EP0829889A1 - Micromechanical switch - Google Patents

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Publication number
EP0829889A1
EP0829889A1 EP97111267A EP97111267A EP0829889A1 EP 0829889 A1 EP0829889 A1 EP 0829889A1 EP 97111267 A EP97111267 A EP 97111267A EP 97111267 A EP97111267 A EP 97111267A EP 0829889 A1 EP0829889 A1 EP 0829889A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
carrier
microswitch according
switching
microswitch
conductive layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP97111267A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Kurt Dr. Stoll
Thomas Dr. Reininger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Festo SE and Co KG
Original Assignee
Festo SE and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Festo SE and Co KG filed Critical Festo SE and Co KG
Publication of EP0829889A1 publication Critical patent/EP0829889A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/0036—Switches making use of microelectromechanical systems [MEMS]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H36/00—Switches actuated by change of magnetic field or of electric field, e.g. by change of relative position of magnet and switch, by shielding
    • H01H2036/0093—Micromechanical switches actuated by a change of the magnetic field

Definitions

  • the invention relates to a microswitch, with a micromechanically manufactured first carrier, which has an electrically conductive first conductive layer, and with a likewise micromechanically manufactured second carrier, which has an electrically conductive second conductive layer, both conductive layers having mutually opposite electrically conductive contacts in a switching zone and at least one support is elastically bendable, such that the contacts can be moved between a closed position and a spaced open position by a switching movement of the at least one support.
  • microswitch designed as a micro relay can be found, for example, in brochures from Siemens. Microswitches of this type are used primarily when switches in conventional technology cannot be used due to the larger space requirement. The area of application of these microswitches extends to all areas in which space is important, such as in vehicles or in portable technical devices. Through those known from micromechanics or system technology Manufacturing processes, microswitches can be mass-produced inexpensively.
  • Micro-switches of the type mentioned at the beginning have two electrically isolated circuits, namely a control circuit and a load circuit.
  • a switching movement in the form of a closing movement of at least one carrier is caused due to the formation of electrostatic fields, so that the contacts of the load circuit are closed while taking a closed position and an electrical connection is established in the load circuit.
  • microswitches that perform sensor functions.
  • the increasing reduction in the size of, for example, pneumatic valves or actuators requires a corresponding microsensor system in order to be able to detect motion sequences.
  • the known microswitches are not suitable for this.
  • the invention is therefore based on the object of providing a microswitch which can be used as a microsensor.
  • At least one elastically bendable carrier has a soft magnetic actuation section, such that the switching movement can be caused by a magnetic field acting on the actuation section.
  • the two contacts are brought into contact as part of a closing movement or separated from one another as part of an opening movement.
  • the contacts are each connected to a conductive layer, each conductive layer being carried by a carrier and having at least one external connection. These external connections are used to integrate the microswitch into its circuit environment.
  • At least one of the carriers is elastically bendable to enable the desired switching movement.
  • the elastically bendable carrier or, if there are two elastically bendable carriers, at least one of them, has a soft-magnetic actuation part which is preferably arranged in the region of the switching zone. This can be polarized by the external magnetic field and then experiences a force that causes the switching movement.
  • the magnetic field originates, for example, from a permanent magnet which is arranged on a component which is moved past the microsensor and whose position is to be detected.
  • the two carriers are each micromechanically manufactured, that is to say produced by microfabrication processes.
  • they can be obtained, for example, by etching processes using etching stop mechanisms or by the so-called LIGA process, a process in lithography and electroforming and impression technology is used.
  • Other molding processes would also be conceivable, for example hot stamping.
  • plastic, dielectric, metal or semiconductor material are particularly suitable as the material for the carrier.
  • silicon is used as the semiconductor material for the carrier.
  • silicon also has good mechanical properties.
  • the material is particularly suitable for the production of microswitches for sensor purposes due to its great elasticity. It is also available in large quantities and is therefore inexpensive and the etching processes already known and tested from microsystem technology allow inexpensive mass production.
  • actuating section can then be formed by the relevant carrier itself.
  • one of the two supports is elastically bendable and the other support is designed to be immovable.
  • microsensor it is furthermore expedient to design the microsensor as a closer, a respective elastically bendable carrier being mechanically pretensioned into an open position in which it bends away from the second carrier towards its movable end located in the switching zone, with a switching distance being specified.
  • both carriers are designed to be elastically bendable. If both elastically bendable supports have soft magnetic actuation parts, the switching movement results from a bending movement of both movable ends of the supports.
  • the two bendable supports are arranged next to one another or one above the other in such a way that their movable ends assigned to the switching zone and their opposite fixed ends lie opposite each other in pairs.
  • the pairs of ends can be arranged symmetrically with respect to a mirror plane lying in the middle between the planes of the two tongues and aligned parallel to these planes.
  • the movable ends of the bendable supports overlap in the switching zone and project with their opposite, fixed ends in opposite directions starting from the switching zone.
  • a respective elastically bendable carrier is advantageously designed as an elastically bendable tongue.
  • Such a tongue is particularly suitable as an elastically bendable carrier and is easy to produce by etching technology.
  • the tongue can be structured by an etching process using etching stop mechanisms, in particular by anisotropic etching. With the help of the anisotropic etching process you can on very various forms can be introduced into the semiconductor carrier in a simple manner.
  • the two carriers lie against one another in an electrically separated manner outside of the switching zone by means of at least one insulation layer located between them.
  • the two carriers are expediently placed against one another via an insulation layer which specifies the distance between the carriers.
  • the switching zone remains insulation-free. The switching distance between the open position and the closed position can be varied via the insulation layer lying between the supports.
  • At least one actuation part can be formed by an at least partially conductive layer consisting of soft magnetic material and / or the contact located thereon.
  • the actuating part is realized in that the conductive layer and / or the contact located thereon consist of soft magnetic and at the same time electrically conductive material. A separate actuating section is not necessary in this embodiment and the effort of the manufacturing process is reduced.
  • the characteristic material properties of the actuating section or the guiding layer and the contact can be optimized.
  • a material for the actuation section only the soft magnetic properties are required of this material and not its electrical conductivity. The same applies in reverse for the selection of the materials for the conductive layer and the contact.
  • the soft magnetic actuating part is designed as a layer.
  • the application of layers to the semiconductor carrier is particularly preferred.
  • the actuating section and the conductive layer lie directly against one another.
  • a further layer lying between the actuating part and the conductive layer is therefore not necessary, as a result of which the production can be simplified and the costs can be reduced.
  • the conductive layer is formed as a contact even in the area of the switching zone. There is no need to connect the conductive layer to an additional contact.
  • the guide layers are provided on the mutually facing sides of the carrier.
  • the conductive layer of one carrier is expediently completely electrically insulated on its surface facing the conductive layer of the other carrier outside the contacts.
  • At least one additional circuit can be integrated on at least one carrier.
  • This circuit serves for example signal preprocessing. For this it is also possible to feed in further external signals.
  • the microswitch expediently has a housing which encloses the other switch components in an airtight manner, at least one electrical connection being accessible from the outside for each conductive layer.
  • a vacuum or a protective gas atmosphere can prevail in the housing.
  • the breakdown field strength between the contacts of the two carriers can be varied, for example, via such a protective gas atmosphere.
  • the microswitch 1 according to the invention shown in FIG. 1 is such a micromechanical component. It is designed as a sensor and responds to an external magnetic field on. One could therefore also call it a micromechanical magnetic switch or microsensor.
  • FIG. 1 shows a possible application of the microswitch 1.
  • the microswitch 1 is located in a groove 2 of the wall 5 of the housing 7 of an in particular fluid-operated piston-cylinder arrangement 3.
  • This has a piston running space 8 in which a piston 4 seals is arranged, which carries a permanent magnet 6.
  • the piston 4 moves in the longitudinal direction of the piston running space 8 according to the double arrow 10.
  • a switching operation designed as a closing operation in the exemplary embodiment is triggered, which leads to the fact that an electrical connection is established between outer connections 12, 13 of the microswitch 1 via contacts 20, 21 and associated electrically conductive conductive layers 18, 19.
  • the contacts 20, 21 previously spaced apart by taking an open position are thereby shifted into a closed position in which they abut one another.
  • a further usable signal can be derived from this, which is used, for example, for reversing a control valve.
  • the microsensor is designed as a closer.
  • the contacts 20, 21 could normally assume a closed position, so that they are separated from one another and moved into an open position when a magnetic field is influenced.
  • a carrier is resiliently biased into the closed position.
  • FIG. 5 Such an embodiment of the microswitch as a break contact is indicated in FIG. 5, where the microswitch is shown in the closed position.
  • a combined configuration as a changeover switch would also be conceivable, the microsensor being able to be alternately switched between two closed positions.
  • at least one movable support alternately takes an open position and a closed position with respect to at least two fixed supports.
  • the position determination of moving parts of all kinds is only one possible application of the microsensor.
  • the current flow can be verified via the magnetic field emanating from an electrical current-carrying conductor.
  • microswitch 1 in Figure 1 is not to scale. For a better overview, it was shown oversized in relation to the piston-cylinder arrangement 3.
  • first carrier 16 with a first conductive layer 18 and a second carrier 17 with a second conductive layer 19.
  • Both conductive layers 18, 19 are electrically connected to a contact 20, 21 assigned to them. These contacts 20, 21 face each other in a switching zone 24. Both the guide layers 18, 19 and the contacts 20, 21 are electrically conductive. Furthermore, the conductive layers 18, 19 are electrically connected to the electrically conductive outer connections 12, 13. In the open position of the microswitch 1, the contacts 20, 21 are arranged in the switching zone 24 with a switching distance from one another. The switching distance is understood to mean a spatial distance between the two contacts 20, 21, which excludes a current flow.
  • At least one of the two supports 16, 17 is designed to be elastically bendable.
  • the flexurally elastic support is additionally identified by reference number 15.
  • first support 16 is such an elastically bendable support 15.
  • This resiliently flexible first support 15, 16 carries an actuation section 11 made of soft magnetic material in the region 14 which can be pivoted by bending Actuating force exerted when it is in a magnetic field.
  • This actuating force causes the first carrier 15, 16 to perform a switching movement in the form of a closing movement, in which, starting from the open position shown in the figures, it is shifted in a switching direction indicated by arrow 25 to the second carrier 17, which in the exemplary embodiment according to FIG 1 is designed as a fixed support.
  • the required actuating force is supplied by the field force of the permanent magnet 6 which comes into the vicinity of the microswitch 1 and which essentially polarizes the actuating part 11 in the closing direction with the components of the magnetic field running parallel to the switching direction 25.
  • the switching movement is ended when the contacts 20, 21 abut against one another due to the magnetic field force arrive so that there is an electrical connection between the outer terminals 12, 13.
  • the actuated microswitch is in its closed position.
  • the soft magnetic actuation section 11 is formed separately.
  • An alternative attachment option is shown in FIG. 2.
  • the conductive layer 18 arranged on the movable first carrier 15, 16 and the soft magnetic actuating part 11 are constructed in one unit and consist of a single layer.
  • the material used here is both electrically conductive and soft magnetic at least in the switching zone 24.
  • At least one actuating part can be formed directly by the assigned carrier, if this consists of soft magnetic material.
  • FIG. 5 shows such an alternative construction, wherein both carriers 16, 17 are each assigned a contact 20, 21 and both contacts have soft magnetic properties at the same time, so that they act as actuating parts 11.
  • both carriers 16, 17 are each assigned a contact 20, 21 and both contacts have soft magnetic properties at the same time, so that they act as actuating parts 11.
  • separate actuation parts 11 can be saved in the manufacture of the microswitch 1, which simplifies and reduces the cost of manufacture.
  • the realization of the soft magnetic actuation part as a layer can particularly reduce the manufacturing effort.
  • electrically conductive materials for example iron-nickel compounds can be used.
  • a separate configuration of the actuating section 11 according to FIG. 1 has the advantage, however, that there is the possibility in the selection of material to optimize the function of the individual components.
  • the actuating section 11 can be optimally designed with regard to the soft magnetic properties, because the restriction to electrically conductive properties is eliminated.
  • the materials for the conductive layers 18, 19 and the contacts 20, 21 can only be selected taking into account the electrical properties, without having to take magnetizable properties into account.
  • the contacts 20, 21 corresponding to the design shown in FIGS. 1 and 5 can be formed separately from the guide layers 18, 19 and can only be electrically connected to them, for example by being attached as shown.
  • the guide layers 18, 19 and the contacts 20, 21 form a preferably one-piece structural unit in that the guide layers 18, 19 are formed in the switching zone 24 as contacts 20, 21.
  • the contacts 20, 21 are in contact with one another over a sufficiently large contact surface in order to obtain the lowest possible resistance between the outer connections 12, 13 and thus also a correspondingly low voltage drop.
  • the shape of the guide layers 18, 19 formed as contacts 20, 21 in the switching zone 24 could be adapted in a suitable manner so that the largest possible contact surface is present in the closed position.
  • silicon in the form of silicon material is used as the material for the carriers 16, 17.
  • silicon also has very good mechanical properties, above all a high degree of elasticity, which enables it to be used as a flexible support of the type described.
  • the processes for manufacturing and shaping have already been tried and tested in microelectronics and can therefore be applied to the new field the micro mechanics are well transferred.
  • etching methods with etching stop technology are used.
  • other manufacturing processes can also be used, for example the so-called LIGA process (lithography, electroforming, impression technique) or hot stamping technology.
  • Other possible materials for the carriers would be, for example, metals, dielectrics or plastics.
  • an insulation layer 26 is expediently interposed between a respective carrier 16, 17 and the conductive layer 18, 19 carried by the latter. It is advisable to implement such an insulation layer using silicon oxide. If the carriers 16, 17 consist of silicon material, a silicon oxide insulation layer can be produced very simply by vapor deposition of the silicon material with water vapor.
  • electrical insulation between the two conductive layers 18, 19 is useful. This is particularly the case when the guiding layers are provided opposite one another on the facing surfaces of the carriers 16, 17, as in the exemplary embodiments, and the carriers are very close to one another in order to achieve the smallest possible sizes of the microswitch.
  • FIGS. 2 to 5 there is a single further insulation layer 27 between the guide layers 18, 19 arranged.
  • it preferably acts not only as an insulator, but at the same time as a spacer which specifies the switching distance in the switching zone 24.
  • the conductive layers 18, 19 lie outside the switching zone 24 on opposite surfaces of the insulation layer 27 directly against the latter.
  • the conductive layers 18, 19 of the two carriers 16, 17 are electrically insulated via two separate insulation layers 27.
  • One of these insulation layers 27 is arranged on one of the two carriers 16, 17, it lies on the respectively assigned conductive layer 18, 19 and completely covers and insulates it on the side facing the other carrier outside of the two contacts 20, 21. While in the designs according to FIGS.
  • the insulation layer 27 does not participate in the switching movement and is a rigid part by being practically interposed as an intermediate layer between the two coated supports 16, 17, the first support used in the embodiment according to FIG 15, 16 arranged insulation layer 27 at the same time as a pretensioning element, which mechanically prestresses the carrier 15, 16 into the open position in which it bends away from the opposite second carrier 17, given the switching distance in the switching zone 24.
  • the second support 17 is designed as an immovable, rigid support.
  • the switching movement 25 caused to change the switching distance is thus carried out only by the first flexible support 16.
  • the two opposite supports 16, 17 are designed to be flexibly pivotable, so that a switching movement 25 of both supports 15, 16, 17 is possible during the closing process.
  • a respective elastically bendable carrier 15 can in particular be realized as an elastically bendable tongue 29, as is exemplarily illustrated in FIGS. 2 and 3.
  • the tongue 29 can be structured by etching out of a layer body 33 consisting of semiconductor material. This is done, for example, by etching through the laminated body 33 in a manner as shown in FIG. 3, so that a U-like recess 30 is created, which defines a tongue 29 which can be deformed in a bending-elastic manner transversely to the layer plane in relation to the other regions of the laminated body 33.
  • the bendable first carrier 15, 16 preferably also results from such a configuration, wherein the laminated body 33 can be placed on the immovable carrier 17 with the interposition of an insulation layer 38.
  • FIGS. 4 and 5 there are expediently two laminated bodies of the described type arranged one above the other, the tongues of which form the two movable supports 16, 17, with FIGS. 4 and 5 being of simplicity for the sake only the components of the laminate forming the movable supports 15, 16, 17 are shown.
  • the elastically bendable supports of the microswitches are one-sided, in particular plate-like bending elements suspended or clamped on a fixed end 32. They extend from the fixed ends 32 to oppositely arranged, freely movable ends 31, the carrier part 14 assigned to the freely movable end 31 executing the switching movement 25, which is formed, for example, by a pivoting movement.
  • the contact 20, 21 and preferably also the actuating section 11 are arranged in the region of this carrier section 14, preferably as close as possible to the freely movable end 31.
  • the two supports 16, 17 designed as elastically bendable supports 15 are essentially mirror-symmetrical one above the other. Both the freely movable ends 31 and the fixed ends 32 are essentially opposite one another.
  • the elastically bendable supports 15, 16, 17 only overlap in the switching zone 24, their fixed ends 32 projecting in opposite directions when viewed from the switching zone.
  • the exemplary embodiment according to FIG. 6 further shows that, in addition to the carriers 16, 17, intermediate layers 41 and cover layers 42 can be present.
  • Two cover layers 42 are arranged at a distance from one another and each carry an intermediate layer 41 on their mutually facing surfaces with the interposition of an insulation layer 28, the intermediate layers 41 being offset with respect to one another in the direction of the layer plane, so that they do not lie opposite one another and an intermediate space 39 remains.
  • Both the cover layers 42 and the intermediate layers 41 consist in particular of semiconductor material.
  • the respective carrier 15, 16, 17 is arranged with its fixed end 32, expediently such that it is arranged at a distance from the immediately adjacent cover layer.
  • a respective carrier 15, 16, 17 projects with its movable end 13 into the intermediate space 39.
  • the intermediate layers 41 are not necessarily electrically insulated from the conductive layer 18, 19 of the carrier 16, 17 carried by them, so that currents can certainly flow through them.
  • the cover layers 42 are designed to be electrically neutral and are preferably arranged in such a way that they surround the layers carrying current during operation and can perform a housing function.
  • the carriers 16, 17 also basically have a multilayer structure and can be constructed from any number of layers.
  • a plurality of guide layers 18, 19 and / or a plurality of contacts 20, 21 and / or a plurality of actuating parts could well be provided on a carrier 16, 17 11 may be provided.
  • the contacts 20, 21 in turn could be divided into several individual contact parts.
  • FIG. 3 shows a section according to section line III-III from FIG.
  • the U-shaped recess 30 releases the elastically bendable tongue 29 on three sides.
  • the non-released side is the fixed end 32 and the side opposite the fixed end 32 is the end 31 of the carrier 16 which is freely movable transversely to the plane of the laminated body 33.
  • Such a tongue configuration can be obtained from the laminated body 33 by technical etching methods, in particular by anisotropic etching structure out. In the case of anisotropic etching, differently aligned lattice surface structures are etched away at different speeds, which can influence the shape of the structure to be etched.
  • FIG. 1 also indicates that it is possible in principle to additionally provide at least one integrated circuit 35 in at least one of the carriers 16, 17.
  • Such an integrated circuit 35 could be used for signal preprocessing. For example, an output signal amplification could be realized by transistor circuits.
  • the integrated circuit 35 could have additional circuit connections 36, which are necessary for communication with the periphery. Additional input or output signals could be conducted via such additional circuit connections 36.
  • the integrated circuit 35 can assume contours of any complexity, which can be both digital and analog integrated circuits. In the embodiment according to FIG. 6, it would in principle also be conceivable to integrate such an integrated circuit 35 into an intermediate layer 41 and / or a cover layer 42.
  • the microswitch preferably has a housing 37 on the outside, which encloses the other switch components in an airtight manner.
  • a housing 37 on the outside, which encloses the other switch components in an airtight manner.
  • a vacuum or protective gas atmosphere can prevail inside the housing.
  • the breakdown field strength can be adapted to the application by varying the atmosphere within the housing 37. This mainly depends on the voltage applied between the outer connections 12, 13. Care must be taken that no spark jumps between contacts 20, 21 when the microswitch is in the open position, since this could lead to a false signal.
  • the other embodiments shown also have a housing, not shown.
  • the switching sensitivity of the microswitch 1 can be made variable. The stronger the magnetic field to be detected, the greater the force that this magnetic field exerts on an actuating part 11 and the elastically bendable carrier 15 connected therewith. The energy which has to be applied for the switching process depends in particular on the switching distance in the open position and on the force which is necessary to close or open the contacts 20, 21. These factors can be determined in the design via material selection, material thickness or the like.
  • a particularly advantageous way of influencing the switching sensitivity provides for the guide layers 18, 19 and / or the contacts 20, 21 to be used to form an electrostatic field.
  • an electrostatic field can be generated between the two carriers, the strength of which can be variably adjusted and which exerts a force in the closing direction on the movable carrier (s) 15 that corresponds to the opposite mechanical bias of the person concerned Carrier 15 counteracts.
  • the switching threshold can be set accordingly in the application and the microsensor can optionally be operated in connection with magnetic fields of different field strengths.
  • the bias of the movable carrier (s) 16, 18 can be reduced by the electrostatic exposure to such an extent that the weak magnetic field sufficient for actuation.
  • a possible wiring of the microswitch 1 is also indicated in dash-dot lines in FIG.
  • a connected LED D is actuated depending on the switch position.
  • the resistor R serves to limit the current.

