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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein mikromechanisches Relais mit einem mikromechanischen Schaltelement.
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Die meisten Relais werden über eine Magnetspule angetrieben, haben einen gewissen nicht zu vernachlässigbaren Stromverbrauch im angeschalteten Zustand und sind relativ groß. Die Schaltkräfte sind sehr hoch und es können je mach Bauart hohe Spannungen und hohe Ströme geschalten werden.
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In neuerer Zeit gibt es auch kapazitiv angetriebene mikromechanische Relais. Diese sind deutlich kleiner und haben aufgrund des kapazitiven Antriebs im eingeschalteten Zustand einen wesentlich geringeren Stromverbrauch. Allerdings können über die kapazitive Auslenkung nur geringe Kräfte erzeugt werden. Um ausreichend hohe Kräfte erzeugen zu können, die vernünftige Kontaktwiderstände erlauben, muss bei dieser Art von Relais mit sehr kleinen Kontaktabständen von 1-2 µm gearbeitet werden. Hohe Kräfte sind notwendig, um einen kleinen elektrischen Widerstand im eingeschalteten Zustand des Relais zu erreichen.
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Mit derartigen Relais können auch hochfrequente elektrische Signale geschaltet werden. Bei hohen Frequenzen kommt es allerdings zu einem kapazitiven Übersprechen des Signals an den Kontaktflächen des geöffneten Arbeitskontakts aufgrund des geringen Abstands der Kontakte im ausgeschalteten Zustand.
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Um dieses Problem zu reduzieren, kann beispielsweise der Kontaktabstand vergrößert werden. Dadurch werden aber die erreichbaren kapazitiven Kräfte zum Schließen des Arbeitskontakts reduziert, und der elektrische Widerstand in eingeschalteten Zustand wird erhöht. Alternativ kann man die Flächen der Kontakte reduzieren, aber auch das erhöht den elektrischen Widerstand in eingeschalteten Zustand und ist zudem technisch nur schwer umsetzbar.
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Aufgabe der Erfindung
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Es ist eine Anordnung für ein kapazitiv angesteuertes MEMS-Relais gesucht, die ein Relais ermöglicht, das im eingeschalteten Zustand einen sehr geringen ohmschen Widerstand zwischen Eingang und Ausgang hat und im ausgeschalteten Zustand ein sehr geringes kapazitives Übersprechen zwischen Eingang und Ausgang hat. Insbesondere soll dies auch für hohe Frequenzen gelten.
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Kern und Vorteile der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein mikromechanisches Relais mit einem mikromechanischen Schaltelement, mit einem ersten Arbeitskontakt mit wenigstens einer festen ersten Kontaktfläche und einer beweglichen zweiten Kontaktfläche, welche an dem Schaltelement angeordnet ist. Das Relais weist einen weiteren Kontakt mit einer festen dritten Kontaktfläche und einer beweglichen vierten Kontaktfläche auf, welche an dem Schaltelement angeordnet ist. Die zweite Kontaktfläche und die vierte Kontaktfläche sind elektrisch leitend miteinander verbunden. Die dritte Kontaktfläche ist mit einer elektrischen Masse oder einem Erdpotential oder einem sonstigen definierten elektrischen Potential elektrisch leitend verbunden. Bei geöffnetem ersten Arbeitskontakt ist der weitere Kontakt geschlossen oder ist schließbar. Vorteilhaft zeigt das erfindungsgemäße Relais bei geöffnetem ersten Arbeitskontakt kein Hochfrequenz-Übersprechen an diesem Arbeitskontakt, wenn der weitere Kontakt geschlossen ist.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das mikromechanische Schaltelement mittels eines kapazitiven Antriebs auslenkbar ist. Vorteilhaft kann so ein galvanisch getrenntes Schaltelement einfach aufgebaut werden.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der weitere Kontakt ein Ruhekontakt ist. Vorteilhaft zeigt das erfindungsgemäße Relais im Ruhezustand, also ohne extra angesteuert werden zu müssen, kein Hochfrequenz-Übersprechen am ersten Arbeitskontakt.
