EP1031161B1 - Microrelay - Google Patents
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- EP1031161B1 EP1031161B1 EP98965580A EP98965580A EP1031161B1 EP 1031161 B1 EP1031161 B1 EP 1031161B1 EP 98965580 A EP98965580 A EP 98965580A EP 98965580 A EP98965580 A EP 98965580A EP 1031161 B1 EP1031161 B1 EP 1031161B1
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- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
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- H—ELECTRICITY
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- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
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- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
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Definitions
- the present invention relates to a microsystem technically manufactured micro relay as well as a Process for its manufacture. Especially in the Fields of telecommunications, medical technology, Data processing, measurement technology and in the automotive sector a great need for miniaturized relays.
- relays So far, have been used for a variety of applications mainly electrostatic relays used. This However, relays require high voltages (typically in the range of 100 V), so that specially designed Control devices and insulation measures for operation are necessary. However, this increases the system costs.
- Microrelay consists of one or more conventional ones small electromagnet over which a flat one Contact spring is moved. Hosaka examined it especially the influence of the contact force on the Contact resistance, the dependence of the size of the Breakdown voltage of the width of the electrode gap as well as the behavior of different Contact spring geometry. With the micro relay from Hosaka high switching speeds (around 1 kHz) realize. However, this microrelay cannot be used Means of semiconductor technology are produced.
- Microsystems technology Microrelay known. These consist of a planar Magnetic field generating coil and free-standing contact arms of the working circuit, the were generated by suitable etching techniques.
- planar coils are very susceptible to magnetic fields (see e.g. H. Meinke et al., Taschenbuch der Hochfrequenztechnik, Springer-Verlag Berlin (1968), p. 19). That with planar coils generated magnetic field is also very inhomogeneous, and the maximum field strength density is limited. The latter is particularly due to the small cable cross-section (with the consequence of a low current flow), which results from the necessary limitation of the large space requirement planar coils.
- the object of the present invention is a Microrelay and a method of manufacturing the same to indicate that a longer life and a less wear than known microrelays has planar coil, and simply by means of Semiconductor technology can be produced.
- the microrelay according to the invention consists of how known microrelay, from an excitation coil Generation of a magnetic field and an or several contact elements.
- the contact elements can in this case, for example, clamped on one side, free-standing contact arms or contact springs. Also elastic contact bridges clamped on both sides or comparable contact elements clamped on several sides are suitable. These contact elements are made by Effect of the magnetic field of the coil on one Pressed or released contact surface, so that thereby a contact in a working circuit is closed or opened.
- This conical arrangement of the coil turns induces a much more homogeneous magnetic field than in the case of planar coils. Due to this more homogeneous magnetic field, a higher contact pressure of the contact elements on the contact surfaces is generated, so that a higher wear resistance and longer life of the electromagnetic relay can be achieved. Switching times are also shortened.
- a larger conductor cross-section of the excitation coils, which can be generated due to the smaller area requirement of the conical coil, enables the use of higher currents and thus the generation of stronger magnetic fields. This makes it possible to maintain larger distances between the contact arms, so that the switchable voltage in the working circuit can be increased.
- a further increase in field strength can be done easily Way by filling the interior of the conical coil can be achieved with ferromagnetic material. On complete filling of the interior is from Advantage.
- microrelay according to the invention is the easy integration into one Semiconductor substrate, as is the case with the invention Procedure is carried out. The proceeding continues the advantage that all components of the microrelay in one process run together on one Semiconductor wafer can be produced.
- the semiconductor compatibility manufacturability of the microrelay is of particular advantage.
- this is electromagnetic microrelay of two microsystem technically manufactured parts, one component with the excitation coil and a component with Contact elements, assembled.
- the component with the excitation coil consists of an anisotropic trench etched into a silicon wafer, the Floor area over a highly doped diffusion area the opposite side of the disc (in the following arbitrarily referred to as the front) electrical connected is.
- On an insulation layer on the A metal layer is deposited on the trench walls.
- the intended coil structure is produced by means of photoresists.
- the contact areas as well the lead out of a coil connection on the Rear of disc formed.
- the second coil connector is through the via (the highly doped Diffusion area) on the front of the disc guided.
- the contact elements are also anisotropic Etching a trench into a silicon substrate Use of the etch stop on highly doped layers manufactured.
- free-standing booms or Tongues as contact arms
- Tongues as contact arms
- By applying a system layers that are braced against each other is also the bend and thus the distance between the tongues and the contact surfaces adjustable on the coil unit. It is about here layers with different thermal Expansion coefficient.
- the two components are placed on top of each other, whereby different bonding techniques can be used. Furthermore, the connections to the housing are made.
- Fig. 1 shows a coil unit of a microrelay according to the invention with contacts for a two-pole relay.
- the side of the coil unit visible in FIG. 1 is referred to as the rear side.
- the coil unit is formed from a silicon substrate 4 which has an anisotropically etched trench 6.
- the coil turns of the excitation coil 1 are located on the trench walls.
- One coil end is connected in an electrically conductive manner to the coil contact 10 on the front side of the substrate 4 via the highly doped silicon region 7 at the bottom of the trench 6.
- the coil contact 10 is separated from the silicon substrate 4 by an insulation layer 13 (SiO 2 ).
- the coil turns of the coil 1 and the further connection surfaces on the back of the substrate are insulated from it by a layer 22.
- the input poles 3a and the output poles 3b forming the contact surfaces are also arranged on the back of the substrate 4.
- a working circuit is closed by connecting the input poles to the output poles via the contact springs of the further component (FIG. 2).
- the coil contact 11 and solder contacts 9 are located on the back of the substrate.
- FIG. 2 shows a unit with spring contacts 2 which, together with the coil unit from FIG. 1, form a microrelay according to the invention.
- the visible surface of this unit is referred to below as the front.
- the unit with the spring contacts consists of a silicon substrate 5 with an anisotropically etched trench 8, through which the spring contacts are exposed.
- the spring contacts 2 themselves consist of a layer sequence of highly doped n ++ silicon, SiO 2 / Si 3 N 4 , chromium , Nickel and gold.
- Typical slice thicknesses are here between 300 ⁇ m and 700 ⁇ m.
- Disc diameter of 100 mm or 150 mm usual which a variety of micro-relays according to the invention can be manufactured.
- the microrelay consists of two micromechanically Silicon manufactured parts (coil component and Spring contact component), which at the end of the Manufacturing process are put on top of each other. So far Unless otherwise described, the following relate Manufacturing steps on both sub-elements. differing Process steps are shown by separate figures characterized.
- the silicon wafer 4, 5 is first thermally Scattering oxide 13 for the subsequent implantation step grew up (see Fig. 3).
