EP1357571A1 - Microelectromechanical system and its method of manufacture - Google Patents
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- EP1357571A1 EP1357571A1 EP02405334A EP02405334A EP1357571A1 EP 1357571 A1 EP1357571 A1 EP 1357571A1 EP 02405334 A EP02405334 A EP 02405334A EP 02405334 A EP02405334 A EP 02405334A EP 1357571 A1 EP1357571 A1 EP 1357571A1
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- H01H1/0036—Switches making use of microelectromechanical systems [MEMS]
- H01H2001/0042—Bistable switches, i.e. having two stable positions requiring only actuating energy for switching between them, e.g. with snap membrane or by permanent magnet
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- H01H2001/0078—Switches making use of microelectromechanical systems [MEMS] with parallel movement of the movable contact relative to the substrate
Definitions
- micro-electro-mechanical system micro electro-mechanical system, MEMS
- a corresponding method are, for example, out DE 198 00 189 A1 known.
- a micromechanical switch is described there, which is a flat carrier substrate, one on the carrier substrate fixed contact piece, a movable electrode and a fixed to the Carrier substrate connected includes the counter electrode.
- the movable electrode has a free end and a fixed one connected to the carrier substrate The End.
- the movable electrode and the counter electrode face each other Surfaces on.
- the electrostatic forces of attraction between the facing one another Surfaces of the movable electrode and the counter electrode is through applying a voltage between the movable electrode and the Counter electrode generated.
- a short circuit that is an electrical one Contact between the movable electrode and the counter electrode
- stoppers are inserted in the counter electrode, which over the protrude the surface of the counter electrode facing the movable electrode and are not at the same potential as the counter electrode.
- Springs can also be provided for the same purpose, on which the Counter electrode facing away from the movable electrode attached and the movement of the movable electrode in the direction of the counter electrode limit.
- the surface of the movable electrode facing the counter electrode be provided with an electrically insulating layer.
- the force therefore increases linearly with the surface, quadratically with the tension and inversely proportional to the square of the distance.
- the microsystem disclosed in the aforementioned DE 198 00 189 A1 has been published under Use of a silicon deep etching process generated from the carrier substrate. After applying a mask to the carrier substrate at the points where the mask is open, material is etched out of the carrier substrate. The resulting trenches or etching channels, at least have a minimum width characteristic of the etching process.
- a sacrificial layer process is used, the free end of the movable Separates the electrode from the carrier substrate.
- the carrier substrate below the moving parts of the micromechanical switch arranged sacrificial layer selectively removed by an etching process, wherein the sacrificial layer at locations where a connection to the substrate is desired is, as on the counter electrode, the fixed contact piece and the fixed end of the movable electrode.
- DE 42 05 029 C1 shows an electrostatically operated micro-electromechanical Relay that works horizontally. That means the switching movement this relay runs essentially perpendicular to a carrier substrate.
- a tongue-shaped electrode with a contact piece is made from a silicon substrate etched. The substrate is then placed on a counter substrate a counter electrode and a counter contact applied that the electrode includes a wedge-shaped gap with the counter electrode.
- By Applying a switching voltage between the electrode and the counter electrode these can be moved towards each other, creating an electrically conductive Connection between contact and counter contact can be achieved. Size Contact forces can be achieved through relatively wide electrodes.
- MEMS micro-electro-mechanical system To create
- Improved switchability can mean, for example, that a switching operation can already be triggered at lower switching voltages.
- New functionalities can, for example, the realization of de-energized closed Connections or of micro-relays with both de-energized open as well as voltage-free closed connections.
- micro-actuators can be new or be realized more simply or in an improved form.
- the second micro-element is a first solid which is firmly connected to the substrate End as well as a moving part, being in the working position of the first micro-element the movable part of the second micro-element by electrostatic forces between the first micro-element and the second micro-element from an off position to an on position is movable, and wherein the two micro-elements in the area of the the said smaller distance between the two micro-elements is present, have contact points and is electrically non-conductive are.
- the fact that there are points of contact means that the lower one mentioned Distance is zero.
- Electrostatically operating actuators whose electrostatically switchable electrodes (electrode and counter electrode) touch each other.
- the consequence of electrode gaps is improved switchability. Switching the actuator with very low switching voltages is possible.
- the first micro-element is additionally designed such that it is a includes adapted counter electrode, the shape of the second micro-element is adapted: the adapted counter electrode is shaped in such a way that the adjusted in the switch-on position of the second micro-element Counter electrode and the second micro-element in the area mentioned Overlap areas of contact over a large area.
- the on position The matched counter electrode of the second micro-element nestle and the second micro-element to each other. This will make one Maximized the areas between which the electrostatic Attractions act, which is greater electrostatic attractions and thus results in improved switchability. Switching the actuator with very low switching voltages.
- the said adapted Counter electrode additionally a second section, the opposite the section of the counterelectrode that clings to the second micro-element is stepped back.
- this second section of the adapted Counter electrode and the second micro-element close this second section of the adapted Counter electrode and the second micro-element a gap.
- the force that can be selected in this way can be, for example a contact force of the second micro-element on one or two electrical Contacts that are the second micro-element in its on position contacted, whereby a safe electrical contact can be made.
- a changeover switch relay realized.
- the movable part of the second micro-element by switching the first micro-element elastically deformable from the initial position to the working position. Thereby it is possible to implement closed connections without voltage.
- the method according to the invention includes two Micro elements with facing surfaces switching the bistable switchable micro-element. This can create new or improved ones MEMS such as those mentioned above are manufactured.
- Fig. 1 shows a schematic plan view of a first according to the invention micro-electromechanical system (MEMS). It comprises a first micro element 1 and a second micro element 2, both rigid with one Substrate S are connected.
- MEMS micro-electromechanical system
- the substrate S is a wafer made of single-crystal silicon, in which one of the two largest surfaces forms a main surface of the substrate. In Fig. 1, this main surface lies in the paper plane.
- DRIE dry reactive ion etching
- sacrificial layer technology the first micro-element 1 and the second micro-element 2 from the S shaped substrate.
- the structuring process DRIE has the property of removing material Procedure to be; it is an etching process. It also has the property good for creating narrow yet deep channels, columns or Trenches to be suitable, giving the DRIE a preferred direction which can be the direction of the preferred material removal indicates and is therefore perpendicular to the main surface of the substrate. Perpendicular again to this preferred direction is the width of one using DRIE generated trench downwards, i.e. narrow trenches.
- micro elements 1, 2 are formed from the substrate can, is known to the person skilled in the art and can also, for example, of those mentioned Laid-open application DE 198 00 189 A1 can be found in the hereby included in the description with its entire disclosure content becomes.
- Micro-elements created with DRIE typically have side faces, which are aligned almost perpendicular to the main surface of the substrate S, or in other words: (local) surface normal vectors of the side surfaces run practically parallel to the main surface of the substrate S.
- Such Micro elements are therefore essentially in the form of a straight line (right angled) prism, the base of which is parallel to the main surface of the Substrate S is aligned.
- the level is typically such Micro element (perpendicular to the main surface) very large compared to the (Narrowest) width of such a micro element.
- the first micro element and the second micro element are of this type.
- the first micro-element 1 is a bistable elastic MEMS mechanism trained as described in the publication J. Qiu et al., "A Centrally-Clamped Parallel-Beam Bistable MEMS Mechanism ", Proc. Of MEMS 2001, Interlaken, Switzerland, Jan. 20-22, 2001. Details about Embodiments, properties and for the production of such Micro-elements can be found in this publication, which hereby included in the description with its entire disclosure content becomes.
- the first micro element 1 is at a first end 6 and a second end 7 fixed on the substrate S. In between that points first micro-element 1 two parallel, cosine curved Spring tongues on the middle 8 between the two ends 6.7 with each other are connected. Considering their small width and their large These spring tongues can be adjusted in height (perpendicular to the main substrate surface) also understand as a parallel membrane.
- the first micro-element 1 is bistable between an initial position A and a working position B switchable (the latter shown in dashed lines in Fig. 1). This means that the micro-element 1 has two mechanically stable states or positions A and B, between which there is a lateral, force parallel to the substrate can be moved back and forth; the movement takes place essentially laterally. Any intermediate positions are not stable, but independently lead to a rapid transition into one of the two stable states A or B. The transition takes place by preferably elastic deformation of the first micro element 1.
- the first micro-element 1 consists here only of a switching part 5, through which it is bistable switchable.
- the first micro-element 1 faces the second micro-element 2 Page a side formed by DRIE, the first Area 3a is called.
- This first surface 3a has a first coating 3b, which is electrically insulating and its outer, that is, from the Surface 3a facing away from the first surface 3 of the first Micro-element 1 forms.
- the first coating 3b is typically generated by oxidation of the silicon.
- the second micro-element 2 has a first fixed end 10 on which it is fixed on the substrate S, and a movable part 11; it is arranged next to the first micro-element 1.
- the second micro-element 2 On that side of the second micro-element facing the first micro-element 1 the second micro-element 2 has a side surface shaped by DRIE on, which is referred to as the second surface 4a.
- This second surface 4a has a second coating 4b, which is electrically insulating and whose outer surface, ie the surface facing away from the second surface 4a forms second surface 4 of the second micro-element 2.
- the first surface 3 and the second surface 4 are surfaces facing one another, as well as the first surface 3a and the second surface 4a facing each other are.
- the second coating 4b is also typically made by oxidation of silicon.
- the first micro-element 1 in the initial position A and that second micro-element 2 in an off position A ' is the first micro-element 1 in the initial position A and that second micro-element 2 in an off position A '. Since the surfaces 3a and 4a are formed in the middle DRIE, they have a distance from each other that is at least is as large as a minimum distance given by DRIE. With the The distance between the surfaces means the distance between the two Have points that are closest to each other, one Point on the first surface 3a and the other point on the second surface 4a lies. So the distance is the width of the trench between the first Surface 3a and the second surface 4a at its narrowest point. 1 is this point at a corner of the first fixed end 10 of the second micro-element 2 and near the first end 6 of the first micro-element 1 the membrane of the first micro-element 1, which has the first surface 3a.
- the initial position A of the first micro-element 1 is a production-related one Initial position.
- the arrangement of the first micro element 1 and of the second micro-element 2 is selected such that after a switchover of the first micro-element 1 from the initial position A to the working position B the distance of the first surface 3a from the second surface 4a is smaller than that mentioned by the manufacturing process (e.g. DRIE) given minimum distance.
- the distance is even zero, that is, in working position A, the first micro-element touch 1 and the second micro-element 2.
- the working position A can intended interaction of the first micro-element 1 with the second micro-element 2 take place within the MEMS.
- the MEMS in Fig. 1 represents a micro-actuator that of the first micro-element 1 and the second micro-element 2, together with the substrate S. is formed.
- the second micro-element 2 acts as a movable, electrostatically switchable electrode and the bistable switchable first micro-element 1 as an associated electrostatic counter electrode.
- the first Micro-element 1 is in working position A.
- the functioning of the micro-actuator when it is in working position B is essentially known from the prior art: On the first fixed End 6 of the first micro element 1 is a contacting electrode C, and at the first fixed end 10 of the second micro-element 2 a contacting electrode C 'is provided. These contact electrodes C, C 'are used to apply switching voltages to the micro-elements 1,2, through which the micro-elements are charged electrostatically, so that electrostatic forces between micro-elements 1 and 2 Act.
- the material from which the micro-elements are made be sufficiently conductive, for example by appropriate doping of silicon is reached.
- the electrostatic force increases inversely proportional to the distance.
- the MEMS according to the invention Fig. 1 has the great advantage, even with smaller switching voltages to be switchable than they would be required for a MEMS, its distance between electrode and counterelectrode greater than or equal to that due to Structuring method given the minimum distance.
- the micro actuator in FIG. 1 can be used, for example, as an optical micro switch can be used by passing a light beam to be switched or interrupted by the movable part 11 of the second micro-element 2 will, depending on whether the second micro-element 2 is in the off position A 'or in the switch-on position B'. Redirecting is just as good a light beam with the micro-actuator in Fig. 1 possible, for example when in the movable part 11 of the second micro-element 2 reflective area is arranged (not shown).
- the switch-on position B ' is by definition present when there are suitable switching voltages; otherwise the switch-off position A 'is present.
- the bistable switchable first micro-element 1 is called an electrostatic Electrode or counter electrode used.
- FIG. 2 shows a MEMS which largely corresponds to the MEMS from FIG. 1; Indeed the first micro element 1 is constructed differently.
- the first micro element 1 is here lateral as another, bistable and preferably elastic switchable mechanism.
- the first micro element 1 is also here at a first end 6 and a second end 7 on the substrate S. set.
- the first micro-element 1 has a curved one Spring tongue, which has the shape of an antinode. In view of its small width and great height (perpendicular to the Substrate main surface) this spring tongue can also be used as a membrane describe.
- the first micro-element 1 In the initial position A, that is, in the state in which the first micro-element 1 is structured, the first micro-element 1 describes one symmetrical antinode, in working position B an asymmetrical one Vibration belly (the latter drawn in dashed lines in Fig. 2).
- the asymmetrical antinode represents the second stable position of the first Micro-element 1 represents and comes about by the fact that one with the Substrate S firmly attached stop the first micro-element 1 in the working position B touches and the corresponding deformation of the first Micro-element 1 leads. This stop is here by a corresponding formed and arranged first fixed end 10 of the second micro-element 2 formed.
- the corresponding point of contact is expedient right of a link that runs from the second end 7 extends to the first end 6 of the first micro-element 1 when the symmetrical antinode in the initial position A to the left of this Connection route is arranged.
- the value of a parallel to this link position coordinate of the point of contact not 0.5 (no asymmetrical antinode) and lies preferably between 0.52 and 0.92 the length of the link; it is here about 0.84.
- the stop can also by a correspondingly shaped first End 6 or second end 7 of the first micro-element 1 are formed or as a separately fixed stop on the substrate S (which is then to be regarded as belonging to the first micro-element 1).
- the MEMS becomes the first after the application of coatings 3b, 4b Micro-element 1 switched from initial position A to working position B, where in working position B the distance between the two Micro elements 1.2 is smaller than the minimum distance mentioned.
- MEMS thus become two micro-elements with one through the structuring process not produced a small distance apart (by taking advantage of the bistable switchability of one of the micro elements).
- FIG. 3 shows a MEMS according to the invention, which largely corresponds to that in FIG. 1 shown embodiment corresponds; however, the first is here Micro-element 1 not only from a switching part 5, but also includes another electrode 9.
- the electrode 9 has an elongated part, the first surface 3a, the first coating 3b and the first surface 3 of the first micro-element 1 includes. This part is by means of another elongated part, which is aligned approximately perpendicular to the above is, with the switching part 5 in the middle 8 between the ends 6,7 of the first Micro-element 1 connected.
- the electrode 9 Since the electrode 9 is attached to the switching part 5, it moves with the Switching part 5 with when from the initial position A to the working position B (and back again if necessary). Become more suitable by creating Switching voltages electrostatic attraction between the first Micro element 1 (naturally in working position A) and the second micro element 2 generated, so the movable part 11 of the second micro-element 2 elastically deformed and approaches the electrode 9: It is from the switch-off position A 'switched to the switch-on position B'.
- the shape of the Electrode 9, and in particular the shape of first surface 3, is preferred shaped such that the first surface 3 and the second Touch surface 4 fully in the switch-on position. It means that there is a flat contact between the two surfaces 3, 4, which does not mean that the two surfaces 3, 4 completely touch have to.
- the first surface 3 is thus in the shape of the second surface 4 adjusted in the switch-on position.
- the two surfaces 3, 4 are nestled against each other in the switch-on position B '.
- By the adapted Electrode 9 becomes the effective area for the electrostatic forces maximized and the effective distances minimized. Consequently, at low switching voltages can be switched.
- FIG. 3 For more details on the Embodiment of FIG. 3 is written to that written in connection with FIG. 1 directed.
- the second micro-element 2 has or more precisely: the movable part 11 of the second micro-element 2, one Contact area 16, which is electrically conductive.
- the Contact area 16 in the area of that end of the movable part 11 of the second micro-element 2, which is not at the first fixed end 10 of the second micro-element 2 borders.
- the contact area 16 forms part of a side surface of the second micro-element 2 and is preferred formed as a coating that by means of vapor deposition or Sputtering techniques is applied to the second micro-element 2.
- the MEMS further comprises two electrically fixed on the substrate S. conductive fixed contacts 17, 18.
- the arrangement of the fixed contacts 17, 18 and the contact area 16 is selected in such a way that more suitable in the event of concerns Switching voltages on the first micro-element 1 and the second micro-element 2 (i.e. in the switch-on position B 'of the second micro-element 2) the contact area 16 an electrically conductive connection between the Fixed contact 17 and the fixed contact 18 generated.
- a ' is in the off state this is not the case. So there is an electrostatic micro-relay through which is formed by the fixed contacts 17, 18 by means of the switching voltages Connection can be switched.
- the open distance between the Contact area 16 of the second micro-element 2 and the fixed contacts 17.18 can be selected and can be reproduced very well in terms of production technology.
- the contact area 16 is in FIG. 4 on that side of the second micro-element 2 arranged, which faces the first micro-element 1, on the side that also contains the surface 4.
- the fixed contacts 17, 18 are in such a way that that they are in that area of the substrate S which is on the side of the second micro-element facing away from the first micro-element 1 2 lies.
- the contact area 16 is then corresponding to that Side of the movable part 11 of the second micro-element 2, which faces away from the first micro-element 1.
- the relay can be switched by repulsive electrostatic forces.
- this micro relay or that Fig. 4 shown to build micro-relays without (adapted) electrode 9 (analogous to the structure in Fig. 1).
- the MEMS also includes one third micro-element 1 'and two further fixed contacts 17', 18 '; and the second micro-element 2 has a further electrically conductive contact area 16 'on which on one side of the movable part 11 of the second Micro-element 2 is arranged, which is the side facing the Has contact area 16.
- the third micro-element 1 'and the others Fixed contacts 17 ', 18' are movable with respect to the elongated Part 11 of the second micro-element 2 arranged in mirror image to the first micro element 1 and the fixed contacts 17, 18.
- the arrangement must not be exactly mirror images; it is sufficient if the third micro-element 1 'connected to the substrate in a region of the substrate S. is that on the side facing away from the first micro-element 1 of the second Micro-element (2) and the other fixed contacts 17 ', 18' in one area of the substrate S are connected to the substrate on which the Fixed contacts 17, 18 facing away from the second micro-element 2.
- the structure of the third micro-element 1 ' corresponds to the structure of the first Micro-element 1.
- the other fixed contacts 17 ', 18' are of the same type designed like the fixed contacts 17, 18.
- the interaction between the third micro-element 1 'and the corresponds to the second micro-element (2) and the further fixed contacts (17 ', 18') the interaction between the first micro-element described above 1 and the second micro-element 2 and the fixed contacts 17, 18.
