DE60113233T2 - Elektronisch schaltendes bistabiles mikro-relais und verfahren zu seinem betrieb - Google Patents

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Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Relais. Spezieller betrifft die vorliegende Erfindung magnetische Mikroverriegelungsrelais mit niedrigem Energieverbrauch sowie Verfahren für die Herstellung und den Betrieb magnetischer Mikrorelais.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Relais stellen typischerweise elektrische gesteuert Einrichtungen mit zwei Zuständen dar, die elektrische Kontakte öffnen und schließen, um den Betrieb von Einrichtungen in einer elektrischen Schaltung zu bewirken. Anders ausgedrückt, arbeiten Relais typischerweise als Schalter, welche Abschnitte einer elektrischen, optischen oder anderen Einrichtung aktivieren oder deaktivieren. Relais werden üblicherweise in zahlreichen Anwendungen eingesetzt, einschließlich Telekommunikation, Funkfrequenzkommunikation (RF-Kommunikation), tragbare Elektronikgeräte, Unterhaltungselektronik und industrielle Elektronik, Luft- und Raumfahrt, und andere Systeme.
  • Obwohl die ersten Relais mechanische oder Festkörpereinrichtungen waren, haben kürzliche Entwicklungen der Technologien mikroelektrischer mechanischer Systeme (MEMS) und der Mikroelektronikherstellung mikro-elektrostatische und mikro-magnetische Relais ermöglicht. Derartige magnetische Mikrorelais weisen typischerweise einen Elektromagneten auf, die einen Anker mit Energie versorgen, um einen elektrischen Kontakt herzustellen oder zu unterbrechen. Wenn der Magnet nicht mit Energie versorgt wird, stellt eine Feder oder eine andere mechanische Kraft typischerweise den Anker auf eine Ruhelage zurück. Derartige Relais weisen typischerweise eine Anzahl deutlicher Nachteile auf, da sie üblicherweise nur eine einzelne stabile Ausgangsgröße aufweisen (also den Ruhezustand), und sich nicht verriegeln (also keine konstante Ausgangsgröße aufrechterhalten, wenn die Energieversorgung von dem Relais getrennt wird). Darüber hinaus kann die Feder, die bei herkömmlichen magnetischen Mikrorelais erforderlich ist, im Verlauf der Zeit ihre Eigenschaften verschlechtern oder brechen.
  • Ein anderes magnetisches Mikrorelais ist im US-Patent Nr. 5,847,631 beschrieben, das am 08. Dezember 1998 an Taylor et al. erteilt wurde. Das in diesem Dokument geschilderte Relais weist einen Permanentmagneten und einen Elektromagneten zur Erzeugung eines Magnetfeldes auf, das intermittierend dem von dem Permanentmagneten erzeugten Feld entgegenwirkt. Obwohl dieses Relais angeblich bistabil ist, benötigt das Relais Energieverbrauch in dem Elektromagneten, um zumindest einen seiner Ausgangszustände aufrecht zu er halten. Weiterhin ist die zur Erzeugung des entgegengesetzten Feldes erforderliche Leistung signifikant, so dass das Relais ungeeignet zum Einsatz in der Raumfahrt, bei tragbaren Elektronikgeräten, und anderen Anwendungen wird, die einen geringen Energieverbrauch benötigen.
  • Daher ist ein bistabiles, verriegelndes Relais erwünscht, das keine Energie zum Halten der Zustände benötigt. Ein derartiges Relais sollte weiterhin verlässlich sein, eine einfache Konstruktion aufweisen, kostengünstig, und einfach herzustellen sein.
  • Das Dokument EP-A-1093141, veröffentlicht am 18.04.2001, beschreibt ein verriegelndes MEMS-Mikrorelais, welches magnetische Stellglieder verwendet. Das Dokument US-A-5475353 beschreibt eine magnetische Mikroverriegelungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung ist ein Relais geeignet so ausgebildet, dass es einen offenen Zustand und einen geschlossenen Zustand aufweist. Das Relais wird dadurch betätigt, dass ein Ausleger vorgesehen wird, der auf Magnetfelder reagiert, so dass der Ausleger einen ersten Zustand entsprechend dem offenen Zustand des Relais und einen zweiten Zustand entsprechend dem geschlossenen Zustand des Relais aufweist. Ein erstes Magnetfeld kann dazu vorgesehen sein, ein magnetisches Drehmoment in dem Ausleger zu induzieren, und der Ausleger kann zwischen dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand durch ein zweites Magnetfeld umgeschaltet werden, das beispielsweise von einem Leiter erzeugt werden kann, der auf einem Substrat zusammen mit dem Relais vorgesehen ist.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGSFIGUREN
  • Die voranstehenden und weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden nachstehend in der folgenden, detaillierten Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen erläutert, die zusammen mit den beigefügten Zeichnungsfiguren gelesen werden sollen, in welche gleiche Bezugszeichen zur Bezeichnung gleicher oder ähnlicher Teile in den verschiedenen Ansichten verwendet werden, und
  • 1A eine Seitenansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines Verriegelungsrelais ist;
  • 1B eine Aufsicht einer beispielhaften Ausführungsform eines Verriegelungsrelais ist;
  • 2A–H Seitenansichten sind, die ein beispielhaftes Verfahren zur Herstellung eines Verriegelungsrelais zeigen;
  • 3A eine Seitenansicht einer zweiten beispielhaften Ausführungsform eines Verriegelungsrelais ist;
  • 3B eine Aufsicht auf eine zweite beispielhafte Ausführungsform eines Verriegelungsrelais ist;
  • 3C eine Perspektivansicht eines beispielhaften Auslegers ist, der zum Einsatz bei der zweiten beispielhaften Ausführungsform eines Verriegelungsrelais geeignet ist;
  • 4A eine Seitenansicht einer dritten beispielhaften Ausführungsform eines Verriegelungsrelais ist;
  • 4B eine Aufsicht auf eine dritte beispielhafte Ausführungsform eines Verriegelungsrelais ist;
  • 4C und 4D Perspektivansichten beispielhafter Ausleger sind, die zum Einsatz bei der dritten beispielhaften Ausführungsform eines Verriegelungsrelais geeignet sind; und
  • 5 eine Seitenansicht einer vierten beispielhaften Ausführungsform eines Verriegelungsrelais ist.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Zum Zwecke der Kürze kann es sein, dass herkömmliche Elektronik, Herstellung, MEMS-Technologie und andere funktionelle Aspekte der Systeme (und Bauteile der einzelnen Betriebsbauteile der Systeme) hier nicht im einzelnen beschrieben werden. Weiterhin wird zum Zwecke der Kürze die Erfindung häufig hier so beschrieben, dass sie ein mikroelektronisch bearbeitetes Relais zum Einsatz bei elektrischen oder elektronischen Systemen betrifft. Es wird darauf hingewiesen, dass zahlreiche andere Herstellungsverfahren dazu verwendet werden könnten, die hier beschriebenen Relais zu erzeugen, und dass die hier beschriebenen Vorgehensweisen bei mechanischen Relais, optischen Relais oder jeder anderen Schalteinrichtung eingesetzt werden können. Weiterhin sind die Vorgehensweisen geeignet zum Einsatz bei elektrischen Systemen, optischen Systemen, der Unterhaltungselektronik, der Industrieelektronik, bei drahtlosen Systemen, bei Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt, oder anderen Anwendungen. Weiterhin wird darauf hingewiesen, dass die Beschreibungen räumlicher Verhältnisse hier nur zum Zwecke der Erläuterung erfolgen, und dass Verriegelungsrelais in der Praxis räumlich in jeder Orientierung oder Art und Weise angeordnet sein können. Auch Arrays aus diesen Relais können dadurch ausgebildet werden, dass sie auf geeignete Arten und Weisen und mit geeigneten Einrichtungen verbunden werden.
