondere ein Membransensor |
US20070231065A1 (en) * | 2006-03-30 | 2007-10-04 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Piezoelectric MEMS switch and method of fabricating the same |
Family Cites Families (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6469602B2 (en) * | 1999-09-23 | 2002-10-22 | Arizona State University | Electronically switching latching micro-magnetic relay and method of operating same |
US6124650A (en) * | 1999-10-15 | 2000-09-26 | Lucent Technologies Inc. | Non-volatile MEMS micro-relays using magnetic actuators |
US6360036B1 (en) * | 2000-01-14 | 2002-03-19 | Corning Incorporated | MEMS optical switch and method of manufacture |
US6384353B1 (en) * | 2000-02-01 | 2002-05-07 | Motorola, Inc. | Micro-electromechanical system device |
US20020096421A1 (en) * | 2000-11-29 | 2002-07-25 | Cohn Michael B. | MEMS device with integral packaging |
US6768403B2 (en) * | 2002-03-12 | 2004-07-27 | Hrl Laboratories, Llc | Torsion spring for electro-mechanical switches and a cantilever-type RF micro-electromechanical switch incorporating the torsion spring |
WO2003028059A1 (en) * | 2001-09-21 | 2003-04-03 | Hrl Laboratories, Llc | Mems switches and methods of making same |
JP4076829B2 (ja) * | 2002-09-20 | 2008-04-16 | 株式会社東芝 | マイクロスイッチ及びその製造方法 |
GB0320405D0 (en) * | 2003-08-30 | 2003-10-01 | Qinetiq Ltd | Micro electromechanical system switch |
US7323805B2 (en) * | 2004-01-28 | 2008-01-29 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Piezoelectric thin film device and method for manufacturing the same |
KR100726436B1 (ko) * | 2005-07-27 | 2007-06-11 | 삼성전자주식회사 | 정전기력 및 압전력에 의해 구동되는 멤스 스위치 |
US7556978B2 (en) * | 2006-02-28 | 2009-07-07 | Freescale Semiconductor, Inc. | Piezoelectric MEMS switches and methods of making |
JP4234737B2 (ja) * | 2006-07-24 | 2009-03-04 | 株式会社東芝 | Memsスイッチ |
JP4265630B2 (ja) * | 2006-08-04 | 2009-05-20 | セイコーエプソン株式会社 | Memsスイッチ、電圧分割回路、利得調整回路、減衰器及びmemsスイッチの製造方法 |
JP5081038B2 (ja) * | 2008-03-31 | 2012-11-21 | パナソニック株式会社 | Memsスイッチおよびその製造方法 |
-
2010
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- 2011-03-11 US US12/932,992 patent/US20110220471A1/en not_active Abandoned
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5438402A (en) * | 1993-03-05 | 1995-08-01 | Trustees Of Dartmouth College | System and method for measuring the interface tensile strength of planar interfaces |
DE19804326A1 (de) * | 1998-02-04 | 1999-08-05 | Bosch Gmbh Robert | Sensor insbesondere zur Messung der Viskosität und Dichte eines Mediums |
DE19919030A1 (de) * | 1999-04-27 | 2000-11-16 | Bosch Gmbh Robert | Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung von Materialdaten von Mikrostrukturen |
WO2002002458A1 (de) * | 2000-07-05 | 2002-01-10 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zur herstellung eines halbleiterbauelements sowie ein nach dem verfahren hergestelltes halbleiterbauelement |
US20020160549A1 (en) * | 2001-04-26 | 2002-10-31 | Arunkumar Subramanian | MEMS micro-relay with coupled electrostatic and electromagnetic actuation |
DE102004036032A1 (de) * | 2003-12-16 | 2005-07-21 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements sowie ein Halbleiterbauelement, insbesondere ein Membransensor |
DE102004036035A1 (de) * | 2003-12-16 | 2005-07-21 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements sowie ein Halbleiterbauelement, insbesondere ein Membransensor |
US20070231065A1 (en) * | 2006-03-30 | 2007-10-04 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Piezoelectric MEMS switch and method of fabricating the same |
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