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Allgemeiner
Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft einen Mikroschalter in mikroelektromechanischen
Systemen. Komponenten, die mittels spezifischer Verfahren und Vorgängen wie
dem Lithografie-Verfahren gefertigt werden, werden mikroelektromechanische
oder mikromechanische Systeme (MEMS) genannt. Sie ermöglichen die
Ausführung
elektrischer oder außerdem
mechanischer Funktionen in einem Kleinstmaßstab im μm-Bereich. So sind beispielsweise
Mikroschalter zum Gebrauch im Funkteil von Mobiltelefonen von Brown,
Elliott R; RF-MEMS Switches for Reconfigurable Integrated Circuits;
IEEE Transaction on Microwave Theory and Techniques; Vol. 45; Nr.
11; November 98 bekannt.
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Mikroelektromechanische
Komponenten sind aus mehreren dünnen
Schichten verschiedenster lateraler Strukturen ausgebildet, die
in vertikaler Richtung aufeinander liegen und unterschiedlichste Materialeigenschaften
aufweisen. Der gewünschten Funktion
entsprechend bestehen die individuellen Schichten beispielsweise
aus leitfähigen
oder isolierenden Materialien oder aus Materialien mit bestimmten
mechanischen Eigenschaften, wie etwa einer Federkonstante. Durch
entsprechende Vorgänge
können
außerdem
komplexere, dreidimensionale Strukturen erzeugt sein. In einer vereinfachten
Weise kann ein Mikroschalter im Wesentlichen aus drei lateralen Schichten
ausgebildet sein, wobei die mittlere Schicht am Ende des Herstellungsvorgangs
wieder entfernt wird. Somit ist ein Mikroschalter ausgebildet, der
aus einem Basiselement als unterste Schicht und einem flexiblen,
schaltenden Element als oberste Schicht besteht. Beide Schichten
bzw. die Elemente des dadurch ausgebildeten Mikroschalters liegen einander
in einer definierten Entfer nung gegenüber, die durch die dazwischen
angeordnete entfernte Schicht erzielt ist. Die Entfernung entspricht
in hohem Maße
der Ablenkung, die durch das flexible, schaltende Element bewältigt werden
muss, um einen Schaltkontakt zwischen dem Basiselement und dem schaltenden
Element zu schließen.
Wenn das Basiselement beispielsweise ein Siliziumsubstrat ist, wird eine
weitere, leitfähige
Schicht als Kontaktoberfläche darauf
angeordnet, an die eine elektrische Spannung angelegt werden kann.
Das schaltende Element kann aus einem metallischen Material hergestellt sein,
wodurch sie selbst die Kontaktoberfläche ausbildet, an die dann
eine elektrische Spannung angelegt werden kann. Das Material des
schaltenden Elements ist mit einer Federkonstante ausgestattet,
und das schaltende Element ist mindestens teilweise mit dem Basiselement
verbunden. Wenn nun eine Spannungsdifferenz zwischen den Kontaktoberflächen anliegt,
die zusammen den Schaltkontakt ausbilden, wird das flexible, schaltende
Element aufgrund der somit bewirkten elektrostatischen Anziehungskraft
in Richtung des Basiselements abgelenkt, und der Schaltkontakt wird
geschlossen. Zum Erzielen einer größtmöglichen Anziehungskraft sind
die Abmessungen der Kontaktoberflächen, die einander gegenüberliegen,
so groß wie
möglich.
Zu Isolierungszwecken kann eine weitere Oxidschicht auf die Kontaktoberflächen aufgebracht
werden. Eine Gleichspannung, die eine elektrostatische Anziehungskraft
bewirkt, und eine Wechselspannung als zu schaltendes Signal können dann
gleichzeitig an denselben Kontaktoberflächen anliegen. Wie oben angegeben
ist das flexible, schaltende Element mindestens an einem Punkt seiner
Kante befestigt. Je nach der Befestigungsart und der Ausbildung
des flexiblen, schaltenden Elements werden die Mikroschalter in
mikroelektromechanischen Systemen dann üblicherweise einseitig eingespannter
Schalter, Überbrückungsschalter
oder auch Membranschalter genannt.
