EP1719144B1 - Hochfrequenz-mems-schalter mit gebogenem schaltelement und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Hochfrequenz-mems-schalter mit gebogenem schaltelement und verfahren zu seiner herstellung Download PDF

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EP1719144B1
EP1719144B1 EP05715021.1A EP05715021A EP1719144B1 EP 1719144 B1 EP1719144 B1 EP 1719144B1 EP 05715021 A EP05715021 A EP 05715021A EP 1719144 B1 EP1719144 B1 EP 1719144B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
switching element
substrate
signal conductor
switching
mems switch
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.)
Not-in-force
Application number
EP05715021.1A
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English (en)
French (fr)
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EP1719144A1 (de
Inventor
Ulrich Prechtel
Volker Ziegler
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Airbus Defence and Space GmbH
Original Assignee
Airbus Defence and Space GmbH
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Publication date
Application filed by Airbus Defence and Space GmbH filed Critical Airbus Defence and Space GmbH
Publication of EP1719144A1 publication Critical patent/EP1719144A1/de
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Publication of EP1719144B1 publication Critical patent/EP1719144B1/de
Not-in-force legal-status Critical Current
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H59/00—Electrostatic relays; Electro-adhesion relays
    • H01H59/0009—Electrostatic relays; Electro-adhesion relays making use of micromechanics
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H59/00—Electrostatic relays; Electro-adhesion relays
    • H01H59/0009—Electrostatic relays; Electro-adhesion relays making use of micromechanics
    • H01H2059/0081—Electrostatic relays; Electro-adhesion relays making use of micromechanics with a tapered air-gap between fixed and movable electrodes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49105—Switch making

Definitions

  • the present invention relates to a high-frequency MEMS switch with a curved switching element according to the preamble of claim 1 and a method for manufacturing a high-frequency MEMS switch with a curved switching element according to the preamble of claim 11.
  • MEMS Micro Electro Mechanical Systems
  • MEMS Micro Electro Mechanical Systems
  • switching elements designed as microelectromechanical system are particularly suitable for space applications and satellite systems.
  • high-frequency MEMS switches are used in radar systems, satellite communication systems, wireless communication systems and instrument systems.
  • high-frequency MEMS switches are needed in phase antenna systems and phase shifters for satellite-based radar systems.
  • High frequency MEMS switches offer a number of advantages, such as: an extremely low power consumption, a good insulation or low parasitic capacitances, a low insertion loss or low insertion loss and low production costs.
  • MEMS switches that are used in the high frequency range, in a range between 0.1 and 100 GHz.
  • These MEMS switches have cantilever arms designed as mechanical springs that open by electrostatic forces or closing a circuit.
  • the cantilever beam is mounted on a substrate and electrostatically attracted by an electrode to close a contact. Without applied voltage of the switching arm is returned by elastic restoring forces to its original position, and the contact is opened.
  • a switching element influences the progression of an electromagnetic wave on a signal line by opening or closing a transmission path. This can be done in the manner of a series switch, a shunt switch or a series shunt switch.
  • a large distance to the contact area is necessary in the open state of the switching element, since the capacity in this state should be as low as possible in order to obtain an undisturbed line.
  • a small distance is required for the switching process itself, since only small electrostatic forces act.
  • a MEMS switch is described with a bent switching element, which is designed in the form of a cantilever beam as a cantilevered element.
  • the switching element is mounted above a bottom electrode with one end on a substrate, wherein the remaining portion of the switching element is directed in an arcuate upward and protrudes from the substrate.
  • the upwardly bent switching element applies by electrostatic forces to the bottom electrode, so that the free end of the switching element is in contact with a signal line. Without the applied switching voltage, the switching element is brought back by an elastic tension in the upward position in which it from the signal line is far away. When switching back and forth between the two switching states, the switching element moves like the tongue of a frog.
  • the elastic restoring forces are usually very small, so that there is a fear that the switching element adheres to the surface of the signal line by adhesion.
  • the switching elements often lack sufficient reliability, which is necessary for long-term use, for example in space.
  • the EP-A-1 246 216 describes an electrostatic micro-relay in which on a substrate, a switching element designed in the form of a bridge construction is provided, which is supported on two laterally offset points with respect to a signal line to be switched.
  • the switching element is neither in the form of a cantilevered arm, nor does it exhibit an arcuate elastic bending region which progressively approaches an electrode assembly upon application of the electrostatic force.
  • a micro-switch is known in which a signal conductor and a switching element is provided with two on both sides parallel to the signal conductor arranged switching arms, wherein the switching arms each have an elastic bending region and are connected together at a free end by a bridge positioned over the signal conductor.
  • the switching arms are planar, not bent, formed.
  • This known switch is also not a high-frequency switch, since the wiring shown does not correspond to a defined impedance control, and is therefore not suitable for switching high frequencies.
  • At one of the US 6,373,682 B1 known micro-switch is provided for generating an electrostatic force acting on the switching element between two insulating layers on the upper side of the substrate facing the switching electrodes.
  • the electrode arrangement provided for generating the electrostatic force acting on the switching element is formed by a bottom electrode arranged directly below the switching element, connected to the above-described problems relating to adhesion or restoring forces.
  • the switching element may also have a different shape, or also be connected at one of its ends with the fixed part (base substrate) or electrodes.
  • a higher mechanical stability and a larger switching force is to be achieved with a small footprint.
  • the high-frequency MEMS switch includes a signal conductor disposed on a substrate, a longitudinally shaped switching element having a bent elastic bending portion and cantilevered on the substrate, and an electrode assembly for generating a switching member acting on the switching element electrostatic force to bend the switching element toward the signal conductor, wherein the switching element is arranged in its longitudinal direction parallel to the signal conductor and having a contact region extending transversely to the switching element partially or completely over the signal conductor, and wherein the elastic bending region of the switching element at Action of the electrostatic force parallel to the signal line progressively approaches the electrode assembly.
  • the MEMS switch comprises a signal conductor arranged on a substrate, a longitudinally shaped switching element which has an elastic bending region and is mounted cantilevered on the substrate, and an electrode arrangement for producing a switching element acting on the switching element electrostatic force to bend the switching element toward the signal conductor, wherein the switching element is arranged in its longitudinal direction parallel to the signal conductor and has a contact region extending transversely to the switching element at least partially over the signal conductor, wherein the elastic bending region of the switching element under the action of electrostatic force progressively approaches in a direction parallel to the signal conductor to the electrode assembly, and wherein the switching element is designed bent in its elastic bending region.
  • the electrode arrangement provided for generating an electrostatic force acting on the switching element is formed by an electrode arranged below the substrate.