- suitable switching voltages are applied to the third micro-element 1 ' and the second micro-element 2 can be an electrically conductive connection between the further fixed contacts 17 ', 18' through the further contact area 16 'can be created.
- Three-position switch or a changeover relay that defined three States have: (1.) contacts between the two fixed contact pairs 17, 18; 17 ', 18' open, (2.) contacts between the further fixed contacts 17 ', 18' open and Contacts between the fixed contacts 17, 18 closed and (3.) contacts between the fixed contacts 17, 18 open and contacts between the others Fixed contacts 17 ', 18' closed.
- FIG. 6 shows a further MEMS according to the invention, which largely corresponds to the MEMS from FIG. 4. It contains the characteristics of the MEMS Fig. 4, for which reference is made to the corresponding part of the description.
- the electrode 9 of the first micro-element 1 is special here educated.
- the electrode 9 has an (optionally step-shaped) recess on.
- the electrode 9 comprises a gap-forming surface 12 which stepped in relation to the first surface 3 of the first micro-element 1 is set back. You can see this electrode 9 as a stepped Designate electrode 9.
- attractive electrostatic Forces to switch from switch-off position A 'to switch-on position B' used.
- the first micro-element 1 is in the working position B.
- the second micro-element 2 and the second micro-element 2 in the switch-on position B ' they close gap-forming surface 12 and the second micro-element 2, or more precisely: the movable part 11 of the second micro-element 2, a gap 13.
- the choice of the geometry of the gap allows one targeted predetermination and choice of contact force. In particular, can for this purpose the length of the gap and the width of the gap (i.e.
- the Distance between movable part 11 of the second micro-element 2 and the gap-forming surface 12) and optionally the course of the Width of the gap can be selected.
- the length of the gap by approximately one order of magnitude, preferably by approximately two orders of magnitude larger than the width of the gap.
- An (approximately) evenly is advantageous wide gap selected, and the first surface 3 touches the second Full surface 4. The relative arrangement of the micro elements 1, 2 and the fixed contacts 17, 18 on the substrate must be carried out carefully.
- Such a MEMS has the advantage that problems that may arise when switching from switch-on position B 'to switch-off position A', caused by slow or poor detachment of the movable part 11 of the second micro-element 2 from the electrode 9 (more precisely: from the first surface 3) for example due to surface effects can occur, can be reduced.
- the (air) gap 13 allows one rapid detachment of the movable part 11 of the second micro-element 2 from the electrode 9 when switching from the switch-on position B 'to the switch-off position A ', while still in the switch-on position B' large electrostatic Attractive forces between the first micro-element 1 and the second micro-element 2 act if the gap width is appropriate was chosen low.
- the movable part 11 of the second Micro-element 2 is specially designed here. It has a first area 14 and a second area 15, the first area 14 being less is stiff, that is to say more easily deformable, than the second region 15. And the first area is between the fixed first end 10 of the second Micro-element 2 and the second region 15 are arranged.
- the contact area 16 is advantageously arranged in the second area 15, in particular in the Region of the end of the second opposite the first region 15 Area 16.
- the second area 15 comprises at least that Area of the movable part 11 in which the movable part 11 and the second micro-element 2 do not face each other.
- the second region 15 advantageously at least that area of the movable Part 11, in which the movable part 11 and the gap-forming surface 12 face each other.
- the second area 15 also has a (slight) overlap with the first Surface 3 has.
- the greater stiffness of the second area 15 compared to the first area 14 is achieved in the exemplary embodiment from FIG. 7 in that the second region 15 is thicker or wider than the first region 14. It is also possible to make the second region 15 more difficult to bend make, for example, by applying a coating there; to the Example on a base of the straight prismatic body that the forms second region 15, or on at least one of the side surfaces. through a correspondingly (large, long) trained contact area, the is designed as a coating, this could be achieved.
- NO connection means that connection is open when a suitable switching voltage is not present (open when de-energized), as in the exemplary embodiments listed above (Fig. 4 to Fig. 7) is the case.
- NC connections which are not used a suitable switching voltage are closed (de-energized closed), on the other hand, are difficult to implement, but are in this Embodiment realized.
- an NC connection is in here a MEMS structured using DRIE.
- the MEMS in FIG. 8 is constructed in mirror image and comprises a first micro element 1, a third micro-element 1 ', a fourth micro-element 19 and a fifth micro-element 20, which are all bistable and one stable initial position A (drawn solid) and a stable working position B (shown in dashed lines). They are here as such bistable micro-elements are formed, as they are in connection with FIG. 1 are described in more detail (two parallel, cosine-shaped, connected in the middle Spring tongues). The position in which these micro elements are used The first position is A.
- the first micro element 1 and the third micro-element 1 ' largely correspond to each other in their Function. They consist of only one switching part 5.
- the fourth micro element 19 and the fifth micro-element 20 also correspond to one another largely in their function. They each have a contacting electrode D, D '(for applying a signal to be switched, for example one electrical current) and an electrically conductive contact electrode 21, 22 on.
- the conductivity of the contact electrodes 21, 22 is preferably determined by creates a metallic coating.
- the contact electrodes 21, 22 are elongated, finger-shaped and approximately in the middle 8 between the two Ends of the respective micro element 19, 20 on the respective micro element 19.20 attached.
- the MEMS has two more with the Fixed electrodes 17, 18 connected to substrate S (for the application of another electrical current to be switched).
- the MEMS in FIG. 8 further comprises a second micro-element 2.
- the second micro element 2 is a monostable switchable micro element; it therefore only has a stable position. It includes a first fixed end 10 and a second fixed end 10 ', which ends 10,10' on the substrate S are fixed, and a between these two fixed ends 10,10 ' arranged movable part 11.
- the movable part 11 is as one, preferably Vibration-bellied, curved structure designed to the the two fixed ends 10, 10 'of the second micro-element 2 is attached and has an electrically conductive contact region 16.
- the mobile Part 11 also has a second surface 4, which is of an optional second coating 4b is formed, and what second surface 4 facing a first surface 3 of the first micro-element 1 is. The situation is analogous with a fourth surface 4 'of the second micro-element 2 and a third surface 3 'of the third micro-element 1'.
- the second surface 4 is between the first fixed end 10 and the Contact area 16 arranged.
- the fourth surface 4 ' is between the second fixed end 10 'and the contact area 16.
- To the structuring of the second micro-element 2 is the movable one Part 11 in the off position A ', the stable position of the second Micro element 2.
- the bistable micro-elements 1, 1 ', 19, 20 Due to the existence of the minimum distance between are two micro elements or surfaces created by DRIE the bistable micro-elements 1, 1 ', 19, 20 from the second micro-element 2 spaced with at least one such minimum distance.
- the optional non-conductive coatings 3b, 3b 'of the first and third micro-element 1,1 'and the optional electrically conductive Coatings of the contact electrodes 21,22 are in the context of Manufacturing method of the MEMS according to the invention the bistable micro-elements 1,1 ', 19,20 switched from the initial position A to the working position B. This will set the distance between the micro elements or Surfaces less than the specified minimum distance; touch in Fig. 8 even the micro elements. In particular, both contact electrodes touch 21, 22 the contact area 16.
- Fig. 9 shows a two-way switching relay, which apart from a normally open connection (NO connection) also a normally closed connection (NC connection) includes.
- the MEMS is structured very similar to that described in Figure 8; for corresponding features, refer to the above Text referenced.
- the second micro-element 2 is not monostable here, but designed to be bistable. In particular, it has a structure with two parallel, cosine-shaped spring tongues connected in the middle, as described in detail in connection with FIG. 1.
- the two stable positions of the second micro-element 2 are the switch-off position A 'and the switch-on position B'.
- a big advantage of the bistability of the second micro element 2 is that there is no applied switching voltage required to the second micro-element 2 in the switch-off position A 'or Hold switch position B '. After applying a suitable switching voltage and the switching process caused thereby into the other state A ', B', the second micro-element 2 automatically remains in this state FROM'. This allows each of the two pairs of contacts to which one is closed switching signal is present (fixed electrodes 17, 18 or micro-elements 19, 20) can be an NO connection or an NC connection.
- the MEMS in FIG. 9 has two further bistable switchable micro-elements on: the sixth micro element 23 and the seventh micro element 24. These are also here with two parallel, cosine-shaped, in the middle connected spring tongues and each have one (adapted) electrode 9. They are arranged in the region of the substrate S, which is on the side of the second micro-element 2 that the Micro-elements 1.1 'is facing away.
- the micro elements 23, 24 act in analogously with the second micro-element 2 together as the micro-elements 1.1 '.
- the second micro-element 2 has one sixth surface 26a and an eighth surface 26a 'with a fifth Surface 25a (of the sixth micro element 23) or a seventh Surface 25a '(the seventh micro-element 24) interact.
- electrostatic attraction forces between the second micro-element 2 and the sixth micro-element 23 (more precisely: between the corresponding Surfaces or surfaces) or the seventh micro-element 24 (more precisely: between the corresponding surfaces or surfaces) can the second micro-element 2 from the on state B 'in the Switch-off state A 'can be switched.
- 10a to 10c show a further advantageous embodiment of the Invention in different positions.
- This MEMS is a micro relay with an NC connection, which is generally only is difficult to implement.
- the MEMS is based on that shown in FIG. 4 Embodiment described, since it has the same components having.
- 10a shows the MEMS, in the state it is after the structuring by means of DRIE: The first micro element 1 is in the initial position A.
- Fig. 10b shows the MEMS in a state in which the first micro-element 1 is in the working position B, and that second micro-element 2 is in the off state A '.
- 10c shows the MEMS in a state in which the first micro-element 1 is in the working position B, and the second micro-element 2 in the Switched on state B '.
- the first micro-element 1 after switching from the initial position A in the working position B comes closer than the minimum distance given by DRIE and only touches the second micro element 2 (lightly).
- the arrangement of the micro elements 1, 2 on the substrate S and the configuration of the Micro elements 1, 2 selected such that the first micro element 1 in the Working position B a force on the movable part 11 of the second micro-element 2 exercises, which leads to a (clear) elastic deformation of the Movable part 11 of the second micro-element 2 leads (see Fig. 10b).
- the movable part 11 of the second micro-element 2 is deformed in such a way that the electrically conductive contact area 16 of the second micro-element 2 Conductively connects the fixed contacts 17, 18:
- the NC connection is closed. It becomes a tension-free closed but detachable contact realized; in a MEMS structured using DRIE.
- By switching the first micro-element 1 from the initial position A in the working position B is a switching operation of the second micro-element 2 evoked. Since there is no switching voltage required, is the second micro-element 2 after this switching process in the Switch-off position A '.
- a suitable switching voltage between the first micro-element 1 and the second micro-element 2 can be created.
- the NC connection is opened and the second micro element 2 goes into the on state B '(see Fig. 10c).
- the electrode 9 can be omitted. Or the electrode 9 can be designed differently.
- the electrode 9 and the micro-elements can advantageously be designed in this way 1.2 to each other so that the points of contact between the two micro-elements 1, 2 (if the first micro-element 1 in is the working position A and the second micro-element 2 in the switch-off position A 'is) lying essentially on a straight line with the center 8 in the initial position A and the middle 8 in the working position. This can cause a low mechanical stress on the first micro-element 1 reached be, with large contact forces on the fixed contacts 17,18 can be exercised (safe contacts).
- a second pair of fixed contacts 17 ', 18' (not shown in Fig. 10) to be provided, these fixed contacts 17 ', 18' being arranged such that the contact area 16 of the second micro-element 2 these fixed contacts 17 ', 18' electrically conductively connects to one another when the second micro-element 2 is in the switch-on position B '.
- the movable part 11 of the second micro-element 2 are formed in two parts (analogous to that Embodiment of Fig. 7).
- FIG. 11a and 11b show a possible embodiment in which the moving parts of the MEMS are essentially horizontally movable.
- Figure 11a is a cross-sectional side view of the one shown in plan in Figure 11b MEMS.
- Fig. 11b with XIa-XIa is the line of the section of the 11a.
- the MEMS is a micro relay with an NC connection.
- the first micro-element 1 is here a bistable in the form of an antinode elastically switchable micro-element, analogous to that in FIG. 2 shown first micro-element 1.
- A In the initial position A is the symmetrical Vibration belly arched away from the substrate S.
- the second end 7 of the first micro-element 1 is designed here as a bridge. Thereby can the second micro-element arranged below the antinode 2 to outside the area between the first end 6 and second end 7 of the first micro-element 1 extend.
- the first firm End 10 of the second micro-element 2 serves as a stop for the Formation of the asymmetrical antinode of the first micro-element 1 in working position B.
- the movable part 11 of the second micro-element 2 initially runs (after structuring) substantially parallel to the main surface of the Substrates S. After switching the first micro-element 1 from the initial position A in working position B the first micro-element 1 exercises Compressive force on the movable part 11 of the second micro-element 2.
- the second micro element 2 is elastically deformed. It gets into his Switch-off position A ', in which a fixedly attached to the movable part 11 movable contact electrode E a fixed electrode fixed on the Sustrat S. 17 touches. This creates an NC connection between the movable Contact electrode E and the fixed electrode 17. This generation of a NC connection is quite analogous to that in connection with the 10a to 10c described method.
- the second micro-element 2 goes into the on state B 'above, in which the movable part 11 of the second micro-element 2 is bent away from the substrate and the NC connection is opened is.
- the contacting electrodes C, C ' serve to apply Switching voltages. Contacting electrodes are used to apply a signal to be switched D, D '
- the contacting electrode D which is electrical connected to the movable contact electrode E is here on the first fixed end 10 of the second micro-element 2 arranged. With the fixed contact 17 electrically connected contacting electrode D 'is on arranged the substrate S.
- MEMS such as those described above MEMS can also be implemented as horizontally operating MEMS.
- An arrangement with a fixed electrode 17 and a movable contact electrode E, as in Fig. 11a and 11b, is also advantageous in the above described MEMS, which with a contact area 16 and two fixed electrodes 17, 18 are described, realizable.
- a MEMS according to the invention is not only, as in the examples above, as Switch or relay executable.
- Various micro-actuators can be implemented.
- the substrate S used to produce a MEMS according to the invention is preferably flat. Typically it has one Main area that is structured to produce the MEMS, the Movement of the moving parts of the MEMS essentially parallel or are movable perpendicular to this main surface.
- Substrate S made of a semiconductor material, in particular silicon, which is advantageous monocrystalline and particularly advantageous (for sufficient electrical Conductivity) is also endowed. With single-crystalline silicon is under Mechanical stress-resistant bistable switchable micro elements 1,1 ', 2,19,20,23,24 advantageously no or only very slow Relaxation to be expected.
- an SOI wafer silicon-on-insulator
- silicon oxide-silicon there the silicon oxide layer serves as a sacrificial layer.
- the structuring process mentioned is typically a material-removing process Process, preferably an etching process.
- the LIGA technology or in particular the reactive ion etching and particularly advantageously the ion etching (DRIE) come into question here.
- the DRIE process has the advantage to be very well suited for the creation of surfaces which (relative to their subtrate perpendicular height) are closely spaced and practically perpendicular to the main surface of the substrate S.
- the laterally working MEMS is well suited DRIE.
- the material Applying are conceivable, for example when facing each other Depending on the process, surfaces must have a minimum distance. For example Rapid prototyping processes using photopolymerization.
- actuators that can be actuated electromagnetically or piezoelectrically will be realized.
- the actuating forces can be repulsive or attractive his.
- a bistable switchable micro-element according to the invention can also be tristable or otherwise switchable multistable. It is for some applications furthermore, it is not necessary for the micro-elements 1, 1 ', 19, 20, 23, 24 after the first switch from the initial position A to the working position B can also be switched back to the initial position A.
- the micro elements 1, 1 ', 19, 20, 23, 24 are preferably bistably elastic switchable and switchable back to initial position A. Especially It is advantageous to use the bistable micro-elements 1,1 ', 2,19,20,23,24 the described cosine or as the described antinode Form micro-elements, these also in modified form Form and combined within a MEMS can be realized.
- the micro elements can optionally be electrically conductive or be coated electrically non-conductive.
- a non-conductive coating preferably serves to prevent discharges between one another touching electrostatic electrodes.
- the contacting electrodes C, C ', D, D' can be produced in a known manner (for example by sputtering) and for example contactable by bonding.
- the first switching of the first micro-element 1 and also the other bistable switchable micro-elements 1 ', 19, 20, 23, 24 of the initial position A in the working position B as yet to the manufacturing process of the MEMS is to be considered properly.
- This initial switching process can be done mechanically. However, this switching operation is preferably carried out in Carried out as part of a quality or functional test (burn-in) of the MEMS, other units connected to the substrate also being tested or can be initialized.
- the initial switching process can then preferably by creating an attractive force between the bistable Micro-element 1,1 ', 19,20,23,24 and the second micro-element 2 take place, this force advantageously by applying a switching voltage he follows.
- a switching voltage is typically higher than one Switching voltage used to switch the second micro-element 2 between Switch-off position A 'and switch-on position B' is used.
- the linear expansion of the MEMS described is typically between 0.2 mm and 5 mm, preferably 0.8 mm to 2 mm.
- DRIE as a structuring process is the minimum distance mentioned (minimum trench width) about 5 ⁇ m to 15 ⁇ m; it shows little dependence on the Depth of the structured trench.
- Layer thicknesses of the electrically non-conductive coatings 3b, 3b ', 4b, 4b' are typically 50 nm to 500 nm
- the switching voltages for the MEMS described are typically 10 V to 80 V, preferably 25 V to 50 V.
- electrostatic attractive forces are typically used for this Switching voltages between 70 V and 300 V, preferably between 100 V and 200 V.
Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der mikro-elektromechanischen Systeme, insbesondere
- auf ein Mikro-elektromechanisches System gemäss dem Oberbegriff des
Patentanspruches 1 sowie - auf ein Verfahren zur Herstellung eines mikro-elektromechanischen Systems gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 21.
- to a micro-electromechanical system according to the preamble of
claim 1 and - to a method for producing a micro-electromechanical system according to the preamble of claim 21.