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Abstract

The microswitch has a micromechanically produced first carrier (16) with an electrically conducting first layer (18) and a second carrier (17), which can also be micromechanically produced, with a second electrically conducting layer (19). The conducting layers have opposing contacts (20,21) in a switching zone (24) and at least one carrier is elastically flexible, so that the contacts can be moved between contact and non-contact positions by a switching movement of at least one carrier. To form a sensor, at least one elastically flexible carrier has a weakly magnetic actuation part (11), so that the switching movement can be caused by the action of a magnetic field on the actuation part. At least one carrier can be of semiconducting material, esp. silicon.

Description

Die Erfindung betrifft einen Mikroschalter, mit einem mikromechanisch gefertigten ersten Träger, der eine elektrisch leitfähige erste Leitschicht aufweist, und mit einem ebenfalls mikromechanisch gefertigten zweiten Träger, der eine elektrisch leitfähige zweite Leitschicht aufweist, wobei beide Leitschichten in einer Schaltzone einander gegenüberliegende elektrisch leitfähige Kontakte aufweisen und wenigstens ein Träger elastisch biegbar ist, derart, daß die Kontakte durch eine Schaltbewegung des wenigstens einen Trägers zwischen einer aneinander anliegenden Schließstellung und einer voneinander beabstandeten Offenstellung bewegbar sind.The invention relates to a microswitch, with a micromechanically manufactured first carrier, which has an electrically conductive first conductive layer, and with a likewise micromechanically manufactured second carrier, which has an electrically conductive second conductive layer, both conductive layers having mutually opposite electrically conductive contacts in a switching zone and at least one support is elastically bendable, such that the contacts can be moved between a closed position and a spaced open position by a switching movement of the at least one support.

Ein derartiger als Mikrorelais ausgebildeter Mikroschalter geht beispielsweise aus Prospekten der Firma Siemens hervor. Mikroschalter dieser Art werden vor allem dann eingesetzt, wenn Schalter in herkömmlicher Technologie aufgrund des größeren Platzbedarfs nicht verwendet werden können. Das Einsatzgebiet dieser Mikroschalter erstreckt sich auf alle Bereiche, bei denen der Platzbedarf eine große Rolle spielt, wie beispielsweise in Fahrzeugen oder in tragbaren technischen Geräten. Durch die aus der Mikromechanik bzw. -systemtechnik bekannten Herstellungsverfahren können Mikroschalter kostengünstig in großen Mengen hergestellt werden.Such a microswitch designed as a micro relay can be found, for example, in brochures from Siemens. Microswitches of this type are used primarily when switches in conventional technology cannot be used due to the larger space requirement. The area of application of these microswitches extends to all areas in which space is important, such as in vehicles or in portable technical devices. Through those known from micromechanics or system technology Manufacturing processes, microswitches can be mass-produced inexpensively.