  • the required voltage for closing the element is kept low, yet a large switching path is possible, so that the distance in the open state is large and thus the capacity is low.
  • the arrangement of the switching element in its longitudinal direction parallel to the signal conductor a further miniaturization is achieved, wherein the switching element can still be configured relatively long and thereby a higher mechanical stability and a greater switching force is achieved.
  • a greater restoring force or stronger design of the switching element is possible. Due to the large possible length and area of the switching element greater electrostatic forces on the one hand and greater restoring forces or a thicker design of the switching element on the other hand can be achieved.
  • the substrate is a high-resistance substrate which carries on its rear side (underside) a metallization forming the electrode arrangement.
  • the switching element comprises at least two switching arms with a bent elastic bending region, which are arranged on both sides of the signal conductor and extend in the longitudinal direction parallel to the signal conductor, wherein the switching arms are interconnected by a bridge positioned over the signal conductor formed by the respective contact region.
  • the two-sided arrangement with bridge-like contact area the reliability of the MEMS switch is further increased because even greater restoring forces and electrostatic forces can be achieved with low space and energy requirements, thereby achieving a particularly high mechanical stability and switching power with low space and energy requirements becomes.
  • the electrode assembly is formed by at least one bottom or base electrode, which is arranged under the switching element surface on the substrate to attract the switching element electrostatically.
  • the base electrode or bottom electrode is arranged below each switching arm in the case of switching arms arranged on both sides.
  • the electrode assembly advantageously extends parallel to the substrate surface to progressively attract the switching element to the substrate surface by the electrostatic force in its bending region.
  • the bent bending region is preferably formed by bimorph material.
  • a further advantageous embodiment provides that the bending region for generating a tensile stress, e.g. has melted surface by laser heating.
  • the tension can also be achieved by suitable control of the layer deposition during manufacture.
  • the switching element is manufactured in thin-film technology. As a result, a cost-effective production and small construction is achieved.
  • the contact region of the switching element preferably comes into direct contact with the signal conductor when the electrostatic force is applied.
  • the contact area upon application of the electrostatic force, occupies a minimum distance from the signal conductor, i. he does not come into direct contact with the signal conductor. This results in a large capacitance between the signal conductor and the switching element, so that the signal line is interrupted.
  • the minimum distance may e.g. be achieved or maintained by a suitable dielectric isolation.
  • the following steps are carried out: forming a signal line on a substrate; optionally forming an electrode arrangement on the substrate, for example when the substrate has no intrinsic conduction; Forming an elongated switching element having a bent elastic bending region on the substrate such that it is pulled in its bending region from the electrode assembly by an electrostatic force longitudinally towards the substrate and removed by elastic restoring force in the bending region of the substrate; wherein the switching element is arranged in its longitudinal direction parallel to the signal conductor such that a laterally protruding contact region of the switching element extends transversely across the signal conductor, so that the elastic bending region of the switching element approaches the electrode arrangement progressively parallel to the signal line upon application of the electrostatic force to approximate the contact region to the signal conductor, wherein the switching element is designed bent in its elastic bending region.
  • the electrode arrangement is formed by an electrode arranged below the substrate.
  • the substrate is produced as a high-resistance substrate, and that a metallization forming the electrode arrangement is formed on the rear side (or "underside") of the high-resistance substrate.
  • the switching element is shaped such that it has at least two switching arms with a bent elastic bending region, wherein the switching arms are arranged on both sides of the signal conductor, so that they extend in the longitudinal direction parallel to the signal conductor and the switching arms connected by a bridge positioned over the signal conductor bridge are formed by the respective contact area.
  • the bridge can be formed as a contact area.
  • the surface of the bending region can be melted to produce a tensile stress by means of laser heating.
  • FIG. 1 shows as a particularly preferred embodiment, a MEMS switch 10, which is suitable for high-frequency applications and having two parallel switching arms.
  • the MEMS switch 10 comprises a substrate 11, on which a signal line 12 is formed, which extends in one direction over the substrate 11.
  • an upwardly bent switching element 13th fastened which in this example comprises two elongated, mutually parallel switching arms 13a, 13b.
  • the switching arms 13a, 13b of the switching element 13 are each fixed at one end flat on the substrate surface and parallel thereto, while the remaining part is bent upwards, so that the respective other end of the switching arms 13a, 13b is removed from the substrate surface.
  • each switching arm 13a, 13b of the switching element 13 has a central elastic bending region 131, 132, which is bent upwards or curved in the switch position shown here.
  • each switching arm 13a, 13b of the switching element 13 is an electrode arrangement which, in this example, is formed by two bottom electrodes 14a, 14b.
  • the bottom electrodes 14a, 14b serve to exert on the cantilevered switching arms 13a, 13b, in the presence of a switching voltage, an electrostatic attraction such that they move towards the substrate surface, with the elastic bending portions 131, 132 taking a straight shape.
  • the switching element 13 further comprises a contact region 15, which extends across the signal line 12 in this example.
  • a contact region 15 approximates the signal line 12 to provide direct electrical contact or capacitive coupling to the signal conductors To cause signal line 15.
  • the MEMS switch 10 is in its closed state.
  • the switching element 13 is provided in its bending areas 131, 132 with a tensile stress that causes a restoring force, so that the switching arms 13a, 13b return to the bent state when no electrostatic attraction force through the bottom electrodes 14a, 14b on the switching arms 13a, 13b is exercised.
  • the MEMS switch 10 assumes its open state, in which the contact region 15 is removed from the signal line 12, and thus no electrical contact and no or only a very small capacitive coupling to the signal line 12 is present.
  • the switching element 13 is arranged with its designed as elongated bars, cantilevered switching arms 13a, 13b in its longitudinal direction parallel to the signal line 12.
  • the contact region 15 forms a bridge which connects the two switching arms 13a, 13b in the region of their free ends to one another and in this embodiment extends completely across the signal line 12 transversely thereto.
  • the switching arms 13a, 13b approach each other gradually from their fixed ends to the bottom electrodes 14a, 14b, in a direction parallel to Signal line 12 runs.
  • FIG. 2 shows in a plan view from above an arrangement of MEMS switches 20, in which the individual switching elements 23 each have only one elongated, cantilevered switching arm 23a, which runs parallel to the signal line 22.
  • Each of the switching elements 23 has one or more laterally disposed on the respective switching arm 23 a contact portion 25 which extends across the signal line 22.
  • the respective contact region 25 can either extend completely across the entire width of the signal line 22 or only partially. It can be arranged laterally on a switching element 23 and a plurality of contact areas 25, as on the right side in FIG. 2 shown.