- the typical thickness of the Scatter oxide layer 13 is in the range of 20 nm here Oxide grows on both sides of the disc.
- High dose ion implantation follows to produce highly doped n regions 7, 16.
- Typical elements for the n ++ implantation are phosphorus and arsenic.
- the scatter oxide 13 is then removed by wet chemistry at the exposed locations on the front side and on the entire rear side.
- the lacquer layer 15 is then removed.
- n ++ layer 7, 16 forms in the p-doped silicon substrate 4, 5 (see FIG. 4).
- This highly doped area is necessary for the electrochemical etching stop in the subsequent anisotropic etching step and as an electrical contact area 7 for the excitation coil. Furthermore, these highly doped areas are not attacked by the anisotropic etching solution, so that free-standing cantilevers or tongues 2 are formed for the spring contacts.
- the depth of the n-region 7, 16 is up to 10 ⁇ m.
- Silicon nitride 18 is deposited on the back of the substrate 4, 5 as a mask for the anisotropic etching by means of cathode sputtering (see FIG. 4). This is followed by lacquering 19 of the rear side and the photolithographic exposure of the region to be etched anisotropically (cf. FIG. 4).
- the spring contact component is a combination of silicon oxide and deposited silicon nitride.
- 5B shows this Layer 14. Silicon oxide has a lower one thermal expansion coefficient as silicon, Silicon nitride a higher.
- both components in the layer lifting process is now the Front coated and structured photolithographically.
- a negative paint 20 with thicknesses between 2 and 5 ⁇ m to choose.
- This layer combination 21 is shown in FIGS. 5A and 5B detect.
- Nickel is ferromagnetic and therefore also serves as a magnet to attract or repel the Spring contact arms. The thicker the layer will be run the better the switching behavior of the relay.
- the coil component is then coated on the front (not shown in the figures) to the surface in front of the to protect subsequent processes.
- an isotropic etching step e.g. in a dilute Hydrofluoric acid
- anisotropic etching Edges with approx. 3 to 5 ⁇ m overhang see. Fig. 6A, 6B and 7) rounded. The result can be seen in FIG. 8.
- a low temperature oxide is placed on the etched back 22 deposited (e.g. with cathode sputtering), which as electrical insulator to the silicon substrate. Then a thin, if possible reflection-free metal layer 23 (for example titanium deposited with a layer thickness of 50 nm) (see Fig. 8).
- Lacquer 24 is now electrochemically applied to this metal layer deposited with a thickness of 5 to 25 ⁇ m (for example Electroplating varnish PEPR 2400, company Shipley) and structured photolithographically, so that the area over the via 7 is exposed (see Fig. 8). Then the Titan 23 and the Oxide layer 22 removed by wet chemical means (see FIG. 9). In the next step, the galvanic lacquer 24 is removed.
- Electroplating varnish PEPR 2400 for example Electroplating varnish PEPR 2400, company Shipley
- the Titan 23 and the Oxide layer 22 removed by wet chemical means (see FIG. 9).
- the galvanic lacquer 24 is removed.
- the titanium / nickel layer 25 on the open Places removed by wet chemistry.
- the titanium / titanium / nickel layer is drawn as a layer in Figure 10.
- the electroplating lacquer 26 is removed.
- Fig. 11 shows the composite components that the invention Form micro relays.
- 1 and 2 show a two-pole relay, which in Has open contacts. It can be however, with the above method also one or more poles Establish relays that open or at rest have a closed contact in the idle state can.
- bimetallic Spring contact arms advantageous as this is the manufacture of bimetallic relays, the states of which are indicated by short Current pulses can be exchanged.
- the microrelay according to the invention for the Use in the field of power electronics in particular suitable.
- the low level is characteristic of the relay Size and the low power requirement of the Electromagnets as well as an ideal conductor separation.
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein mikrosystemtechnisch gefertigtes Mikrorelais sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung. Vor allem in den Bereichen der Telekommunikation, medizinischen Technik, Datenverarbeitung, Meßtechnik und im Kfz-Bereich besteht ein großer Bedarf an miniaturisierten Relais.The present invention relates to a microsystem technically manufactured micro relay as well as a Process for its manufacture. Especially in the Fields of telecommunications, medical technology, Data processing, measurement technology and in the automotive sector a great need for miniaturized relays.
Bisher wurden für eine Vielzahl von Anwendungen überwiegend elektrostatische Relais eingesetzt. Diese Relais benötigen jedoch hohe Spannungen (typischerweise im Bereich von 100 V), so daß speziell entworfene Kontrolleinrichtungen und Isoliervorkehrungen zum Betrieb notwendig sind. Dies erhöht jedoch die Systemkosten.So far, have been used for a variety of applications mainly electrostatic relays used. This However, relays require high voltages (typically in the range of 100 V), so that specially designed Control devices and insulation measures for operation are necessary. However, this increases the system costs.
In H. Hosaka, et al., Sensors and Actuators A, 40 (1994), S. 41-47 wird daher auf die Vorteile elektromagnetischer Mikrorelais eingegangen. Das dort vorgestellte Mikrorelais besteht aus einem oder mehreren herkömmlichen kleinen Elektromagneten, über die eine flache Kontaktfeder bewegt wird. Hosaka untersuchte dabei insbesondere den Einfluß der Kontaktkraft auf den Kontaktwiderstand, die Abhängigkeit der Größe der Durchbruchspannung von der Breite des Elektrodenspaltes sowie das Verhalten unterschiedlicher Kontaktfedergeometrien. Mit dem Mikrorelais von Hosaka lassen sich hohe Schaltgeschwindigkeiten (um 1 kHz) realisieren. Allerdings kann dieses Mikrorelais nicht mit Mitteln der Halbleitertechnologie hergestellt werden. In H. Hosaka, et al., Sensors and Actuators A, 40 (1994), Pp. 41-47 is therefore on the advantages of electromagnetic Microrelay received. The presented there Microrelay consists of one or more conventional ones small electromagnet over which a flat one Contact spring is moved. Hosaka examined it especially the influence of the contact force on the Contact resistance, the dependence of the size of the Breakdown voltage of the width of the electrode gap as well as the behavior of different Contact spring geometry. With the micro relay from Hosaka high switching speeds (around 1 kHz) realize. However, this microrelay cannot be used Means of semiconductor technology are produced.
Weiterhin sind mikrosystemtechnisch gefertigte Mikrorelais bekannt. Diese bestehen aus einer planaren Spule zur Erzeugung des magnetischen Feldes und freistehenden Kontaktarmen des Arbeitsstromkreises, die durch geeignete Ätztechniken erzeugt wurden.Furthermore, they are manufactured using microsystems technology Microrelay known. These consist of a planar Magnetic field generating coil and free-standing contact arms of the working circuit, the were generated by suitable etching techniques.
