DE69714408T2

DE69714408T2 - Magnetischer Mikroschalter und Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE69714408T2
Application number: DE1997614408
Authority: DE
Inventors: Francois Gueissaz
Original assignee: Asulab AG
Current assignee: Asulab AG
Priority date: 1997-04-23
Filing date: 1997-04-23
Publication date: 2003-04-24
Anticipated expiration: 2017-04-24
Also published as: EP0874379A1; EP0874379B1; DE69714408D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Mikroschalter mit Zungen, dessen besonderer Aufbau sowohl für das Schliessen einer elektrischen Schaltung durch Annäherung von zwei Zungen unter dem Einfluss eines Magnetfeldes, als auch für das Öffnen, wenn das Magnetfeld aufgehoben ist, eine zuverlässige Funktion sicherstellt.
Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Mikroschalters durch ein galvanisches Wachstumsverfahren ausgehend von einem Substrat.
Allgemeiner gehört die Erfindung zum gut bekannten Bereich der sogenannten "Stangen"-Schütze, und im weiteren Sinne "Zungen"-Schütze, die durch ein äusseres Magnetfeld betätigbar sind, das entweder parallel zu den Stangen oder zu den Zungen oder senkrecht zu diesen letzteren ist. Ein Stangen-Schalter mit parallelem Feld wird allgemein als "Reed"-Schalter bezeichnet. Das Modell eines solchen "Reed"-Schalters ist aus einem zylindrischen Glaskolben ausgebildet, in den an jedem Ende eine magnetisierbare und biegsame Stange eindringt, wobei sich die freien Enden jeder Stange durch ihre anfängliche Annäherung unter dem Einfluss eines äusseren Magnetfeldes anziehen können, um eine elektrische Schaltung zu schliessen, und durch die Federkraft der Stangen, bzw. der Zungen, in ihre anfängliche Position zurückgestellt werden können, wenn das Magnetfeld aufgehoben ist. Die Miniaturisierung dieses Modells ist zwangsläufig durch rein technische Faktoren beschränkt, so dass die kleinsten erhaltenen "Reed"-Schalter noch eine Länge in der Grössenordnung von 7,5 mm und einen Durchmesser in der Grössenordnung von 1,5 mm haben, wobei sie eine manchmal bestreitbare mechanische Stabilität aufweisen.
Dieses Modell hat also zu zahlreichen Weiterentwicklungen Anlass gegeben, von denen man im Rahmen der vorliegenden Erfindung einerseits diejenigen, die eine Platzbedarfverminderung anstreben, um beispielsweise ihre Integration in einer mikroelektronischen Einheit, wie in einem Zeitmessgerät, zu ermöglichen, und andererseits diejenigen, die anstreben, ihr magnetomechanisches Verhalten zuverlässiger und leistungsfähiger zu machen, berücksichtigt.
Was die in bezug auf die Verminderung des Platzbedarfs angebrachten Lösungen betrifft, bezieht man sich vorteilhafterweise auf das Patent US 5,430,421, das ein Herstellungsverfahren durch galvanisches Wachstum ausgehend von einem Substrat beschreibt, das ermöglicht, im Satz, oder "batch", Mikroschalter mit Zungen mit sehr kleinen Abmessungen, typisch Vorrichtungen, deren Zungen eine Länge L von ungefähr 500 um, eine Breite a von ungefähr 100 um, für eine Dicke b und einen Luftspalt e in der Grössenordnung von ungefähr zehn Mikrometer haben, herzustellen. Bei der Anwendung hat es sich jedoch gezeigt, dass gewisse Mikroschalter, die aus einem gleichen Satz stammen, d. h. Mikroschalter, die genau unter den gleichen Bedingungen hergestellt worden sind, nicht den Normen entsprachen, die ermöglichen, eine zuverlässige Funktion sicherzustellen. Eine Konstruktion einer hängenden metallischen Struktur durch galvanisches Wachstum ermöglicht nämlich, genug präzise die Geometrie, und insbesondere die Dicke der Niederschläge eines ferromagnetischen Werkstoffs, zu überprüfen, aber sie ermöglicht nicht, auf sichere Weise in den Niederschlägen die Restspannungen vorzusehen, die auf bekannte Weise zu Beginn des galvanischen Wachstums grösser sind. Aus der sehr geringen Dicke der Zungen resultiert, dass gewisse Mikroschalter nach Beseitigung der Opferschichten immer in geschlossener Position sind, oder im Gegenteil einen Luftspalt aufweisen, der zu gross ist, damit die Zungen unter dem Einfluss des Magnetfeldes, das normalerweise angelegt werden muss, in eine geschlossene Position gebracht werden.