  • the switching elements 25, which are in FIG. 2 are arranged in the middle region on both sides of the signal line 22, are aligned so that their opposite contact areas 25 engage tooth-like above the signal line 22.
  • the in FIG. 1 shown high-frequency MEMS switch 10 is executed in a shunt configuration.
  • the coupling capacity due to the distance between the signal line 12 and the contact area 15 very low. Therefore, the influence on the propagation of an electromagnetic wave on the signal line 12 is also small.
  • the curved switching element 13 is caused to bend down so that the bridge-type contact region 25 comes to the signal line 12 or in the immediate vicinity, so that a high capacitance between the signal line 12th and the switching element 13 is formed, whereby the progression of the electromagnetic wave on the transmission or signal line 12 is hindered or interrupted.
  • the switching elements 13, 23 shown with their switching arms 13a, 13b, 23a and contact areas 15, 25 are manufactured in thin-film technology, wherein the bent switching elements are arranged with their switching arms parallel to the signal line 12, 25 and in the in FIG. 1 embodiment shown by a bridge, which is formed by the contact region 15, are connected.
  • the signal line 12, 22, which extends below the bridge or the contact region 15, 25 on the substrate 11, 21, typically has an electrical resistance of, for example, about 50 ⁇ . However, it can also be configured with other resistors, depending on the requirements of the particular application.
  • the MEMS switch forms an RF relay.
  • FIGS. 3a-f show as examples various switch configurations that are possible with the MEMS switch according to the invention.
  • Figure 3a and 3b show a circuit in series with the signal line 12, wherein FIG. 3a the signal line is interrupted and in FIG. 3b the signal line 12 is closed.
  • FIG. 3c and d show a shunt-switch configuration in which the circuit is done by an electrical shunt. It is in Figure 3c the signal line 12 is closed because the switch is open and thus there is no shunt. In 3d figure the signal line 12 is interrupted because the switch is closed and a shunt exists.
  • FIGS. 3e and f show a combination of serial and shunt configuration, where in FIG. 3e the switch in the signal line 12 is open and in FIG. 3f the shunt is closed.
  • the substrate 11, 21 is made of a semiconductor material, while the signal line 12, 22 and the switching element 13, 23 are made of highly conductive material, such as Al, Cu, Au, etc.
  • the so-called sacrificial layer used in known processes can be replaced by a suitable surface modification, for example by hydrophobization.
  • a suitable surface modification for example by hydrophobization.
  • the curved shape of the switching element in its longitudinal direction parallel to the direction of the signal line a particularly large switching path is possible, so that the distance in the open state with small size of the switching element can still be made large and thus the capacity in the open state is low.
  • the inventive arrangement a higher mechanical stability is achieved.
  • the switching elements can be provided with a greater restoring force, since due to the geometrical arrangement of the electrodes and the switching elements, a greater electrostatic attraction can be achieved, yet there is a low parasitic capacitance in the open state.
  • the inventive design of the high-frequency MEMS switch improved long-term stability and greater reliability is achieved. In this case, the risk of adhesion or in general of sticking or catching of the switching element on the substrate surface or the surface of the signal line is reduced or eliminated.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hochfrequenz-MEMS-Schalter mit gebogenem Schaltelement gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 und ein Verfahren zur Herstellung eines Hochfrequenz-MEMS-Schalters mit gebogenem Schaltelement gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 11.
  • MEMS-Schalter bzw. Schaltelemente in MEMS-Technologie (MEMS = Micro Electro Mechanical Systems) kommen in den verschiedensten Bereichen zur Anwendung, wie beispielsweise Automobilelektronik, Telekommunikation, Medizintechnik oder Messtechnik. Aufgrund Ihrer Miniaturisierung sind derartige, als mikroelektromechanisches System ausgestaltete Schaltelemente besonders auch für Raumfahrtanwendungen und Satellitensysteme geeignet. Insbesondere auch in Radarsystemen, Satellitenkommunikationssystemen, drahtlosen Kommunikationssystemen und Instrumentensystemen kommen Hochfrequenz-MEMS-Schalter zum Einsatz. Beispielsweise auch in Phasenantennenanlagen und bei Phasenschiebern für satellitenbasierte Radarsysteme, werden Hochfrequenz-MEMS-Schalter benötigt.
  • Hochfrequenz-MEMS-Schalter bieten eine Reihe von Vorteilen, wie z.B. einen äußerst geringen Stromverbrauch, eine gute Isolation bzw. geringe Störkapazitäten, eine geringe Einfügungsdämpfung bzw. geringe Einfügungsverluste und geringe Herstellungskosten.
  • In dem Artikel "RF-MEMS-Switches, Switch Circuits, and Phase Shifters, von Gabriel M. Rebeiz et al. in.Revue HF No. 2/2001 werden MEMS-Schalter beschrieben, die im Hochfrequenzbereich eingesetzt werden, in einem Bereich zwischen 0,1 und 100 GHz. Diese MEMS-Schalter haben als mechanische Federn ausgestaltete freitragende Schaltarme, die durch elektrostatische Krafteinwirkung zum Öffnen oder Schließen eines Schaltkreises betätigt werden. Der freitragende Schaltarm bzw. Cantilever-Balken ist auf einem Substrat befestigt und wird durch eine Elektrode elektrostatisch angezogen, um einen Kontakt zu schließen. Ohne anliegende Spannung geht der Schaltarm durch elastische Rückstellkräfte in seine Ausgangsposition zurück, und der Kontakt wird geöffnet.
  • Bei MEMS-Schaltern kann der Schaltvorgang auf verschiedene Arten bewirkt werden, die prinzipiell in den Figuren 3a - f als Beispiele gezeigt sind. Dabei beeinflusst ein Schaltelement das Fortschreiten einer elektromagnetischen Welle auf einer Signalleitung durch Öffnen oder Schließen eines Übertragungspfades. Dies kann in der Art eines Serienschalters, eines Shunt-Schalters oder eines Serien-Shunt- Schalters erfolgen. Allgemein ist im geöffneten Zustand des Schaltelements ein großer Abstand zum Kontaktbereich notwendig, da die Kapazität in diesem Zustand möglichst gering sein soll, um eine ungestörte Leitung zu erhalten. Für den Schaltvorgang selbst ist jedoch ein geringer Abstand erforderlich, da nur geringe elektrostatische Kräfte wirken.