Der Einsatz planarer Spulen bringt jedoch eine Reihe von Nachteilen mit sich. Planare Spulen sind sehr störanfällig auf magnetische Felder (siehe z.B. H. Meinke et al., Taschenbuch der Hochfrequenztechnik, Springer-Verlag Berlin (1968), S. 19). Das mit planaren Spulen erzeugte magnetische Feld ist zudem sehr inhomogen, und die maximale Feldstärkedichte ist begrenzt. Letzteres liegt insbesondere an dem kleinen Leitungsquerschnitt (mit der Folge eines geringen Stromflusses), der sich aus der notwendigen Begrenzung des großen Flächenbedarfs planarer Spulen ergibt.However, the use of planar coils brings a number of Disadvantages with themselves. Planar coils are very susceptible to magnetic fields (see e.g. H. Meinke et al., Taschenbuch der Hochfrequenztechnik, Springer-Verlag Berlin (1968), p. 19). That with planar coils generated magnetic field is also very inhomogeneous, and the maximum field strength density is limited. The latter is particularly due to the small cable cross-section (with the consequence of a low current flow), which results from the necessary limitation of the large space requirement planar coils.
Aus diesen Gründen ist die auf die Kontaktarme (Federkontakte) wirkende Kraft relativ klein, so daß der Anpreßdruck der Federkontakte auf die Kontaktflächen, beispielsweise bei Erschütterungen, nicht ausreichend ist. Dadurch ergibt sich ein Verschleiß der Kontaktpunkte und die Lebensdauer des Bauteils wird verkürzt. Weiterhin sind der maximal einstellbare Abstand der Kontaktarme und damit auch die maximal schaltbare Spannung im Arbeitsstromkreis begrenzt.For these reasons, the contact arms (spring contacts) force acting relatively small, so that Contact pressure of the spring contacts on the contact surfaces, for example in the event of vibrations, is not sufficient is. This results in wear on the contact points and the life of the component is shortened. Farther are the maximum adjustable distance between the contact arms and hence the maximum switchable voltage in the working circuit limited.
In Y. Watanabe et al., Sensors and Actuators A 54 (1996), S. 733-738, wird ein Herstellungsverfahren für eine Planarspule beschrieben, die mit höheren Stromdichten arbeiten und daher höhere Feldstärken erzeugen kann. Auch bei dieser Spule treten jedoch die obigen Probleme aufgrund der Inhomogenität des magnetischen Feldes auf. In Y. Watanabe et al., Sensors and Actuators A 54 (1996), Pp. 733-738, a manufacturing process for a Planar coil described that with higher current densities work and can therefore generate higher field strengths. Also however, this coil has the above problems due to the inhomogeneity of the magnetic field.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Mikrorelais und ein Verfahren zur Herstellung desselben anzugeben, das eine höhere Lebensdauer und einen kleineren Verschleiß als bekannte Mikrorelais mit planarer Spule aufweist, und einfach mit Mitteln der Halbleitertechnologie herstellbar ist.The object of the present invention is a Microrelay and a method of manufacturing the same to indicate that a longer life and a less wear than known microrelays has planar coil, and simply by means of Semiconductor technology can be produced.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der geltenden
Ansprüche 1 bzw. 13 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen
der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.This task comes with the characteristics of the
Das erfindungsgemäße Mikrorelais besteht, wie die bekannten Mikrorelais, aus einer Erregerspule zur Erzeugung eines magnetischen Feldes und einem oder mehreren Kontaktelementen. Die Kontaktelemente können hierbei beispielsweise einseitig eingespannte, freistehende Kontaktarme oder Kontaktfedern sein. Auch zweiseitig eingespannte elastiche Kontaktbrücken oder vergleichbare mehrseitig eingespannte Kontaktelemente sind geeignet. Diese Kontaktelemente werden durch Einwirkung des magnetischen Feldes der Spule an eine Kontaktfläche gepreßt oder von dieser gelöst, so daß dadurch ein Kontakt in einem Arbeitsstromkreis geschlossen oder geöffnet wird. Erfindungsgemäß weist das Mikrorelais eine Spule mit einer konischen Form auf.The microrelay according to the invention consists of how known microrelay, from an excitation coil Generation of a magnetic field and an or several contact elements. The contact elements can in this case, for example, clamped on one side, free-standing contact arms or contact springs. Also elastic contact bridges clamped on both sides or comparable contact elements clamped on several sides are suitable. These contact elements are made by Effect of the magnetic field of the coil on one Pressed or released contact surface, so that thereby a contact in a working circuit is closed or opened. According to the invention Microrelay on a coil with a conical shape.
Diese konische Anordnung der Spulenwindungen induziert
ein wesentlich homogeneres magnetisches Feld als im Fall
planarer Spulen. Aufgrund dieses homogeneren magnetischen
Feldes wird ein höherer Anpreßdruck der Kontaktelemente
auf die Kontaktflächen erzeugt, so daß eine höhere
Verschleißfestigkeit und längere Lebensdauer des
elektromagnetischen Relais erzielt werden. Ebenso
verkürzen sich die Schaltzeiten.
Ein größerer Leiterquerschnitt der Erregerspulen, der
aufgrund des geringeren flächigen Platzbedarfs der
konischen Spule erzeugt werden kann, ermöglicht die
Verwendung höherer Ströme und damit die Erzeugung
stärkerer magnetischer Felder. Damit ist die Einhaltung
größerer Abstände der Kontaktarme möglich, so daß die
schaltbare Spannung im Arbeitsstromkreis erhöht werden
kann.This conical arrangement of the coil turns induces a much more homogeneous magnetic field than in the case of planar coils. Due to this more homogeneous magnetic field, a higher contact pressure of the contact elements on the contact surfaces is generated, so that a higher wear resistance and longer life of the electromagnetic relay can be achieved. Switching times are also shortened.
A larger conductor cross-section of the excitation coils, which can be generated due to the smaller area requirement of the conical coil, enables the use of higher currents and thus the generation of stronger magnetic fields. This makes it possible to maintain larger distances between the contact arms, so that the switchable voltage in the working circuit can be increased.
