DE69426694T2

DE69426694T2 - Flaches tauchankerrelais und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE69426694T2
Application number: DE69426694T
Authority: DE
Inventors: Norihiro Asada; Masayoshi Esashi
Original assignee: Nippon Signal Co Ltd
Current assignee: Nippon Signal Co Ltd
Priority date: 1993-12-20
Filing date: 1994-12-08
Publication date: 2001-07-05
Anticipated expiration: 2014-12-09
Also published as: EP0685864B1; TW280922B; KR960701459A; DE69426694D1; JPH07176255A; EP0685864A4; WO1995017760A1; JP3465940B2; EP0685864A1; US5872496A; KR100351271B1

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft ein flaches elektromagnetisches Relais, das unter Anwendung von Halbleiterherstellungsverfahren hergestellt wird und ein Verfahren zur Herstellung desselben.

Technischer Hintergrund

Durch die Entwicklung der Mikroelektronik, die zu einer hohen Integration von Halbleitereinrichtungen führte, gibt es nun eine Reihe von Geräten, die sowohl hochfunktional als auch miniaturisiert sind. Auch industrielle Roboter- Steuersysteme, die eine vergleichsweise große Menge an Energie benötigen, sind keine Ausnahme. Bei diesem Steuersystemtyp erfolgt die Steuerung von viel Energie mit einer extrem kleinen Energiemenge durch Einbinden von Mikroelektronik in die Steuereinrichtung. Als Folge hieraus ergeben sich Probleme mit fehlerhaftem Betrieb aufgrund von Rauschen und ähnlichem, so daß die Nachfrage nach elektromagnetischen Relais als Endstufenausgangseinrichtungen steigt.
Herkömmliche elektromagnetische Relais benötigen ein großes Volumen, unvergleichbar größer als das von Halbleitereinrichtungen. Um bei der Miniaturisierung von Geräten voran zu kommen, ist somit eine Miniaturisierung elektromagnetischer Relais erforderlich.
Bislang ist das kleinste standard-drahtgewickelte elektromagnetische Relais 14 mm lang, 19 mm breit und 5 mm hoch (vgl. Ultra Thin Signal Relays, Matsushita Electric Publication, Nr. 35, S. 27-31 (1987)).
Ferner ist kürzlich zur weiteren Miniaturisierung eines elektromagnetischen Relais ein elektromagnetisches Flachrelais vorgeschlagen worden, bei dem Techniken aus dem Mikromaschinenbereich zum Einsatz kommen (vgl. H. Hosoka, H. Kuwano und K. Yanagisawa, "Electromagnetic Micro Relays: Concepts and Fundamental Characteristics", Proc. IEEE MENS Workshop 93 (1993), S. 12-17).
Bei diesem Flachrelais ist die Miniaturisierung ebenfalls begrenzt, da die Spule in herkömmlicher Weise aus Draht gewickelt ist.
Die vorliegende Erfindung greift die obige Situation auf, mit dem Ziel, eine weitere Miniaturisierung elektromagnetischer Relais zu schaffen.