Eine derartiges, den Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 21 bildendes
mikro-elektromechanischen System (micro electro-mechanical system,
MEMS) und ein entsprechendes Verfahren sind beispielsweise aus
DE 198 00 189 A1 bekannt. Dort ist ein mikromechanischer Schalter beschrieben,
welcher ein flächiges Trägersubstrat, ein auf dem Trägersubstrat
festgesetztes Kontaktstück, eine bewegliche Elektrode und eine fest mit dem
Trägersubstrat verbunden Gegenelektrode umfasst. Die bewegliche Elektrode
hat ein freies Ende und ein festes, mit dem Trägersubstrat verbundenes
Ende. Die bewegliche Elektrode und die Gegenelektrode weisen einander zugewandte
Oberflächen auf. Durch elektrostatische Anziehungskräfte zwischen
diesen einander zugewandten Oberflächen kann die bewegliche Elektrode
derart gebogen, das heisst elastisch verformt werden, dass sich das
freie Ende der beweglichen Elektrode der Gegenelektrode und dadurch auch
dem Kontaktstück annähert, bis es zum Kontakt zwischen dem freiem Ende
der beweglichen Elektrode und dem Kontaktstück kommt. Die Bewegung des
freien Endes der beweglichen Elektrode erfolgt dabei lateral, das heisst parallel
zu dem flächigen Trägersubstrat.Such a, forming the preamble of
Die elektrostatischen Anziehungskräfte zwischen den einander zugewandten Oberflächen der beweglichen Elektrode und der Gegenelektrode wird durch das Anlegen einer Spannung zwischen der beweglichen Elektrode und der Gegenelektrode erzeugt. Um einen Kurzschluss, das heisst einen elektrischen Kontakt zwischen der beweglichen Elektrode und der Gegenelektrode zu vermeiden, sind Stopper in die Gegenelektrode eingebracht, die über die der beweglichen Elektrode zugewandte Oberfläche der Gegenelektrode herausragen und nicht auf demselben Potential liegen wie die Gegenelektrode. Zu demselben Zwecke können auch Federn vorgesehen sein, die auf der der Gegenelektrode abgewandten Seite der beweglichen Elektrode angebracht sind und die Bewegung der beweglichen Elektrode in Richtung der Gegenelektrode einschränken. Zusätzlich kann zu demselben Zwecke auch noch die der Gegenelektrode zugewandte Oberfläche der beweglichen Elektrode mit einer elektrisch isolierenden Schicht versehen sein.The electrostatic forces of attraction between the facing one another Surfaces of the movable electrode and the counter electrode is through applying a voltage between the movable electrode and the Counter electrode generated. A short circuit, that is an electrical one Contact between the movable electrode and the counter electrode To avoid, stoppers are inserted in the counter electrode, which over the protrude the surface of the counter electrode facing the movable electrode and are not at the same potential as the counter electrode. Springs can also be provided for the same purpose, on which the Counter electrode facing away from the movable electrode attached and the movement of the movable electrode in the direction of the counter electrode limit. In addition, the the surface of the movable electrode facing the counter electrode be provided with an electrically insulating layer.
Die elektrostatische Anziehungskraft Fzwischen zwei parallelen Oberflächen
der Fläche A im Abstand d bei Anliegen einer Schaltspannung U zwischen
den beiden Oberflächen ist gegeben durch
Die Kraft nimmt also linear mit der Fläche, quadratisch mit der Spannung und umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstandes zu.The force therefore increases linearly with the surface, quadratically with the tension and inversely proportional to the square of the distance.
Das in der genannten DE 198 00 189 A1 offenbarte Mikrosystem wurde unter Einsatz eines Siliziumtiefenätzprozesses aus dem Trägersubstrat erzeugt. Dabei wird nach Aufbringen einer Maske auf das Trägersubstrat an den Stellen, an denen die Maske geöffnet ist, Material aus dem Trägersubstrat herausgeätzt. Dadurch entstehenden Gräben oder Ätzkanäle, die mindestens eine für das Ätzverfahren charakteristische minimale Breite haben.The microsystem disclosed in the aforementioned DE 198 00 189 A1 has been published under Use of a silicon deep etching process generated from the carrier substrate. After applying a mask to the carrier substrate at the points where the mask is open, material is etched out of the carrier substrate. The resulting trenches or etching channels, at least have a minimum width characteristic of the etching process.
Um eine Beweglichkeit des freie Endes der beweglichen Elektrode zu erreichen, wird ein Opferschichtprozess angewendet, der das freie Ende der beweglichen Elektrode von dem Trägersubstrat trennt. Dazu wird eine im Trägersubstrat unterhalb der beweglichen Teile des mikromechanischen Schalters angeordnete Opferschicht durch einen Ätzprozess selektiv entfernt, wobei die Opferschicht an Stellen, an denen eine Verbindung zum Substrat erwünscht ist, wie an der Gegenelektrode, dem festgesetzten Kontaktstück und dem festen Ende der beweglichen Elektrode, weiterbesteht.In order to achieve mobility of the free end of the movable electrode, a sacrificial layer process is used, the free end of the movable Separates the electrode from the carrier substrate. For this, one is in the carrier substrate below the moving parts of the micromechanical switch arranged sacrificial layer selectively removed by an etching process, wherein the sacrificial layer at locations where a connection to the substrate is desired is, as on the counter electrode, the fixed contact piece and the fixed end of the movable electrode.
DE 42 05 029 C1 zeigt ein elektrostatisch betriebenes mikro-elektromechanisches Relais, das horizontal arbeitet. Das heisst die Schaltbewegung dieses Relais verläuft im wesentlichen senkrecht zu einem Trägersubstrat. Aus einem Silizium-Substrat wird eine zungenförmige Elektrode mit Kontaktstück freigeätzt. Das Substrat wird dann derart auf ein Gegensubstrat mit einer Gegenelektrode und einem Gegenkontakt aufgebracht, dass die Elektrode mit der Gegenelektrode einen keilförmigen Spalt einschliesst. Durch Anlegen einer Schaltspannung zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode sind diese aufeinander zu bewegbar, wodurch eine elektrisch leitende Verbindung zwischen Kontakt und Gegenkontakt erreichen lässt. Grosse Kontaktkräfte sind durch relativ breite Elektroden erreichbar. DE 42 05 029 C1 shows an electrostatically operated micro-electromechanical Relay that works horizontally. That means the switching movement this relay runs essentially perpendicular to a carrier substrate. A tongue-shaped electrode with a contact piece is made from a silicon substrate etched. The substrate is then placed on a counter substrate a counter electrode and a counter contact applied that the electrode includes a wedge-shaped gap with the counter electrode. By Applying a switching voltage between the electrode and the counter electrode these can be moved towards each other, creating an electrically conductive Connection between contact and counter contact can be achieved. Size Contact forces can be achieved through relatively wide electrodes.
In DE 197 36 674 C1 ist ebenfalls ein mikro-elektromechanisches Relais und ein Verfahren zu dessen Herstellung offenbart, das horizontal arbeitet. Ein beweglicher Kontakt ist an einer einseitig an einem Substrat befestigten Ankerzunge angebracht, die im Ruhezustand vom Substrat weggekrümmt ist. Zur Erzeugung einer hohen Kontaktkraft wirkt dieser Kontakt mit einem Festkontakt zusammen, welcher an einer ebenfalls vom Substrat weggekrümmten Federzunge befestigt ist. Die Krümmung der Kontakte wird durch das Aufbringen einer Zugspannungsschicht auf beiden Kontakten realisiert. Das Erreichen einer hohen Reproduzierbarkeit einer derart erzeugten Krümmung der Kontakte und damit der Kontaktabstände im Ruhezustand (geöffnet) ist fertigungstechnisch nicht einfach.In DE 197 36 674 C1 there is also a micro-electromechanical relay and discloses a process for its manufacture that operates horizontally. On Movable contact is on an anchor tongue attached to a substrate on one side attached, which is curved away from the substrate at rest. This contact with one acts to generate a high contact force Fixed contact together, which also bends away from the substrate Spring tongue is attached. The curvature of the contacts is caused by the application of a tension layer on both contacts. The achievement of a high reproducibility of a curvature produced in this way the contacts and thus the contact spacing in idle state (open) is not easy to manufacture.
In US 5'638'946 und US 6'057'520 sind weitere horizontal arbeitende MEMS Schalter beschrieben.In US 5'638'946 and US 6'057'520 are further horizontally operating MEMS Switch described.
J. Qiu et al., "A Centrally-Clamped Parallel-Beam Bistable MEMS Mechanism", Proc. of MEMS 2001, Interlaken, Schweiz, Jan. 20-22, 2001, zeigt einen bistabil schaltbaren mikro-elektromechanischen Mechanismus. Dieser besteht aus zwei parallelen, beidseitig aufgehängten Federzungen oder Membranen, die einen kosinusförmigen Verlauf beschreiben. In der Mitte sind die Federzungen miteinander verbunden, und an ihren Enden sind sie an einem Trägersubstrat festgesetzt. Dieses bistabile Mikro-Element wird mittels lonentiefätzen und Opferschichttechnologie aus dem Silizium-Trägersubstrat erzeugt, so dass die Federzungen lateral beweglich sind und zwei stabile Zustände aufgewiesen werden. Durch Anwenden einer senkrecht zu den Federzungen und parallel zu dem Trägersubstrat gerichteten Kraft ist der bistabile Mechanismus zwischen den beiden stabilen Zuständen hin- und herschaltbar, wobei die jeweilige zur Anfangsposition spiegelbildliche Endposition durch ein Schnappen des Mechanismus schliesslich selbständig erreicht wird. Um einerseits elastische Beweglichkeit und anderseits mechanische Stabilität des Mikro-Elementes zu erreichen, sind die 3 mm langen Federzungen nur 10 µm bis 20 µm breit, aber 480 µm hoch.J. Qiu et al., "A Centrally-Clamped Parallel-Beam Bistable MEMS Mechanism", Proc. of MEMS 2001, Interlaken, Switzerland, Jan. 20-22, 2001, shows a bistable switchable micro-electromechanical mechanism. This exists from two parallel spring tongues or membranes suspended on both sides, which describe a cosine course. In the middle are the spring tongues bonded together and at their ends they are on a carrier substrate set. This bistable micro-element is etched using ion depth and sacrificial layer technology generated from the silicon carrier substrate, so that the spring tongues are laterally movable and two stable states be demonstrated. By applying a perpendicular to the spring tongues and the force directed parallel to the carrier substrate is the bistable Mechanism between the two stable states back and forth switchable, the respective end position mirroring the starting position finally reached independently by snapping the mechanism becomes. On the one hand elastic mobility and on the other mechanical The 3 mm long spring tongues ensure the stability of the micro element only 10 µm to 20 µm wide, but 480 µm high.
Weitere lateral bewegliche mikro-elektromechanische Mechanismen sind in M. Taher, A. Saif, "On a Tunable Bistable MEMS - Theory and Experiment", Journal of Microelectromechanical Systems, Vol. 9, 157-170 (Juni 2000) beschrieben.Other laterally movable micro-electromechanical mechanisms are in M. Taher, A. Saif, "On a Tunable Bistable MEMS - Theory and Experiment", Journal of Microelectromechanical Systems, Vol. 9, 157-170 (June 2000).
In US 5'677'823 ist ein elektrostatisch schaltbares bistabiles Speicherelement offenbart, welches horizontal arbeitet. Ein im wesentlichen parallel zu einem Trägersubstrat ausgerichteter, brückenartiger beweglicher Kontakt ist oberhalb von einem fest mit dem Trägersubstrat verbundenem Festkontakt angeordnet. An seinen beiden Enden ist der bewegliche Kontakt an dem Trägersubstrat festgesetzt, während er in seiner Mitte von dem Trägersubstrat weggewölbt (erste stabilen Position) oder in Richtung des Trägersubstrates gewölbt ist (zweite stabile Position). In der zweiten stabilen Position berühren sich der bewegliche Kontakt und der Festkontakt: der Schalter ist geschlossen. In der ersten stabilen Position ist der Schalter geöffnet. Die Bistabilität des Schalters ergibt sich durch mechanische Spannungen, welche bei der Herstellung des Schalters in den beweglichen Kontakt eingebracht werden. Ebenfalls unterhalb des beweglichen Kontaktes sind seitlich neben dem Festkontakt zwei Elektroden angeordnet. Durch Anlegen von elektrischen Spannungen an den beweglichen Kontakt und an diese Elektroden können Kontakt und Elektroden elektrisch aufgeladen werden, so dass sich elektrostatische Anziehungs- oder Abstossungskräfte zwischen diesen ergeben, durch welche der Schalter zwischen den beiden stabilen Positionen hin- und hergeschaltet werden kann. In US 5'677'823 is an electrostatically switchable bistable memory element reveals which works horizontally. An essentially parallel to one Carrier-oriented, bridge-like movable contact is above arranged by a fixed contact firmly connected to the carrier substrate. At both ends is the movable contact on the carrier substrate fixed while being in the middle of the carrier substrate arched away (first stable position) or in the direction of the carrier substrate is arched (second stable position). Touch in the second stable position the moving contact and the fixed contact: the switch is closed. The switch is open in the first stable position. The bistability of the switch results from mechanical stresses, which at the manufacture of the switch can be brought into the movable contact. Also below the movable contact are on the side next to the Fixed contact two electrodes arranged. By applying electrical Voltages on the movable contact and on these electrodes can Contact and electrodes are charged electrically, so that electrostatic Attract or repulsive forces between them, through which the switch toggles between the two stable positions can be switched down.
Ein anderer horizontal arbeitender bistabiler MEMS-Mechanismus ist in Sun et al., "A Bistable Microrelay Based on Two-Segment Multimorph Cantilever Actuators", IEEE Catalog Nr. 98CH36176, beschrieben.Another horizontally operating bistable MEMS mechanism is in Sun. et al., "A Bistable Microrelay Based on Two-Segment Multimorph Cantilever Actuators ", IEEE Catalog No. 98CH36176.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein mikro-elektomechanisches System
(MEMS) der eingangs genannten Art zu schaffen, welches ein flexibleres
MEMS-Design ermöglicht. Insbesondere sollen eine verbesserte Schaltbarkeit
und neue Funktionalitäten ermöglicht werden. Diese Aufgabe löst ein MEMS
mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.It is therefore an object of the invention to provide a micro-electro-mechanical system
To create (MEMS) of the type mentioned, which is a more flexible
MEMS design enables. In particular, improved switchability
and new functionalities are made possible. A MEMS solves this task
with the features of
Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von MEMS zu schaffen. Diese Aufgabe löst ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 21.It is also an object of the invention to provide an improved method of manufacture by creating MEMS. This problem is solved by a procedure with the Features of claim 21.
Verbesserte Schaltbarkeit kann beispielsweise bedeuten, dass ein Schaltvorgang bereits bei geringeren Schaltspannungen auslösbar ist. Neue Funktionalitäten können beispielsweise die Realisierung von spannungslos geschlossen Anschlüssen oder von Mikro-Relais mit sowohl spannungslos geöffneten wie auch spannungslos geschlossenen Anschlüssen bedeuten.Improved switchability can mean, for example, that a switching operation can already be triggered at lower switching voltages. New functionalities can, for example, the realization of de-energized closed Connections or of micro-relays with both de-energized open as well as voltage-free closed connections.
Das erfindungsgemässe MEMS umfasst ein Substrat sowie ein erstes Mikro-Element und ein zweites Mikro-Element, wobei
- das erste Mikro-Element und das zweite Mikro-Element mit dem Substrat verbunden sind,
- das erste Mikro-Element eine erste Fläche aufweist und das zweite Mikro-Element eine zweite Fläche aufweist, welche Flächen einander zugewandt sind und durch ein Strukturierungsverfahren erzeugt sind,
- das erste Mikro-Element einen Schaltteil beinhaltet, durch den es bistabil zwischen einer Initialposition und einer Arbeitsposition schaltbar ist, und
- der Abstand zwischen der ersten Fläche und der zweiten Fläche in der Arbeitsposition des ersten Mikro-Elementes kleiner als ein durch das Strukturierungsverfahren erzeugbarer Minimalabstand zwischen der ersten Fläche und der zweiten Fläche ist.
- the first micro-element and the second micro-element are connected to the substrate,
- the first micro-element has a first surface and the second micro-element has a second surface, which surfaces face each other and are generated by a structuring method,
- the first micro-element contains a switching part by which it can be switched bistably between an initial position and a working position, and
- the distance between the first surface and the second surface in the working position of the first micro-element is smaller than a minimum distance between the first surface and the second surface that can be generated by the structuring method.
Es wird also ein erstes, zwischen den zwei stabilen Positionen Initialposition und Arbeitsposition schaltbares Mikro-Element derart in Verbindung mit einem zweiten Mikro-Element eingesetzt, dass das erste Mikro-Element nach Umschalten von der Initialposition in die Arbeitsposition einen geringeren Abstand zu dem zweiten Mikro-Element aufweist als in der Initialposition. Beide Mikro-Elemente sind mit dem Substrat verbunden und unter Einsatz eines Strukturierungsverfahrens erzeugt. Der genannte geringere Abstand in der Arbeitsposition ist erfindungsgemäss kleiner als ein für das Strukturierungsverfahren charakteristischer Minimalabstand zwischen den zwei Mikro-Elementen.So it becomes a first, initial position between the two stable positions and working position switchable micro-element in connection with such second micro-element used that the first micro-element after Switch from the initial position to the working position a smaller one Distance from the second micro-element than in the initial position. Both micro elements are connected to the substrate and in use a structuring process. The mentioned smaller distance in According to the invention, the working position is smaller than that for the structuring method characteristic minimum distance between the two micro-elements.
Auf diese Weise wird erreicht, dass neue Freiheitsgrade bei dem Design von MEMS gewonnen werden, da prozesstechnisch vorgegebene Randbedingungen überwunden werden. Verschiedenste Mikro-Aktoren können neu oder einfacher oder in verbesserter Form realisiert werden.In this way it is achieved that new degrees of freedom in the design of MEMS can be obtained because of the technical constraints be overcome. Various micro-actuators can be new or be realized more simply or in an improved form.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes weist das zweite Mikro-Element ein mit dem Substrat fest verbundenes erstes festes Ende sowie einen beweglichen Teil auf, wobei in der Arbeitsposition des ersten Mikro-Elementes der bewegliche Teil des zweiten Mikro-Elementes durch elektrostatische Kräfte zwischen dem ersten Mikro-Element und dem zweiten Mikro-Element von einer Ausschaltposition in eine Einschaltposition bewegbar ist, und wobei die beiden Mikro-Elemente im Bereich der Stelle, an der der genannte geringere Abstand zwischen den beiden Mikro-Elementen vorliegt, Berührungsstellen aufweisen und elektrisch nichtleitend ausgebildet sind. Dass Berührungsstellen vorliegen heisst, dass der genannte geringere Abstand null beträgt.In a preferred embodiment of the subject matter of the invention the second micro-element is a first solid which is firmly connected to the substrate End as well as a moving part, being in the working position of the first micro-element the movable part of the second micro-element by electrostatic forces between the first micro-element and the second micro-element from an off position to an on position is movable, and wherein the two micro-elements in the area of the the said smaller distance between the two micro-elements is present, have contact points and is electrically non-conductive are. The fact that there are points of contact means that the lower one mentioned Distance is zero.