Eine weitere Erhöhung der Feldstärke kann auf einfache Weise durch Auffüllung des Innenraums der konischen Spule mit ferromagnetischem Material erreicht werden. Ein vollständiges Auffüllen des Innenraums ist hierbei von Vorteil.A further increase in field strength can be done easily Way by filling the interior of the conical coil can be achieved with ferromagnetic material. On complete filling of the interior is from Advantage.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Mikrorelais ist die einfache Integrierbarkeit in ein Halbleitersubstrat, wie dies beim erfindungsgemäßen Verfahren durchgeführt wird. Das Verfahren hat weiterhin den Vorteil, daß sämtliche Bauteile des Mikrorelais in einem Prozeßdurchlauf gemeinsam auf einer Halbleiterscheibe herstellbar sind. Die halbleiterkompatible Herstellbarkeit des Mikrorelais ist von besonderem Vorteil.Another advantage of the microrelay according to the invention is the easy integration into one Semiconductor substrate, as is the case with the invention Procedure is carried out. The proceeding continues the advantage that all components of the microrelay in one process run together on one Semiconductor wafer can be produced. The semiconductor compatibility manufacturability of the microrelay is of particular advantage.
In einer besonderen Ausführungsform ist das elektromagnetische Mikrorelais aus zwei mikrosystemtechnisch hergestellten Teilen, einem Bauteil mit der Erregerspule und einem Bauteil mit Kontaktelementen, zusammengesetzt.In a special embodiment, this is electromagnetic microrelay of two microsystem technically manufactured parts, one component with the excitation coil and a component with Contact elements, assembled.
Das Bauteil mit der Erregerspule besteht aus einem anisotrop in eine Siliziumscheibe geätzten Graben, dessen Bodenfläche über ein hochdotiertes Diffusionsgebiet mit der gegenüberliegenden Scheibenseite (im folgenden willkürlich als Vorderseite bezeichnet) elektrisch verbunden ist. Auf eine Isolationsschicht auf den Grabenwänden wird eine Metallschicht abgeschieden. Durch Lithographie eines darauf aufgebrachten galvanischen Photolackes wird die vorgesehene Spulenstruktur erzeugt. Im selben Prozeßschritt werden die Kontaktflächen sowie die Herausführung eines Spulenanschlusses auf der Scheibenrückseite ausgebildet. Der zweite Spulenanschluß wird durch den Durchkontakt (das hochdotierte Diffusionsgebiet) auf die Vorderseite der Scheibe geführt.The component with the excitation coil consists of an anisotropic trench etched into a silicon wafer, the Floor area over a highly doped diffusion area the opposite side of the disc (in the following arbitrarily referred to as the front) electrical connected is. On an insulation layer on the A metal layer is deposited on the trench walls. By Lithography of a galvanic applied to it The intended coil structure is produced by means of photoresists. In the same process step, the contact areas as well the lead out of a coil connection on the Rear of disc formed. The second coil connector is through the via (the highly doped Diffusion area) on the front of the disc guided.
Anschließend werden bei dieser Ausführungsform die Leiterbahnquerschnitte durch galvanische Metallisierung erhöht. Schließlich wird der Spuleninnenraum nach Abscheidung einer Isolationsschicht mit einem ferromagnetischen Material gefüllt.Then in this embodiment, the Conductor cross sections through galvanic metallization elevated. Finally, the coil interior becomes after Deposition of an insulation layer with a filled ferromagnetic material.
Die Kontaktelemente werden ebenfalls durch anisotropes Ätzen eines Grabens in ein Siliziumsubstrat unter Verwendung des Ätzstopps an hochdotierten Schichten hergestellt. Hierdurch werden freistehende Ausleger bzw. Zungen (als Kontaktarme) gebildet, auf die vorher ein ferromagnetisches sowie das Kontaktmetall abgeschieden und strukturiert wurden. Durch Aufbringen eines Systems gegeneinander verspannter Schichten ist zudem die Biegung und damit der Abstand der Zungen zu den Kontaktflächen auf der Spuleneinheit einstellbar. Es handelt sich hierbei um Schichten mit unterschiedlichem thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Im letzten Herstellungsschritt werden die beiden Bauteile aufeinandergesetzt, wobei unterschiedliche Bondtechniken zum Einsatz kommen können. Weiterhin werden die Anschlüsse zur Gehäusung geführt.The contact elements are also anisotropic Etching a trench into a silicon substrate Use of the etch stop on highly doped layers manufactured. As a result, free-standing booms or Tongues (as contact arms) formed on the previously one ferromagnetic and the contact metal deposited and were structured. By applying a system layers that are braced against each other is also the bend and thus the distance between the tongues and the contact surfaces adjustable on the coil unit. It is about here layers with different thermal Expansion coefficient. In the last manufacturing step the two components are placed on top of each other, whereby different bonding techniques can be used. Furthermore, the connections to the housing are made.
Im folgenden wird anhand der Zeichnungen ein bevorzugtes Herstellungsverfahren für ein erfindungsgemäßes Mikrorelais beschrieben. Hierbei zeigen:
- Fig. 1
- ein Beispiel für die Ausgestaltung der Spuleneinheit des erfindungsgemäßen Mikrorelais;
- Fig. 2
- ein Beispiel für die Einheit mit den Kontaktelementen des erfindungsgemäßen Mikrorelais;
- Fig. 3 bis 11
- verschiedene Herstellungsschritte der Einheiten des erfindungsgemäßen Mikrorelais gemäß den Fig. 1 und 2; und
- Fig. 12 und 13
- eine weitere Ausgestaltung der Spuleneinheit und der Einheit mit den Kontaktelementen eines erfindungsgemäßen Mikrorelais.
- Fig. 1
- an example of the design of the coil unit of the microrelay according to the invention;
- Fig. 2
- an example of the unit with the contact elements of the microrelay according to the invention;
- 3 to 11
- different manufacturing steps of the units of the microrelay according to the invention according to FIGS. 1 and 2; and
- 12 and 13
- a further embodiment of the coil unit and the unit with the contact elements of a microrelay according to the invention.
Fig. 1 zeigt eine Spuleneinheit eines erfindungsgemäßen
Mikrorelais mit Kontakten für ein zweipoliges Relais. Im
folgenden wird die in Fig. 1 sichtbare Seite der
Spuleneinheit als Rückseite bezeichnet.
Die Spuleneinheit ist aus einem Siliziumsubstrat 4
gebildet, das einen anisotrop geätzten Graben 6 aufweist.
An den Grabenwänden befinden sich die Spulenwindungen der
Erregerspule 1. Ein Spulenende ist über das hochdotierte
Siliziumgebiet 7 am Boden des Grabens 6 elektrisch
leitend mit dem Spulenkontakt 10 auf der Vorderseite des
Substrates 4 verbunden. Der Spulenkontakt 10 ist von dem
Siliziumsubstrat 4 durch eine Isolationsschicht 13 (SiO2)
getrennt. Ebenso sind die Spulenwindungen der Spule 1 und
die weiteren Anschlußflächen auf der Rückseite des
Substrates von diesem durch eine Schicht 22 isoliert. Auf
der Rückseite des Substrates 4 sind weiterhin die
Eingangspole 3a und die die Kontaktflächen bildenden
Ausgangspole 3b angeordnet. Durch Verbinden der Ein- mit
den Ausgangspolen über die Kontaktfedern des weiteren
Bauteils (Fig. 2) wird ein Arbeitsstromkreis geschlossen.