  • Ein Verriegelungsrelais
  • Die 1A und 1B sind eine Seitenansicht bzw. Aufsicht eines Verriegelungsrelais. Wie aus den 1A und 1B hervorgeht, weist ein beispielhaftes Verriegelungsrelais 100 einen Magneten 102 auf, ein Substrat 104, eine Isolierschicht 106, die einen Leiter 114 aufnimmt, einen Kontakt 108, und einen Ausleger 112, der oberhalb des Substrats durch eine Stegschicht 110 angeordnet ist.
  • Der Magnet 102 ist jede Art eines Magneten, beispielsweise ein Permanentmagnet, ein Elektromagnet, oder jede andere Art eines Magneten, der ein Magnetfeld H0 134 erzeugen kann, wie dies nachstehend genauer erläutert wird. Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist der Magnet 102 ein Magnet des Modells 59-P09213T001, erhältlich von der Dexter Magnetic Technologies Corporation in Fremont, Kalifornien, obwohl selbstverständlich auch andere Arten von Magneten verwendet werden könnten. Das Magnetfeld 134 kann auf jede Art und Weise erzeugt werden, so von etwa 80 Ampere-Windungen/Meter (A/m) bis 800 kA/m (ein Oersted bis 104 Oersted). Bei der in 1 gezeigten, beispielhaften Ausführungsform kann das Magnetfeld H0 134 annähernd parallel zur Z-Achse erzeugt werden, und mit einer Stärke in der Größenordnung von etwa 29,6 kA/m (370 Oersted), obwohl andere Ausführungsformen andere Orientierungen und Stärken des Magnetfeldes 134 einsetzen. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann ein einzelner Magnet 102 zusammen mit einer Anzahl an Relais 100 eingesetzt werden, die sich ein gemeinsames Substrat 104 teilen.
  • Das Substrat 104 ist aus jeder Art von Substratmaterial hergestellt, beispielsweise Silizium, Galliumarsenid, Glas, Kunststoff, Metall oder jedem anderen Substratmaterial. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann das Substrat 104 mit einem Isoliermaterial (beispielsweise einem Oxid) beschichtet sein, und eingeebnet oder auf andere Art und Weise flach ausgebildet sein. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann sich eine Anzahl an verriegelnden Relais 100 ein einzelnes Substrat 104 teilen. Alternativ können andere Einrichtungen (beispielsweise Transistoren, Dioden, oder andere elektronische Einrichtungen) auf dem Substrat 104 zusammen mit einem oder mehreren Relais 100 vorgesehen sein, unter Verwendung beispielsweise herkömmlicher Herstellungsverfahren für integrierte Schaltungen. Alternativ kann der Magnet 102 als ein Substrat verwendet werden, und können dann die zusätzlichen Bauteile, die nachstehend erläutert werden, direkt auf dem Magneten 102 ausgebildet werden. Bei derartigen Ausführungsformen kann ein getrenntes Substrat 104 nicht erforderlich sein.
  • Die Isolierschicht 106 wird aus jedem Material wie beispielsweise Oxid oder einem anderen Isolator hergestellt. Bei einer beispielhaften Ausführungsform besteht die Isolierschicht aus dem Material Probimid 7510. Die Isolierschicht 106 nimmt in geeigneter Weise den Leiter 114 auf. Der Leiter 114 ist in den 1A und 1B als einzelner Leiter dargestellt, der zwei Enden 126 und 128 aufweist, die in einem Spulenmuster angeordnet sind. Alternative Ausführungsformen des Leiters 114 verwenden einzelne oder mehrere leitende Segmente, die in irgendeinem geeigneten Muster angeordnet sind, beispielsweise einem Mäandermuster, einem Serpentinenmuster, einem statistischen Muster, oder in jedem anderen Muster. Der Leiter 114 ist aus jedem Material hergestellt, welches elektrischen Strom leiten kann, beispielsweise Gold, Silber, Kupfer, Aluminium, Metall oder dergleichen. Wenn der Leiter 114 elektrischen Strom leitet, wird ein Magnetfeld um den Leiter 114 herum erzeugt, wie dies nachstehend genauer erläutert wird.
  • Der Ausleger 112 ist jeder Anker, Fortsatz, Kragarm oder jedes Teil, der bzw. das durch eine magnetische Kraft beeinflusst werden kann. Bei der in 1A gezeigten Ausführungsform weist der Ausleger 112 eine magnetische Schicht 118 und eine leitende Schicht 120 auf. Die magnetische Schicht 118 kann aus Permalloy (beispielsweise einer NiFe-Legierung) oder jedem anderen, magnetisch empfindlichen Material bestehen. Die leitende Schicht 120 kann aus Gold, Silber, Kupfer, Aluminium, Metall oder jedem anderen leitenden Material hergestellt sein. Bei verschiedenen Ausführungsformen weist der Ausleger 112 zwei Zustände auf, die dem entsprechen, ob das Relais 100 "offen" oder "geschlossen" ist, wie dies nachstehend genauer erläutert wird. Bei vielen Ausführungsformen wird das Relais 100 als "geschlossen" bezeichnet, wenn eine leitende Schicht 120 die Stegschicht 110 mit dem Kontakt 108 verbindet. Im Gegensatz hierzu kann das Relais als "offen" bezeichnet werden, wenn der Ausleger 112 nicht in elektrischem Kontakt mit dem Kontakt 108 steht. Da sich der Ausleger 112 körperlich in Kontakt und außer Kontakt mit bzw. von dem Kontakt 108 bewegen kann, ist bei verschiedenen Ausführungsformen des Auslegers 112 dieser flexibel, so dass sich der Ausleger 112 geeignet biegen kann. Flexibilität kann dadurch erzeugt werden, dass die Dicke des Auslegers (oder seiner verschiedenen Schichtbestandteile) variiert wird, durch Musterbildung oder Herstellung von Löchern oder Schlitten in dem Ausleger auf andere Art und Weise, oder durch Verwendung immer flexiblerer Materialien. Alternativ kann der Ausleger 112 als eine "scharnierartig angelenkte" Anordnung ausgebildet werden, beispielsweise jene, die nachstehend im Zusammenhang mit 3 beschrieben wird.