Somit wird es ermöglicht, elekrostatisch arbeitende Aktoren herzustellen, deren elektrostatisch schaltbare Elektroden (Elektrode und Gegenelektrode) einander berühren. Die dadurch erreichten kleinen oder verschwindenden Elektrodenabstände haben eine verbesserte Schaltbarkeit zur Konsequenz. Ein Schalten des Aktors bei sehr geringen Schaltspannungen ist möglich.This makes it possible to manufacture electrostatically operating actuators whose electrostatically switchable electrodes (electrode and counter electrode) touch each other. The small or vanishing achieved thereby The consequence of electrode gaps is improved switchability. Switching the actuator with very low switching voltages is possible.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ist zusätzlich das erste Mikro-Element derart ausgebildet, dass es eine angepasste Gegenelektrode beinhaltet, die der Form des zweiten Mikro-Elementes angepasst ist: Die angepasste Gegenelektrode ist derart geformt, dass sich in der Einschaltposition des zweiten Mikro-Elementes die angepasste Gegenelektrode und das zweite Mikro-Element im Bereich der genannten Berührungsstellen grössflächig überlappen. In der Einschaltposition des zweiten Mikro-Elementes schmiegen sich also die angepasste Gegenelektrode und das zweite Mikro-Element aneinander an. Dadurch wird eine Maximierung der Flächen erreicht, zwischen denen die elektrostatischen Anziehungskräfte wirken, was grössere elektrostatischen Anziehungskräfte und somit eine verbesserte Schaltbarkeit zur Folge hat. Ein Schalten des Aktors bei sehr geringen Schaltspannungen wird ermöglicht.In a further advantageous embodiment of the subject matter of the invention the first micro-element is additionally designed such that it is a includes adapted counter electrode, the shape of the second micro-element is adapted: the adapted counter electrode is shaped in such a way that the adjusted in the switch-on position of the second micro-element Counter electrode and the second micro-element in the area mentioned Overlap areas of contact over a large area. In the on position The matched counter electrode of the second micro-element nestle and the second micro-element to each other. This will make one Maximized the areas between which the electrostatic Attractions act, which is greater electrostatic attractions and thus results in improved switchability. Switching the actuator with very low switching voltages.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst die genannte angepasste Gegenelektrode zusätzlich einen zweiten Abschnitt, der gegenüber dem sich an das zweite Mikro-Element anschmiegenden Abschnitt der Gegenelektrode stufenförmig zurückversetzt ist. In der Einschaltposition des zweiten Mikro-Elementes schliessen dabei dieser zweite Abschnitt der angepassten Gegenelektrode und das zweite Mikro-Element einen Spalt ein. Auf diese Weise kann eine Kraft, die das zweite Mikro-Element in seiner Einschaltposition auszuüben vermag, massgeschneidert und sehr gross gewählt werden, indem die Länge, Breite und Höhe des Spaltes entsprechend dimensioniert wird. Die auf diese Weise gross wählbare Kraft kann beispielsweise eine Kontaktkraft des zweiten Mikro-Elementes auf ein oder zwei elektrische Kontakte sein, die das zweite Mikro-Element in seiner Einschaltposition kontaktiert, wodurch ein sicherer elektrischer Kontakt herstellen lässt.In a further advantageous embodiment, the said adapted Counter electrode additionally a second section, the opposite the section of the counterelectrode that clings to the second micro-element is stepped back. In the on position of the second micro-element close this second section of the adapted Counter electrode and the second micro-element a gap. On this way a force can be applied to the second micro-element in its on position is able to exercise, tailor-made and very large are dimensioned accordingly by the length, width and height of the gap becomes. The force that can be selected in this way can be, for example a contact force of the second micro-element on one or two electrical Contacts that are the second micro-element in its on position contacted, whereby a safe electrical contact can be made.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird ein Wechselschaltrelais realisiert.In a further preferred embodiment, a changeover switch relay realized.
In anderen vorteilhaften Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes werden Relais oder Wechselschaltrelais mit spannunglos geschlossenen Anschlüssen realisiert.In other advantageous embodiments of the subject matter of the invention become relays or changeover relays with voltage-free closed connections realized.
Insbesondere ist bei einer bevorzugten Ausführungsform der bewegliche Teil des zweiten Mikro-Elementes durch Schalten des ersten Mikro-Elementes von der Initialposition in die Arbeitsposition elastisch verformbar. Dadurch ist es möglich, spannungslos geschlossene Anschlüsse zu realisieren.In particular, in a preferred embodiment, the movable part of the second micro-element by switching the first micro-element elastically deformable from the initial position to the working position. Thereby it is possible to implement closed connections without voltage.
Das erfindungsgemässe Verfahren beinhaltet nach der Strukturierung zweier Mikro-Elemente mit einander zugewandten Flächen das Umschalten des bistabil schaltbaren Mikro-Elementes. Dadurch können neue oder verbesserte MEMS, wie die oben genannten, hergestellt werden.After structuring, the method according to the invention includes two Micro elements with facing surfaces switching the bistable switchable micro-element. This can create new or improved ones MEMS such as those mentioned above are manufactured.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen gehen aus den abhängigen Patentansprüchen und den Figuren hervor. Further preferred embodiments result from the dependent patent claims and the figures.
Im folgenden wird der Erfindungsgegenstand anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen, welche in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind, näher erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1
- eine schematische Darstellung eines erfindungsgemässen MEMS mit kosinusförmigem bistabilen Element, in Aufsicht;
- Fig. 2
- eine schematische Darstellung eines erfindungsgemässen MEMS mit schwingungsbauchförmigem bistabilen Element, in Aufsicht;
- Fig. 3
- eine schematische Darstellung eines erfindungsgemässen MEMS mit kosinusförmigem bistabilen Element und angepasster Gegenelektrode, in Aufsicht;
- Fig. 4
- eine schematische Darstellung eines erfindungsgemässen Mikro-Relais mit kosinusförmigem bistabilen Element und angepasster Gegenelektrode, in Aufsicht;
- Fig. 5
- eine schematische Darstellung eines erfindungsgemässen Mikro-Wechselschalt-Relais mit zwei kosinusförmigen bistabilen Elementen und angepasster Gegenelektrode, in Aufsicht;
- Fig. 6
- eine schematische Darstellung eines erfindungsgemässen Mikro-Relais mit kosinusförmigem bistabilen Element und gestufter Gegenelektrode, in Aufsicht;
- Fig. 7
- eine schematische Darstellung eines erfindungsgemässen Mikro-Relais mit kosinusförmigem bistabilen Element und gestufter Gegenelektrode und zweiteiligem beweglichen Teil des zweiten Mikro-Elementes, in Aufsicht;
- Fig. 8
- eine schematische Darstellung eines erfindungsgemässen Wechselschalt-Relais mit monostabilem zweiten Mikro-Element und NO- und NC-Anschlüssen, in Aufsicht;
- Fig. 9
- eine schematische Darstellung eines erfindungsgemässen Wechselschalt-Relais mit bistabilem zweiten Mikro-Element und NO- und NC-Anschlüssen, in Aufsicht;
- Fig. 10a
- eine schematische Darstellung eines erfindungsgemässen Mikro-Relais mit NC-Anschluss, Zustand: erstes Mikro-Element in Initialposition; in Aufsicht;
- Fig. 10b
- eine schematische Darstellung eines erfindungsgemässen Mikro-Relais mit NC-Anschluss, Zustand: erstes Mikro-Element in Arbeitsposition, zweites Mikro-Element in Ausschaltposition; in Aufsicht;
- Fig. 10c
- eine schematische Darstellung eines erfindungsgemässen Mikro-Relais mit NC-Anschluss, Zustand: erstes Mikro-Element in Arbeitsposition, zweites Mikro-Element in Einschaltposition; in Aufsicht;
- Fig. 11a
- eine schematische Darstellung eines erfindungsgemässen horizontal arbeitenden Mikro-Relais mit NC-Anschluss, geschnittene Seitenansicht;
- Fig. 11b
- eine schematische Darstellung eines erfindungsgemässen horizontal arbeitenden Mikro-Relais mit NC-Anschluss, in Aufsicht;
- Fig. 1
- a schematic representation of an inventive MEMS with cosine-shaped bistable element, in supervision;
- Fig. 2
- a schematic representation of an inventive MEMS with antinode bistable element, in supervision;
- Fig. 3
- a schematic representation of a MEMS according to the invention with cosine-shaped bistable element and adapted counter electrode, in supervision;
- Fig. 4
- a schematic representation of a micro-relay according to the invention with a cosine-shaped bistable element and adapted counter electrode, in supervision;
- Fig. 5
- is a schematic representation of an inventive micro changeover relay with two cosine-shaped bistable elements and adapted counter electrode, in supervision;
- Fig. 6
- a schematic representation of a micro-relay according to the invention with a cosine bistable element and a stepped counter electrode, in supervision;
- Fig. 7
- a schematic representation of a micro-relay according to the invention with a cosine-shaped bistable element and a stepped counter electrode and two-part movable part of the second micro-element, in supervision;
- Fig. 8
- a schematic representation of a changeover relay according to the invention with monostable second micro-element and NO and NC connections, in supervision;
- Fig. 9
- a schematic representation of a changeover relay according to the invention with bistable second micro-element and NO and NC connections, in supervision;
- Fig. 10a
- a schematic representation of an inventive micro relay with NC connection, state: first micro element in the initial position; under supervision;
- Fig. 10b
- a schematic representation of a micro-relay according to the invention with NC connection, state: first micro-element in the working position, second micro-element in the switch-off position; under supervision;
- Fig. 10c
- a schematic representation of a micro-relay according to the invention with NC connection, state: first micro-element in the working position, second micro-element in the switch-on position; under supervision;
- Fig. 11a
- a schematic representation of an inventive horizontally operating micro-relay with NC connection, sectional side view;
- Fig. 11b
- a schematic representation of an inventive horizontally operating micro-relay with NC connection, in supervision;
Die in den Zeichnungen verwendeten Bezugszeichen und deren Bedeutung sind in der Bezugszeichenliste zusammengefasst aufgelistet. Grundsätzlich sind in den Figuren gleichwirkende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.The reference symbols used in the drawings and their meaning are summarized in the list of reference symbols. in principle parts that have the same effect are provided with the same reference symbols in the figures.
Fig. 1 zeigt eine schematisch eine Aufsicht auf ein erstes erfindungsgemässes
mikro-elektromechanisches System (MEMS). Es umfasst ein erstes Mikro-Element
1 und ein zweites Mikro-Element 2, welche beide starr mit einem
Substrat S verbunden sind.Fig. 1 shows a schematic plan view of a first according to the invention
micro-electromechanical system (MEMS). It comprises a first
Das Substrat S ist eine Scheibe (Wafer) aus einkristallinem Silizium, bei der
eine der zwei grössten Oberflächen eine Hauptfläche des Substrates bildet.
In Fig. 1 liegt diese Hauptfläche in der Papierebene. Unter Einsatz von lonentiefätzen
(DRIE, dry reactive ion etching) und Opferschichttechnologie wurden
das erste Mikro-Element 1 und das zweite Mikro-Element 2 aus dem
Substrat S geformt.The substrate S is a wafer made of single-crystal silicon, in which
one of the two largest surfaces forms a main surface of the substrate.
In Fig. 1, this main surface lies in the paper plane. Using ion depths
(DRIE, dry reactive ion etching) and sacrificial layer technology
the
Das Strukturierungsverfahren DRIE hat die Eigenschaft, ein materialabtragendes
Verfahren zu sein; es ist ein Ätzverfahren. Es hat weiter die Eigenschaft,
gut zur Erzeugung schmaler und doch tiefer Kanäle, Spalten oder
Gräben geeignet zu sein, wodurch dem DRIE eine Vorzugsrichtung zugesprochen
werden kann, welche die Richtung des bevorzugten Materialabtrages
angibt und somit senkrecht zur Hauptfläche des Substrates liegt. Senkrecht
wiederum zu dieser Vorzugsrichtung ist die Breite eines mittels DRIE
erzeugten Grabens nach unten, also zu schmalen Gräben, begrenzt. Das
heisst, dass es eine durch das Strukturierungsverfahren (beispielsweise DRIE)
gegebene minimale erzeugbare Grabenbreite gibt. Für die zwei Flächen,
welche die seitlichen Begrenzungen eines solchen Grabens bilden, gibt es
somit einen Minimalabstand. Details, wie mittels lonentiefätzen und Opferschittechnologie
die Mikro-Elemente 1,2 aus dem Substrat geformt werden
können, ist dem Fachmann bekannt und können beispielsweise auch der genannten
Offenlegungsschrift DE 198 00 189 A1 entnommen werden, die
hierdurch mit ihrem gesamten Offenbarungsgehalt in die Beschreibung aufgenommen
wird.The structuring process DRIE has the property of removing material
Procedure to be; it is an etching process. It also has the property
good for creating narrow yet deep channels, columns or
Trenches to be suitable, giving the DRIE a preferred direction
which can be the direction of the preferred material removal
indicates and is therefore perpendicular to the main surface of the substrate. Perpendicular
again to this preferred direction is the width of one using DRIE
generated trench downwards, i.e. narrow trenches. The
means that there is a structuring process (e.g. DRIE)
given minimum trench width that can be generated. For the two faces,
which form the lateral boundaries of such a trench exist
thus a minimum distance. Details, such as using ion deep etching and sacrificial cutting technology
the
Mittels DRIE erzeugte Mikro-Elemente haben typischerweise Seitenflächen, die fast senkrecht zu der Hauptfläche des Substrates S ausgerichtet sind, oder anders ausgedrückt: (Lokale) Flächennormalenvektoren der Seitenflächen verlaufen praktisch parallel zur Hauptfläche des Substrates S. Derartige Mikro-Elemente besitzen somit im wesentlichen die Form eines geraden (rechtwinkligen) Prismas, deren Grundfläche parallel zu der Hauptfläche des Substrates S ausgerichtet ist. Zudem ist typischerweise die Höhe eines solchen Mikro-Elementes (senkrecht zur Haupfläche) sehr gross gegenüber der (schmalsten) Breite eines solchen Mikro-Elementes. Das erste Mikro-Element und das zweite Mikro-Element sind von dieser Art.Micro-elements created with DRIE typically have side faces, which are aligned almost perpendicular to the main surface of the substrate S, or in other words: (local) surface normal vectors of the side surfaces run practically parallel to the main surface of the substrate S. Such Micro elements are therefore essentially in the form of a straight line (right angled) prism, the base of which is parallel to the main surface of the Substrate S is aligned. In addition, the level is typically such Micro element (perpendicular to the main surface) very large compared to the (Narrowest) width of such a micro element. The first micro element and the second micro element are of this type.
Das erste Mikro-Element 1 ist als ein bistabil elastischer MEMS-Mechanismus
ausgebildet, wie er in der genannten Publikation J. Qiu et al., "A
Centrally-Clamped Parallel-Beam Bistable MEMS Mechanism", Proc. of MEMS
2001, Interlaken, Schweiz, Jan. 20-22, 2001, beschrieben ist. Details zu
Ausgestaltungsformen, Eigenschaften und zur Herstellung eines derartigen
Mikro-Elementes können dieser Publikation entnommen werden, welche
hierdurch mit ihrem gesamten Offenbarungsgehalt in die Beschreibung aufgenommen
wird. Das erste Mikro-Element 1 ist an einem ersten Ende 6 und
einem zweiten Ende 7 auf dem Substrat S festgesetzt. Dazwischen weist das
erste Mikro-Element 1 zwei parallel verlaufende, kosinusförmig gekrümmte
Federzungen auf, die in der Mitte 8 zwischen den beiden Enden 6,7 miteinander
verbunden sind. In Anbetracht ihrer geringen Breite und ihrer grossen
Höhe (senkrecht zur Substrat-Hauptfläche) kann man diese Federzungen
auch als parallele Membrane auffassen.The
Das erste Mikro-Element 1 ist bistabil zwischen einer Initialposition A und
einer Arbeitsposition B schaltbar (letztere in Fig. 1 gestrichelt dargestellt).
Das heisst, das Mikro-Element 1 weist zwei mechanisch stabile Zustände
oder Positionen A und B auf, zwischen denen es unter Aufbringung einer lateralen,
also substratparallelen Kraft hin- und herbewegbar ist; die Bewegung
findet dabei im wesentlichen lateral statt. Eventuelle Zwischenpositionen
sind nicht stabil, sondern führen selbständig zu einem raschen Übergang
in einen der zwei stabile Zustände A oder B. Der Übergang erfolgt
durch vorzugsweise elastische Verformung des ersten Mikro-Elementes 1.