  • In dem Artikel von C. Chang und P. Chang, "Innovative Micromachined Microwave Switch with very Low Insertion Loss", Proceedings of the 10th International Conference on Solid-State Sensors Actuators (Transducers 99), June 7 - 10, 1999, Sendai, Japan, S. 1830 - 33, ist ein MEMS-Schalter mit einem gebogenen Schaltelement beschrieben, das in Form eines Cantilever-Balkens als freitragendes Element ausgestaltet ist. Das Schaltelement ist oberhalb einer Bodenelektrode mit einem Ende auf einem Substrat befestigt, wobei der übrige Bereich des Schaltelements bogenförmig nach oben gerichtet ist und vom Substrat wegragt. Beim Anlegen einer Schaltspannung legt sich das nach oben gebogene Schaltelement durch elektrostatische Kräfte an die Bodenelektrode an, so dass das freie Ende des Schaltelements mit einer Signalleitung in Kontakt gerät. Ohne die anliegende Schaltspannung wird das Schaltelement durch eine elastische Zugspannung zurück in die nach oben gerichtete Position gebracht, in der es von der Signalleitung weit entfernt ist. Beim Hin- und Herschalten zwischen den beiden Schaltzuständen bewegt sich das Schaltelement wie die Zunge eines Frosches.
  • Allgemein besteht bei den MEMS-Schaltern das Problem, dass die elastischen Rückstellkräfte in der Regel sehr klein sind, so dass die Gefahr besteht, dass das Schaltelement durch Adhäsion an der Oberfläche der Signalleitung anhaftet. Dadurch mangelt es den Schaltelementen oftmals an einer ausreichenden Zuverlässigkeit, die für Langzeiteinsätze beispielsweise im Weltraum notwendig ist.
  • Deshalb wurde versucht, das Schaltelement stärker auszugestalten, um dadurch stärkere Rückstellkräfte zu erreichen. Jedoch reichen dabei die elektrostatischen Kräfte in den meisten Fällen nicht aus, um zuverlässig die Schaltvorgänge zu bewirken.
  • Die EP-A-1 246 216 beschreibt ein elektrostatisches Mikro-Relais, bei dem auf einem Substrat ein in Form einer Brückenkonstruktion ausgebildetes Schaltelement vorgesehen ist, welches an zwei seitlich bezüglich einer zu schaltenden Signalleitung diagonal versetzt angeordneten Punkten getragen ist. Das Schaltelement ist weder in Form eines freitragenden Arms ausgebildet, noch zeigt es einen bogenförmigen elastischen Biegebereich, welcher sich bei Einwirkung der elektrostatischen Kraft fortschreitend an eine Elektrodenanordnung annähert.
  • Aus der JP 2002-100276 A ist ein Mikro-Schalter bekannt, bei welchem ein Signalleiter und ein Schaltelement mit zwei beidseitig parallel zu den Signalleiter angeordneten Schaltarmen vorgesehen ist, wobei die Schaltarme jeweils einen elastischen Biegebereich haben und an einem freien Ende durch eine über dem Signalleiter positionierte Brücke miteinander verbunden sind. Die Schaltarme sind planar, nicht gebogen, ausgebildet. Dieser bekannte Schalter ist auch kein Hochfrequenz-Schalter, da die gezeigte Leitungsführung keiner definierten Impedanzführung entspricht, und zum Schalten von Hochfrequenzen daher nicht geeignet ist.
  • Bei einem aus der US 6 373 682 B1 bekannten Mikro-Schalter ist eine zur Erzeugung einer auf das Schaltelement wirkenden elektrostatischen Kraft vorgesehene Elektrodenanordnung zwischen zwei Isolationsschichten auf der den Schaltelektroden zugewandten Oberseite des Substrats.
  • Bei einer aus WO 02/073673 A bekannten Anordnung eines mikro-elektromechanischen Schalters sind Schaltelement und Steuerelektroden in einer Mikrokammer angeordnet, eine mit dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung vergleichbare Anordnung gibt es hier nicht.
  • Bei der US 2002/0030566 A1 sind Schaltelement und eine zur Erzeugung der auf das Schaltelement wirkenden elektrostatischen Kraft vorgesehene Elektrode wiederum auf der Vorderseite des Substrats vorgesehen.
  • Im Oberbegriff der Ansprüche 1 bzw. 11 wird ein Stand der Technik als bekannt vorausgesetzt, wie er der EP-A-1 026 718 zu entnehmen ist. Diese beschreibt ein elektrostatisch gesteuertes Mikro-Relais, bei welchem auf einem Basiselement ein Paar von getrennten Elektroden angeordnet sind, die sich zwischen zwei parallel angeordneten Signalleitern erstrecken. Über diesen Elektroden ist ein in Form eines bogenförmiges Blattes ausgebildetes Schaltelement vorgesehen, das mit beiden Enden an den jeweiligen Elektroden befestigt ist und bei Anlegen einer Schaltspannung zwischen einer der Elektroden und dem Schaltelement jeweils zu der einen oder der anderen der Elektroden angezogen wird. Dabei verbinden sich quer über das Schaltelement erstreckende und seitlich über dieses hinausragende Kontaktbereiche die jeweiligen Signalleiter. Bei dieser bekannten elektrostatisch gesteuerten Mikro-Relais-Einrichtung ist die zur Erzeugung der auf das Schaltelement wirkenden elektrostatischen Kraft vorgesehene Elektrodenanordnung gebildet durch eine direkt unter dem Schaltelement angeordnete Bodenelektrode, verbunden mit den oben erläuterten Problemen hinsichtlich Adhäsions- bzw. Rückstellkräften. Das Schaltelement kann auch eine andere Form haben, oder auch nur an einem seiner Enden mit dem feststehenden Teil (Basissubstrat) bzw. Elektroden verbunden sein.
  • Als Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen verbesserten Hochfrequenz-MEMS-Schalter zu schaffen, welcher insbesondere eine hohe Langzeitzuverlässigkeit aufweisen soll. Außerdem soll bei geringem Platzbedarf eine höhere mechanische Stabilität und eine größere Schaltkraft erreicht wird.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch den Hochfrequenz-MEMS-Schalter mit gebogenem Schaltelement gemäß Patentanspruch 1 und durch das Verfahren zur Herstellung eines Hochfrequenz-MEMS-Schalters mit gebogenem Schaltelement gemäß Patentanspruch 11. Weitere vorteilhafte Merkmale, Aspekte und Details der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
  • Der Hochfrequenz-MEMS-Schalter gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst einen Signalleiter, der auf einem Substrat angeordnet ist, ein länglich geformtes Schaltelement, das einen gebogenen elastischen Biegebereich aufweist und freitragend auf dem Substrat befestigt ist, und eine Elektrodenanordnung zur Erzeugung einer auf das Schaltelement wirkenden elektrostatischen Kraft, um das Schaltelement zum Signalleiter hin zu biegen, wobei das Schaltelement in seiner Längsrichtung parallel zum Signalleiter angeordnet ist und einen Kontaktbereich aufweist, der sich quer zum Schaltelement teilweise oder vollständig über den Signalleiter erstreckt, und wobei sich der elastische Biegebereich des Schaltelements bei Einwirkung der elektrostatischen Kraft parallel zur Signalleitung fortschreitend an die Elektrodenanordnung annähert.