  • Obwohl sich selbstverständlich die Abmessungen des Auslegers 112 dramatisch ändern können, von Implementierung zu Implementierung, kann ein beispielhafter Ausleger 112, der zum Einsatz in einem magnetischen Mikrorelais 100 geeignet ist, eine Länge in der Größenordnung von 10–1000 Mikrometer aufweisen, eine Dicke von 1–40 Mikrometer, und eine Breite von 2–600 Mikrometer. So kann beispielsweise ein beispielhafter Ausleger gemäß der in 1 gezeigten Ausführungsform Abmessungen von etwa 600 Mikrometer × 10 Mikrometer aufweisen, oder von 1000 Mikrometer × 600 Mikrometer × 25 Mikrometer, oder irgendwelche anderen, geeigneten Abmessungen.
  • Der Kontakt 108 und die Stegschicht 110 werden in geeigneter Art und Weise auf der Isolierschicht 106 aufgebracht. Bei verschiedenen Ausführungsformen lagert die Stegschicht 110 den Ausleger 112 oberhalb der Isolierschicht 106, wobei ein Spalt 116 geschaffen wird, der sich unter Vakuum befinden kann, oder mit Luft oder einem anderen Gas oder einer Flüssigkeit wie beispielsweise Öl gefüllt werden kann. Obwohl sich die Größe des Spaltes 116 stark bei unterschiedlichen Implementierungen ändert, kann ein beispielhafter Spalt 116 in der Größenordnung von 1–100 Mikrometer liegen, beispielsweise etwa 20 Mikrometer. Der Kontakt 108 kann den Ausleger 112 empfangen, wenn sich das Relais 100 im geschlossenen Zustand befindet, wie nachstehend geschildert. Der Kontakt 108 und die Stegschicht 110 können aus jedem leitenden Material hergestellt sein, beispielsweise Gold, eine Goldlegierung, Silber, Kupfer, Aluminium, Metall oder dergleichen. Bei verschiedenen Ausführungsformen werden der Kontakt 108 und die Stegschicht 110 aus gleichen leitenden Materialien hergestellt, und wird das Relais als "geschlossen" angesehen, wenn der Ausleger 112 eine Schaltung zwischen der Stegschicht 110 und dem Kontakt 108 schließt. Andere Ausführungsformen verwenden unterschiedliche Ausbildungen des Kontakts 108 und der Stegschicht 110, beispielsweise jene, die nachstehend im Zusammenhang mit den 3 und 4 erläutert werden. Bei bestimmten Ausführungsformen, bei welchen der Ausleger 112 keinen elektrischen Strom leitet, kann die Stegschicht 110 aus einem nicht leitenden Material hergestellt sein, beispielsweise aus Probimid-Material, Oxid, oder jedem anderen Material. Alternativ kann bei alternativen Ausführungsformen die Stegschicht 110 nicht erforderlich sein, falls der Ausleger 112 auf andere Art und Weise oberhalb der Isolierschicht 106 gelagert wird.
  • Arbeitsprinzip
  • Bei einem breiten Aspekt der Erfindung erzeugt der Magnet 102 ein Magnetfeld H0 134, das eine Magnetisierung (m) im Ausleger 112 induziert.
  • Die Magnetisierung erzeugt auf geeignete Art und Weise ein Drehmoment, das auf den Ausleger 112 einwirkt, und den Ausleger 112 zum Kontakt 108 oder weg vom Kontakt 108 zwingt, abhängig von der Richtung der Magnetisierung, wodurch das Relais 100 in einen offenen oder geschlossenen Zustand versetzt wird. Die Richtung der Magnetisierung im Ausleger 112 kann durch ein zweites Magnetfeld eingestellt werden, das vom Leiter 114 in geeigneter Art und Weise erzeugt wird, wie dies nachstehend genauer erläutert wird.
  • Wie ebenfalls aus den 1A und 1B hervorgeht, kann das Magnetfeld H0 134 durch den Magneten 102 hauptsächlich in Richtung parallel zur Z-Achse angelegt werden, so dass das Feld senkrecht zur primären Abmessung (beispielsweise der Länge) des Auslegers 112 verläuft. Das Magnetfeld 134 induziert in geeigneter Weise eine Magnetisierung im Ausleger 112, der aus weich magnetischem Material bestehen kann. Infolge der Geometrie des Auslegers 112 richtet sich die Magnetisierung im Ausleger 112 geeignet entlang der Längsachse des Auslegers aus, welche die Länge des Auslegers 112 (parallel zur X-Achse) in 1 ist.
  • Die Orientierung der Magnetisierung im Ausleger 112 hängt geeignet von dem Winkel (Alpha) zwischen dem angelegten Magnetfeld 134 und der Längsachse des Auslegers 112 ab. Im Einzelnen zeigt, wenn der Winkel (Alpha) kleiner ist als 90 Grad, das magnetische Moment (m) im Ausleger 112 vom Ende 130 des Auslegers 112 zum Ende 132. Die Wechselwirkung zwischen dem magnetischen Moment und dem Magnetfeld H0 134 erzeugt daher ein Drehmoment in Gegenuhrzeigerrichtung um das Ende 130 des Auslegers 112, welches das Ende 132 nach oben bewegt, in geeigneter Art und Weise, wodurch die Schaltung zwischen der Stegschicht 110 und dem Kontakt 108 unterbrochen wird. Im Gegensatz hierzu zeigt, wenn der Winkel (Alpha) größer ist als 90 Grad, das magnetische Moment (m) im Ausleger 112 vom Ende 132 zum Ende 130, wodurch ein Drehmoment in Uhrzeigerrichtung um das Ende 130 erzeugt wird. Das Drehmoment im Uhrzeigersinn bewegt das Ende 132 nach unten, um die Schaltung zwischen der Stegschicht 110 und dem Kontakt 108 zu schließen. Da sich die Magnetisierung (m) des Auslegers 112 nicht ändert, es sei denn, es änderte sich der Winkel (Alpha) zwischen der Längsachse des Auslegers 112 und dem angelegten Magnetfeld 134, bleibt das angelegte Drehmoment bestehen, bis eine externe Störung einwirkt. Das elastische Drehmoment des Auslegers oder ein Anschlag (beispielsweise der Kontakt) gleicht das angelegte magnetische Drehmoment aus, und daher weist das Relais 100 zwei stabile Zustände entsprechend der Aufwärts- bzw. der Abwärtsposition des Auslegers 112 auf (und daher entsprechend dem offenen bzw. geschlossenen Zustand des Relais 100).
  • Das Schalten wird durch jedes geeignete Schaltverfahren erzielt. Bei einer beispielhaften Ausführungsform wird das Schalten dadurch erreicht, dass ein zweites Magnetfeld erzeugt wird, das eine Komponente entlang der Längsachse des Auslegers 112 aufweist, und das stark genug ist, um die Magnetisierung (m) des Auslegers 112 zu beeinflussen. Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform ist die relevante Komponente des zweiten Magnetfeldes die Komponente des Feldes entlang der X-Achse. Da die Stärke des zweiten Magnetfeldes entlang der Längsachse des Auslegers 112 hauptsächlich von Interesse ist, ist die Gesamtstärke des zweiten Magnetfeldes typischerweise signifikant niedriger als die Stärke des Magnetfeldes 134 (obwohl selbstverständlich Felder jeder Stärke in verschiedenen Ausführungsformen eingesetzt werden könnten). Ein beispielhaftes, zweites Magnetfeld kann in der Größenordnung von 1,6 kA/m (20 Oersted) liegen, obwohl selbstverständlich stärkere oder schwächere Felder bei anderen Ausführungsformen eingesetzt werden könnten.