Um die magnetomechanischen Nachteile der obenerwähnten Mikroschalter zu beheben, hat man für Zungen, die mit einem einen gegebenen Elastizitätsmodul aufweisenden Werkstoff erhalten werden und in einem gegebenen Magnetfeld plaziert sind, nachgeforscht, auf welche Konstruktionsparameter eingewirkt werden konnte, um die Restspannungen zu vermindern, oder sogar zu beseitigen, wobei die Auslenkungen und der Kontaktdruck zwischen den Zungen begünstigt wurden.
Indem die Dicke b der Zunge vergrössert wird, vermindert man den Einfluss der Restspannungen und man erhält eine bessere Positionierung der beiden Zungen zueinander, aber gleichzeitig erhöht man deren Steifigkeit. Um die für das Öffnen nötige Biegsamkeit zu haben, muss man also die Länge L der Zunge vergrössern, was nicht dem Miniaturisierungszweck der Erfindung entspricht.
Für Vorrichtungen, die in einem Magnetfeld plaziert sind und einen sehr kleinen Luftspalt e haben, ist die Auslenkung annähernd proportional zu L³/b·r, wobei L die Länge der Zunge ist, b ihre Dicke ist, und r die Überlagerungslänge der beiden Zungen im Luftspalt e ist. Da sonst alle anderen Parameter gleich sind, ist der Kontaktdruck annähernd proportional zu b²/r².
Man kann eine grössere Auslenkung erhalten, indem man L vergrössert und/oder indem man b vermindert. Mit einer Vergrösserung von L nimmt der gesamte Platzbedarf des Mikroschalters zu, was nicht den durch die Erfindung angestrebten Zielen entspricht und was ebenfalls bewirkt, dass die Streuung des Magnetfeldes im Luftspalt erhöht wird. Eine Verminderung von b hat als ungünstige Auswirkung, dass einerseits der Kontaktdruck erheblich verringert wird und dass andererseits, wie zuvor angezeigt, die Zunge empfindlicher für Restspannungen wird.
Einzig die Verminderung der Überlagerungslänge r ermöglicht, gleichzeitig die Auslenkung sowie den Kontaktdruck zu vergrössern. Der Wert von r muss jedoch merklich gleich dem Mehrfachen der Dicke b bleiben, sonst annullieren die Streueffekte des Magnetfeldes den erhaltenen Vorteil.
Aus den vorhergehenden Beobachtungen geht also hervor, dass die Kenntnisse des Fachmanns nicht ermöglichen, eine Lösung anzubringen, die für die magnetomechanischen Nachteile eines durch galvanisches Wachstum konstruierten Mikroschalters zufriedenstellend ist.
Die vorliegende Erfindung hat also zum Gegenstand, eine Lösung vorzuschlagen, in der eine originelle Geometrie wenigstens einer Zunge, ohne Änderung des gesamten Platzbedarfs des Mikroschalters, ermöglicht, die Biegsamkeit der Zunge zu erhöhen, ohne die maximale Kraft, die an ihrem Ende erhalten wird, zu ändern.
Zu diesem Zweck hat die Erfindung einen magnetischen Mikroschalter zum Gegenstand, der durch ein galvanisches Verfahren ausgehend von einem Substrat verwirklicht ist und zwei leitende Zungen mit Länge L und L' und Breite a umfasst, die über ihre jeweiligen Enden mit elektrischen Anschlussmitteln verbunden sind und jeweils einen distalen Teil mit Querschnitt a·b bzw. a·b' umfassen, deren Überlagerung über eine Länge r einen Luftspalt mit Abstand e bestimmt, wobei wenigstens eine der Zungen aus einem magnetischen Werkstoff besteht und aus einem Ende, das mit dem Substrat über einen Fuss fest verbunden ist, aus einem Mittelteil und aus einem distalen Teil mit Länge Lo zusammengesetzt ist, der in bezug auf den distalen Teil der zweiten Zunge zwischen einer geöffneten Position bei Abwesenheit eines Magnetfeldes und einer geschlossenen Position, in der die beiden Zungen unter dem Einfluss des Magnetfeldes miteinander in Kontakt sind, biegsam ist, welcher Mikroschalter dadurch gekennzeichnet ist, dass der Mittelteil der biegsamen Zunge mit einem transversalen Gesamtquerschnitt ausgebildet ist, der kleiner als jener des distalen Teils ist, derart, dass er einen geringeren Biegewiderstand aufweist, der der Zunge ermöglicht, zugleich eine Auslenkung mit einer Amplitude, die wenigstens gleich e ist, um unter dem Einfluss eines Magnetfeldes einen Kontakt herzustellen, und eine ausreichende Rückstellkraft in die geöffnete Position bei Abwesenheit des Magnetfeldes zu besitzen.