Beschreibung der Erfindung

Das flache elektromagnetische Relais der vorliegenden Erfindung weist somit folgendes auf: ein Halbleitersubstrat, das eine flache bewegliche Platte und einen Torsionsarm zum axialen Halten der beweglichen Platte aufweist, so daß sie schwingfähig in einer senkrechten Richtung relativ zum Halbleitersubstrat ist, das integral damit hergestellt ist; eine flache Spule zum Erzeugen eines Magnetfeldes mittels eines elektrischen Stromes, die in einem oberseitigen Randbereich der beweglichen Platte vorgesehen ist; und einen beweglichen Kontaktbereich, der an einer Unterseite derselben vorgesehen ist; und ein Isolationssubstrat mit einem Kontaktbereich, der an einer Unterseite des Halbleitersubstrates an einer Stelle vorgesehen ist, wobei der feste Kontaktbereich dem beweglichen Kontaktbereich zugeordnet ist; und Magneten, die miteinander Paare bilden, sind so angeordnet, daß sie ein magnetisches Feld in den Bereichen der flachen Spule auf gegenüberliegenden Seiten der beweglichen Platte erzeugen, die parallel zur Achse des Torsionsarmes sind.
Da bei einem derartigen Aufbau das bewegliche Teil auf dem Halbleitersubstrat hergestellt werden kann und die flache Spule auf der beweglichen Platte hergestellt ist, wobei ein Halbleiterbauelementherstellverfahren angewendet wird, kann dann das Spulenteil dünner und wesentlich kleiner hergestellt werden, was ein elektromagnetisches Relais ermöglicht, das wesentlich kleiner als herkömmliche drahtgewickelte Vorrichtungen ist.
Der Aufbau kann auch so sein, daß ein oberes Substrat auf einer Oberseite des Halbleitersubstrates vorgesehen ist und die Magneten an dem oberen Substrat und dem Isolationssubstrat an der Unterseite des Halbleitersubstrates befestigt sind.
Ferner kann der Aufbau so sein, daß ein Raum, der die bewegliche Platte aufnimmt, luftdicht mittels des oberen Substrates und des unteren Isolationssubstrates abgedichtet und evakuiert ist. Der Schwingwiderstand der beweglichen Platte kann somit eliminiert werden, was eine Verbesserung des Ansprechverhaltens der beweglichen Platte ermöglicht.
In diesem Fall kann der Raum, der die bewegliche Platte aufnimmt, durch eine Ausnehmung in einem Mittelbereich des oberen Substrates gebildet sein. Auf einen Arbeitsschritt des Halbleitersubstrates zur Sicherstellung eines Raumes zur Aufnahme der beweglichen Platte, in dem die bewegliche Platte frei schwingen kann, kann daher verzichtet werden.
Das obere Substrat kann auch ein Isolationssubstrat sein.
Ferner können die Magneten Permanentmagneten sein.
Ferner kann das elektromagnetische Relais gemäß der vorliegenden Erfindung folgendes aufweisen: ein Halbleitersubstrat, das eine flache Platte und einen Torsionsarm zum axialen Halten der beweglichen Platte aufweist, so daß sie schwingfähig in einer Richtung senkrecht relativ zum Halbleitersubstrat ist, das integral damit verbunden ist; einen Permanentmagnet, der an mindestens einem oberseitigen peripheren Randbereich der beweglichen Platte vorgesehen ist; einen beweglichen Kontaktbereich, der an einer Unterseite derselben vorgesehen ist; eine flache Spule zum Erzeugen eines Magnetfeldes mittels eines elektrischen Stromes, die auf Halbleiterbereichen neben gegenüberliegenden Seiten der beweglichen Platte vorgesehen ist, die parallel zur Achse des Torsionsarms sind; ein Isolationssubstrat, das einen festen Kontaktbereich aufweist, der auf einer Unterseite des Halbleitersubstrates an einer Stelle vorgesehen ist, wobei der feste Kontaktbereich dem Kontaktbereich der beweglichen Platte zugeordnet ist.
Wenn die flache Spule auf dem Halbleitersubstrat in dieser Weise hergestellt wird, dann ist es nicht erforderlich, den Einfluß der Erwärmung der flachen Spule durch den elektrischen Strom zu berücksichtigen.
Wenn der Permanentmagnet ferner als dünner Film hergestellt ist, dann wird nur ein minimaler Einfluß auf die Schwingungseigenschaften der beweglichen Platte vorhanden sein. Ferner, da der Permanentmagnet integral durch Halbleiterherstellverfahren herstellbar ist, kann der Schritt des Anpassens des Permanentmagneten eliminiert werden, was die Herstellung des elektromagnetischen Relais vereinfacht.
In diesem Fall kann ein oberes Substrat auf der Oberseite des Halbleitersubstrates vorgesehen sein, und ein Raum zur Aufnahme der beweglichen Platte kann luftdicht mittels des oberen Substrates und des Isolationssubstrates an der Unterseite des Halbleitersubstrates abgedichtet und evakuiert sein.
Ein Verfahren zum Herstellen eines elektromagnetischen Relais nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt:
einen Schritt des Durchlochens eines Halbleitersubstrates mit Ausnahme eines Bereiches, der einen Torsionsarm bildet, durch anisotropes Ätzen von der Substratunterseite zur Oberseite zur Herstellung einer beweglichen Platte, die axial an dem Halbleitersubstrat durch das Torsionsarmteil gehalten ist, so daß sie schwingfähig ist; einen Schritt des Herstellens einer flachen Spule auf dem oberseitigen Rand der beweglichen Platte durch Elektroplattieren; einen Schritt des Herstellens eines beweglichen Kontaktbereiches auf einer Unterseite der beweglichen Platte; einen Schritt des Herstellens eines festen Kontaktbereiches, der mit dem beweglichen Kontaktbereich kontaktierbar ist auf einer Unterseite eines unteren Isolationssubstrates; einen Schritt des Befestigens eines oberen Isolationssubstrates und des unteren Isolationssubstrates an Ober- und Unterseiten des Halbleitersubstrates durch anodisches Spleißen und einen Schritt des Befestigens von Magneten an dem oberen Isolationssubstratbereich und dem unteren Isolationssubstratbereich, die den gegenüberliegenden Seiten der beweglichen Platte zugeordnet sind, welche parallel zur Achse des Torsionsarms sind.
Ein Verfahren zur Herstellung eines elektromagnetischen Relais nach einem weiteren Aspekt der Erfindung umfaßt: einen Schritt des Durchlochens eines Halbleitersubstrates mit Ausnahme eines Bereiches, der einen Torsionsarm bildet, durch anisotropes Ätzen von der Substratunterseite zur Oberseite, zur Herstellung einer beweglichen Platte, die axial an dem Halbleitersubstrat durch den Torsionsarm schwingfähig gehalten ist; einen Schritt des Herstellens eines Dünnfilmpermanentmagneten auf dem oberseitigen Rand der beweglichen Platte; einen Schritt des Herstellens eines beweglichen Kontaktbereiches auf einer Unterseite der beweglichen Platte; einen Schritt des Herstellens einer flachen Spule auf Halbleitersubstratbereichen neben gegenüberliegenden Seiten der beweglichen Platte, die parallel zur Achse des Torsionsarms sind durch Elektroplattieren; einen Schritt des Herstellens eines festen Kontaktbereiches, der mit dem beweglichen Kontaktbereich kontaktierbar ist auf einer Oberseite eines unteren Isolationssubstrates; und einen Schritt des Befestigens eines oberen Isolationssubstrates und des unteren Isolationssubstrates an den Ober- und Unterseiten des Halbleitersubstrates durch anodisches Spleißen.
Bei diesem Verfahren zum Herstellen der jeweiligen elektromagnetischen Relais umfaßt der Schritt des Herstellens der flachen Spule ein elektrisches Spulentypieverfahren. Genauer gesagt kann dies die Herstellung einer Nickelschicht auf dem Halbleitersubstrat durch Aufsputtern umfassen, anschließend die Herstellung einer Kupferschicht auf der Nickelschicht durch Elektroplattieren oder Aufsputtern. Darauf folgt eine Maskierung des Bereiches, der dem flachen Spulenbereich zugeordnet ist und sukzessive das Duchführen einer Kupferätzung und einer Nickelätzung. Dann wird die Maskierung entfernt und es erfolgt eine Kupferelektroplattierung der Spulenstruktur.
Wenn die flache Spule unter Anwendung der oben beschriebenen Verfahren hergestellt wird, ist es möglich, eine Dünnfilmspule mit einem geringen Widerstand und einer hohen Dichte aufzubringen.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung, die den Aufbau eines ersten Ausführungsbeispieles eines elektromagnetischen Flachrelais gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2 ist ein vergrößerter Längsschnitt des ersten Ausführungsbeispieles;
Fig. 3 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht der Oberseite der beweglichen Platte des ersten Ausführungsbeispieles;
Fig. 4 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht der Unterseite der beweglichen Platte des ersten Ausführungsbeispieles;
Fig. 5 ist eine Darstellung zur Erläuterung der Theorie des Betriebes des elektromagnetischen Relais der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6 ist eine Darstellung eines Rechenmodells zur Berechnung der magnetischen Flußdichteverteilung bei einem Permanentmagnet des ersten Ausführungsbeispieles;
Fig. 7 ist eine Darstellung zur Erläuterung von Orten der berechneten magnetischen Flußdichteverteilung;
Fig. 8 ist eine Darstellung von Rechenergebnissen der magnetischen Flußdichteverteilung an den in Fig. 7 gezeigten Orten;
Fig. 9 zeigt Graphen von Rechenergebnissen für Verschiebungen der beweglichen Platte und elektrischen Strom;
Figur ZO ist eine Darstellung eines Rechenmodells zum Berechnen der Biegung des Torsionsarms und der beweglichen Platte;
Fig. 11(a) bis (j) sind Darstellungen zur Erläuterung der Herstellschritte des Siliziumsubstrats des ersten Ausführungsbeispieles;
Fig. 12(a) bis (g) sind Darstellungen zur Erläuterung der Herstellschritte des Glassubstrats des ersten Ausführungsbeispieles;
Fig. 13 ist eine perspektivische Ansicht, die den Aufbau eines zweiten Ausführungsbeispieles eines elektromagnetischen Relais gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt; und
Fig. 14 ist eine perspektivische Ansicht, die den Aufbau eines dritten Ausführungsbeispieles eines elektromagnetischen Relais gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.

