WO2003060940A1 - Micro-electromechanical system and method for production thereof - Google Patents

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WO2003060940A1
WO2003060940A1 PCT/CH2002/000722 CH0200722W WO03060940A1 WO 2003060940 A1 WO2003060940 A1 WO 2003060940A1 CH 0200722 W CH0200722 W CH 0200722W WO 03060940 A1 WO03060940 A1 WO 03060940A1
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WO
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micro
substrate
electromechanical system
switch
movable part
Prior art date
Application number
PCT/CH2002/000722
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German (de)
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Inventor
Ralf Strümpler
Original Assignee
Abb Research Ltd
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Publication date
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Priority to US10/501,979 priority patent/US7109560B2/en
Priority to AU2002361920A priority patent/AU2002361920A1/en
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H59/00Electrostatic relays; Electro-adhesion relays
    • H01H59/0009Electrostatic relays; Electro-adhesion relays making use of micromechanics
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00Contacts
    • H01H1/12Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage
    • H01H1/14Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage by abutting
    • H01H1/20Bridging contacts
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    • H01H1/50Means for increasing contact pressure, preventing vibration of contacts, holding contacts together after engagement, or biasing contacts to the open position
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    • H01H1/0036Switches making use of microelectromechanical systems [MEMS]
    • H01H2001/0042Bistable 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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    • H01H2001/0078Switches making use of microelectromechanical systems [MEMS] with parallel movement of the movable contact relative to the substrate

Definitions

  • the invention relates to the field of micro-electromechanical systems, in particular
  • micro-electromechanical system forming the preamble of claims 1 and 21 and a corresponding method are known for example from DE 198 00 189 AI.
  • MEMS micro electro-mechanical system
  • a micromechanical switch which comprises a flat carrier substrate, a contact piece fixed on the carrier substrate, a movable electrode and a counter electrode fixedly connected to the carrier substrate.
  • the mobile electrical i & has a free end and a fixed end connected to the carrier substrate.
  • the movable electrode and the counter electrode have surfaces facing one another.
  • the movable electrode By electrostatic attractive forces between these mutually facing surfaces, the movable electrode can be bent, that is to say elastically deformed, in such a way that the free end of the movable electrode approaches the counterelectrode and thereby also the contact piece until there is contact between the free end of the movable electrode and the contact piece comes.
  • the movement of the free end of the movable electrode takes place laterally, that is to say parallel to the flat carrier substrate.
  • the electrostatic attractive forces between the facing surfaces of the movable electrode and the counter electrode are generated by the application of a voltage between the movable electrode and the counter electrode.
  • stoppers are introduced into the counter electrode which protrude beyond 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, which are attached to the side of the movable electrode facing away from the counter electrode and restrict the movement of the movable electrode in the direction of the counter electrode.
  • the surface of the movable electrode facing the counter electrode can also be provided with an electrically insulating layer for the same purpose.
  • the electrostatic attraction force F between two parallel surfaces of the surface A at a distance d when a switching voltage U is applied between the two surfaces is given by The force 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 AI was generated from the carrier substrate using a deep silicon etching process. After a mask has been applied to the carrier substrate, material is etched out of the carrier substrate at the locations at which the mask is opened. This creates trenches or etching channels that have at least one minimum width that is characteristic of the etching process.
  • a sacrificial layer process is used which separates the free end of the movable electrode from the carrier substrate.
  • a sacrificial layer arranged in the carrier substrate below the movable parts of the micromechanical switch is selectively removed by an etching process, the sacrificial layer at locations where a connection to the substrate is desired, such as at the counter electrode, the fixed contact piece and the fixed end of the movable electrode , persists.
  • DE 42 05 029 CI shows an electrostatically operated micro-electro-mechanical relay that works horizontally. That means the switching movement of this relay is essentially perpendicular to a carrier substrate. A tongue-shaped electrode with a contact piece is etched free from a silicon substrate. The substrate is then applied to a counter substrate with a counter electrode and a counter contact in such a way 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 one another, whereby an electrically conductive connection between the contact and counter contact can be achieved. Large contact forces can be achieved using relatively wide electrodes.
  • DE 197 36 674 CI also discloses a micro-electromechanical relay and a method for its production, which operates horizontally.
  • a movable contact is attached to an anchor tongue which is attached to a substrate on one side and which is bent away from the substrate in the idle state.
  • this contact interacts with a fixed contact, which is attached to a spring tongue that is also curved away from the substrate.
  • the curvature of the contacts is achieved by applying a tension layer on both contacts. Achieving a high reproducibility of a curvature of the contacts produced in this way and thus the contact spacings in the idle state (open) is not easy in terms of production technology.
  • the 3 mm long spring tongues are only 10 ⁇ m to 20 ⁇ m wide, but 480 ⁇ m high.
  • US Pat. No. 5,677,823 discloses an electrostatically switchable bistable storage element which operates horizontally.
  • a bridge-like movable contact aligned essentially parallel to a carrier substrate is arranged above a fixed contact which is fixedly connected to the carrier substrate.
  • the movable contact is fixed to the carrier substrate, while it bulges away from the carrier substrate in the middle (first stable position) or bulges in the direction of the carrier substrate (second stable position).
  • the switch In the second stable position, the movable contact and the fixed contact touch: the switch is closed.
  • the switch is open in the first stable position.
  • the bistability of the switch results from mechanical stresses which are introduced into the movable contact during manufacture of the switch.
  • two electrodes are arranged on the side next to the fixed contact.
  • the contact and electrodes can be electrically charged, so that electrostatic attraction or repulsion forces result between them, by means of which the switch can be switched back and forth between the two stable positions.
  • Another horizontally operating bistable MEMS mechanism is described in Sun et al., "A Bistable Microrelay Based on Two-Segment Multimorph Cantilever Actuators", IEEE Catalog No. 98CH36176.
  • MEMS micro-electro-mechanical system
  • New functionalities can mean, for example, the realization of voltage-free closed connections or of micro-relays with voltage-free opened as well as voltage-free closed connections.
  • the MEMS according to the invention comprises a substrate and a first micro-element and a second micro-element, wherein
  • the first micro-element and the second micro-element are connected to the substrate
  • the first micro-element having a first surface and the second micro ⁇ element has a second surface, which surfaces face each other and are generated by a patterning process
  • the first micro-element contains a switching part by which it can be switched bistably between an initial position and a working position
  • 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.
  • a first micro-element which can be switched between the two stable positions initial position and working position, is used in connection with a second micro-element in such a way that the first micro-element, after switching from the initial position to the working position, has a smaller distance from the second micro - Element has as in the initial position.
  • Both micro-elements are connected to the substrate and produced using a structuring process. According to the invention, the aforementioned smaller distance in the working position is smaller than a minimum distance, which is characteristic of the structuring method, between the two micro-elements.
  • micro-actuators can be realized in a new or simpler way or in an improved form.
  • the second micro-element is a firmly connected to the substrate first fe ⁇ Stes end and a movable part, whereby 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 can be moved from a switch-off position to a switch-on position, and the two micro-elements in the area of the point which has the aforementioned smaller distance between the two micro-elements, has contact points and is electrically non-conductive.
  • the fact that there are points of contact means that the smaller distance mentioned is zero.
  • electrostatically operating actuators whose electrostatically switchable electrodes (electrode and counter electrode) touch each other.
  • the small or vanishing electrode spacings achieved as a result have improved switchability. Switching the actuator with very low switching voltages is possible.
  • the first micro-element is additionally designed in such a way that it contains an adapted counter-electrode which is adapted to the shape of the second micro-element:
  • the adapted counter-electrode is shaped in such a way that in the switch-on position of the second micro-element overlap the adapted counterelectrode and the second micro-element over a large area in the area of the mentioned contact points.
  • the matched counter electrode and the second micro element nestle against one another. This maximizes the areas between which the electrostatic attractive forces act, which results in greater electrostatic attractive forces and thus improved switchability. Switching the actuator at very low switching voltages is made possible.
  • the adapted counter-electrode additionally comprises a second section, which is set back in a step-like manner with respect to the section of the counter-electrode that clings to the second micro-element.
  • this second section of the connected fit 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, which contacts the second micro-element in its switched-on position, thereby making a reliable electrical contact.
  • a changeover switching relay is implemented.
  • relays or changeover relays are implemented with voltage-free closed connections.
  • the movable part of the second micro-element can be elastically deformed by switching the first micro-element from the initial position into the working position. This makes it possible to implement closed connections without voltage.
  • the method according to the invention includes switching the bistable switchable micro-element. This enables new or improved MEMS such as those mentioned above to be manufactured.
  • Figure 1 is a schematic representation of a MEMS according to the invention with a cosine-shaped bistable element, in supervision.
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of a MEMS according to the invention with a bistable element in the form of an antinode, in supervision;
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of a MEMS according to the invention with a cosine-shaped bistable element and a matched counter electrode, in supervision;
  • FIG. 4 shows a schematic illustration of a micro-relay according to the invention with a cosine-shaped bistable element and a matched counter electrode, in supervision;
  • FIG. 5 shows a schematic illustration of a micro changeover switching relay according to the invention with two cosine-shaped bistable elements and an adapted counter electrode, in supervision;
  • FIG. 6 shows a schematic representation of a micro-relay according to the invention with a cosine-shaped bistable element and a stepped counter electrode, in supervision;
  • Figure 7 is a schematic representation of an inventive micro-relay with kosinusförmigem bistable element and gestuf ⁇ ter counter electrode and two-movable part of the second micro-element, in a plan view.
  • Fig. 8 is a schematic representation of an inventive
  • Fig. 9 is a schematic representation of an inventive
  • 10a shows a schematic representation of a micro relay according to the invention with an NC connection, state: first micro element in initial position; under supervision;
  • 10b shows a schematic representation of a micro relay according to the invention with an NC connection, state: first micro element in the working position, second micro element in the off position; under supervision;
  • 10c shows a schematic representation of a micro-relay according to the invention with an NC connection, state: first micro-element in the working position, second micro-element in the switch-on position; under supervision;
  • Figure 1 1 a is a schematic representation of a horizontally operating micro-relay according to the invention with NC connection, sectional side view;
  • Fig. 1 1 b is a schematic representation of a horizontally operating micro-relay according to the invention with NC connection, in supervision;
  • 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.
  • the first micro-element 1 and the second micro-element 2 were formed from the substrate S using ion deep etching (DRIE, dry reactive ion etching) and sacrificial layer technology.
  • DRIE ion deep etching
  • sacrificial layer technology ion deep etching
  • the structuring process DRIE has the property of being a material-removing process; it is an etching process. It also has the property of being well suited for producing narrow yet deep channels, columns or trenches, as a result of which the DRIE can be given a preferred direction which indicates the direction of the preferred material removal and is therefore perpendicular to the main surface of the substrate. Again perpendicular to this preferred direction, the width of a trench created by DRIE is limited downwards, that is to say narrow trenches. This means that there is a minimum trench width that can be generated by the structuring method (for example DRIE). There is therefore a minimum distance for the two surfaces which form the lateral boundaries of such a trench.
  • micro-elements 1, 2 can be formed from the substrate by means of ion etching and sacrificial cutting technology are known to the person skilled in the art and can also be found, for example, in the aforementioned publication DE 198 00 189 AI, which hereby includes the entire disclosure content in the Description is included.
  • Micro-elements produced by DRIE typically have side surfaces that 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 thus essentially have the shape of a straight (right-angled) prism, the base of which is aligned parallel to the main surface of the substrate S.
  • the height of such a micro-element (perpendicular to the main surface) is typically 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 designed as a bistable elastic MEMS mechanism, 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 on design forms, properties and on the production of such a micro-element can be found in this publication, which hereby includes the entire disclosure content in the description.
  • the first micro-element 1 is fixed on the substrate S at a first end 6 and a second end 7. In between, the first micro-element 1 has two parallel, cosine-shaped spring tongues which are connected to one another in the middle 8 between the two ends 6, 7. In view of their small width and large height (perpendicular to the main substrate surface), these spring tongues can also be regarded as a parallel membrane.
  • the first micro-element 1 can be switched bistably between an initial position A and a working position B (the latter shown in dashed lines in FIG. 1). That is, the micro-element 1 has two mechanically stable states or positions A and B between which it by applying a la ⁇ eral, so power substrate parallel movable to and fro; the movement takes place essentially laterally. Possible intermediate positions NENs are not stable, but instead lead independently to a rapid transition to 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 here therefore consists only of a switching part 5 through which it can be switched bistably.
  • the first micro-element 1 has on the side facing the second micro-element 2 a side surface shaped by DRIE, which is referred to as the first surface 3a.
  • This first surface 3a has a first coating 3b, which is electrically insulating and whose outer surface, that is to say facing away from the first surface 3a, forms the first surface 3 of the first micro-element 1.
  • the first coating 3b is typically produced by oxidation of the silicon.
  • the second micro-element 2 comprises a first fixed end 10, at which it is fixed on the substrate s, and a movable part 11; it is arranged adjacent to the first micro element 1.
  • the second micro-element 2 On that side of the second micro-element which faces the first micro-element 1, the second micro-element 2 has a side surface shaped by DRIE, 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, that is to say facing away from the second surface 4a, forms the second surface 4 of the second micro-element 2.
  • the first upper ⁇ surface 3 and the second surface 4 are facing surfaces, as well as the first surface 3a and the second surface 4a facing each other.
  • the second coating 4b is also typically Oxida ⁇ tion of the silicon produced.
  • the first micro-element 1 After shaping the first surface 3a and the second surface 4a by means of DRIE, the first micro-element 1 is 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 of DRIE, they are at a distance from one another which is at least as large as a minimum distance given by DRIE.
  • the spacing of the surfaces from one another means the distance between the two points closest to one another, the one point lying on the first surface 3a and the other point lying on the second surface 4a. The distance is therefore the width of the trench between the first surface 3a and the second surface 4a at its narrowest point. In Fig. 1, this point is 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 on 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 starting position.
  • the arrangement of the first micro-element 1 and the second micro-element 2 is selected such that after the first micro-element 1 has been switched from the initial position A to the working position B, the distance between the first surface 3a and the second surface 4a is smaller than the minimum distance given by the manufacturing process (e.g. DRIE).
  • the distance is even zero, that is, in the working position A, the first micro-element 1 and the second micro-element 2 touch.
  • the working position A the 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, which is formed by the first micro-element 1 and the second micro-element 2, together with the substrate S.
  • 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 the working position A.
  • the mode of operation of the micro-actuator when it is in working position B is essentially known from the prior art: there is a contacting electrode C at the first fixed end 6 of the first micro-element 1 and at the first fixed end 10 of the second micro-element 2, a contacting electrode C is provided.
  • These contacting electrodes C, C serve to apply switching voltages to the micro-elements 1, 2, by means of which the micro-elements become electrostatically charged, so that electrostatic forces act between the micro-elements 1 and 2.
  • the material from which the micro-elements are made must be sufficiently conductive, which is achieved, for example, by appropriate doping of the silicon. Due to the electrostatic forces between the micro-elements (more precisely: between the first surface 3 and the second surface 4), the movable part 11 of the second micro-element 2 can be moved from the switch-off position A 'to a switch-on position B 1 of the second micro-element 2.
  • the switch-on position B 1 is shown in dashed lines in FIG. 1. In the MEMS in Fig.
  • the electrostatic force decreases inversely proportional to the distance.
  • the MEMS according to the invention from FIG. 1 thus has the great advantage of being able to be switched with even lower switching voltages than would be required for a MEMS whose distance between the electrode and counterelectrode is greater than or equal to the minimum distance given by the structuring method.
  • the micro-actuator in FIG. 1 can be used, for example, as an optical micro-switch, in that a light beam to be switched is transmitted or is interrupted by the movable part 11 of the second micro-element 2, depending on whether the second micro-element is 2 is in the switch-off position A 'or in the switch-on position B 1 .
  • the switch-on position B 1 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 used as an electrostatic electrode or counter electrode.
  • FIG. 2 shows a MEMS which largely corresponds to the MEMS from FIG. 1; al ⁇ lerdings is the first micro-element 1 structured differently.
  • the first micro-element 1 is here designed as another lateral, bistable and preferably elastically switchable mechanism.
  • the first micro-element 1 is also fixed here on the substrate s at a first end 6 and a second end 7. Therebetween, the first micro-element 1 but a ge ⁇ curved spring tongue, which has the shape of an antinode. In view of its small width and great height (perpendicular to the The main surface of the substrate) can also be called this spring tongue as a membrane.
  • 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 a symmetrical antinode, in the working position B an asymmetrical antinode (the latter shown in dashed lines in FIG. 2).
  • the asymmetrical antinode represents the second stable position of the first micro-element 1 and comes about because a stop firmly connected to the substrate S touches the first micro-element 1 in the working position B and leads to the corresponding deformation of the first micro-element 1 leads.
  • This stop is formed here by an appropriately designed and arranged first fixed end 10 of the second micro-element 2.
  • the corresponding point of contact is expediently to the right of a connecting section which runs from the second end 7 to the first end 6 of the first micro-element 1 if the symmetrical antinode is arranged in the initial position A to the left of this connecting section.
  • the value of a position coordinate of the point of contact parallel to this connection path is not 0.5 (no asymmetrical antinode) and is preferably between 0.52 and 0.92 of the length of the connection path; here it is about 0.84.
  • the stop can also be formed by a correspondingly shaped first end 6 or second end 7 of the first micro-element 1 or as a stop which is fixed separately on the substrate S (which is then to be regarded as belonging to the first micro-element 1).
  • the bistable micro-element 1 is generated (structured) in the initial position A, the distance between the first micro-element 1 and the second micro-element 2 being at least as great as that given by the structuring method Minimalab- stood (between these micro-elements 1, 2).
  • the first micro-element 1 is switched from the initial position A to the working position B, the distance between the two micro-elements 1, 2 being smaller in the working position B. the specified minimum distance.
  • two micro elements are therefore realized with a small distance from one another that cannot be produced by the structuring method (by utilizing the bistable switchability of one of the micro elements).
  • FIG. 3 shows a MEMS according to the invention, which largely corresponds to the exemplary embodiment shown in FIG. 1;
  • the first micro-element 1 does not only consist of a switching part 5, but additionally comprises an electrode 9.
  • the electrode 9 has an elongated part, which has the first surface 3a, the first coating 3b and the first surface 3 of the first Micro-element 1 includes. This part is connected by means of another elongated member that is approximately perpendicular to said tet be rich ⁇ to the switching portion 5 in the middle 8 between the ends 6,7 of the first micro-element. 1
  • the electrode 9 Since the electrode 9 is attached to the switching part 5, it moves with the switching part 5 when switching from the initial position A to the working position B (and possibly back again). Are electrostatic by applying appropriate switching voltages attractive forces between the first micro-element 1 is generated (of course, in the working position A) and the second Mi ⁇ kro element 2, the movable member 1 1 ⁇ of the second micro-element 2 is elastically deformed and approaches the electrode 9: It is switched from the switch-off position A 'to the switch-on position B'.