Wenn das angelegte Magnetfeld parallel zu den Zungen ist, sind die beiden Zungen durch galvanisches Wachstum eines gleichen magnetischen Werkstoffs hergestellt.
Indem ein Magnetfeld zur Sättigung des Mittelteils angelegt wird, ist es also möglich, den Kontaktdruck zwischen den Zungen zu vergrössern, indem die Dicke b, bzw. b', des distalen Teils derart erhöht wird, dass reproduzierbare Kontakte mit geringem Überschaltwiderstand erhalten werden, wobei der Zunge doch ermöglicht wird, eine ausreichende Auslenkung zu haben.
Gemäss einer ersten Ausführungsform hat die biegsame Zunge von ihrer Befestigung am Fuss bis zu ihrem distalen Teil eine konstante Dicke b, und der Mittelteil, der die Verbindung zwischen diesen beiden Enden bildet, wird von einer oder mehreren Engstellen gebildet, wodurch der transversale Gesamtquerschnitt des Mittelteils kleiner als der Querschnitt des distalen Teils ist, wobei somit der Zunge ermöglicht wird, eine grössere Biegsamkeit ohne Platzbedarfzunahme zu haben.
Diese Engstellen können eine oder mehrere Öffnungen in der Zunge begrenzen. Falls eine einzige Engstelle vorliegt, nimmt diese letztere vorzugsweise eine mittige Position ein, wobei sie zwei Ausschnitte an den Rändern der Zunge begrenzt. Die Engstellen können ebenfalls einen variablen Querschnitt zwischen dem am Fuss befestigten Ende und dem distalen Teil haben, indem sie zum Beispiel aneinanderstossende Öffnungen bilden, die merklich rechteckig oder quadratisch sind und Flächen mit Werten haben, die ausgehend von der Befestigung am Fuss geringer werden.
Gemäss einer zweiten Ausführungsform weist die Zunge weder Öffnung noch Ausschnitt auf, aber ihr Mittelteil hat eine Dicke, die kleiner als die Dicke b des distalen Teils ist, wobei er gewissermassen eine Aussparung in der Dicke der Zunge bildet, welche Aussparung auf der einen oder anderen der Seiten der Zunge vorgesehen sein kann.
Wie dies bereits angezeigt worden ist, hat der Mittelteil nur einen geringen Einfluss auf das magnetische Verhalten des Mikroschalters, insbesondere wenn dieser letztere in einem Magnetfeld plaziert ist, das parallel zur Längsrichtung der Zungen ist. Mit anderen Worten ist der aktive Bereich der distale Teil, der die Länge Lo aufweist. In diesem Fall ist es dann, wenn die zweite Zunge mit dem Substrat fest verbunden ist, also vorteilhaft, dass ihre Länge L' gleich Lo ist, und dass ihre Dicke b' gleich der Dicke b der biegsamen Zunge ist, um eine Streuung des Magnetfelds bestmöglich zu verhindern.
Wenn der Mikroschalter in einem senkrecht zu den Zungen stehenden Magnetfeld plaziert ist und wenn die zweite Zunge mit dem Substrat fest verbunden ist, genügt es, dass die Länge L' dieser zweiten Zunge gleich der Überlappungslänge r ist, wobei der sie bildende Werkstoff magnetisch oder nicht sein kann, und ihre Dicke b' grösser als die Dicke b der biegsamen Zunge sein kann.
Anstatt mit dem Substrat fest verbunden zu sein, kann die zweite Zunge ebenfalls über einen weiteren Fuss mit dem Substrat fest verbunden sein. Diese zweite Zunge ist dann auch biegsam und kann gemäss einer der zuvor beschriebenen Formen strukturiert sein, ohne zwangsläufig die gleiche Strukturierung wie die erste Zunge aufzuweisen.