Als Mikrorelais ausgebildete Mikroschalter der eingangs genannten Art weisen zwei galvanisch getrennte Schaltkreise auf, nämlich einen Steuerkreis und einen Lastkreis. Durch Anlegen einer Spannung an den Steuerkreis wird aufgrund entstehender elektrostatischer Felder eine Schaltbewegung in Gestalt einer Schließbewegung wenigstens eines Trägers verursacht, so daß die Kontakte des Lastkreises unter Einnahme einer Schließstellung geschlossen werden und eine elektrische Verbindung im Lastkreis hergestellt wird.Micro-switches of the type mentioned at the beginning have two electrically isolated circuits, namely a control circuit and a load circuit. By applying a voltage to the control circuit, a switching movement in the form of a closing movement of at least one carrier is caused due to the formation of electrostatic fields, so that the contacts of the load circuit are closed while taking a closed position and an electrical connection is established in the load circuit.

In der Praxis besteht zunehmend das Erfordernis, Mikroschalter zur Verfügung zu haben, die Sensorfunktionen erfüllen. Die zunehmende Verringerung der Baugröße von zum Beispiel pneumatischen Ventilen oder Aktoren erfordert eine entsprechende Mikrosensorik, um Bewegungsabläufe detektieren zu können. Die bekannten Mikroschalter sind hierfür nicht geeignet.In practice, there is an increasing need to have microswitches that perform sensor functions. The increasing reduction in the size of, for example, pneumatic valves or actuators requires a corresponding microsensor system in order to be able to detect motion sequences. The known microswitches are not suitable for this.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Mikroschalter zu schaffen, der sich als Mikrosensor einsetzen läßt.The invention is therefore based on the object of providing a microswitch which can be used as a microsensor.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Bildung eines Sensors wenigstens ein elastisch biegbarer Träger eine weichmagnetische Betätigungspartie aufweist, derart, daß die Schaltbewegung durch ein auf die Betätigungspartie einwirkendes Magnetfeld verursacht werden kann.This object is achieved in that, to form a sensor, at least one elastically bendable carrier has a soft magnetic actuation section, such that the switching movement can be caused by a magnetic field acting on the actuation section.

Auf diese Weise liegt ein Mikrosensor vor, bei dem der Schaltvorgang durch ein von außen angelegtes Magnetfeld verursacht wird. Entsprechend der gewählten Ausgestaltung als Schließer oder Öffner werden dabei die beiden Kontakte im Rahmen einer Schließbewegung zur Anlage gebracht oder im Rahmen einer Öffnungsbewegung voneinander getrennt. Die Kontakte sind jeweils mit einer Leitschicht verbunden, wobei jede Leitschicht von einem Träger getragen wird und wenigstens einen äußeren Anschluß aufweist. Diese äußeren Anschlüsse dienen dazu den Mikroschalter in seine Schaltungsumgebung zu integrieren. Wenigstens einer der Träger ist elastisch biegbar, um die gewünschte Schaltbewegung zu ermöglichen. Der elastisch biegbare Träger oder, falls zwei elastisch biegbare Träger vorhanden sind, zumindest einer von ihnen, weist eine vorzugsweise im Bereich der Schaltzone angeordnete weichmagnetische Betätigungspartie auf. Diese kann durch das von außen angelegte Magnetfeld polarisiert werden und erfährt dann eine Kraft, die die Schaltbewegung verursacht. Das Magnetfeld rührt beispielsweise von einem Permanentmagneten her, der an einem an dem Mikrosensor vorbeibewegten Bauteil angeordnet ist, dessen Position zu detektieren ist.In this way, there is a microsensor in which the switching process is caused by an external magnetic field. Depending on the design chosen as a make or break contact, the two contacts are brought into contact as part of a closing movement or separated from one another as part of an opening movement. The contacts are each connected to a conductive layer, each conductive layer being carried by a carrier and having at least one external connection. These external connections are used to integrate the microswitch into its circuit environment. At least one of the carriers is elastically bendable to enable the desired switching movement. The elastically bendable carrier or, if there are two elastically bendable carriers, at least one of them, has a soft-magnetic actuation part which is preferably arranged in the region of the switching zone. This can be polarized by the external magnetic field and then experiences a force that causes the switching movement. The magnetic field originates, for example, from a permanent magnet which is arranged on a component which is moved past the microsensor and whose position is to be detected.

Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.Advantageous developments of the invention emerge from the subclaims.

Die beiden Träger sind jeweils mikromechanisch gefertigt, das heißt durch Mikrofertigungsverfahren hergestellt. Hierbei können sie beispielsweise durch Ätzverfahren mittels Ätzstoppmechanismen oder durch das sogenannte LIGA-Verfahren erhalten werden, einem Verfahren bei dem Lithographie, Galvanoumformung und Abformtechnik zur Anwendung gelangt. Auch andere Abformverfahren wären denkbar, beispielsweise Heißprägen. Als Werkstoff für die Träger bietet sich je nach Herstellung insbesondere Kunststoff, Dielektrikum, Metall oder Halbleitermaterial an.The two carriers are each micromechanically manufactured, that is to say produced by microfabrication processes. Here, they can be obtained, for example, by etching processes using etching stop mechanisms or by the so-called LIGA process, a process in lithography and electroforming and impression technology is used. Other molding processes would also be conceivable, for example hot stamping. Depending on the production, plastic, dielectric, metal or semiconductor material are particularly suitable as the material for the carrier.

Beispielsweise wird Silicium als Halbleitermaterial für die Träger verwendet. Zu den bekannten elektrischen Eigenschaften zeichnet sich Silicium außerdem durch gute mechanische Eigenschaften aus. Besonders aufgrund seiner großen Elastizität ist das Material bei der Herstellung von Mikroschaltern für Sensorzwecke geeignet. Es ist ferner in großen Mengen verfügbar, und daher billig und die aus der Mikrosystemtechnik bereits bekannten und erprobten Ätzverfahren erlauben eine preiswerte Massenproduktion.For example, silicon is used as the semiconductor material for the carrier. In addition to the known electrical properties, silicon also has good mechanical properties. The material is particularly suitable for the production of microswitches for sensor purposes due to its great elasticity. It is also available in large quantities and is therefore inexpensive and the etching processes already known and tested from microsystem technology allow inexpensive mass production.

Besteht wenigstens ein Träger aus weichmagnetischem Material, kann an diesem auf eine angebrachte Betätigungspartie verzichtet werden. Die Betätigungspartie kann dann vom betreffenden Träger selbst gebildet sein.If there is at least one carrier made of soft magnetic material, there is no need for an attached actuating part. The actuating section can then be formed by the relevant carrier itself.

In einer geeigneten Ausführung ist einer der beiden Träger elastisch biegbar und der andere Träger unbeweglich ausgebildet.In a suitable embodiment, one of the two supports is elastically bendable and the other support is designed to be immovable.

Es ist weiterhin zweckmäßig, den Mikrosensor als Schließer auszubilden, wobei ein jeweiliger elastisch biegbarer Träger mechanisch in eine Offenstellung vorgespannt ist, in der er sich zu seinem in der Schaltzone befindlichen beweglichen Ende hin unter Vorgabe eines Schaltabstandes von dem zweiten Träger weg krümmt.It is furthermore expedient to design the microsensor as a closer, a respective elastically bendable carrier being mechanically pretensioned into an open position in which it bends away from the second carrier towards its movable end located in the switching zone, with a switching distance being specified.

In einer vorteilhaften alternativen Ausführungsform sind beide Träger elastisch biegbar ausgebildet. Weisen beide elastisch biegbaren Träger weichmagnetische Betätigungspartien auf, dann resultiert die Schaltbewegung aus einer Biegebewegung beider beweglichen Enden der Träger.In an advantageous alternative embodiment, both carriers are designed to be elastically bendable. If both elastically bendable supports have soft magnetic actuation parts, the switching movement results from a bending movement of both movable ends of the supports.

Desweiteren ist es günstig, wenn die beiden biegbaren Träger derart nebeneinander oder übereinander angeordnet sind, daß sich ihre der Schaltzone zugeordneten beweglichen Enden und ihre entgegengesetzten feststehenden Enden jeweils paarweise gegenüberliegen. Die Paare von Enden können bezüglich einer in der Mitte zwischen den Ebenen der beiden Zungen liegenden und parallel zu diesen Ebenen ausgerichteten Spiegelebene symmetrisch angeordnet sein.Furthermore, it is advantageous if the two bendable supports are arranged next to one another or one above the other in such a way that their movable ends assigned to the switching zone and their opposite fixed ends lie opposite each other in pairs. The pairs of ends can be arranged symmetrically with respect to a mirror plane lying in the middle between the planes of the two tongues and aligned parallel to these planes.

In einer alternativen günstigen Ausführungsform überlappen sich die beweglichen Enden der biegbaren Träger in der Schaltzone und ragen mit ihren entgegengesetzten, feststehenden Enden ausgehend von der Schaltzone in entgegengesetzte Richtungen.In an alternative favorable embodiment, the movable ends of the bendable supports overlap in the switching zone and project with their opposite, fixed ends in opposite directions starting from the switching zone.

Vorteilhafterweise ist ein jeweiliger elastisch biegbarer Träger als elastisch biegbare Zunge ausgebildet. Eine derartige Zunge eignet sich besonders als elastisch biegbarer Träger und ist durch Ätztechnik leicht herstellbar.A respective elastically bendable carrier is advantageously designed as an elastically bendable tongue. Such a tongue is particularly suitable as an elastically bendable carrier and is easy to produce by etching technology.

Die Zunge kann durch ein Ätzverahren mittels Ätzstoppmechanismen, insbesondere durch anisotropes Ätzen, herausstrukturiert sein. Mit Hilfe des anisotropen Ätzverfahrens können auf sehr einfache Weise verschiedene Formen in den Halbleiterträger eingebracht werden.The tongue can be structured by an etching process using etching stop mechanisms, in particular by anisotropic etching. With the help of the anisotropic etching process you can on very various forms can be introduced into the semiconductor carrier in a simple manner.

Weiterhin ist es günstig, wenn die beiden Träger außerhalb der Schaltzone durch mindestens eine dazwischenliegende Isolationsschicht elektrisch voneinander getrennt aneinander anliegen. Die beiden Träger sind zweckmäßigerweise über eine Isolationsschicht, die den Abstand zwischen den Trägern vorgibt, aneinander angelegt. Die Schaltzone bleibt dabei selbstverständlich isolationsfrei. Über die zwischen den Trägern liegende Isolationsschicht kann der Schaltabstand zwischen der Offenstellung und der Schließstellung variiert werden.Furthermore, it is expedient if the two carriers lie against one another in an electrically separated manner outside of the switching zone by means of at least one insulation layer located between them. The two carriers are expediently placed against one another via an insulation layer which specifies the distance between the carriers. Of course, the switching zone remains insulation-free. The switching distance between the open position and the closed position can be varied via the insulation layer lying between the supports.

Wenigstens eine Betätigungspartie kann von einer zumindest teilweise aus weichmagnetischem Material bestehenden Leitschicht und/oder dem daran befindlichen Kontakt gebildet sein. Die Betätigungspartie wird dadurch realisiert, daß die Leitschicht und/oder der daran befindliche Kontakt aus weichmagnetischem und zugleich elektrisch leitfähigem Material bestehen. Eine separate Betätigungspartie ist in dieser Ausführungsform nicht notwendig und der Aufwand des Herstellungsprozesses wird reduziert.At least one actuation part can be formed by an at least partially conductive layer consisting of soft magnetic material and / or the contact located thereon. The actuating part is realized in that the conductive layer and / or the contact located thereon consist of soft magnetic and at the same time electrically conductive material. A separate actuating section is not necessary in this embodiment and the effort of the manufacturing process is reduced.