  • the shape of the electrode 9, and in particular the shape of the first surface 3, is preferably shaped in such a way that the first surface 3 and the second surface 4 are in full contact in the switch-on position.
  • the first surface 3 is therefore adapted to the shape of the second surface 4 in the switch-on position.
  • the two surfaces 3, 4 are nestled together in the switch-on position B '.
  • Such an electrode 9 can be referred to as an adapted electrode 9.
  • the adapted electrode 9 maximizes the area effective for the electrostatic forces and minimizes the effective distances. As a result, switching can take place even at low switching voltages.
  • FIG. 4 shows a MEMS, which is a micro-relay.
  • the exemplary embodiment largely corresponds to that of FIG. 3. It likewise comprises an (adapted) electrode 9 and a bistable, elastically switchable micro-element 1 which is configured in a cosine shape.
  • the second micro-element 2 or more precisely: the movable part 11 of the second Micro-element 2, a contact area 16, which is electrically conductive.
  • the contact region 16 is preferably arranged in the region of that end of the movable part 11 of the second micro-element 2 which does not adjoin the first fixed end 10 of the second micro-element 2.
  • the contact area 16 forms part of a side surface of the second micro-element 2 and is preferably designed as a coating which is applied to the second micro-element 2 by means of vapor deposition or sputtering techniques.
  • the MEMS comprises two fixed on the substrate S, elec trically conductive ⁇ Fixessore 1 7.18.
  • the arrangement of the fixed contacts 17, 18 and the contact area 16 is selected in such a way that it is more suitable in the event of concerns Switching voltages on the first micro-element 1 and the second micro-element 2 (that is, in the switch-on position B 'of the second micro-element 2), the contact area 16 generates an electrically conductive connection between the fixed contact 17 and the fixed contact 18. In the switch-off state A 1 , this is not the case. There is therefore an electrostatic micro-relay through which a connection formed by the fixed contacts 1, 7.1, 8 can be switched by means of the switching voltages.
  • the distance in the open state between the contact area 16 of the second micro-element 2 and the fixed contacts 1, 7.1, 8 can be selected and can be reproduced very well in terms of production technology.
  • the contact area 16 is arranged on the side of the second micro-element 2 which faces the first micro-element 1, that is to say on the side which also contains the surface 4. Attractive electrostatic forces between the first micro-element 1 and the second micro-element 2 can cause electrical contact between the fixed contacts 1, 7.1, 8.
  • the fixed contacts 17, 18 are located in that area of the substrate S which lies on the side of the second micro-element 2 facing away from the first micro-element 1.
  • the contact region 16 is then correspondingly arranged on 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.
  • 5 shows a micro changeover relay according to the invention. It contains all the features of such a MEMS, as was described in connection with FIG. 4.
  • the MEMS also comprises a third micro-element T and two further fixed contacts 17 ', 18'; and the second micro-element 2 has a further electrically conductive contact area 6 ', which is arranged on a side of the movable part 11 of the second micro-element 2 which is opposite the side which has the contact area 16.
  • the arrangement does not have to be a mirror image; it suffices if the third micro-element T is connected to the substrate in a region of the substrate S which lies on the side of the second micro-element (2) facing away from the first micro-element 1 and the further fixed contacts 17 ', 18' are connected to the substrate in a region of the substrate S which is on the side of the second micro-element 2 facing away from the fixed contacts 1 7, 18.
  • the structure of the third micro element T corresponds to the structure of the first micro element 1.
  • the further fixed contacts 17 ', 18' are of the same design as the fixed contacts 17, 18.
  • the interaction between the third micro-element T and the second micro-element (2) and the further fixed contacts (1 7 ', 18') corresponds to the above-described interaction between the first micro-element 1 and the second micro-element 2 and the fixed contacts 1 7.1 8.
  • an electrically conductive connection between the further fixed contacts 17 ', 18' can be created by the further contact area 16 '.
  • Three-position switch or a changeover relay in front that has three defined states: (1st) contacts between the two fixed contact pairs 17, 18; 1 7 ', 18' open, (2nd) contacts between the other fixed contacts 17 ', 18' open and contacts between the fixed contacts 1 7.1 8 closed and (3.) contacts between the fixed contacts 1 7.18 open and contacts between the further fixed contacts 1 7 ', 18' closed.
  • FIG. 6 shows a further MEMS according to the invention, which largely corresponds to the MEMS from FIG. 4. It contains the features of the MEMS from FIG. 4, for which reference is made to the corresponding part of the description.
  • the electrode 9 of the first micro-element 1 is specially designed here.
  • the electrode 9 has an (optionally step-shaped) recess.
  • the electrode 9 comprises a gap-forming surface 12, which is set back in a step-like manner with respect to the first surface 3 of the first micro-element 1.
  • This electrode 9 can be referred to as a stepped electrode 9.
  • This MEMS uses attractive electrostatic forces to switch from the switch-off position A 'to the switch-on position B'.
  • the gap-forming surface 12 and the second micro-element 2 or more precisely: the movable part 11 of the second micro, close -Elementes 2, a gap 13 a.
  • the size of a contact force that is exerted by the second micro-element 2 on the fixed contacts 1, 7.18 can be selected.
  • a very good, reliable contact and a large contact force can be achieved.
  • the choice of the geometry of the gap allows a targeted predetermination and choice of the contact force.
  • the length of the gap and the width of the gap ie the distance between the movable part 11 of the second micro-element 2 and the gap-forming surface 12
  • the course of the width of the gap can be selected for this purpose.
  • the length of the gap about an order of magnitude, preferably about two orders of magnitude larger than the width of the gap.
  • a (roughly) uniformly wide gap is advantageously chosen, and the first surface 3 contacts the second surface 4 over the entire surface.
  • the relative arrangement of the micro-elements 1, 2 and the fixed contacts 17, 18 on the substrate has to be done carefully.
  • such a MEMS has the advantage that any problems that occur when switching from the switch-on position B 'to the switch-off position A', which are caused by a slow or poor detachment of the movable part 11 of the second micro-element 2 from the electrode 9 (that is more precisely: can occur from the first surface 3), for example due to surface effects, can be reduced.
  • the (air) gap 13 allows a 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 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 has been chosen to be correspondingly small.
  • the movable part 11 of the second micro element 2 is specially designed here. It has a first region 14 and a second region 15, the first region 14 being less rigid, that is to say more easily deformable, than the second region 15 and the first region is between the fixed first end 10 of the second micro Element 2 and the second region 1 5 arranged.
  • the contact ⁇ region 16 is advantageously arranged in the second region 1 5, in particular in the area of the first region 1 5 opposite end of the second portion 16.
  • the second region 15 at least nevertheless that area of the movable part 1 1 in which the movable part 1 1 and the second micro-element 2 do not face each other.
  • the second region 15 advantageously also comprises at least that region of the movable part 11 in which the movable part 11 and the gap-forming surface 12 face each other.
  • the second region 15 also also has a (slight) overlap with the first surface 3.
  • the switched-on state B ' there is advantageously full-area contact between the first surface 3 and a part of the second surface 4, this part of the second surface 4 lying completely in the first region 14.
  • 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 area 15 is made thicker or wider than the first area 14. It is also possible for the second area 15 to be more difficult to bend to do, for example by applying a coating there; for example on a base of the straight prismatic body that forms the second region 15, or on at least one of the side surfaces. This could be achieved by means of a correspondingly (large, long) contact area which is designed as a coating.
  • the two differently stiff regions 14, 15 enable the second micro-element 2 to be switched from the switch-off position A 'to the switch-on position B' even at low switching voltages and attractive forces between the two micro ⁇ elements 1, 2; the movable part 1 1 (more precisely: the first region 14) of the second micro element 2 clings to the electrode 9, rolling, even with low attractive forces.
  • NO connection means that the connection is open when a suitable switching voltage is not applied (open when de-energized), as is the case in the exemplary embodiments listed above (FIGS. 4 to 7).
  • NC terminals which are closed when not concern a suitable switching voltage (energized closed), however, are difficult to realize and are realized but in the ⁇ ser embodiment.
  • an NC connection is implemented here in a MEMS structured using DRIE.
  • the MEMS in FIG. 8 is constructed in mirror image and includes a first Mi ⁇ kro element 1, a third micro-element T, a fourth micro-element 19 and a fifth micro-element 20, all of which are capable of bistable switching and ei ⁇ ne stable initial position a (drawn-through line) and have a stable Ar ⁇ beitsposition B (shown in phantom). They are designed here as bistable micro-elements of the type described in more detail in connection with FIG. 1 (two parallel, cosine-shaped, bound spring tongues). The position in which these micro-elements are structured by means of DRIE is the initial position A.
  • the first micro-element 1 and the third micro-element T largely correspond to one another in their function.
  • the fourth micro-element 19 and the fifth micro-element 20 likewise largely correspond to one another in their function. They each have a contacting electrode D, D '(for applying a signal to be switched, for example an electrical current) and an electrically conductive contact electrode 21, 22.
  • the conductivity of the contact electrodes 21, 22 is preferably generated by a metallic coating.
  • the contact electrodes 21, 22 are elongated, finger-shaped and fastened to the respective micro-element 19, 20 approximately in the middle 8 between the two ends of the respective micro-element 19, 20.
  • the MEMS also has two fixed electrodes 17, 18 fixedly connected to the substrate S (for applying a further 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; so it only has a stable position. It comprises a first fixed end 10 and a second fixed end 10 ', which ends 10, 10' are fixed on the substrate s, and a movable part 11 arranged between these two fixed ends 10, 10 '.
  • the movable part 11 is formed as a, preferably ⁇ vibration-bellied, curved structure which is fastened to the two fixed ends 10, 10 'of the second micro-element 2 and has an electrically conductive contact area 16.
  • the movable part 1 1 further comprises a second surface 4 which is formed by an optional second coating 4b, and which second Oberflä ⁇ surface 4 of a first surface 3 of the first micro-element 1 faces.
  • the situation is similar with a fourth surface 4 'of the second micro-element 2 and a third surface 3' of the third micro-element V.
  • the second surface 4 is arranged between the first fixed end 10 and the contact region 16.
  • the fourth surface 4 ' is arranged between the second fixed end 10' and the contact area 16.
  • the bistable micro-elements 1, 1 ', 19, 20 are spaced from the second micro-element 2 with at least one such minimum distance.
  • the bistable micro-elements 1, 1 ', 19, 20 switched from the initial position A to the working position B.
  • the distance between the micro-elements or surfaces becomes smaller than the minimum distance mentioned; in Fig. 8 the micro-elements even touch.
  • both contact electrodes 21, 22 touch the contact area 16.
  • the contact area 16 of the second micro element 2 is only electrically conductive on one side.
  • 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 do without them entirely and then contact the contact part 16 of the second micro-element 2 by means of the preferably electrically conductive coated switching part.
  • micro-elements 1, 1 'on the other side of the second micro-element 2 that is to say in the region of the substrate S which is on the side of the second micro-element 2 facing away from the fixed contacts 1, 7.1, 8 , Then the micro relay can be switched by electrostatic repulsive forces.
  • 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 '.
  • the features mentioned can be advantageous together or individually or in any combination.
  • FIG. 9 shows a two-way switching relay which, in addition to a normally open connection (NO connection), also additionally comprises a normally closed connection (NC connection).
  • the MEMS has a very similar structure to that described in FIG. 8; for corresponding features, reference is made to the text above.
  • the second micro-element 2 is not monostable here, but rather 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 major advantage of the bistability of the second micro-element 2 is that no switching voltage is required to hold the second micro-element 2 in the switch-off position A 'or the switch-on position B'. After a suitable switching voltage has been applied and the switching operation caused thereby into the other state A ', B', the second micro-element 2 automatically remains in this state A ', B'.
  • each of the two contact pairs on which a signal to be switched 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 bistably switchable micro ⁇ elements: the sixth micro element 23 and the seventh micro ⁇ element 24.
  • These are also constructed here with two parallel, cosine-shaped spring tongues connected in the middle and each have an (adapted) electrode 9. They are arranged in the area of the substrate S. net, which is on the side of the second micro-element 2 which faces away from the micro-elements 1, 1 '.
  • the micro elements 23, 24 interact in an analogous manner with the second micro element 2 like the micro elements 1, 1 '.
  • the second micro-element 2 has a sixth surface 26a and an eighth surface 26a ', which have a fifth surface 25a (the sixth micro-element 23) and a seventh surface 25a' (the seventh micro-element 24). interact.
  • the second micro-element 2 can the switch-on state B 'are switched to the switch-off state A'.
  • the contact area 16 of the second micro-element 2 is only electrically conductive on one side.
  • micro-elements 1, 1 ' can be provided with (adapted, optionally: stepped) electrodes 9 (see FIGS. 3 to 7).
  • micro elements 23, 24 can be used without adapted electrodes 9.
  • the contacting electrodes of the micro elements 19, 20 can be designed differently; or dispense with them entirely and then contact the contact part 16 of the second 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.
  • micro-elements 1, 1 ', 23, 24 can be omitted; in particular to the diagonally opposite micro-elements 1, 24 or the micro-elements 1 ', 23.
  • a switching process is generated by the interaction of at least two micro-elements 1, T, 23, 24 with the 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.
  • the movement which the movable part 11 of the second micro-element 2 makes during the switching process can be supported.
  • the asymmetrical movement of the two parallel, cosine-shaped spring tongues of the second micro-element 2 can be carried out.
  • Correspondingly adapted switching voltage profiles over time can also be used.
  • the fixed contacts 1, 7, 8 or the fourth and / or fifth micro-element 19, 20 are advantageously arranged such that at least one of them is used for the asymmetrical design of the antinode.
  • 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 difficult to implement.
  • the MEMS is starting from the Darge in Fig. 4 ⁇ presented embodiment described, since it is the same ingredients having.
  • 10 a shows the MEMS, in the state it has after structuring by means of DRIE: the first micro element 1 is in the initial position A.
  • FIG. 10 b 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 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 is in the switched-on state B '.
  • the first micro-element 1 after switching from the initial position A to the working position B does not simply come closer to the second micro-element 2 than the minimum distance given by DRIE and the second micro -Element 2 only touches (lightly). Rather, the arrangement of the micro-elements 1, 2 on the substrate s and the configuration of the micro-elements 1, 2 is selected such that the first micro-element 1 in the working position B exerts a force on the movable part 11 of the second MicroElementes 2, which leads to a (clear) elastic deformation of the movable part 1 1 of the second micro-element 2 (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.
  • a voltage-free closed but detachable contact is realized; in a MEMS structured using DRIE.
  • a switching operation of the second micro ⁇ element 2 is caused. Since no switching voltage is required for this, the second micro-element 2 is in the switch-off position A ⁇ after this switching operation.
  • a suitable switching voltage must be between the first micro-element 1 and the second micro-element 2 can be created.
  • the NC connection is opened by means of electrostatic attractive forces, and the second microelement 2 goes into the switch-on state B '(see FIG. 10c).
  • the electrode 9 can be omitted.
  • the electrode 9 can be designed differently.
  • a low mechanical load on the first micro-element 1 can be achieved, and at the same time large contact forces can be exerted on the fixed contacts 1, 7.18 (secure contacts).
  • Fig. 1 1 a and Fig. 1 1 b show a possible embodiment in which the moving parts of the MEMS are essentially horizontally movable.
  • Fig. 1 1 a is a sectional side view of the MEMS shown in supervision in Fig. 1 1 b.
  • Fig. 1 1 b with XIa-Xla the line of the section of Fig. 1 l a is shown.
  • the MEMS is a micro relay with an NC connection.
  • the first micro-element 1 is designed here as a bistable, elastically switchable micro-element in the form of an antinode, analogous to the first micro-element 1 shown in FIG. 2.
  • the symmetrical antinode is arched away from the substrate S.
  • the second end 7 of the first micro-element 1 is designed here as a bridge.
  • the second micro-element 2 arranged below the antinode can extend to outside the area between the first end 6 and the second end 7 of the first micro-element 1.
  • the first fixed end 10 of the second micro-element 2 serves here as a stop for the formation of the asymmetrical antinode of the first micro-element 1 in the working position B.
  • the movable part 11 of the second micro-element 2 initially runs (after the structuring) essentially parallel to the main surface of the Substrates S. After switching the first micro-element 1 from the initial position A to the working position B, the first micro-element 1 exerts a compressive force on the movable part 11 of the second micro-element 2.
  • the second micro-element 2 is elastically deformed. It reaches its switch-off position A ', in which a movable contact electrode E fixedly attached to the movable part 11 contacts a fixed electrode 17 fixed on the substrate S. This creates an NC connection between the movable contact electrode E and the fixed electrode 17. This generation of an NC connection is quite analogous to the method described in connection with FIGS. 10a to 10c.
  • the second micro-element 2 changes to the switch-on state B ', in which the movable part 11 of the second micro-element 2 is bent away from the substrate and the NC connection is open .
  • the contacting electrodes C, C are used to apply switching voltages.
  • Contacting electrodes D, D ' are used to apply a signal to be switched.
  • the contacting electrode D which is electrically connected to the movable contact electrode E, is arranged here on the first fixed end 10 of the second micro-element 2.
  • the contacting electrode D ′ which is electrically connected to the fixed contact 17, is arranged on the substrate S.
  • MEMS according to the invention such as the MEMS described above, can also be implemented as horizontally operating MEMS.
  • a MEMS according to the invention can not only be implemented as a switch or relay, as in the examples above.
  • a wide variety of micro-actuators can be implemented.
  • MEMS according to the invention can represent or actuate micro-valves or micro-pumps.
  • the substrate S used to produce a MEMS according to the invention is preferably flat. It typically has a main surface that is structured to produce the MEMS, the movement of the moving parts of the MEMS being movable essentially parallel or perpendicular to this main surface.
  • the substrate S from a semiconductor material, especially silicon is the preferred way of monocrystalline ⁇ and particularly advantageous (for a sufficient electrical conductivity) also doped.
  • single-crystal silicon in under mechanical stress bistable switchable micro is ⁇ elements 1, 1 ', 2 1 9, 20, 23, 24 advantageously no or only very slowly SUC ⁇ constricting relaxation expected.
  • an SOI wafer silicon-on-insulator
  • the structuring method mentioned is typically a material-removing method, preferably an etching method.
  • the LIGA technique or in particular the reactive ion etching and particularly advantageously the ion deep etching (DRIE) come into question here.
  • the DRIE method has the advantage of being very well suited for the production of surfaces which are closely spaced (relative to their height perpendicular to the substrate) and are practically perpendicular to the main surface of the substrate S.
  • DRIE is well suited for the production of laterally operating MEMS.
  • methods which apply material are also conceivable, for example if surfaces facing one another in this way have a minimum distance as a result of the method. For example, rapid prototyping processes using photopolymerization.