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Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der weitere Kontakt ein zweiter Arbeitskontakt ist, wobei in einem ersten geschalteten Zustand der erste Arbeitskontakt geschlossen und der zweite Arbeitskontakt offen ist, wobei in einem zweiten geschalteten Zustand der erste Arbeitskontakt offen und der zweite Arbeitskontakt geschlossen ist, wobei in einem Ruhezustand das mikromechanische Auslenkungsteil eine mechanisch stabile Stellung einnimmt, in welcher der erste Arbeitskontakt und der zweite Arbeitskontakt geöffnet sind. Vorteilhaft zeigt das erfindungsgemäße Relais bei geöffnetem ersten Arbeitskontakt kein Hochfrequenz-Übersprechen an diesem Arbeitskontakt, wenn der weitere Kontakt geschlossen ist, wobei der zweite Kontakt dazu gesondert ansteuerbar ist.
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Vorteilhaft ist dabei, dass der erste Arbeitskontakt eine feste weitere Kontaktfläche aufweist, und die bewegliche zweite Kontaktfläche als Kontaktbrücke ausgestaltet ist, derart, dass die Kontaktbrücke die feste erste Kontaktfläche und die feste weitere Kontaktfläche elektrisch leitend kontaktiert, wenn der erste Arbeitskontakt geschlossen ist. Vorteilhaft können so die feste erste Kontaktfläche und die feste zweite Kontaktfläche weit voneinander entfernt angeordnet sein, wodurch ein Übersprechen zwischen diesen beiden Kontaktflächen vermindert wird.
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Besonders vorteilhaft ist, wenn eine elektrische Abschirmung zwischen der festen ersten Kontaktfläche und der festen weiteren Kontaktfläche angeordnet ist, weil dadurch ein Übersprechen zwischen diesen beiden Kontaktflächen weiter vermindert wird.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die feste erste Kontaktfläche, die feste weitere Kontaktfläche und die Abschirmung parallel zu einer Haupterstreckungsebene eines Substrats angeordnet sind und die Kontaktbrücke in einer Richtung senkrecht zur Haupterstreckungsebene die Abschirmung nicht überdeckt. Vorteilhaft kann bei dieser Anordnung der erste Arbeitskontakt geschlossen sein, ohne dass die Kontaktbrücke die Abschirmung kontaktiert.
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Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die feste erste Kontaktfläche, die feste weitere Kontaktfläche und die Abschirmung parallel zu einer Haupterstreckungsebene eines Substrats, über dem Substrat angeordnet sind, wobei die Abschirmung eine geringere Höhe über dem Substrat aufweist als die feste erste Kontaktfläche und die feste weitere Kontaktfläche. Vorteilhaft kann bei dieser Anordnung der erste Arbeitskontakt geschlossen sein, ohne dass die Kontaktbrücke die Abschirmung kontaktiert.
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Zeichnung
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- 1 zeigt schematisch im Schnitt ein kapazitiv angetriebenes mikromechanisches Relais im Stand der Technik.
- Die 2 a - c zeigen schematisch in Draufsicht und zwei Schnitten ein erfindungsgemäßes mikromechanisches Relais mit einem elektrischen Bezugspotential in einem ersten Ausführungsbeispiel mit einer Ein-Aus-Ein Konfiguration.
- Die 3 a - c zeigen schematisch in Draufsicht und zwei Schnitten ein erfindungsgemäßes mikromechanisches Relais mit einem elektrischen Bezugspotential in einem zweiten Ausführungsbeispiel mit einer vorgespannten Struktur mit einem Arbeitskontakt und einem Ruhekontakt.
- Die 4 a und b zeigen schematisch in Draufsicht und einem Schnitt ein erfindungsgemäßes mikromechanisches Relais mit einem elektrischen Bezugspotential in einem dritten Ausführungsbeispiel mit einer Abschirmung.
- Die 5 a und b zeigen schematisch in Draufsicht und einem Schnitt ein erfindungsgemäßes mikromechanisches Relais mit einem elektrischen Bezugspotential in einem vierten Ausführungsbeispiel mit einer Abschirmung und einer U-förmigen beweglichen zweiten Kontaktfläche.