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Kurzdarstellung der Erfindung
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2a und 2b zeigen
die Grundstruktur eines Mikroschalters des Stands der Technik, der
als Überbrückungsschalter
konfiguriert ist, in der offenen und geschlossenen Position. Das
flexible, schaltende Element S ist an zwei Punkten seiner Kante
derart auf dem Basiselement G befestigt, dass es in der offenen
Position eine definierte Entfernung zum Basiselement hin aufweist.
Aufgrund der Federkonstante des ausgewählten Materials und der Befestigung
ist das flexible, schaltende Element mit einer Reaktionskraft ausgestattet,
die der Ablenkung des schaltenden Elements entgegenwirkt. Eine Kontaktoberfläche KG ist
auf dem Basiselement G angeordnet, die zusammen mit dem schaltenden
Element S als weitere Kontaktoberfläche den Schaltkontakt ausbildet. Wenn
eine elektrische Spannung an beiden Kontaktoberflächen anliegt,
wird das schaltende Element S aufgrund der dadurch bewirkten elektrostatischen Anziehungskraft
gegen die Reaktionskraft in Richtung des Basiselements G verschoben.
Wenn die anliegende elektrische Spannung einen bestimmten Wert übersteigt,
wird der Schaltkontakt S geschlossen. Wenn die elektrische Spannung
von der Kontaktoberfläche
abgenommen wird, kehrt das schaltende Element S aufgrund der Reaktionskraft
zu seiner ursprünglichen
Form zurück,
sodass der Schaltkontakt offen ist. Der Nachteil derartiger Schalter
ist, dass die Oberflächen
des schaltenden Elements und die Kontaktoberfläche des Basiselements aufgrund
der Atom- und Molekularoberflächenkräfte, die
ausgebildet werden, wenn die Kontakte geschlossen werden, aneinander
kleben könnten.
Wenn die Oberflächenkräfte stärker als
die Reaktionskraft sind, kann der Schaltkontakt nicht mehr öffnen. Zum
Vermeiden dieses Zusammenklebens ist vorgeschlagen, zusätzlich eine
dielektrische Schicht auf den Kontakt aufzubringen. Ferner wäre es vorstellbar,
die Reaktionskraft des Schaltkontakts durch eine entsprechende Ausbildungs-
und Materialauswahl zu erhöhen.
Dies hat zur Folge, dass eine größere Reaktionskraft
und somit eine höhere
elektrische Spannung zum Bewältigen der
größeren Reaktionskraft
notwendig ist. Dies ist jedoch, gerade wenn derartige Mikroschalter
in MEMS-Komponenten mit einer kleinen Spannungsversorgung integriert
werden sollen, nicht wünschenswert
und nicht geeignet. Zudem schließen höhere elektrische Spannungen
und die somit bewirkte höhere
Anziehungskraft die Gefahr ein, dass der Kontakt beim Schließen leichter
zum Zusammenkleben tendiert, nämlich
aufgrund des so genannten Kontaktprellens.
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US 6,143,997 offenbart einen
Mikroschalter, der auf niedrigen elektrischen Spannungen arbeitet. Das
Basiselement enthält
eine Kontaktoberfläche und
mehrere separate Elektroden. Zudem sind mehrere Schichten mit der
Funktion von Klammern für das
schaltende Element auf dem Basiselement vorgesehen. Das schaltende
Element wird von den Klammern geführt und ist in einem durch
die Klammern definierten Ablenkungsbereich frei beweglich. Weitere
Gegenelektroden sind als weitere Schichten auf der Seite der Klammern
gegenüber
dem Basiselement angeordnet. Aufgrund der Tatsache, dass das schaltende
Element beweglich, d.h. nicht auf ortsfeste Weise verbunden ist,
ist keine mechanische Reaktionskraft zum Öffnen des Schaltkontakts vorhanden, aber
es wird zum Öffnen
vielmehr ein erstes Spannungspotential an die Gegenelektroden angelegt
und ein zweites Spannungspotential an die schaltenden Elemente angelegt,
um dadurch eine Anziehungskraft zwischen den Gegenelektroden und
dem schaltenden Element zu bewirken. Zum Schließen des Schaltkontakts wird
ein erstes Spannungspotential an die Elektroden des Basiselements
angelegt und ein zweites Spannungspotential an das schaltende Element
angelegt. Ferner kann zusätzlich
die Schwerkraft genutzt sein, wenn sich der Mikroschalter in einer
geeigneten Position befindet. Aufgrund der Tatsache, dass keine
mechanische Reaktionskraft besteht, wirkt nur die Anziehungskraft,
die durch die elektrische Spannung auf den Gegenelektroden definiert
ist, zum Öffnen
des Schaltkontakts und der Schwerkraft, eine entsprechende Position
vorausgesetzt, entgegen. Aufgrund der geringeren Kräfte ist die
Gefahr, dass die Kontaktflä chen
aneinanderkleben, kleiner. Es ist jedoch unvorteilhaft, dass derartige
Mikroschalter mit den oben beschriebenen Strukturen in mikroelektromechanischen
Systemen weitere und komplexere Schichtstrukturen erfordern, die deren
Herstellungsvorgänge
aufwändiger
und damit teurer machen.