  • actuators that can be actuated electrostatically In addition to actuators that can be actuated electromagnetically or piezo-electrically can also be implemented according to the invention.
  • the actuating forces can be repulsive or attractive.
  • a bistable micro-element according to the invention can also be tri-stable or otherwise multi-stable. It is for some appli ⁇ also not necessary applications that the micro-elements 1, 1, 19,20,23,24 are also 'after the first switch from the initial position A to working position B again réelleschalbar in the initial position A.
  • the micro-elements 1, 1 ', 1 9, 20, 23, 24 but are preferably bistable ela ⁇ cally switchable and again constructiveschaltbar in the initial position A.
  • bistable micro-elements 1, 1 ', 2, 19, 20, 23, 24 as the described cosine-shaped or as the described oscillatory to form bulbous micro-elements, which can also be implemented in a modified form and combined within a MEMS.
  • the micro elements can optionally be coated in an electrically conductive or electrically non-conductive manner.
  • a non-conductive coating is preferably used to prevent discharges between electrostatic electrodes touching one another.
  • stoppers or springs can be used, as are known from DE 198 00 189 AI already cited.
  • the contacting electrodes CC'.D.D ' can be produced in a known manner (for example by sputtering) and can be contacted for example by bonding.
  • the first switching of the first micro-element 1 and also of the other bistable switchable micro-elements 1 ', 1 9, 20, 23, 24 from the initial position A to the working position B is still belongs to the manufacturing process of the MEMS.
  • This initial switching process can take place mechanically.
  • this switching operation is preferably carried out as part of a quality or functional test (burn-in) of the MEMS, it being possible for other units connected to the substrate to be tested or initialized in the process.
  • the initial switching process can then preferably take place by generating an attractive force between the bistable micro-element 1, 1 ', 19, 20, 23, 24 and the second micro-element 2, this force advantageously being achieved by applying a switching voltage.
  • Such a switching voltage is typically higher than a switching voltage that is used to switch the second micro-element 2 between the switch-off position A 'and the switch-on position B'.
  • the linear expansion of the MEMS described is typically between 0.2 mm and 5 mm, preferably 0.8 mm to 2 mm.
  • the minimum distance mentioned (minimum trench width) is approximately 5 ⁇ m to 15 ⁇ m; it shows little dependence on the depth of the structured trench.
  • the depth of the structured trench is typically 300 ⁇ m to 550 ⁇ m.
  • 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.
  • switching voltages between 70 V and 300 V are typically used for this.

Abstract

The invention relates to a micro-electromechanical system comprising a substrate (S) and at least two micro-elements (1, 2), of which a first one is a switchable bistable. The micro-elements (1, 2) comprise surfaces (3a, 4a) facing each other, generated by means of a structuring method and with a minimum separation characteristic for the structuring method. The first micro-element (1) is then switched to the other stable state (B), whereupon the separation between the surfaces (3a, 4a) facing each other is smaller than the minimal separation characteristic for the structuring method. The micro-electromechanical system can be embodied as an electrostatically operated micro-switch with improved switching. Laterally and horizontally working micro-electromechanical systems with new functionality and relays with current-free closing can be produced.

Description

MIKRO-ELEKTROMESCHANISCHES SYSTEM UND VERFAHREN ZU DESSEN HERSTELLUNG MICROELECTROMECHANICAL SYSTEM AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF
B E S C H R E I B U N GDESCRIPTION
Technisches GebietTechnical field
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der mikro-elektromechanischen Systeme, insbesondereThe invention relates to the field of micro-electromechanical systems, in particular
- auf ein Mikro-elektromechanisches System gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie- On a micro-electromechanical system according to the preamble of claim 1 and
- auf ein Verfahren zur Herstellung eines mikro-elektromechanischen Systems gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 21.- On a method for producing a micro-electromechanical system according to the preamble of claim 21.
Stand der TechnikState of the art
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 AI 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 Elektro- i& 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 micro-electromechanical system (micro electro-mechanical system, MEMS) forming the preamble of claims 1 and 21 and a corresponding method are known for example from DE 198 00 189 AI. There, a micromechanical switch is described, which comprises a flat carrier substrate, a contact piece fixed on the carrier substrate, a movable electrode and a counter electrode fixedly connected to the carrier substrate. The mobile electrical i & has a free end and a fixed end connected to the carrier substrate. The movable electrode and the counter electrode have surfaces facing one another. By electrostatic attractive forces between these mutually facing surfaces, the movable electrode can be bent, that is to say elastically deformed, in such a way that the free end of the movable electrode approaches the counterelectrode and thereby also the contact piece until there is contact between the free end of the movable electrode and the contact piece comes. The movement of the free end of the movable electrode takes place laterally, that is to say parallel to the flat carrier substrate.
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 attractive forces between the facing surfaces of the movable electrode and the counter electrode are generated by the application of a voltage between the movable electrode and the counter electrode. In order to avoid a short circuit, that is to say an electrical contact between the movable electrode and the counter electrode, stoppers are introduced into the counter electrode which protrude beyond the surface of the counter electrode facing the movable electrode and are not at the same potential as the counter electrode. For the same purpose, springs can also be provided, which are attached to the side of the movable electrode facing away from the counter electrode and restrict the movement of the movable electrode in the direction of the counter electrode. In addition, the surface of the movable electrode facing the counter electrode can also be provided with an electrically insulating layer for the same purpose.
Die elektrostatische Anziehungskraft F zwischen zwei parallelen Oberflächen der Fläche A im Abstand d bei Anliegen einer Schaltspannung U zwischen den beiden Oberflächen ist gegeben durch
Figure imgf000004_0001
Die Kraft nimmt also linear mit der Fläche, quadratisch mit der Spannung und umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstandes zu.
The electrostatic attraction force F between two parallel surfaces of the surface A at a distance d when a switching voltage U is applied between the two surfaces is given by
Figure imgf000004_0001
The force 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 AI 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 AI was generated from the carrier substrate using a deep silicon etching process. After a mask has been applied to the carrier substrate, material is etched out of the carrier substrate at the locations at which the mask is opened. This creates trenches or etching channels that have at least one minimum width that is 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 which separates the free end of the movable electrode from the carrier substrate. For this purpose, a sacrificial layer arranged in the carrier substrate below the movable parts of the micromechanical switch is selectively removed by an etching process, the sacrificial layer at locations where a connection to the substrate is desired, such as at the counter electrode, the fixed contact piece and the fixed end of the movable electrode , persists.
DE 42 05 029 CI zeigt ein elektrostatisch betriebenes mikro-elektro- mechanisches 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. In DE 197 36 674 CI 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.DE 42 05 029 CI shows an electrostatically operated micro-electro-mechanical relay that works horizontally. That means the switching movement of this relay is essentially perpendicular to a carrier substrate. A tongue-shaped electrode with a contact piece is etched free from a silicon substrate. The substrate is then applied to a counter substrate with a counter electrode and a counter contact in such a way 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 one another, whereby an electrically conductive connection between the contact and counter contact can be achieved. Large contact forces can be achieved using relatively wide electrodes. DE 197 36 674 CI also discloses a micro-electromechanical relay and a method for its production, which operates horizontally. A movable contact is attached to an anchor tongue which is attached to a substrate on one side and which is bent away from the substrate in the idle state. To generate a high contact force, this contact interacts with a fixed contact, which is attached to a spring tongue that is also curved away from the substrate. The curvature of the contacts is achieved by applying a tension layer on both contacts. Achieving a high reproducibility of a curvature of the contacts produced in this way and thus the contact spacings in the idle state (open) is not easy in terms of production technology.
In US 5'638'946 und US 6'057'520 sind weitere horizontal arbeitende MEMS Schalter beschrieben.US 5,638,946 and US 6,057,520 describe further horizontally operating MEMS switches.
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 lonen- tiefätzen 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 Fe¬ derzungen 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 End¬ position durch ein Schnappen des Mechanismus schliesslich selbständig er- reicht 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 consists of two parallel spring tongues or membranes suspended on both sides, which describe a cosine course. The spring tongues are connected to one another in the middle and are fastened to a carrier substrate at their ends. This bistable micro-element is generated from the silicon carrier substrate by means of ion etching and sacrificial layer technology, so that the spring tongues are laterally movable and two stable states are shown. By applying a perpendicular ¬ derzungen to the Fe and directed parallel to the carrier substrate force of the bistable mechanism is switched between the two stable states and herschaltbar, wherein the respective mirror-image to the initial position end ¬ position by snapping the mechanism finally independently ER- is enough. In order to achieve elastic mobility and mechanical stability of the micro-element on the one hand, the 3 mm long spring tongues are 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, 1 57-170 Ouni 2000) beschrieben.Further laterally movable micro-electromechanical mechanisms are described in M. Taher, A. Saif, "On a Tunable Bistable MEMS - Theory and Experiment", Journal of Microelectromechanical Systems, Vol. 9, 1 57-170 Ouni 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 Bista- bilität 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. 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.US Pat. No. 5,677,823 discloses an electrostatically switchable bistable storage element which operates horizontally. A bridge-like movable contact aligned essentially parallel to a carrier substrate is arranged above a fixed contact which is fixedly connected to the carrier substrate. At both ends, the movable contact is fixed to the carrier substrate, while it bulges away from the carrier substrate in the middle (first stable position) or bulges in the direction of the carrier substrate (second stable position). In the second stable position, the movable contact and the fixed contact touch: the switch is closed. The switch is open in the first stable position. The bistability of the switch results from mechanical stresses which are introduced into the movable contact during manufacture of the switch. Also below the movable contact, two electrodes are arranged on the side next to the fixed contact. By applying electrical voltages to the movable contact and to these electrodes, the contact and electrodes can be electrically charged, so that electrostatic attraction or repulsion forces result between them, by means of which the switch can be switched back and forth between the two stable positions. Another horizontally operating bistable MEMS mechanism is described in Sun et al., "A Bistable Microrelay Based on Two-Segment Multimorph Cantilever Actuators", IEEE Catalog No. 98CH36176.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
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 (MEMS) of the type mentioned at the outset, which enables a more flexible MEMS design. In particular, improved switchability and new functionalities are to be made possible. This task is solved by a MEMS with the features of claim 1.
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.Furthermore, it is an object of the invention to provide an improved method for producing MEMS. This object is achieved by a method having the features of claim 21.
Verbesserte Schaltbarkeit kann beispielsweise bedeuten, dass ein Schaltvor¬ gang 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 ability to switch, for example, mean that a Schaltvor ¬ gear even at low switching voltages be triggered. New functionalities can mean, for example, the realization of voltage-free closed connections or of micro-relays with voltage-free opened as well as voltage-free closed connections.
Das erfindungsgemässe MEMS umfasst ein Substrat sowie ein erstes MikroElement und ein zweites Mikro-Element, wobeiThe MEMS according to the invention comprises a substrate and a first micro-element and a second micro-element, wherein
- das erste Mikro-Element und das zweite Mikro-Element mit dem Substrat verbunden sind,the first micro-element and the second micro-element are connected to the substrate,
- 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- the first micro-element having a first surface and the second micro ¬ element has a second surface, which surfaces face each other and are generated by a patterning process, - The first micro-element contains a switching part by which it can be switched bistably between an initial position and a working position, and
- 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 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 MikroElementen.A first micro-element, which can be switched between the two stable positions initial position and working position, is used in connection with a second micro-element in such a way that the first micro-element, after switching from the initial position to the working position, has a smaller distance from the second micro - Element has as in the initial position. Both micro-elements are connected to the substrate and produced using a structuring process. According to the invention, the aforementioned smaller distance in the working position is smaller than a minimum distance, which is characteristic of the structuring method, 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 are obtained in the design of MEMS, since process-related boundary conditions are overcome. A wide variety of micro-actuators can be realized in a new or simpler way or in an improved form.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes weist das zweite Mikro-Element ein mit dem Substrat fest verbundenes erstes fe¬ stes 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 invention, the second micro-element is a firmly connected to the substrate first fe ¬ Stes end and a movable part, whereby 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 can be moved from a switch-off position to a switch-on position, and the two micro-elements in the area of the point which has the aforementioned smaller distance between the two micro-elements, has contact points and is electrically non-conductive. The fact that there are points of contact means that the smaller distance mentioned 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 electrode spacings achieved as a result have 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 MikroElementes 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 in such a way that it contains an adapted counter-electrode which is adapted to the shape of the second micro-element: The adapted counter-electrode is shaped in such a way that in the switch-on position of the second micro-element overlap the adapted counterelectrode and the second micro-element over a large area in the area of the mentioned contact points. In the switch-on position of the second micro element, the matched counter electrode and the second micro element nestle against one another. This maximizes the areas between which the electrostatic attractive forces act, which results in greater electrostatic attractive forces and thus improved switchability. Switching the actuator at very low switching voltages is made possible.
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 ange- passten 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 adapted counter-electrode additionally comprises a second section, which is set back in a step-like manner with respect to the section of the counter-electrode that clings to the second micro-element. In the switch-on position of the second micro-element, this second section of the connected fit counter electrode and the second micro-element a gap. In this way, a force which the second micro-element is able to exert in its switch-on position can be tailored and very large by dimensioning the length, width and height of the gap accordingly. 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, which contacts the second micro-element in its switched-on position, thereby making a reliable electrical contact.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird ein Wechselschaltrelais realisiert.In a further preferred embodiment, a changeover switching relay is implemented.
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, relays or changeover relays are implemented with voltage-free closed connections.
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 can be elastically deformed by switching the first micro-element from the initial position into the working position. This makes it possible to implement closed connections without voltage.
Das erfmdungsgemässe 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 the structuring of two micro-elements with mutually facing surfaces, the method according to the invention includes switching the bistable switchable micro-element. This enables new or improved MEMS such as those mentioned above to be manufactured.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen gehen aus den abhängigen Patent¬ ansprüchen und den Figuren hervor. Kurze Beschreibung der ZeichnungenOther preferred embodiments are described and the figures from the dependent patent claims ¬. Brief description of the drawings
Im folgenden wird der Erfindungsgegenstand anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen, welche in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind, näher erläutert. Es zeigen:The subject matter of the invention is explained in more detail below on the basis of preferred exemplary embodiments which are illustrated in the accompanying drawings. Show it:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemässen MEMS mit kosinusförmigem bistabilen Element, in Aufsicht;Figure 1 is a schematic representation of a MEMS according to the invention with a cosine-shaped bistable element, in supervision.
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemässen MEMS mit schwingungsbauchförmigem bistabilen Element, in Aufsicht;FIG. 2 shows a schematic illustration of a MEMS according to the invention with a bistable element in the form of an antinode, in supervision; FIG.
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemässen MEMS mit kosinusförmigem bistabilen Element und angepasster Gegenelektrode, in Aufsicht;3 shows a schematic illustration of a MEMS according to the invention with a cosine-shaped bistable element and a matched counter electrode, in supervision;
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemässen Mi- kro-Relais mit kosinusförmigem bistabilen Element und angepasster Gegenelektrode, in Aufsicht;4 shows a schematic illustration of a micro-relay according to the invention with a cosine-shaped bistable element and a matched counter electrode, in supervision;
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemässen Mi- kro-Wechselschalt-Relais mit zwei kosinusförmigen bistabilen Elementen und angepasster Gegenelektrode, in Aufsicht;5 shows a schematic illustration of a micro changeover switching relay according to the invention with two cosine-shaped bistable elements and an adapted counter electrode, in supervision;
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemässen Mi- kro-Relais mit kosinusförmigem bistabilen Element und gestufter Gegenelektrode, in Aufsicht;6 shows a schematic representation of a micro-relay according to the invention with a cosine-shaped bistable element and a stepped counter electrode, in supervision;
Fig. 7 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemässen Mi- kro-Relais mit kosinusförmigem bistabilen Element und gestuf¬ ter Gegenelektrode und zweiteiligem beweglichen Teil des zweiten Mikro-Elementes, in Aufsicht;Figure 7 is a schematic representation of an inventive micro-relay with kosinusförmigem bistable element and gestuf ¬ ter counter electrode and two-movable part of the second micro-element, in a plan view.
Fig. 8 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemässenFig. 8 is a schematic representation of an inventive
Wechselschalt-Relais mit monostabilem zweiten Mikro-Element und NO- und NC-Anschlüssen, in Aufsicht; Fig. 9 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemässenTwo-way switching relay with monostable second micro element and NO and NC connections, under supervision; Fig. 9 is a schematic representation of an inventive
Wechselschalt-Relais mit bistabilem zweiten Mikro-Element und NO- und NC-Anschlüssen, in Aufsicht;Two-way switching relay with bistable second micro-element and NO and NC connections, under supervision;
Fig. 10a eine schematische Darstellung eines erfindungsgemässen Mi- kro-Relais mit NC-Anschluss, Zustand: erstes Mikro-Element in Initialposition; in Aufsicht;10a shows a schematic representation of a micro relay according to the invention with an NC connection, state: first micro element in initial position; under supervision;
Fig. 10b eine schematische Darstellung eines erfindungsgemässen Mi- kro-Relais mit NC-Anschluss, Zustand: erstes Mikro-Element in Arbeitsposition, zweites Mikro-Element in Ausschaltposition; in Aufsicht;10b shows a schematic representation of a micro relay according to the invention with an NC connection, state: first micro element in the working position, second micro element in the off position; under supervision;
Fig. 10c eine schematische Darstellung eines erfindungsgemässen Mi- kro-Relais mit NC-Anschluss, Zustand: erstes Mikro-Element in Arbeitsposition, zweites Mikro-Element in Einschaltposition; in Aufsicht;10c shows a schematic representation of a micro-relay according to the invention with an NC connection, state: first micro-element in the working position, second micro-element in the switch-on position; under supervision;
Fig. 1 1 a eine schematische Darstellung eines erfindungsgemässen horizontal arbeitenden Mikro-Relais mit NC-Anschluss, geschnittene Seitenansicht;Figure 1 1 a is a schematic representation of a horizontally operating micro-relay according to the invention with NC connection, sectional side view;
Fig. 1 1 b eine schematische Darstellung eines erfindungsgemässen horizontal arbeitenden Mikro-Relais mit NC-Anschluss, in Aufsicht;Fig. 1 1 b is a schematic representation of a horizontally operating micro-relay according to the invention 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.
Wege zur Ausführung der ErfindungWays of Carrying Out the Invention
Fig. 1 zeigt eine schematisch eine Aufsicht auf ein erstes erfindungsgemä- sses mikro-elektromechanisches System (MEMS). Es umfasst ein erstes Mi- kro-Element 1 und ein zweites Mikro-Element 2, welche beide starr mit einem Substrat S verbunden sind.1 shows a schematic plan view of a first micro-electromechanical system (MEMS) according to the invention. It includes a first mi Kro element 1 and a second micro element 2, both of which are rigidly connected to a substrate S.