  • Das zweite Magnetfeld kann beispielsweise durch einen Magneten erzeugt werden, beispielsweise einen elektronisch gesteuerten Elektromagneten. Alternativ kann das zweite Magnetfeld durch Hindurchleiten eines Stroms durch den Leiter 114 erzeugt werden. Wenn Strom durch den Leiter 114 hindurchgeht, wird ein Magnetfeld entsprechend einer "Dreifingerregel" erzeugt. So erzeugt beispielsweise ein Strom, der vom Punkt 126 zum Punkt 128 auf dem Leiter 114 (1B) fließt, typischerweise ein Magnetfeld "in" das Zentrum der dargestellten Spule, entsprechend den Feldpfeilen 122 in 1A. Im Gegensatz hierzu erzeugt ein vom Punkt 128 zum Punkt 126 in 1 fließender Strom ein Magnetfeld, welches "aus" dem Zentrum der dargestellten Spule fließt, entsprechend den gestrichelten Feldpfeilen 124 in 1A. Das Magnetfeld kann eine Schleife um den Leiter 114 bilden, auf eine Art und Weise, die ebenfalls in 1A gezeigt ist, so dass eine horizontale (X) Komponente des Magnetfeldes auf den Ausleger 112 einwirkt.
  • Durch Ändern der Richtung des Stroms oder Stromimpulses, der im Leiter 114 fließt, kann dann die Richtung des zweiten Magnetfeldes je nach Wunsch geändert werden. Durch Ändern der Richtung des zweiten Magnetfeldes kann die Magnetisierung des Auslegers 112 beeinflusst werden, und kann das Relais 100 geeignet offen oder geschlossen geschaltet werden. Liegt beispielsweise das zweite Magnetfeld in Richtung der Feldpfeile 122, so zeigt die Magnetisierung des Auslegers 112 zum Ende 130 hin. Diese Magnetisierung erzeugt ein Drehmoment im Uhrzeigersinn um das Ende 130, welches den Ausleger 112 in einen Zustand "abwärts" versetzt, der geeignet das Relais 100 schließt. Im Gegensatz hierzu zeigt, wenn das zweite Magnetfeld in Richtung der gestrichelten Feldpfeile 124 liegt, die Magnetisierung des Auslegers 112 zum Ende 132 hin, und wird ein Drehmoment im Gegenuhrzeigersinn erzeugt, welches den Ausleger 112 in einen Zustand "aufwärts" versetzt, der geeignet das Relais 100 öffnet. Der Zustand "aufwärts" oder "abwärts" des Auslegers 112 (und daher der Zustand "offen" oder "geschlossen" des Relais 100) kann daher durch Steuern des Stroms eingestellt werden, der durch den Leiter 114 fließt. Da die Magnetisierung des Auslegers 112 ohne äußere Störungen konstant bleibt, kann das zweite Magnetfeld in Form von "Impulsen" oder auf andere Art und Weise intermittierend angelegt werden, wie dies erforderlich ist, um das Relais zu schalten. Wenn das Relais keine Änderung des Zustands erfordert, kann die Energieversorgung für den Leiter 114 abgeschaltet werden, wodurch ein bistabiles, verriegelndes Relais 100 geschaffen wird, ohne Energieverbrauch in Ruhezuständen. Ein derartiges Relais ist gut geeignet für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt, bei tragbaren Elektronikgeräten, und dergleichen.
  • Herstellung eines verriegelnden Relais
  • 2 enthält eine Anzahl an Seitenansichten, die ein beispielhaftes Verfahren zur Herstellung eines verriegelnden Relais 100 zeigen. Es wird darauf hingewiesen, dass der hier geschilderte Prozess nur als ein Beispiel für eines der zahlreichen Verfahren dient, die zur Herstellung eines verriegelnden Relais 100 eingesetzt werden könnten.
  • Ein beispielhafter Herstellungsprozess beginnt geeignet durch Bereitstellung eines Substrats 102, welches eine wahlweise Isolierschicht benötigen kann. Wie voranstehend erwähnt, kann jedes Substratmaterial dazu verwendet werden, ein verriegelndes Relais 100 zu erzeugen, so dass die Isolierschicht beispielsweise dann nicht erforderlich ist, wenn ein isolierendes Substrat verwendet wird. Bei Ausführungsformen, welche eine Isolierschicht enthalten, kann die Schicht eine Schicht aus Siliziumdioxid (SiO2) oder einem anderen Isoliermaterial sein, die eine Dicke in der Größenordnung von 100 nm (1000 Angström) aufweist. Wiederum können das als Isoliermaterial ausgewählte Material und die Dicke der Schicht in Abhängigkeit von der speziellen Implementierung verschieden sein.
  • Wie in 1A gezeigt, wird der Leiter 114 in geeigneter Art und Weise auf dem Substrat 104 ausgebildet. Der Leiter 114 kann durch jedes Verfahren wie Ablagerung (beispielsweise Elektronenstrahlablagerung), Ver dampfung, Plattieren mit und ohne Strom, oder dergleichen hergestellt werden. Bei verschiedenen Ausführungsformen wird der Leiter 114 mit einem Spulenmuster ausgebildet, ähnlich jenem, das in 1 gezeigt ist. Alternativ wird der Leiter 114 mit einem Muster in Form einer Linie, einer Serpentine, eines Kreises, eines Mäanders, oder in Form eines statistischen Musters hergestellt. Eine Isolierschicht 106 kann durch Schleudern oder auf andere Art und Weise auf das Substrat 104 und den Leiter 114 aufgebracht werden, wie in 2B gezeigt. Die Isolierschicht 106 kann als eine Schicht aus Photoresist, Siliziumdioxid, Materialprobimid-7510, oder jedem anderen Isoliermaterial aufgebracht werden, welches die oberen Einrichtungen elektrisch isolieren kann. Bei verschiedenen Ausführungsformen wird die Oberfläche des Isoliermaterials durch jedes Verfahren eingeebnet, beispielsweise chemisch-mechanisches Einebnen (CMP).
  • Kontaktanschlussflächen 108 und 110 können auf der Isolierschicht 106 durch jedes Verfahren wie Photolithografie, Ätzen oder dergleichen ausgebildet werden (2C). Die Anschlussflächen 108 und 100 können dadurch ausgebildet werden, dass eine oder mehrere Schichten aus leitfähigem Material auf der Isolierschicht 106 abgelagert werden, und dann die Anschlussflächen beispielsweise durch Nassätzen mit einem Muster versehen werden. Bei einer beispielhaften Ausführungsform weisen die Anschlussflächen 108 und 110 geeignet eine erste Schicht aus Chrom (zur Verbesserung der Haftung an der Isolierschicht 106) und eine zweite Schicht aus Gold, Silber, Kupfer, Aluminium, oder einem anderen leitenden Material auf. Zusätzliche Metallschichten können den Kontakten hinzugefügt werden, durch Plattierungsverfahren mit und ohne Strom, um die Verlässlichkeit der Kontakte zu verbessern, und den Widerstand zu verringern.