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Die
vorliegende Erfindung basiert daher auf der Aufgabe, einen Mikroschalter
bereitzustellen, der dem unvorteilhaften, aus dem Stand der Technik
bekannten Zusammenkleben entgegenwirkt und einen möglichst
leichten Herstellungsvorgang für
das mikroelektromechanische System gewährleistet.
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Dementsprechend
basiert die Erfindung auf dem Gedanken, einen Mikroschalter mit
einer Basis, im Folgenden Basiselement genannt, und einem beweglichen
Element, schaltendes Element genannt, bereitzustellen. Das schaltende
Element ist mit einer Federkonstante ausgestattet und mindestens
mit einem Teil seiner Endkante mit dem Basiselement in festgelegter
Weise verbunden. Wenn das bewegliche schaltende Element abgelenkt
wird, ist daher eine Reaktionskraft erzeugt, die der Ablenkung entgegengesetzt
gerichtet ist. Das Basiselement und das schaltende Element beinhalten
beide jeweils mindestens zwei Elektroden, im Folgenden Elektrode
und zusätzliche
Elektrode genannt, wobei die Elektrode des Basiselements und die
des schaltenden Elements einander gegenüber in einem bestimmten Abstand
angeordnet sind. Die zusätzliche
Elektrode in beiden, dem Basiselement und dem schaltenden Element,
ist in lateraler Richtung im selben Abstand von der jeweiligen Elektrode
vorgesehen. Zudem ist das Basiselement sowie das schaltende Element
jeweils mit einer Kontaktoberfläche
ausgestattet, die zusammen den Schaltkontakt des Mikroschalters ausbilden.
Der Abstand zwischen den Elektroden des Basiselements und des schaltenden
Elements definiert im Wesentlichen die Ablenkung, die zum Schließen des
Schaltkontakts durch das bewegliche schaltende Element erforderlich
ist. Wenn zum Öffnen
des Schaltkontakts eine elektrische Spannung mit einem ersten Spannungspotential
an die Elektroden und einem zweiten Spannungspotential an die zusätzlichen
Elektroden angelegt wird, bewirkt die dadurch gebildete Spannungsdifferenz
in lateraler Richtung ein elektrisches Feld zwischen der Elektrode
und der zusätzlichen
Elektrode im Basiselement sowie im schaltenden Element. Entsprechend
der Richtung des elektrischen Feldes kommt es zu einer Ansammlung
von negativen und positiven Ladungsträgern auf den Oberflächenanteilen
der Elektroden und der zusätzlichen
Elektroden, die einander in lateraler Richtung direkt gegenüber liegen.
In orthogonaler Richtung dazu, d.h. in der Ablenkungsrichtung des schaltenden
Elements, sind die Elektroden mit denselben Ladungsträgern jeweils
einander gegenüber angeordnet.
Anders gesagt ist beispielsweise eine Ansammlung von positiven Ladungsträgern auf
dem Oberflächenanteil
der Elektrode des schaltenden Elements gegenüber einer Ansammlung von positiven
Ladungsträgern
auf dem Oberflächenanteil
der Elektrode des Basiselements. Dies trifft analog auf die Ansammlung
negativer Ladungsträger
zu. Daher sind Abstoßungskräfte zwischen
den Ansammlungen derselben Oberflächenladungen auf den Elektroden mit
demselben Spannungspotential erzeugt. Da die Abstoßungskräfte im Wesentlichen
in derselben Richtung wie die Reaktionskraft des schaltenden Elements
wirken, unterstützen
sie die Reaktionskraft des schaltenden Elements genau im Moment
des Öffnens.