  • Der erfindungsgemäße MEMS-Schalter umfasst einen Signalleiter, der auf einem Substrat angeordnet ist, ein länglich geformtes Schaltelement, das einen elastischen Biegebereich aufweist und freitragend auf dem Substrat befestigt ist, sowie eine Elektrodenanordnung zur Erzeugung einer auf das Schaltelement wirkenden elektrostatischen Kraft, um das Schaltelement zum Signalleiter hin zu biegen, wobei das Schaltelement in seiner Längsrichtung parallel zum Signalleiter angeordnet ist und einen Kontaktbereich aufweist, der sich quer zum Schaltelement zumindest teilweise über den Signalleiter erstreckt, wobei sich der elastische Biegebereich des Schaltelements bei Einwirkung der elektrostatischen Kraft fortschreitend in einer Richtung parallel zum Signalleiter an die Elektrodenanordnung annähert, und wobei das Schaltelement in seinem elastischen Biegebereich gebogen ausgestaltet ist. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass die zur Erzeugung einer auf das Schaltelement wirkenden elektrostatischen Kraft vorgesehene Elektrodenanordnung durch eine unterhalb des Substrats angeordnete Elektrode gebildet ist.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Hochfrequenz-MEMS-Schalter wird die erforderliche Spannung zum Schließen des Elements gering gehalten, wobei dennoch ein großer Schaltweg möglich ist, so dass der Abstand im offenen Zustand groß ist und dadurch die Kapazität gering ist. Durch die Anordnung des Schaltelements in seiner Längsrichtung parallel zum Signalleiter wird auch eine weitere Miniaturisierung erreicht, wobei das Schaltelement dennoch relativ lang ausgestaltet werden kann und dadurch eine höhere mechanische Stabilität und eine größere Schaltkraft erreicht wird. Insbesondere ist auch eine größere Rückstellkraft bzw. stärkere Ausgestaltung des Schaltelements möglich. Aufgrund der großen möglichen Länge und Fläche des Schaltelements können größere elektrostatische Kräfte einerseits und größere Rückstellkräfte bzw. eine dickere Ausgestaltung des Schaltelements andererseits erzielt werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Substrat ein hochohmiges Substrat ist, das auf seiner Rückseite (Unterseite) eine die Elektrodenanordnung bildende Metallisierung trägt.
  • Bevorzugt umfasst das Schaltelement mindestens zwei Schaltarme mit gebogenem elastischem Biegebereich, die beidseitig des Signalleiters angeordnet sind und sich in ihrer Längsrichtung parallel zum Signalleiter erstrecken, wobei die Schaltarme durch eine über dem Signalleiter positionierte Brücke miteinander verbunden sind, die durch den jeweiligen Kontaktbereich gebildet wird. Durch die beidseitige Anordnung mit brückenartigem Kontaktbereich wird die Zuverlässigkeit des MEMS-Schalters noch weiter erhöht, da noch größere Rückstellkräfte und elektrostatische Kräfte bei geringem Platz- und Energiebedarf erzielt werden können und dadurch bei geringem Platz- und Energiebedarf eine besonders hohe mechanische Stabilität und Schaltkraft erzielt wird. Vorteilhafterweise wird die Elektrodenanordnung durch mindestens eine Boden- oder Basiselektrode gebildet, die unter dem Schaltelement flächig auf dem Substrat angeordnet ist, um das Schaltelement elektrostatisch anzuziehen. Die Basiselektrode oder Bodenelektrode ist im Fall von beidseitig angeordneten Schaltarmen unterhalb jedes Schaltarmes angeordnet.
  • Die Elektrodenanordnung erstreckt sich vorteilhafterweise parallel zur Substratoberfläche, um das Schaltelement durch die elektrostatische Kraft in seinem Biegebereich fortschreitend zur Substratoberfläche hinzuziehen. Der gebogene Biegebereich wird bevorzugt durch bimorphes Material gebildet.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass der Biegebereich zur Erzeugung einer Zugspannung eine z.B. durch Laserheating angeschmolzene Oberfläche aufweist. Dies hat den Vorteil, dass die Zugspannung durch entsprechende Auswahl der Dauer und Intensität der Laserbestrahlung entsprechend den jeweiligen Anforderungen eingestellt werden kann. Die Zugspannung kann auch durch geeignete Steuerung der Schichtabscheidung bei der Herstellung errreicht werden.
  • Vorteilhafterweise ist das Schaltelement in Dünnfilmtechnologie gefertigt. Dadurch wird eine kostengünstige Herstellung und kleine Bauweise erreicht.
  • Bevorzugt gerät der Kontaktbereich des Schaltelements bei Einwirken der elektrostatischen Kraft in direkten Kontakt mit dem Signalleiter. Alternativ dazu nimmt der Kontaktbereich bei Einwirken der elektrostatischen Kraft einen minimalen Abstand zum Signalleiter ein, d.h. er tritt nicht in direkten Kontakt mit dem Signalleiter. Dadurch ergibt sich eine große Kapazität zwischen dem Signalleiter und dem Schaltelement, so dass die Signalleitung unterbrochen ist. Der minimale Abstand kann z.B. durch eine geeignete dielektrische Isolation erzielt bzw. aufrechterhalten werden. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Hochfrequenz-MEMS-Schalters mit gebogenem Schaltelement werden nachfolgende Schritte durchgeführt: Ausbilden einer Signalleitung auf einem Substrat; gegebenenfalls Ausbilden einer Elektrodenanordnung an dem Substrat, beispielsweise wenn das Substrat keine Eigenleitung aufweist; Formung eines länglichen Schaltelements mit einem gebogenen elastischen Biegebereich auf dem Substrat derart, dass es in seinem Biegebereich von der Elektrodenanordnung durch eine elektrostatische Kraft der Länge nach zum Substrat hin gezogen wird und sich durch elastische Rückstellkraft im Biegebereich vom Substrat entfernt; wobei das Schaltelement in seiner Längsrichtung parallel zum Signalleiter derart angeordnet wird, dass sich ein seitlich hervorstehender Kontaktbereich des Schaltelements quer über den Signalleiter erstreckt, so dass sich der elastische Biegebereich des Schaltelements bei Einwirkung der elektrostatischen Kraft parallel zur Signalleitung fortschreitend an die Elektrodenanordnung annähert, um den Kontaktbereich dem Signalleiter anzunähern, wobei das Schaltelement in seinem elastischen Biegebereich gebogen ausgestaltet wird. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass die Elektrodenanordnung durch eine unterhalb des Substrats angeordnete Elektrode gebildet ist.