Dadurch, daß wenigstens eine Betätigungspartie bezüglich der Leitschicht und dem Kontakt des zugeordneten Trägers separat ausgebildet ist, können die charakteristischen Materialeigenschaften der Betätigungspartie bzw. der Leitschicht und des Kontaktes optimiert werden. Bei der Auswahl eines Materials für die Betätigungspartie müssen nur die weichmagnetischen Eigenschaften dieses Materials berücksichtigt werden und nicht zusätzlich dessen elektrische Leitfähigkeit. Dasselbe gilt umgekehrt für die Auswahl der Materialien für die Leitschicht und den Kontakt.Characterized in that at least one actuating section is formed separately with respect to the guiding layer and the contact of the assigned carrier, the characteristic material properties of the actuating section or the guiding layer and the contact can be optimized. When selecting a material for the actuation section, only the soft magnetic properties are required of this material and not its electrical conductivity. The same applies in reverse for the selection of the materials for the conductive layer and the contact.

Es hat sich außerdem als günstig erwiesen, wenn die weichmagnetische Betätigungspartie als Schicht ausgebildet ist. Bei der Herstellung ist das Aufbringen von Schichten auf den Halbleiterträger besonders zu bevorzugen.It has also proven to be advantageous if the soft magnetic actuating part is designed as a layer. In the production process, the application of layers to the semiconductor carrier is particularly preferred.

Vorteilhafterweise liegen die Betätigungspartie und die Leitschicht unmittelbar aneinander an. Eine weitere zwischen der Betätigungspartie und der Leitschicht liegende Schicht ist daher nicht erforderlich, wodurch die Herstellung vereinfacht und die Kosten gesenkt werden können.Advantageously, the actuating section and the conductive layer lie directly against one another. A further layer lying between the actuating part and the conductive layer is therefore not necessary, as a result of which the production can be simplified and the costs can be reduced.

Bei einer besonders geeigneten Ausführungsform ist die Leitschicht selbst im Bereich der Schaltzone als Kontakt ausgebildet. Das Verbinden der Leitschicht mit einem zusätzlichen Kontakt entfällt hierbei.In a particularly suitable embodiment, the conductive layer is formed as a contact even in the area of the switching zone. There is no need to connect the conductive layer to an additional contact.

Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn die Leitschichten an den einander zugewandten Seiten der Träger vorgesehen sind. Hierbei ist zweckmäßigerweise die Leitschicht des einen Trägers auf ihrer der Leitschicht des anderen Trägers zugewandten Fläche außerhalb der Kontakte vollständig elektrisch isoliert ist.It is also advantageous if the guide layers are provided on the mutually facing sides of the carrier. The conductive layer of one carrier is expediently completely electrically insulated on its surface facing the conductive layer of the other carrier outside the contacts.

Desweiteren kann auf wenigstens einem Träger mindestens eine zusätzliche Schaltung integriert sein. Diese Schaltung dient beispielsweise der Signalvorverarbeitung. Hierfür ist es auch möglich weitere externe Signale einzuspeisen.Furthermore, at least one additional circuit can be integrated on at least one carrier. This circuit serves for example signal preprocessing. For this it is also possible to feed in further external signals.

Zweckmäßigerweise weist der Mikroschalter ein Gehäuse auf, das die übrigen Schalterbestandteile luftdicht umschließt, wobei zu jeder Leitschicht mindestens eine von außen zugängliche elektrische Verbindung vorgesehen ist. Insbesondere kann im Gehäuse ein Vakuum oder eine Schutzgasatmosphäre herrschen. Über eine derartige Schutzgasatmosphäre kann beispielsweise die Durchschlagfeldstärke zwischen den Kontakten der beiden Träger variiert werden.The microswitch expediently has a housing which encloses the other switch components in an airtight manner, at least one electrical connection being accessible from the outside for each conductive layer. In particular, a vacuum or a protective gas atmosphere can prevail in the housing. The breakdown field strength between the contacts of the two carriers can be varied, for example, via such a protective gas atmosphere.

Ausführungsbeispiele des Mikroschalters werden nachfolgend anhand der Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Figur 1
eine erste Bauform des Mikroschalters im Längsschnitt in Gebrauchslage, wobei er an einer Kolben-Zylinder-Anordnung angeordnet ist, wobei die Dimensionen des Mikroschalters in bezug auf die Kolben-Zylinder-Anordnung stark vergrößert dargestellt sind,
Figur 2
eine alternative Ausführungsform des Mikroschalters mit einem festen und einem als Zunge ausgebildeten beweglichen Träger, wobei der Kontakt, die Leitschicht und die Betätigungspartie eines jeweiligen Trägers einstückig als Schicht ausgebildet sind,
Figur 3
einen Schnitt durch die Zunge aus Figur 2 gemäß der Schnittlinie III-III,
Figur 4
eine weitere alternative Ausführungsform des Mikroschalters mit zwei beweglichen Trägern im Längsschnitt in Teildarstellung, wobei die Leitschicht, der Kontakt und die Betätigungspartie eines jeweiligen Trägers einstückig als Schicht ausgebildet sind,
Figur 5
eine weitere alternative Ausführungsform mit zwei beweglichen Trägern im Längsschnitt in Teildarstellung, wobei der Kontakt und die Betätigungspartie eines jeweiligen Trägers einstückig ausgebildet sind,
Figur 6
eine alternative Ausführungsform mit zwei beweglichen Trägern im Längsschnitt, wobei die beweglichen Zungen von der Schaltzone aus betrachtet in entgegengesetzte Richtungen ragen.
Exemplary embodiments of the microswitch are explained in detail below with reference to the drawings. Show it:
Figure 1
a first design of the microswitch in longitudinal section in the position of use, it being arranged on a piston-cylinder arrangement, the dimensions of the microswitch being shown greatly enlarged in relation to the piston-cylinder arrangement,
Figure 2
1 shows an alternative embodiment of the microswitch with a fixed support and a movable support designed as a tongue, the contact, the conductive layer and the actuating part of each support being formed in one piece as a layer,
Figure 3
3 shows a section through the tongue from FIG. 2 according to section line III-III,
Figure 4
another alternative embodiment of the microswitch with two movable carriers in longitudinal section in partial representation, the conductive layer, the contact and the actuating part of each carrier being formed in one piece as a layer,
Figure 5
another alternative embodiment with two movable carriers in longitudinal section in partial representation, the contact and the actuating part of a respective carrier being formed in one piece,
Figure 6
an alternative embodiment with two movable supports in longitudinal section, the movable tongues projecting from the switching zone in opposite directions.

Die fortschreitende Integration elektronischer Bauelemente erzeugt den Wunsch, auch mechanische Bauelemente so klein wie möglich zu gestalten, um die Baugröße von Geräten aus elektronischen und mechanischen Bauteilen weitestmöglich zu reduzieren. Die Feinstmechanik stößt dabei an ihre Grenzen. Die Mikromechanik jedoch bietet das Potential, um noch kleinere mechanische Bauelemente herzustellen.The progressive integration of electronic components creates the desire to make mechanical components as small as possible in order to reduce the size of devices made of electronic and mechanical components as much as possible. The precision mechanics reach their limits. However, micromechanics offers the potential to produce even smaller mechanical components.

Der in Figur 1 abgebildete erfindungsgemäße Mikroschalter 1 ist ein derartiges mikromechanisches Bauteil. Er ist als Sensor ausgebildet und spricht auf ein von außen angelegtes Magnetfeld an. Man könnte ihn deshalb auch als mikromechanischen Magnetschalter oder Mikrosensor bezeichnen.The microswitch 1 according to the invention shown in FIG. 1 is such a micromechanical component. It is designed as a sensor and responds to an external magnetic field on. One could therefore also call it a micromechanical magnetic switch or microsensor.

Die Figur 1 zeigt eine mögliche Anwendung des Mikroschalters 1. Der Mikroschalter 1 befindet sich dabei in einer Nut 2 der Wand 5 des Gehäuses 7 einer insbesondere fluidbetätigten Kolben-Zylinder-Anordnung 3. Diese verfügt über einen Kolbenlaufraum 8, in dem ein Kolben 4 abgedichtet angeordnet ist, der einen Permanentmagneten 6 trägt. Der Kolben 4 bewegt sich bei in an sich bekannter Weise erfolgender Fluidzufuhr gemäß Doppelpfeil 10 in Längsrichtung des Kolbenlaufraumes 8. Erreicht er eine Position, bei der die vom Permanentmagneten 6 ausgehende und auf eine weichmagnetische Betätigungspartie 11 des Mikroschalters 1 einwirkende Magnetkraft groß genug ist, wird ein beim Ausführungbeispiel als Schließvorgang ausgestalteter Schaltvorgang ausgelöst, der dazu führt, daß über Kontakte 20, 21 und diesen zugeordnete, elektrisch leitfähige Leitschichten 18, 19 eine elektrische Verbindung zwischen äußeren Anschlüssen 12, 13 des Mikroschalters 1 hergestellt wird. Die zuvor unter Einnahme einer Offenstellung beabstandeten Kontakte 20, 21 werden dabei in eine Schließstallung verlagert, in der sie aneinander anliegen. Daraus ist ein weiterverwertbares Signal ableitbar, das beispielsweise zur Umsteuerung eines Steuerventils herangezogen wird. Der Mikrosensor ist hierbei als Schließer ausgebildet.FIG. 1 shows a possible application of the microswitch 1. The microswitch 1 is located in a groove 2 of the wall 5 of the housing 7 of an in particular fluid-operated piston-cylinder arrangement 3. This has a piston running space 8 in which a piston 4 seals is arranged, which carries a permanent magnet 6. When the fluid is supplied in a manner known per se, the piston 4 moves in the longitudinal direction of the piston running space 8 according to the double arrow 10. When it reaches a position in which the magnetic force emanating from the permanent magnet 6 and acting on a soft magnetic actuating part 11 of the microswitch 1 becomes large enough a switching operation designed as a closing operation in the exemplary embodiment is triggered, which leads to the fact that an electrical connection is established between outer connections 12, 13 of the microswitch 1 via contacts 20, 21 and associated electrically conductive conductive layers 18, 19. The contacts 20, 21 previously spaced apart by taking an open position are thereby shifted into a closed position in which they abut one another. A further usable signal can be derived from this, which is used, for example, for reversing a control valve. The microsensor is designed as a closer.

In alternativer Ausgestaltung könnten die Kontakte 20, 21 normalerweise eine Schließstellung einnehmen, so daß sie bei Einflußnahme eines Magnetfeldes voneinander getrennt und in eine Offenstellung bewegt werden. Hierbei ist zweckmäßigerweise wenigstens ein Träger federelastisch in die Schließstellung vorgespannt. Eine solche Ausgestaltung des Mikroschalters als Öffner ist in Figur 5 angedeutet, wo der Mikroschalter in der Schließstellung abgebildet ist.In an alternative embodiment, the contacts 20, 21 could normally assume a closed position, so that they are separated from one another and moved into an open position when a magnetic field is influenced. Here is at least expedient a carrier is resiliently biased into the closed position. Such an embodiment of the microswitch as a break contact is indicated in FIG. 5, where the microswitch is shown in the closed position.

Denkbar wäre auch eine kombinierte Ausgestaltung als Umschalter, wobei der Mikrosensor abwechselnd zwischen zwei Schließstellungen umschaltbar ist. Dabei nimmt mindestens ein bewegbarer Träger bezüglich wenigstens zweier feststehender Träger abwechselnd eine Offenstellung und eine Schließstellung ein.A combined configuration as a changeover switch would also be conceivable, the microsensor being able to be alternately switched between two closed positions. In this case, at least one movable support alternately takes an open position and a closed position with respect to at least two fixed supports.

Die Positionsbestimmung von bewegten Teilen aller Art ist nur eine Anwendungsmöglichkeit des Mikrosensors. Beispielsweise wäre auch denkbar, daß über das von einem elektrischen stromdurchflossenen Leiter ausgehende Magnetfeld der Stromfluß verifiziert werden kann.The position determination of moving parts of all kinds is only one possible application of the microsensor. For example, it would also be conceivable that the current flow can be verified via the magnetic field emanating from an electrical current-carrying conductor.