Dies bedeutet, dass genau dann, wenn die Kontaktoberflächen des
Schaltkontakts gerade gelöst
oder getrennt werden, die erzeugten Abstoßungskräfte anfänglich in der Richtung der
Reaktionskraft wirken. Aufgrund der Tatsache, dass vor dem Öffnen des
Schaltkontakts die Elektroden bzw. die zusätzlichen Elektroden mit demselben
Spannungspotential und somit Oberflächenladungen mit demselben
Vorzeichen sehr eng zueinander angeordnet werden, sind die Abstoßungskräfte in diesem Moment
wegen des kleinen Abstands besonders groß. Aufgrund der Tatsache, dass
die Abstoßungskräfte in Richtung
der Reaktionskraft wirken, unterstützen sie diese, wenn der Schaltkontakt
geöffnet wird,
und wirken somit einem dauerhaften Zusammenkleben des Schaltkontakts
entgegen. Es ist ein Vorteil, dass weitere mechanische Maßnahmen
wie die Erhöhung
der Federkonstante wie im Stand der Technik beschrieben für den Mikroschalter
gemäß der Erfindung
nicht erforderlich sind. Zudem kann auf die Anwendung aufwändiger Strukturen
wie die Klammern und Gegenelektroden, wie sie aus dem Stand der
Technik bekannt sind, verzichtet werden, sodass weitere aufwändige Verfahrensschritte
vermieden sein können.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungsformen
und bevorzugte Entwicklungen des Schalters gemäß der Erfindung sind in den
Unteransprüchen
beschrieben.
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Kurze Beschreibung
der verschiedenen Ansichten der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird im Folgenden mittels der Figuren detaillierter beschrieben.
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Es
zeigen:
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1a eine
schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Mikroschalters
gemäß der Erfindung;
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1b einen
Querschnitt durch den Mikroschalter nach 1a;
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1c einen
Querschnitt durch eine andere Ausführungsform eines Mikroschalters
gemäß der Erfindung;
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1d eine
schematische Darstellung der Ladungsverteilung auf den Elektroden
des Mikroschalters;
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2a einen
bekannten Membranschalter in offener Position;
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2b einen
bekannten Membranschalter in geschlossener Position.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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1a und 1b zeigen
schematisch die Bauweise einer ersten Ausführungsform eines Mikroschalters
gemäß der Erfindung.
Das Basiselement G, das normalerweise als eine Basisschicht ausgebildet ist,
beinhaltet eine Aussparung, in der die Kontaktoberfläche KG und
die Elektrode EG sowie die zusätzliche
Elektrode HG angeordnet sind. Die Kontaktoberfläche KG sowie die zwei Elektroden
EG und HG können – wie in 1b gezeigt – als weitere
Schichten auf der Oberfläche
der Aussparung des Basiselements G aufgebracht sein, können jedoch
gleichermaßen
in die Schicht eingegliedert sein, die das Basiselement G ausbildet.
Die letztere Anordnung erfordert komplexere laterale Strukturen,
aber keine weiteren Schichten in vertikaler Richtung. In einer anderen
Schicht ist dann das schaltende Element S derart gestaltet, dass
es eine Brücke über die
Aussparung des Basiselements G schlägt, indem es an den zwei Randanteilen
der Brücke
fest mit dem Basiselement G verbunden ist. Die Kontaktoberfläche KS sowie
die Elektrode ES und die zusätzliche
Elektrode HS sind auf der Unterseite des schaltenden Elements S
angeordnet, d.h. auf der Seite, die dem Basiselement G zugekehrt
ist. Hier können
die Elektroden ES und HS ebenfalls als eine weitere Schicht auf
dem schaltenden Element S aufgebracht sein, wie in 1b gezeigt,
oder sie können
auch in die Schicht eingegliedert sein, die das schaltende Element
S ausbildet. Die Elektroden EG und ES sowie die zusätzlichen Elektroden
HG und HS können
mittels geeigneter Zuleitungen an eine Spannungsquelle (nicht gezeigt) angeschlossen
sein. Die Kontaktoberflächen
KG und KS können
mittels geeigneter Zuleitungen mit dem zu schaltenden Signalweg
verbunden sein, so dass in einer geschlossenen Position des Schaltkontakts, d.h.