  • Durch das Verfahren wird auf kostengünstige Weise ein besonders zuverlässiger Hochfrequenz-MEMS-Schalter mit gebogenem Schaltelement hergestellt, der eine erhöhte mechanische Stabilität und erhöhte Schaltkräfte aufweist.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Substrat als hochohmiges Substrat hergestellt wird, und dass auf der Rückseite (bzw. "Unterseite") des hochohmigen Substrats eine die Elektrodenanordnung bildende Metallisierung ausgebildet wird.
  • Vorteilhafterweise wird das Schaltelement so geformt, dass es mindestens zwei Schaltarme mit gebogenem elastischen Biegebereich aufweist, wobei die Schaltarme beidseitig des Signalleiters angeordnet weden, so dass sie sich in ihrer Längsrichtung parallel zum Signalleiter erstrecken und die Schaltarme durch eine über dem Signalleiter positionierte Brücke miteinander verbunden sind, die durch den jeweiligen Kontaktbereich gebildet wird.
  • Die Brücke kann als Kontaktbereich ausgebildet werden.
  • Die Oberfläche des Biegebereichs kann zur Erzeugung einer Zugspannung mittels Laserheating angeschmolzen werden.
  • Weiter ist geschützt, dass das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines MEMS-Schalters der weiter oben angegebenen Art dient.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Figuren beschrieben, in denen
    • Fig. 1
    als perspektivische Darstellung einen Hochfrequenz-MEMS-Schalters gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung schematisch zeigt;
    Fig. 2
    eine Draufsicht auf eine Anordnung von MEMS-Schaltern gemäß weiterer bevorzugter Ausführungsformen schematisch zeigt; und
    Fig. 3a - f
    verschiedene Schalter-Konfigurationen von MEMS-Schaltern schematisch darstellen.
  • Figur 1 zeigt als besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel einen MEMS-Schalter 10, der für Hochfrequenz-Anwendungen geeignet ist und zwei parallele Schaltarme aufweist. Der MEMS-Schalter 10 umfasst ein Substrat 11, auf dem eine Signalleitung 12 ausgebildet ist, die sich in einer Richtung über das Substrat 11 erstreckt. Auf dem Substrat 11 ist ein nach oben gebogenes Schaltelement 13 befestigt, das in diesem Beispiel zwei länglich ausgestaltete, parallel zueinander verlaufende Schaltarme 13a, 13b umfasst. Die Schaltarme 13a, 13b des Schaltelements 13 sind jeweils mit einem Ende flächig auf der Substratoberfläche und parallel dazu befestigt, während ihr übriger Teil nach oben gebogen ist, so dass das jeweils andere Ende der Schaltarme 13a, 13b von der Substratoberfläche entfernt ist. Zu diesem Zweck weist jeder Schaltarm 13a, 13b des Schaltelements 13 einen zentralen elastischen Biegebereich 131, 132 auf, der in der hier gezeigten Schalterstellung nach oben gebogen bzw. gekrümmt ist.
  • Auf der Substratoberfläche ist unterhalb jedes Schaltarms 13a, 13b des Schaltelements 13 eine Elektrodenanordnung vorgesehen, die in diesem Beispiel durch zwei Bodenelektroden 14a, 14b gebildet wird. Die Bodenelektroden 14a, 14b dienen dazu, auf die freitragend befestigten Schaltarme 13a, 13b bei Vorliegen einer Schaltspannung eine elektrostatische Anziehungskraft auszuüben, so dass sie sich zur Substratoberfläche hin bewegen, wobei die elastischen Biegebereiche 131, 132 eine gerade Gestalt annehmen.
  • Das Schaltelement 13 umfasst weiterhin einen Kontaktbereich 15, der sich in diesem Beispiel quer über die Signalleitung 12 erstreckt. Wenn durch die Elektrodenanordnung 14a, 14b eine elektrostatische Kraft auf die Biegebereiche 131, 132 und die freien Enden der Schaltarme 13a, 13b ausgeübt wird, nähert sich der Kontaktbereich 15 an die Signalleitung 12 an, um einen direkten elektrischen Kontakt oder eine kapazitive Ankopplung an die Signalleitung 15 zu bewirken. In diesem Fall befindet sich der MEMS-Schalter 10 in seinem geschlossenen Zustand.
  • Das Schaltelement 13 ist in seinen Biegebereichen 131, 132 mit einer Zugspannung versehen, die eine Rückstellkraft bewirkt, so dass die Schaltarme 13a, 13b zurück in den gebogenen Zustand gelangen, wenn keine elektrostatische Anziehungskraft durch die Bodenelektroden 14a, 14b auf die Schaltarme 13a, 13b ausgeübt wird. In diesem Fall nimmt der MEMS-Schalter 10 seinen offenen Zustand ein, bei dem der Kontakbereich 15 von der Signalleitung 12 entfernt ist und somit kein elektrischer Kontakt und keine oder nur eine sehr geringe kapazitive Kopplung an die Signalleitung 12 vorliegt.
  • Das Schaltelement 13 ist mit seinen als längliche Balken ausgestalteten, freitragenden Schaltarmen 13a, 13b in seiner Längsrichtung parallel zur Signalleitung 12 angeordnet. Dabei bildet der Kontaktbereich 15 eine Brücke, die die beiden Schaltarme 13a, 13b im Bereich ihrer freien Enden miteinander verbindet und sich in diesem Ausführungsbeispiel vollständig über die Signalleitung 12 hinweg quer zu dieser erstreckt. Bei Einwirkung der elektrostatischen Kraft durch die Boden-elektroden 14a, 14b auf die Schaltarme 13a, 13b nähern sich die Schaltarme 13a, 13b schrittweise bzw. fortlaufend von ihren befestigten Enden her an die Bodenelektroden 14a, 14b an, in einer Richtung, die parallel zur Signalleitung 12 verläuft.