- 6 zeigt schematisch im Schnitt ein erfindungsgemäßes mikromechanisches Relais mit einem elektrischen Bezugspotential in einem fünften Ausführungsbeispiel mit einer Kappe.
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Beschreibung der Figuren
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1 zeigt schematisch im Schnitt ein kapazitiv angetriebenes mikromechanisches Relais im Stand der Technik. Auf einem Substrat 1 ist über einer ersten Isolationsschicht 8 eine kapazitive Elektrode 2 und eine erste Kontaktfläche 3 angeordnet. Über diesen beiden Flächen ist in einer mikromechanischen Funktionsschicht eine bewegliche mikromechanische Hebelstruktur 4 als Schaltelement angeordnet. Die bewegliche Struktur weist eine zweite Kontaktfläche 5 auf, die bei einer Auslenkung der Hebelstruktur in Richtung des Substrats mit der ersten feststehenden Kontaktfläche in Kontakt tritt. Die bewegliche Hebelstruktur ist mit einer Verankerung 6 am Substrat verankert.
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Das Schaltelement wird kapazitiv betätigt. Wird eine Spannung zwischen der Hebelstruktur und der kapazitiven Elektrode 2 angelegt, kommt es zu einer Outof-plane-Bewegung in Richtung des Substrats. Der Hebel wird ausgelenkt und ein Kontakt zwischen den beiden Kontaktflächen 3, 5 wird erzeugt. Nun ist ein Stromfluss über Die Verankerung 6, den Hebel 4 und die zweite Kontaktfläche 5 auf die erste Kontaktfläche 3 möglich. Das Relais ist im eingeschalteten Zustand. Die ersten und zweiten Kontaktflächen 3, 5 bilden also einen Arbeitskontakt 7. Im nicht betätigten Zustand oder Ruhezustand der Hebelstruktur ist der Arbeitskontakt offen.
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Mit derartigen Relais können auch hochfrequente elektrische Signale geschaltet werden. Bei hohen Frequenzen kommt es allerdings zu einem kapazitiven Übersprechen des Signals an den Kontaktflächen 3, 5 aufgrund des geringen Abstands der Kontakte im ausgeschalteten Zustand.
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Die 2 a - c zeigen schematisch in Draufsicht und zwei Schnitten ein erfindungsgemäßes mikromechanisches Relais mit einem elektrischen Bezugspotential in einem ersten Ausführungsbeispiel mit einer Ein-Aus-Ein Konfiguration.
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2 a zeigt in teildurchlässiger Draufsicht ein erfindungsgemäßes mikromechanisches Relais mit einem mikromechanischen Schaltelement 10 in Gestalt einer Wippe, die mittels Torsionsfedern 11 und Verankerungen 12 an einem darunterliegenden Substrat 1 verankert ist. Das Relais weist an einem Ende der Wippe einen ersten Arbeitskontakt 100 und am anderen Ende einen weiteren Kontakt, und zwar einen zweiten Arbeitskontakt 200 auf. Der erste Arbeitskontakt weist eine feste erste Kontaktfläche 110, eine feste weitere Kontaktfläche 115 sowie eine bewegliche zweite Kontaktfläche 120 auf. Die bewegliche zweite Kontaktfläche 120 ist als Kontaktbrücke ausgestaltet, sodass sie die feste erste Kontaktfläche 110 und die feste weitere Kontaktfläche 115 elektrisch leitend kontaktiert, wenn der erste Arbeitskontakt 100 geschlossen ist. Der zweite Arbeitskontakt 200 weist eine feste dritte Kontaktfläche 210 und eine bewegliche vierte Kontaktfläche 220 auf.