wenn die zwei Kontaktoberflächen
KG und KS einander berühren,
der Signalweg geschlossen ist. Wenn nun eine Spannung zwischen die
Elektroden EG und ES angelegt wird, ist infolge der Spannungsdifferenz
zwischen den Elektroden EG und ES ein elektrostatisches Feld erzeugt,
wobei das Feld eine Anziehungskraft bewirkt. Das schaltende Element
S wird daher in Richtung des Basiselements G oder, präziser ausgedrückt, in
Richtung der Elektrode EG abgelenkt, die in der Aussparung des Basiselements G
angeordnet ist. Dieser durch die anliegende Spannung erzeugten Ablenkung
wirkt eine Reaktionskraft entgegen, die durch das benutzte Material
und die Befestigungsart des schaltenden Elements S definiert ist.
Wenn die Anziehungskraft größer als
die Reaktionskraft ist, wird der Schaltkontakt geschlossen. Wenn
die Spannung von den Kontakten EG und ES abgenommen wird, kehrt
das schaltende Element S infolge der Reaktionskraft in seine ursprüngliche
Position zurück,
sodass der Schalter bzw. der Schaltkontakt geöffnet wird. Wie bereits oben
beschrieben kann es jedoch vorkommen, dass die Kontaktoberflächen KG
und KS oder auch andere Oberflächenkomponenten
des schaltenden Elements aufgrund von Adhäsion oder anderer Oberflächeneigenschaften
an dem Basiselement G kleben, wenn der Schaltkontakt geschlossen
ist. Die dadurch erzeugte Oberflächenkraft
wirkt der Reaktionskraft entgegen und weist den Effekt auf, dass
der Schaltkontakt nicht mehr geöffnet werden
kann. Daher ist vorgeschlagen, eine zusätzliche Elektrode HG, HS sowohl
auf dem Basiselement G als auch auf dem schaltenden Element S in
lateraler Richtung vorzusehen, jeweils in einem Abstand neben der
Elektrode EG, ES, und dass die Elektroden EG und ES bzw. die zusätzlichen
Elektroden HG und HS an die Spannungsquelle angeschlossen werden,
sodass zum Öffnen
des Schaltkontakts ein erstes positives Spannungspotential U1 an
beide Elektroden EG und ES angelegt wird und ein zweites negatives
Spannungspotential U2 der Spannung an die zusätzlichen Elektroden HG und
HS angelegt wird. Aufgrund der unterschiedlichen Spannungspotentiale
zwischen der Elektrode EG, ES und der zusätzlichen Elektrode HG, HS kommt
es zu einer Ansammlung von Oberflächenladungen auf den Oberflächenanteilen
der Elektroden EG, ES, HG, HS in lateraler Richtung, nämlich auf
den Oberflächen,
die einander in lateraler Richtung direkt gegenüber liegen. Im vorliegenden
Beispiel bedeutet dies, dass eine Ansammlung positiver Ladungsträger auf
einem Oberflächenanteil
der Elektroden EG, ES auftritt, und dass eine Ansammlung negativer
Ladungsträger
auf einem Oberflächenanteil
der zusätzlichen
Elektroden HG, HS auftritt. Infolgedessen sind Oberflächenanteile
in orthogonaler Richtung einander gegenüber, d.h. in der vertikalen
Richtung der mikroelektromechanischen Schichten, die eine Ansammlung
von Oberflächenladungen
mit demselben Vorzeichen aufweisen. Dies führt wiederum zu Abstoßungskräften zwischen
den gleichgerichteten Ladungsträgern und
daher zwischen der Elektrode ES des schaltenden Elements S und der
Elektrode EG des Basiselements G und entsprechend für die zusätzlichen
Elektroden HG und HS. Die Abstoßungskräfte weisen
ihre höchste
Konzentration auf, wenn der Schaltkontakt S geöffnet wird, d.h. genau dann,
wenn die Elektroden EG und ES bzw. die zusätzlichen Elektroden HG und HS
einander am nächsten