Der Mikroschalter gemäss der Erfindung ermöglicht ebenfalls, ohne dessen gesamten Platzbedarf zu ändern, auf die Werte b, b' der Dicke der Zungen und auf den Wert e des Luftspalts einzuwirken. Eine Erhöhung von b, b' bewirkt nämlich eine Verminderung der Biegsamkeit und korrelativ eine bessere relative Positionierung der beiden Zungen, was ermöglicht, den Wert e des Luftspalts zu verringern.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der ausführlichen Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die als illustrative und nicht einschränkende Beispiele gegeben sind, unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren, in denen:
- Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines ersten Beispiels eines Mikroschalters, der eine einzige biegsame Zunge aufweist, mit Angabe aller charakteristischen Längen ist;
- die Fig. 2 bis 5 perspektivische Ansichten von vier weiteren Ausführungsbeispielen sind, in denen eine einzige Zunge biegsam ist;
- Fig. 6 eine perspektivische Ansicht eines sechsten Ausführungsbeispiels ist, in dem die beiden Zungen biegsam sind;
- Fig. 7 den Schnitt gemäss der Linie VII-VII der Fig. 1 vor der Beseitigung der Opferschichten darstellt, und
- Fig. 8 einen Schnitt gemäss der Linie VIII-VIII der Fig. 1 vor der Beseitigung der Opferschichten darstellt.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 hat man ein erstes Beispiel eines Mikroschalters, wenn er einmal von seinem Herstellungssatz isoliert ist, dargestellt. Man erkennt, dass dieser letztere zwei Zungen 1, 2 umfasst, die von einem Substrat 10 getragen werden, von welchem ausgehend er durch galvanisches Wachstum konstruiert worden ist, wie dies weiter unten erklärt wird.
In diesem Beispiel ist der Mikroschalter dazu bestimmt, einem Magnetfeld unterworfen zu werden, das parallel zu den Zungen ist. Der die beiden Zungen bildende Werkstoff muss ferromagnetisch sein, zum Beispiel eine Eisen-Nickel- Legierung, die eine geringe magnetische Hysterese aufweist, um ein reproduzierbares Öffnen zu ermöglichen, wenn das Magnetfeld aufgehoben ist.
Jede der beiden Zungen umfasst Mittel für den Anschluss an eine nicht gezeigte elektrische Schaltung, die durch die Leiter 21 und 22 schematisch dargestellt wird, wobei der Fachmann sehr gut andere Anschlussmittel konzipieren kann, insbesondere wenn der Mikroschalter dazu bestimmt ist, in einer komplexeren elektronischen Einheit integriert zu werden. Die beiden Zungen haben merklich dieselbe, zwischen 50 und 150 um liegende Breite, zum Beispiel 100 um, und eine Dicke b, b' in der Grössenordnung von 10 um. Die Zunge 1, die über einen Fuss 9 mit dem Substrat 10 fest verbunden ist, hat eine typisch zwischen 300 und 900 um liegende Gesamtlänge L, zum Beispiel 500 um. Diese Zunge 1 umfasst drei Bereiche, die merklich dieselbe Länge aufweisen und verschiedene Funktionen sicherstellen. Ein Ende 3 der Zunge ermöglicht die Befestigung am Fuss 9, wobei der Rest der Zunge oberhalb des Substrats 10 hängend ist. Das ändere Ende 5, das eine Länge Lo aufweist und als "distaler Teil" bezeichnet wird, stellt die magnetische Funktion sicher. Der Mittelteil 4 stellt die mechanische Funktion sicher, indem er ermöglicht, die Biegsamkeit der Zunge 1, d. h. nämlich die maximale Auslenkung des distalen Endes 5 in einem gegebenen Magnetfeld, anzupassen. Zu diesem Zweck umfasst der Mittelteil 4 in seiner Mitte eine quadratische Öffnung 6, die an den Rändern der Zunge 1 zwei Engstellen 8a und 8b begrenzt, die das mit dem Fuss fest verbundene Ende 3 mit dem distalen Teil 5 verbinden. In diesem Mittelteil ist also der transversale Gesamtquerschnitt kleiner als der Querschnitt a·b des distalen Teils 5, was der Zunge für einen Werkstoff, der einen gegebenen Elastizitätsmodul aufweist, eine grössere Biegsamkeit verleiht. Die zweite Zunge 2, die mit dem Substrat fest verbunden ist, hat eine Dicke b' und eine Länge L' und weist keine besondere Strukturierung auf. Ihre Dicke b' ist jedoch vorzugsweise merklich gleich der Dicke b der biegsamen Zunge 1. Die beiden Zungen sind derart zueinander angeordnet, dass sie sich über eine Länge r überlagern, wobei sie zwischen ihren einander gegenüberliegenden Oberflächen einen zwischen 10 und 50 um liegenden Luftspalt e, zum Beispiel einen Luftspalt von 5 um, definieren. Die Überlagerungslänge r der beiden Zungen ist vorteilhafterweise gleich dem Mehrfachen der für die Zungen gewählten Dicke b, b', so dass die Streuungseffekte des Magnetfelds reduziert werden.