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Die feste erste Kontaktfläche 110, die feste weitere Kontaktfläche 115, die feste dritte Kontaktfläche 210 sowie eine erste Schaltelektrode 151 und eine zweite Schaltelektrode 152 sind über dem Substrat 1 auf einer ersten Isolationsschicht 8 angeordnet. Die erste und zweite Schaltelektrode bilden mit gegenüberliegenden Teilen des mikromechanischen Schaltteils Kondensatorplatten eines kapazitiven Antriebs, der sich durch Anlegen einer Spannung betätigen lässt. In einem Ruhezustand der Wippe 10 sind beide Arbeitskontakte 100, 200 offen. Durch Betätigen der ersten Schaltelektrode 151 lässt sich die Wippe 10 derart auslenken, dass der erste Arbeitskontakt 100 geschlossen wird. Der zweite Arbeitskontakt 200 ist dabei offen. Durch Betätigen der zweiten Schaltelektrode 152 lässt sich die Wippe 10 entgegengesetzt auslenken, sodass der zweite Arbeitskontakt 200 geschlossen wird. Der erste Arbeitskontakt 100 ist dabei offen. Die feste dritte Kontaktfläche 210 ist elektrisch leitend mit einemelektrischen Bezugspotential 300, wie beispielsweise einer elektrischen Masse oder einem Erdpotential verbunden. Die bewegliche zweite Kontaktfläche 120 und die bewegliche vierte Kontaktfläche 220 sind mittels eines Leiters 18 elektrisch leitend miteinander verbunden. Wenn der zweite Arbeitskontakt geschlossen ist, ist der erste Arbeitskontakt geöffnet und die bewegliche zweite Kontaktfläche ist auf Massepotential.
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Somit ist ein Übersprechen zwischen der festen erste Kontaktfläche 110 und der beweglichen zweiten Kontaktfläche 120 nicht mehr möglich. Damit ist auch ein Übersprechen zwischen der festen erste Kontaktfläche 110 und der festen weiteren Kontaktfläche 115 nicht mehr möglich.
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Die Anordnung erlaubt daher das Schalten eines hochfrequenten Signals ohne Übersprechen an den Kontaktflächen des Relais. Das Übersprechen zwischen den Kontakten wird dabei unabhängig vom Abstand der Kontaktflächen eines Kontakts voneinander und unabhängig von der Größe der Kontaktflächen immer vermieden.
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Vorteilhaft ist es, wenn die elektrische Verbindung der bewegliche zweite Kontaktfläche 120 mit dem Erdpotential über die Wippe und den zweiten Kontakt bei geschlossenem zweiten Arbeitskontakt derart dimensioniert ist, dass die Verbindung zum Erdpotential einen geringen Widerstand aufweist. Insbesondere soll dieser Widerstand geringer als 1 MOhm sein, bevorzugt kleiner als 1 kOhm.
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Die bewegliche zweite Kontaktfläche muss in diesem Schaltzustand nicht unbedingt mit dem Erdpotential verbunden sein. Ein anderes definiertes elektrisches Potential ist ebenso möglich. Das Erdpotential ist meist nur am einfachsten und mit einem geringen Anschlusswiderstand verfügbar.
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Die Wippenstruktur kann wie oben beschrieben über ein Signal an der zweiten Schaltelektrode aktiv in einen Zustand gebracht werden, bei dem das Relais nahezu kein Übersprechen zeigt. Ein derartiges Relais hat daher drei Betriebszustände. Liegt kein Signal an zeigt das Relais ein gewisses Übersprechen, liegt ein Signal an der zweiten Schaltelektrode an, wird das Übersprechen unterdrückt. Liegt ein Signal an der ersten Schaltelektrode an hat das Relais einen ohmschen Durchgang.
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2 b zeigt das mikromechanische Relais in einem Schnitt B durch den Leiter 18 längs der Wippe. Die bewegliche zweite Kontaktfläche 120, die Leiterbahn 18 und die bewegliche vierte Kontaktfläche 220 sind mittels einer zweiten Isolationsschicht 14 an einer Unterseite des mikromechanischen Schaltelements 10 angeordnet.
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2 c zeigt das mikromechanische Relais in einem Schnitt C, parallel zum Schnitt B durch die feste weitere Kontaktfläche 115.
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Die 3 a - c zeigen schematisch in Draufsicht und zwei Schnitten ein erfindungsgemäßes mikromechanisches Relais mit einem elektrischen Bezugspotential in einem zweiten Ausführungsbeispiel mit einer vorgespannten Struktur mit einem Arbeitskontakt und einem Ruhekontakt.