Beste Ausführungsform der Erfindung

Nun werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben.
Die Fig. 1 bis 4 zeigen den Aufbau eines ersten Ausführungsbeispieles eines elektromagnetischen Flachrelais gemäß der Erfindung.
In den Fig. 1 bis 4 hat ein elektromagnetisches Relais 1 dieses Ausführungsbeispieles einen dreischichtigen Aufbau, mit jeweils oberen und unteren Glassubstraten 3, 4 (obere und untere Isoliersubstrate), die beispielsweise aus Borsiliziumglas oder ähnlichem hergestellt sind, die anodisch zu unteren und oberen Seiten eines Siliziumsubstrates 2 (Halbleitersubstrat) gespleißt sind. Das obere Glassubstrat 3 weist eine Öffnung 3a auf, die in ihm beispielsweise durch Ultraschallbearbeitung ausgebildet ist, wodurch ein oberer Teil einer beweglichen Platte 5 freiliegt, was später erläutert wird.
Die flache bewegliche Platte 5 und Torsionsarme 6, 6 zum axialen Halten der beweglichen Platte 5 in ihrer Mittelstellung, wobei sie in einer senkrechten Richtung relativ zum Siliziumsubstrat 2 schwingfähig ist, sind integral in dem Siliziumsubstrat 2 durch anisotropes Ätzen ausgebildet. Die bewegliche Platte 5 und die Torsionsarme 6, 6 sind somit beide aus dem gleichen Material wie das Siliziumsubstrat 2 hergestellt. Wie in Fig. 3 gezeigt, · ist eine flache Spule 7, die aus einem dünnen Kupferfilm hergestellt ist, zum Erzeugen eines magnetischen Feldes durch elektrischen Strom an dem oberseitigen Randabschnitt der beweglichen Platte 5 vorgesehen und mit einem Isolierfilm abgedeckt. Wenn hier die Spule mit einer großen Dichte als hochohmige Dünnfilmspule vorgesehen ist mit einem Verlust Joule'scher Wärme infolge des Widerstandes, wird die Ansteuerkraft infolge der Erwärmung begrenzt sein. Somit wird bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die flache Spule 7 durch ein hinlänglich bekanntes elektrisches Spulentypieverfahren hergestellt unter Anwendung des Elektroplattierens. Das elektrische Spulentypieverfahren hat die Eigenschaft, daß eine dünne Filmspule mit einem geringen Widerstand und einer hohen Dichte hergestellt werden kann, und es ist daher für die Miniaturisierung und Verkleinerung von mikromagnetischen Vorrichtungen geeignet. Es umfaßt die Herstellung einer dünnen Nickelschicht auf dem Halbleitersubstrat durch Aufsputtern, dann die Herstellung einer Kupferschicht auf der Nickelschicht durch Elektroplattieren oder Aufsputtern. Anschließend werden die Kupferschicht und die Nickelschicht entfernt mit Ausnahme der Bereiche, die der Spule entsprechen. Dann wird über der Spulenstruktur Kupfer elektroplattiert zum Bilden einer flachen Dünnfilmspule. Wie in Fig. 4 gezeigt ist, wird eine "C"-förmige Verdrahtung 8, 8 an unterseitig gegenüberliegenden Seiten der beweglichen Platte hergestellt. Bewegliche Kontakte 9, 9, die beispielsweise aus Gold oder Platin sind, sind an zugeordneten Endabschnitten der Verdrahtungen 8, 8 vorgesehen.
Ferner wird eine Verdrahtung 10, 10 an der Oberseite des unteren Glassubstrates 4 hergestellt in einer Struktur, wie sie durch die Zwei-Punkt-Strich-Linien in Fig. 4 gezeigt ist, und feste Kontakte 11, 11, die ebenfalls aus Gold oder Platin sind, werden an der Verdrahtung 10, 10 hergestellt an Stellen, die - wie in Fig. 2 gezeigt - den beweglichen Kontakten 9, 9 zugeordnet sind. Wie in Fig. 2 gezeigt, wird die Verdrahtung 10, 10 von der Unterseite des unteren Glassubstrates 4 durch darin ausgebildete Löcher herausgeführt.
Ein Paar von Elektrodenanschlüssen 12, 12, die elektrisch über Abschnitte der Torsionsarme 6, 6 mit der flachen Spule 7 verbunden sind, sind an der Oberseite des Siliziumsubstrates 2 neben den Torsionsarmen 6, 6 vorgesehen. Die Elektrodenanschlüsse 12, 12 werden auf dem Siliziumsubstrat 2 hergestellt gleichzeitig mit der Herstellung der flachen Spule 7 durch das Elektrospulenverfahren.
Zylinderförmige Permanentmagneten 13A, 13B und 14A, 14B sind in Fig. 1 paarweise an der linken und rechten Seite des oberen und unteren Glassubstrates 3, 4 vorgesehen, so daß ein magnetisches Feld an den Bereichen der f lachen Spule 7 auf gegenüberliegenden Seiten der beweglichen Platte 5 erzeugt wird, die parallel zur Achse der Torsionsarme 6, 6 sind. Eines der Paare von drei Permanentmagneten 13A, 13B ist - wie in Fig. 2 gezeigt - so angeordnet, daß die untere Seite der Nordpol und die obere Seite der Südpol ist, wohingegen die anderen Paare der drei Permanentmagneten 14A, 14B - wie in Fig. 2 gezeigt - so angeordnet sind, daß die untere Seite der Südpol und die obere Seite der Nordpol ist.
Nun wird die Arbeitsweise erläutert.
Durch Anschließen einer der Elektrodenanschlüsse 12 an einen positiven Anschluß und des anderen an einen negativen Anschluß wird in der flachen Spule 7 ein Strom erzeugt. Ein magnetisches Feld an beiden Rändern der beweglichen Platte 5, das mittels der Permanentmagneten 13A und 13B und 14A und 14B entlang ebener Flächen der beweglichen Platte 5 erzeugt wird, verläuft - wie in Fig. 2 durch den Pfeil gezeigt - zwischen den oberen und unteren Magneten in einer Richtung, in der die flache Spule 7 geschnitten wird. Wenn ein Strom in der flachen Spule 7 in diesem Magnetfeld fließt, wirkt eine magnetische Kraft F auf die flache Spule 7, die aus der Lorentz'schen Kraft bestimmt werden kann, mit anderen Worten auf gegenüberliegende Enden der beweglichen Platte 5 in einer Richtung (wie in Fig. 5 gezeigt), entsprechend der Fleming'schen Linke-Hand-Regel für Strom, magnetische Flußdichte und Kraft, in Abhängigkeit von der Stromdichte und der magnetischen Flußdichte der flachen Spule 7.
Diese magnetische Kraft kann durch die folgende Gleichung (1) bestimmt werden:
F = i x B (1)
wobei i die Stromdichte ist, die in der flachen Spule 7 fließt, und B die magnetische Flußdichte infolge der Permanentmagneten 13A, 13B und 14A, 14B ist:
In der Praxis variiert diese Kraft in Abhängigkeit von der Anzahl der Windungen n der flachen Spule 7 und der Spulenlänge w (wie in Fig. 5 gezeigt), über der die Kraft F angreift, so daß die folgende Gleichung (2) anwendbar ist;
F = n w (i x B) (2)
Die Beziehung zwischen dem Verschiebewinkel der beweglichen Platte 5 und der sich ergebenden Federreaktionskraft F' der Torsionsarme 6, 6, wenn sie bei der Drehung der beweglichen Platte 5 verdreht werden, ergibt sich durch die folgende Gleichung (3):
= (Mx / Glp)
= (F'L / 8.5 · 10&sup9; r&sup4;) · l, (3)
wobei Mx das Torsionsmoment ist, G der Modul der Längselastizität und lp das polare Flächenträgheitsmoment. Ferner sind L, l, und r der Abstand von der Mittelachse des Torsionsarms zum Lastpunkt, die Torsionsarmlänge bzw. der Radius des Torsionsarms, wie in Fig. 5 gezeigt.
Die bewegliche Platte 5 dreht sich in eine Stellung, in der die magnetische Kraft F im Gleichgewicht mit der Federreaktionskraft F' ist. Es zeigt sich daher, daß durch Substituierung von F in Gleichung 2 durch F' der Gleichung 3 der Verschiebungswinkel der beweglichen Platte 5 proportional zum Strom i ist, der in der flachen Spule 7 fließt.