sind. Sie wirken in derselben Richtung wie die mechanischen Reaktionskräfte und
unterstützen
diese beim Öffnen
des Schaltkontakts. Idealerweise sind die Elektroden EG, ES, HG, HS
derart gebaut, dass sie als Streifenleiter gestaltet sind, was schematisch
in 1a dargestellt ist. Die Streifenleiter weisen
eine Breite b und eine Länge
l auf, wobei der derart definierte Oberflächenanteil der Elektroden EG,
ES, HG, HS für
die Anziehungskräfte, die
durch das elektrische Feld bewirkt sind, genügend groß zum Schließen des
Schalters bemessen sein sollte. Die Streifenleiter weisen zudem
eine Dicke d auf, die im Wesentlichen kleiner als die Längsabmessung
l ist. Die Streifenelektroden EG, ES, HG, HS sind derart zueinander
auf dem Basiselement G und dem schaltenden Element S angeordnet,
dass sie in ihrer Längsabmessung
l parallel zueinander liegen. Dies führt zu einer Ansammlung von Ladungsträgern auf
dem Oberflächenanteil
der Elektroden EG, ES, HG, HS, der durch die Längsabmessung l und die Dicke
d definiert ist. Anders gesagt sammeln sich durch Anlegen einer
Spannung an die Elektroden EG, ES und die zusätzlichen Elektroden HG, HS
positive Ladungen auf der Oberfläche
der Elektroden EG und ES an, die der jeweiligen zusätzlichen
Elektrode am nächsten
liegt, was schematisch in 1d dargestellt
ist. Dementsprechend sammeln sich negative Ladungen auf der Oberfläche der
zusätzlichen
Elektroden HG und HS an, die der jeweiligen Elektrode am nächsten liegt.
Aufgrund der Tatsache, dass die Oberflächen im selben Abstand zueinander
liegen, liegen die Ladungsansammlungen einander ebenfalls in vertikaler
Richtung gegenüber, und
ein orthogonales System von Oberflächenanteilen jeweils mit einer
Ansammlung gleicher Ladungsträger
ist ausgebildet. Die derart bewirkten Abstoßungskräfte in vertikaler Richtung
unterstützen
die Reaktionskraft. Zweckdienlicherweise ist ein dielektrisches
Material mit der dielektrischen Konstante ☐r zwischen der
Elektrode EG, ES und der zusätzlichen Elektrode
HG, HS angeordnet. Dadurch ist ein noch größeres elektrostatisches Feld
zwischen der Elektrode und der zusätzlichen Elektrode erzeugt,
was zu einer gesteigerten Ansammlung von Oberflächenladungen auf den Oberflächenanteilen
der Elektroden EG, ES, HG, HS führt.
Die Abstoßungskräfte, die
in vertikaler Richtung wirken, können
dadurch weiter erhöht
werden. Idealerweise kann eine derartige Anordnung als eine laterale
Struktur in einer einzelnen Schicht ausgeführt sein. Das bedeutet, dass
die Elektroden EG, ES, HG, HS und das dielektrische Material im
Wesentlichen das schaltende Element S ausbilden.
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Zum
Schließen
des Schaltkontakts muss das Spannungspotential auf zumindest einer
der Elektroden zwischen U1 und U2 durch Schalten auswählbar sein,
um aufgrund der unterschiedlichen Spannungspotentiale wie oben beschrieben
eine Anziehung der Elektroden EG, ES, HG, HS zwischen dem Basiselement
G und dem schaltenden Element S zu bewirken. Die Anziehungskräfte können weiter
erhöht sein,
wenn das Span nungspotential zusätzlich
auf eine andere Elektrode EG, ES, HG, HS übergeschaltet ist, sodass beispielsweise
das erste Spannungspotential U1 an die Elektrode ES und die zusätzliche Elektrode
HS des schaltenden Elements S angelegt ist und das zweite Spannungspotential
U2 an die Elektrode EG und die zusätzliche Elektrode HG angelegt
ist oder umgekehrt.