Die Dimension des Mikroschalters 1 in Figur 1 ist nicht maßstabsgetreu. Er wurde zur besseren Übersicht im Verhältnis zur Kolben-Zylinder-Anordnung 3 überdimensional groß dargestellt.The dimension of the microswitch 1 in Figure 1 is not to scale. For a better overview, it was shown oversized in relation to the piston-cylinder arrangement 3.

Der beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 als Schließer ausgebildete, das heißt normalerweise in Offenstellung befindliche Mikroschalter 1 weist einen ersten Träger 16 mit einer ersten Leitschicht 18 und einen zweiten Träger 17 mit einer zweiten Leitschicht 19 auf. Beide Leitschichten 18, 19 sind mit jeweils einem ihnen zugeordneten Kontakt 20, 21 elektrisch verbunden. Diese Kontakte 20, 21 liegen sich in einer Schaltzone 24 gegenüber. Sowohl die Leitschichten 18, 19 als auch die Kontakte 20, 21 sind elektrisch leitfähig. Desweiteren sind die Leitschichten 18, 19 mit den elektrisch leitfähigen äußeren Anschlüssen 12, 13 elektrisch verbunden. In der Offenstellung des Mikroschalters 1 sind die Kontakte 20, 21 in der Schaltzone 24 mit einem Schaltabstand zueinander angeordnet. Unter dem Schaltabstand versteht man eine räumliche Distanz zwischen den beiden Kontakten 20, 21, die einen Stromfluß ausschließt.1, which is normally in the open position, has a first carrier 16 with a first conductive layer 18 and a second carrier 17 with a second conductive layer 19. Both conductive layers 18, 19 are electrically connected to a contact 20, 21 assigned to them. These contacts 20, 21 face each other in a switching zone 24. Both the guide layers 18, 19 and the contacts 20, 21 are electrically conductive. Furthermore, the conductive layers 18, 19 are electrically connected to the electrically conductive outer connections 12, 13. In the open position of the microswitch 1, the contacts 20, 21 are arranged in the switching zone 24 with a switching distance from one another. The switching distance is understood to mean a spatial distance between the two contacts 20, 21, which excludes a current flow.

Wenigstens einer der beiden Träger 16, 17 ist elastisch biegbar ausgebildet. Der biegeelastische Träger ist ergänzend durch Bezugsziffer 15 kenntlich gemacht. In Figur 1 handelt es sich lediglich bei dem ersten Träger 16 um einen derartigen, elastisch biegbaren Träger 15. Dieser biegeelastische erste Träger 15, 16 trägt in dem durch Biegung schwenkbeweglichen Bereich 14 eine aus weichmagnetischem Material bestehende Betätigungspartie 11. Auf diese Betätigungspartie 11 wird eine Stellkraft ausgeübt, wenn sie sich in einem Magnetfeld befindet. Diese Stellkraft bewirkt, daß der erste Träger 15, 16 eine Schaltbewegung in Gestalt einer Schließbewegung ausführt, bei der er ausgehend von der in den Figuren gezeigten Offenstellung in einer durch Pfeil 25 angedeuteten Schaltrichtung hin zum zweiten Träger 17 verlagert wird, der beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 als feststehender Träger ausgebildet ist. Die erforderliche Stellkraft wird von der Feldkraft des in die Nähe des Mikroschalters 1 gelangenden Permanentmagneten 6 geliefert, der die Betätigungspartie 11 mit den parallel zur Schaltrichtung 25 verlaufenden Komponenten des Magnetfelds im wesentlichen in Schließrichtung polarisiert. Die Schaltbewegung ist beendet, wenn die Kontakte 20, 21 aufgrund der magnetischen Feldkraft aneinander zur Anlage gelangen, so daß eine elektrische Verbindung zwischen den äußeren Anschlüssen 12, 13 vorliegt. Hierbei befindet sich der betätigte Mikroschalter in seiner Schließstellung.At least one of the two supports 16, 17 is designed to be elastically bendable. The flexurally elastic support is additionally identified by reference number 15. In FIG. 1, only the first support 16 is such an elastically bendable support 15. This resiliently flexible first support 15, 16 carries an actuation section 11 made of soft magnetic material in the region 14 which can be pivoted by bending Actuating force exerted when it is in a magnetic field. This actuating force causes the first carrier 15, 16 to perform a switching movement in the form of a closing movement, in which, starting from the open position shown in the figures, it is shifted in a switching direction indicated by arrow 25 to the second carrier 17, which in the exemplary embodiment according to FIG 1 is designed as a fixed support. The required actuating force is supplied by the field force of the permanent magnet 6 which comes into the vicinity of the microswitch 1 and which essentially polarizes the actuating part 11 in the closing direction with the components of the magnetic field running parallel to the switching direction 25. The switching movement is ended when the contacts 20, 21 abut against one another due to the magnetic field force arrive so that there is an electrical connection between the outer terminals 12, 13. The actuated microswitch is in its closed position.

Bei einem als Öffner ausgebildeten, das heißt normalerweise in seiner Schließstellung befindlichen Mikroschalter wie in Figur 5 werden die Träger 16, 17 durch das einwirkende Magnetfeld so voneinander entfernt, daß die zuvor vorliegende elektrische Verbindung unterbrochen wird und der Mikroschalter im betätigten Zustand eine Offenstellung einnimmt. In Figur 5 ist strichpunktiert eine Offenstellung angedeutet, in der einer der Träger 17 relativ zum anderen Träger 16 verschwenkt ist. Dabei ist lediglich der verschwenkbare Träger 15, 17 mit einer Betätigungspartie 11 versehen.In the case of a microswitch designed as an opener, that is to say normally in its closed position, as in FIG. 5, the carriers 16, 17 are separated from one another by the acting magnetic field in such a way that the previously existing electrical connection is interrupted and the microswitch assumes an open position in the actuated state. An open position is indicated in broken lines in FIG. 5, in which one of the supports 17 is pivoted relative to the other support 16. Only the pivotable carrier 15, 17 is provided with an actuating section 11.

Bei einer Ausgestaltung als Öffner wäre es denkbar, auf der dem feststehenden Träger 16 entgegengesetzten Seite des beweglichen Trägers 17 mit Abstand einen weiteren, mit einer Betätigungspartie versehenen feststehenden Träger anzuordnen. Ein einwirkendes Magnetfeld kann dann die Betätigungspartien so polarisieren, daß diese zueinander gezogen werden, wobei der bewegbare Träger in der Offenstellung an dem weiteren Träger anliegt. Es wäre überdies möglich, an der dem weiteren Träger zugewandten Seite des beweglichen Trägers einen weiteren Kontakt vorzusehen, der mit einem an dem feststehenden Träger vorgesehenen zusätzlichen Kontakt zusammenwirken kann. Auf diese Weise könnten abwechselnd zwei Lastkreise geschlossen beziehungsweise geöffnet werden, so daß ein Umschalter vorläge.In the case of a configuration as an opener, it would be conceivable to arrange at a distance a further fixed support provided with an actuating part on the side of the movable support 17 opposite the fixed support 16. An acting magnetic field can then polarize the actuating parts in such a way that they are pulled towards one another, the movable support abutting the further support in the open position. It would also be possible to provide a further contact on the side of the movable support facing the further support, which contact can interact with an additional contact provided on the fixed support. In this way, two load circuits could alternately be closed or opened, so that there would be a changeover switch.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 ist die weichmagnetische Betätigungspartie 11 separat ausgebildet. Eine hierzu alternative Anbringungsmöglichkeit zeigt die Figur 2. Dort ist vorgesehen, daß die an dem beweglichen ersten Träger 15, 16 angeordnete Leitschicht 18 und die weichmagnetische Betätigungspartie 11 in Baueinheit ausgeführt sind und aus einer einzigen Schicht bestehen. Das verwendete Material ist hier sowohl elektrisch leitfähig als auch zumindest in der Schaltzone 24 weichmagnetisch.In the exemplary embodiment according to FIG. 1, the soft magnetic actuation section 11 is formed separately. An alternative attachment option is shown in FIG. 2. There it is provided that the conductive layer 18 arranged on the movable first carrier 15, 16 and the soft magnetic actuating part 11 are constructed in one unit and consist of a single layer. The material used here is both electrically conductive and soft magnetic at least in the switching zone 24.

In weiterer, nicht näher dargestellter Ausführungsform kann wenigstens eine Betätigungspartie unmittelbar vom zugeordeten Träger gebildet sein, wenn dieser aus weichmagnetischem Material besteht.In a further embodiment, not shown in detail, at least one actuating part can be formed directly by the assigned carrier, if this consists of soft magnetic material.

Es ist desweiteren möglich, wenigstens einen der vorhandenen Kontakte 20, 21 gleichzeitig als weichmagnetische Betätigungspartie 11 auszubilden. Somit bilden entweder nur ein Kontakt 20 oder beide Kontakte 20, 21 eine Betätigungspartie 11. Die Figur 5 zeigt eine derartige alternative Bauform, wobei beiden Trägern 16, 17 jeweils ein Kontakt 20, 21 zugeordnet ist und beide Kontakte zugleich weichmagnetische Eigenschaften haben, so daß sie als Betätigungspartien 11 wirken. Hierbei, wie auch bei der Bauform gemäß Figur 2, können bei der Herstellung des Mikroschalters 1 separate Betätigungspartien 11 eingespart werden, was die Herstellung vereinfacht und verbilligt. Die Realisierung der weichmagnetischen Betätigungspartie als Schicht kann hierbei den Herstellungsaufwand besonders reduzieren. Als weichmagnetische und zugleich elektrisch leitfähige Materialien sind beispielsweise Eisen-Nickel-Verbindungen verwendbar.It is also possible to design at least one of the existing contacts 20, 21 simultaneously as a soft-magnetic actuation section 11. Thus, either only one contact 20 or both contacts 20, 21 form an actuating part 11. FIG. 5 shows such an alternative construction, wherein both carriers 16, 17 are each assigned a contact 20, 21 and both contacts have soft magnetic properties at the same time, so that they act as actuating parts 11. Here, as in the design according to FIG. 2, separate actuation parts 11 can be saved in the manufacture of the microswitch 1, which simplifies and reduces the cost of manufacture. The realization of the soft magnetic actuation part as a layer can particularly reduce the manufacturing effort. As Soft magnetic and at the same time electrically conductive materials, for example iron-nickel compounds can be used.

Eine getrennte Ausgestaltung der Betätigungspartie 11 gemäß Figur 1 hat allerdings den Vorteil, daß bei der Materialauswahl die Möglichkeit besteht, die einzelnen Bestandteile hinsichtlich ihrer Funktion zu optimieren. So kann die Betätigungspartie 11 hinsichtlich der weichmagnetischen Eigenschaften optimal ausgelegt werden, weil die Beschränkung auf gleichzeitig elektrisch leitfähige Eigenschaften entfällt. Entsprechend gilt, daß die Materialien für die Leitschichten 18, 19 und die Kontakte 20, 21 ausschließlich unter Berücksichtigung der elektrischen Eigenschaften ausgewählt werden können, ohne auf magnetisierbare Eigenschaften Rücksicht nehmen zu müssen.A separate configuration of the actuating section 11 according to FIG. 1 has the advantage, however, that there is the possibility in the selection of material to optimize the function of the individual components. In this way, the actuating section 11 can be optimally designed with regard to the soft magnetic properties, because the restriction to electrically conductive properties is eliminated. Correspondingly, the materials for the conductive layers 18, 19 and the contacts 20, 21 can only be selected taking into account the electrical properties, without having to take magnetizable properties into account.

Für die Realisierung der weichmagnetischen Betätigungspartie 11 existieren vielfältige Ausgestaltungs- und Kombinationsmöglichkeiten. Hinsichtlich der Plazierung besteht im wesentlichen nur die Vorgabe, daß die im Einsatz des Mikroschalters auf die Betätigungspartie 11 einwirkenden magnetischen Feldkräfte so gerichtet sein müssen, daß die Kontakte 20, 21 zur Schaltbewegung veranlaßt werden.There are various design and combination options for realizing the soft magnetic actuation section 11. With regard to the placement there is essentially only the requirement that the magnetic field forces acting on the actuating part 11 when the microswitch is used must be directed such that the contacts 20, 21 are caused to switch.