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 lonen- tiefätzen (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. The first micro-element 1 and the second micro-element 2 were formed from the substrate S using ion deep etching (DRIE, dry reactive ion etching) and sacrificial layer technology.
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 Opfer- schittechnologie 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 AI entnommen werden, die hierdurch mit ihrem gesamten Offenbarungsgehalt in die Beschreibung aufgenommen wird.The structuring process DRIE has the property of being a material-removing process; it is an etching process. It also has the property of being well suited for producing narrow yet deep channels, columns or trenches, as a result of which the DRIE can be given a preferred direction which indicates the direction of the preferred material removal and is therefore perpendicular to the main surface of the substrate. Again perpendicular to this preferred direction, the width of a trench created by DRIE is limited downwards, that is to say narrow trenches. This means that there is a minimum trench width that can be generated by the structuring method (for example DRIE). There is therefore a minimum distance for the two surfaces which form the lateral boundaries of such a trench. Details of how the micro-elements 1, 2 can be formed from the substrate by means of ion etching and sacrificial cutting technology are known to the person skilled in the art and can also be found, for example, in the aforementioned publication DE 198 00 189 AI, which hereby includes the entire disclosure content in the Description is included.
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 (schmälsten) Breite eines solchen Mikro-Elementes. Das erste Mikro-Element und das zweite Mikro-Element sind von dieser Art.Micro-elements produced by DRIE typically have side surfaces that 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 thus essentially have the shape of a straight (right-angled) prism, the base of which is aligned parallel to the main surface of the substrate S. In addition, the height of such a micro-element (perpendicular to the main surface) is typically 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-Mecha- nismus 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 first micro-element 1 is designed as a bistable elastic MEMS mechanism, 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 on design forms, properties and on the production of such a micro-element can be found in this publication, which hereby includes the entire disclosure content in the description. The first micro-element 1 is fixed on the substrate S at a first end 6 and a second end 7. In between, the first micro-element 1 has two parallel, cosine-shaped spring tongues which are connected to one another in the middle 8 between the two ends 6, 7. In view of their small width and large height (perpendicular to the main substrate surface), these spring tongues can also be regarded as a parallel membrane.
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 la¬ teralen, also substratparallelen Kraft hin- und herbewegbar ist; die Bewegung findet dabei im wesentlichen lateral statt. Eventuelle Zwischenpositio- nen 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 first micro-element 1 can be switched bistably between an initial position A and a working position B (the latter shown in dashed lines in FIG. 1). That is, the micro-element 1 has two mechanically stable states or positions A and B between which it by applying a la ¬ eral, so power substrate parallel movable to and fro; the movement takes place essentially laterally. Possible intermediate positions NENs are not stable, but instead lead independently to a rapid transition to 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 here therefore consists only of a switching part 5 through which it can be switched bistably.
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 first micro-element 1 has on the side facing the second micro-element 2 a side surface shaped by DRIE, which is referred to as the first surface 3a. This first surface 3a has a first coating 3b, which is electrically insulating and whose outer surface, that is to say facing away from the first surface 3a, forms the first surface 3 of the first micro-element 1. The first coating 3b is typically produced by oxidation of the silicon.
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 1 1 ; 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 Ober¬ fläche 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 Oxida¬ tion des Siliziums erzeugt.The second micro-element 2 comprises a first fixed end 10, at which it is fixed on the substrate s, and a movable part 11; it is arranged adjacent to the first micro element 1. On that side of the second micro-element which faces the first micro-element 1, the second micro-element 2 has a side surface shaped by DRIE, 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, that is to say facing away from the second surface 4a, forms the second surface 4 of the second micro-element 2. The first upper ¬ surface 3 and the second surface 4 are facing surfaces, as well as the first surface 3a and the second surface 4a facing each other. The second coating 4b is also typically Oxida ¬ tion of the silicon produced.
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 MikroElementes 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, the first micro-element 1 is 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 of DRIE, they are at a distance from one another which is at least as large as a minimum distance given by DRIE. The spacing of the surfaces from one another means the distance between the two points closest to one another, the one point lying on the first surface 3a and the other point lying on the second surface 4a. The distance is therefore the width of the trench between the first surface 3a and the second surface 4a at its narrowest point. In Fig. 1, this point is 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 on the membrane of the first micro-element 1, which has the first surface 3a.
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 MikroElement 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 first micro-element 1 is a production-related starting position. The arrangement of the first micro-element 1 and the second micro-element 2 is selected such that after the first micro-element 1 has been switched from the initial position A to the working position B, the distance between the first surface 3a and the second surface 4a is smaller than the minimum distance given by the manufacturing process (e.g. DRIE). In the MEMS in FIG. 1, the distance is even zero, that is, in the working position A, the first micro-element 1 and the second micro-element 2 touch. In the working position A, the intended interaction of the first micro-element 1 with the second micro element 2 take place within the MEMS.
Das MEMS in Fig. 1 stellt einen Mikro-Aktor dar, der von dem ersten MikroElement 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. 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 Kontaktierungselektro- de C, und an dem ersten festen Ende 10 des zweiten Mikro-Elementes 2 ist eine Kontaktierungselektrode C vorgesehen. Diese Kontaktierungselektro- den C,C dienen zum Anlegen von Schaltspannungen an die MikroElemente 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 1 1 des zweiten MikroElementes 2 von der Ausschaltposition A' in eine Einschaltposition B1 des zweiten Mikroelementes 2 bewegbar. Die Einschaltposition B1 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 A1 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 MEMS in FIG. 1 represents a micro-actuator, which is formed by the first micro-element 1 and the second micro-element 2, together with the substrate S. 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 the working position A. The mode of operation of the micro-actuator when it is in working position B is essentially known from the prior art: there is a contacting electrode C at the first fixed end 6 of the first micro-element 1 and at the first fixed end 10 of the second micro-element 2, a contacting electrode C is provided. These contacting electrodes C, C serve to apply switching voltages to the micro-elements 1, 2, by means of which the micro-elements become electrostatically charged, so that electrostatic forces act between the micro-elements 1 and 2. For this, the material from which the micro-elements are made must be sufficiently conductive, which is achieved, for example, by appropriate doping of the silicon. Due to the electrostatic forces between the micro-elements (more precisely: between the first surface 3 and the second surface 4), the movable part 11 of the second micro-element 2 can be moved from the switch-off position A 'to a switch-on position B 1 of the second micro-element 2. The switch-on position B 1 is shown in dashed lines in FIG. 1. In the MEMS in Fig. 1, an opposite charge of the micro-elements 1, 2 and thus an attractive electrostatic force is provided. To switch the second micro-element 2 back to the switch-off position A 1 , the charges of the micro-elements 1, 2 are reduced. The fact that no undesired discharges take place, especially when the micro-elements 1, 2 touch, is achieved by the non-conductive coatings 3b, 4b.
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. 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 1 1 des zweiten Mikro-Elementes 2 unterbrochen wird, je nachdem, ob sich das zweite Mikro-Element 2 in der Ausschaltposition A' oder in der Einschaltposition B1 befindet. Ebensogut ist auch das Umlenken eines Lichtstrahls mit dem Mikro-Aktor in Fig. 1 möglich, beispielsweise wenn in dem beweglichen Teil 1 1 des zweiten Mikro-Elementes 2 ein reflektierender Bereich angeordnet ist (nicht dargestellt). Die Einschaltposition B1 liegt per definitionem dann vor, wenn geeignete Schaltspannungen anliegen; anderenfalls liegt der Ausschaltposition A' vor.As can be seen from equation (1), the electrostatic force decreases inversely proportional to the distance. The MEMS according to the invention from FIG. 1 thus has the great advantage of being able to be switched with even lower switching voltages than would be required for a MEMS whose distance between the electrode and counterelectrode is greater than or equal to the minimum distance given by the structuring method. The micro-actuator in FIG. 1 can be used, for example, as an optical micro-switch, in that a light beam to be switched is transmitted or is interrupted by the movable part 11 of the second micro-element 2, depending on whether the second micro-element is 2 is in the switch-off position A 'or in the switch-on position B 1 . It is equally possible to deflect a light beam with the micro-actuator in FIG. 1, for example if a reflecting area is arranged in the movable part 11 of the second micro-element 2 (not shown). The switch-on position B 1 is by definition present when there are suitable switching voltages; otherwise the switch-off position A 'is present.
Das bistabil schaltbare erste Mikro-Element 1 wird als eine elektrostatische Elektrode oder Gegenelektrode eingesetzt.The bistable switchable first micro-element 1 is used as an electrostatic electrode or counter electrode.
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. For reasons of clarity and clarity, some of the details of the functioning of the MEMS according to the invention, which should now have become clear to the person skilled in the art, are no longer mentioned in the following.
Fig. 2 zeigt ein MEMS, das weitgehend dem MEMS aus Fig. 1 entspricht; al¬ lerdings ist das erste Mikro-Element 1 anders aufgebaut. Das erste MikroElement 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 ge¬ krümmte 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; al ¬ lerdings is the first micro-element 1 structured differently. The first micro-element 1 is here designed as another lateral, bistable and preferably elastically switchable mechanism. The first micro-element 1 is also fixed here on the substrate s at a first end 6 and a second end 7. Therebetween, the first micro-element 1 but a ge ¬ curved spring tongue, which has the shape of an antinode. In view of its small width and great height (perpendicular to the The main surface of the substrate) can also be called this spring tongue as a membrane.
In der Initialposition A, also in dem Zustand, in welchem das erste MikroElement 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 MikroElementes 2 gebildet. Der entsprechende Berührungspunkt liegt zweckmä- ssigerweise 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 first micro-element 1 is structured, the first micro-element 1 describes a symmetrical antinode, in the working position B an asymmetrical antinode (the latter shown in dashed lines in FIG. 2). The asymmetrical antinode represents the second stable position of the first micro-element 1 and comes about because a stop firmly connected to the substrate S touches the first micro-element 1 in the working position B and leads to the corresponding deformation of the first micro-element 1 leads. This stop is formed here by an appropriately designed and arranged first fixed end 10 of the second micro-element 2. The corresponding point of contact is expediently to the right of a connecting section which runs from the second end 7 to the first end 6 of the first micro-element 1 if the symmetrical antinode is arranged in the initial position A to the left of this connecting section. The value of a position coordinate of the point of contact parallel to this connection path is not 0.5 (no asymmetrical antinode) and is preferably between 0.52 and 0.92 of the length of the connection path; here it is about 0.84. The stop can also be formed by a correspondingly shaped first end 6 or second end 7 of the first micro-element 1 or as a stop which is fixed separately on the substrate S (which is then to be regarded as belonging to the first micro-element 1).
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 Minimalab- stand (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 bistable micro-element 1 is generated (structured) in the initial position A, the distance between the first micro-element 1 and the second micro-element 2 being at least as great as that given by the structuring method Minimalab- stood (between these micro-elements 1, 2). In the course of the production of the MEMS, after the application of coatings 3b, 4b, the first micro-element 1 is switched from the initial position A to the working position B, the distance between the two micro-elements 1, 2 being smaller in the working position B. the specified minimum distance. In the MEMS, two micro elements are therefore realized with a small distance from one another that cannot be produced by the structuring method (by utilizing the bistable switchability of one of the micro elements). For further details on the embodiment of FIG. 2, reference is made to that written in connection with FIG. 1.
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 ausgerich¬ tet 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 the exemplary embodiment shown in FIG. 1; However, here the first micro-element 1 does not only consist of a switching part 5, but additionally comprises an electrode 9. The electrode 9 has an elongated part, which has the first surface 3a, the first coating 3b and the first surface 3 of the first Micro-element 1 includes. This part is connected by means of another elongated member that is approximately perpendicular to said tet be rich ¬ to the switching portion 5 in the middle 8 between the ends 6,7 of the first micro-element. 1
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 Mi¬ kro-Element 2 erzeugt, so wird der bewegliche Teil 1 1 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 vor- zugsweise 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 electrode 9 is attached to the switching part 5, it moves with the switching part 5 when switching from the initial position A to the working position B (and possibly back again). Are electrostatic by applying appropriate switching voltages attractive forces between the first micro-element 1 is generated (of course, in the working position A) and the second Mi ¬ kro element 2, the movable member 1 1 ¬ of the second micro-element 2 is elastically deformed and approaches the electrode 9: It is switched from the switch-off position A 'to the switch-on position B'. The shape of the electrode 9, and in particular the shape of the first surface 3, is preferably shaped in such a way that the first surface 3 and the second surface 4 are in full contact in the switch-on position. This means that there is a two-dimensional contact between the two surfaces 3, 4, which does not mean that the two surfaces 3, 4 have to touch completely. The first surface 3 is therefore adapted to the shape of the second surface 4 in the switch-on position. The two surfaces 3, 4 are nestled together in the switch-on position B '. Such an electrode 9 can be referred to as an adapted electrode 9. The adapted electrode 9 maximizes the area effective for the electrostatic forces and minimizes the effective distances. As a result, switching can take place even at low switching voltages. For further details on the embodiment of FIG. 3, reference is made to that written in connection with FIG. 1.
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 1 1 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 1 1 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 exemplary embodiment largely corresponds to that of FIG. 3. It likewise comprises an (adapted) electrode 9 and a bistable, elastically switchable micro-element 1 which is configured in a cosine shape. In addition, the second micro-element 2, or more precisely: the movable part 11 of the second Micro-element 2, a contact area 16, which is electrically conductive. The contact region 16 is preferably arranged in the region of that end of the movable part 11 of the second micro-element 2 which does not adjoin the first fixed end 10 of the second micro-element 2. The contact area 16 forms part of a side surface of the second micro-element 2 and is preferably designed as a coating which is applied to the second micro-element 2 by means of vapor deposition or sputtering techniques.
Weiter umfasst das MEMS noch zwei auf dem Substrat S festgesetzte, elek¬ trisch leitfähige Fixkontakte 1 7,18. Die Anordnung der Fixkontakte 17,1 8 und des Kontaktbereichs 16 ist derart gewählt, dass bei Anliegen geeigneter Schaltspannungen an dem ersten Mikro-Element 1 und dem zweiten MikroElement 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 A1 ist dies nicht der Fall. Es liegt also ein elektrostatisches Mikro-Relais vor, durch welches mittels der Schaltspannungen ein von den Fixkontakten 1 7,1 8 gebildeter Anschluss geschaltet werden kann.Further, the MEMS comprises two fixed on the substrate S, elec trically conductive ¬ Fixkontakte 1 7.18. The arrangement of the fixed contacts 17, 18 and the contact area 16 is selected in such a way that it is more suitable in the event of concerns Switching voltages on the first micro-element 1 and the second micro-element 2 (that is, in the switch-on position B 'of the second micro-element 2), the contact area 16 generates an electrically conductive connection between the fixed contact 17 and the fixed contact 18. In the switch-off state A 1 , this is not the case. There is therefore an electrostatic micro-relay through which a connection formed by the fixed contacts 1, 7.1, 8 can be switched by means of the switching voltages.
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 1 7,1 8 wählbar ist und fertigungstechnisch sehr gut reproduzierbar ist.It is very advantageous in this, but also in the embodiments discussed below, that the distance in the open state between the contact area 16 of the second micro-element 2 and the fixed contacts 1, 7.1, 8 can be selected and can be reproduced very well in terms of production technology.
Der Kontaktbereich 16 ist in Fig. 4 auf derjenigen Seite des zweiten MikroElementes 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 1 7,1 8 bewirkbar.In FIG. 4, the contact area 16 is arranged on the side of the second micro-element 2 which faces the first micro-element 1, that is to say on the side which also contains the surface 4. Attractive electrostatic forces between the first micro-element 1 and the second micro-element 2 can cause electrical contact between the fixed contacts 1, 7.1, 8.
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 MikroElementes 2 liegt. Der Kontaktbereich 16 wird dann entsprechend auf derjenigen Seite des beweglichen Teils 1 1 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 ). 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 T und zwei weitere Fixkontakte 1 7', 18'; und das zweite Mikro-Element 2 weist einen weiteren elektrisch leitfähigen Kontaktbereich 6' auf, welcher auf einer Seite des beweglichen Teils 1 1 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 1 7', 1 8' sind bezüglich des länglich ausgebildeten beweglichen Teils 1 1 des zweiten Mikro-Elementes 2 spiegelbildlich angeordnet zu dem ersten Mikro-Element 1 und den Fixkontakten 1 7,18. Natürlich muss die Anordnung nicht genau spiegelbildlich sein; es genügt, wenn das dritte MikroElement T 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 1 7', 18' in einem Bereich des Substrates S mit dem Substrat verbunden sind, der auf der den Fixkontakten 1 7,18 abgewandten Seite des zweiten Mikro-Elementes 2 liegt. Der Aufbau des dritten Mikro-Elementes T entspricht dem Aufbau des ersten Mikro-Elementes 1 . Die weiteren Fixkontakte 17', 18' sind gleichartig ausgebildet wie die Fixkontakte 17,1 8.It is also possible (not shown) to arrange the fixed contacts 17, 18 in such a way that they are located in that area of the substrate S which lies on the side of the second micro-element 2 facing away from the first micro-element 1. The contact region 16 is then correspondingly arranged on that side of the movable part 11 of the second micro-element 2 which faces away from the first micro-element 1. In this way, the relay can be switched by repulsive electrostatic forces. Of course, it is also possible to construct this micro-relay or the micro-relay shown in FIG. 4 without (adapted) electrode 9 (analogous to the construction in FIG. 1). 5 shows a micro changeover relay according to the invention. It contains all the features of such a MEMS, as was described in connection with FIG. 4. In addition, the MEMS also comprises a third micro-element T and two further fixed contacts 17 ', 18'; and the second micro-element 2 has a further electrically conductive contact area 6 ', which is arranged on a side of the movable part 11 of the second micro-element 2 which is opposite the side which has the contact area 16. The third micro-element 1 'and the further fixed contacts 1 7', 1 8 'are arranged with respect to the elongated movable part 11 of the second micro-element 2 in mirror image to the first micro-element 1 and the fixed contacts 1 7, 18. Of course, the arrangement does not have to be a mirror image; it suffices if the third micro-element T is connected to the substrate in a region of the substrate S which lies on the side of the second micro-element (2) facing away from the first micro-element 1 and the further fixed contacts 17 ', 18' are connected to the substrate in a region of the substrate S which is on the side of the second micro-element 2 facing away from the fixed contacts 1 7, 18. The structure of the third micro element T corresponds to the structure of the first micro element 1. The further fixed contacts 17 ', 18' are of the same design as the fixed contacts 17, 18.