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3 a zeigt in teildurchlässiger Draufsicht ein erfindungsgemäßes mikromechanisches Relais mit einem Arbeitskontakt 200 und einem Ruhekontakt 205. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist hier der weitere Kontakt ein Ruhekontakt, also im Ruhezustand geschlossen. Dies wird durch eine mechanische Vorspannung und Vorauslenkung des mikromechanischen Schaltelements 10 mittels Krümmungselementen 34 erreicht.
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3 b zeigt das mikromechanische Relais in einem Schnitt B durch den Leiter 18 längs der Wippe 10. Die bewegliche zweite Kontaktfläche 120, die Leiterbahn 18 und die bewegliche vierte Kontaktfläche 220 sind mittels einer zweiten Isolationsschicht 14 an der Unterseite des mikromechanischen Schaltelements 10 angeordnet. Auf der ersten Isolationsschicht 8 ist die erste Schaltelektrode 151 und die feste dritte Kontaktfläche 210 zu gezeigt. Das Relais ist ein Wechselschalter. Der Arbeitskontakt 100 ist im Ruhezustand offen, und der weitere Kontakt 205 ist geschlossen. Es handelt sich also um einen Ruhekontakt.
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2 c zeigt das mikromechanische Relais in einem Schnitt C, parallel zum Schnitt B durch die erste Schaltelektrode 151 und ein Krümmungselement 34. Das Schaltelement besteht im Wesentlichen aus einer mikromechanische Funktionsschicht 30. Das Krümmungselement 34 weist zusätzlich eine darunter angeordnete Stressschicht 32 auf, welche eine Zugspannung ausübt. In der Folge krümmt sich dieser Bereich der Funktionsschicht zum Substrat 1 hin bis Anschläge 32 an der ersten Isolationsschicht 8 anschlagen. Die Krümmungselemente 34 ziehen mittels weiterer Federelemente und Hebel das Schaltelement 10 einseitig zum Substrat 1 hin, sodass im Ruhezustand der Ruhekontakt 205 geschlossen ist.
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In einer besonders günstigen Variante kann über eine Vorspannung die Wippe im ausgeschalteten Zustand des Relais in die zweite Richtung ausgelenkt werden und so ein Übersprechen auch im ausgeschalteten Zustand vermieden werden. Dazu können wie vorstehend beschrieben beispielsweise zwei unterschiedliche Schichten des MEMS-Relais genutzt werden, die übereinander angeordnet sind und die einen unterschiedlichen Schichtstress haben. Wie in den 3 a-c gezeigt kann in günstiger Weise beispielsweise die Funktionsschicht 30 und die Stressschicht 31 in einem Balken kombiniert werden, wodurch diese Balken sich verbiegt. Andere Schichtsysteme zum Eintrag von mechanischem Stress und definierten Verbiegen eines Balkens sind möglich.
Derartige Vorspannungen weisen meist eine große Schwankung auf und haben oft auch eine starke Temperaturabhängigkeit. Um zu vermeiden, dass diese Schwankungen einen Einfluss auf das Schaltverhalten des Relais haben, ist die Struktur in diesem Ausführungsbeispiel bevorzugt derart stark konstruiert, dass sie eine maximale Auslenkung niemals erreicht, und immer über ein Anschlagselement 32 in der Auslenkung begrenzt ist. Das derart ausgelenkte Element mit Vorauslenkung wird über eine weiches Federelement 33 mit der Wippe gekoppelt. Über das weiche Federelement kann damit gezielt die auf die Wippe ausgewirkte Kraft definiert werden, so dass die Wippe mit definierter Kraft in den ausgeschalteten Zustand gebracht werden kann und auch beim Einschaltvorgang eine definierte Kraft auf die Wippe wirkt.
Die hier beschriebe Anordnung hat den Vorteil, dass sie genau zwei wohl definierte Schaltzustände hat und der Aus-Zustand, der nahezu kein Übersprechen hat, nicht durch ein aktives Anlegen eines Potentials an eine Elektrode erreicht wird, sondern sich im Ruhezustand automatisch einstellt.