Wenn somit hinreichend Strom durch die ebene Spule 7 geschickt werden kann, um die beweglichen Kontakte 9, 9 an der unteren Seite der beweglichen Platte 5 entgegen der Federkraft des Torsionsarms 6 zu bewegen, so daß sie gegen die festen Kontakte 11, 11 an der Oberseite des unteren Glassubstrates 4 drücken, dann können die beweglichen Kontakte 9, 9 durch Drehen der beweglichen Platte 5 in Kontakt mit den festen Kontakten 11, 11 gebracht werden. Durch Umkehren der Richtung des Stroms in der flachen Spule 7 oder durch Ein- und Ausschalten des Stroms ist es somit möglich, die Kontakte zu schalten oder eine Stromquelle ein- oder auszuschalten.
Nun werden Meßergebnisse der magnetischen Flußdichteverteilung infolge der Permanentmagneten in dem elektromagnetischen Relais des Ausführungsbeispieles erläutert.
Fig. 6 zeigt ein Berechnungsmodell einer magnetischen Flußdichteverteilung für den zylinderförmigen Magneten, der in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendet wird. Nord- und Südpolseiten des Permanentmagneten sind jeweils in sehr kleine Bereiche unterteilt, und die magnetische Flußdichte für die sich ergebenden Punkte ist berechnet.
Wenn die magnetische Flußdichte, die an der Nordpolseite erzeugt wird, Bn ist und die magnetische Flußdichte, die an der Südpolseite erzeugt wird, Bs ist, können diese aus der Berechnungsformel für die magnetische Flußdichteverteilung eines zylinderförmigen Magneten erhalten werden, entsprechend den Gleichungen (4) und (5). Die magnetische Flußdichte B an einem beliebigen Punkt ist die Summe Bn und Bs, die durch Gleichung (6) geben ist:
In den jeweiligen Gleichungen (4) und (5) ist Br die magnetische Restflußdichte des Permanentmagneten, y, z sind Koordinaten eines beliebigen Raumpunktes in der Nähe des Permanentmagneten, 1 ist der Abstand zwischen der Nordpol- und Südpolseite des Permanentmagneten und d ist der Durchmesser der Polarseiten.
Die Berechnungsergebnisse für die magnetische Flußdichteverteilung in einer in Fig. 7 gezeigten Ebene "a", senkrecht zu den Seiten der Permanentmagneten, ist in Fig. 8 dargestellt für ein Beispiel, bei dem ein DIANET DM-18 (Markenname; Produkt von Seiko Electronics) Sm-CO Permanentmagnet mit 1 mm Radius, 1 mm Dicke und einer magnetischen Restflußdichte von 0,85T verwendet wird. In Fig. 7 sind x, y, z Koordinaten an einem beliebigen Punkt in der Nähe des Permanentmagneten.
Bei einer Anordnung, wie sie in Fig. 7 gezeigt ist, herrscht in dem Raum zwischen dem Permanentmagneten eine magnetische Flußdichte, die gleich oder größer als 0,3 T ist.
Nun werden die Berechnungsergebnisse für die Verschiebung der beweglichen Platte 5 erläutert.
Diese werden aus den Gleichungen (2) und (3) erhalten, wobei die Breite der flachen Spule 7, die auf der beweglichen Platte 5 vorgesehen ist, 100 um und die Anzahl der Windungen 14 ist, die Breite der beweglichen Platte 5 4 mm, die Länge 5 mm und die Dicke 20 um ist und der Radius der Torsionsarme 6 25 mm und die Länge 1 mm ist. Für die magnetische Flußdichte wurde ein Wert von 0,3 T verwendet, der aus der zuvor erwähnten Berechnung der magnetischen Flußdichteverteilung erhalten wird.
Das Ergebnis der Graphen (A) und (B) der Fig. 9 zeigt, daß ein Strom von 1, 5 mA einen Verschiebewinkel von 2 Grad ergibt. Fig. 7(C) zeigt die Beziehung zwischen Strom und der erzeugten Wärmemenge Q. Die Wärmemenge, die pro Flächeneinheit erzeugt wird, ist zu diesem Zeitpunkt 13 uWatt / cm².
Nun wird die Beziehung zwischen der erzeugten Wärmemenge und der Verlustmenge erläutert.
Die erzeugte Wärmemenge ist die Joule'sche Wärme, die durch den Widerstand der Spule erzeugt wird. Die Wärmemenge Q, die pro Zeiteinheit erzeugt wird, kann somit durch die folgende Gleichung (7) ausgedrückt werden.
Q = i²R (7)
wobei i der Strom ist, der in der Spule fließt und R der Widerstand der Spule ist. Die Verlustwärmemenge Qc infolge Konvektion kann durch die folgende Gleichung (8) ausgedrückt werden.
Qc = hSΔT (8)
wobei h der Wärmeübergangskoeffiz ient (5x10&supmin;³-5x10&supmin;²Watt/cm²ºC für Luft), S die Größe der Oberfläche des Elementes und ΔT der Temperaturunterschied zwischen der Elementoberfläche und der Luft ist.
Wenn die Oberflächengröße der beweglichen Platte (wärmeerzeugender Bereich) 20 mm² (4 x 5 mm) ist, dann liefert Gleichung (8)
Qc = 1,0 ΔT(m Watt/ºC) (8')
Dies zeigt, daß, wenn die erzeugte Wärmemenge einige Zentel Watt pro cm² beträgt, Temperaturanstiegsprobleme des Elementes vernachlässigbar sind.
Als Referenz kann die Verlustwärmemenge Qr infolge von Strahlung durch die folgende Gleichung (9) ausgedrückt werden:
Qr = SσT&sup4; (9)
wobei der Strahlungsfaktor (für einen schwarzen Körper = 1, wobei im allgemeinen < 1) ist, 5 die Oberflächengröße des Elementes ist, σ die Stefan-Boltzmann-Konstante (π²k&sup4;/60h³c²) ist und T die Oberflächentemperatur des Elementes ist.
Die Verlustwärmemenge Qa infolge von Wärmeleitung des Torsionsarms kann durch die folgende Gleichung (10) ausgedrückt werden:
Qa = 2λ(S/l&sub1;)ΔT (10)
wobei λ die thermische Leitfähigkeit (84 Watt/mK für Silizium) ist, 5 die Querschnittsfläche des Torsionsarms ist, l, die Länge des Torsionsarms ist, ΔT die Temperaturdifferenz zwischen den Enden des Torsionsarms ist. Wenn der Radius des Torsionsarms 25 um und die Länge 1 mm ist, dann liefert Gleichung (10)
Qa = 0,1 ΔT(m Watt/ºC) (10')
Nun wird die Biegung des Torsionsarms infolge des Gewichtes der beweglichen Platte und die Biegung der beweglichen Platte infolge der elektromagnetischen Kraft erläutert.
Fig. 10 zeigt hierfür ein Rechenmodell. Bei einer Torsionsarmlänge von l&sub1;, einer Torsionsarmbreite b, einem Gewicht f der beweglichen Platte, einer Dicke t der beweglichen Platte, einer Breite W der beweglichen Platte und einer Länge L&sub1; der beweglichen Platte ist die Biegung ΔY des Torsionsarms unter Anwendung der Rechenmethode für einen Kragträger durch die folgende Gleichung (11) gegeben:
ΔY = (1/2) (4l&sub1;³f/E b t³) (11)
wobei E der Young-Modul für Silizium ist.
Das Gewicht f der beweglichen Platte ist durch die folgende Gleichung (12) gegeben:
f = WL&sub1; t ρ g (12)
wobei ρ die volumetrische Dichte und g die Gravitationsbeschleunigung ist.
Die Biegung ΔX der beweglichen Platte ist unter Anwendung der Rechenmethode für die Biegung eines Kragträgers durch die folgende Gleichung (13) gegeben:
ΔX = 4(L¹/2)³F/E W t³ (13)
wobei F die magnetische Kraft ist, die auf den Rand der beweglichen Platte wirkt. Die magnetische Kraft F wird unter der Annahme erhalten, daß die Spulenlänge w in Gleichung (2) gleich der Breite W der beweglichen Platte ist.
Die Rechenergebnisse für die Biegung des Torsionsarms und die Biegung der beweglichen Platte sind in Tabelle 1 angegeben. Die Biegung der beweglichen Platte ist für eine magnetische Kraft F von 30 uN berechnet. Tabelle 1: Rechenergebnisse für die Biegung des Torsionsarms und der beweglichen Platte