Hinsichtlich der Ausgestaltung der Leitschichten 18, 19 und der Kontakte 20, 21 existieren ebenfalls vielfältige Möglichkeiten. So können die Kontakte 20, 21 entsprechend der in Figuren 1 und 5 gezeigten Bauform separat von den Leitschichten 18, 19 ausgebildet und lediglich elektrisch mit diesen verbunden sein, z.B. indem sie wie abgebildet aufgesetzt sind. Bei den in Figuren 2, 4 und 6 gezeigten Ausgestaltungen bilden die Leitschichten 18, 19 und die Kontakte 20, 21 eine vorzugsweise einstückige Baueinheit, indem die Leitschichten 18, 19 in der Schaltzone 24 als Kontakte 20, 21 ausgebildet sind. Dabei kann eine durchgehend gleichbleibende Formgebung vorhanden sein. Möglich ist aber auch, die Leitschichten in der Schaltzone 24 zur Bildung der Kontakte 20, 21 mit einer geeigneten Formgebung zu versehen, die die elektrische Verbindung in der Schließstellung verbessert.With regard to the design of the guiding layers 18, 19 and the contacts 20, 21, there are also numerous possibilities. Thus, the contacts 20, 21 corresponding to the design shown in FIGS. 1 and 5 can be formed separately from the guide layers 18, 19 and can only be electrically connected to them, for example by being attached as shown. In the case of FIGS. 4 and 6, the guide layers 18, 19 and the contacts 20, 21 form a preferably one-piece structural unit in that the guide layers 18, 19 are formed in the switching zone 24 as contacts 20, 21. There may be a constant shape throughout. However, it is also possible to provide the conductive layers in the switching zone 24 with a suitable shape to form the contacts 20, 21, which improves the electrical connection in the closed position.

Im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 stehen die Kontakte 20, 21 in der Schließstellung des Mikroschalters 1 über eine ausreichend große Anlagefläche in Kontakt miteinander, um zwischen den äußeren Anschlüssen 12, 13 einen möglichst geringen Widerstand zu erhalten und somit auch einen entsprechend geringen Spannungsabfall. Auch bei den Ausführungsformen gemäß Figuren 2, 4 und 6 könnte man die Formgebung der als Kontakte 20, 21 ausgebildeten Leitschichten 18, 19 in der Schaltzone 24 in geeigneter Weise so anpassen, daß in der Schließstellung eine möglichst große Berührfläche vorliegt.In the exemplary embodiment according to FIG. 1, in the closed position of the microswitch 1, the contacts 20, 21 are in contact with one another over a sufficiently large contact surface in order to obtain the lowest possible resistance between the outer connections 12, 13 and thus also a correspondingly low voltage drop. Also in the embodiments according to FIGS. 2, 4 and 6, the shape of the guide layers 18, 19 formed as contacts 20, 21 in the switching zone 24 could be adapted in a suitable manner so that the largest possible contact surface is present in the closed position.

Als Werkstoff für die Träger 16, 17 wird beispielsweise Halbleitermaterial in Gestalt von Siliciummaterial verwendet. Silicium besitzt neben den bekannten elektrischen Halbleitereigenschaften auch sehr gute mechanische Eigenschaften, vor allem eine große Elastizität, die einen Einsatz als biegeelastischen Träger der geschilderten Art ermöglicht. Die Verfahren zur Herstellung und zur Formgebung sind bereits aus der Mikroelektronik erprobt und bekannt und können daher auf den neuen Bereich der Mikomechanik gut übertragen werden. Man wendet beispielsweise Ätzverfahren mit Ätzstopptechnik an. Je nach Material können auch andere Herstellungsverfahren herangezogen werden, beispielsweise das sogenannte LIGA-Verfahren (Lithographie, Galvanoumformung, Abformtechnik) oder Heißprägetechnik. Weitere mögliche Materialien für die Träger wären beispielsweise Metalle, Dielektrika oder Kunststoffe.For example, semiconductor material in the form of silicon material is used as the material for the carriers 16, 17. In addition to the known electrical semiconductor properties, silicon also has very good mechanical properties, above all a high degree of elasticity, which enables it to be used as a flexible support of the type described. The processes for manufacturing and shaping have already been tried and tested in microelectronics and can therefore be applied to the new field the micro mechanics are well transferred. For example, etching methods with etching stop technology are used. Depending on the material, other manufacturing processes can also be used, for example the so-called LIGA process (lithography, electroforming, impression technique) or hot stamping technology. Other possible materials for the carriers would be, for example, metals, dielectrics or plastics.

Bei elektrisch leitenden oder halbleitenden Eigenschaften des Trägermaterials ist es in der Regel zweckmäßig, die Leitschichten 18, 19 elektrisch von ihren Trägern 16, 17 zu isolieren. Aus diesem Grund wird zweckmäßigerweise eine Isolationsschicht 26 zwischen einem jeweiligen Träger 16, 17 und die von diesem getragene Leitschicht 18, 19 zwischengefügt. Es bietet sich an, eine derartige Isolationsschicht durch Siliciumoxyd zu verwirklichen. Bestehen die Träger 16, 17 aus Siliciummaterial, läßt sich eine Siliciumoxyd-Isolationsschicht sehr einfach durch Bedampfen des Siliciummaterials mit Wasserdampf erzeugen.In the case of electrically conductive or semiconducting properties of the carrier material, it is generally advisable to electrically isolate the conductive layers 18, 19 from their carriers 16, 17. For this reason, an insulation layer 26 is expediently interposed between a respective carrier 16, 17 and the conductive layer 18, 19 carried by the latter. It is advisable to implement such an insulation layer using silicon oxide. If the carriers 16, 17 consist of silicon material, a silicon oxide insulation layer can be produced very simply by vapor deposition of the silicon material with water vapor.

Es ist desweiteren eine elektrische Isolation zwischen den beiden Leitschichten 18, 19 sinnvoll. Dies insbesondere dann, wenn die Leitschichten wie bei den Ausführungsbeispielen einander gegenüberliegend an den einander zugewandten Flächen der Träger 16, 17 vorgesehen sind und die Träger zur Realisierung möglichst kleiner Baugrößen des Mikroschalters sehr nahe beieinanderliegen.Furthermore, electrical insulation between the two conductive layers 18, 19 is useful. This is particularly the case when the guiding layers are provided opposite one another on the facing surfaces of the carriers 16, 17, as in the exemplary embodiments, and the carriers are very close to one another in order to achieve the smallest possible sizes of the microswitch.

Bei den Ausführungsformen gemäß Figuren 2 bis 5 ist eine einzige weitere Isolationsschicht 27 zwischen den Leitschichten 18, 19 angeordnet. Sie wirkt vorzugsweise allerdings nicht nur als Isolator, sondern gleichzeitig als Abstandshalter, der den Schaltabstand in der Schaltzone 24 vorgibt. Die Leitschichten 18, 19 liegen außerhalb der Schaltzone 24 an entgegengesetzten Flächen der Isolationsschicht 27 direkt an dieser an.In the embodiments according to FIGS. 2 to 5 there is a single further insulation layer 27 between the guide layers 18, 19 arranged. However, it preferably acts not only as an insulator, but at the same time as a spacer which specifies the switching distance in the switching zone 24. The conductive layers 18, 19 lie outside the switching zone 24 on opposite surfaces of the insulation layer 27 directly against the latter.

Bei der Ausführungsform gemäß Figur 1 sind die Leitschichten 18, 19 der beiden Träger 16, 17 über zwei separate Isolationsschichten 27 elektrisch isoliert. Jeweils eine dieser Isolationsschichten 27 ist an einem der beiden Träger 16, 17 angeordnet, wobei sie auf der jeweils zugeordneten Leitschicht 18, 19 liegt und diese an der dem jeweils anderen Träger zugewandten Seite außerhalb der beiden Kontakte 20, 21 vollständig abdeckt und isoliert. Während bei den Bauformen gemäß Figuren 2 bis 5 die Isolationsschicht 27 an der Schaltbewegung nicht teilnimmt und ein starres Teil ist, indem sie praktisch als Zwischenschicht zwischen die beiden beschichteten Träger 16, 17 zwischengefügt ist, dient beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 die am biegeelastischen ersten Träger 15, 16 angeordnete Isolationsschicht 27 gleichzeitig als Vorspannelement, das den Träger 15, 16 mechanisch in die Offenstellung vorspannt, in der er sich unter Vorgabe des Schaltabstandes in der Schaltzone 24 vom gegenüberliegenden zweiten Träger 17 wegkrümmt. Dadurch ergibt sich zwischen den beiden Trägern 16, 17 beispielsgemäß ein keilähnlicher Freiraum, dessen Querschnitt bei der Schließbewegung immer kleiner wird, wobei in der Schließstellung nicht nur die Kontakte 20, 21, sondern auch die Isolationsschichten 27 ganz oder teilweise aneinander anliegen können.In the embodiment according to FIG. 1, the conductive layers 18, 19 of the two carriers 16, 17 are electrically insulated via two separate insulation layers 27. One of these insulation layers 27 is arranged on one of the two carriers 16, 17, it lies on the respectively assigned conductive layer 18, 19 and completely covers and insulates it on the side facing the other carrier outside of the two contacts 20, 21. While in the designs according to FIGS. 2 to 5, the insulation layer 27 does not participate in the switching movement and is a rigid part by being practically interposed as an intermediate layer between the two coated supports 16, 17, the first support used in the embodiment according to FIG 15, 16 arranged insulation layer 27 at the same time as a pretensioning element, which mechanically prestresses the carrier 15, 16 into the open position in which it bends away from the opposite second carrier 17, given the switching distance in the switching zone 24. This results in a wedge-like free space between the two carriers 16, 17, the cross-section of which becomes smaller and smaller during the closing movement, whereby in the closed position not only the contacts 20, 21 but also the insulation layers 27 can rest against one another in whole or in part.

Bei der Ausführungsform gemäß Figur 2 ist wie im Falle der Figur 1 der zweite Träger 17 als unbeweglicher starrer Träger ausgebildet. Die zur Veränderung des Schaltabstandes hervorgerufene Schaltbewegung 25 wird somit nur von dem einen ersten biegeelastischen Träger 16 ausgeführt. Demgegenüber sind bei den Ausführungsformen gemäß Figuren 4 bis 6 beide sich gegenüberliegende Träger 16, 17 biegeelastisch schwenkbar ausgebildet, so daß beim Schließvorgang eine Schaltbewegung 25 beider Träger 15, 16, 17 möglich ist.In the embodiment according to FIG. 2, as in the case of FIG. 1, the second support 17 is designed as an immovable, rigid support. The switching movement 25 caused to change the switching distance is thus carried out only by the first flexible support 16. In contrast, in the embodiments according to FIGS. 4 to 6, the two opposite supports 16, 17 are designed to be flexibly pivotable, so that a switching movement 25 of both supports 15, 16, 17 is possible during the closing process.

Ein jeweiliger elastisch biegbarer Träger 15 kann insbesondere als elastisch biegbare Zunge 29 realisiert werden, wie dies in Figuren 2 und 3 beispielhaft illustriert ist. Die Zunge 29 kann durch Ätzung aus einem aus Halbleitermaterial bestehenden Schichtkörper 33 herausstrukturiert sein. Dies geschieht beispielsweise dadurch, daß der Schichtkörper 33 in aus Figur 3 hervorgehender Weise durchgeätzt wird, so daß eine U-ähnliche Aussparung 30 entsteht, die eine gegenüber den übrigen Bereichen des Schichtkörpers 33 quer zur Schichtebene biegeelastisch verformbare Zunge 29 vorgibt. Bei dem Mikroschalter gemäß Figur 1 resultiert der biegbare erste Träger 15, 16 vorzugsweise ebenfalls aus einer derartigen Ausgestaltung, wobei der Schichtkörper 33 unter Zwischenfügung einer Isolationsschicht 38 auf den unbeweglichen Träger 17 aufgesetzt sein kann.A respective elastically bendable carrier 15 can in particular be realized as an elastically bendable tongue 29, as is exemplarily illustrated in FIGS. 2 and 3. The tongue 29 can be structured by etching out of a layer body 33 consisting of semiconductor material. This is done, for example, by etching through the laminated body 33 in a manner as shown in FIG. 3, so that a U-like recess 30 is created, which defines a tongue 29 which can be deformed in a bending-elastic manner transversely to the layer plane in relation to the other regions of the laminated body 33. In the microswitch according to FIG. 1, the bendable first carrier 15, 16 preferably also results from such a configuration, wherein the laminated body 33 can be placed on the immovable carrier 17 with the interposition of an insulation layer 38.