Das Zusammenwirken zwischen dem dritten Mikro-Element T und dem zweiten Mikro-Element (2) und den weiteren Fixkontakten (1 7', 18') entpricht dem oben beschriebenen Zusammenwirken zwischen dem ersten MikroElement 1 und dem zweiten Mikro-Element 2 und den Fixkontakten 1 7,1 8. Bei Anliegen geeigneter Schaltspannungen an dem dritten Mikro-Element T und dem zweiten Mikro-Element 2 kann eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den weiteren Fixkontakten 1 7', 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;1 7', 18' offen, (2.) Kontakte zwischen den weiteren Fixkontakten 17', 18' offen und Kontakte zwischen den Fixkontakten 1 7,1 8 geschlossen und (3.) Kontakte zwischen den Fixkontakten 1 7,18 offen und Kontakte zwischen den weiteren Fixkontakten 1 7',18' geschlossen.The interaction between the third micro-element T and the second micro-element (2) and the further fixed contacts (1 7 ', 18') corresponds to the above-described interaction between the first micro-element 1 and the second micro-element 2 and the fixed contacts 1 7.1 8. When suitable switching voltages are applied to the third micro-element T and the second micro-element 2, an electrically conductive connection between the further fixed contacts 17 ', 18' can be created by the further contact area 16 '. Thus lies with this embodiment Three-position switch or a changeover relay in front that has three defined states: (1st) contacts between the two fixed contact pairs 17, 18; 1 7 ', 18' open, (2nd) contacts between the other fixed contacts 17 ', 18' open and contacts between the fixed contacts 1 7.1 8 closed and (3.) contacts between the fixed contacts 1 7.18 open and contacts between the further fixed contacts 1 7 ', 18' closed.
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 1 1 des zweiten Mikro-Elementes 2, einen Spalt 13 ein. Dadurch kann die Grosse einer Kontaktkraft, die von dem zweiten MikroElement 2 auf die Fixkontakte 1 7,18 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 1 1 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 Grössenordnun- gen grösser als die Breite des Spaltes. Vorteilhaft wird ein (etwa) gleichmä- ssig 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 17,1 8 auf dem Substrat hat sorgfältig zu erfolgen.FIG. 6 shows a further MEMS according to the invention, which largely corresponds to the MEMS from FIG. 4. It contains the features of the MEMS from FIG. 4, for which reference is made to the corresponding part of the description. However, the electrode 9 of the first micro-element 1 is specially designed here. The electrode 9 has an (optionally step-shaped) recess. The electrode 9 comprises a gap-forming surface 12, which is set back in a step-like manner with respect to the first surface 3 of the first micro-element 1. This electrode 9 can be referred to as a stepped electrode 9. This MEMS uses attractive electrostatic forces to switch from the switch-off position A 'to the switch-on position B'. If the first micro-element 1 is in the working position B and the second micro-element 2 is in the switch-on position B ', the gap-forming surface 12 and the second micro-element 2, or more precisely: the movable part 11 of the second micro, close -Elementes 2, a gap 13 a. As a result, the size of a contact force that is exerted by the second micro-element 2 on the fixed contacts 1, 7.18 can be selected. In particular, a very good, reliable contact and a large contact force can be achieved. The choice of the geometry of the gap allows a targeted predetermination and choice of the contact force. In particular, the length of the gap and the width of the gap (ie the distance between the movable part 11 of the second micro-element 2 and the gap-forming surface 12) and, if appropriate, the course of the width of the gap can be selected for this purpose. Typically the length of the gap about an order of magnitude, preferably about two orders of magnitude larger than the width of the gap. A (roughly) uniformly wide gap is advantageously chosen, and the first surface 3 contacts the second surface 4 over the entire surface. The relative arrangement of the micro-elements 1, 2 and the fixed contacts 17, 18 on the substrate has to be done carefully.
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 1 1 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 1 1 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 any problems that occur when switching from the switch-on position B 'to the switch-off position A', which are caused by a slow or poor detachment of the movable part 11 of the second micro-element 2 from the electrode 9 (that is more precisely: can occur from the first surface 3), for example due to surface effects, can be reduced. The (air) gap 13 allows a 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 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 has been chosen to be correspondingly small.
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 1 1 des zweiten Mikro-Elementes 2 ist hier speziell ausgebildet. Er weist einen ersten Bereich 14 und einen zweiten Bereich 1 5 auf, wobei der erste Bereich 14 weniger steif, also leichter verformbar, ausgebildet ist als der zweite Bereich 1 5. Und der erste Bereich ist zwischen dem festen ersten Ende 10 des zweiten Mikro-Elementes 2 und dem zweiten Bereich 1 5 angeordnet. Der Kontakt¬ bereich 16 ist vorteilhaft im zweiten Bereich 1 5 angeordnet, insbesondere im Bereich des dem ersten Bereich 1 5 gegenüberliegenden Endes des zweiten Bereiches 16. Vorzugsweise umfasst der zweite Bereich 15 mindestens den- jenigen Bereich des beweglichen Teils 1 1 , in dem sich der bewegliche Teil 1 1 und das zweite Mikro-Element 2 nicht gegenüberstehen. Besonders vorteilhaft ist eine (geringe) Überlappung des zweiten Bereichs 1 5 mit dem Bereich des beweglichen Teils 1 1 , in dem sich der bewegliche Teil 1 1 und das zweite Mikro-Element 2 gegenüberstehen. In dem in Fig. 7 dargestellten Ausführungsbeispiel mit abgestufter Elektrode 9 umfasst der zweite Bereich 1 5 vorteilhaft mindestens auch noch denjenigen Bereich des beweglichen Teils 1 1 , in dem sich der bewegliche Teil 1 1 und die spaltbildende Oberfläche 12 gegenüberstehen. Besonders vorteilhaft ist in diesem Fall, wenn der zweite Bereich 1 5 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 on the basis thereof. The movable part 11 of the second micro element 2 is specially designed here. It has a first region 14 and a second region 15, the first region 14 being less rigid, that is to say more easily deformable, than the second region 15 and the first region is between the fixed first end 10 of the second micro Element 2 and the second region 1 5 arranged. The contact ¬ region 16 is advantageously arranged in the second region 1 5, in particular in the area of the first region 1 5 opposite end of the second portion 16. Preferably, the second region 15 at least nevertheless that area of the movable part 1 1 in which the movable part 1 1 and the second micro-element 2 do not face each other. A (slight) overlap of the second region 15 with the region of the movable part 11 in which the movable part 11 and the second micro-element 2 face each other is particularly advantageous. In the exemplary embodiment shown in FIG. 7 with a stepped electrode 9, the second region 15 advantageously also comprises at least that region of the movable part 11 in which the movable part 11 and the gap-forming surface 12 face each other. In this case, it is particularly advantageous if the second region 15 also also has a (slight) overlap with the first surface 3. In the switched-on state B ', there is advantageously full-area contact between the first surface 3 and a part of the second surface 4, this part of the second surface 4 lying completely in the first region 14.
Die grössere Steifigkeit des zweiten Bereichs 1 5 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 1 5 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 first area 14 is achieved in the exemplary embodiment from FIG. 7 in that the second area 15 is made thicker or wider than the first area 14. It is also possible for the second area 15 to be more difficult to bend to do, for example by applying a coating there; for example on a base of the straight prismatic body that forms the second region 15, or on at least one of the side surfaces. This could be achieved by means of a correspondingly (large, long) contact area which is designed as a coating.
Durch die zwei verschieden steifen Bereiche 14,1 5 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 1 1 (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 1 6 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.The two differently stiff regions 14, 15 enable the second micro-element 2 to be switched from the switch-off position A 'to the switch-on position B' even at low switching voltages and attractive forces between the two micro ¬ elements 1, 2; the movable part 1 1 (more precisely: the first region 14) of the second micro element 2 clings to the electrode 9, rolling, even with low attractive forces. This, while no or only a slight deformation of the second micro-element 2 is to be expected in the second area and preferably in the contact area 16. In this way, a secure electrical contact can be established by means of the contact area 16 between the fixed contacts 17, 18.
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. 1 1 b).The features mentioned can of course also be applied analogously to the exemplary embodiments described above and to the exemplary embodiments described below (FIGS. 1 to 6 and 8 to 11 b).
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 An- schluss 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 die¬ ser 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, in addition to a normally open connection (NO connection), also additionally comprises a normally closed connection (NC connection). NO connection means that the connection is open when a suitable switching voltage is not applied (open when de-energized), as is the case in the exemplary embodiments listed above (FIGS. 4 to 7). NC terminals which are closed when not concern a suitable switching voltage (energized closed), however, are difficult to realize and are realized but in the ¬ ser embodiment. In particular, an NC connection is implemented here in a MEMS structured using DRIE.
Das MEMS in Fig. 8 ist spiegelbildlich aufgebaut und umfasst ein erstes Mi¬ kro-Element 1 , ein drittes Mikro-Element T, ein viertes Mikro-Element 19 und ein fünftes Mikro-Element 20, welche alle bistabil schaltbar sind und ei¬ ne stabile Initialposition A (durchgezogen gezeichnet) und eine stabile Ar¬ beitsposition 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 ver- bundene 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 T entsprechen einander weitgehend in ihrer Funktion. Sie bestehen nur aus einem Schaltteil 5. Das vierte MikroElement 19 und das fünfte Mikro-Element 20 entsprechen einander ebenfalls weitgehend in ihrer Funktion. Sie weisen je eine Kontaktierungselektro- de 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 MikroElement 19,20 befestigt. Ferner weist das MEMS noch zwei fest mit dem Substrat S verbundene Fixelektroden 1 7,18 auf (zum Anlegen einer weiteren zu schaltenden elektrischen Stroms).The MEMS in FIG. 8 is constructed in mirror image and includes a first Mi ¬ kro element 1, a third micro-element T, a fourth micro-element 19 and a fifth micro-element 20, all of which are capable of bistable switching and ei ¬ ne stable initial position a (drawn-through line) and have a stable Ar ¬ beitsposition B (shown in phantom). They are designed here as bistable micro-elements of the type described in more detail in connection with FIG. 1 (two parallel, cosine-shaped, bound spring tongues). The position in which these micro-elements are structured by means of DRIE is the initial position A. The first micro-element 1 and the third micro-element T largely correspond to one another in their function. They consist of only one switching part 5. The fourth micro-element 19 and the fifth micro-element 20 likewise largely correspond to one another in their function. They each have a contacting electrode D, D '(for applying a signal to be switched, for example an electrical current) and an electrically conductive contact electrode 21, 22. The conductivity of the contact electrodes 21, 22 is preferably generated by a metallic coating. The contact electrodes 21, 22 are elongated, finger-shaped and fastened to the respective micro-element 19, 20 approximately in the middle 8 between the two ends of the respective micro-element 19, 20. Furthermore, the MEMS also has two fixed electrodes 17, 18 fixedly connected to the substrate S (for applying a further electrical current to be switched).
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 1 1 . Der bewegliche Teil 1 1 ist als eine, vor¬ zugsweise 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 1 1 weist weiterhin eine zweite Oberfläche 4 auf, welche von einer optionalen zweiten Beschichtung 4b gebildet wird, und welche zweite Oberflä¬ che 4 einer ersten Oberfläche 3 des ersten Mikro-Elementes 1 zugewandt ist. Analog verhält es sich mit einer vierten Oberfläche 4' des zweiten MikroElementes 2 und einer dritten Oberfläche 3' des dritten Mikro-Elementes V. 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 1 1 in der Ausschaltposition A', der stabilen Position des zweiten Mikro-Elementes 2.The MEMS in FIG. 8 further comprises a second micro-element 2. The second micro-element 2 is a monostable switchable micro-element; so it only has a stable position. It comprises a first fixed end 10 and a second fixed end 10 ', which ends 10, 10' are fixed on the substrate s, and a movable part 11 arranged between these two fixed ends 10, 10 '. The movable part 11 is formed as a, preferably ¬ vibration-bellied, curved structure which is fastened to the two fixed ends 10, 10 'of the second micro-element 2 and has an electrically conductive contact area 16. The movable part 1 1 further comprises a second surface 4 which is formed by an optional second coating 4b, and which second Oberflä ¬ surface 4 of a first surface 3 of the first micro-element 1 faces. The situation is similar with a fourth surface 4 'of the second micro-element 2 and a third surface 3' of the third micro-element V. The second surface 4 is arranged between the first fixed end 10 and the contact region 16. Analogously, the fourth surface 4 'is arranged between the second fixed end 10' and the contact area 16. After structuring of the second micro-element 2, the movable part 11 is in the switch-off position A ', the stable position of the second micro-element 2.
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 MikroElemente 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 MikroElement 2 und dem dritten Mikro-Element T ausreichend grosse elektrosta- stische 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 above-mentioned minimum distance between two micro-elements or surfaces generated by DRIE, the bistable micro-elements 1, 1 ', 19, 20 are spaced from the second micro-element 2 with at least one such minimum distance. After the application of the optional non-conductive coatings 3b, 3b 'of the first and third micro-elements 1, 1' and the optional electrically conductive coatings of the contact electrodes 21, 22, the bistable micro-elements 1, 1 ', 19, 20 switched from the initial position A to the working position B. As a result, the distance between the micro-elements or surfaces becomes smaller than the minimum distance mentioned; in Fig. 8 the micro-elements even touch. In particular, both contact electrodes 21, 22 touch the contact area 16. This creates an electrically conductive connection between the two contact electrodes 21, 22 and thus the NC connection. In this way, a voltage-free closed but detachable contact is realized. The surfaces 3, 4 and the surfaces 3 ″, 4 ′ also touch each other. As a result, only relatively low switching voltages can be applied between the second micro-element 2 and the first micro-element 1 and between the second micro-element 2 and the third micro Element T sufficiently large electrostatic attractive forces between the second micro-element 2 and the micro-elements 1, 1 'are generated, which for switching the second micro-element 2 from the switch-off position A' to the switch-on position B ' to lead. In the switch-on position B ', the NC connection is now open while the NO connection is closed. Due to its monostability, the second micro-element 2 automatically switches back to the switch-off position when a suitable switching voltage is not applied: NC connection closed, NO connection opened.
Zahlreiche Modifikationen der Ausführungsform von Fig. 8 sind denkbar und vorteilhaft: Hier einige Beispiele:Numerous modifications of the embodiment of FIG. 8 are conceivable and advantageous: Here are a few examples:
- Es ist möglich, das MEMS nicht spiegelsymmetrisch aufzubauen.- It is possible not to set up the MEMS with mirror symmetry.
- Man kann auf die Fixkontakte 1 7,18 verzichten und hat dann ein NC- Anschluss-Mikro-Relais.- You can do without the fixed contacts 1 7.18 and then have an NC connection micro-relay.
- Man kann auf die Mikro-Elemente 19,20 verzichten und hat dann ein NO- Anschluss-Mikro-Relais.- You can do without the micro elements 19, 20 and then have a NO connection micro relay.
- Wenn auf die Fixkontakte 1 7,1 8 oder auf die Mikro-Elemente 1 9,20 verzichtet wird, reicht es, wenn der Kontaktbereich 16 des zweiten MikroElementes 2 nur auf einer Seite elektrisch leitfähig ist.If the fixed contacts 1 7.1 8 or the micro elements 1 9.20 are dispensed with, it is sufficient if the contact area 16 of the second micro element 2 is only electrically conductive on one side.
- Man kann die Mikro-Elemente 1 ,1 ' mit (angepassten, optional: gestuften) Elektroden 9 versehen (siehe Fig. 3 bis Fig. 7).- The micro-elements 1, 1 'can be provided with (adapted, optionally: stepped) electrodes 9 (see FIGS. 3 to 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 MikroElementes 2 kontaktieren.- The contacting electrodes 21, 22 can be designed differently; or do without them entirely and then contact the contact part 16 of the second micro-element 2 by means of the preferably electrically conductive coated switching part.
- 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 den Fixkontakten 1 7,1 8 abgewandten Seite des zweiten MikroElementes 2 liegt. Dann ist das Mikro-Relais durch elektrostatische Ab- stossungskäfte schaltbar.- It is possible to arrange the micro-elements 1, 1 'on the other side of the second micro-element 2, that is to say in the region of the substrate S which is on the side of the second micro-element 2 facing away from the fixed contacts 1, 7.1, 8 , Then the micro relay can be switched by electrostatic repulsive forces.
- 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 T verzichten und nur das erste Mikro-Element 1 als elektrostatische Gegenelektrode zu dem zweiten Mikro-Element 2 als beweglicher Elektrode einsetzen. Die genannten Merkmale können gemeinsam oder auch einzeln oder in beliebiger Kombination vorteilhaft sein.- 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 T and only use the first micro-element 1 as an electrostatic counter electrode to the second micro-element 2 as a movable electrode. The features mentioned can be advantageous together or individually or in any combination.
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 grösser 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 MikroElemente 19,20) ein NO-Anschluss oder ein NC-Anschluss sein.9 shows a two-way switching relay which, in addition to a normally open connection (NO connection), also additionally comprises a normally closed connection (NC connection). The MEMS has a very similar structure to that described in FIG. 8; for corresponding features, reference is made to the text above. However, the second micro-element 2 is not monostable here, but rather 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 major advantage of the bistability of the second micro-element 2 is that no switching voltage is required to hold the second micro-element 2 in the switch-off position A 'or the switch-on position B'. After a suitable switching voltage has been applied and the switching operation caused thereby into the other state A ', B', the second micro-element 2 automatically remains in this state A ', B'. As a result, each of the two contact pairs on which a signal to be switched is present (fixed electrodes 17, 18 or micro elements 19, 20) can be an NO connection or an NC connection.
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 angeord- net, 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 MikroElemente 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 MikroElement 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 bistably switchable micro ¬ elements: the sixth micro element 23 and the seventh micro ¬ element 24. These are also constructed here with two parallel, cosine-shaped spring tongues connected in the middle and each have an (adapted) electrode 9. They are arranged in the area of the substrate S. net, which is on the side of the second micro-element 2 which faces away from the micro-elements 1, 1 '. The micro elements 23, 24 interact in an analogous manner with the second micro element 2 like the micro elements 1, 1 '. For this purpose, for example, the second micro-element 2 has a sixth surface 26a and an eighth surface 26a ', which have a fifth surface 25a (the sixth micro-element 23) and a seventh surface 25a' (the seventh micro-element 24). interact. By means of 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), the second micro-element 2 can the switch-on state B 'are switched to the switch-off state A'.
Es sind mehrere vorteilhafte Modifikationen dieser Ausführungsform denkbar:Several advantageous modifications of this embodiment are conceivable:
- Es ist möglich, das MEMS nicht spiegelsymmetrisch aufzubauen.- It is possible not to set up the MEMS with mirror symmetry.
- Man kann auf die Fixkontakte 17,18 verzichten.- One can do without the fixed contacts 17, 18.
- Man kann auf die Mikro-Elemente 19,20 verzichten.- You can do without the micro elements 19.20.
- Wenn auf die Fixkontakte 1 7,18 oder auf die Mikro-Elemente 19,20 verzichtet wird, reicht es, wenn der Kontaktbereich 16 des zweiten MikroElementes 2 nur auf einer Seite elektrisch leitfähig ist.If the fixed contacts 1, 7.18 or the micro-elements 19, 20 are dispensed with, it is sufficient if the contact area 16 of the second micro-element 2 is only electrically conductive on one side.