Das erste Mikro-Element 1 besteht hier also lediglich aus einem Schaltteil 5,
durch welchen es bistabil schaltbar ist.The
Das erste Mikro-Element 1 weist auf der dem zweiten Mikro-Element 2 zugewandten
Seite eine mittels DRIE geformte Seitenfläche auf, die als erste
Fläche 3a bezeichnet wird. Diese erste Fläche 3a weist eine erste Beschichtung
3b auf, welche elektrisch isolierend ist und deren äussere, also von der
ersten Fläche 3a abgewandte Oberfläche die erste Oberfläche 3 des ersten
Mikro-Elementes 1 bildet. Die erste Beschichtung 3b wird typischerweise
durch Oxidation des Siliziums erzeugt.The
Das zweite Mikro-Element 2 umfasst ein erstes festes Ende 10 auf, an dem
es auf dem Substrat S festgesetzt ist, und einen beweglichen Teil 11; es ist
dem ersten Mikro-Element 1 benachbart angeordnet. Auf derjenigen Seite
des zweiten Mikro-Elementes, die dem ersten Mikro-Element 1 zugewandt
ist, weist das zweite Mikro-Element 2 eine mittels DRIE geformte Seitenfläche
auf, die als zweite Fläche 4a bezeichnet wird. Diese zweite Fläche 4a
weist eine zweite Beschichtung 4b auf, welche elektrisch isolierend ist und
deren äussere, also von der zweiten Fläche 4a abgewandte Oberfläche die
zweite Oberfläche 4 des zweiten Mikro-Elementes 2 bildet. Die erste Oberfläche
3 und die zweite Oberfläche 4 sind einander zugewandte Oberflächen,
wie auch die erste Fläche 3a und die zweite Fläche 4a einander zugewandt
sind. Die zweite Beschichtung 4b wird ebenfalls typischerweise durch Oxidation
des Siliziums erzeugt.The
Nach der Formung der ersten Fläche 3a und der zweiten Fläche 4a mittels
DRIE befindet sich das erste Mikro-Element 1 in der Initialposition A und das
zweite Mikro-Element 2 in einer Ausschaltposition A'. Da die Flächen 3a und
4a mittes DRIE geformt sind, haben sie einen Abstand voneinander, der mindestens
so gross ist wie ein durch DRIE gegebener Minimalabstand. Mit dem
Abstand der Flächen voneinander ist der Abstand gemeint, den solche zwei
Punkte voneinander haben, die einander am nächsten liegen, wobei der eine
Punkt auf der ersten Fläche 3a und der andere Punkt auf der zweiten Fläche
4a liegt. Der Abstand ist also die Breite des Grabens zwischen der ersten
Fläche 3a und der zweiten Fläche 4a an seiner engsten Stelle. In Fig. 1 ist
diese Stelle an einer Ecke des ersten festen Endes 10 des zweiten Mikro-Elementes
2 und nahe den ersten Ende 6 des ersten Mikro-Elementes 1 an
der Membran des ersten Mikro-Elementes 1, die die erste Fläche 3a aufweist.After shaping the first surface 3a and the second surface 4a by means of
DRIE is the
Die Initialposition A des ersten Mikro-Elementes 1 ist eine herstellungsbedingte
Anfangsposition. Die Anordnung des ersten Mikro-Elementes 1 und
des zweiten Mikro-Elementes 2 ist derart gewählt, dass nach einem Umschalten
des ersten Mikro-Elementes 1 von der Initialposition A in die Arbeitsposition
B der Abstand der ersten Fläche 3a von der zweiten Fläche 4a
kleiner ist als der genannte, durch das Herstellungsverfahren (beispielsweise
DRIE) gegebene Minimalabstand. Bei dem MEMS in Fig. 1 ist der Abstand sogar
null, das heisst, in der Arbeitsposition A berühren sich das erste Mikro-Element
1 und das zweite Mikro-Element 2. In der Arbeitsposition A kann ein
bestimmungsgemässes Zusammenwirken des ersten Mikro-Elementes 1 mit
dem zweitem Mikro-Element 2 innerhalb des MEMS stattfinden.The initial position A of the
Das MEMS in Fig. 1 stellt einen Mikro-Aktor dar, der von dem ersten Mikro-Element
1 und dem zweiten Mikro-Element 2, zusammen mit dem Substrat S
gebildet wird. Dabei wirkt das zweite Mikro-Element 2 als eine bewegliche,
elektrostatisch schaltbare Elektrode und das bistabil schaltbare erste Mikro-Element
1 als eine dazugehörige elektrostatische Gegenelektrode. Das erste
Mikro-Element 1 befindet sich in der Arbeitsposition A. The MEMS in Fig. 1 represents a micro-actuator that of the
Die Funktionsweise des Mikro-Aktors, wenn er in der Arbeitsposition B ist,
ist im wesentlichen aus dem Stand der Technik bekannt: An dem ersten festen
Ende 6 des ersten Mikro-Elementes 1 ist eine Kontaktierungselektrode
C, und an dem ersten festen Ende 10 des zweiten Mikro-Elementes 2 ist
eine Kontaktierungselektrode C' vorgesehen. Diese Kontaktierungselektroden
C,C' dienen zum Anlegen von Schaltspannungen an die Mikro-Elemente
1,2, durch welche sich die Mikro-Elemente elektrostatisch aufladen,
so dass elektrostatische Kräfte zwischen den Mikro-Elementen 1 und 2
wirken. Dafür muss das Material, aus dem die Mikro-Elemente gemacht sind,
ausreichend leitfähig sein, was beispielsweise durch entsprechende Dotierung
des Siliziums erreicht wird. Durch die elektrostatischen Kräfte zwischen
den Mikro-Elementen (genauer: zwischen der ersten Oberfläche 3 und der
zweiten Oberfläche 4) ist der bewegliche Teil 11 des zweiten Mikro-Elementes
2 von der Ausschaltposition A' in eine Einschaltposition B' des
zweiten Mikroelementes 2 bewegbar. Die Einschaltposition B' ist in Fig. 1
gestrichelt dargestellt. In dem MEMS in Fig. 1 ist eine entgegengesetzte
Aufladung der Mikro-Elemente 1,2 und damit eine anziehende elektrostatische
Kraft vorgesehen. Zum Zurückschalten des zweiten Mikro-Elementes 2
in die Ausschaltposition A' werden die Ladungen der Mikro-Elemente 1,2
abgebaut. Dass keine unerwünschten Entladungen stattfinden, insbesondere,
wenn sich die Mikro-Elemente 1,2 berühren, wird durch die nichtleitenden
Beschichtungen 3b,4b erreicht.The functioning of the micro-actuator when it is in working position B
is essentially known from the prior art: On the first fixed
Wie Gleichung (1) entnommen werden kann, nimmt die elektrostatische Kraft umgekehrt proportional zum Abstand ab. Das erfindungsgemässe MEMS aus Fig. 1 hat somit den grossen Vorteil, schon mit kleineren Schaltspannungen schaltbar zu sein als sie für ein MEMS benötigt würden, dessen Abstand zwischen Elektrode und Gegenelektrode grösser oder gleich dem durch das Strukturierungsverfahren gegebenen Minimalabstand ist. As can be seen from equation (1), the electrostatic force increases inversely proportional to the distance. The MEMS according to the invention Fig. 1 has the great advantage, even with smaller switching voltages to be switchable than they would be required for a MEMS, its distance between electrode and counterelectrode greater than or equal to that due to Structuring method given the minimum distance.
Der Mikro-Aktor in Fig. 1 kann beispielsweise als optischer Mikro-Schalter
eingesetzt werden, indem ein zu schaltender Lichstrahl durchgelassen oder
durch den beweglichen Teil 11 des zweiten Mikro-Elementes 2 unterbrochen
wird, je nachdem, ob sich das zweite Mikro-Element 2 in der Ausschaltposition
A' oder in der Einschaltposition B' befindet. Ebensogut ist auch das Umlenken
eines Lichtstrahls mit dem Mikro-Aktor in Fig. 1 möglich, beispielsweise
wenn in dem beweglichen Teil 11 des zweiten Mikro-Elementes 2 ein
reflektierender Bereich angeordnet ist (nicht dargestellt). Die Einschaltposition
B' liegt per definitionem dann vor, wenn geeignete Schaltspannungen anliegen;
anderenfalls liegt der Ausschaltposition A' vor.The micro actuator in FIG. 1 can be used, for example, as an optical micro switch
can be used by passing a light beam to be switched or
interrupted by the
Das bistabil schaltbare erste Mikro-Element 1 wird als eine elektrostatische
Elektrode oder Gegenelektrode eingesetzt.The bistable switchable
Die Ausführungsform in Fig. 1 wurde sehr ausführlich beschrieben. Aus Gründen der Klarheit und Übersichtlichkeit werden im folgenden einige der bereits erwähnten Details der Funktionsweise der erfindungsgemässen MEMS, die dem Fachmann nunmehr klar geworden sein sollten, nicht mehr extra erwähnt.The embodiment in Fig. 1 has been described in great detail. Out For the sake of clarity and clarity, some of the following are already mentioned details of the functioning of the inventive MEMS, which should now have become clear to the person skilled in the art, no longer extra mentioned.
Fig. 2 zeigt ein MEMS, das weitgehend dem MEMS aus Fig. 1 entspricht; allerdings
ist das erste Mikro-Element 1 anders aufgebaut. Das erste Mikro-Element
1 ist hier als ein anderer lateral, bistabil und vorzugsweise elastisch
schaltbarer Mechanismus ausgebildet. Das erste Mikro-Element 1 ist auch
hier an einem ersten Ende 6 und einem zweiten Ende 7 auf dem Substrat S
festgesetzt. Dazwischen weist das erste Mikro-Element 1 aber einen gekrümmte
Federzunge auf, der die Form eines Schwingungsbauches aufweist.
In Anbetracht seiner geringen Breite und seiner grossen Höhe (senkrecht zur
Substrat-Hauptfläche) kann man diese Federzunge ebenfalls als eine Membran
bezeichnen.FIG. 2 shows a MEMS which largely corresponds to the MEMS from FIG. 1; Indeed
the first
In der Initialposition A, also in dem Zustand, in welchem das erste Mikro-Element
1 strukturiert wird, beschreibt das erste Mikro-Element 1 einen
symmetrischen Schwingungsbauch, in der Arbeitsposition B einen asymmetrischen
Schwingungsbauch (letzterer in Fig. 2 gestrichelt gezeichnet). Der
asymmetrische Schwingungsbauch stellt die zweite stabile Position des ersten
Mikro-Elementes 1 dar und kommt dadurch zustande, dass ein mit dem
Substrat S fest verbundener Anschlag das erste Mikro-Element 1 in der Arbeitsposition
B berührt und zu der entsprechenden Verformung des ersten
Mikro-Elementes 1 führt. Dieser Anschlag wird hier durch ein entsprechend
ausgebildetes und angeordnetes erstes festes Ende 10 des zweiten Mikro-Elementes
2 gebildet. Der entsprechende Berührungspunkt liegt zweckmässigerweise
rechts von einer Verbindungsstrecke, die von dem zweiten Ende
7 zu dem ersten Ende 6 des ersten Mikro-Elementes 1 verläuft, wenn der
symmetrische Schwingungsbauch in der Initialposition A links von dieser
Verbindungsstrecke angeordnet ist. Der Wert einer parallel zu dieser Verbindungsstrecke
geführten Lagekoordinate des Berührungspunktes beträgt
nicht 0.5 (kein asymmetrischer Schwingungsbauch) und liegt vorzugsweise
zwischen 0.52 und 0.92 der Länge der Verbindungsstrecke; er beträgt hier
etwa 0.84. Der Anschlag kann auch durch ein entsprechend geformtes erstes
Ende 6 oder zweites Ende 7 des ersten Mikro-Elementes 1 gebildet werden
oder als ein separat auf dem Substrat S feststehender Anschlag (welcher
dann als zum ersten Mikro-Element 1 gehörig zu betrachten ist).In the initial position A, that is, in the state in which the
Wie bei der Ausführungsform von Fig. 1 wird das bistabile Mikro-Element 1
in der Initialposition A erzeugt (strukturiert), wobei der Abstand zwischen
ersten Mikro-Element 1 und dem zweiten Mikro-Element 2 mindestens so
gross ist wie ein durch das Strukturierungsverfahren gegebener Minimalabstand
(zwischen diesen Mikro-Elementen 1,2). Noch im Rahmen der Herstellung
des MEMS wird nach Aufbringen von Beschichtungen 3b,4b das erste
Mikro-Element 1 von der Initialposition A in die Arbeitsposition B geschaltet,
wobei in der Arbeitsposition B der Abstand zwischen den beiden
Mikro-Elementen 1,2 kleiner ist als der genannte Minimalabstand. In dem
MEMS werden also zwei Mikro-Elemente mit einem durch das Strukturierungsverfahren
nicht herstellbar kleinem Abstand voneinander realisiert
(durch Ausnutzen der bistabilen Schaltbarkeit eines der Mikro-Elemente). Für
weitere Details zu der Ausführungsform von Fig. 2 wird auf das im Zusammenhang
mit Fig. 1 geschriebene verwiesen.As in the embodiment of FIG. 1, the
Fig. 3 zeigt ein erfindungsgemässes MEMS, das weitgehend dem in Fig. 1
gezeigten Ausführungsbeispiel entspricht; allerdings besteht hier das erste
Mikro-Element 1 nicht nur aus einem Schaltteil 5, sondern umfasst zusätzlich
noch eine Elektrode 9. Die Elektrode 9 weist einen länglichen Teil auf,
der die erste Fläche 3a, die erste Beschichtung 3b und die erste Oberfläche 3
des ersten Mikro-Elementes 1 beinhaltet. Dieser Teil ist mittels eines weiteren
länglichen Teiles, welcher etwa senkrecht zu dem genannten ausgerichtet
ist, mit dem Schaltteil 5 in der Mitte 8 zwischen den Enden 6,7 des ersten
Mikro-Elementes 1 verbunden.FIG. 3 shows a MEMS according to the invention, which largely corresponds to that in FIG. 1
shown embodiment corresponds; however, the first is here
Micro-element 1 not only from a switching
Da die Elektrode 9 an dem Schaltteil 5 befestigt ist, bewegt sie sich mit dem
Schaltteil 5 mit, wenn von der Initialposition A zur Arbeitsposition B (und
ggf. wieder zurück) geschaltet wird. Werden durch Anlegen geeigneter
Schaltspannungen elektrostatische Anziehungskräfte zwischen dem ersten
Mikro-Element 1 (natürlich in der Arbeitsposition A) und dem zweiten Mikro-Element
2 erzeugt, so wird der bewegliche Teil 11 des zweiten Mikro-Elementes
2 elastisch verformt und nähert sich der Elektrode 9: Es wird von
der Ausschaltposition A' in die Einschaltposition B' geschaltet. Die Form der
Elektrode 9, und insbesondere die Form der ersten Oberfläche 3, ist vorzugsweise
derart geformt, dass sich die erste Oberfläche 3 und die zweite
Oberfläche 4 in der Einschaltposition vollflächig berühren. Das heisst, dass
es eine flächenhafte Berührung zwischen den beiden Oberflächen 3,4 gibt,
was nicht bedeutet, dass sich die beiden Oberflächen 3,4 vollständig berühren
müssen. Die erste Oberfläche 3 ist also an die Form der zweiten Oberfläche
4 in der Einschaltposition angepasst. Die beiden Oberflächen 3,4 sind
in der Einschaltposition B' aneinander angeschmiegt. Man kann eine solche
Elektrode 9 als eine angepasste Elektrode 9 bezeichnen. Durch die angepasste
Elektrode 9 wird die für die elektrostatischen Kräfte wirksame Fläche
maximiert und die wirksamen Abstände minimiert. Folglich kann schon bei
geringen Schaltspanungen geschaltet werden. Für weitere Details zu der
Ausführungsform von Fig. 3 wird auf das im Zusammenhang mit Fig. 1 geschriebene
verwiesen.Since the
Fig. 4 zeigt ein MEMS, das ein Mikro-Relais darstellt. Das Ausführungsbeispiel
entspricht weitgehend dem vom Fig. 3. Es umfasst ebenfalls eine (angepasste)
Elektrode 9 und ein kosinusförmig ausgebildetes bistabil elastisch
schaltbares Mikro-Element 1. Zusätzlich weist das zweite Mikro-Element 2,
oder genauer: der bewegliche Teil 11 des zweiten Mikro-Elementes 2, einen
Kontaktbereich 16 auf, der elektrisch leitfähig ist. Vorzugsweise ist der
Kontaktbereich 16 im Bereich desjenigen Endes des beweglichen Teils 11
des zweiten Mikro-Elementes 2 angeordnet, das nicht an das erste feste Ende
10 des zweiten Mikro-Elementes 2 grenzt. Der Kontaktbereich 16 bildet
einen Teil einer Seitenfläche des zweiten Mikro-Elementes 2 und ist vorzugsweise
als eine Beschichtung ausgebildet, die mittels Aufdampf- oder
Sputter-Techniken auf das zweite Mikro-Element 2 aufgebracht wird.4 shows a MEMS which is a micro-relay. The embodiment
largely corresponds to that of FIG. 3. It also includes an (adapted)
Weiter umfasst das MEMS noch zwei auf dem Substrat S festgesetzte, elektrisch
leitfähige Fixkontakte 17,18. Die Anordnung der Fixkontakte 17,18
und des Kontaktbereichs 16 ist derart gewählt, dass bei Anliegen geeigneter
Schaltspannungen an dem ersten Mikro-Element 1 und dem zweiten Mikro-Element
2 (also in der Einschaltposition B' des zweiten Mikro-Elementes 2)
der Kontaktbereich 16 eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem
Fixkontakt 17 und dem Fixkontakt 18 erzeugt. Im Ausschaltzustand A' ist
dies nicht der Fall. Es liegt also ein elektrostatisches Mikro-Relais vor, durch
welches mittels der Schaltspannungen ein von den Fixkontakten 17,18 gebildeter
Anschluss geschaltet werden kann.The MEMS further comprises two electrically fixed on the substrate S.
conductive fixed
Sehr vorteilhaft an dieser, aber auch an den weiter unten diskutierten Ausführungsformen
ist, dass der Abstand im geöffneten Zustand zwischen dem
Kontaktbereich 16 des zweiten Mikro-Elementes 2 und den Fixkontakten
17,18 wählbar ist und fertigungstechnisch sehr gut reproduzierbar ist.Very advantageous in this, but also in the embodiments discussed below
is that the open distance between the
Der Kontaktbereich 16 ist in Fig. 4 auf derjenigen Seite des zweiten Mikro-Elementes
2 angeordnet, die dem ersten Mikro-Element 1 zugewandt ist,
also auf der Seite, die auch die Oberfläche 4 beinhaltet. Durch attraktive
elektrostatische Kräfte zwischen dem ersten Mikro-Element 1 und dem
zweiten Mikro-Element 2 ist ein elektrischer Kontakt zwischen den Fixkontakten
17,18 bewirkbar.The
Es ist auch möglich (nicht dargestellt), die Fixkontakte 17,18 so anzuordnen,
dass sie sich in demjenigen Bereich des Substrates S befinden, der auf der
dem ersten Mikro-Element 1 abgewandten Seite des zweiten Mikro-Elementes
2 liegt. Der Kontaktbereich 16 wird dann entsprechend auf derjenigen
Seite des beweglichen Teils 11 des zweiten Mikro-Elementes 2 angeordnet,
die dem ersten Mikro-Element 1 abgewandt ist. Derart aufgebaut
kann das Relais mittels abstossender elektrostatischer Kräfte geschaltet werden.
Selbstverständlich ist es auch möglich, dieses Mikro-Relais oder das in
Fig. 4 abgebildete Mikro-Relais ohne (angepasste) Elektrode 9 aufzubauen
(analog zu dem Aufbau in Fig. 1). It is also possible (not shown) to arrange the fixed
Fig. 5 zeigt ein erfindungsgemässes Mikro-Wechselschalt-Relais. Es beinhaltet
alle Merkmale eines solchen MEMS, wie es im Zusammenhang mit
Fig. 4 beschrieben wurde. Darüber hinaus umfasst das MEMS aber noch ein
drittes Mikro-Element 1' und zwei weitere Fixkontakte 17',18'; und das
zweite Mikro-Element 2 weist einen weiteren elektrisch leitfähigen Kontaktbereich
16' auf, welcher auf einer Seite des beweglichen Teils 11 des zweiten
Mikro-Elementes 2 angeordnet ist, die der Seite gegenüberliegt, die den
Kontaktbereich 16 aufweist. Das dritte Mikro-Element 1' und die weiteren
Fixkontakte 17',18' sind bezüglich des länglich ausgebildeten beweglichen
Teils 11 des zweiten Mikro-Elementes 2 spiegelbildlich angeordnet zu dem
ersten Mikro-Element 1 und den Fixkontakten 17,18. Natürlich muss die Anordnung
nicht genau spiegelbildlich sein; es genügt, wenn das dritte Mikro-Element
1' in einem Bereich des Substrates S mit dem Substrat verbunden
ist, der auf der dem ersten Mikro-Element 1 abgewandten Seite des zweiten
Mikro-Elementes (2) liegt und die weiteren Fixkontakte 17',18' in einem Bereich
des Substrates S mit dem Substrat verbunden sind, der auf der den
Fixkontakten 17,18 abgewandten Seite des zweiten Mikro-Elementes 2 liegt.
Der Aufbau des dritten Mikro-Elementes 1' entspricht dem Aufbau des ersten
Mikro-Elementes 1. Die weiteren Fixkontakte 17',18' sind gleichartig
ausgebildet wie die Fixkontakte 17,18.5 shows a micro changeover relay according to the invention. It contains
all the features of such a MEMS as it is related to
Fig. 4 has been described. In addition, the MEMS also includes one
third micro-element 1 'and two further fixed contacts 17', 18 '; and the
Das Zusammenwirken zwischen dem dritten Mikro-Element 1' und dem
zweiten Mikro-Element (2) und den weiteren Fixkontakten (17',18') entpricht
dem oben beschriebenen Zusammenwirken zwischen dem ersten Mikro-Element
1 und dem zweiten Mikro-Element 2 und den Fixkontakten 17,18.