  • Figur 2 zeigt in einer Draufsicht von oben eine Anordnung von MEMS-Schaltern 20, bei denen die einzelnen Schaltelemente 23 jeweils nur einen länglichen, freitragenden Schaltarm 23a aufweisen, der parallel zur Signalleitung 22 verläuft. Jedes der Schaltelemente 23 hat ein oder mehrere seitlich am jeweiligen Schaltarm 23a angeordneten Kontaktbereich 25, der sich quer über die Signalleitung 22 erstreckt. Dabei kann sich der jeweilige Kontaktbereich 25 entweder vollständig quer über die gesamte Breite der Signalleitung 22 erstrecken oder auch nur teilweise. Es können an einem Schaltelement 23 auch mehrere Kontaktbereiche 25 seitlich angeordnet sein, wie auf der rechten Seite in Figur 2 gezeigt.
  • Die Schaltelemente 25, die in Figur 2 im mittleren Bereich auf beiden Seiten der Signalleitung 22 angeordnet sind, sind so ausgerichtet, dass ihre gegenüberliegenden Kontaktbereiche 25 oberhalb der Signalleitung 22 zahnartig ineinander greifen.
  • Der in Figur 1 gezeigte Hochfrequenz-MEMS-Schalter 10 ist in einer Shunt-Konfiguration ausgeführt. In der nach oben gerichteten Position der als Cantilever-Elemente bzw. freitragend angeordneten Schaltarme 13a, 13b ist die Kopplungskapazität aufgrund des Abstandes zwischen der Signalleitung 12 und dem Kontaktbereich 15 sehr gering. Daher ist der Einfluss auf das Fortschreiten einer elektromagnetischen Welle auf der Signalleitung 12 ebenfalls gering. Wenn eine Anregungsspannung oder Schaltspannung an der Struktur anliegt, wird das gekrümmte Schaltelement 13 dazu veranlasst, sich nach unten zu biegen, so dass der brückenartige Kontaktbereich 25 an die Signalleitung 12 oder in deren unmittelbarer Nähe gelangt, so dass eine hohe Kapazität zwischen der Signalleitung 12 und dem Schaltelement 13 entsteht, wodurch das Fortschreiten der elektromagnetischen Welle auf der Übertragungs- oder Signalleitung 12 behindert bzw. unterbrochen wird.
  • Die gezeigten Schaltelemente 13, 23 mit ihren Schaltarmen 13a, 13b, 23a und Kontaktbereichen 15, 25 sind in Dünnfilmtechnologie gefertigt, wobei die gebogenen Schaltelemente mit ihren Schaltarmen parallel zur Signalleitung 12, 25 angeordnet sind und in der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform durch eine Brücke, die durch den Kontaktbereich 15 gebildet wird, verbunden sind. Die Signalleitung 12, 22, die unterhalb der Brücke bzw. dem Kontaktbereich 15, 25 auf dem Substrat 11, 21 verläuft, hat typischerweise einen elektrischen Widerstand von beispielsweise ca. 50 Ω. Sie kann aber auch mit anderen Widerständen ausgestaltet sein, je nach den Erfordernissen der jeweiligen Anwendung. Der MEMS-Schalter bildet ein HF-Relais.
  • Die Figuren 3a - f zeigen als Beispiele verschiedenartige Schalter-Konfigurationen, die mit dem erfindungsgemäßen MEMS-Schalter möglich sind. Figur 3a und 3b zeigen eine Schaltung in Serie mit der Signalleitung 12, wobei in Figur 3a die Signalleitung unterbrochen und in Figur 3b die Signalleitung 12 geschlossen ist.
  • Figur 3c und d zeigen eine Shunt-Schalter-Konfiguration, bei der die Schaltung durch einen elektrischen Nebenschluss erfolgt. Dabei ist in Figur 3c die Signalleitung 12 geschlossen, da der Schalter offen ist und somit kein Nebenschluss vorliegt. In Figur 3d ist die Signalleitung 12 unterbrochen, da der Schalter geschlossen ist und ein Nebenschluss vorliegt.
  • Die Figuren 3e und f zeigen eine Kombination von Serien- und Shunt-Konfiguration, wobei in Figur 3e der Schalter in der Signalleitung 12 geöffnet ist und in Figur 3f der Nebenschluss geschlossen ist.
  • Das Substrat 11, 21 ist aus einem Halbleitermaterial gefertigt, während die Signalleitung 12, 22 und das Schaltelement 13, 23 aus hochleitendem Material gefertigt werden, wie beispielsweise Al, Cu, Au, usw.
  • Bei der Herstellung des MEMS-Schalters werden zunächst elektrisch leitende Schichten als Signalleitung und Elektrodenanordnung auf dem Substrat ausgebildet und anschließend wird das Schaltelement 13, 23 freitragend auf der Substratoberfläche befestigt. Zur Erzeugung der Biegung und der Rückstellkraft im Biegebereich des Schaltelements wird seine Oberfläche mittels Laserheating angeschmolzen, um die notwendige Zugspannung im elastischen Biegebereich zu schaffen. Es kann aber auch bimorphes Material verwendet werden, um die Krümmung und die Rückstellkraft in den gebogenen Zustand hervorzurufen. Anstelle einer Bodenelektrode kann zur Erzeugung einer elektrostatischen Anziehungskraft auch ein hochohmiges Substrat verwendet werden, wobei dieses auf seiner Rückseite mit einer Metallisierung 17 versehen ist, die als Masse dient, wobei diese Möglichkeit zur Veranschaulichung ebenfalls in Fig. 1 schematisch dargestellt ist.
  • Bei der Herstellung kann die in bekannten Verfahren verwendete sogenannte Opferschicht durch eine geeignete Oberflächenmodifikation, z.B. durch Hydrophobisierung, ersetzt werden. Dadurch wird der Abstand zwischen dem Schaltelement und der Bodenelektrode oder der Substratoberfläche noch geringer, so dass erheblich größere elektrische Felder und entsprechend kleinere Betriebsspannungen erzielt werden.
  • Durch die gebogene Form des Schaltelements in seiner Längsrichtung parallel zur Richtung der Signalleitung wird ein besonders großer Schaltweg möglich, so dass der Abstand im offenen Zustand bei geringer Größe des Schaltelements dennoch groß gestaltet werden kann und dadurch die Kapazität im offenen Zustand gering ist. Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird eine höhere mechanische Stabilität erreicht. Darüberhinaus können die Schaltelemente mit einer größeren Rückstellkraft versehen werden, da aufgrund der geometrischen Anordnung der Elektroden und der Schaltelemente eine größere elektrostatische Anziehungskraft erzielt werden kann, wobei dennoch im geöffneten Zustand eine geringe Störkapazität vorliegt. Insbesondere in weitgehend autonomen Systemen und vor allem bei Satellitenanwendungen wird durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Hochfrequenz-MEMS-Schalters eine verbesserte Langzeitstabilität und eine größere Zuverlässigkeit erzielt. Dabei wird auch die Gefahr der Adhäsion oder allgemein eines Hängenbleibens oder Verhakens des Schaltelements an der Substratoberfläche oder der Oberfläche der Signalleitung reduziert bzw. eliminiert.