- Man kann die Mikro-Elemente 1 ,1 ' mit (angepassten, optional: gestuften) Elektroden 9 versehen (siehe Fig. 3 bis Fig. 7).- The micro-elements 1, 1 'can be provided with (adapted, optionally: stepped) electrodes 9 (see FIGS. 3 to 7).
- Man kann die Mikro-Elemente 23,24 ohne angepasste Elektroden 9 einsetzen.- The micro elements 23, 24 can be used without adapted electrodes 9.
- Man kann die Kontaktierungselektroden der Mikro-Elemente 19,20 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, das Mikro-Relais durch elektrostatische Abstossungskäfte zu schalten; oder es mittels elektrostatischer Abstossungskäfte und elektrostatischer Anziehungskäfte zu schalten.- The contacting electrodes of the micro elements 19, 20 can be designed differently; or dispense with them entirely and then contact the contact part 16 of the second 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.
- Man kann auf eines, zwei oder drei der Mikro-Elemente 1 ,1 ',23, 24 verzichten; insbesondere auf die diagonal einander gegenüberleigenden Mikro-Elemente 1 ,24 oder die Mikro-Elemente l ',23.- One, two or three of the micro-elements 1, 1 ', 23, 24 can be omitted; in particular to the diagonally opposite micro-elements 1, 24 or the micro-elements 1 ', 23.
- Wenn ein Schaltvorgang durch Zusammenwirken mindestens zweier Mikro-Elemente 1 ,T,23,24 mit dem zweiten Mikro-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 1 1 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.If a switching process is generated by the interaction of at least two micro-elements 1, T, 23, 24 with the 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 the movable part 11 of the second 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 the second micro-element 2 can be carried out. Correspondingly adapted switching voltage profiles over time can also be used.
- Wenn statt eines kosinusförmigen bistabilen zweiten Mikro-Elementes 2 ein schwingungsbauchförmiges eingesetzt wird, werden vorteilhaft die Fixkontakte 1 7,1 8 oder das vierte und/oder fünfte Mikro-Element 19,20 derart angeordnet, dass mindestens einer von diesen für die Asymmetrische Ausbildung des Schwingungsbauches sorgt.If, instead of a cosine-shaped bistable second micro-element 2, an antinode is used, the fixed contacts 1, 7, 8 or the fourth and / or fifth micro-element 19, 20 are advantageously arranged such that at least one of them is used for the asymmetrical design of the antinode.
Die genannten Merkmale können gemeinsam oder auch einzeln oder in beliebiger Kombination vorteilhaft sein.The features mentioned can be advantageous together or individually or in any combination.
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 darge¬ stellten Ausführungsbeispiel beschrieben, da es die gleichen Bestandteile aufweist. Fig. 1 Oa 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 difficult to implement. The MEMS is starting from the Darge in Fig. 4 ¬ presented embodiment described, since it is the same ingredients having. 10 a shows the MEMS, in the state it has after structuring by means of DRIE: the first micro element 1 is in the initial position A. FIG. 10 b 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 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 is in the switched-on state B '.
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 MikroElement 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 1 1 des zweiten MikroElementes 2 ausübt, die zu einer (deutlichen) elastischen Verformung des beweglichen Teils 1 1 des zweiten Mikro-Elementes 2 führt (siehe Fig. 10b). Der bewegliche Teil 1 1 des zweiten Mikro-Elementes 2 wird derart verformt, dass der elektrisch leitfähige Kontaktbereich 16 des zweiten MikroElementes 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 MikroElement 2 geht in den Einschaltzustand B' (siehe Fig. 10c).In contrast to the embodiments discussed above, it is the case here that the first micro-element 1 after switching from the initial position A to the working position B does not simply come closer to the second micro-element 2 than the minimum distance given by DRIE and the second micro -Element 2 only touches (lightly). Rather, the arrangement of the micro-elements 1, 2 on the substrate s and the configuration of the micro-elements 1, 2 is selected such that the first micro-element 1 in the working position B exerts a force on the movable part 11 of the second MicroElementes 2, which leads to a (clear) elastic deformation of the movable part 1 1 of the second micro-element 2 (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. A voltage-free closed but detachable contact is realized; in a MEMS structured using DRIE. In other words, by switching the first micro-element 1 from the initial position A to B Arbeitspositon a switching operation of the second micro ¬ element 2 is caused. Since no switching voltage is required for this, the second micro-element 2 is in the switch-off position A \ after this switching operation. In order to open the NC connection again, a suitable switching voltage must be between the first micro-element 1 and the second micro-element 2 can be created. The NC connection is opened by means of electrostatic attractive forces, and the second microelement 2 goes into the switch-on state B '(see FIG. 10c).
In Kombination mit weiter oben genannte Merkmalen können auf der Grundlage der Figuren l Oa-l Oc 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 MikroElemente 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 1 7,18 ausgeübt werden können (sichere Kontakte).In combination with features mentioned above, further advantageous embodiments can be created on the basis of FIGS. In particular, the electrode 9 can be omitted. Or the electrode 9 can be designed differently. In particular, one can advantageously design the electrode 9 and arrange the micro-elements 1, 2 relative to one another such that the points of contact between the two micro-elements 1, 2 (when the first micro-element 1 is in the working position A and the second micro- Element 2 in the switch-off position A 'is) essentially on a straight line with the center 8 in the initial position A and the center 8 in the working position. As a result, a low mechanical load on the first micro-element 1 can be achieved, and at the same time large contact forces can be exerted on the fixed contacts 1, 7.18 (secure contacts).
Auch ist es vorteilhaft, in Analogie zu der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform, ein zweites Paar Fixkontakte 17', 1 8' (nicht dargestellt in Fig. 10) vorzusehen, wobei diese Fixkontakte 1 7', 1 8' derart anzuordnen sind, dass der Kontaktbereich 1 6 des zweiten Mikro-Elementes 2 diese Fixkontakte 1 7', 18' elektrisch leitend miteinander verbindet, wenn das zweite MikroElement 2 sich in der Einschaltposition B' befindet. So erhält man ein Wechselschalt-Relais, ähnlich dem aus Fig. 5, aber mit nur einem bistabilen Mi¬ kro-Element 1. Vorteilhaft kann ausserdem der bewegliche Teil 1 1 des zweiten Mikro-Elementes 2 zweiteilig ausgebildet werden (analog zu der Ausführungsform von Fig. 7). 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 CI erwähnt werden. Der Offenbarungsgehelt dieser Patentschriften wird darum hiermit in die vorliegende Beschreibung aufgenommen.It is also advantageous, in analogy to the embodiment shown in FIG. 5, to provide a second pair of fixed contacts 17 ', 1 8' (not shown in FIG. 10), these fixed contacts 1 7 ', 1 8' being arranged in such a way that that the contact area 1 6 of the second micro-element 2 connects these fixed contacts 1 7 ', 18' to one another in an electrically conductive manner when the second micro-element 2 is in the switch-on position B '. Thus, similarly receives an alternating switching relay, which in FIG. 5, but with only a bistable Mi ¬ kro element 1. Advantageously, moreover, the movable part 1 1 of the second micro-element 2 are formed in two parts (as in the embodiment of Fig. 7). Only laterally operating MEMS were discussed in the above explanations. However, it is also possible to construct the MEMS described (in a similar form) as horizontally operating MEMS. DRIE is typically not used for the production, but rather other methods known from MEMS or semiconductor technology are used, such as are mentioned, for example, in the already mentioned patents US Pat. No. 5,638,946, US Pat. No. 5,677,823 or DE 42 05 029 CI , The disclosure content of these patents is therefore hereby incorporated into the present description.
Fig. 1 1 a und Fig. 1 1 b zeigen ein mögliches Ausführungsbeispiel, in welchem die beweglichen Teile des MEMS im wesentlichen horizontal beweglich sind. Fig. 1 1 a ist eine geschnittene Seitenansicht des in Fig. 1 1 b in Aufsicht dargestellte MEMS. In Fig. 1 1 b ist mit XIa-Xla die Linie des Schnittes der Fig. 1 l a dargestellt. Das MEMS ist ein Mikro-Relais mit einem NC-Anschluss.Fig. 1 1 a and Fig. 1 1 b show a possible embodiment in which the moving parts of the MEMS are essentially horizontally movable. Fig. 1 1 a is a sectional side view of the MEMS shown in supervision in Fig. 1 1 b. In Fig. 1 1 b with XIa-Xla the line of the section of Fig. 1 l a is shown. 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 MikroElementes 1 in der Arbeitsposition B.The first micro-element 1 is designed here as a bistable, elastically switchable micro-element in the form of an antinode, analogous to the first micro-element 1 shown in FIG. 2. In the initial position A, the symmetrical antinode is arched away from the substrate S. The second end 7 of the first micro-element 1 is designed here as a bridge. As a result, the second micro-element 2 arranged below the antinode can extend to outside the area between the first end 6 and the second end 7 of the first micro-element 1. The first fixed end 10 of the second micro-element 2 serves here as a stop for the formation of the asymmetrical antinode of the first micro-element 1 in the working position B.
Der bewegliche Teil 1 1 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 1 1 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 1 1 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 movable part 11 of the second micro-element 2 initially runs (after the structuring) essentially parallel to the main surface of the Substrates S. After switching the first micro-element 1 from the initial position A to the working position B, the first micro-element 1 exerts a compressive force on the movable part 11 of the second micro-element 2. The second micro-element 2 is elastically deformed. It reaches its switch-off position A ', in which a movable contact electrode E fixedly attached to the movable part 11 contacts a fixed electrode 17 fixed on the substrate S. This creates an NC connection between the movable contact electrode E and the fixed electrode 17. This generation of an NC connection is quite analogous to the method described in connection with FIGS. 10a to 10c.
Werden geeignete Schaltspannungen zwischen den beiden MikroElementen 1 ,2 angelegt, so geht das zweite Mikro-Element 2 in den Einschaltzustand B' über, in welchem der bewegliche Teil 1 1 des zweiten MikroElementes 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 1 7 elektrisch verbundene Kontaktierungselektrode D' ist auf dem Substrat S angeordnet.If suitable switching voltages are applied between the two micro-elements 1, 2, the second micro-element 2 changes to the switch-on state B ', in which the movable part 11 of the second micro-element 2 is bent away from the substrate and the NC connection is open , The contacting electrodes C, C are used to apply switching voltages. Contacting electrodes D, D 'are used to apply a signal to be switched. The contacting electrode D, which is electrically connected to the movable contact electrode E, is arranged here on the first fixed end 10 of the second micro-element 2. The contacting electrode D ′, which is electrically connected to the fixed contact 17, is arranged on the substrate S.
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 the MEMS described above, can also be implemented as horizontally operating MEMS.
Eine Anordnung mit einer Fixelektrode 1 7 und einer beweglichen Kontakte¬ lektrode E, wie in Fig. 1 1 a und 1 1 b, 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 Fixelektrode 1 7 and a movable contact ¬ lektrode E, as shown in Fig. 1, 1 a and 1 1 b, is also advantageous in the above MEMS described, which are described with a contact area 16 and two fixed electrodes 17, 18, can be implemented.
Sehr vorteilhaft an dieser Ausführungsform von Fig. 1 l a,b ist, dass der Abstand im geöffneten Zustand zwischen der beweglichen Kontaktelektrode E des zweiten Mikro-Elementes 2 und dem Fixkontakt 1 7 wählbar ist und fertigungstechnisch sehr gut reproduzierbar ist. Dasselbe gilt auch für die weiter oben diskutierten Ausführungsformen, sofern man diese analog zu Fig. 1 l a,b mit einer beweglichen Kontaktelektrode E ausführt.1 a a, b is that the distance in the open state between the movable contact electrode E of the second micro-element 2 and the fixed contact 17 can be selected and can be reproduced very well in terms of production technology. The same also applies to the embodiments discussed above, provided that they are carried out analogously to FIGS. 1 a, b with a movable contact electrode E.
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 can not only be implemented as a switch or relay, as in the examples above. A wide variety of micro-actuators can be implemented. For example, MEMS according to the invention can represent or actuate micro-valves or 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 vorteil¬ haft 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, 1 9, 20, 23, 24 vorteilhaft keine oder nur sehr langsam erfol¬ gende Relaxation zu erwarten.The substrate S used to produce a MEMS according to the invention is preferably flat. It typically has a main surface that is structured to produce the MEMS, the movement of the moving parts of the MEMS being movable essentially parallel or perpendicular to this main surface. Preferably, the substrate S from a semiconductor material, especially silicon, is the preferred way of monocrystalline ¬ and particularly advantageous (for a sufficient electrical conductivity) also doped. When single-crystal silicon in under mechanical stress bistable switchable micro is ¬ elements 1, 1 ', 2 1 9, 20, 23, 24 advantageously no or only very slowly SUC ¬ constricting relaxation expected.
Insbesondere kann ein SOI-Wafer (silicon-on-insulator) verwendet werden, der aus drei substratparalellen Schichten Silizium-Siliziumoxid-Silizium. Da¬ bei dient die Siliziumoxid-Schicht als Opferschicht. Das erwähnte Strukturierungsverfahren ist typischweise ein materialabtragendes Verfahren, vorzugsweise ein Ätzverfahren. Die LIGA-Technik oder insbesondere das reaktive lonenätzen und besonders vorteilhaft das lonen- tiefätzen (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.In particular, an SOI wafer (silicon-on-insulator) can be used which consists of three layers of silicon-silicon oxide-silicon which are parallel to the substrate. Since ¬ at the silicon oxide layer serves as a sacrificial layer. The structuring method mentioned is typically a material-removing method, preferably an etching method. The LIGA technique or in particular the reactive ion etching and particularly advantageously the ion deep etching (DRIE) come into question here. The DRIE method has the advantage of being very well suited for the production of surfaces which are closely spaced (relative to their height perpendicular to the substrate) and are practically perpendicular to the main surface of the substrate S. DRIE is well suited for the production of laterally operating MEMS. However, methods which apply material are also conceivable, for example if surfaces facing one another in this way have a minimum distance as a result of the method. 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 actuators that can be actuated electrostatically, actuators that can be actuated electromagnetically or piezo-electrically can also be implemented according to the invention. The actuating forces can be repulsive or attractive.
Ein erfindungsgemässes bistabil schaltbares Mikro-Element kann auch tri- stabil oder anderweitig multistabil schaltbar sein. Es ist für manche Anwen¬ dungen 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 ',1 9, 20, 23, 24 sind aber vorzugsweise bistabil ela¬ stisch 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 schwingungs- bauchförmigen Mikro-Elemente auszubilden, wobei diese auch in abgewandelter Form und innerhalb eines MEMS's kombiniert realisierbar sind.A bistable micro-element according to the invention can also be tri-stable or otherwise multi-stable. It is for some appli ¬ also not necessary applications that the micro-elements 1, 1, 19,20,23,24 are also 'after the first switch from the initial position A to working position B again zurückschalbar in the initial position A. One can also consider a one-time, for example plastic, deformation. The micro-elements 1, 1 ', 1 9, 20, 23, 24 but are preferably bistable ela ¬ cally switchable and again zurückschaltbar in the initial position A. It is particularly advantageous to use the bistable micro-elements 1, 1 ', 2, 19, 20, 23, 24 as the described cosine-shaped or as the described oscillatory to form bulbous micro-elements, which can also be implemented in a modified form and combined within a MEMS.
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 AI bekannt sind. Die Kontaktierungselektroden CC'.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 coated in an electrically conductive or electrically non-conductive manner. A non-conductive coating is preferably used to prevent discharges between electrostatic electrodes touching one another. For example, as an alternative or additional protection against such discharges, stoppers or springs can be used, as are known from DE 198 00 189 AI already cited. The contacting electrodes CC'.D.D 'can be produced in a known manner (for example by sputtering) and can be contacted for example 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 l ',l 9,20,23,24 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. Die genannten Merkmale können gemeinsam oder auch einzeln oder in beliebiger Kombination vorteilhaft sein.Regarding the manufacturing process for the MEMS according to the invention, it should be noted that the first switching of the first micro-element 1 and also of the other bistable switchable micro-elements 1 ', 1 9, 20, 23, 24 from the initial position A to the working position B is still belongs to the manufacturing process of the MEMS. This initial switching process can take place mechanically. However, this switching operation is preferably carried out as part of a quality or functional test (burn-in) of the MEMS, it being possible for other units connected to the substrate to be tested or initialized in the process. The initial switching process can then preferably take place by generating an attractive force between the bistable micro-element 1, 1 ', 19, 20, 23, 24 and the second micro-element 2, this force advantageously being achieved by applying a switching voltage. Such a switching voltage is typically higher than a switching voltage that is used to switch the second micro-element 2 between the switch-off position A 'and the switch-on position B'. The features mentioned can be advantageous together or individually or in any combination.