Wie aus Tabelle 1 ersichtlich ist, ist bei einer Torsionsarmbreite von 50 um und einer Länge von lmm die Biegung ΔY aufgrund der beweglichen Plattenbreite von 6 mm, einer Länge von 13 mm und einer Dicke von 50 um 0, 178 um. Wenn die Dicke der beweglichen Platte auf 100 um verdoppelt wird, dann ist die Biegung 2 W weiterhin nur 0,356 um. Ferner ist bei einer beweglichen Platte mit einer Breite von 6 mm, einer Länge von 13 mm und einer Dicke von 50 um die Biegung ΔX infolge der magnetischen Kraft nur 0,125 um. Wenn die Summe der Verschiebung an gegenüberliegenden Enden der beweglichen Platte während des Betriebes ca. 200 um ist, dann wird diese kleine Summe keinen Einfluß auf die Eigenschaften des elektromagnetischen Relais des vorliegenden Ausführungsbeispieles haben.
Wie oben erläutert wurde, kann bei dem elektromagnetischen Relais der vorliegenden Erfindung der Einfluß infolge der Wärme, die durch die Spule erzeugt wird, ebenfalls vernachlässigt werden. Ferner, da die Schwingungseigenschaften der beweglichen Platte 5 keine Probleme darstellen, können die gleichen Funktionen wie mit herkömmlichen Vorrichtungen realisiert werden. Ferner wird durch die Anwendung eines Halbleiterbauelementherstellverfahrens zur Herstellung der Teile, wie z. B. des beweglichen Kontaktbereiches und der Spule, dann ein ultrakleines, dünnes, elektromagnetisches Relais möglich, das wesentlich kleiner als herkömmliche Vorrichtungen ist. Somit können Steuersysteme, die Endstufenausgänge durch ein elektromagnetisches Relais ansteuern, miniaturisiert werden. Ferner wird durch die Verwendung eines Halbleiterbauelementherstellungverfahrens eine Massenproduktion möglich.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ein Permanentmagnet zur Erzeugung des magnetischen Feldes verwendet, wenngleich ein Elektromagnet ebenfalls verwendet werden kann. Ferner, wenngleich die Anordnung ein Substrat mit daran befestigten Magneten aufweist, wobei die Magneten alternativ dazu an einer vorgegebenen Stelle befestigbar sind, ist es nicht unbedingt notwendig, sie am Substrat zu befestigen.
Nun werden unter Bezugnahme auf die Fig. 11 und 12 die Schritte bei der Herstellung des elektromagnetischen Relais gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel erläutert.
Die Fig. 11(a)-(j) zeigen die Schritte zur Herstellung des Siliziumsubstrates.
Die untere und obere Seite eines 300 um dicken Siliziumsubstrates 101 werden zunächst thermisch oxidiert, so daß sich ein Oxidfilm (1 um) 102 (siehe Figur (a)) bildet. Anschließend wird eine herausgeschnittene Struktur an der Vorder- und Rückseite durch Photolitographie erzeugt und der Oxidfilm in dem herausgetrennten Bereich wird durch Ätzen entfernt (siehe Figur (b)). Danach wird der Oxidfilm auf der Rückseite (Oberseite in Fig. 11) von dem Bereich, der die bewegliche Platte bildet, hinunter bis zu einer Dicke von 0,5 um (siehe Figur (c)) entfernt.
Dann wird eine Wachsschicht 103 auf die Vorderseite (Unterseite in Fig. 11) aufgebracht und eine anisotropes Ätzung der Rückseite im herausgetrennten Bereich durch 100 Mikrons (siehe Figur (d)) durchgeführt. Danach wird der dünne Oxidfilm im beweglichen Plattenbereich auf der Rückseite entfernt (siehe Figur (e)) und ein anisotropes Ätzen wird auf dem herausgetrennten Bereich durchgeführt und dem beweglichen Plattenbereich um 100 Mikrons (siehe Figur (f)).
Der Siliziumsubstratbereich, der der Rückseite der beweglichen Platte entspricht, welcher von dem Herausgetrennten umrandet ist, wird dann maskiert mit Ausnahme des Verdrahtungsbereiches, und ein Aufsputtern von Nickel- oder Kupfer wird durchgeführt zur Bildung der "C"-förmigen Verdrahtung 8, 8. Danach wird der Bereich mit Ausnahme des beweglichen Kontaktbereiches maskiert und eine Gold- oder Platinschicht hergestellt, beispielsweise durch Dampfablagerung, um somit die beweglichen Kontakte 9, 9 herzustellen (siehe Figur (g))
Die Wachsschicht 103 auf der Vorderseite wird anschließend entfernt und die flache Spule 7 und die Elektrodenanschlußbereiche (in der Figur nicht gezeigt) werden auf dem vorderseitigen Oxidfilm 102 durch ein herkömmliches Elektro-Typie- Verfahren für Spulen hergestellt. Das Elektro-Typie-Verfahren für Spulen umfaßt die Herstellung einer Nickelschicht auf dem Oxidfilm 102 auf der Vorderseite des Siliziumsubstrates 101 durch Aufsputtern von Nickel, anschließend die Herstellung einer Kupferschicht durch Elektroplattieren oder Aufsputtern. Die Bereiche, die der flachen Spule und den Elektrodenanschlüssen entsprechen, werden anschließend mit einer positiven Schutzschicht maskiert und eine Kupferätzung und eine Nickelätzung nacheinander durchgeführt, wonach die Schutzschicht entfernt wird. Anschließend wird eine Kupferelektroplattierung durchgeführt, so daß der gesamte Rand der Nickelschicht mit Kupfer überzogen wird, wodurch eine Kupferschicht hergestellt wird, die der flachen Spule und den Elektrodenanschlüssen zugeordnet ist. Danach wird eine negative Schutzschicht auf die Flächen aufgebracht, mit Ausnahme der Kupferschicht, und Kupferelektroplattieren wird zum Verdicken der Kupferschicht durchgeführt zur Herstellung der flachen Spule und der Elektrodenanschlüsse. Der Bereich der flachen Spule wird dann mit einer Isolierschicht bedeckt, beispielsweise aus photosensitivem Polymid oder ähnlichem. Wenn die flache Spule zweischichtig ist, kann der Vorgang wiederholt werden vom Aufsputtern des Nickels bis zur Herstellung der Isolierschicht (siehe Figur (h)).
Dann wird eine Wachsschicht 103' auf die Vorderseite aufgebracht, und nach dem Maskieren des rückseitigen Bereiches der beweglichen Platte wird ein anisotropes Ätzen im herauszutrennenden Bereich bis hinunter zu 100 Mikrons durchgeführt, um den herauszutrennenden Bereich durchzuschneiden. Die Wachsschicht 103' wird dann entfernt mit Ausnahme des Bereiches der beweglichen Platte. Zu diesem Zeitpunkt werden der obere und der untere Oxidfilm 102 ebenfalls entfernt. Auf diese Weise werden die bewegliche Platte 5 und der Torsionsarm (in der Figur nicht gezeigt) hergestellt, wodurch das Siliziumsubstrat 2 der Fig. 1 hergestellt wird (siehe Figuren (i) und (j)).
In obiger Weise werden die bewegliche Platte 5 und der Torsionsarm des Siliziumsubstrates 2 integral zusammen hergestellt.
Anschließend wird die Wachsschicht im Bereich der beweglichen Platte entfernt und das obere Glassubstrat 3 und das untere Glassubstrat 4 werden durch anodisches Spleißen mit der Oberseite und der Unterseite des Siliziumsubstrates 2 verbunden. Die Permanentmagnete 13A, 13B und 14A, 14B können dann an vorgegebenen Stellen des oberen und des unteren Glassubstrates 3, 4 angebracht werden.
Nun werden die Schritte zur Herstellung des oberen und unteren Glassubstrates unter Bezugnahme auf Fig. 12(a)-(g) erläutert.