Claims (16)

  1. MEMS-Schalter, umfassend: einen Signalleiter (12; 22), der auf einem Substrat (11; 21) angeordnet ist,
    ein länglich geformtes Schaltelement (13; 23), das einen gebogen ausgestalteten elastischen Biegebereich (131, 132) aufweist und auf dem Substrat (11; 21) befestigt ist, und
    eine Elektrodenanordnung (14a, 14b) zur Erzeugung einer auf das Schaltelement (13; 23) wirkenden elektrostatischen Kraft, um das Schaltelement (13; 23) zum Signalleiter (12; 22) hin zu biegen, welcher an dem Substrat (11; 21) ausgebildet ist,
    wobei das Schaltelement (13; 23) in seiner Längsrichtung parallel zum Signalleiter (12; 22) angeordnet ist und einen Kontaktbereich (15; 25) aufweist, der sich quer zum Schaltelement zumindest teilweise über dem Signalleiter (12; 22) erstreckt,
    wobei sich der elastische Biegebereich (131, 132) des Schaltelements (13; 23) bei Einwirkung der elektrostatischen Kraft fortschreitend in einer Richtung parallel zum Signalleiter (12; 22) an die Elektrodenanordnung (14a, 14b) annähert, um den Kontaktbereich (15; 25) dem Signalleiter (12; 22) anzunähern,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Schaltelement (13; 23) freitragend auf dem Substrat (11; 21) befestigt ist, einen mit einem Ende flächig auf der Substratoberfläche und parallel dazu befestigen Schaltarm (13a, 13b; 23a) bildet und in seinem elastischen Biegebereich (131, 132) gebogen ausgestaltet ist, und der übrige Teil des durch das Schaltelement (13; 23) gebildeten Schaltarms (13a, 13b; 23a) nach oben gebogen und von der Substratoberfläche entfernt ist,
    und dass die Elektrodenanordnung (14a, 14b) durch eine unterhalb des Substrats angeordnete Elektrode gebildet ist.
  2. MEMS-Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (11; 21) ein hochohmiges Substrat ist, das auf seiner Rückseite (Unterseite) eine die Elektrodenanordnung bildende Metallisierung (17) trägt.
  3. MEMS-Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (13) mindestens zwei Schaltarme (13a, 13b) mit gebogenem elastischen Biegebereich (131, 132) umfasst, die beidseitig des Signalleiters (12) parallel zu diesem angeordnet sind und an einem freien Ende durch eine über dem Signalleiter (12) positionierte Brücke miteinander verbunden sind.
  4. MEMS-Schalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Brücke den Kontaktbereich (15) bildet.
  5. MEMS-Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der gebogene Biegebereich (131, 132) durch bimorphes Material gebildet ist.
  6. MEMS-Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Biegebereich (131, 132) zur Erzeugung einer Zugspannung eine durch Laserheating angeschmolzene Oberfläche aufweist.
  7. MEMS-Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (13; 23) in Dünnfilmtechnologie gefertigt ist.
  8. MEMS-Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Einwirken der elektrostatischen Kraft der Kontaktbereich (15; 25) in direkten Kontakt mit dem Signalleiter (12; 22) gerät.
  9. MEMS-Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Einwirken der elektrostatischen Kraft der Kontaktbereich (15; 25) einen minimalen Abstand zum Signalleiter (12; 22) einnimmt.
  10. MEMS-Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der MEMS-Schalter als Hochfrequenz-MEMS-Schalter (10; 20) zum Führen und zeitweise Behindern und/oder Unterbrechen einer darin fortschreitenden elektromagnetischen Welle ausgestaltet ist.
  11. Verfahren zur Herstellung eines Hochfrequenz-MEMS-Schalters mit den Schritten:
    Ausbilden eines Signalleiters (12; 22) auf einem Substrat (11; 21),
    Ausbilden einer Elektrodenanordnung (14a, 14b) an dem Substrat (11; 21),
    Formung eines länglichen Schaltelements (13; 23) mit einem elastischen Biegebereich (131, 132) auf dem Substrat (11; 21) derart, dass es in dem Biegebereich (131, 132) von der Elektrodenanordnung (14a, 14b) durch eine elektrostatische Kraft der Länge nach zum Substrat (11; 21) hin gezogen wird und sich durch eine elastische Rückstellkraft im Biegebereich (131, 132) vom Substrat (11, 21) entfernt,
    wobei das Schaltelement in seiner Längsrichtung parallel zum Signalleiter (12; 22) derart angeordnet wird, dass sich ein seitlich hervorstehender Kontaktbereich (15; 25) des Schaltelements (13; 23) quer über den Signalleiter (12; 22) erstreckt,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Schaltelement (13; 23) freitragend auf dem Substrat (11; 21) befestigt ist, einen mit einem Ende flächig auf der Substratoberfläche und parallel dazu befestigten Schaltarm (13a, 13b; 23a) bildet und in seinem elastischen Biegebereich (131, 132) gebogen ausgestaltet wird, und der übrige Teil des durch das Schaltelement (13; 23) gebildeten Schaltarms (13a, 13b; 23a) nach oben gebogen und von der Substratoberfläche entfernt ausgestaltet wird,
    so dass sich der elastische Biegebereich (131, 132) des Schaltelements (13; 23) bei Einwirkung der elektrostatischen Kraft fortschreitend in einer Richtung parallel zum Signalleiter (12; 22) an die Elektrodenanordnung (14a, 14b) annähert, um den Kontaktbereich (15; 25) dem Signalleiter (12; 22) anzunähern,
    und dass die Elektrodenanordnung (14a, 14b) durch eine unterhalb des Substrats angeordnete Elektrode gebildet wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (11; 21) als hochohmiges Substrat hergestellt wird, und dass auf der Rückseite (Unterseite) des hochohmigen Substrats (11; 21) eine die Elektrodenanordnung bildende Metallisierung (17) ausgebildet wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (13) mindestens zwei Schaltarme (13a, 13b) mit gebogenem elastischen Biegebereich (131, 132) umfasst, die beidseitig des Signalleiters (12) parallel zu diesem angeordnet werden und an einem freien Ende durch eine über dem Signalleiter (12) positionierte Brücke miteinander verbunden sind.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Brücke als Kontaktbereich (15) ausgebildet wird.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Biegebereichs (131, 132) zur Erzeugung einer Zugspannung mittels Laserheating angeschmolzen wird.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Herstellung eines MEMS-Schalters nach einem der Ansprüche 1 bis 10 dient.
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