Der Mikroschalter kann je nach seiner Endbestimmung beispielsweise mittels einer nicht dargestellten Kunststoffkappe, die auf die Oberfläche des Substrats geklebt oder geschweisst ist, oder auch durch Montage in einem geeigneten Gehäuse unter Luft oder kontrollierter Atmosphäre eingekapselt sein.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 7 bis 8 wird nun kurz ein Verfahren zum Herstellen des auf Fig. 1 dargestellten Mikroschalters durch galvanisches Wachstum ausgehend von einem Substrat 10 beschrieben. Dieses Verfahren besteht im wesentlichen darin, wenigstens einen Schritt des Verfahrens anzupassen, das im Dokument US 5,430,421 beschrieben ist, auf welches für mehr Details Bezug genommen werden kann. Auf Fig. 7 hat man einen Längsschnitt durch eine Engstelle 8a eines einzigen, von seinem Herstellungssatz isolierten Mikroschalters vor Beseitigung der Opferschichten dargestellt. Das Substrat 10 ist nämlich nur ein Abschnitt eines Plättchens, oder "Wafers" aus einem isolierenden, halbleitenden oder sogar leitenden und mit einer isolierenden Schicht überdeckten Werkstoff, die ermöglicht, mit einem einzigen Satz eine Vielzahl von Mikroschaltern herzustellen. Zuerst führt man durch thermische Verdunstung den Niederschlag einer Haftschicht 12a und 13a, beispielsweise von Titan oder Chrom, dann einer Schutzschicht 12b und 13b, beispielsweise von Gold, aus, um durch Ätzen der Oberfläche gemäss bekannten Techniken zwei elektrisch isolierte Bahnen 12 und 13 zu schaffen. Man lagert dann zum Beispiel mit der Schleuder aufeinanderfolgende Schichten 14, 15 und 16 aus dickem Photoresist ab, wobei jede Photoresistschicht mittels einer Maske (nicht dargestellt) derart gestaltet wird, dass Öffnungen ausgebildet werden, die ermöglichen, schrittweise das galvanische Wachstum auszuführen. Die erste Schicht 14 ist mit zwei Öffnungen gestaltet, die das galvanische Wachstum einer ersten Stufe 9a des Fusses 9 und der Zunge 2 ermöglichen. Die zweite Schicht 15 ist mit einer einzigen Öffnung gestaltet, die ermöglicht, durch galvanisches Wachstum die zweite Stufe 9b des Fusses 9 zu erhalten. Vor dem Ausführen des Niederschlags der dritten Schicht 16 aus Photoresist führt man eine neue Doppelmetallisierung 17 aus. Diese dritte Schicht 16 ist derart gestaltet, dass sie für das galvanische Wachstum eine Öffnung freilässt, die dem mit dem Fuss 9 fest verbundenen Ende 3, dem distalen Teil 5 und den Engstellen 8a und 8b entspricht, wie dies klarer Fig. 8 erkennen lässt. In diesem Beispiel können alle galvanischen Wachstumsschritte mit dem gleichen ferromagnetischen Werkstoff, zum Beispiel mit einer Eisen-Nickel-Legierung 20-80, durchgeführt werden. Es ist ebenfalls möglich, den elektrischen Kontakt der Zungen dann, wenn sie einem Magnetfeld unterworfen sind, zu verbessern, indem man ihre einander gegenüberliegenden Oberflächen mit Gold überzieht, d. h. nach dem ersten galvanischen Niederschlag und vor dem letzten galvanischen Niederschlag. Die so erhaltene Mikrostruktur wird dann einem Ätzstoff unterworfen, um in einem oder mehreren Schritten das Photoresist und die Zwischenmetallisierungsschicht 17 zu beseitigen und den Mikroschalter zu befreien. Wie bereits angezeigt, werden alle diese Arbeitsgänge auf einem Satz von Mikroschaltern ausgeführt, die eingekapselt werden können, bevor sie durch Schneiden voneinander getrennt werden, und zwar entweder stückweise oder gruppenweise gemäss einer vorbestimmten Anordnung in Abhängigkeit von ihrer Endbestimmung.