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 1 5 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 method, the minimum distance mentioned (minimum trench width) is approximately 5 μm to 15 μm; it shows little dependence on the depth of the structured trench. The depth of the structured trench is typically 300 μm to 550 μm. By switching from the initial position A to the working position B, the corresponding distance is reduced to typically 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 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 by electrostatic If there are attractive forces, switching voltages between 70 V and 300 V, preferably between 100 V and 200 V, are typically used for this.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
1 erstes Mikro-Element T drittes Mikro-Element1 first micro element T third micro element
2 zweites Mikro-Element2 second micro element
3 erste Oberfläche (des ersten Mikro-Elementes); der zweiten Oberfläche zugewandt3 first surface (of the first micro-element); facing the second surface
3a erste Fläche (des ersten Mikro-Elementes); der zweiten Fläche zugewandt3a first surface (of the first micro-element); facing the second surface
3b erste Beschichtung (der ersten Fläche)3b first coating (of the first surface)
3' dritte Oberfläche (des dritten Mikro-Elementes); der vierten Oberfläche zugewandt3 'third surface (of the third micro-element); facing the fourth surface
3a' dritte Fläche (des dritten Mikro-Elementes); der vierten Fläche zugewandt3a 'third surface (of the third micro-element); facing the fourth surface
3b' dritte Beschichtung (der dritten Fläche)3b 'third coating (the third surface)
4 zweite Oberfläche (des zweiten Mikro-Elementes); der ersten Oberfläche zugewandt4 second surface (of the second micro-element); facing the first surface
4a zweite Fläche (des zweiten Mikro-Elementes); der ersten Fläche zugewandt4a second surface (of the second micro-element); facing the first surface
4b zweite Beschichtung (der zweiten Fläche)4b second coating (of the second surface)
4' vierte Oberfläche (des zweiten Mikro-Elementes); der dritten Ober¬ fläche zugewandt4 'fourth surface (of the second micro-element); the third upper surface facing ¬
4a' vierte Fläche (des zweiten Mikro-Elementes); der dritten Fläche zu¬ gewandt4a 'fourth surface (of the second micro-element); facing the third surface
4b' vierte Beschichtung (der vierten Fläche)4b 'fourth coating (the fourth surface)
5 Schaltteil des ersten Mikro-Elementes5 switching part of the first micro-element
6 erstes Ende des ersten Mikro-Elementes6 first end of the first micro-element
7 zweites Ende des des ersten Mikro-Elementes 8 Mitte zwischen dem ersten und dem zweiten Ende des ersten Mikro-Elementes7 second end of the first micro-element 8 middle between the first and the second end of the first micro-element
9 (angepasste) Elektrode des ersten Mikro-Elementes9 (adapted) electrode of the first micro-element
10 erstes festes Ende des zweiten Mikro-Elementes10 first fixed end of the second micro-element
10' zweites festes Ende des zweiten Mikro-Elementes10 'second fixed end of the second micro-element
1 1 beweglicher Teil des zweiten Mikro-Elementes1 1 movable part of the second micro-element
12 spaltbildende Oberfläche12 gap-forming surface
13 Spalt13 gap
14 erster Bereich des beweglichen Teils des zweiten Mikro-Elementes14 first area of the movable part of the second micro-element
1 5 zweiter Bereich des beweglichen Teils des zweiten Mikro¬ Elementes1 5 second area of the movable part of the second micro ¬ element
16,16' Kontaktbereich des beweglichen Teils des zweiten MikroElementes16, 16 'contact area of the movable part of the second micro-element
17,18 Fixkontakte17.18 fixed contacts
1 7', 1 8' Fixkontakte1 7 ', 1 8' fixed contacts
19 viertes Mikro-Element19 fourth micro element
20 fünftes Mikro-Element 21 ,22 Kontaktelektrode20 fifth micro-element 21, 22 contact electrode
23 sechstes Mikro-Element23 sixth micro element
24 siebtes Mikro-Element24 seventh micro-element
25a fünfte Fläche (des sechsten Mikro-Elementes); der sechsten Fläche zugewandt25a fifth surface (of the sixth micro-element); facing the sixth surface
25a' siebte Fläche (des siebten Mikro-Elementes); der achten fläche zugewandt25a 'seventh surface (of the seventh micro-element); facing the eighth area
26a sechste Fläche (des zweiten Mikro-Elementes); der fünften Fläche zugewandt26a sixth surface (of the second micro-element); facing the fifth surface
26a' achte Fläche (des zweiten Mikro-Elementes); der fünften Fläche zugewandt26a 'eighth surface (of the second micro-element); facing the fifth surface
A InitialpositionA Initial position
B Arbeitsposition A' Ausschaltposition (des zweiten Mikro-Elementes)B working position A 'switch-off position (of the second micro-element)
B' Einschaltposition (des zweiten Mikro-Elementes)B 'switch-on position (of the second micro-element)
C,C KontaktierungselektrodenC, C contacting electrodes
D,D' KontaktierungselektrodenD, D 'contacting electrodes
E bewegliche Kontaktierungselektrode (des zweiten MikroElementes)E movable contact electrode (of the second micro-element)
S Substrat S substrate

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E PATENT CLAIMS
1 . Mikro-elektromechanisches System, umfassend ein Substrat (S) sowie ein erstes Mikro-Element (1 ) und ein zweites Mikro-Element (2), wobei1 . Micro-electromechanical system comprising a substrate (S) and a first micro-element (1) and a second micro-element (2), wherein
(a) das erste Mikro-Element (1 ) und das zweite Mikro-Element (2) mit dem Substrat (S) verbunden sind und(a) the first micro-element (1) and the second micro-element (2) are connected to the substrate (S) and
(b) das erste Mikro-Element (1 ) eine erste Fläche (3a) aufweist und das zweite Mikro-Element (2) eine zweite Fläche (4a) aufweist, welche Flächen (3a,4a) einander zugewandt sind und durch ein Strukturierungsverfahren erzeugt sind, dadurch gekennzeichnet,(b) the first micro-element (1) has a first surface (3a) and the second micro-element (2) has a second surface (4a), which surfaces (3a, 4a) face each other and are produced by a structuring method are characterized by
(d) dass das erste Mikro-Element (1 ) einen Schaltteil (5) beinhaltet, durch den es bistabil zwischen einer Initialposition (A) und einer Arbeitsposition (B) schaltbar ist, und(d) that the first micro-element (1) contains a switching part (5) by means of which it can be switched bistably between an initial position (A) and a working position (B), and
(e) dass der Abstand zwischen der ersten Fläche (3a) und der zweiten Fläche (4a) in der Arbeitsposition (B) des ersten Mikro-Elementes (1 ) kleiner als ein durch das Strukturierungsverfahren erzeugbarer Minimalabstand zwischen der ersten Fläche (3a) und der zweiten Fläche (4a) ist.(e) that the distance between the first surface (3a) and the second surface (4a) in the working position (B) of the first micro-element (1) is smaller than a minimum distance that can be generated by the structuring method between the first surface (3a) and the second surface (4a).
2. Mikro-elektromechanisches System gemäss Anpruch l , dadurch ge¬ kennzeichnet,2. Micro-electromechanical system according to claim 1, characterized by ¬
(a) dass das erste Mikro-Element (1 ) eine erste Oberfläche (3) aufweist, die gleich der ersten Fläche (3a) ist oder, wenn die erste Fläche (3a) mit einer ersten Beschichtung (3b) versehen ist, gleich der Oberfläche dieser Beschichtung (3b) ist, und(a) that the first micro-element (1) has a first surface (3) which is the same as the first surface (3a) or, if the first surface (3a) is provided with a first coating (3b), is the same Surface of this coating (3b), and
(b) dass das zweite Mikro-Element (2) eine zweite Oberfläche (4) auf¬ weist, die gleich der zweiten Fläche (4a) ist oder, wenn die zweite Flä- ehe (4a) mit einer zweiten Beschichtung (4b) versehen ist, gleich der Oberfläche dieser Beschichtung (4b) ist.(b) that the second micro-element (2) has a second surface (4) on ¬ which is equal to the second surface (4a) or if the second area- before (4a) is provided with a second coating (4b) is equal to the surface of this coating (4b).
3. Mikro-elektromechanisches System gemäss Anpruch 2, wobei3. Micro-electromechanical system according to claim 2, wherein
(a) das zweite Mikro-Element (2) ein mit dem Substrat (S) fest verbundenes erstes festes Ende (10) sowie einen beweglichen Teil (1 1 ) aufweist, dadurch gekennzeichnet,(a) the second micro-element (2) has a first fixed end (10) firmly connected to the substrate (S) and a movable part (1 1), characterized in that
(b) dass die erste Oberfläche (3) und die zweite Oberfläche (4) elektrisch nichtleitend sind, und(b) that the first surface (3) and the second surface (4) are electrically non-conductive, and
(c) dass die erste Oberfläche (3) und die zweite Oberfläche (4) in der Arbeitsposition (B) Berührungsstellen aufweisen, und(c) that the first surface (3) and the second surface (4) have contact points in the working position (B), and
(d) dass das zweite Mikro-Element (2) dadurch von einer Ausschaltposition (A') in eine Einschaltposition (B') schaltbar ist, dass in der Arbeitsposition (B) des ersten Mikro-Elementes (1 ) der bewegliche Teil (1 1 ) des zweiten Mikro-Elementes (2) durch elektrostatische Kräfte zwischen dem ersten Mikro-Element (1 ) und dem zweiten Mikro-Element (2) bewegbar ist.(d) that the second micro-element (2) can be switched from a switch-off position (A ') to a switch-on position (B') in that in the working position (B) of the first micro-element (1) the movable part (1 1) of the second micro element (2) can be moved between the first micro element (1) and the second micro element (2) by electrostatic forces.
4. Mikro-elektromechanisches System gemäss Anpruch 3, dadurch gekennzeichnet,4. Micro-electromechanical system according to claim 3, characterized in that
(a) dass das erste Mikro-Element (1 ) eine Elektrode (9) umfasst, welche Elektrode (9) die erste Oberfläche (3) beinhaltet, und(a) that the first micro-element (1) comprises an electrode (9), which electrode (9) contains the first surface (3), and
(b) dass die Elektrode (9) und das zweite Mikro-Element (2) derart ausgebildet sind, dass sich in der Einschaltposition (B') des zweiten MikroElementes (2) die erste Oberfläche (3) und die zweite Oberfläche (4) vollflächig berühren.(b) that the electrode (9) and the second micro-element (2) are designed such that in the switch-on position (B ') of the second micro-element (2) the first surface (3) and the second surface (4) touch completely.
5. Mikro-elektromechanisches System gemäss Anpruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (9) eine spaltbildende Oberfläche (12) aufweist, die derart ausgebildet ist, dass sie stufenartig gegenüber der ersten Oberfläche (3) zurückversetzt ist und mit dem zweiten MikroElement (2) einen Spalt (1 3) einschliesst, wenn sich das erste MikroElement (1) in der Arbeitsposition (B) und sich das zweite MikroElement (2) in der Einschaltposition (B') befindet.5. Micro-electromechanical system according to claim 4, characterized in that the electrode (9) has a gap-forming surface (12) which is designed such that it is step-like with respect to the first surface (3) is set back and includes a gap (1 3) with the second micro-element (2) when the first micro-element (1) is in the working position (B) and the second micro-element (2) is in the switch-on position (B ') is located.
6. Mikro-elektromechanisches System gemäss einem der Anprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der bewegliche Teil (1 1) des zweite Mikro-Elementes (2) einen ersten Bereich (14) und einen zweiten Bereich (1 5) aufweist, wobei der erste Bereich (14)6. Micro-electromechanical system according to one of claims 3 to 5, characterized in that the movable part (1 1) of the second micro-element (2) has a first area (14) and a second area (1 5), wherein the first area (14)
- zwischen dem zweiten Bereich (1 5) und dem ersten festen Ende (10) des zweiten Mikro-Elementes (2) angeordnet ist,- Is arranged between the second region (1 5) and the first fixed end (10) of the second micro-element (2),
- einen Teil der zweiten Oberfläche (4) umfasst, und- Part of the second surface (4), and
- weniger steif ausgebildet ist als der zweite Bereich (1 5).- Is less rigid than the second region (1 5).
7. Mikro-elektromechanisches System gemäss einem der Anprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet,7. Micro-electromechanical system according to one of claims 3 to 5, characterized in that
(a) dass das mikro-elektromechanische System zwei fest mit dem Substrat verbundene Fixkontakte (17,18) aufweist, und(a) that the micro-electromechanical system has two fixed contacts (17, 18) firmly connected to the substrate, and
(b) dass der bewegliche Teil (1 1 ) des zweiten Mikro-Elementes (2) einen elektrisch leitfähigen Kontaktbereich (16) aufweist,(b) that the movable part (1 1) of the second micro-element (2) has an electrically conductive contact area (16),
- welcher Kontaktbereich (16) im Bereich eines dem ersten festen Ende (10) des zweiten Mikro-Elementes (2) gegenüberliegenden Endes des zweiten Mikro-Elementes (2) angeordnet ist, und- Which contact area (16) is arranged in the area of an end of the second micro-element (2) opposite the first fixed end (10) of the second micro-element (2), and
- durch welchen Kontaktbereich (16) in der Einschaltposition (B') des zweiten Mikro-Elementes (2) die beiden Fixkontakte (1 7,1 8) leitend miteinander verbunden sind.- Through which contact area (16) in the switch-on position (B ') of the second micro-element (2) the two fixed contacts (1, 7.1, 8) are conductively connected to one another.
8. Mikro-elektromechanisches System gemäss Anpruch 7, dadurch ge¬ kennzeichnet,8. Micro-electromechanical system according to claim 7, characterized by ge ¬
(a) dass das mikro-elektromechanische System ein drittes Mikro- Element (l 1) umfasst,(a) that the micro-electromechanical system is a third micro- Comprises element (l 1 ),
- welches bistabil schaltbar ist,- which is bistable switchable,
- welches mit dem Substrat (S) verbunden ist, und- Which is connected to the substrate (S), and
- welches in einem Bereich angeordnet ist, der auf der dem ersten Mikro-Element (1 ) abgewandten Seite des zweiten Mikro-Elementes (2) liegt, und- Which is arranged in a region which is on the side of the second micro-element (2) facing away from the first micro-element (1), and
(b) dass das mikro-elektromechanische System zwei weitere Fixkontakte (1 7', 18') aufweist, welche weiteren Fixkontakte (1 7', 18') mit dem Substrat (S) fest verbunden sind und in einem Bereich angeordnet sind, der auf der den Fixkontakten (17,1 8) abgewandten Seite des zweiten MikroElementes (2) liegt,(b) that the micro-electromechanical system has two further fixed contacts (1 7 ', 18'), which further fixed contacts (1 7 ', 18') are firmly connected to the substrate (S) and are arranged in an area which on the side of the second micro-element (2) facing away from the fixed contacts (17, 1, 8),
(c) dass der bewegliche Teil (1 1 ) des zweiten Mikro-Elementes (2) einen weiteren elektrisch leitfähigen Kontaktbereich (16') aufweist, welcher im Bereich eines dem ersten festen Ende (10) des zweiten MikroElementes (2) gegenüberliegenden Endes des zweiten MikroElementes (2), auf der dem Kontaktbereich (16) abgewandten Seite des zweiten Mikro-Elementes (2) angeordnet ist, und(c) that the movable part (1 1) of the second micro-element (2) has a further electrically conductive contact area (16 '), which in the area of an end opposite the first fixed end (10) of the second micro-element (2) second micro-element (2), on the side of the second micro-element (2) facing away from the contact area (16), and
(d) wobei das dritte Mikro-Element (V) in analoger Weise mit dem zweiten Mikro-Element (2) und mit den weiteren Fixkontakten (17', 18') zusammenwirkt wie das erste Mikro-Element (1 ) mit dem zweiten MikroElement (2) und mit den Fixkontakten (1 7,1 8) zusammenwirkt.(d) wherein the third micro-element (V) interacts in an analogous manner with the second micro-element (2) and with the further fixed contacts (17 ', 18') like the first micro-element (1) with the second micro-element (2) and cooperates with the fixed contacts (1 7.1 8).
9. Mikro-elektromechanisches System gemäss Anpruch 6 und 7 oder gemäss Anpruch 6 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktbereich (16) im zweiten Bereich (1 5) des beweglichen Teils (1 1 ) des zweiten Mikro-Elementes (2) angeordnet ist.9. Micro-electromechanical system according to claim 6 and 7 or according to claim 6 and 8, characterized in that the contact area (16) in the second area (1 5) of the movable part (1 1) of the second micro-element (2) is arranged is.
10. Mikro-elektromechanisches System gemäss Anpruch l , dadurch ge¬ kennzeichnet,10. Micro-electromechanical system according to claim 1, characterized by ¬
(a) dass das mikro-elektromechanische System ein drittes Mikro- Element (T) umfasst, das(a) that the micro-electromechanical system is a third micro- Element (T) includes that
- mit dem Substrat (S) verbunden ist und- Is connected to the substrate (S) and
- eine dritte Fläche (3a') aufweist,- has a third surface (3a '),
(b) dass das zweite Mikro-Element (2) einen Schaltteil beinhaltet, welcher(b) that the second micro-element (2) includes a switching part which
- ein mit dem Substrat (S) fest verbundenes erstes festes Ende (10),- a first fixed end (10) firmly connected to the substrate (S),
- ein mit dem Substrat (S) fest verbundenes zweites festes Ende (10'),a second fixed end (10 ') firmly connected to the substrate (S),
- einen zwischen diesen beiden festen Enden (10,10') angeordneten beweglichen Teil (1 1 ) und- A movable part (11) arranged between these two fixed ends (10, 10 ')
- eine vierte Fläche (4a') aufweist, und- has a fourth surface (4a '), and
(c) durch welchen Schaltteil das zweite Mikro-Element (2) zwischen einer Ausschaltposition (A') und einer Einschaltposition (B1) schaltbar ist, wobei(c) by which switching part the second micro-element (2) can be switched between a switch-off position (A ') and a switch-on position (B 1 ), whereby
(d) der bewegliche Teil (1 1 ) des zweiten Mikro-Elementes (2) einen elektrisch leitfähigen Kontaktbereich (16) umfasst,(d) the movable part (1 1) of the second micro-element (2) comprises an electrically conductive contact area (16),
(e) die zweite Fläche (4a) zwischen dem ersten festen Ende (10) und dem Kontaktbereich (16) angeordnet ist, und(e) the second surface (4a) is arranged between the first fixed end (10) and the contact region (16), and
(f) die vierte Fläche (4a1) zwischen dem zweiten festen Ende (10') und dem Kontaktbereich (16) angeordnet ist,(f) the fourth surface (4a 1 ) is arranged between the second fixed end (10 ') and the contact area (16),
(g) die dritte Fläche (3a') und die vierte Fläche (4a') durch das Strukturierungsverfahren erzeugt sind und einander zugewandt sind, und(g) the third surface (3a ') and the fourth surface (4a') are generated by the structuring method and face each other, and
(h) dass das dritte Mikro-Element (V) einen Schaltteil beinhaltet, durch den es bistabil zwischen einer Initialposition (A) und einer Arbeitsposition (B) schaltbar ist, und(h) that the third micro-element (V) contains a switching part by which it can be switched bistably between an initial position (A) and a working position (B), and
(i) dass der Abstand zwischen der dritten Fläche (3a') und der vierten Fläche (4a') in der Arbeitsposition (B) des dritten Mikro-Elementes (V) kleiner als ein durch das Strukturierungsverfahren erzeugbarer Minimalabstand zwischen der dritten Fläche (3a') und der vierten Fläche (4a') ist. (i) that the distance between the third surface (3a ') and the fourth surface (4a') in the working position (B) of the third micro-element (V) is smaller than a minimum distance between the third surface (3a ') and the fourth surface (4a').
1 1. Mikro-elektromechanisches System gemäss Anpruch 10, dadurch gekennzeichnet,1 1. Micro-electromechanical system according to claim 10, characterized in that
(a) dass das dritte Mikro-Element (V) eine dritte Oberfläche (3') aufweist, die gleich der dritten Fläche (3a1) ist oder, wenn die dritte Fläche (3a') mit einer dritten Beschichtung (3b') versehen ist, gleich der Oberfläche dieser Beschichtung (3b') ist, und(a) that the third micro-element (V) has a third surface (3 ') which is equal to the third surface (3a 1 ) or if the third surface (3a') is provided with a third coating (3b ') is equal to the surface of this coating (3b '), and
(b) dass das zweite Mikro-Element (2) eine vierte Oberfläche (41) aufweist, die gleich der vierten Fläche (4a') ist oder, wenn die vierte Fläche (4a') mit einer vierten Beschichtung (4b1) versehen ist, gleich der Oberfläche dieser Beschichtung (4b') ist.(b) that the second micro-element (2) has a fourth surface (4 1 ) which is equal to the fourth surface (4a ') or if the fourth surface (4a') is provided with a fourth coating (4b 1 ) is equal to the surface of this coating (4b ').