Zunächst wird beispielsweise durch Ultraschalbearbeitung in dem oberen Glassubstrat 3 eine Öffnung an einer Stelle hergestellt, die dem Bereich oberhalb der beweglichen Platte entspricht, wodurch eine Öffnung 3a (siehe Figur a) hergestellt wird. Bei dem unteren Glassubstrat 4 werden zunächst erste Ausnehmungen 4a, 4a für Durchgangslöcher von der Rückseite (Oberseite in Fig. 12) des Glassubstrates 4 durch eine Bearbeitung mit elektrolytischer Entladung (siehe Figur (b)) hergestellt. Anschließend wird eine Metallschicht 104 auf beiden Seiten des unteren Glassubstrates 4 hergestellt, beispielsweise durch Aufsputtern von Nickel oder Kupfer (siehe Figur (c)).
Der Verdrahtungsabschnitt einschließlich der Ausnehmungen 4a wird dann maskiert und der verbleibende Bereich wird geätzt, um die Metallschicht 104 zu entfernen, wodurch die Verdrahtung 10, 10 (siehe Figur (d)) hergestellt wird.
Anschließend wird die Struktur der festen Kontakte durch Photolitographie an der Vorderseite des Glassubstrates 4 (Unterseite in der Figur) zum Abheben hergestellt und eine Schutzschicht 105 auf die Struktur gesprüht, mit Ausnahme des Bereiches der festen Kontakte (siehe Figur (e)). Eine Dampfablagerungsschicht 106 wird dann über der gesamten Oberfläche der Rückseite des Glassubstrates 4 aus Gold oder Platin hergestellt (siehe Figur (f)). Dann werden die festen Kontaktpunkte 11, 11 hergestellt, durch Entfernen der Dampfablagerungsschicht 106 und der Schutzschicht von den Flächen mit Ausnahme der festen Kontakte 5 (siehe Figur (g)).
Fig. 13 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines elektromagnetischen Relais der vorliegenden Erfindung. Elemente, die gleich wie beim ersten Ausführungsbeispiel sind, sind mit dem gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und von einer Erläuterung wird abgesehen.
Bei dem elektromagnetischen Relais 21 dieses Ausführungsbeispieles in Fig. 13 ist der Aufbau des Siliziumsubstrates 2 und des unteren Glassubstrates 4 der gleiche wie beim ersten Ausführungsbeispiel, wohingegen der Aufbau des oberen Glassubstrates 3' unterschiedlich ist. Das heißt, bei dem oberen Glassubstrat 3' wird der Bereich, der der Öffnung 3a des oberen Glassubstrates 3 des ersten Ausführungsbeispieles zugeordnet ist, als Ausnehmung 3A' hergestellt, beispielsweise durch eine Entladungsbearbeitung, wobei eine Deckschicht hergestellt wird.
Das obere Glassubstrat 3' und das untere Glassubstrat 4 werden dann mit der Oberseite und der Unterseite des Siliziumsubstrates 2 verbunden, wie durch die Pfeile in Fig. 13 gezeigt ist, durch anodisches Spleißen, um dadurch den Schwingungsraum der beweglichen Platte 5 abzudichten. Dieser abgedichtete Raum wird dann evakuiert und das elektromagnetische Relais 21 wird betrieben. Nun können anstatt Permanentmagneten Elektromagneten verwendet werden.
Bei diesem Aufbau ist durch die Evakuierung des Schwingungsraumes der beweglichen Platte 5 dann kein Luftwiderstand vorhanden, wenn sich die bewegliche Platte 5 bewegt, so daß das Ansprechen der beweglichen Platte verbessert ist. Wenn das obere und das untere Glassubstrat 3', 4 mit dem Siliziumsubstrat 2 verbunden werden, so kann es sein, daß bei Verwendung eines Klebemittels eine Gasinfiltration in den Schwingungsraum der beweglichen Platte stattfindet. Wenn jedoch, wie beim vorliegenden Ausführungsbeispiel, anodisches Spleißen angewandt wird, dann tritt dieses Problem nicht auf. Ferner, bei einer Vakuumabdichtung des Schwingungsraumes der beweglichen Platte 5, kann die elektrische Festigkeit durch Einbringen von Schwefelhexafluoridgas SF&sub6; verbessert werden.
Nun wird unter Bezugnahme auf Fig. 14 ein drittes Ausführungsbeispiel eines elektromagnetischen Relais gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert. Elemente, die mit denen der folgenden Ausführungsbeispiele übereinstimmen, sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und von einer Erläuterung wird daher abgesehen.
Bei dem elektromagnetischen Relais dieses in Fig. 14 gezeigten Ausführungsbeispieles ist ein dünner Filmpermanentmagnet 32 auf der beweglichen Platte 5 vorgesehen anstatt der flachen Spule. Auf der anderen Seite sind flache Spulen 7A, 7B zur Erzeugung eines magnetischen Feldes durch elektrischen Strom in Bereichen neben den gegenüberliegenden Bereichen der beweglichen Platte vorgesehen, die parallel zur Achse der Torsionsarm 6, 6 des Siliziumsubstrates 2 sind. Ferner hat das obere Glassubstrat 3' eine Ausnehmung 3A', die gleich der des Substrates der Fig. 13 ist, wodurch eine Abdeckung gebildet ist.
Bei einem derartigen Aufbau, bei dem der Permanentmagnet 32 auf der beweglichen Platte 5 angeordnet ist und die flachen Spulen 7A, 7B auf dem Siliziumsubstrat 2 vorgesehen sind, ist die gleiche Betriebsweise wie bei den einzelnen zuvor erwähnten Ausführungsbeispielen möglich. Ferner, da eine Spule nicht auf der beweglichen Platte 5 vorgesehen ist, treten dann keine Probleme hinsichtlich Wärmeerzeugung auf. Ferner, da ein Dünnfilmpermanentmagnet auf der beweglichen Platte verwendet wird, tritt die Situation des Trägewerdens der beweglichen Platte nicht auf und das Ansprechverhalten ist verbessert. Da darüberhinaus der Dünnfilmpermanentmagnet integral durch Halbleiterbauelementherstellmethoden hergestellt werden kann, ist dann sowohl eine weitere Größenreduktion möglich als auch eine Vereinfachung des Schritts der Positionierung des Permanentmagneten, was Vorteile, wie beispielsweise eine Vereinfachung der Herstellung des elektromagnetischen Relais, hat. Ferner, da der Schwingraum der beweglichen Platte in einem Vakuum abgedichtet ist, wird dann, wie bei dem in Fig. 13 gezeigten Ausführungsbeispiel, ein gutes Ansprechverhalten der beweglichen Platte 5 erreicht.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Aufbau so, daß der Permanentmagnet um den Rand der beweglichen Platte herum angeordnet ist. Der Permanentmagnet kann jedoch auch auf der gesamten Oberseite der beweglichen Platte hergestellt sein.
Mit der vorliegenden Erfindung, wie sie oben beschrieben wurde, kann, da die Spule unter Verwendung von Halbleiterbauelementherstellverfahren anstatt konventioneller Drahtwickelverfahren hergestellt wird, dann verglichen mit einem herkömmlichen elektromagnetischen Relais, bei denen gewickelte Drahtspulen verwendet werden, die Vorrichtung sehr viel kleiner und dünner hergestellt werden. Somit wird eine Integration und Miniaturisierung von Systemen von Steuersystemen, die elektromagnetische Relais verwenden, möglich. Ferner, wenn der Bewegungsbereich der beweglichen Platte abgedichtet und evakuiert wird, kann dann der Luftwiderstand eliminiert werden, so daß das Ansprechverhalten der beweglichen Platte verbessert wird, was eine Verbesserung der Leistungsfähigkeit hinsichtlich des Ansprechverhaltens ermöglicht.