Unter Bezugnahme auf Fig. 2 hat man ein weiteres Beispiel eines Mikroschalters dargestellt, der dazu bestimmt ist, in einem Magnetfeld, das parallel zu den Zungen ist, angeordnet zu werden, und in dem stets eine einzige biegsame Zunge vorhanden ist. Der Mittelteil 4 der biegsamen Zunge umfasst zwei rechteckige Öffnungen 6a und 6b, die durch drei Engstellen 8a, 8b und Sc begrenzt sind. Wie man dies beim Vergleichen der Fig. 1 und 2 erkennt, hat die zweite Zunge 2, die mit dem Substrat fest verbunden ist, eine Länge L' = Lo, wobei die beiden Zungen die gleiche Dicke b = b' mit einem Wert, der grösser als derjenige ist, welcher auf Fig. 1 dargestellt ist, mit einem korrelativ kleineren Wert für den Luftspalt e aufweisen.
Der auf Fig. 3 dargestellte Mikroschalter ist dazu bestimmt, in einem Magnetfeld angeordnet zu werden, das senkrecht zu den Zungen ist. Wie man dies erkennt, kann nämlich die mit dem Substrat fest verbundene zweite Zunge 2 auf einen Kontaktklotz verkleinert sein, der eine Länge L', die wenigstens gleich der Überdeckungslänge r der beiden Zungen ist, und eine Dicke b', die grösser als die Dicke b der biegsamen Zunge ist, hat. In diesem Beispiel ist es ebenfalls möglich, den ersten Wachstumsschritt auszuführen, um die erste Stufe des Fusses und die Zunge 2 mit einem nichtmagnetischen Werkstoff, zum Beispiel mit Gold, zu bilden. Der Mittelteil umfasst drei merklich rechteckige und aneinanderstossende Öffnungen 6a, 6b und 6c, die eine einzige Öffnung bilden, die an jedem Rand der Zunge durch Engstellen 8a und 8b begrenzt ist, welche aus drei Bereichen s, m und l zusammengesetzt sind, deren Breite ausgehend vom Fuss zunimmt.
Auf Fig. 4 umfasst der dargestellte Mikroschalter, der dazu bestimmt ist, in einem Magnetfeld, das parallel zu den Zungen ist, angeordnet zu werden, im Mittelteil seiner biegsamen Zunge eine einzige Engstelle 8c, die an den Rändern der Zunge Ausschnitte 6d und 6e begrenzt.
In dem auf Fig. 5 dargestellten Mikroschalter wird die Zunahme der Biegsamkeit der Zunge, die zu der mit dem Substrat 10 fest verbundenen Zunge 2 beweglich ist, dadurch erhalten, dass der Mittelteil 4 mit einer Dicke b", die kleiner als die Dicke b des distalen Teils 5 ist, gestaltet wird. Im dargestellten Beispiel entspricht diese Konfiguration einer zum Substrat hin geöffneten Aussparung 6f. Um diese Mikrostruktur durch galvanisches Wachstum auszuführen, empfiehlt es sich natürlich, einen zusätzlichen Schritt auszuführen, um die Aussparung 6f zu gestalten.
Auf Fig. 6 hat man einen Mikroschalter dargestellt, der dazu bestimmt ist, in einem Magnetfeld, das parallel zu den Zungen ist, angeordnet zu werden und in dem die beiden Zungen beweglich zueinander sind. Eine erste Zunge 1 ist über einen Fuss 9 mit dem Substrat 10 fest verbunden und umfasst in ihrem Mittelteil eine Öffnung 6. Eine zweite Zunge 2 ist über einen Fuss 11 mit dem Substrat 10 fest verbunden. Im dargestellten Beispiel umfasst diese zweite Zunge ebenfalls in einem Mittelteil eine rechteckige Öffnung 7. Dieser Teil kann ebenfalls irgendeine der zuvor für die Zunge 1 beschriebenen Formen aufweisen, oder auch einen Gesamtquerschnitt haben, der von ihrem am Fuss 1 befestigen Ende bis zu ihrem distalen Ende konstant ist. Um diese Mikrostruktur durch galvanisches Wachstum auszuführen, empfehlt es sich natürlich, einen zusätzlichen Schritt auszuführen, um den Fuss 11 zu gestalten, und eine zusätzliche Metallisierung auszuführen, bevor man die Zunge 2 und eine zusätzliche Stufe des Fusses 9 gestaltet und durch galvanischen Niederschlag wachsen lässt.
Ohne über den Rahmen der vorliegenden Erfindung hinauszugehen, ist der Fachmann in der Lage, sich weitere Konfigurationen des Mittelteils wenigstens einer Zunge vorzustellen, um eine grössere Biegsamkeit zu haben und folglich einen Mikroschalter zu erhalten, der verbesserte magnetomechanische Merkmale hat, wie in den Ansprüchen definiert.