Bei Anliegen geeigneter Schaltspannungen an dem dritten Mikro-Element 1'
und dem zweiten Mikro-Element 2 kann eine elektrisch leitende Verbindung
zwischen den weiteren Fixkontakten 17',18' durch den weiteren Kontaktbereich
16' geschaffen werden. Somit liegt mit diesem Ausführungsbeispiel ein
Drei-Positionen-Schalter oder ein Wechselschaltrelais vor, das drei definierte
Zustände hat: (1.) Kontakte zwischen beiden Fixkontaktpaaren 17,18;17',18'
offen, (2.) Kontakte zwischen den weiteren Fixkontakten 17',18' offen und
Kontakte zwischen den Fixkontakten 17,18 geschlossen und (3.) Kontakte
zwischen den Fixkontakten 17,18 offen und Kontakte zwischen den weiteren
Fixkontakten 17',18' geschlossen.The interaction between the third micro-element 1 'and the
corresponds to the second micro-element (2) and the further fixed contacts (17 ', 18')
the interaction between the first micro-element described above
1 and the
Fig. 6 zeigt ein weiteres erfindungsgemässes MEMS, welches weitgehend
dem MEMS aus Fig. 4 entspricht. Es enthält die Merkmale des MEMS aus
Fig. 4, wofür auf den entsprechenden Teil der Beschreibung verwiesen wird.
Allerdings ist die Elektrode 9 des ersten Mikro-Elementes 1 hier speziell
ausgebildet. Die Elektrode 9 weist eine (optional stufenförmige) Ausnehmung
auf. Die Elektrode 9 umfasst eine spaltbildende Oberfläche 12, welche
gegenüber der ersten Oberfläche 3 des ersten Mikro-Elementes 1 stufenförmig
zurückversetzt ist. Man kann diese Elektrode 9 als eine gestufte
Elektrode 9 bezeichnen. Bei diesem MEMS werden attraktive elektrostatische
Kräfte zum Schalten von der Ausschaltposition A' in die Einschaltposition B'
eingesetzt. Befindet sich das erste Mikro-Element 1 in der Arbeitsposition B
und das zweite Mikro-Element 2 in der Einschaltposition B', so schliessen die
spaltbildende Oberfläche 12 und das zweite Mikro-Element 2, oder genauer:
der bewegliche Teil 11 des zweiten Mikro-Elementes 2, einen Spalt 13 ein.
Dadurch kann die Grösse einer Kontaktkraft, die von dem zweiten Mikro-Element
2 auf die Fixkontakte 17,18 ausgeübt wird, gewählt werden. Insbesondere
kann dadurch ein sehr guter, sicherer Kontakt und eine grosse
Kontaktkraft ereicht werden. Die Wahl der Geometrie des Spaltes erlaubt eine
gezielte Vorausbestimmung und Wahl der Kontaktkraft. Insbesondere kann
zu diesem Zweck die Länge des Spaltes und die Breite des Spaltes (also der
Abstand zwischen beweglichen Teil 11 des zweiten Mikro-Elementes 2 und
der spaltbildenden Oberfläche 12) sowie gegebenenfalls des Verlaufs der
Breite des Spaltes gewählt werden. Typischerweise ist die Länge des Spaltes
um etwa eine Grössenordnung, vorzugsweise um etwa zwei Grössenordnungen
grösser als die Breite des Spaltes. Vorteilhaft wird ein (etwa) gleichmässig
breiter Spalt gewählt, und die erste Oberfläche 3 berührt die zweite
Oberfläche 4 vollflächig. Die relative Anordnung der Mikro-Elemente 1,2 und
der Fixkontakte 17,18 auf dem Substrat hat sorgfältig zu erfolgen.6 shows a further MEMS according to the invention, which largely
corresponds to the MEMS from FIG. 4. It contains the characteristics of the MEMS
Fig. 4, for which reference is made to the corresponding part of the description.
However, the
Weiterhin hat ein solches MEMS den Vorteil, dass eventuell auftretende Probleme
beim Schalten von der Einschaltposition B' in die Ausschaltposition A',
die durch ein langsames oder schlechtes Ablösen des beweglichen Teils 11
des zweiten Mikro-Elementes 2 von der Elektrode 9 (das heisst genauer: von
der ersten Oberfläche 3) beispielsweise aufgrund von Oberflächeneffekten
auftreten können, verringert werden können. Der (Luft-) Spalt 13 erlaubt ein
rasches Ablösen des beweglichen Teils 11 des zweiten Mikro-Elementes 2
von der Elektrode 9 beim Schalten von der Einschaltposition B' in die Ausschaltposition
A', während trotzdem in der Einschaltposition B' grosse elektrostatische
Anziehungskräfte zwischen dem ersten Mikro-Element 1 und
dem zweiten Mikro-Element 2 wirken, wenn die Spaltbreite entsprechend
gering gewählt wurde.Furthermore, such a MEMS has the advantage that problems that may arise
when switching from switch-on position B 'to switch-off position A',
caused by slow or poor detachment of the
In Fig. 7 ist eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung dargestellt.
Sie entspricht weitgehend der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform
und wird ausgehend davon beschrieben. Der bewegliche Teil 11 des zweiten
Mikro-Elementes 2 ist hier speziell ausgebildet. Er weist einen ersten Bereich
14 und einen zweiten Bereich 15 auf, wobei der erste Bereich 14 weniger
steif, also leichter verformbar, ausgebildet ist als der zweite Bereich 15.
Und der erste Bereich ist zwischen dem festen ersten Ende 10 des zweiten
Mikro-Elementes 2 und dem zweiten Bereich 15 angeordnet. Der Kontaktbereich
16 ist vorteilhaft im zweiten Bereich 15 angeordnet, insbesondere im
Bereich des dem ersten Bereich 15 gegenüberliegenden Endes des zweiten
Bereiches 16. Vorzugsweise umfasst der zweite Bereich 15 mindestens denjenigen
Bereich des beweglichen Teils 11, in dem sich der bewegliche Teil 11
und das zweite Mikro-Element 2 nicht gegenüberstehen. Besonders vorteilhaft
ist eine (geringe) Überlappung des zweiten Bereichs 15 mit dem Bereich
des beweglichen Teils 11, in dem sich der bewegliche Teil 11 und das zweite
Mikro-Element 2 gegenüberstehen. In dem in Fig. 7 dargestellten Ausführungsbeispiel
mit abgestufter Elektrode 9 umfasst der zweite Bereich 15
vorteilhaft mindestens auch noch denjenigen Bereich des beweglichen
Teils 11, in dem sich der bewegliche Teil 11 und die spaltbildende Oberfläche
12 gegenüberstehen. Besonders vorteilhaft ist in diesem Fall, wenn der
zweite Bereich 15 auch noch eine (geringe) Überlappung mit der ersten
Oberfläche 3 aufweist. Vorteilhaft findet im Einschaltzustand B' eine vollflächige
Berührung zwischen der ersten Oberfläche 3 und einem Teil der zweiten
Oberfläche 4 statt, wobei dieser Teil der zweiten Oberfläche 4 komplett
im ersten Bereich 14 liegt.7 shows a further advantageous embodiment of the invention.
It largely corresponds to the embodiment shown in FIG. 6
and is described based on that. The
Die grössere Steifigkeit des zweiten Bereichs 15 gegenüber dem ersten Bereich
14 wird im Ausführungsbeispiel aus Fig. 7 dadurch erreicht, dass der
zweite Bereichs 15 dicker oder breiter ausgebildet ist als der erste Bereich
14. Es ist auch möglich, den zweiten Bereich 15 schwerer biegbar zu
machen, beispielsweise indem man dort eine Beschichtung aufbringt; zum
Beispiel auf eine Grundfläche des geraden prismatischen Körpers, der den
zweiten Bereich 15 bildet, oder auf mindestens eine der Seitenflächen. Mittels
eines entsprechend (gross, lang) ausgebildeten Kontaktbereiches, der
als Beschichtung aussgebildet ist, könnte dies erreicht werden.The greater stiffness of the second area 15 compared to the
Durch die zwei verschieden steifen Bereiche 14,15 wird schon bei geringen
Schaltspannungen und Anziehungskräften zwischen den beiden Mikro-Elementen
1,2 ein Schalten des zweiten Mikro-Elementes 2 von der Ausschaltposition
A' in die Einschaltposition B' ermöglicht; der bewegliche
Teil 11 (genauer: der erste Bereich 14) des zweiten Mikro-Elementes 2
schmiegt sich, abrollend, schon bei geringen Anziehungskräften an die
Elektrode 9 an. Dies, während im zweiten Bereich und vorzugsweise im
Kontaktbereich 16 keine oder nur eine geringe Verformung des zweiten Mikro-Elementes
2 zu erwarten ist. Ein sicherer elektrischer Kontakt kann auf
diese Weise mittels des Kontaktbereiches 16 zwischen den Fixkontakten
17,18 hergestellt werden.Due to the two differently
Die genannten Merkmale können selbstverständlich auch sinngemäss auf die weiter oben und auf die weiter unten beschriebenen Ausführungsbeispiele angewandt werden (Fig. 1 bis Fig. 6 und Fig. 8 bis Fig. 11b).The features mentioned can of course also apply to the further above and to the exemplary embodiments described below are used (FIGS. 1 to 6 and 8 to 11b).
Fig. 8 zeigt eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung, nämlich ein Wechselschalt-Relais, welches ausser einem Normally-Open-Anschluss (NO-Anschluss) zusätzlich auch noch einen Normally-Closed-Anschluss (NC-Anschluss) umfasst. NO-Anschluss bedeutet, dass der Anschluss bei Nichtanliegen einer geeigneten Schaltspannung geöffnet ist (spannungslos geöffnet), wie dies in den oben aufgeführten Ausführungsbeispielen (Fig. 4 bis Fig. 7) der Fall ist. NC-Anschlüsse, welche bei Nichtanliegen einer geeigneten Schaltspannung geschlossen sind (spannungslos geschlossen), sind hingegen schwierig realisierbar, und werden aber in dieser Ausführungsform realisiert. Insbesondere ist hier ein NC-Anschluss in einem mittels DRIE strukturierten MEMS realisiert.8 shows a further advantageous embodiment of the invention, namely a two-way switching relay, which apart from a normally open connection (NO connection) also a normally closed connection (NC connection) includes. NO connection means that connection is open when a suitable switching voltage is not present (open when de-energized), as in the exemplary embodiments listed above (Fig. 4 to Fig. 7) is the case. NC connections which are not used a suitable switching voltage are closed (de-energized closed), on the other hand, are difficult to implement, but are in this Embodiment realized. In particular, an NC connection is in here a MEMS structured using DRIE.
Das MEMS in Fig. 8 ist spiegelbildlich aufgebaut und umfasst ein erstes Mikro-Element
1, ein drittes Mikro-Element 1', ein viertes Mikro-Element 19
und ein fünftes Mikro-Element 20, welche alle bistabil schaltbar sind und eine
stabile Initialposition A (durchgezogen gezeichnet) und eine stabile Arbeitsposition
B (gestrichelt gezeichnet) aufweisen. Sie sind hier als derartige
bistabile Mikro-Elemente ausgebildet, wie sie im Zusammenhang mit Fig. 1
genauer beschrieben sind (zwei parallele, kosinusförmige, in ihrer Mitte verbundene
Federzungen). Die Position, in der diese Mikro-Elemente mittels
DRIE strukturiert werden, ist die Initialposition A. Das erste Mikro-Element 1
und das dritte Mikro-Element 1' entsprechen einander weitgehend in ihrer
Funktion. Sie bestehen nur aus einem Schaltteil 5. Das vierte Mikro-Element
19 und das fünfte Mikro-Element 20 entsprechen einander ebenfalls
weitgehend in ihrer Funktion. Sie weisen je eine Kontaktierungselektrode
D,D' (zum Anlegen eines zu schaltenden Signals, beispielsweise eines
elektrischen Stroms) sowie eine elektrisch leitfähige Kontaktelektrode 21,22
auf. Die Leitfähigkeit der Kontaktelektroden 21,22 wird vorzugsweise durch
eine metallische Beschichtung erzeugt. Die Kontaktelektroden 21,22 sind
länglich, fingerförmig ausgebildet und etwa in der Mitte 8 zwischen den beiden
Enden des jeweiligen Mikro-Elementes 19,20 an dem jeweiligen Mikro-Element
19,20 befestigt. Ferner weist das MEMS noch zwei fest mit dem
Substrat S verbundene Fixelektroden 17,18 auf (zum Anlegen einer weiteren
zu schaltenden elektrischen Stroms).The MEMS in FIG. 8 is constructed in mirror image and comprises a first
Das MEMS in Fig. 8 umfasst weiterhin ein zweites Mikro-Element 2. Das
zweite Mikro-Element 2 ist ein monostabil schaltbares Mikro-Element; es
weist also nur eine stabile Position auf. Es umfasst ein erstes festes Ende 10
und ein zweites festes Ende 10', welche Enden 10,10' auf dem Substrat S
festgesetzt sind, sowie einen zwischen diesen beiden festen Enden 10,10'
angeordneten beweglichen Teil 11. Der bewegliche Teil 11 ist als eine, vorzugsweise
schwingungsbauchförmig, gebogene Struktur ausgebildet, die an
den beiden festen Enden 10,10' des zweiten Mikro-Elementes 2 befestigt ist
und einen elektrisch leitfähigen Kontaktbereich 16 aufweist. Der bewegliche
Teil 11 weist weiterhin eine zweite Oberfläche 4 auf, welche von einer optionalen
zweiten Beschichtung 4b gebildet wird, und welche zweite Oberfläche
4 einer ersten Oberfläche 3 des ersten Mikro-Elementes 1 zugewandt
ist. Analog verhält es sich mit einer vierten Oberfläche 4' des zweiten Mikro-Elementes
2 und einer dritten Oberfläche 3' des dritten Mikro-Elementes 1'. The MEMS in FIG. 8 further comprises a
Die zweite Oberfläche 4 ist zwischen dem ersten festen Ende 10 und dem
Kontaktbereich 16 angeordnet. Analog ist die vierte Oberfläche 4' zwischen
dem zweiten festen Ende 10' und dem Kontaktbereich 16 angeordnet. Nach
der Strukturierung des zweiten Mikro-Elementes 2 befindet sich der bewegliche
Teil 11 in der Ausschaltposition A', der stabilen Position des zweiten
Mikro-Elementes 2.The second surface 4 is between the first
Aufgrund der Existenz des oben schon erwähnten Minimalabstandes zwischen
zwei mittels DRIE erzeugten Mikro-Elementen oder Oberflächen sind
die bistabilen Mikro-Elemente 1,1',19,20 von dem zweiten Mikro-Element 2
beabstandet mit mindestens einem solchen Minimalabstand. Nach Aufbringen
der optionalen nichtleitenden Beschichtungen 3b,3b' des ersten beziehungsweise
dritten Mikro-Elementes 1,1' und der optionalen elektrisch leitfähigen
Beschichtungen der Kontaktelektroden 21,22 werden im Rahmen des
erfindungsgemässen Herstellungsverfahrens des MEMS die bistabilen Mikro-Elemente
1,1',19,20 von der Initialposition A in die Arbeitsposition B geschaltet.
Dadurch wird der Abstand zwischen den Mikro-Elementen oder
Oberflächen geringer als der genannte Minimalabstand; in Fig. 8 berühren
sich die Mikro-Elemente sogar. Insbesondere berühren beide Kontaktelektroden
21,22 den Kontaktbereich 16. Dadurch wird eine elektrisch leitende
Verbindung zwischen den beiden Kontaktelektroden 21,22 und somit der
NC-Anschluss erzeugt. Auf diese Weise wird ein spannungslos geschlossener,
aber lösbarer Kontakt realisiert. Die Oberflächen 3,4 und die Oberflächen
3',4' berühren sich auch jeweils. Dadurch können bereits durch Anlegen
relativ geringer Schaltspannungen zwischen dem zweiten Mikro-Element 2
und dem ersten Mikro-Element 1 und zwischen dem zweiten Mikro-Element
2 und dem dritten Mikro-Element 1' ausreichend grosse elektrostastische
Anziehungskräfte zwischen dem zweiten Mikro-Element 2 und den
Mikro-Elementen 1,1' erzeugt werden, die zu einem Schalten des zweiten
Mikro-Elementes 2 von der Ausschaltposition A' in die Einschaltposition B'
führen. In der Einschaltposition B' ist nun der NC-Anschluss geöffnet, während
der NO-Anschluss geschlossen ist. Aufgrund seiner Monostabilität
schaltet das zweite Mikro-Element 2 beim Nichtanliegen einer geeigneten
Schaltspannung von selbst wieder in die Ausschaltposition: NC-Anschluss
geschlossen, NO-Anschluss geöffnet.Due to the existence of the minimum distance between
are two micro elements or surfaces created by DRIE
the
Zahlreiche Modifikationen der Ausführungsform von Fig. 8 sind denkbar und vorteilhaft: Hier einige Beispiele:
- Es ist möglich, das MEMS nicht spiegelsymmetrisch aufzubauen.
- Man kann auf die
17,18 verzichten und hat dann ein NC-Anschluss-Mikro-Relais.Fixkontakte - Man kann auf die Mikro-
19,20 verzichten und hat dann ein NO-Anschluss-Mikro-Relais.Elemente - Wenn auf die
17,18 oder auf die Mikro-Fixkontakte 19,20 verzichtet wird, reicht es,Elemente wenn der Kontaktbereich 16 des zweiten Mikro-Elementes 2 nur auf einer Seite elektrisch leitfähig ist. - Man kann die Mikro-
Elemente 1,1' mit (angepassten, optional: gestuften)Elektroden 9 versehen (siehe Fig. 3 bis Fig. 7). - Man kann die Kontaktierungselektroden 21,22 anders ausbilden; oder
ganz auf sie verzichten und dann mittels des vorzugsweise elektrisch
leitend beschichteten Schaltteils
den Kontaktteil 16 des zweiten Mikro-Elementes 2 kontaktieren. - Es ist möglich, die Mikro-
Elemente 1,1' auf der anderen Seite des zweiten Mikro-Elementes 2 anzuordnen, also in dem Bereich des Substrates S, der auf der 17,18 abgewandten Seite des zweiten Mikro-den Fixkontakten Elementes 2 liegt. Dann ist das Mikro-Relais durch elektrostatische Abstossungskäfte schaltbar. - Es ist auch möglich, das erste Mikro-
Element 1 in einem anderen Bereich (des Substrates S, bezüglich des zweiten Mikro-Elementes 2) anzuordnen als das dritte Mikro-Element 1'. - Man kann auf das dritte Mikro-Element 1' verzichten und nur das erste
Mikro-
Element 1 als elektrostatische Gegenelektrode zu dem zweiten Mikro-Element 2 als beweglicher Elektrode einsetzen.