Industrielle Anwendbarkeit

Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Herstellung eines dünnen elektromagnetischen Relais mit kleiner Größe, was die Realisierung der Miniaturisierung von Steuersystemen ermöglicht, welche den Ausgang einer Endstufe unter Verwendung eines elektromagnetischen Relais steuern. Die Erfindung hat somit eine bemerkenswert hohe industrielle Anwendbarkeit.

Claims

1. Flaches elektromagnetisches Relais mit: einem Halbleitersubstrat (2), das eine flache bewegliche Platte (5) und einen integral damit hergestellten Torsionsarm (6) zum axialen Halten der beweglichen Platte aufweist, so daß sie schwingfähig in einer senkrechten Richtung relativ zum Halbleitersubstrat (2) ist; einer flachen Spule (7) zum Erzeugen eines magnetischen Feldes durch einen elektrischen Strom, die auf einem oberseitigen peripheren Randbereich der beweglichen Platte (5) vorgesehen ist; einem beweglichen Kontaktbereich (9), der auf einer Unterseite derselben vorgesehen ist; einem Isoliersubstrat (4), das einen festen Kontaktbereich aufweist, der auf einer Unterseite des Halbleitersubstrates (2) an einer Stelle vorgesehen ist, wobei der feste Kontaktbereich (11) dem beweglichen Kontaktbereich (9) zugeordnet ist; und Magneten (13, 7.4), die miteinander Paare bilden und die so angeordnet sind, daß sie ein magnetisches Feld in den Bereichen der flachen Spule (7) auf gegenüberliegenden Seiten der beweglichen Platte (5) erzeugen, die parallel zur Achse des Torsionsarms (6) sind.