  • Wie in 2D gezeigt, können die Kontaktanschlussflächen 108 und 110 geeignet mit einer Schicht aus Photoresist, Aluminium, Kupfer, oder einem anderen Material zur Ausbildung einer Opferschicht 202 abgedeckt werden. Eine Öffnung 106 in der Opferschicht 202 über den Ausleger-Basisbereichen kann durch Photolithografie, Ätzen oder einen anderen Prozess festgelegt werden. Der Ausleger 106 kann durch Ablagern, Sputtern, oder Anordnen auf andere Art und Weise einer oder mehrerer Schichten eines Materials oben auf der Opferschicht 202, die sich über die Öffnung 206 erstrecken, wie in 2E gezeigt, hergestellt werden. Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann eine Basisschicht 204 aus Chrom oder einem anderen Material auf der Opferschicht 202 zur Verbesserung der Haftung angeordnet werden, und können eine oder mehrere leitfähige Schichten 120 e benfalls ausgebildet werden. Die Schichten 204 und 120 können beispielsweise durch Ablagerung, an welche sich chemisches oder mechanisches Ätzen anschließt, ausgebildet werden. Die Schicht 120 kann dadurch verdickt werden, dass eine andere Leiterschicht (beispielsweise aus Gold, einer Goldlegierung, usw.) durch Plattierungsverfahren mit oder ohne Strom hinzugefügt wird. Der Ausleger 112 wird weiterhin dadurch ausgebildet, dass durch Plattieren mit Strom oder Anbringen auf andere Art und Weise eine Schicht 118 aus Permalloy (beispielsweise NiFe-Permalloy) oben auf der leitenden Schicht 120 ausgebildet wird, wie in 2F gezeigt. Die Dicke der Permalloy-Schicht 118 kann dadurch gesteuert werden, dass der Strom und die Zeit beim Plattieren mit Strom geändert werden. Plattieren mit Strom bei 0,02 Ampere pro Quadratzentimeter für einen Zeitraum von 60 Minuten, zum Beispiel, kann zu einer beispielhaften Permalloy-Schichtdicke von etwa 20 Mikrometer führen. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann eine zusätzliche Permalloy-Schicht 306 (gezeigt in 3) durch Plattieren unter Strom auf der Oberseite des Auslegers 112 ausgebildet werden, um das Reaktionsvermögen des Auslegers 112 gegenüber Magnetfeldern zu erhöhen.
  • Wie aus 2G hervorgeht, kann die Opferschicht 206 entfernt werden, beispielsweise durch nasses oder trockenes Ätzen (beispielsweise Sauerstoffplasma), um den Spalt 116 zwischen dem Ausleger 112 und der Isolierschicht 106 zu erzeugen. Bei verschiedenen Ausführungsformen wird die Haftschicht 204 geeignet durch mikromechanisches Ätzen oder eine andere Vorgehensweise entfernt, um das Relais 100 (2H) auszubilden. Das Relais 100 kann dann geschnitten werden, mit dem Magneten 102 (gezeigt in 1) versehen werden, oder je nach Erfordernis auf andere Art und Weise bearbeitet werden. Es wird darauf hingewiesen, dass der Permanentmagnet 102 auch direkt auf dem Substrat hergestellt werden kann, oben auf dem Ausleger, oder dass die Spule und der Ausleger direkt auf einem Permanentmagnetsubstrat hergestellt werden können.
  • Alternative Ausführungsformen verriegelnder Relais
  • Die 3 und 4 zeigen alternative Ausführungsformen von Verriegelungsrelais 100. Die 3A und 3B zeigen eine Seitenansicht bzw. Aufsicht einer alternativen Ausführungsform eines verriegelnden Relais, das einen um ein Scharnier drehbaren Ausleger 112 aufweist. Die Perspektive der 3A und 3B ist um 90 Grad in der X-Y-Ebene gegenüber der in den 1A und 1B gezeigten Perspektive gedreht, um die Einzelheiten des um ein Scharnier drehbaren Auslegers besser zu zeigen. Wie in den 3A und 3B gezeigt, weist ein um ein Scharnier drehbarer Ausleger 112 geeignet einen Strang oder mehrere Stränge 302 und 304 auf, die ein magnetisch empfindliches Teil 306 oberhalb der Isolierschicht 106 lagern. Das Teil 306 kann relativ dick (in der Größenordnung von etwa 50 Mikrometer) im Vergleich zu den Strängen 302 und 304 sein, die aus leitendem Material bestehen können. Wie bei den Relais 100, die voranstehend im Zusammenhang mit 1 erläutert wurden, können Relais 100 mit um ein Scharnier drehbaren Auslegern auf Magnetfelder reagieren, beispielsweise jene, die durch den Magneten 104 und den Leiter 114 erzeugt werden. Bei verschiedenen Ausführungsformen steht ein Strang, oder stehen beide Stränge 302 und 304, in elektrischer Verbindung mit der Kontaktanschlussfläche 108, wenn sich das Relais in einem "geschlossenen" Zustand befindet. Selbstverständlich kann jede Anzahl an Strängen verwendet werden. So kann beispielsweise ein einzelner Strang so hergestellt werden, dass er das Gesamtgewicht des Teils 306 lagert. Darüber hinaus können die Stränge an jedem Punkt auf dem Teil 306 angeordnet sein. Obwohl 3 die Stränge 302 und 304 in der Nähe des Zentrums des Teils 306 zeigt, können die Stränge in der Nähe des Endes des Teils 306 zum Kontakt 108 hin angeordnet sein, um das Drehmoment zu erhöhen, das von dem Magneten 102 erzeugt wird, zum Beispiel.
  • 3C ist eine Perspektivansicht eines beispielhaften Auslegers 112, der zur Verwendung bei den in den 3A und 3B gezeigten Ausführungsformen geeignet ist. Der Ausleger 112 weist geeignet das Teil 306 auf, das mit der leitenden Schicht 120 verbunden ist. Löcher 310 und/oder 312 können in der leitenden Schicht 120 vorgesehen sein, um die Flexibilität des Auslegers 112 zu verbessern, und wahlweise können Kontakthöcker 308 auf der Oberfläche der leitenden Schicht 120 so vorgesehen sein, dass sie in Kontakt mit dem Kontakt 108 gelangen. Die Stränge 302 und 304 (in 3C nicht gezeigt) können auf dem Ausleger 112 je nach Erfordernis an jedem Ort (beispielsweise im Zentrum der leitenden Schicht 120 oder an beiden Enden der leitenden Schicht 120) befestigt oder auf andere Art und Weise hergestellt sein. Alternativ können die Stränge aus nicht leitenden Materialien bestehen, und kann der Ausleger 112 einen leitenden Weg zwischen zwei getrennten Leitern zur Verfügung stellen, die gleichzeitig von dem Ausleger im geschlossenen Zustand berührt werden, wie dies nachstehend erläutert wird.