Bei den Ausführungsformen gemäß Figuren 4 und 5 sind zweckmäßigerweise zwei übereinander angeordnete Schichtkörper der geschilderten Art vorhanden, deren Zungen die beiden beweglichen Träger 16, 17 bilden, wobei in Figuren 4 und 5 der Einfachheit halber nur die die beweglichen Träger 15, 16, 17 bildenden Bestandteile der Schichtkörper abgebildet sind.In the embodiments according to FIGS. 4 and 5 there are expediently two laminated bodies of the described type arranged one above the other, the tongues of which form the two movable supports 16, 17, with FIGS. 4 and 5 being of simplicity for the sake only the components of the laminate forming the movable supports 15, 16, 17 are shown.

Ungeachtet der konkreten Art ihrer Herstellung handelt es sich bei den elastisch biegbaren Trägern der beispielsgemäßen Mikroschalter um einseitig, an einem feststehenden Ende 32 aufgehängte bzw. eingespannte, insbesondere plattenähnliche Biegeelemente. Sie erstrecken sich ausgehend von den feststehenden Enden 32 zu entgegengesetzt angeordneten, frei beweglichen Enden 31, wobei die dem frei beweglichen Ende 31 zugeordnete Trägerpartie 14 die beispielsgemäß von einer Schwenkbewegung gebildete Schaltbewegung 25 ausführt. Der Kontakt 20, 21 und vorzugsweise auch die Betätigungspartie 11 sind im Bereich dieser Trägerpartie 14 angeordnet, vorzugsweise möglichst nahe am frei beweglichen Ende 31.Regardless of the specific type of manufacture, the elastically bendable supports of the microswitches according to the example are one-sided, in particular plate-like bending elements suspended or clamped on a fixed end 32. They extend from the fixed ends 32 to oppositely arranged, freely movable ends 31, the carrier part 14 assigned to the freely movable end 31 executing the switching movement 25, which is formed, for example, by a pivoting movement. The contact 20, 21 and preferably also the actuating section 11 are arranged in the region of this carrier section 14, preferably as close as possible to the freely movable end 31.

Bei den Ausführungsformen gemäß Figuren 4 und 5 liegen die beiden als elastisch biegbare Träger 15 ausgebildeten Träger 16, 17 im wesentlichen spiegelsymmetrisch übereinander. Sowohl die frei beweglichen Enden 31 wie auch die feststehenden Enden 32 liegen sich im wesentlichen gegenüber. Hingegen ist bei der Ausführungsform gemäß Figur 6 vorgesehen, daß sich die elastisch biegbar ausgebildeten Träger 15, 16, 17 lediglich in der Schaltzone 24 überlappen, wobei ihre feststehenden Enden 32 von der Schaltzone aus betrachtet in einander entgegengesetzte Richtungen ragen.In the embodiments according to FIGS. 4 and 5, the two supports 16, 17 designed as elastically bendable supports 15 are essentially mirror-symmetrical one above the other. Both the freely movable ends 31 and the fixed ends 32 are essentially opposite one another. On the other hand, it is provided in the embodiment according to FIG. 6 that the elastically bendable supports 15, 16, 17 only overlap in the switching zone 24, their fixed ends 32 projecting in opposite directions when viewed from the switching zone.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 6 zeigt ferner, daß zusätzlich zu den Trägern 16, 17 Zwischenschichten 41 und Deckschichten 42 vorhanden sein können. Zwei Deckschichten 42 sind mit Abstand zueinander angeordnet und tragen an ihren einander zugewandten Flächen unter Zwischenfügung einer Isolationsschicht 28 jeweils eine Zwischenschicht 41, wobei die Zwischenschichten 41 in Richtung der Schichtebene versetzt zueinander angeordnet sind, so daß sie sich nicht gegenüberliegen und ein Zwischenraum 39 verbleibt. Sowohl die Deckschichten 42 als auch die Zwischenschichten 41 bestehen insbesondere aus Halbleitermaterial. Zwischen einer jeweiligen Zwischenschicht 41 und der dieser mit Abstand gegenüberliegenden Deckschicht ist der jeweils eine Träger 15, 16, 17 mit seinem feststehenden Ende 32 angeordnet, zweckmäßigerweise derart, daß er mit Abstand zur unmittelbar benachbarten Deckschicht angeordnet ist. Ein jeweiliger Träger 15, 16, 17 ragt mit seinem beweglichen Ende 13 in den Zwischenraum 39 hinein. Die Zwischenschichten 41 sind nicht notwendigerweise gegenüber der Leitschicht 18, 19 des von ihr getragenen Trägers 16, 17 elektrisch isoliert, so daß durch sie durchaus Ströme fließen können. Hingegen sind die Deckschichten 42 elektrisch neutral ausgebildet und vorzugsweise derart angeordnet, daß Sie die im Betrieb stromführenden Schichten umgeben und eine Gehäusefunktion ausüben können.The exemplary embodiment according to FIG. 6 further shows that, in addition to the carriers 16, 17, intermediate layers 41 and cover layers 42 can be present. Two cover layers 42 are arranged at a distance from one another and each carry an intermediate layer 41 on their mutually facing surfaces with the interposition of an insulation layer 28, the intermediate layers 41 being offset with respect to one another in the direction of the layer plane, so that they do not lie opposite one another and an intermediate space 39 remains. Both the cover layers 42 and the intermediate layers 41 consist in particular of semiconductor material. Between each intermediate layer 41 and the cover layer opposite this at a distance, the respective carrier 15, 16, 17 is arranged with its fixed end 32, expediently such that it is arranged at a distance from the immediately adjacent cover layer. A respective carrier 15, 16, 17 projects with its movable end 13 into the intermediate space 39. The intermediate layers 41 are not necessarily electrically insulated from the conductive layer 18, 19 of the carrier 16, 17 carried by them, so that currents can certainly flow through them. In contrast, the cover layers 42 are designed to be electrically neutral and are preferably arranged in such a way that they surround the layers carrying current during operation and can perform a housing function.

Prinzipiell ist es weiterhin möglich, mehrere Zwischenschichten 41 und Deckschichten 42 vorzusehen. Außerdem gilt für alle Ausführungsvarianten des Mikroschalters, daß die Träger 16, 17 grundsätzlich ebenfalls einen Mehrschichtaufbau haben und aus beliebig vielen Schichten aufgebaut sein können. Dabei könnten an einem Träger 16, 17 durchaus mehrere Leitschichten 18, 19 und/oder mehrere Kontakte 20, 21 und/oder mehrere Betätigungspartien 11 vorgesehen sein. Die Kontakte 20, 21 wiederum könnten in mehrere einzelne Kontaktpartien unterteilt sein.In principle, it is also possible to provide a plurality of intermediate layers 41 and cover layers 42. In addition, it applies to all design variants of the microswitch that the carriers 16, 17 also basically have a multilayer structure and can be constructed from any number of layers. A plurality of guide layers 18, 19 and / or a plurality of contacts 20, 21 and / or a plurality of actuating parts could well be provided on a carrier 16, 17 11 may be provided. The contacts 20, 21 in turn could be divided into several individual contact parts.

Zu dem in Figur 3 abgebildeten zungenartigen Aufbau des elastischen Trägers 16 ist noch nachzutragen, daß die Figur 3 einen Schnitt gemäß Schnittlinie III-III aus Figur 2 zeigt. Die U-förmige Aussparung 30 gibt die elastisch biegbare Zunge 29 an drei Seiten frei. Die nicht freigegebene Seite ist das feststehende Ende 32 und die dem feststehenden Ende 32 gegenüberliegende Seite ist das quer zur Ebene des Schichtkörpers 33 frei bewegliche Ende 31 des Trägers 16. Eine derartige Zungenausgestaltung läßt sich durch technische Ätzverfahren, insbesondere durch anisotropes Ätzen aus dem Schichtkörper 33 herausstrukturieren. Beim anisotropen Ätzen werden verschieden ausgerichtete Gitterflächenstrukturen unterschiedlich schnell weggeätzt, wodurch sich die Formgebung der zu ätzenden Struktur beeinflussen läßt.In addition to the tongue-like structure of the elastic carrier 16 shown in FIG. 3, it must be added that FIG. 3 shows a section according to section line III-III from FIG. The U-shaped recess 30 releases the elastically bendable tongue 29 on three sides. The non-released side is the fixed end 32 and the side opposite the fixed end 32 is the end 31 of the carrier 16 which is freely movable transversely to the plane of the laminated body 33. Such a tongue configuration can be obtained from the laminated body 33 by technical etching methods, in particular by anisotropic etching structure out. In the case of anisotropic etching, differently aligned lattice surface structures are etched away at different speeds, which can influence the shape of the structure to be etched.

In Figur 1 ist noch angedeutet, daß es prinzipiell möglich ist, zusätzlich mindestens eine integrierte Schaltung 35 in mindestens einem der Träger 16, 17 vorzusehen. Eine derartige integrierte Schaltung 35 könnte der Signalvorverarbeitung dienen. Beispielsweise könnte eine Ausgangssignalverstärkung durch Transistorschaltungen realisiert werden. Weiterhin könnte die integrierte Schaltung 35 zusätzliche Schaltungsanschlüsse 36 aufweisen, die für die Kommunikation mit der Peripherie nötig sind. Über derartige zusätzliche Schaltungsanschlüsse 36 könnten weitere Ein- oder Ausgangssignale geführt werden. Die integrierte Schaltung 35 kann beliebig komplexe Konturen annehmen, wobei es sich sowohl um digitale als auch um analoge integrierte Schaltungen handeln kann. Bei der Ausführungsform gemäß Figur 6 wäre es grundsätzlich auch denkbar, eine derartige integrierte Schaltung 35 in eine Zwischenschicht 41 und/oder eine Deckschicht 42 zu integrieren.FIG. 1 also indicates that it is possible in principle to additionally provide at least one integrated circuit 35 in at least one of the carriers 16, 17. Such an integrated circuit 35 could be used for signal preprocessing. For example, an output signal amplification could be realized by transistor circuits. Furthermore, the integrated circuit 35 could have additional circuit connections 36, which are necessary for communication with the periphery. Additional input or output signals could be conducted via such additional circuit connections 36. The integrated circuit 35 can assume contours of any complexity, which can be both digital and analog integrated circuits. In the embodiment according to FIG. 6, it would in principle also be conceivable to integrate such an integrated circuit 35 into an intermediate layer 41 and / or a cover layer 42.

Der Mikroschalter verfügt außen vorzugsweise über ein Gehäuse 37, das die übrigen Schalterbestandteile luftdicht umschließt. Auch im Bereich der Öffnungen, durch die die erwähnten elektrischen Anschlüsse 12, 13, 36 nach außen geführt sind, ist vorzugsweise ein dichter Abschluß gegeben. Innerhalb des Gehäuses kann eine Vakuum- oder Schutzgasatmosphäre vorherrschen. Über die Variation der Atmosphäre innerhalb des Gehäuses 37 kann die Durchschlagfeldstärke dem Anwendungsfall angepaßt werden. Dies hängt vor allem von der zwischen den äußeren Anschlüssen 12, 13 angelegten Spannung ab. Es ist darauf zu achten, daß in der Offenstellung des Mikroschalters kein Funke zwischen den Kontakten 20, 21 überspringt, da dies zu einem Fehlsignal führen könnte. Auch die übrigen gezeigten Ausführungsformen weisen ein nicht näher dargestelltes Gehäuse auf.The microswitch preferably has a housing 37 on the outside, which encloses the other switch components in an airtight manner. In the area of the openings through which the mentioned electrical connections 12, 13, 36 are led to the outside, there is preferably a tight seal. A vacuum or protective gas atmosphere can prevail inside the housing. The breakdown field strength can be adapted to the application by varying the atmosphere within the housing 37. This mainly depends on the voltage applied between the outer connections 12, 13. Care must be taken that no spark jumps between contacts 20, 21 when the microswitch is in the open position, since this could lead to a false signal. The other embodiments shown also have a housing, not shown.