2. Flaches elektromagnetisches Relais nach Anspruch 1, wobei ein oberes Substrat (3) auf einer Oberseite des Halbleitersubstrates (2) vorgesehen ist und die Magneten (13, 14) an dem oberen Substrat (3) und dem Isoliersubstrat (4) an der unteren Unterseite des Halbleitersubstrates (2) befestigt sind.

3. Flaches elektromagnetisches Relais nach Anspruch 2, wobei ein Raum, der die bewegliche Platte aufnimmt, durch das obere Substrat (3) und das Isolierungssubstrat (4) abgedichtet und evakuiert ist.

4. Flaches elektromagnetisches Relais nach Anspruch 1, wobei die Magneten (13, 14) Permanentmagneten sind.

5. Flaches elektromagnetisches Relais mit: einem Halbleitersubstrat (2), das eine flache bewegliche Platte (5) und einen integral damit hergestellten Torsionsarm (6) aufweist, zum axialen Halten der beweglichen Platte (5), so daß sie schwingfähig in einer Richtung senkrecht relativ zu dem Halbleitersubstrat (2) ist; einem Permanentmagnet, der in mindestens einem oberseitigen peripheren Randbereich der beweglichen Platte (5) vorgesehen ist; einem beweglichen Kontaktbereich (9), der an einer Unterseite derselben vorgesehen ist; einer flachen Spule zum Erzeugen eines magnetischen Feldes durch einen elektrischen Strom, die auf Bereichen des Halbleiters neben den gegenüberliegenden Seiten der beweglichen Platte (5) vorgesehen ist, die parallel zur Achse des Torsionsarms (6) sind; und einem Isolationssubstrat (4), das einen festen Kontaktabschnitt (11) aufweist, der auf einer Unterseite des Halbleitersubstrates (2) an einer Stelle vorgesehen ist, wobei der Bereich der festen Kontakte (11) dem Bereich der beweglichen Kontakte (9) der beweglichen Platte (5) zugeordnet ist.

6. Flaches elektromagnetisches Relais nach Anspruch 5, wobei ein oberes Substrat (3) an der Oberseite des Halbleitersubstrates (2) vorgesehen ist und ein Raum, der die bewegliche Platte (5) aufnimmt, durch das obere Substrat (3) und ein Isolationssubstrat (4) an der Unterseite des Halbleitersubstrates (2) abgedichtet und evakuiert ist.

7. Flaches elektromagnetisches Relais nach Anspruch 3 oder 6, wobei der Raum, der die bewegliche Platte (5) aufnimmt, durch eine Ausnehmung gebildet ist, die in einem mittleren Bereich des oberen Substrates (3) vorgesehen ist, der einem Bereich oberhalb der beweglichen Platte (5) zugeordnet ist.

8. Flaches elektromagnetisches Relais nach Anspruch 2 oder 6, wobei das obere Substrat (3) ein Isolationssubstrat ist.

9. Flaches elektromagnetisches Relais nach Anspruch 5, wobei der Permanentmagnet sich über die gesamte Oberseite der beweglichen Platte (5) erstreckt.

10. Flaches elektromagnetisches Relais nach Anspruch 5, wobei der Permanentmagnet einen Dünnfilmaufbau aufweist.

11. Verfahren zur Herstellung eines flachen elektromagnetischen Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 4, das die Schritte aufweist: Durchlochen eines Halbleitersubstrates (2) mit Ausnahme eines Bereiches, der einen Torsionsarm (6) bildet, durch anisotropes Ätzen von der Substratunterseite zur Oberseite, zum Bilden einer beweglichen Platte (5), die durch den Torsionsarm (6) axial an dem Halbleitersubstrat (2) gehalten ist, so daß sie schwingfähig ist; Herstellen einer flachen Spule (7) auf dem oberseitigen Rand der beweglichen Platte (5) durch Elektroplattieren; Herstellen eines beweglichen Kontaktbereiches (9) auf einer Unterseite der beweglichen Platte (5); Herstellen eines festen Kontaktbereiches (11), der mit dem beweglichen Kontaktbereich (9) kontaktierbar ist, auf einer Oberseite eines unteren Isolationssubstrates (4); Befestigen eines oberen Isolationssubstrates (3) und des unteren Isolationssubstrates (4) an Unter- und Oberseiten des Halbleitersubstrates (2) durch anodisches Spleißen und Befestigen von Magneten (13, 14) an dem oberen Isolationssubstratbereich (3) und dem unteren Isolationssubstratbereich (4), die den gegenüberliegenden Rändern der beweglichen Platte (5) zugeordnet sind, die parallel zur Achse des Torsionsarms (6) sind.

12. Verfahren zum Herstellen eines flachen elektromagnetischen Relais nach einem der Ansprüche 5 bis 10 mit den Schritten: Durchlochen eines Halbleitersubstrates (2) mit Ausnahme eines Bereiches, der einen Torsionsarm (6) bildet, durch anisotropes Ätzen von der Substratunterseite zur Oberseite, zum Bilden einer beweglichen Platte (5), die axial an dem Halbleitersubstrat (2) durch den Torsionsarm (6) schwingfähig gehalten ist; Herstellen eines Dünnfilmpermanentmagneten an der Oberseite der beweglichen Platte (5); Herstellen eines beweglichen Kontaktbereiches (9) an einer Unterseite der beweglichen Platte (5); Herstellen einer flachen Spule auf Halbleitersubstratbereichen neben den gegenüberliegenden Rändern der beweglichen Platte (5), die parallel zur Achse des Torsionsarms (6) sind durch Elektroplataieren; Herstellen eines festen Kontaktbereiches (11), der mit dem beweglichen Kontaktbereich (9) kontaktierbar ist, auf einer Oberseite des unteren Isolationssubstrates (4) und Befestigen eines oberen Isolationssubstrates (3) und des unteren Isolationssubstrates (4) an Ober- und Unterseiten des Halbleitersubstrates (2) durch anodisches Spleißen.

13. Verfahren zur Herstellung eines flachen elektromagnetischen Relais nach Anspruch 11 oder 12, wobei der Schritt des Herstellens der flachen Spule Schritte des Herstellens einer Nickelschicht auf dem Halbleitersubstrat (2) durch Aufsputtern umfaßt, Herstellen einer Kupferschicht auf der Nickelschicht durch Kupferelektroplattieren, Maskieren des Bereiches, der dem Bereich der flachen Spule zugeordnet ist, nacheinander Durchführen einer Kupferätzung und einer Nickelätzung, Entfernen der Maskierung und Kupferelektroplattieren der Spulenstruktur.

14. Verfahren zur Herstellung eines flachen elektromagnetischen Relais nach Anspruch 13, wobei bei der Herstellung der Kupferschicht auf der Nickelschicht dies durch Aufsputtern anstatt durch Kupferelektroplattieren erfolgt.