12. Mikro-elektromechanisches System gemäss Anpruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet,12. Micro-electromechanical system according to claim 1 1, characterized in
(a) dass das mikro-elektromechanische System zwei fest mit dem Substrat (S) verbundene Fixkontakte (17,18) beinhaltet,(a) that the micro-electromechanical system contains two fixed contacts (17, 18) firmly connected to the substrate (S),
(b) dass das zweite Mikro-Element (2) dadurch von seiner Ausschaltposition (A') in seine Einschaltposition (B') schaltbar ist, dass in der Arbeitsposition (B) des ersten Mikro-Elementes (1) und des dritten MikroElementes (V) der bewegliche Teil (1 1 ) des zweiten Mikro-Elementes (2) durch elektrostatische Kräfte zwischen dem ersten Mikro-Element (1 ) und dem zweiten Mikro-Element (2) und zwischen dem dritten MikroElement (T) und dem zweiten Mikro-Element (2) elastisch bewegbar ist, und(b) that the second micro-element (2) can be switched from its switch-off position (A ') to its switch-on position (B') by the fact that in the working position (B) the first micro-element (1) and the third micro-element ( V) the movable part (1 1) of the second micro-element (2) by electrostatic forces between the first micro-element (1) and the second micro-element (2) and between the third micro-element (T) and the second micro -Element (2) is elastically movable, and
(c) dass in der Einschaltposition (B1) des zweiten Mikro-Elementes (2) die beiden Fixkontakte (1 7,18) durch den Kontaktbereich (16) leitend mit¬ einander verbunden sind.(c) that the second micro-element (2), the two Fixkontakte are (1 7,18) connected through the contact region (16) conductively connected ¬ each other in the on position (B 1).
1 3. Mikro-elektromechanisches System gemäss Anpruch 12, dadurch ge¬ kennzeichnet,1 3. micro-electromechanical system according to claim 12, characterized ge ¬ ,
(a) dass das mikro-elektromechanische System - ein viertes Mikro-Element (19) und(a) that the micro-electromechanical system - A fourth micro element (19) and
- ein fünftes Mikro-Element (20) umfasst,comprises a fifth micro-element (20),
(b) welche Mikro-Elemente (19,20)(b) which micro elements (19, 20)
- mit dem Substrat (S) in einem Bereich verbunden sind, der auf der den Fixkontakten (17,18) abgewandten Seite des zweiten MikroElementes (2) liegt,are connected to the substrate (S) in a region which is on the side of the second micro-element (2) facing away from the fixed contacts (17, 18),
- Schaltteile beinhalten, durch die sie bistabil zwischen einer Initialposition (A) und einer Arbeitsposition (B) schaltbar sind, und- Include switching parts by means of which they can be switched bistably between an initial position (A) and a working position (B), and
- je eine mit einer elektrisch leitfähigen Beschichtung versehene Kontaktelektrode (21 ,22) aufweisen, und- Each have a contact electrode (21, 22) provided with an electrically conductive coating, and
(c) dass in der Ausschaltposition (A') des zweiten Mikro-Elementes (2) in der Arbeitsposition (B) des vierten Mikro-Elementes (19) und des fünften Mikro-Elementes (20) die beiden Kontaktelektroden (21 ,22) durch den Kontaktbereich (16) elektrisch leitend miteinander verbunden sind.(c) that in the switch-off position (A ') of the second micro-element (2) in the working position (B) of the fourth micro-element (19) and the fifth micro-element (20), the two contact electrodes (21, 22) are electrically conductively connected to one another through the contact region (16).
14. Mikro-elektromechanisches System gemäss einem der Anprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Mikro-Element (2) bistabil elastisch zwischen seiner Ausschaltposition (A') und seiner Einschaltposition (B') schaltbar ist.14. Micro-electromechanical system according to one of claims 10 to 13, characterized in that the second micro-element (2) can be switched bistably and elastically between its switch-off position (A ') and its switch-on position (B').
1 5. Mikro-elektromechanisches System gemäss Anpruch 14, dadurch gekennzeichnet,1 5. Micro-electromechanical system according to claim 14, characterized in that
(a) dass das mikro-elektromechanische System(a) that the micro-electromechanical system
- ein sechstes Mikro-Element (23) und- A sixth micro element (23) and
- ein siebtes Mikro-Element (24) umfasst,- comprises a seventh micro-element (24),
(b) welche Mikro-Elemente (23,24)(b) which micro elements (23, 24)
- mit dem Substrat (S) verbunden sind,- are connected to the substrate (S),
- auf der Seite des zweiten Mikro-Elementes (2) angeordnet sind, die der zweiten Oberfläche (4) und vierten Oberfläche (4') abgewandt ist, - Schaltteile beinhalten, durch die sie bistabil zwischen einer Initialposition (A) und einer Arbeitsposition (B) schaltbar sind,- Are arranged on the side of the second micro-element (2) facing away from the second surface (4) and fourth surface (4 '), - include switching parts by means of which they can be switched bistably between an initial position (A) and a working position (B),
(c) dass das sechste Mikro-Element (23) eine fünfte Fläche (25a) aufweist,(c) that the sixth micro-element (23) has a fifth surface (25a),
(d) dass das zweite Mikro-Element (2) eine sechste Fläche (26a) umfasst, die auf der der zweiten Oberfläche (4) abgewandten Seite des zweiten Mikro-Elementes (2) zwischen dem ersten festen Ende (10) und dem Kontaktbereich (16) angeordnet ist,(d) that the second micro-element (2) comprises a sixth surface (26a) which, on the side of the second micro-element (2) facing away from the second surface (4), between the first fixed end (10) and the contact area (16) is arranged,
(e) wobei die fünfte Fläche (25a) und die sechste Fläche (26a) einander zugewandt sind und durch das Strukturierungsverfahren erzeugt sind,(e) the fifth surface (25a) and the sixth surface (26a) facing each other and being produced by the structuring method,
(f) dass das siebte Mikro-Element (24) eine siebte Fläche (25a') aufweist,(f) that the seventh micro-element (24) has a seventh surface (25a '),
(g) dass das zweite Mikro-Element (2) eine achte Fläche (26a') umfasst, die auf der vierten Oberfläche (4') abgewandten Seite des zweiten MikroElementes (2) zwischen dem zweiten festen Ende (10') und dem Kontaktbereich (16) angeordnet ist,(g) that the second micro-element (2) comprises an eighth surface (26a '), the side of the second micro-element (2) facing away from the fourth surface (4') between the second fixed end (10 ') and the contact area (16) is arranged,
(h) wobei die siebte Fläche (25a') und die achte Fläche (26a') einander zugewandt sind und durch das Strukturierungsverfahren erzeugt sind, und(h) the seventh surface (25a ') and the eighth surface (26a') facing each other and being produced by the structuring method, and
(i) dass der Abstand zwischen der fünften Fläche (25a) und der sechsten Fläche (26a) in der Arbeitsposition (B) des sechsten Mikro-Elementes (23) kleiner als ein durch das Strukturierungsverfahren erzeugbarer Minimalabstand zwischen der fünften Fläche (25a) und der sechsten Fläche (26a) ist, und(i) that the distance between the fifth surface (25a) and the sixth surface (26a) in the working position (B) of the sixth micro-element (23) is smaller than a minimum distance that can be generated by the structuring method between the fifth surface (25a) and the sixth surface (26a), and
(i) dass der Abstand zwischen der siebten Fläche (25a') und der achten Fläche (26a") in der Arbeitsposition (B) des siebten Mikro-Elementes (24) kleiner als ein durch das Strukturierungsverfahren erzeugbarer Minimalabstand zwischen der siebten Fläche (25a') und der achten Fläche (25a',26a') ist, und 0) dass das zweite Mikro-Element (2) dadurch von seiner Einschaltpositi- on (B") in seine Ausschaltposition (A') schaltbar ist, dass in der Arbeitsposition (B) des sechsten Mikro-Elementes (23) und des siebten MikroElementes (24) der bewegliche Teil (1 1 ) des zweiten Mikro-Elementes (2) durch elektrostatische Kräfte zwischen dem sechsten Mikro-Element (23) und dem zweiten Mikro-Element (2) und zwischen dem siebten MikroElement (24) und dem zweiten Mikro-Element (2) elastisch bewegbar ist.(i) that the distance between the seventh surface (25a ') and the eighth surface (26a ") in the working position (B) of the seventh micro-element (24) is smaller than a minimum distance between the seventh surface (25a ') and the eighth surface (25a', 26a '), and 0) that the second micro-element (2) thereby from its switch-on position on (B ") can be switched into its switch-off position (A ') such that in the working position (B) of the sixth micro-element (23) and the seventh micro-element (24) the movable part (11) of the second micro-element ( 2) can be moved elastically by electrostatic forces between the sixth micro element (23) and the second micro element (2) and between the seventh micro element (24) and the second micro element (2).
16. Mikro-elektromechanisches System gemäss einem der Anprüche 14 oder 1 5, wobei16. Micro-electromechanical system according to one of claims 14 or 15, wherein
(a) das Substrat (S) als flächig ausgedehnter Festkörper mit einer Hauptfläche ausgebildet ist, und(a) the substrate (S) is designed as a flat solid with a main surface, and
(b) die Mikro-Elemente (1 ,1 ',2,19,20,23,24) als gerade prismatische Körper ausgebildet sind, deren Grundflächen parallel zu der Hauptfläche ausgerichtet sind, dadurch gekennzeichnet,(b) the micro-elements (1, 1 ', 2,19,20,23,24) are designed as straight prismatic bodies, the base surfaces of which are aligned parallel to the main surface, characterized in that
(c) dass der bewegliche Teil (1 1 ) des zweiten Mikro-Elementes (2)(c) that the movable part (1 1) of the second micro-element (2)
- als gerader prismatische Körper ausgebildet ist und- is designed as a straight prismatic body and
- lateral beweglich ist, und- is laterally movable, and
(d) dass die Grundfläche des den beweglichen Teil (1 1 ) bildenden geraden prismatischen Körpers entweder(d) that the base of the straight prismatic body forming the movable part (1 1) either
- in der Ausschaltposition (A') die Form eines symmetrischen Schwingungsbauches und- In the switch-off position (A ') the shape of a symmetrical antinode and
- in der Einschaltposition (B") die Form eines asymmetrischen Schwingungsbauches aufweist, oder- In the switch-on position (B ") has the shape of an asymmetrical antinode, or
- zwei parallele kosinusförmige Linien beschreibt, welche in der Mit¬ te (8) zwischen ihren zwei Enden (6,7) miteinander verbunden sind.- Describes two parallel cosine-shaped lines which are connected to one another in the middle (8) between their two ends (6, 7).
1 7. Mikro-elektromechanisches System gemäss einem der Anprüche 1 bis 16, wobei (a) das Substrat (S) als flächig ausgedehnter Festkörper mit einer Hauptfläche ausgebildet ist, und1 7. Micro-electromechanical system according to one of claims 1 to 16, wherein (a) the substrate (S) is designed as a flat solid with a main surface, and
(b) die Mikro-Elemente (1 ,1 ', 2, 19, 20, 23, 24) als gerade prismatische Körper ausgebildet sind, deren Grundflächen parallel zu der Hauptfläche ausgerichtet sind, dadurch gekennzeichnet,(b) the micro-elements (1, 1 ', 2, 19, 20, 23, 24) are designed as straight prismatic bodies, the base surfaces of which are aligned parallel to the main surface, characterized in that
(c) dass mindestens ein bistabil zwischen einer Initialposition (A) und einer Arbeitsposition (B) schaltbares Mikro-Element (1 ,1 ", 2,19,20,23,24) vorhanden ist, dessen Schaltteil(c) that there is at least one micro-element (1, 1 ", 2,19,20,23,24) switchable between an initial position (A) and a working position (B), the switching part of which
- ein mit dem Substrat (S) fest verbundenes erstes festes Ende,a first fixed end fixedly connected to the substrate (S),
- ein mit dem Substrat (S) fest verbundenes zweites festes Ende und- A second fixed end connected to the substrate (S) and
- einen zwischen diesen beiden festen Enden angeordneten beweglichen Teil beinhaltet,includes a movable part located between these two fixed ends,
(d) welcher bewegliche Teil(d) which moving part
- als gerader prismatische Körper ausgebildet ist und- is designed as a straight prismatic body and
- lateral beweglich ist, und- is laterally movable, and
(e) dass die Grundfläche des den beweglichen Teil bildenden geraden prismatischen Körpers entweder(e) that the base of the straight prismatic body forming the movable part is either
- in der Ausschaltposition (A') die Form eines symmetrischen Schwingungsbauches und- In the switch-off position (A ') the shape of a symmetrical antinode and
- in der Einschaltposition (B') die Form eines asymmetrischen Schwingungsbauches aufweist oder- In the switch-on position (B ') has the shape of an asymmetrical antinode or
- zwei parallele kosinusförmige Linien beschreibt, welche in der Mitte zwischen ihren zwei Enden miteinander verbunden sind.- describes two parallel cosine-shaped lines which are connected in the middle between their two ends.
8. Mikro-elektromechanisches System gemäss Anpruch 3, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass der bewegliche Teil (1 1 ) des zweiten Mikro-Elementes (2) durch Schalten des ersten Mikro-Elementes (1 ) von der Initialposition A in der Arbeitsposition A elastisch verformbar ist.8. Micro-electromechanical system according to claim 3, characterized ge ¬ indicates that the movable part (1 1) of the second micro-element (2) by switching of the first micro-element (1) from the initial position A in the working position A is elastically deformable.
1 9. Mikro-elektromechanisches System gemäss Anpruch 1 8, dadurch gekennzeichnet, dass1 9. Micro-electromechanical system according to claim 1 8, characterized in that
(a) dass das mikro-elektromechanische System zwei fest mit dem Substrat verbundene Fixkontakte (1 7,18) aufweist, und(a) that the micro-electromechanical system has two fixed contacts (1 7, 18) firmly connected to the substrate, and
(b) dass der bewegliche Teil (1 1 ) des zweiten Mikro-Elementes (2) einen elektrisch leitfähigen Kontaktbereich (16) aufweist,(b) that the movable part (1 1) of the second micro-element (2) has an electrically conductive contact area (16),
- welcher Kontaktbereich (16) im Bereich eines dem ersten festen Ende (10) des zweiten Mikro-Elementes (2) gegenüberliegenden Endes des zweiten Mikro-Elementes (2) angeordnet ist, und- Which contact area (16) is arranged in the area of an end of the second micro-element (2) opposite the first fixed end (10) of the second micro-element (2), and
- durch welchen Kontaktbereich (16) in der Ausschaltposition (A') des zweiten Mikro-Elementes (2) die beiden Fixkontakte (1 7,1 8) leitend miteinander verbunden sind.- Through which contact area (16) in the switch-off position (A ') of the second micro-element (2) the two fixed contacts (1, 7.1, 8) are conductively connected to one another.
20. Mikro-elektromechanisches System gemäss einem der Anprüche 1 bis 9 oder 18 oder 19, wobei20. Micro-electromechanical system according to one of claims 1 to 9 or 18 or 19, wherein
(a) das Substrat (S) als flächig ausgedehnter Festkörper mit einer Hauptfläche ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet,(a) the substrate (S) is in the form of a solid with a major surface, characterized in that
(b) dass der Schaltteil (5) des ersten Mikro-Elementes (1) horizontal beweglich ist, und(b) that the switching part (5) of the first micro-element (1) is horizontally movable, and
(c) dass der bewegliche Teil (1 1 ) des zweiten Mikro-Elementes (2) horizontal beweglich ist.(c) that the movable part (1 1) of the second micro-element (2) is horizontally movable.
21. Verfahren zur Herstellung eines mikro-elektromechanischen Systems, in welchem Verfahren21. Process for producing a micro-electromechanical system, in which process
(a) aus einem Substrat (S) ein erstes mit dem Substrat verbundenes Mi¬ kro-Element (1 ) erzeugt wird, und (b) aus einem Substrat ein zweites mit dem Substrat verbundenes MikroElement (2) erzeugt wird, und(a) of a substrate (S) a first generated with the substrate connected Mi ¬ kro element (1), and (b) a second microelement (2) connected to the substrate is produced from a substrate, and
(c) unter Einsatz eines Strukturierungsverfahrens eine erste Fläche (3a) des ersten Mikro-Elementes (1) und eine zweite Fläche (4a) des zweiten Mikro-Elementes (2) geformt werden, welche Flächen (3a,4a) einander zugewandt und voneinander beabstandet sind, dadurch gekennzeichnet,(c) using a structuring method, a first surface (3a) of the first micro-element (1) and a second surface (4a) of the second micro-element (2) are formed, which surfaces (3a, 4a) face each other and from each other are spaced, characterized,
(d) dass das erste Mikro-Element (1) derart geformt wird, dass(d) that the first micro-element (1) is shaped such that
- es sich in einer Initialposition (A) befindet,- it is in an initial position (A),
- es bistabil von der Initialposition (A) in eine Arbeitsposition (B) schaltbar ist und- It is bistable from the initial position (A) to a working position (B) and
- der Abstand der ersten Fläche (3a) von der zweite Fläche (4a) in der Arbeitsposition (B) kleiner ist als ein durch das Strukturierungsverfahren erzeugbarer Minimalabstand zwischen der ersten Fläche (3a) und der zweite Fläche (4a), und- The distance of the first surface (3a) from the second surface (4a) in the working position (B) is smaller than a minimum distance that can be generated by the structuring method between the first surface (3a) and the second surface (4a), and
(e) dass nach Formung der ersten Fläche (3a) und der zweiten Fläche (4a) durch das Strukturierungsverfahren das erste Mikro-Element (1 ) in die Arbeitsposition (B) geschaltet wird.(e) that after the first surface (3a) and the second surface (4a) have been formed by the structuring method, the first micro-element (1) is switched to the working position (B).
22. Herstellungsverfahren nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Umschalten des ersten Mikro-Elementes (1 ) in die Arbeitsposition (B) die erste Fläche (3a) des ersten Mikro-Elementes (1) mit einer ersten elektrisch leitenden oder elektrisch nichtleitenden Beschichtung (3b) versehen wird, und/oder die zweite Fläche (4a) des zweiten Mikro-Elementes (2) mit einer zweiten elektrisch leitenden oder elektrisch nichtleitenden Beschichtung (4b) versehen wird. 22. The manufacturing method according to claim 21, characterized in that before switching 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).
3. Herstellungsverfahren gemäss einem der Ansprüche 21 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass eines der mikro-elektromechanischen Systeme gemäss einem der Ansprüche 1 bis 20 hergestellt wird. 3. Manufacturing method according to one of claims 21 to 22, characterized in that one of the micro-electromechanical systems according to one of claims 1 to 20 is manufactured.
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