Weiterhin befinden sich der Spulenkontakt 11 sowie
Lötkontakte 9 auf der Rückseite des Substrates.Fig. 1 shows a coil unit of a microrelay according to the invention with contacts for a two-pole relay. In the following, the side of the coil unit visible in FIG. 1 is referred to as the rear side.
The coil unit is formed from a
Fig. 2 zeigt eine Einheit mit Federkontakten 2, die
zusammen mit der Spuleneinheit aus Fig. 1 ein
erfindungsgemäßes Mikrorelais bilden. Die sichtbare
Oberfläche dieser Einheit wird im folgenden als
Vorderseite bezeichnet. Die Einheit mit den
Federkontakten besteht aus einem Siliziumsubstrat 5 mit
einem anisotrop geätzten Graben 8, durch den die
Federkontakte freigelegt werden. Auf der Vorderseite des
Substrates 5 befinden sich Lötkontakte 9 innerhalb einer
SiO2/Si3N4-Schicht 13, 14. Die Federkontakte 2 selbst
bestehen aus einer Schichtfolge aus hochdotiertem n++-Silizium,
SiO2/Si3N4, Chrom, Nickel und Gold.FIG. 2 shows a unit with
Im folgenden wird nun anhand der Fig. 3 bis 11 ein bevorzugter Herstellungsprozeß für das Relais gemäß den Fig. 1 und 2 beschrieben. Bei der Darstellung der einzelnen Prozeßschritte werden die in der Halbleitertechnik üblichen Reinigungsschritte nicht aufgeführt, obwohl sie natürlich durchgeführt werden. Die Vorderseite der Siliziumsubstrate entspricht in den folgenden Figuren der obenliegenden Seite. Zur Vereinfachung werden die Spuleneinheit mit Spulenbauteil und die Einheit mit den Federkontakten mit Federkontaktbauteil benannt.3 to 11 will now be used with reference to FIGS preferred manufacturing process for the relay according to the 1 and 2 are described. When presenting the individual process steps are those in the Semiconductor technology not usual cleaning steps listed, although they are done naturally. The The front of the silicon substrates corresponds to the following figures on the top page. to The coil unit with coil component are simplified and the unit with the spring contacts with Spring contact component named.
Als Ausgangsmaterial für die Herstellung des Mikrorelais werden niederohmige, p-dotierte Siliziumscheiben verwendet. Typische Scheibendicken liegen hierbei zwischen 300 µm und 700 µm. Derzeit sind Scheibendurchmesser von 100 mm oder 150 mm üblich, auf denen eine Vielzahl von erfindungsgemäßen Mikrorelais gefertigt werden können. As the starting material for the manufacture of the micro relay become low-resistance, p-doped silicon wafers used. Typical slice thicknesses are here between 300 µm and 700 µm. Are currently Disc diameter of 100 mm or 150 mm usual which a variety of micro-relays according to the invention can be manufactured.
Das Mikrorelais besteht aus zwei mikromechanisch aus Silizium gefertigten Teilen (Spulenbauteil und Federkontaktbauteil), die am Ende des Herstellungsprozesses aufeinandergesetzt werden. Soweit nicht anders beschrieben, beziehen sich die folgenden Fertigungsschritte auf beide Teilelemente. Abweichende Prozeßschritte sind durch getrennte Figuren gekennzeichnet.The microrelay consists of two micromechanically Silicon manufactured parts (coil component and Spring contact component), which at the end of the Manufacturing process are put on top of each other. So far Unless otherwise described, the following relate Manufacturing steps on both sub-elements. differing Process steps are shown by separate figures characterized.
Auf die Siliziumscheibe 4, 5 wird zunächst thermisch ein
Streuoxid 13 für den anschließenden Implantationsschritt
aufgewachsen (siehe Fig. 3). Die typische Dicke der
Streuoxidschicht 13 liegt hier im Bereich von 20 nm. Das
Oxid wächst auf beiden Seiten der Scheibe auf.The
Anschließend wird eine etwa 500 bis 1500 nm dicke
Photolackschicht 15 aufgebracht und an den zu
implantierenden Stellen photolithographisch entfernt
(vgl. Fig. 3). Die Dimensionierung und Anordnung dieser
Bereiche wird im Falle der Erregerspule so gewählt, daß
der implantierte Bereich den Boden des später geätzten
Grabens 6 bildet (vgl. Fig. 1). Er stellt den
Durchkontakt zur Vorderseite des Substrates 4 dar. Im
Falle des Federkontaktbauteils entspricht der zu
implantierende Bereich der Form und Fläche der
Federkontakte (vgl. Fig. 2).Then it becomes about 500 to 1500 nm
Es folgt die Ionenimplantation mit hoher Dosis, um
hochdotierte n Gebiete 7, 16 zu erzeugen. Typische
Elemente für die n++ -Implantation sind Phosphor und
Arsen.
Anschließend wird das Streuoxid 13 an den freiliegenden
Stellen der Vorderseite sowie auf der gesamten Rückseite
naßchemisch entfernt. Danach wird die Lackschicht 15
abgezogen. High dose ion implantation follows to produce highly doped
The
Nach einem thermischen Diffusionsschritt bei Temperaturen
um 1000°C bildet sich eine relativ homogen verteilte n++-Schicht
7, 16 im p-dotierten Siliziumsubstrat 4, 5 (siehe
Fig. 4). Dieser hochdotierte Bereich ist notwendig für
den elektrochemischen Ätzstopp beim noch folgenden
anisotropen Ätzschritt, und als elektrisches
Kontaktgebiet 7 für die Erregerspule. Ferner werden diese
hochdotierten Gebiete nicht durch die anisotrope
Ätzlösung angegriffen, so daß freistehende Ausleger bzw.
Zungen 2 für die Federkontakte entstehen. Die Tiefe des
n-Gebiets 7, 16 beträgt bis zu 10 µm.After a thermal diffusion step at temperatures around 1000 ° C., a relatively homogeneously distributed n ++ layer 7, 16 forms in the p-doped
Um die Scheibenvorderseite vor dem Verkratzen bei der
nachfolgenden Nitridabscheidung und im Trockenätzprozeß
zu schützen, wird sie ganzflächig mit einer Lackschicht
17 versehen (siehe Fig. 4). Mittels Kathodenzerstäubung
wird Siliziumnitrid 18 als Maskierung für das anisotrope
Ätzen auf die Rückseite des Substrates 4, 5 abgeschieden
(siehe Fig. 4).