Die Schaltempfindlichkeit des Mikroschalters 1 kann variabel gestaltet werden. Je stärker das zu detektierende Magnetfeld ist, desto größer ist die Kraft, die dieses Magnetfeld auf eine Betätigungspartie 11 und den damit verbundenen elastisch biegbaren Träger 15 ausübt. Die Energie, die für den Schaltvorgang aufgebracht werden muß, hängt insbesondere vom Schaltabstand in der Offenstellung und von der Kraft ab, die notwendig ist, um die Kontakte 20, 21 zu schließen oder zu öffnen. Diese Faktoren können bei der Konstruktion über Materialauswahl, Materialdicke oder dergleichen bestimmt werden.The switching sensitivity of the microswitch 1 can be made variable. The stronger the magnetic field to be detected, the greater the force that this magnetic field exerts on an actuating part 11 and the elastically bendable carrier 15 connected therewith. The energy which has to be applied for the switching process depends in particular on the switching distance in the open position and on the force which is necessary to close or open the contacts 20, 21. These factors can be determined in the design via material selection, material thickness or the like.

Eine besonders vorteilhafte Möglichkeit zur Beeinflussung der Schaltempfindlichkeit sieht vor, die Leitschichten 18, 19 und/oder die Kontakte 20, 21 zur Ausbildung eines elektrostatischen Feldes heranzuziehen. Durch eine an den Anschlüssen 12, 13 angelegte variable Spannung kann zwischen den beiden Trägern ein elektrostatisches Feld hervorgerufen werden, dessen Stärke variabel einstellbar ist und das auf den bzw. die beweglichen Träger 15 eine Kraft in Schließrichtung ausübt, die der entgegengesetzten mechanischen Vorspannung des betreffenden Trägers 15 entgegenwirkt. Auf diese Weise läßt sich die Schaltschwelle im Anwendungsfall entsprechend einstellen und der Mikrosensor läßt sich wahlweise im Zusammenhang mit Magnetfeldern unterschiedlicher Feldstärke betreiben. Ist bei einem als Schließer ausgebildeten, normalerweise die Offenstellung einnehmenden Mikroschalter die im Betrieb auftretende und den Schaltvorgang hervorrufende magnetische Feldstärke verhältnismäßig gering, kann man durch die elektrostatische Beaufschlagung die Vorspannung des bzw. der beweglichen Träger 16, 18 so weit reduzieren, daß das schwache Magnetfeld zur Betätigung sicher ausreicht.A particularly advantageous way of influencing the switching sensitivity provides for the guide layers 18, 19 and / or the contacts 20, 21 to be used to form an electrostatic field. By means of a variable voltage applied to the connections 12, 13, an electrostatic field can be generated between the two carriers, the strength of which can be variably adjusted and which exerts a force in the closing direction on the movable carrier (s) 15 that corresponds to the opposite mechanical bias of the person concerned Carrier 15 counteracts. In this way, the switching threshold can be set accordingly in the application and the microsensor can optionally be operated in connection with magnetic fields of different field strengths. If the magnetic field strength occurring during operation and causing the switching operation is relatively low in a microswitch designed as a normally open contact, the bias of the movable carrier (s) 16, 18 can be reduced by the electrostatic exposure to such an extent that the weak magnetic field sufficient for actuation.

In Figur 1 ist strichpunktiert noch eine mögliche Beschaltung des Mikroschalters 1 angedeutet. Eine angeschlossene Leuchtdiode D wird je nach Schaltstellung betätigt. Der Widerstand R dient der Strombegrenzung.A possible wiring of the microswitch 1 is also indicated in dash-dot lines in FIG. A connected LED D is actuated depending on the switch position. The resistor R serves to limit the current.

Claims (18)

Mikroschalter (1), mit einem mikromechanisch gefertigten ersten Träger (16), der eine elektrisch leitfähige erste Leitschicht (18) aufweist, und mit einem ebenfalls mikromechanisch gefertigten zweiten Träger (17), der eine elektrisch leitfähige zweite Leitschicht (19) aufweist, wobei beide Leitschichten (18, 19) in einer Schaltzone (24) einander gegenüberliegende elektrisch leitfähige Kontakte (20, 21) aufweisen und wenigstens ein Träger (16, 17) elastisch biegbar ist, derart, daß die Kontakte (20, 21) durch eine Schaltbewgung des wenigstens einen Trägers (16,17) zwischen einer aneinander anliegenden Schließstellung und einer voneinander beabstandeten Offenstellung bewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung eines Sensors wenigstens ein elastisch biegbarer Träger (15, 16, 17) eine weichmagnetische Betätigungspartie (11) aufweist, derart, daß die Schaltbewegung durch ein auf die Betätigungspartie (11) einwirkendes Magnetfeld verursacht werden kann.Microswitch (1), with a micromechanically manufactured first carrier (16), which has an electrically conductive first conductive layer (18), and with a likewise micromechanically manufactured second carrier (17), which has an electrically conductive second conductive layer (19), wherein Both conductive layers (18, 19) have mutually opposite electrically conductive contacts (20, 21) in a switching zone (24) and at least one carrier (16, 17) is elastically bendable such that the contacts (20, 21) can be moved by a switching movement of the at least one carrier (16, 17) can be moved between an adjacent closed position and an open position spaced apart from one another, characterized in that at least one elastically bendable carrier (15, 16, 17) has a soft magnetic actuating part (11) to form a sensor, such that the switching movement can be caused by a magnetic field acting on the actuating part (11). Mikroschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Träger (16,17) aus Halbleitermaterial besteht, insbesondere aus Silicium.Microswitch according to Claim 1, characterized in that at least one of the carriers (16, 17) consists of semiconductor material, in particular silicon. Mikroschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der elastisch biegbare Träger (15, 16, 17) mechanisch in eine Offenstellung vorgespannt ist, in der er sich zu seinem der Schaltzone (24) zugeordneten beweglichen Ende (31) hin unter Vorgabe eines Schaltabstandes von dem zweiten Träger (17) wegkrümmt.Microswitch according to Claim 1 or 2, characterized in that the elastically bendable carrier (15, 16, 17) is mechanically pretensioned into an open position in which it moves towards its movable end (31) assigned to the switching zone (24), with the specification of a Switching distance from the second carrier (17) curved away. Mikroschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß beide Träger (16, 17) als elastisch biegbare Träger (15, 16, 17) ausgebildet sind.Microswitch according to one of Claims 1 to 3, characterized in that both supports (16, 17) are designed as elastically bendable supports (15, 16, 17). Mikroschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden biegbaren Träger (15, 16, 17) derart nebeneinander oder übereinander angeordnet sind, daß sich ihre der Schaltzone (24) zugeordneten beweglichen Enden (31) einerseits und ihre entgegengesetzten feststehenden Enden (32) andererseits gegenüberliegen.Microswitch according to Claim 4, characterized in that the two bendable supports (15, 16, 17) are arranged next to one another or one above the other in such a way that their movable ends (31) assigned to the switching zone (24) on the one hand and their opposite fixed ends (32) on the other hand. Mikroschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die beweglichen Enden (31) der elastisch biegbaren Träger (15, 16, 17) im Bereich der Schaltzone (24) überlappen und mit ihren entgegengesetzten feststehenden Enden (32) ausgehend von der Schaltzone (24) in entgegengesetzte Richtungen ragen.Microswitch according to Claim 4, characterized in that the movable ends (31) of the elastically bendable supports (15, 16, 17) overlap in the region of the switching zone (24) and with their opposite fixed ends (32) starting from the switching zone (24 ) protrude in opposite directions. Mikroschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß einer der beiden Träger (16) als elastisch biegbarer Träger (15, 16) und der andere Träger (17) unbeweglich ausgebildet ist.Microswitch according to one of Claims 1 to 3, characterized in that one of the two supports (16) is designed as an elastically bendable support (15, 16) and the other support (17) is immovable. Mikroschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein elastisch biegbarer Träger (15, 16, 17) als elastisch biegbare Zunge (29) ausgebildet ist.Microswitch according to one of Claims 1 to 7, characterized in that at least one elastically bendable support (15, 16, 17) is designed as an elastically bendable tongue (29). Mikroschalter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zunge (29) durch ein Ätzverfahren, insbesondere durch anisotropes Ätzen, aus einem Schichtkörper (33) herausstrukturiert ist.Microswitch according to Claim 8, characterized in that the tongue (29) is structured out of a laminated body (33) by an etching process, in particular by anisotropic etching. Mikroschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Träger (16, 17) außerhalb der Schaltzone (24) durch mindestens eine dazwischenliegende Isolationsschicht (27) elektrisch voneinander getrennt aneinander anliegen.Microswitch according to one of Claims 1 to 9, characterized in that the two carriers (16, 17) lie against one another in an electrically separated manner outside of the switching zone (24) by at least one insulation layer (27) located between them. Mikroschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Betätigungspartie (11) von einer zumindest teilweise aus weichmagnetischem Material bestehenden Leitschicht (18, 19) und/oder dem daran befindlichen Kontakt (20, 21) gebildet ist.Microswitch according to one of Claims 1 to 10, characterized in that at least one actuating part (11) is formed by an at least partially conductive layer (18, 19) made of soft magnetic material and / or the contact (20, 21) located thereon. Mikroschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Betätigungspartie (11) bezüglich der Leitschicht (18, 19) und dem Kontakt (20, 21) des zugeordneten Trägers (16, 17) separat ausgebildet ist.Microswitch according to one of Claims 1 to 10, characterized in that at least one actuating section (11) is formed separately with respect to the conductive layer (18, 19) and the contact (20, 21) of the associated carrier (16, 17). Mikroschalter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die weichmagnetische Betätigungspartie (11) als Schicht ausgebildet ist.Microswitch according to Claim 12, characterized in that the soft magnetic actuating part (11) is designed as a layer. Mikroschalter nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungspartie (11) und die Leitschicht (18, 19) unmittelbar aneinander anliegen.Microswitch according to Claim 12 or 13, characterized in that the actuating section (11) and the conductive layer (18, 19) bear directly against one another. Mikroschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitschicht (18, 19) in der Schaltzone (24) als Kontakt (20, 21) ausgebildet ist.Microswitch according to one of Claims 1 to 14, characterized in that the conductive layer (18, 19) in the switching zone (24) is designed as a contact (20, 21). Mikroschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitschicht (18, 19) des einen Trägers (16, 17) auf ihrer der Leitschicht (18, 19) des anderen Trägers (16, 17) zugewandten Fläche außerhalb der Kontakte (20, 21) vollständig elektrisch isoliert ist.Microswitch according to one of Claims 1 to 15, characterized in that the conductive layer (18, 19) of one carrier (16, 17) on its surface facing the conductive layer (18, 19) of the other carrier (16, 17) outside the contacts (20, 21) is completely electrically insulated. Mikroschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß auf wenigstens einem Träger (16, 17) mindestens eine zusätzliche Schaltung (35) integriert ist.Microswitch according to one of Claims 1 to 16, characterized in that at least one additional circuit (35) is integrated on at least one carrier (16, 17). Mikroschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 17, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (37), das die übrigen Schaltbestandteile luftdicht umschließt, wobei zu jeder Leitschicht (18, 19) mindestens eine von außen zugängliche elektrische Verbindung (12, 13) vorgesehen ist.Microswitch according to one of Claims 1 to 17, characterized by a housing (37) which encloses the other switching components in an airtight manner, at least one electrical connection (12, 13) being accessible from the outside being provided for each conductive layer (18, 19).
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