- It is possible not to set up the MEMS with mirror symmetry.
- You can do without the fixed
17, 18 and then have an NC connection micro relay.contacts - You can do without the
19, 20 and then have a NO connection micro relay.micro elements - If the fixed
17, 18 or thecontacts 19, 20 are dispensed with, it is sufficient if themicro elements contact area 16 of the secondmicro element 2 is only electrically conductive on one side. - The
micro-elements 1, 1 'can be provided with (adapted, optionally: stepped) electrodes 9 (see FIGS. 3 to 7). - The contacting electrodes 21, 22 can be designed differently; or dispense with them entirely and then contact the
contact part 16 of thesecond micro-element 2 by means of the preferably electrically conductive coated switching part. - It is possible to arrange the
micro-elements 1, 1 'on the other side of thesecond micro-element 2, that is to say in the region of the substrate S which is on the side of thesecond micro-element 2 facing away from the fixed 17, 18. Then the micro-relay can be switched by electrostatic repulsive forces.contacts - It is also possible to arrange the
first micro-element 1 in a different area (of the substrate S, with respect to the second micro-element 2) than the third micro-element 1 '. - You can do without the third micro-element 1 'and only use the
first micro-element 1 as an electrostatic counter electrode to thesecond micro-element 2 as a movable electrode.
Fig. 9 zeigt ein Wechselschalt-Relais, welches ausser einem Normally-Open-Anschluss
(NO-Anschluss) zusätzlich auch noch einen Normally-Closed-Anschluss
(NC-Anschluss) umfasst. Das MEMS ist sehr ähnlich aufgebaut wie
das in Fig. 8 beschriebene; für entsprechende Merkmale wird auf den obigen
Text verwiesen. Allerdings ist das zweite Mikro-Element 2 hier nicht monostabil,
sondern bistabil ausgeführt. Insbesondere hat es einen Aufbau mit
zwei parallelen, kosinusförmigen, in ihrer Mitte verbundenen Federzungen,
wie er im Zusammenhang mit Fig. 1 detailliert beschrieben ist. Die beiden
stabilen Positionen des zweiten Mikro-Elementes 2 sind die Ausschaltposition
A' und die Einschaltposition B'. Ein grosser Vorteil der Bistabilität des
zweiten Mikro-Elementes 2 ist, dass es keiner anliegenden Schaltspannung
bedarf, um das zweite Mikro-Element 2 in der Ausschaltposition A' oder der
Einschaltposition B' zu halten. Nach Anlegen einer geeigneten Schaltspannung
und dem dadurch hervorgerufenen Schaltvorgang in den anderen Zustand
A',B' verbleibt das zweite Mikro-Element 2 selbsttätig in diesem Zustand
A',B'. Dadurch kann jedes der beiden Kontaktpaare, an denen ein zu
schaltendes Signal anliegt (Fixelektroden 17,18 beziehungsweise Mikro-Elemente
19,20) ein NO-Anschluss oder ein NC-Anschluss sein.Fig. 9 shows a two-way switching relay, which apart from a normally open connection
(NO connection) also a normally closed connection
(NC connection) includes. The MEMS is structured very similar to
that described in Figure 8; for corresponding features, refer to the above
Text referenced. However, the
Ausserdem weist das MEMS in Fig. 9 zwei weitere bistabil schaltbare Mikro-Elemente
auf: das sechste Mikro-Element 23 und das siebte Mikro-Element
24. Diese sind hier ebenfalls mit zwei parallelen, kosinusförmigen,
in ihrer Mitte verbundenen Federzungen aufgebaut und haben jeweils eine
(angepasste) Elektrode 9. Sie sind in dem Bereich des Substrates S angeordnet,
der auf derjenigen Seite des zweiten Mikro-Elementes 2 liegt, die den
Mikro-Elementen 1,1' abgewandt ist. Die Mikro-Elemente 23,24 wirken in
analoger Weise mit dem zweiten Mikro-Element 2 zusammen wie die Mikro-Elemente
1,1'. Zum Beispiel weist dazu das zweite Mikro-Element 2 eine
sechste Fläche 26a und eine achte Fläche 26a' auf, die mit einer fünften
Fläche 25a (des sechsten Mikro-Elementes 23) beziehungsweise einer siebten
Fläche 25a' (des siebten Mikro-Elementes 24) zusammenwirken. Mittels
elektrostatischer Anziehnugskräfte zwischen dem zweiten Mikro-Element 2
und dem sechsten Mikro-Element 23 (genauer: zwischen den entsprechenden
Flächen oder Oberflächen) beziehungsweise dem siebten Mikro-Element
24 (genauer: zwischen den entsprechenden Flächen oder Oberflächen)
kann das zweite Mikro-Element 2 von dem Einschaltzustand B' in den
Ausschaltzustand A' geschaltet werden.In addition, the MEMS in FIG. 9 has two further bistable switchable micro-elements
on: the sixth
Es sind mehrere vorteilhafte Modifikationen dieser Ausführungsform denkbar:
- Es ist möglich, das MEMS nicht spiegelsymmetrisch aufzubauen.
- Man kann auf die
17,18 verzichten.Fixkontakte - Man kann auf die Mikro-
19,20 verzichten.Elemente - Wenn auf die
17,18 oder auf die Mikro-Fixkontakte 19,20 verzichtet wird, reicht es,Elemente wenn der Kontaktbereich 16 des zweiten Mikro-Elementes 2 nur auf einer Seite elektrisch leitfähig ist. - Man kann die Mikro-
Elemente 1,1' mit (angepassten, optional: gestuften)Elektroden 9 versehen (siehe Fig. 3 bis Fig. 7). - Man kann die Mikro-
23,24Elemente ohne angepasste Elektroden 9 einsetzen. - Man kann die Kontaktierungselektroden der Mikro-
19,20 anders ausbilden; oder ganz auf sie verzichten und dann mittels des vorzugsweise elektrisch leitend beschichteten SchaltteilsElemente den Kontaktteil 16 des zweiten Mikro-Elementes 2 kontaktieren. - Es ist möglich, das Mikro-Relais durch elektrostatische Abstossungskäfte zu schalten; oder es mittels elektrostatischer Abstossungskäfte und elektrostatischer Anziehungskäfte zu schalten.
- Man kann auf eines, zwei oder drei der Mikro-
1,1',23,24 verzichten; insbesondere auf die diagonal einander gegenüberleigenden Mikro-Elemente 1,24 oder die Mikro-Elemente Elemente 1',23. - Wenn ein Schaltvorgang durch Zusammenwirken mindestens zweier Mikro-
1,1',23,24 mit dem zweiten Mikro-Elemente Element 2 erzeugt wird, ist es besonders vorteilhaft, wenn mindestens eine der entsprechenden Schaltspannungen mit einer zeitlicher Verzögerung relativ zu mindestens einer der anderen Schaltspannungen angelegt wird. Dadurch kann die Bewegung, welche der bewegliche Teil 11 des zweiten Mikro-Elementes 2 beim Schaltvorgang macht, unterstützt werden. Insbesondere kann der asymmetrischen Bewegung der zwei parallelen, kosinusförmig gekrümmten Federzungen des zweiten Mikro-Elementes 2 Rechnunng getragen werden. Es können auch entsprechend angepasste zeitliche Schaltspannungsprofile benutzt werden. - Wenn statt eines kosinusförmigen bistabilen zweiten Mikro-
Elementes 2 ein schwingungsbauchförmiges eingesetzt wird, werden vorteilhaft die 17,18 oder das vierte und/oder fünfte Mikro-Fixkontakte 19,20 derart angeordnet, dass mindestens einer von diesen für die Asymmetrische Ausbildung des Schwingungsbauches sorgt.Element
- It is possible not to set up the MEMS with mirror symmetry.
- One can do without the fixed
17, 18.contacts - One can do without the
19, 20.micro elements - If the fixed
17, 18 or thecontacts 19, 20 are dispensed with, it is sufficient if themicro elements contact area 16 of the secondmicro element 2 is only electrically conductive on one side. - The
micro-elements 1, 1 'can be provided with (adapted, optionally: stepped) electrodes 9 (see FIGS. 3 to 7). - The
23, 24 can be used without adaptedmicro elements electrodes 9. - The contacting electrodes of the
19, 20 can be designed differently; or dispense with them entirely and then contact themicro elements contact part 16 of thesecond micro-element 2 by means of the preferably electrically conductive coated switching part. - It is possible to switch the micro relay by electrostatic repulsive forces; or to switch it by means of electrostatic repulsive forces and electrostatic attractive forces.
- One can dispense with one, two or three of the
1, 1 ', 23, 24; in particular to the diagonally oppositemicro-elements 1, 24 or themicro elements micro elements 1 ', 23. - If a switching process is generated by the interaction of at least two
1, 1 ', 23, 24 with themicro-elements second micro-element 2, it is particularly advantageous if at least one of the corresponding switching voltages with a time delay relative to at least one of the other switching voltages is created. As a result, the movement which themovable part 11 of thesecond micro-element 2 makes during the switching process can be supported. In particular, the asymmetrical movement of the two parallel, cosine-shaped spring tongues of thesecond micro-element 2 can be carried out. Correspondingly adapted switching voltage profiles over time can also be used. - If, instead of a cosine-shaped bistable
second micro-element 2, an antinode is used, the fixed 17, 18 or the fourth and / or fifth micro-element 19, 20 are advantageously arranged such that at least one of them ensures the asymmetrical formation of the antinode ,contacts
Fig. 10a bis Fig. 10c zeigen eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der
Erfindung in verschiedenen Positionen. Es handelt sich bei diesem MEMS um
ein Mikro-Relais mit einem NC-Anschluss, welcher im allgemeinen nur
schwer realisierbar ist. Das MEMS wird ausgehend von dem in Fig. 4 dargestellten
Ausführungsbeispiel beschrieben, da es die gleichen Bestandteile
aufweist. Fig. 10a zeigt das MEMS, in dem Zustand, den es nach der Strukturierung
mittels DRIE hat: Das erste Mikro-Element 1 befindet sich in der Initialposition
A. Fig. 10b zeigt das MEMS in einem Zustand, in welchem das
erste Mikro-Element 1 sich in der Arbeitsposition B befindet, und sich das
zweite Mikro-Element 2 in dem Ausschaltzustand A' befindet. Fig. 10c zeigt
das MEMS in einem Zustand, in welchem das erste Mikro-Element 1 sich in
der Arbeitsposition B befindet, und sich das zweite Mikro-Element 2 in dem
Einschaltzustand B' befindet.10a to 10c show a further advantageous embodiment of the
Invention in different positions. This MEMS is
a micro relay with an NC connection, which is generally only
is difficult to implement. The MEMS is based on that shown in FIG. 4
Embodiment described, since it has the same components
having. 10a shows the MEMS, in the state it is after the structuring
by means of DRIE: The first
Im Unterschied zu den weiter oben diskutierten Ausführungsformen ist es
hier so, dass das erste Mikro-Element 1 nach dem Umschalten von der Initialposition
A in die Arbeitsposition B nicht nur einfach dem zweiten Mikro-Element
2 näher kommt als der durch DRIE gegebene Minimalabstand und
das zweite Mikro-Element 2 nur (leicht) berührt. Vielmehr ist hier die Anordnung
der Mikro-Elemente 1,2 auf dem Substrat S und die Ausgestaltung der
Mikro-Elemente 1,2 derart gewählt, dass das erste Mikro-Element 1 in der
Arbeitsposition B eine Kraft auf den beweglichen Teil 11 des zweiten Mikro-Elementes
2 ausübt, die zu einer (deutlichen) elastischen Verformung des
beweglichen Teils 11 des zweiten Mikro-Elementes 2 führt (siehe Fig. 10b).
Der bewegliche Teil 11 des zweiten Mikro-Elementes 2 wird derart verformt,
dass der elektrisch leitfähige Kontaktbereich 16 des zweiten Mikro-Elementes
2 die Fixkontakte 17,18 leitend verbindet: Der NC-Anschluss ist
geschlossen. Es wird ein spannungslos geschlossener, aber lösbarer Kontakt
realisiert; in einem unter Einsatz von DRIE strukturierten MEMS. Anders ausgedrückt:
Durch das Schalten des ersten Mikro-Elementes 1 von der Initialposition
A in die Arbeitspositon B wird ein Schaltvorgang des zweiten Mikro-Elementes
2 hervorgerufen. Da keine Schaltspannung dafür anliegen muss,
befindet sich das zweite Mikro-Element 2 nach diesem Schaltvorgang in der
Ausschaltposition A'. Um den NC-Anschluss wieder zu öffnen, muss eine
geeignete Schaltspannung zwischen dem ersten Mikro-Element 1 und dem
zweiten Mikro-Element 2 angelegt werden. Mittels elektrostatischer Anziehungskräfte
wird der NC-Anschluss geöffnet, und das zweite Mikro-Element
2 geht in den Einschaltzustand B' (siehe Fig. 10c).In contrast to the embodiments discussed above, it is
here so that the
In Kombination mit weiter oben genannte Merkmalen können auf der
Grundlage der Figuren 10a-10c weitere vorteilhafte Ausführungsformen
geschaffen werden. Insbesondere kann auf die Elektrode 9 verzichtet werden.
Oder die Elektrode 9 kann anders ausgebildet werden. Insbesondere
kann man vorteilhaft die Elektrode 9 derart ausbilden und die Mikro-Elemente
1,2 derart zueinander anordnen, dass die Berührungsstellen zwischen
den beiden Mikro-Elementen 1,2 (wenn das erste Mikro-Element 1 in
der Arbeitsposition A ist und das zweite Mikro-Element 2 in der Ausschaltposition
A' ist) im wesentlichen auf einer Geraden liegen mit der Mitte 8 in
der Initialposition A und der Mitte 8 in der Arbeitsposition. Dadurch kann eine
geringe mechanische Belastung des ersten Mikro-Elementes 1 erreicht
werden, wobei gleichzeitig grosse Kontaktkräfte auf die Fixkontakte 17,18
ausgeübt werden können (sichere Kontakte).In combination with the features mentioned above, the
Basis of Figures 10a-10c further advantageous embodiments
be created. In particular, the
Auch ist es vorteilhaft, in Analogie zu der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform,
ein zweites Paar Fixkontakte 17',18' (nicht dargestellt in Fig. 10)
vorzusehen, wobei diese Fixkontakte 17',18' derart anzuordnen sind, dass
der Kontaktbereich 16 des zweiten Mikro-Elementes 2 diese Fixkontakte
17',18' elektrisch leitend miteinander verbindet, wenn das zweite Mikro-Element
2 sich in der Einschaltposition B' befindet. So erhält man ein Wechselschalt-Relais,
ähnlich dem aus Fig. 5, aber mit nur einem bistabilen Mikro-Element
1. Vorteilhaft kann ausserdem der bewegliche Teil 11 des
zweiten Mikro-Elementes 2 zweiteilig ausgebildet werden (analog zu der
Ausführungsform von Fig. 7). It is also advantageous, in analogy to the embodiment shown in FIG. 5,
a second pair of fixed contacts 17 ', 18' (not shown in Fig. 10)
to be provided, these fixed contacts 17 ', 18' being arranged such that
the
In den obigen Ausführungen wurden nur lateral arbeitende MEMS diskutiert. Es ist aber auch möglich, die beschriebenen MEMS (in ähnlicher Form) als horizontal arbeitende MEMS aufzubauen. Zur Herstellung wird dann typischerweise nicht DRIE eingesetzt, sondern es wird eher auf andere aus der MEMS- oder Halbleitertechnologie bekannte Verfahren zurückgegriffen, wie sie beispielsweise in den bereits genannten Patentschriften US 5,638,946, US 5'677'823 oder DE 42 05 029 C1 erwähnt werden. Der Offenbarungsgehelt dieser Patentschriften wird darum hiermit in die vorliegende Beschreibung aufgenommen.Only laterally operating MEMS were discussed in the above explanations. However, it is also possible to use the MEMS described (in a similar form) as to build horizontally operating MEMS. It is then typically used for production not used DRIE, but rather it is used on others from the Known methods such as MEMS or semiconductor technology are used for example in the already mentioned patents US 5,638,946, US 5,677,823 or DE 42 05 029 C1 may be mentioned. The revelation these patents are therefore hereby incorporated into the present description added.
Fig. 11a und Fig. 11b zeigen ein mögliches Ausführungsbeispiel, in welchem die beweglichen Teile des MEMS im wesentlichen horizontal beweglich sind. Fig. 11a ist eine geschnittene Seitenansicht des in Fig. 11b in Aufsicht dargestellte MEMS. In Fig. 11b ist mit XIa-XIa die Linie des Schnittes der Fig. 11a dargestellt. Das MEMS ist ein Mikro-Relais mit einem NC-Anschluss.11a and 11b show a possible embodiment in which the moving parts of the MEMS are essentially horizontally movable. Figure 11a is a cross-sectional side view of the one shown in plan in Figure 11b MEMS. In Fig. 11b with XIa-XIa is the line of the section of the 11a. The MEMS is a micro relay with an NC connection.
Das erste Mikro-Element 1 ist hier als ein schwingungsbauchförmiges bistabil
elastisch schaltbares Mikro-Element ausgebildet, analog zu dem in Fig. 2
gezeigten ersten Mikro-Element 1. In der Initialposition A ist der symmetrische
Schwingungsbauch von dem Substrat S weggewölbt. Das zweite Ende 7
des ersten Mikro-Elementes 1 ist hier brückenartig ausgebildet. Dadurch
kann sich das unterhalb des Schwingungsbauches angeordnete zweite Mikro-Element
2 bis ausserhalb des Bereiches zwischen dem ersten Ende 6
und zweiten Ende 7 des ersten Mikro-Elementes 1 erstrecken. Das erste feste
Ende 10 des zweiten Mikro-Elementes 2 dient hier als Anschlag für die
Bildung des asymmetrischen Schwingungsbauches des ersten Mikro-Elementes
1 in der Arbeitsposition B.The
Der bewegliche Teil 11 des zweiten Mikro-Elementes 2 verläuft zunächst
(nach der Strukturierung) im wesentlichen parallel zu der Hauptfläche des
Substrates S. Nach dem Schalten des ersten Mikro-Elementes 1 von der Initialposition
A in die Arbeitsposition B übt das erste Mikro-Element 1 eine
Druckkraft auf den beweglichen Teil 11 des zweiten Mikro-Elementes 2 aus.