Es folgt eine Belackung 19 der Rückseite und die
photolithographische Freilegung des anisotrop zu ätzenden
Bereichs (vgl. Fig. 4).In order to protect the front of the pane from scratching during the subsequent nitride deposition and in the dry etching process, it is provided with a
This is followed by lacquering 19 of the rear side and the photolithographic exposure of the region to be etched anisotropically (cf. FIG. 4).
Durch Trockenätzen im Plasma wird die
Siliziumnitridschicht 18 an den freien Stellen auf der
Rückseite abgetragen. Dadurch wird der spätere ätzbare
Bereich des Siliziumsubstrates definiert. Die zu ätzenden
Flächen werden so gewählt, daß beim Spulenbauteil kein
vollständiges Durchätzen der Scheibe möglich ist, d.h.
daß der Ätzvorgang an dem hochdotierten n-Gebiet 7 stoppt
(siehe Fig. 5A und 1). Der freiliegende Bereich des
Federkontaktbauteils dagegen erstreckt sich derart über
die n-Gebiete 16 hinaus, daß die Ätzlösung bis zur
Scheibenvorderseite dringt und freistehende Arme
entstehen (siehe Fig. 5B und 2). By dry etching in the plasma
Anschließend wird der Lack 17, 19 beidseitig abgezogen.Then the
Zur Erzeugung nach unten gebogener Federkontakte wird auf
das Federkontaktbauteil eine Kombination aus Siliziumoxid
und Siliziumnitrid abgeschieden. Fig. 5B zeigt diese
Schicht 14. Siliziumoxid besitzt einen niedrigeren
thermischen Ausdehnungskoeffizienten als Silizium,
Siliziumnitrid einen höheren. Beim Abkühlen der Scheiben
nach den Depositionsprozessen wirkt somit je nach Dicke
der beiden Schichten eine Zug- oder Druckspannung auf die
Kontaktarme. Sobald die Kontaktarme freistehen, biegen
sie sich folglich nach oben oder unten (vgl. Fig. 2). Auf
diese Weise ist die Herstellung von Relais möglich, deren
Arbeitsstromkreis im Ruhezustand offen bzw. geschlossen
ist. Dieser Prozeßschritt entfällt für das Spulenbauteil.To generate spring contacts bent downwards, open
the spring contact component is a combination of silicon oxide
and deposited silicon nitride. 5B shows this
Für die Festlegung der Leiterbahnen und Kontaktgebiete
beider Bauelemente im Schichtabhebeverfahren wird nun die
Vorderseite belackt und photolithographisch strukturiert.
Hierbei ist ein Negativlack 20 mit Dicken zwischen 2 und
5 µm zu wählen.For defining the conductor tracks and contact areas
both components in the layer lifting process is now the
Front coated and structured photolithographically.
Here is a
Als nächstes wird eine dünne (20 bis 50 nm sind
ausreichend) Chromschicht zur Haftvermittlung und eine
zwischen 1 und 3 µm dicke Nickelschicht als Basis für die
galvanische Vergoldung der Leiterbahnen aufgebracht.
Diese Schichtkombination 21 ist in den Fig. 5A und 5B zu
erkennen. Nickel ist ferromagnetisch und dient daher auch
als Magnet zum Anziehen bzw. Abstoßen der
Federkontaktarme. Je dicker die Schicht ausgeführt werden
kann, desto besser ist das Schaltverhalten des Relais.Next a thin (20 to 50 nm are
sufficient) chrome layer for adhesion and a
between 1 and 3 µm thick nickel layer as the basis for the
galvanic gold plating of the conductor tracks applied.
This
Mit dem Ablösen des Lacks werden auch die auf den belackten Bereichen abgeschiedenen Metalle entfernt, so daß das gewünschte Leiterbahnbild auf der Vorderseite entsteht (siehe Fig. 6A, 6B und 2). Zur Erhöhung der mechanischen Stabilität des Mikrorelais werden an mehreren Stellen des Federkontaktbauteils kleine Lötkontaktflächen 9 angebracht (vgl. Fig. 2).When the paint is peeled off, those on the removed coated areas of deposited metals, so that the desired trace pattern on the front arises (see FIGS. 6A, 6B and 2). To increase the mechanical stability of the microrelay are on several places of the spring contact component small Solder contact surfaces 9 attached (see FIG. 2).
Mittels anisotropem Ätzen in alkalischer Lösung (z.B.
Kaliumhydroxid) werden nun die Federkontakte sowie der
konische Spulenraum freigelegt. Die Scheibenvorderseite
ist dabei durch einen geeigneten Halter vor der Lösung zu
schützen. Aufgrund unterschiedlicher
Abtragegeschwindigkeiten von Kaliumhydroxid in
verschiedenen Kristallrichtungen des Silizium sind die
Seitenwände stets um 54,74° gegenüber der
Scheibenoberfläche geneigt (siehe Fig. 6A, 6B, 1 und 2;
nicht winkelgetreu dargestellt). In beiden Bauteilen
werden unterschiedliche Effekte für den automatischen
Stopp des Ätzprozesses ausgenutzt. Im Spulenbauteil wird
durch Anlegen einer geeigneten Spannung an den
hochdotierten Durchkontakt 7 der Erregerspule der
Ätzvorgang etwa 5 µm vor Erreichen des n-Gebietes 7 zum
Erliegen gebracht (elektrochemischer Ätzstopp, siehe Fig.
6A). Beim Federkontaktbauteil wird ausgenutzt, daß
Kaliumhydroxid hochdotierte Gebiete, Oxide und Nitride
nur sehr gering angreift, so daß die in Fig. 6B gezeigte
Struktur des Bauelements entsteht.By means of anisotropic etching in an alkaline solution (e.g.
Potassium hydroxide) are now the spring contacts and the
conical coil space exposed. The front of the window
is by a suitable holder before the solution
protect. Because of different
Removal rates of potassium hydroxide in
different crystal directions of silicon are the
Sidewalls always 54.74 ° compared to the
Slice surface inclined (see Figs. 6A, 6B, 1 and 2;
not shown true to the angle). In both components
will have different effects for automatic
Stop of the etching process exploited. In the coil component
by applying a suitable voltage to the
highly doped via 7 of the excitation coil
Etching process about 5 microns before reaching the n-
Mittels Trockenätzen wird nun an beiden Bauteilen das
rückseitige Siliziumnitrid 18 abgetragen. Ferner wird am
Federkontaktbauteil die freiliegende Kombinationsschicht
aus Oxid 13 und Nitrid 14 geätzt, so daß freistehende,
einseitig eingespannte Federkontakte entstehen (siehe
Fig. 7). Dieses Bauteil ist nun mit Ausnahme der
galvanischen Vergoldung der Metallbereiche fertiggestellt
und wird deshalb in die nächsten Schritte nicht mit
einbezogen. Using dry etching, this is now done on both components
back
Das Spulenbauteil wird anschließend vorderseitig belackt (in den Figuren nicht gezeigt), um die Oberfläche vor den nachfolgenden Prozessen zu schützen.The coil component is then coated on the front (not shown in the figures) to the surface in front of the to protect subsequent processes.