  • Die 4A und 4B sind eine Seitenansicht bzw. Aufsicht einer alternativen Ausführungsform eines verriegelnden Relais 100. Wie dort gezeigt, können verschiedene Ausführungsformen des Auslegers 112 nicht direkt elektrischen Strom von der Stegschicht 110 zum Kontakt 108 leiten. Bei der artigen Ausführungsformen kann ein leitendes Element 402 am Ausleger 112 angebracht sein, um auf geeignete Weise einen elektrischen Kontakt zwischen Kontakten 108 und 408 bereitzustellen, wenn sich das Relais 100 im "geschlossenen" Zustand befindet. Die 4C und 4D sind Perspektivansichten alternativer, beispielhafter Ausführungsformen des Auslegers 112. Bei derartigen Ausführungsformen kann der Ausleger 112 einen magnetisch empfindlichen Abschnitt 118 getrennt von einem leitenden Abschnitt 402 durch eine Isolierschicht 410 aufweisen, die beispielsweise ein dielektrischer Isolator sein kann. Wahlweise Kontakthöcker 308 können ebenfalls, wie dargestellt, auf dem leitenden Abschnitt 402 vorgesehen sein. Wenn sich der Ausleger 112 in einem Zustand entsprechend dem "geschlossenen" Zustand des Relais 100 befindet, kann Strom dem Weg folgen, der durch Pfeile 412 dargestellt ist, zwischen den Kontaktanschlussflächen 108 und 408, in geeigneter Art und Weise.
  • 5 ist eine Seitenansicht einer alternativen, beispielhaften Ausführungsform des Relais 100. Wie in 5 gezeigt, kann ein Relais 100 einen Magneten 102, ein Substrat 104 und einen Ausleger 112 wie voranstehend geschildert aufweisen (beispielsweise im Zusammenhang mit 1). Anstelle des Leiters 114 (oder zusätzlich zu diesem), der auf dem Substrat 104 vorgesehen ist, kann jedoch, wie gezeigt, der Leiter 114 auf einem zweiten Substrat 504 ausgebildet werden. Das zweite Substrat 504 kann jede Art von Substrat sein, beispielsweise Kunststoff, Glas, Silizium, oder dergleichen. Wie bei den voranstehend geschilderten Ausführungsformen kann der Leiter 114 je nach Erfordernis mit einer Isolierschicht 506 beschichtet sein. Zur Erzeugung eines Relais 100 können die verschiedenen Bauteile auf Substraten 104 und 504 ausgebildet werden, und können dann in geeigneter Art und Weise die Substrate ausgerichtet und positioniert werden. Die beiden Substrate 104 und 504 (und die verschiedenen, darauf vorgesehenen Bauteile) können voneinander durch Abstandsstücke wie beispielsweise Abstandsstücke 510 und 512 in 5 getrennt sein, die aus jedem Material hergestellt sein können.
  • Wie ebenfalls aus 5 hervorgeht, kann der Kontakt 108 auf der Isolierschicht 106 vorgesehen sein, wie voranstehend geschildert. Alternativ kann der Kontakt 508 auf dem zweiten Substrat 504 vorgesehen sein, wie in 5 gezeigt (selbstverständlich kann der Ausleger 112 so hergestellt sein, dass ein leitender Abschnitt des Auslegers 112 in Kontakt mit dem Kontakt 508 gelangt). Bei anderen Ausführungsformen können sowohl Kontakte 108 als auch 508 vorgesehen sein, so dass sich das Relais 100 in einem ers ten Zustand befindet, wenn der Ausleger 112 in Kontakt mit dem Kontakt 108 steht, in einem zweiten Zustand, wenn der Ausleger 112 in Kontakt mit dem Kontakt 508 steht, und/oder einem dritten Zustand, wenn der Ausleger 112 weder mit dem Kontakt 108 noch mit dem Kontakt 508 in Kontakt steht. Selbstverständlich kann das allgemeine Layout des Relais 100, dargestellt in 5, mit jedem der Verfahren und der Layouts kombiniert werden, die voranstehend beschrieben wurden, um neue Ausführungsform des Relais 100 zu schaffen.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass zahlreiche andere Ausführungsformen hergestellt werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. So kann beispielsweise dadurch ein Umschaltrelais geschaffen werden, das ein zusätzlicher Kontakt 108 vorgesehen wird, der in Kontakt mit dem Ausleger 112 gelangt, wenn sich der Ausleger in seinem geöffneten Zustand befindet. Entsprechend können verschiedene Topografien und Geometrien des Relais 100 dadurch erzeugt werden, dass das Layout der verschiedenen Bauteile variiert wird (beispielsweise der Anschlussflächen 108 und 110 und des Auslegers 112).
  • Der Umfang der Erfindung soll durch die beigefügten Patentansprüche anstatt durch die voranstehend gegebenen Beispiele bestimmt werden.

Claims (20)

  1. Magnetische Mikro-Verriegelungseinrichtung (100), mit einem Substrat (104), einem von dem Substrat gelagerten beweglichen Element (112) mit einer Längsachse, und einem ersten Permanentmagneten (102), der ein erstes Magnetfeld (134) produziert, das eine Magnetisierung in dem magnetischen Material induziert; dadurch gekennzeichnet, dass das bewegliche Element aus einem magnetischen Material gemacht ist und die Magnetisierung einen Magnetisierungsvektor hat, der entlang der Längsachse des beweglichen Elements zeigt, wobei das erste Magnetfeld (134) ungefähr rechtwinklig zu der Längsachse ist, und weiter gekennzeichnet durch einen Leiter (114), der eine Spule aufweist, die ein zweites Magnetfeld (122, 124) produziert, um das beweglichen Element zwischen zwei stabilen Umständen umzuschalten, wobei ein temporärer Strom durch den Leiter das zweite Magnetfeld so produziert, dass eine Komponente des zweiten Magnetfelds parallel zu der Längsachse die Richtung des Magnetisierungsvektors verändert, um so das bewegliche Element (112) zwischen den beiden stabilen Zuständen umzuschalten.
  2. Verriegelungseinrichtung nach Anspruch 1, bei welcher das bewegliche Element (112) durch eine von dem Substrat (104) gelagerte Stegschicht (110) gelagert ist.
  3. Verriegelungseinrichtung nach Anspruch 1, bei welcher das bewegliche Element (112) mittels eines von dem Substrat gelagerten Scharniers gelagert ist.
  4. Verriegelungseinrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der Leiter (114) einen Elektromagneten aufweist.
  5. Verriegelungseinrichtung nach Anspruch 4, bei welcher der Elektromagnet eine Spule aufweist.
  6. Verriegelungseinrichtung nach Anspruch 5, bei welcher die Spule auf dem Substrat ausgebildet ist.
  7. Verriegelungseinrichtung nach Anspruch 1, bei welcher das bewegliche Element (112) einen mittels eines Scharniers an dem Substrat (104) gelagerten Ausleger aufweist.
  8. Verriegelungseinrichtung nach Anspruch 7, bei welcher das Scharnier den Ausleger ungefähr in der Mitte entlang seiner Längsachse lagert.
  9. Verriegelungseinrichtung nach Anspruch 1, bei welcher das bewegliche Element (112) sich auf einer ersten Seite des Substrats (104) befindet und der erste Magnet (102) auf einer zweiten Seite des Substrats.