Claims

1. Magnetischer Mikroschalter, der durch ein galvanisches Verfahren ausgehend von einem Substrat (10) verwirklicht ist und zwei leitende Zungen (1, 2) mit Länge L und L' und Breite a umfasst, die über ihre jeweiligen Enden (3, 3') mit elektrischen Anschlussmitteln (21, 22) verbunden sind und jeweils einen distalen Teil (5, 5') mit Querschnitt a·b bzw. a·b' umfassen, deren Überlagerung über eine Länge r einen Luftspalt mit Abstand e bestimmt, wobei wenigstens eine der Zungen (1) aus einem magnetischen Werkstoff besteht und aus einem Ende (3), das mit dem Substrat über einen Fuss (9) fest verbunden ist, aus einem Mittelteil (4) und aus einem distalen Teil (5) mit Länge Lo zusammengesetzt ist, der in bezug auf den distalen Teil der zweiten Zunge (2) zwischen einer geöffneten Position bei Abwesenheit eines Magnetfeldes und einer geschlossenen Position, in der die beiden Zungen unter dem Einfluss des Magnetfeldes miteinander in Kontakt sind, biegsam ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelteil (4) der biegsamen Zunge (1) mit einem transversalen Gesamtquerschnitt ausgebildet ist, der kleiner als jener des distalen Teils (5) ist, derart, dass er einen geringeren Biegewiderstand aufweist, der der Zunge ermöglicht, zugleich eine Auslenkung mit einer Amplitude, die wenigstens gleich e ist, um unter dem Einfluss eines Magnetfeldes einen Kontakt herzustellen, und eine ausreichende Rückstellkraft in die geöffnete Position bei Abwesenheit des Magnetfeldes zu besitzen.

2. Mikroschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Zungen (1, 2) aus einem magnetischen Werkstoff hergestellt sind, wenn das angelegte Magnetfeld zu den Zungen parallel ist.

3. Mikroschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Zunge (1) eine konstante Dicke b besitzt und dass der Mittelteil (4) aus wenigstens einer Engstelle (8a, 8b, 8c) gebildet ist, die den distalen Teil (5) mit dem am Fuss (9) befestigten Ende (3) verbindet.

4. Mikroschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelteil zwei Engstellen (8a, 8b) umfasst, die sich an den Rändern der Zunge befinden, welche eine einzige merklich rechteckige oder quadratische Öffnung (6) definieren.

5. Mikroschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelteil (4) mehr als zwei Engstellen (8a, 8b, 8c) umfasst, die sich parallel zur Längsrichtung der Zunge erstrecken, wobei sie mehrere merklich rechteckige oder quadratische Öffnungen (6a, 6b) bilden.

6. Mikroschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Engstellen (8a, 8b), die sich am Rand der Zunge befinden, Querschnitte besitzen, die zwischen dem Bereich der Befestigung am Fuss und dem distalen Teil geringer werden, wobei sie somit mehrere aneinanderstossende merklich rechteckige oder quadratische Öffnungen (6a, 6b, 6c) bilden.

7. Mikroschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelteil (4) eine einzige mittige Engstelle (8c) umfasst, die an jedem der Ränder der Zunge Ausschnitte (6d, 6e) begrenzt.

8. Mikroschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Mittelteils (4) kleiner als die Dicke b des distalen Teils (5) ist.

9. Mikroschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Zunge (2) mit dem Substrat fest verbunden ist und einen konstanten Querschnitt sowie eine Länge L', die merklich gleich der Länge Lo ist, besitzt, wenn das angelegte Magnetfeld zur Längsachse der Zungen (1, 2) parallel ist.

10. Mikroschalter nach Ansprüch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Zunge (2) mit dem Substrat fest verbunden ist und einen konstanten transversalen Querschnitt sowie eine Länge L', die merklich gleich r ist, besitzt, wenn das angelegte Magnetfeld zur Längsachse der Zungen (1, 2) senkrecht ist.

11. Mikroschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede der beiden Zungen (1, 2) mit dem Substrat über einen Fuss (9, 11) fest verbunden ist.

12. Mikroschalter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelteile jeder Zunge derart gestaltet sind, dass sie einen geringeren Biegewiderstand besitzen.

13. Mikroschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Zungen (1, 2) distale Teile besitzen, die die gleiche Dicke b = b' besitzen, wenn das angelegte Magnetfeld zur Längsachse der Zungen (1, 2) parallel ist.

14. Mikroschalter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Erhöhung der Dicke b, b' der Zungen (1, 2) korrelativ eine Verringerung des Luftspalts e ermöglicht, ohne den gesamten Platzbedarf des Mikroschalters zu ändern.

15. Verfahren zum Herstellen eines Mikroschalters nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es die Schritte umfasst, die darin bestehen:

- auf einem Substrat (10) zwei elektrisch isolierte Bahnen (12, 13) zu erzeugen;

- aufeinanderfolgende Schichten (14, 15, 16) eines dicken Photoresists auszubilden, die die schrittweise Ausführung des galvanischen Wachstums ermöglichen;

- vor jedem Schritt des Aufbaus einer Zunge (1, 2) eine Zwischenmetallisierung (17) der gesamten Oberfläche der bereits erhaltenen Struktur auszuführen; und

- in einem oder mehreren Schritten das Photoresist und die Zwischenmetallisierungslagen mittels eines Ätzstoffes zu beseitigen.