In einem isotropen Ätzschritt (z.B. in verdünnter Flußsäure) werden die beim anisotropen Ätzen entstandenen Kanten mit ca. 3 bis 5 µm Überhang (vgl. Fig. 6A, 6B und 7) verrundet. Das Ergebnis ist in Fig. 8 zu sehen.In an isotropic etching step (e.g. in a dilute Hydrofluoric acid) are those that result from anisotropic etching Edges with approx. 3 to 5 µm overhang (see. Fig. 6A, 6B and 7) rounded. The result can be seen in FIG. 8.
Auf die geätzte Rückseite wird ein Niedertemperaturoxid 22 abgeschieden (z.B. mit Kathodenzerstäubung), das als elektrischer Isolator zum Siliziumsubstrat dient. Anschließend wird rückseitig eine dünne, möglichst reflexionsfreie Metallschicht 23 (beispielsweise Titan mit einer Schichtdicke von 50 nm) abgeschieden (siehe Fig. 8).A low temperature oxide is placed on the etched back 22 deposited (e.g. with cathode sputtering), which as electrical insulator to the silicon substrate. Then a thin, if possible reflection-free metal layer 23 (for example titanium deposited with a layer thickness of 50 nm) (see Fig. 8).
Auf diese Metallschicht wird nun elektrochemisch Lack 24
mit 5 bis 25 µm Dicke abgeschieden (beispielsweise
Galvaniklack PEPR 2400, Firma Shipley) und
photolithographisch strukturiert, so daß die Fläche über
dem Durchkontakt 7 freiliegt (siehe Fig. 8).
Anschließend werden dort die Titan- 23 sowie die
Oxidschicht 22 naßchemisch abgetragen (siehe Fig. 9).
Im nächsten Schritt wird der Galvaniklack 24 entfernt.
Es folgt die Abscheidung einer Titanschicht mit einigen
100 nm Dicke, die mit einer hauchdünnen Nickelschicht von
wenigen Nanometer Dicke überzogen wird. Diese
Schichtkombination 25 ist in Fig. 9 gezeigt. Sie dient
als Grundlage für die noch folgende galvanische
Leiterbahnvergoldung.Deposition of a titanium layer with some follows
100 nm thickness, which is covered with a wafer - thin nickel layer of
a few nanometers thick. This
Auf dieser Schicht wird elektrochemisch Lack 26 mit 5 bis
25 µm Dicke abgeschieden (Galvaniklack PEPR 2400) und
photolithographisch strukturiert, so daß die
Spulengeometrie und die Leiterbahnen der
Scheibenrückseite definiert werden (siehe Fig. 9 und 1).
Hier finden sich auch spiegelverkehrt die auf dem
Federkontaktbauteil vorgesehenen Lötkontakte 9 zur
Erhöhung der mechanischen Stabilität des Mikrorelais
(siehe Fig. 1).
Nun wird die Titan/Nickelschicht 25 an den offenen
Stellen naßchemisch entfernt. Die Titan/Titan/Nickel-Schicht
ist in Abbildung 10 als eine Lage gezeichnet.
Der Galvaniklack 26 wird abgezogen.Now the titanium /
Zur Erhöhung der Leiterbahnquerschnitte (Dicken von 1 bis 20 µm) werden nun an beiden Bauteilen die Metallbereiche galvanisch vergoldet (siehe Fig. 10, Schicht 27). Anschließend werden die auf der Halbleiterscheibe hergestellten Bauteile durch Sägen vereinzelt.To increase the conductor cross-sections (thicknesses from 1 to 20 µm) now become the metal areas on both components electroplated (see Fig. 10, layer 27). Then the ones on the semiconductor wafer manufactured components isolated by sawing.
Am Schluß des Herstellungsprozesses werden die beiden
Bauteile mit einem Aufschmelz-Lötverfahren verbunden.
Hierzu wird an den zusammenzufügenden Punkten ein
schmelzbares Lot 28 aufgebracht und das zweite Bauteil
aufgesetzt. Durch Tempern der Teile wird eine feste,
leitfähige Verbindung erzielt. Fig. 11 zeigt die
zusammengesetzten Bauteile, die das erfindungsgemäße
Mikrorelais bilden.At the end of the manufacturing process, the two
Components connected with a reflow soldering process.
This is done at the points to be merged
Zur Steigerung des magnetischen Feldes und der damit verbundenen Vorteile, d.h. Verkürzung der Schaltzeiten, Erhöhung der schaltbaren Spannungen und Ströme, Erschütterungsfestigkeit, geringerer Kontaktwiderstand und folglich geringere Kontaktbelastung, usw. ist der Einbau eines Ferritkernes in den Spulenraum möglich. Zu diesem Zweck wird auf die Spulenbahnen eine Isolationsschicht aufgebracht (beispielsweise Lacke mit hoher Viskosität oder Oxid). Danach wird eine ferromagnetische Schicht, eine Ferritmasse oder ein Ferritkern eingebracht. Als Materialien haben sich hierbei Legierungen aus Eisen und Nickel bewährt.To increase the magnetic field and with it associated benefits, i.e. Reduction of switching times, Increase of switchable voltages and currents, Shock resistance, lower contact resistance and consequently less contact load, etc. is the Installation of a ferrite core in the coil space possible. To For this purpose, a Insulation layer applied (for example paints with high viscosity or oxide). Then one ferromagnetic layer, a ferrite mass or a Ferrite core introduced. As materials have alloys made of iron and nickel have proven their worth.
Die Fig. 1 und 2 zeigen ein zweipoliges Relais, das im Ruhezustand geöffnete Kontakte aufweist. Es lassen sich jedoch mit dem obigen Verfahren auch ein oder mehrpolige Relais herstellen, die einen im Ruhezustand offenen oder einen im Ruhezustand geschlossenen Kontakt aufweisen können.1 and 2 show a two-pole relay, which in Has open contacts. It can be however, with the above method also one or more poles Establish relays that open or at rest have a closed contact in the idle state can.
Weiterhin ist die Verwendung von Bimetallen auf den Federkontaktarmen vorteilhaft, da diese die Herstellung von Bimetallrelais erlaubt, deren Zustände durch kurze Stromimpulse gewechselt werden können.Furthermore, the use of bimetallic Spring contact arms advantageous as this is the manufacture of bimetallic relays, the states of which are indicated by short Current pulses can be exchanged.