  10. Verriegelungseinrichtung nach Anspruch 1, bei welcher das magnetische Material ein hochpermeables Material aufweist.
  11. Verriegelungseinrichtung nach Anspruch 10, bei welcher das hochpermeable Material ein Permalloy aufweist.
  12. Verfahren zum Betätigen einer magnetischen Mikro-Verriegelungseinrichtung (100) mit den folgenden Schritten: Vorsehen eines beweglichen Elements (112), das mittels eines Substrats (104) gelagert ist, mit einem magnetischen Material und einer Längsachse, Produzieren eines ersten Magnetfelds (134) mit einem ersten Permanentmagneten (102), der dadurch eine Magnetisierung in dem magnetischen Material induziert, wobei die Magnetisierung gekennzeichnet ist durch einen Magnetisierungsvektor, der entlang der Längsachse des beweglichen Elements zeigt, wobei das erste Magnetfeld (134) ungefähr rechtwinklig zu der Längsachse verläuft, Erzeugen eines zweiten Magnetfelds (122, 124) in einem Leiter (114), der eine Spule aufweist, um das bewegliche Element (112) zwischen zwei stabilen Zuständen umzuschalten, wobei nur ein temporäres Aufbringen des zweiten Magnetfelds erforderlich ist, um die Richtung des Magnetvektors zu verändern und das bewegliche Element (112) so zwischen den beiden stabilen Zuständen umzuschalten.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, bei welchem das zweite Magnetfeld (122, 124) in einem Elektromagneten produziert wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, bei welchem der Elektromagnet eine Spule ist.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, mit dem Ausbilden der Spule auf dem Substrat (104).
  16. Verfahren nach Anspruch 12, bei welchem das bewegliche Element (112) ein mittels eines Scharniers gelagerter Ausleger ist.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, bei welchem der Ausleger mittels des Scharniers ungefähr in der Mitte entlang seiner Längsachse gelagert ist.
  18. Verfahren nach Anspruch 12, mit dem Vorsehen des beweglichen Elements (112) auf einer ersten Seite des Substrats und des ersten Magneten (102) auf einer zweiten Seite des Substrats (104).
  19. Verfahren nach Anspruch 12, bei welchem das magnetische Material ein hochpermeables Material ist.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, bei welchem das hochpermeable Material ein Permalloy ist.
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ES (1) ES2249409T3 (de)
WO (1) WO2001057899A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9180912B2 (en) 2013-02-14 2015-11-10 Ford Global Technologies System and method for steering torque compensation during braking event

Families Citing this family (65)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6853067B1 (en) 1999-10-12 2005-02-08 Microassembly Technologies, Inc. Microelectromechanical systems using thermocompression bonding
US7064879B1 (en) * 2000-04-07 2006-06-20 Microsoft Corporation Magnetically actuated microelectrochemical systems actuator
US20020096421A1 (en) * 2000-11-29 2002-07-25 Cohn Michael B. MEMS device with integral packaging
US6639493B2 (en) * 2001-03-30 2003-10-28 Arizona State University Micro machined RF switches and methods of operating the same
WO2002095784A1 (en) * 2001-05-18 2002-11-28 Microlab, Inc. Microgagnetic latching switch packaging
US20020196110A1 (en) * 2001-05-29 2002-12-26 Microlab, Inc. Reconfigurable power transistor using latching micromagnetic switches
US6633158B1 (en) * 2001-09-17 2003-10-14 Jun Shen Micro magnetic proximity sensor apparatus and sensing method
US7301334B2 (en) * 2001-09-17 2007-11-27 Schneider Electric Industries Sas Micro magnetic proximity sensor system
ATE458386T1 (de) * 2001-09-17 2010-03-15 John Stafford Kapselung fuer polarisiertes mems relais und verfahren zur kapselung
JP2003188882A (ja) * 2001-10-12 2003-07-04 Hiroyuki Shinoda 通信装置、通信デバイス、基板実装方法および触覚センサ
US20030080839A1 (en) * 2001-10-31 2003-05-01 Wong Marvin Glenn Method for improving the power handling capacity of MEMS switches
US6717496B2 (en) * 2001-11-13 2004-04-06 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Electromagnetic energy controlled low actuation voltage microelectromechanical switch
US20030107460A1 (en) * 2001-12-10 2003-06-12 Guanghua Huang Low voltage MEM switch
US6836194B2 (en) * 2001-12-21 2004-12-28 Magfusion, Inc. Components implemented using latching micro-magnetic switches
US20030169135A1 (en) * 2001-12-21 2003-09-11 Jun Shen Latching micro-magnetic switch array
JP3770158B2 (ja) * 2001-12-26 2006-04-26 ソニー株式会社 Mems素子の製造方法
US20030179057A1 (en) * 2002-01-08 2003-09-25 Jun Shen Packaging of a micro-magnetic switch with a patterned permanent magnet
US20030137374A1 (en) * 2002-01-18 2003-07-24 Meichun Ruan Micro-Magnetic Latching switches with a three-dimensional solenoid coil
EP1331656A1 (de) * 2002-01-23 2003-07-30 Alcatel Verfahren zur Herstellung eines ADSL Relaismatrix
US20030222740A1 (en) * 2002-03-18 2003-12-04 Microlab, Inc. Latching micro-magnetic switch with improved thermal reliability
US6924966B2 (en) * 2002-05-29 2005-08-02 Superconductor Technologies, Inc. Spring loaded bi-stable MEMS switch
US20030227035A1 (en) * 2002-06-05 2003-12-11 Hiromu Ishii Micromachine and manufacturing method therefor
AU2003272500A1 (en) 2002-09-18 2004-04-08 Mark Goranson Method of assembling a laminated electro-mechanical structure
US20040121505A1 (en) 2002-09-30 2004-06-24 Magfusion, Inc. Method for fabricating a gold contact on a microswitch
US7317232B2 (en) * 2002-10-22 2008-01-08 Cabot Microelectronics Corporation MEM switching device
US6943448B2 (en) * 2003-01-23 2005-09-13 Akustica, Inc. Multi-metal layer MEMS structure and process for making the same
US6831542B2 (en) * 2003-02-26 2004-12-14 International Business Machines Corporation Micro-electromechanical inductive switch
US7005876B2 (en) * 2003-04-14 2006-02-28 Magfusion, Inc. Wafer-level tester with magnet to test latching micro-magnetic switches
DE10340619B4 (de) * 2003-09-03 2011-06-01 Rohde & Schwarz Gmbh & Co. Kg Eichleitung
US20050083157A1 (en) * 2003-10-15 2005-04-21 Magfusion, Inc. Micro magnetic latching switches and methods of making same
CN1319096C (zh) * 2004-01-16 2007-05-30 北京工业大学 一种微机械电磁继电器及其制备方法
EP1836713B1 (de) * 2005-01-10 2010-03-03 Schneider Electric Industries SAS Mikrosystem mit integrierter rückhaltemagnetschaltung
FR2880729B1 (fr) * 2005-01-10 2009-02-27 Schneider Electric Ind Sas Microsysteme a commande electromagnetique
FR2880730A1 (fr) * 2005-01-10 2006-07-14 Schneider Electric Ind Sas Microsysteme utilisant un microactionneur magnetique a aimant permanent.