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Wie
in 1a gezeigt können
die Kontaktoberflächen
KS, KG des schaltenden Elements S und des Basiselements G zwischen
den Elektroden EG, ES bzw. den zusätzlichen HG, HS angeordnet
sein. Die Kontaktoberflächen
KS und KG liegen sich jedoch nur in einem Teilbereich gegenüber, der
den Schaltkontakt ausbildet. Die hierin gezeigte Ausführungsform
der Kontaktoberflächen
KS, KG eines Mikroschalters ist besonders für Anwendungen geeignet, bei
denen HF-Signale geschaltet werden müssen, wie etwa im Funkteil
eines tragbaren Endgeräts. In
Verbindung mit HF-Signalen ist es vorteilhaft, dass sich die Signalwege,
hier die Kontaktoberflächen,
so wenig wie möglich überlappen,
um kapazitive Kopplungen zu vermeiden. Zudem können Mikroschalter gemäß der vorliegenden
Erfindung genau auf diesem Gebiet benutzt werden, da die Spannung,
die in derartigen Endgeräten
verfügbar
ist, nur gering ist, d.h. die benutzten Komponenten sollten sowenig
Speisespannungen wie möglich
aufweisen.
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1c zeigt
schematisch eine andere Ausführungsform
eines Mikroschalters gemäß der Erfindung.
Wie aus 1c ersichtlich können die
Kontaktoberflächen
KS, KG des schaltenden Elements S und des Basiselements G außerdem zwischen
zwei Paaren von einer Elektrode bzw. einer zusätzlichen Elektrode angeordnet
sein. Das bedeutet, dass das Basiselement G sowie das schaltende
Element S je eine weitere Elektrode EG1 und ES1 und eine weitere
zusätzliche
Elektrode HG1 und HS1 beinhalten. Diese sind wieder parallel zueinander
mit einem Abstand a angeordnet. Die Kontaktoberflächen KG
und KS sind zwischen dem ersten Paar, das durch die Elektrode EG,
ES und die zusätzliche
Elektrode HG, HS gebildet ist, und dem zweiten Paar, das durch die weitere
Elektrode EG1, ES1 und die weitere zusätzliche Elektrode HG1 und HS1
gebildet ist, angeordnet. Wieder liegen sich die Kontaktoberflächen KG
und KS nur in einem Teilbereich, der den Schaltkontakt bildet, gegenüber. Eine
derartige Anordnung ist insbesondere bevorzugt, wenn die Kontaktoberflächen eine
Breite aufweisen, die ihre Anordnung zwischen einer Elektrode und
einer zusätzlichen
Elektrode nicht gestattet, d.h., die Breite der Kontaktoberfläche größer als
der Abstand zwischen der Elektrode und der zusätzlichen Elektrode ist. Um
denselben Effekt wie in der ersten Ausführungsform zu erzielen, d.h. die
Erzeugung von Abstoßungskräften zum Öffnen des
Kontakts, ist mindestens ein Paar aus Elektrode und zusätzlicher
Elektrode jederzeit notwendig.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen
beschränkt,
sondern unabhängig
von der Art und Ausbildung der Aufhängung des schaltenden Elements.
Das bedeutet, dass das Konzept gemäß der Erfindung beispielsweise
in Verbindung mit einseitig eingespannten Schaltern oder Membranschaltern
entsprechend anwendbar ist. Dasselbe trifft auf die Bauweise der
Kontaktoberflächen
zu. Daher ist es beispielsweise vorstellbar, dass zwei Kontaktoberflächen auf
dem Basiselement vorgesehen sind, die durch eine Kontaktoberfläche des
schaltenden Elements überbrückt sind. Dasselbe
trifft auf die Ausbildung der Elektroden, zusätzlichen Elektroden oder Kontaktoberflächen zu. Es
ist daher vorstellbar, dass diese beispielsweise eine mäanderförmige oder
spiralförmige
Struktur aufweisen. In Verbindung mit allen Ausführungsformen ist es wesentlich,
dass entsprechend dem erfinderischen Konzept betreffs der Anordnung
und der Bauweise und der Verbindung der Elektroden und zusätzlichen
Elektroden die Erzeugung von Abstoßungskräften eine Unterstützung der
Reaktionskraft bewirkt, wenn der Schaltkontakt geöffnet wird,
um die Gefahr eines Zusammenklebens zu vermindern.
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Die
Mikroschalter, die in 1a bis d gezeigt sind, wurden
auf eine abstrakte Weise dargestellt, um nur die wesentlichen Aspekte
der Erfindung zu zeigen. Abhängig
vom Anwendungszweck oder benutzter Technologie erhält der Fachmann
dadurch verschiedenste Ausführungsformen
mit verschiedensten Strukturen, ohne dadurch vom Grundprinzip der
Erfindung wie in den beiliegenden Ansprüchen definiert abzuweichen.