In der obigen Beschreibung der Herstellung eines
erfindungsgemäßen Mikrorelais wird das
Federkontaktbauteil mit dessen Vorderseite auf die
Rückseite des Spulenbauteils gesetzt. Bei geeigneter
Anordnung der Leiterbahnen, Kontaktflächen und
Lötkontakte ist es jedoch auch möglich beide Bauteile
vorderseitig zu verbinden. Des weiteren ist
selbstverständlich auch ein abweichender Aufbau der
beiden Bauteile erlaubt, wie er beispielsweise in den
Fig. 12 und 13 gezeigt ist. Hier sind beispielsweise die
Kontaktarme 2 auf der Rückseite des Federkontaktbauteils
angeordnet, wobei der Graben wie beim Spulenbauteil nur
bis zu einem hochdotierten Gebiet 16 als Boden des
Grabens reicht. Ebenso sind in diesem Beispiel die
Eingangspole 3a und Ausgangspole 3b auf unterschiedlichen
Bauteilen angeordnet.In the above description of making a
Microrelay according to the invention
Spring contact component with its front on the
Back of the coil component set. With more suitable
Arrangement of the conductor tracks, contact areas and
However, solder contacts are also possible for both components
to connect on the front. Furthermore is
of course, a different structure of the
both components, as it is for example in the
12 and 13 is shown. For example, here are the
Aufgrund der Möglichkeit zur Schaltung hoher Spannungen und bei entsprechend großen Leiterbahnquerschnitten auch hoher Ströme ist das erfindungsgemäße Mikrorelais für den Einsatz im Bereich der Leistungselektronik besonders geeignet. Kennzeichnend für das Relais sind die geringe Baugröße und der geringe Leistungsbedarf des Elektromagneten sowie eine ideale Leiterbahntrennung.Because of the possibility of switching high voltages and with correspondingly large conductor cross sections high currents is the microrelay according to the invention for the Use in the field of power electronics in particular suitable. The low level is characteristic of the relay Size and the low power requirement of the Electromagnets as well as an ideal conductor separation.
Aufgrund der großen Erschütterungsfestigkeit bietet sich eine Anwendung im Bereich der Kfz-Elektronik an.Due to the great resistance to vibrations, an application in the field of automotive electronics.
Claims (19)
- Micro relay constituted by a field coil (1) for establishing a magnetic field, and by one or several contact elements (2) opening or closing a contact (3) under the action of the electric field of said coil,
characterised in that said coil (1) has a conical shape. - Micro relay according to Claim 1, characterised in that said coil is integrated into a semiconductor substrate (4).
- Micro relay according to Claim 1 or 2, characterised in that the interior space enclosed by said coil is charged with a ferromagnetic material.
- Micro relay according to Claim 1 or 2, characterised in that a ferrite core is disposed in said interior space enclosed by said coil.
- Micro relay according to any of the Claims 1 to 4, characterised in that said contact element(s) is/are designed in the form of self-supporting contact arms.
- Micro relay according to any of the Claims 1 to 5, characterised in that said contact element(s) is/are designed in the form of spring-finger contactors.
- Micro relay according to any of the Claims 1 to 6, characterised in that the relay is composed of two parts manufactured by micro mechanical techniques, of a coil unit (4) and a unit (5) with one or several contact elements.
- Micro relay according to Claim 7, characterised in that said coil unit consists of a silicon substrate (4) with a trough (6) etched therein by an anisotropic technique, with the windings of said coil bearing against the lateral walls of said trough.
- Micro relay according to Claim 8, characterised in that the bottom surface of said trough connects one end of said coil via a highly doped diffusion zone (7) to the opposite side of said electrically conducting substrate.
- Micro relay according to any of the Claims 7 to 9, characterised in that said units with contact elements consists of a silicon substrate (5) with a trough (8) etched therein and above which are disposed one or several self-supporting studs as contact elements, extending from an edge of said trough.
- Micro relay according to any of the Claims 1 to 10, characterised in that the contact element(s) is/are structured to present layers biased relative to each other.
- Micro relay according to any of the Claims 1 to 10, characterised in that the contact element(s) comprise(s) a bimetallic layer.
- Method of manufacturing a micro relay according to any of the preceding Claims, comprising the following steps of operation:etching a trough (6) by an anisotropic technique in a first silicon substrate (4) on a rear side of said substrate;depositing an isolating layer (22) in said trough;depositing a layer (23, 25) of a coil material on said isolating layer;depositing a photoresist (26) on said layer of coil material;structuring said photoresist by a photolithographic technique in correspondence with a coil structure to be produced on the lateral walls of said trough;removing said coil material (23, 25) from exposed zones;removing said photoresist (26);creating contact surfaces (3a, 3b) and connecting surfaces (10, 11) for the coil windings on the front and rear sides of said first substrate (4);providing a second silicon substrate (5) at one or several contact elements (2) coated with an electrically conductive material;connecting said two substrates in a way that the contact element in said second substrate open or close corresponding contacts (3b) in the other substrate (4) when a movement is induced by the magnetic field of said coil.
- Method of manufacturing a micro relay according to Claim 13, characterised in that prior to etching of said trough (6) in said first substrate, a highly doped diffusion zone (7) is formed by ion implantation on the front side of said substrate (4), which constitutes the bottom surface of said trough (6) and establishes the electric connection of one coil end to the front side of said substrate.
- Method of manufacturing a micro relay according to Claim 13 or 14, characterised in that said contact elements (2) of said second silicon substrate (5) are produced by the following steps of operation:creating a highly doped diffusion zone (16) that has the lateral dimensions of said contact elements (2), by ion implantation on one self-supporting contact arm on the front side of said second substrate (5);depositing an electrically conductive layer (21) on this zone;etching, by application of an anisotropic technique, a lead-through (8) or a trough in aid second silicon substrate, starting out from the rear side of the latter, such that cantilever arms will be exposed as contact elements.
- Method of manufacturing a micro relay according to any of the Claims 13 to 15,
characterised in that prior to the etching step, a system of layers (14) biased relative to each other is applied on said contact elements, so as to define a desired subsequent bending of said contact elements. - Method of manufacturing a micro relay according to any of the Claims 13 to 16,
characterised in that the cross-sections of the windings of said coil are increased by a galvanic metal coating (27). - Method of manufacturing a micro relay according to any of the Claims 13 to 17,
characterised in that the windings of said coil are coated with an insulating layer and that said trough of said first substrate is filled with a ferromagnetic material. - Method of manufacturing a micro relay according to any of the Claims 13 to 18,
characterised in that said first substrate (4) and said second substrate (5) are present on a semiconductor chip and are processed at the same time.
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