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Die 4 a und b zeigen schematisch in Draufsicht und einem Schnitt ein erfindungsgemäßes mikromechanisches Relais mit einem elektrischen Bezugspotential in einem dritten Ausführungsbeispiel mit einer Abschirmung.
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4 a zeigt in teildurchlässiger Draufsicht ein erfindungsgemäßes mikromechanisches Relais ähnlich dem ersten Ausführungsbeispiel, jedoch mit einer flächigen Zusatzstruktur, einer Abschirmung 40. Die Abschirmung ist dabei zwischen der festen ersten Kontaktfläche 110 und der festen weiteren Kontaktfläche 115 angeordnet, um das direkte Übersprechen zwischen diesen feststehenden Doppelkontakten zu vermeiden. Die Abschirmung soll dazu ein definiertes elektrisches Potential aufweisen.
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4 b zeigt schematisch das erfindungsgemäße Relais in einem Schnitt B längs der Wippe 10 durch den elektrischen Leiter 18.Um ein Übersprechen möglichst gut zu unterdrücken, ist es günstig die Abschirmung mindestens mit einer Breite 44 auszuführen, die gleich dem Abstand 42 zur darüberliegenden beweglichen zweiten Kontaktfläche 120 bei geöffnetem ersten Arbeitskontakt 100 ist oder größer.
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Besonders günstig ist dabei, wenn die Abschirmung 40 zwischen den beiden feststehenden Kontaktflächen 110, 115 etwas tiefer liegt. Dies kann entweder bewerkstelligt werden, indem die Abschirmung auf gleicher Ebene liegt, wie die benachbarten Kontaktflächen, aber eine geringere Schichtdicke aufweist. Oder die Abschirmung ist in Richtung des Substrats 1 in die erste Isolationsschicht 8 eingelassen. Es muss nur sichergestellt werden, dass die Oberfläche der Abschirmung 40 gegenüber der Oberfläche der festen ersten Kontaktfläche 110 und der festen weiteren Kontaktfläche 115 zurückspringt. Damit entsteht beim Einschaltvorgang kein Kontakt zwischen der Abschirmung und der beweglichen zweiten Kontaktfläche 120. Damit lässt sich ein besonders kompakter Doppelkontakt erzeugen.
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Die 5 a und b zeigen schematisch in Draufsicht und einem Schnitt ein erfindungsgemäßes mikromechanisches Relais mit einem elektrischen Bezugspotential in einem vierten Ausführungsbeispiel mit einer Abschirmung und einer U-förmigen beweglichen zweiten Kontaktfläche.
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5 a zeigt in teildurchlässiger Draufsicht ein erfindungsgemäßes mikromechanisches Relais ähnlich dem ersten Ausführungsbeispiel, jedoch mit einer U-förmigen beweglichen zweiten Kontaktfläche 120. Gibt es keine Möglichkeit, oder ist es aufwendig eine Abschirmfläche 40 vorzusehen, die tiefer liegt als die feststehenden Kontaktflächen 110, 115, so kann der bewegliche Kontakt in U-Form um die Abschirmung zwischen den beiden feststehenden Kontakten gezogen werden. In Draufsicht überdecken sich die Abschirmfläche 40 und die bewegliche zweite Kontaktfläche 120 nicht. So wird beim Schließen des ersten Arbeitskontakts 100 ein elektrischer Kontakt zwischen Abschirmung und beweglicher zweiter Kontaktfläche vermieden.
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5 b zeigt schematisch das erfindungsgemäße Relais in einem Schnitt B längs der Wippe 10 durch den elektrischen Leiter 18. Die Abschirmung 40 ist offenbar von der beweglichen zweiten Kontaktfläche 120 ausgespart.
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6 zeigt schematisch im Schnitt ein erfindungsgemäßes mikromechanisches Relais mit einem elektrischen Bezugspotential in einem fünften Ausführungsbeispiel mit einer Kappe.