Das zweite Mikro-Element 2 wird elastisch verformt. Es gelangt in seine
Ausschaltposition A', in welcher eine fest an dem beweglichen Teil 11 angebrachte
bewegliche Kontaktelektrode E eine auf dem Sustrat S fixierte Fixelektrode
17 berührt. Dadurch entsteht ein NC-Anschluss zwischen der beweglichen
Kontaktelektrode E und der Fixelektrode 17. Diese Erzeugung eines
NC-Anschlusses ist ganz analog zu der in Zusammenhang mit den
Fig. 10a bis 10c beschriebenen Methode.The
Werden geeignete Schaltspannungen zwischen den beiden Mikro-Elementen
1,2 angelegt, so geht das zweite Mikro-Element 2 in den Einschaltzustand
B' über, in welchem der bewegliche Teil 11 des zweiten Mikro-Elementes
2 von dem Substrat weggebogen ist und der NC-Anschluss geöffnet
ist. Die Kontaktierungselektroden C,C' dienen zum Anlegen von
Schaltspannungen. Zum Anlegen eines zu schaltenden Signals dienen Kontaktierungselektroden
D,D' Die Kontaktierungselektrode D, welche elektrisch
mit der beweglichen Kontaktelektrode E verbunden ist, ist hier auf dem ersten
festen Ende 10 des zweiten Mikro-Elementes 2 angeordnet. Die mit
dem Fixkontakt 17 elektrisch verbundene Kontaktierungselektrode D' ist auf
dem Substrat S angeordnet.Are suitable switching voltages between the two
Andere erfindungsgemässe MEMS, wie beispielsweise die weiter oben beschriebenen MEMS, sind ebenfalls als horizontal arbeitende MEMS realisierbar.Other MEMS according to the invention, such as those described above MEMS can also be implemented as horizontally operating MEMS.
Eine Anordnung mit einer Fixelektrode 17 und einer beweglichen Kontaktelektrode
E, wie in Fig. 11a und 11b, ist vorteilhaft auch in den weiter oben
beschriebenen MEMS, welche mit einem Kontaktbereich 16 und zwei Fixelektroden
17,18 beschrieben sind, realisierbar.An arrangement with a fixed
Sehr vorteilhaft an dieser Ausführungsform von Fig. 11a,b ist, dass der Abstand
im geöffneten Zustand zwischen der beweglichen Kontaktelektrode E
des zweiten Mikro-Elementes 2 und dem Fixkontakt 17 wählbar ist und fertigungstechnisch
sehr gut reproduzierbar ist. Dasselbe gilt auch für die weiter
oben diskutierten Ausführungsformen, sofern man diese analog zu
Fig. 11a,b mit einer beweglichen Kontaktelektrode E ausführt.It is very advantageous in this embodiment of FIGS. 11a, b that the distance
in the open state between the movable contact electrode E
of the
Ein erfindungsgemässes MEMS ist nicht nur, wie in obigen Beispielen, als Schalter oder Relais ausführbar. Es sind verschiedenste Mikro-Aktoren realisierbar. Beispielsweise können erfindungsgemässe MEMS Mikro-Ventile oder Mikro-Pumpen darstellen oder solche betätigen.A MEMS according to the invention is not only, as in the examples above, as Switch or relay executable. Various micro-actuators can be implemented. For example, MEMS micro valves or Represent or operate micro pumps.
Das zur Herstellung eines erfindungsgemässen MEMS verwendete Substrat S
ist vorzugsweise fläching ausgebildet. Typischerweise weist es eine
Hauptfläche auf, die zur Herstellung des MEMS strukturiert wird, wobei die
Bewegung der beweglichen Teile des MEMS im wesentlichen parallel oder
senkrecht zu dieser Hauptfläche beweglich sind. Vorzugsweise besteht das
Substrat S aus einem Halbleitermaterial, insbesondere Silizium, das vorteilhaft
einkristallin und besonders vorteilhaft (für eine ausreichende elektrische
Leitfähigkeit) auch noch dotiert ist. Bei einkristallinem Silizium ist bei unter
mechanischem Stress stehenden bistabil schaltbaren Mikro-Elementen
1,1',2,19,20,23,24 vorteilhaft keine oder nur sehr langsam erfolgende
Relaxation zu erwarten.The substrate S used to produce a MEMS according to the invention
is preferably flat. Typically it has one
Main area that is structured to produce the MEMS, the
Movement of the moving parts of the MEMS essentially parallel or
are movable perpendicular to this main surface. Preferably there is
Substrate S made of a semiconductor material, in particular silicon, which is advantageous
monocrystalline and particularly advantageous (for sufficient electrical
Conductivity) is also endowed. With single-crystalline silicon is under
Mechanical stress-resistant bistable switchable
Insbesondere kann ein SOI-Wafer (silicon-on-insulator) verwendet werden, der aus drei substratparalellen Schichten Silizium-Siliziumoxid-Silizium. Dabei dient die Siliziumoxid-Schicht als Opferschicht. In particular, an SOI wafer (silicon-on-insulator) can be used that of three layers parallel to the substrate silicon-silicon oxide-silicon. there the silicon oxide layer serves as a sacrificial layer.
Das erwähnte Strukturierungsverfahren ist typischweise ein materialabtragendes Verfahren, vorzugsweise ein Ätzverfahren. Die LIGA-Technik oder insbesondere das reaktive lonenätzen und besonders vorteilhaft das lonentiefätzen (DRIE) kommen hier in Frage. Das DRIE-Verfahren hat den Vorteil, sehr gut zur Erzeugung von Flächen geeignet zu sein, die (relativ zu ihrer subtratsenkrechten Höhe) eng beabstandet sind und praktisch senkrecht zu der Hauptfläche des Substrates S verlaufen. Für die Herstellung lateral arbeitender MEMS ist DRIE gut geeignet. Aber auch Verfahren, die Material auftragen sind denkbar, beispielsweise wenn derart erzeugte einander zugewandte Flächen verfahrensbedingt einen Minimalabstand aufweisen. Beispielsweise mittels Photopolymerisation arbeitende Rapid-Prototyping-Verfahren.The structuring process mentioned is typically a material-removing process Process, preferably an etching process. The LIGA technology or in particular the reactive ion etching and particularly advantageously the ion etching (DRIE) come into question here. The DRIE process has the advantage to be very well suited for the creation of surfaces which (relative to their subtrate perpendicular height) are closely spaced and practically perpendicular to the main surface of the substrate S. For the laterally working MEMS is well suited DRIE. But also procedures, the material Applying are conceivable, for example when facing each other Depending on the process, surfaces must have a minimum distance. For example Rapid prototyping processes using photopolymerization.
Ausser elektrostatisch betätigbaren Aktoren können erfindungsgemäss beispielsweise auch elektromagnetisch oder piezoeklektrisch betätigbare Aktoren realisiert werden. Die betätigenden Kräfte können abstossend oder anziehend sein.In addition to electrostatically actuable actuators, for example also actuators that can be actuated electromagnetically or piezoelectrically will be realized. The actuating forces can be repulsive or attractive his.
Ein erfindungsgemässes bistabil schaltbares Mikro-Element kann auch tristabil
oder anderweitig multistabil schaltbar sein. Es ist für manche Anwendungen
ausserdem nicht nötig, dass die Mikro-Elemente 1,1',19,20,23,24
nach der ersten Umschaltung von der Initialposition A in die Arbeitsposition
B auch wieder zurückschalbar in die Initialposition A sind. Man kann auch
ein einmaliges, beispielsweise plastisches, Verformen in Erwägung ziehen.
Die Mikro-Elemente 1,1',19,20,23,24 sind aber vorzugsweise bistabil elastisch
schaltbar und wieder in die Initialposition A zurückschaltbar. Besonders
vorteilhaft ist es, die bistabilen Mikro-Elemente 1,1',2,19,20,23,24 als
die geschilderten kosinusförmigen oder als die geschilderten schwingungsbauchförmigen
Mikro-Elemente auszubilden, wobei diese auch in abgewandelter
Form und innerhalb eines MEMS's kombiniert realisierbar sind.A bistable switchable micro-element according to the invention can also be tristable
or otherwise switchable multistable. It is for some applications
furthermore, it is not necessary for the
Je nach Zweck können die Mikro-Elemente optional elektrisch leitend oder elektrisch nichtleitend beschichtet werden. Eine nichtleitende Beschichtung dient vorzugsweise der Verhinderung von Entladungen zwischen einander berührenden elektrostatischen Elektroden. Beispielsweise als alternativer oder zusätzlicher Schutz vor derartigen Entladungen können Stopper oder Federn eingesetzt werden, wie sie aus der bereits zitierten DE 198 00 189 A1 bekannt sind. Die Kontaktierungselektroden C,C',D,D' sind in bekannter Weise herstellbar (zum Beispiel durch Sputtern) und beispielsweise durch Bonden kontaktierbar.Depending on the purpose, the micro elements can optionally be electrically conductive or be coated electrically non-conductive. A non-conductive coating preferably serves to prevent discharges between one another touching electrostatic electrodes. For example, as an alternative or additional protection against such discharges can stop or Springs are used, as they are from the already cited DE 198 00 189 A1 are known. The contacting electrodes C, C ', D, D' can be produced in a known manner (for example by sputtering) and for example contactable by bonding.
Zum Herstellungsprozess für die erfindungsgemässen MEMS ist zu bemerken,
dass das erstmalige Umschalten des ersten Mikro-Elementes 1 und
auch der anderen bistabil schaltbaren Mikro-Elemente 1',19,20,23,24 von
der Initialposition A in die Arbeitsposition B als noch zu dem Herstellungsprozess
des MEMS gehörig zu betrachten ist. Dieser initiale Schaltvorgang
kann mechanisch erfolgen. Vorzugsweise wird dieser Schaltvorgang aber im
Rahmen eines Qualitäts- oder Funktionstests (Burn-in) des MEMS vorgenommen,
wobei andere mit dem Substrat verbundene Einheiten dabei mitgetestet
oder initialisiert werden können. Der initiale Schaltvorgang kann
dann vorzugsweise durch Erzeugen einer attraktiven Kraft zwischen dem bistabilen
Mikro-Element 1,1',19,20,23,24 und dem zweiten Mikro-Element 2
erfolgen, wobei diese Kraft vorteilhaft durch Anlegen einer Schaltspanung
erfolgt. Eine solche Schaltspannung ist typischerweise höher als eine
Schaltspannung, die zum Schalten des zweite Mikro-Elementes 2 zwischen
Ausschaltposition A' und Einschaltposition B' verwendet wird. Regarding the manufacturing process for the MEMS according to the invention, it should be noted that
that the first switching of the
Die genannten Merkmale können gemeinsam oder auch einzeln oder in beliebiger Kombination vorteilhaft sein.The features mentioned can be common or individually or in any Combination can be advantageous.
Die Linearausdehnung der beschriebenen MEMS ist typischerweise zwischen 0.2 mm und 5 mm, vorzugsweise 0.8 mm bis 2 mm. Für DRIE als Strukturierungsverfahren beträgt der erwähnte Minimalabstand (minimale Grabenbreite) etwa 5 µm bis 15 µm; er weist eine geringe Abhängigkeit von der Tiefe des strukturierten Grabens auf. Typischerweise beträgt die Tiefe des strukturierten Grabens 300 µm bis 550 µm. Durch Schalten von der Initialposition A in die Arbeitsposition B wird der entsprechende Abstand auf typischerweise null oder 0,1 µm bis 1 µm reduziert. Schichtdicken der elektrisch nichtleitenden Beschichtungen 3b,3b',4b,4b' betragen typischerweise 50 nm bis 500 nmThe linear expansion of the MEMS described is typically between 0.2 mm and 5 mm, preferably 0.8 mm to 2 mm. For DRIE as a structuring process is the minimum distance mentioned (minimum trench width) about 5 µm to 15 µm; it shows little dependence on the Depth of the structured trench. Typically, the depth of the structured trench 300 µm to 550 µm. By switching from the initial position A in the working position B is the corresponding distance to typically reduced to zero or 0.1 µm to 1 µm. Layer thicknesses of the electrically non-conductive coatings 3b, 3b ', 4b, 4b' are typically 50 nm to 500 nm
Die Schaltspannungen für die beschriebenen MEMS (Schalten zwischen Ausschaltposition A' und Einschaltposition B') betragen typischerweise 10 V bis 80 V, vorzugsweise 25 V bis 50 V. Wenn die erste Umschaltung der bistabilen Mikro-Elemente von der Initialposition A in die Arbeitsposition durch elektrostatische Anziehungskräfte erfolgt, werden dafür typischerweise Schaltspannungen zwischen 70 V und 300 V, vorzugsweise zwischen 100 V und 200 V eingesetzt. The switching voltages for the MEMS described (switching between the switch-off position A 'and switch-on position B') are typically 10 V to 80 V, preferably 25 V to 50 V. When the first switching of the bistable Micro-elements from the initial position A to the working position electrostatic attractive forces are typically used for this Switching voltages between 70 V and 300 V, preferably between 100 V and 200 V.
- 11
- erstes Mikro-Elementfirst micro element
- 1'1'
- drittes Mikro-Elementthird micro element
- 22
- zweites Mikro-Elementsecond micro element
- 33
- erste Oberfläche (des ersten Mikro-Elementes); der zweiten Oberfläche zugewandtfirst surface (of the first micro-element); the second surface facing
- 3a3a
- erste Fläche (des ersten Mikro-Elementes); der zweiten Fläche zugewandtfirst surface (of the first micro-element); facing the second surface
- 3b3b
- erste Beschichtung (der ersten Fläche)first coating (the first surface)
- 3'3 '
- dritte Oberfläche (des dritten Mikro-Elementes); der vierten Oberfläche zugewandtthird surface (of the third micro-element); the fourth surface facing
- 3a'3a '
- dritte Fläche (des dritten Mikro-Elementes); der vierten Fläche zugewandtthird surface (of the third micro-element); facing the fourth surface
- 3b'3b '
- dritte Beschichtung (der dritten Fläche)third coating (the third surface)
- 44
- zweite Oberfläche (des zweiten Mikro-Elementes); der ersten Oberfläche zugewandtsecond surface (of the second micro-element); the first Surface facing
- 4a4a
- zweite Fläche (des zweiten Mikro-Elementes); der ersten Fläche zugewandtsecond surface (of the second micro-element); the first area facing
- 4b4b
- zweite Beschichtung (der zweiten Fläche)second coating (of the second surface)
- 4'4 '
- vierte Oberfläche (des zweiten Mikro-Elementes); der dritten Oberfläche zugewandtfourth surface (of the second micro-element); the third surface facing
- 4a'4a '
- vierte Fläche (des zweiten Mikro-Elementes); der dritten Fläche zugewandtfourth surface (of the second micro-element); facing the third surface
- 4b'4b '
- vierte Beschichtung (der vierten Fläche)fourth coating (the fourth surface)
- 55
- Schaltteil des ersten Mikro-ElementesSwitching part of the first micro element
- 66
- erstes Ende des ersten Mikro-Elementesfirst end of the first micro element
- 77
- zweites Ende des des ersten Mikro-Elementes second end of the first micro-element
- 88th
- Mitte zwischen dem ersten und dem zweiten Ende des ersten Mikro-ElementesMiddle between the first and the second end of the first micro-element
- 99
- (angepasste) Elektrode des ersten Mikro-Elementes(adapted) electrode of the first micro-element
- 1010
- erstes festes Ende des zweiten Mikro-Elementesfirst fixed end of the second micro-element
- 10'10 '
- zweites festes Ende des zweiten Mikro-Elementessecond fixed end of the second micro-element
- 1111
- beweglicher Teil des zweiten Mikro-Elementesmovable part of the second micro-element
- 1212
- spaltbildende Oberflächegap-forming surface
- 1313
- Spaltgap
- 1414
- erster Bereich des beweglichen Teils des zweiten Mikro-Elementesfirst area of the movable part of the second micro-element
- 1515
- zweiter Bereich des beweglichen Teils des zweiten MikroElementessecond area of the movable part of the second micro-element
- 16,16'16.16 '
- Kontaktbereich des beweglichen Teils des zweiten MikroElementesContact area of the moving part of the second micro-element
- 17,1817.18
- FixkontakteFixkontakte
- 17',18'17 ', 18'
- FixkontakteFixkontakte
- 1919
- viertes Mikro-Elementfourth micro element
- 2020
- fünftes Mikro-Elementfifth micro element
- 21,2221.22
- Kontaktelektrodecontact electrode
- 2323
- sechstes Mikro-Elementsixth micro element
- 2424
- siebtes Mikro-Elementseventh micro element
- 25a25a
- fünfte Fläche (des sechsten Mikro-Elementes); der sechsten Fläche zugewandtfifth surface (of the sixth micro-element); the sixth surface facing
- 25a'25a '
- siebte Fläche (des siebten Mikro-Elementes); der achten fläche zugewandtseventh surface (of the seventh micro-element); facing the eighth surface
- 26a26a
- sechste Fläche (des zweiten Mikro-Elementes); der fünften Fläche zugewandtsixth surface (of the second micro-element); the fifth area facing
- 26a'26a '
- achte Fläche (des zweiten Mikro-Elementes); der fünften Fläche zugewandteighth surface (of the second micro-element); the fifth area facing
- AA
- Initialpositioninitial position
- BB
- Arbeitsposition working position
- A'A '
- Ausschaltposition (des zweiten Mikro-Elementes)Switch-off position (of the second micro-element)
- B'B '
- Einschaltposition (des zweiten Mikro-Elementes)Switch-on position (of the second micro-element)
- C,C'C, C '
- Kontaktierungselektrodencontacting electrodes
- D,D'D, D '
- Kontaktierungselektrodencontacting electrodes
- Ee
- bewegliche Kontaktierungselektrode (des zweiten MikroElementes)movable contact electrode (of the second micro-element)
- SS
- Substratsubstratum
Claims (23)
dadurch gekennzeichnet,
characterized by
dadurch gekennzeichnet,
characterized by
dadurch gekennzeichnet, dass der bewegliche Teil (11) des zweite Mikro-Elementes (2) einen ersten Bereich (14) und einen zweiten Bereich (15) aufweist, wobei der erste Bereich (14)
characterized in that the movable part (11) of the second micro-element (2) has a first region (14) and a second region (15), the first region (14)
dadurch gekennzeichnet,
characterized by
wobei
in which
der bewegliche Teil (11) des zweiten Mikro-Elementes (2) durch Schalten des ersten Mikro-Elementes (1) von der Initialposition A in der Arbeitsposition A elastisch verformbar ist.Micro-electromechanical system according to claim 3, characterized in that
the movable part (11) of the second micro-element (2) can be elastically deformed from the initial position A in the working position A by switching the first micro-element (1).
dadurch gekennzeichnet,
characterized by
und/oder
die zweite Fläche (4a) des zweiten Mikro-Elementes (2) mit einer zweiten elektrisch leitenden oder elektrisch nichtleitenden Beschichtung (4b) versehen wird. Manufacturing method according to claim 21, characterized in that before the switching of the first micro-element (1) into the working position (B), the first surface (3a) of the first micro-element (1) with a first electrically conductive or electrically non-conductive coating ( 3b) is provided,
and or
the second surface (4a) of the second micro-element (2) is provided with a second electrically conductive or electrically non-conductive coating (4b).
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