US9284183B2 (en) 2005-03-04 2016-03-15 Ht Microanalytical, Inc. Method for forming normally closed micromechanical device comprising a laterally movable element
US7692521B1 (en) 2005-05-12 2010-04-06 Microassembly Technologies, Inc. High force MEMS device
KR100726434B1 (ko) 2005-07-29 2007-06-11 삼성전자주식회사 수직 콤 액츄에이터 알에프 멤스 스위치
US7482899B2 (en) * 2005-10-02 2009-01-27 Jun Shen Electromechanical latching relay and method of operating same
GB0618045D0 (en) * 2006-09-13 2006-10-25 Cavendish Kinetics Ltd Non-volatile memory bitcell
US8174343B2 (en) * 2006-09-24 2012-05-08 Magvention (Suzhou) Ltd. Electromechanical relay and method of making same
US7602267B1 (en) 2007-05-25 2009-10-13 National Semiconductor Corporation MEMS actuator and relay with horizontal actuation
US7644490B1 (en) * 2007-05-25 2010-01-12 National Semiconductor Corporation Method of forming a microelectromechanical (MEMS) device
US7598829B1 (en) 2007-05-25 2009-10-06 National Semiconductor Corporation MEMS actuator and relay with vertical actuation
FR2926922B1 (fr) * 2008-01-30 2010-02-19 Schneider Electric Ind Sas Dispositif de commande a double mode d'actionnement
US9019756B2 (en) * 2008-02-14 2015-04-28 Cavendish Kinetics, Ltd Architecture for device having cantilever electrode
US8665041B2 (en) * 2008-03-20 2014-03-04 Ht Microanalytical, Inc. Integrated microminiature relay
US8068002B2 (en) * 2008-04-22 2011-11-29 Magvention (Suzhou), Ltd. Coupled electromechanical relay and method of operating same
US8451077B2 (en) * 2008-04-22 2013-05-28 International Business Machines Corporation MEMS switches with reduced switching voltage and methods of manufacture
US7902946B2 (en) * 2008-07-11 2011-03-08 National Semiconductor Corporation MEMS relay with a flux path that is decoupled from an electrical path through the switch and a suspension structure that is independent of the core structure and a method of forming the same
US8680955B1 (en) 2009-02-20 2014-03-25 Rf Micro Devices, Inc. Thermally neutral anchor configuration for an electromechanical actuator
US8143978B2 (en) * 2009-02-23 2012-03-27 Magvention (Suzhou), Ltd. Electromechanical relay and method of operating same
US8570122B1 (en) * 2009-05-13 2013-10-29 Rf Micro Devices, Inc. Thermally compensating dieletric anchors for microstructure devices
US8836454B2 (en) * 2009-08-11 2014-09-16 Telepath Networks, Inc. Miniature magnetic switch structures
US8159320B2 (en) 2009-09-14 2012-04-17 Meichun Ruan Latching micro-magnetic relay and method of operating same
US8581679B2 (en) * 2010-02-26 2013-11-12 Stmicroelectronics Asia Pacific Pte. Ltd. Switch with increased magnetic sensitivity
DE102010002818B4 (de) * 2010-03-12 2017-08-31 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Bauelementes
US8432240B2 (en) 2010-07-16 2013-04-30 Telepath Networks, Inc. Miniature magnetic switch structures
CN103155069B (zh) 2010-09-21 2015-10-21 卡文迪什动力有限公司 上拉式电极和华夫饼型微结构
US8957747B2 (en) 2010-10-27 2015-02-17 Telepath Networks, Inc. Multi integrated switching device structures
US8847715B2 (en) 2011-09-30 2014-09-30 Telepath Networks, Inc. Multi integrated switching device structures
US9972459B1 (en) 2013-09-09 2018-05-15 Apple Inc. Tactile switch assembly in an electronic device
US10109432B1 (en) * 2014-06-16 2018-10-23 Apple Inc. Switch assemblies
US10145906B2 (en) 2015-12-17 2018-12-04 Analog Devices Global Devices, systems and methods including magnetic structures
US10707032B1 (en) 2016-12-02 2020-07-07 Apple Inc. Electronic device having travel-magnifying input/output structure
US10825628B2 (en) 2017-07-17 2020-11-03 Analog Devices Global Unlimited Company Electromagnetically actuated microelectromechanical switch

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4570139A (en) 1984-12-14 1986-02-11 Eaton Corporation Thin-film magnetically operated micromechanical electric switching device
FR2618914B1 (fr) 1987-07-31 1991-12-06 Alain Souloumiac Perfectionnements apportes aux interrupteurs optomagnetiques
JP2714736B2 (ja) * 1992-06-01 1998-02-16 シャープ株式会社 マイクロリレー
JPH06251684A (ja) 1993-02-24 1994-09-09 Sharp Corp 電磁式リレー
US5472539A (en) 1994-06-06 1995-12-05 General Electric Company Methods for forming and positioning moldable permanent magnets on electromagnetically actuated microfabricated components
US5475353A (en) * 1994-09-30 1995-12-12 General Electric Company Micromachined electromagnetic switch with fixed on and off positions using three magnets
US5629918A (en) * 1995-01-20 1997-05-13 The Regents Of The University Of California Electromagnetically actuated micromachined flap
US5847631A (en) 1995-10-10 1998-12-08 Georgia Tech Research Corporation Magnetic relay system and method capable of microfabrication production
FR2742917B1 (fr) 1995-12-22 1998-02-13 Suisse Electronique Microtech Dispositif miniature pour executer une fonction predeterminee, notamment microrelais
US5945898A (en) 1996-05-31 1999-08-31 The Regents Of The University Of California Magnetic microactuator
US6094116A (en) 1996-08-01 2000-07-25 California Institute Of Technology Micro-electromechanical relays
US5742712A (en) 1996-10-08 1998-04-21 E-Tek Dynamics, Inc. Efficient electromechanical optical switches
US6028689A (en) 1997-01-24 2000-02-22 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Multi-motion micromirror
WO1998034269A1 (en) 1997-02-04 1998-08-06 California Institute Of Technology Micro-electromechanical relays
FR2761518B1 (fr) 1997-04-01 1999-05-28 Suisse Electronique Microtech Moteur planaire magnetique et micro-actionneur magnetique comportant un tel moteur
US5818316A (en) 1997-07-15 1998-10-06 Motorola, Inc. Nonvolatile programmable switch
CA2211830C (en) 1997-08-22 2002-08-13 Cindy Xing Qiu Miniature electromagnetic microwave switches and switch arrays
CH692829A5 (de) 1997-11-20 2002-11-15 Axicom Ltd Mikrorelais als miniaturisiertes Flachspul-Relais.
DE19820821C1 (de) * 1998-05-09 1999-12-16 Inst Mikrotechnik Mainz Gmbh Elektromagnetisches Relais
US6143997A (en) 1999-06-04 2000-11-07 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Low actuation voltage microelectromechanical device and method of manufacture
US6124650A (en) * 1999-10-15 2000-09-26 Lucent Technologies Inc. Non-volatile MEMS micro-relays using magnetic actuators

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9180912B2 (en) 2013-02-14 2015-11-10 Ford Global Technologies System and method for steering torque compensation during braking event

Also Published As

Publication number Publication date
KR20030028451A (ko) 2003-04-08
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US6469603B1 (en) 2002-10-22

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