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In einem fertig verpackten Bauelement ist die oberflächen-mikromechanische Relais-Struktur immer mit einer Kappe bedeckt, um die bewegliche MEMS-Struktur vor Umwelteinflüssen zu schützen. Die Kappe ermöglicht es auch eine definierte Atmosphäre in die damit umhüllte Kaverne einzuschließen. Daneben kann die Kaverne aber noch weitere Funktionen übernehmen. Die Figur zeigt ein verkapptes mikromechanisches Relais mit einem mikromechanischen Schaltelement 10, welches als Hebel ausgeführt ist. Der Hebel ist mittels einer Aufhängefeder 11 befestigt. Die mikromechanischen Teile sind von einer Kappe 61 überdeckt. Über einem Substrat 1 auf einer ersten Isolationsschicht 8 sind in einer Leitschicht 68 eine feste erste Kontaktfläche 110 und eine erste Schaltelektrode 151 angeordnet. An einer Unterseite des Hebels, gegenüber der festen ersten Kontaktfläche ist eine zweite bewegliche Kontaktfläche 120 angeordnet. Sie bilden zusammen einen ersten Arbeitskontakt 100. An einer Innenseite der Kappe gegenüber dem Hebel sind eine feste dritte Kontaktfläche 210 und eine zweite Schaltelektrode 152 angeordnet. An einer Oberseite des Hebels, unmittelbar gegenüber der festen dritten Kontaktfläche ist eine vierte bewegliche Kontaktfläche 220 angeordnet. Sie bilden zusammen einen zweiten Arbeitskontakt 200. Der Hebel weist einen elektrischen Leiter 18 in Form einer Durchkontaktierung zwischen der Oberseite und der Unterseite auf, welche die bewegliche zweite Kontaktfläche 120 und die bewegliche vierte Kontaktfläche 220 elektrisch leitend miteinander verbindet. Die feste dritte Kontaktfläche 210 ist elektrisch leitend mit einem elektrischen Bezugspotential 300, beispielsweise einem Erdpotential verbunden.
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Die Schaltlogik entspricht der des in 2a gezeigten ersten Ausführungsbeispiels. Wenn der zweite Arbeitskontakt geschlossen ist, ist der erste Arbeitskontakt geöffnet und die bewegliche zweite Kontaktfläche ist auf Bezugspotential.
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Alternative Ausführungen sind möglich. Insbesondere können bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel der erste Arbeitskontakt und der zweite Arbeitskontakt vertausch werden. Entsprechend wäre dann das Massepotential, oder definierte elektrische Bezugspotential oder Erdpotential mit der festen Kontaktfläche über dem Substrat 1 auf der ersten Isolationsschicht 8 zu verbinden. Es ist eine günstige Möglichkeit, über dem Substrat in der Leitschicht 68 große Masseflächen anzuordnen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Substrat
- 2
- kapazitive Elektrode
- 3
- erste Kontaktfläche
- 4
- bewegliche Hebelstruktur
- 5
- zweite (bewegliche) Kontaktfläche
- 6
- Verankerung
- 7
- Arbeitskontakt
- 8
- erste Isolationsschicht
- 10
- mikromechanisches Schaltelement, Wippe
- 11
- Torsionsfeder
- 12
- Federverankerung
- 14
- zweite Isolationsschicht
- 18
- Leiterbahn
- 30
- mikromechanische Funktionsschicht
- 31
- Stressschicht
- 32
- Anschlagselement
- 33
- Federelement
- 34
- Krümmungselement
- 40
- Abschirmung
- 42
- Abstand
- 44
- Breite
- 61
- Kappe
- 68
- Leitschicht
- 100
- erster Arbeitskontakt
- 110
- feste erste Kontaktfläche
- 115
- feste weitere Kontaktfläche
- 120
- bewegliche zweite Kontaktfläche
- 151
- erste Schaltelektrode
- 152
- zweite Schaltelektrode
- 200
- zweiter Arbeitskontakt
- 205
- Ruhekontakt
- 210
- feste dritte Kontaktfläche
- 220
- bewegliche vierte Kontaktfläche
- 300
- elektrisches Bezugspotential
