WO1999010907A1 - Mikromechanisches elektrostatisches relais und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Mikromechanisches elektrostatisches relais und verfahren zu dessen herstellung Download PDF

Info

Publication number
WO1999010907A1
WO1999010907A1 PCT/DE1998/002092 DE9802092W WO9910907A1 WO 1999010907 A1 WO1999010907 A1 WO 1999010907A1 DE 9802092 W DE9802092 W DE 9802092W WO 9910907 A1 WO9910907 A1 WO 9910907A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
layer
fixed contact
spring tongue
base substrate
spring
Prior art date
Application number
PCT/DE1998/002092
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Helmut Schlaak
Lothar Kiesewetter
Original Assignee
Siemens Electromechanical Components Gmbh & Co. Kg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Electromechanical Components Gmbh & Co. Kg filed Critical Siemens Electromechanical Components Gmbh & Co. Kg
Priority to CA002300956A priority Critical patent/CA2300956A1/en
Priority to DE59802921T priority patent/DE59802921D1/de
Priority to US09/486,261 priority patent/US6191671B1/en
Priority to JP2000508127A priority patent/JP2001514434A/ja
Priority to EP98947333A priority patent/EP1021815B1/de
Publication of WO1999010907A1 publication Critical patent/WO1999010907A1/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H59/00—Electrostatic relays; Electro-adhesion relays
    • H01H59/0009—Electrostatic relays; Electro-adhesion relays making use of micromechanics
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H59/00—Electrostatic relays; Electro-adhesion relays
    • H01H59/0009—Electrostatic relays; Electro-adhesion relays making use of micromechanics
    • H01H2059/0081—Electrostatic relays; Electro-adhesion relays making use of micromechanics with a tapered air-gap between fixed and movable electrodes

Definitions

  • the invention relates to a micromechanical electrostatic relay
  • the invention also relates to a method for producing such a relay.
  • both the armature spring tongue and the fixed contact are each provided with a magnetic layer and the switch is actuated via a magnetic field applied from the outside.
  • a magnetic field With such a magnetic field, the necessary contact force can be generated even with the relatively small contact distance that can be achieved with the sacrificial layer technology between the movable contact and the rigid fixed contact.
  • this requires an additional device for generating the magnetic field, for example a coil, which requires considerably more space than is required for certain te A nthinks registered for a micromechanical relay for Ver ⁇ addition has.
  • Object of the present invention is a micromechanical relay of the type mentioned at the outset so troublezubil ⁇ that larger with the electrostatic drive Kon ⁇ clock forces can be produced structurally, but the functional elements of the relay are provided on the base substrate by machining from one side can.
  • this object is achieved in that the at least one fixed contact is arranged on a fixed contact spring tongue, which, opposite to the armature spring tongue, is connected on one side to a carrier layer and is elastically curved away from the base substrate in the idle state, and in that the at least one movable contact is formed on the free end of the armature spring tongue projecting over this and overlapping the fixed contact.
  • the fixed contact is no longer rigidly arranged on the base substrate, but instead sits like the movable contact on a curved spring tongue, as a result of which an additional switching path can be achieved.
  • the movable contact sits on the armature tongue and overlaps the fixed contact. Due to the pre-curvature of the two spring tongues facing each other, a sufficient overstroke to generate the desired contact force can be achieved when switching from the start of contacting to the end position of the armature.
  • Silicon is preferably used as the base substrate, the carrier layer for the spring tongues being deposited or bonded as a silicon layer with the interposition of the required functional and insulating layers and etched free in the corresponding operations.
  • the base substrate can also consist of glass or ceramic; these materials are much cheaper than silicon. Kermaik, however, requires an additional surface treatment in order to obtain the smooth surface required for the relay structures.
  • the carrier layer forming the spring tongues can consist, for example, of deposited polysilicon or polysilicon with recrystallization or can be present as an exposed doped silicon layer of a bonded-on silicon wafer. This layer can be produced by epitaxy or diffusion in a silicon wafer.
  • a deposited layer of a spring metal such as nickel, a nickel-iron alloy or nickel with other additives can also be used. Other metals can also be considered; it is important that the material shows good spring properties and low fatigue.
  • An advantageous method for producing a relay according to the invention has the following steps: a carrier layer made of metal is applied to a base substrate provided with a metallic layer as the base electrode, with the interposition of an insulating layer and an intermediate space, two spring tongues which are connected on one side and face one another with their free ends are formed in the carrier layer,
  • the spring tongues are provided at least in sections with a tension layer on their upper side, a - preferably shorter - spring tongue is provided with at least one fixed contact at its free end,
  • the - preferably longer - spring tongue is provided with at least one movable contact, which overlaps the fixed contact with the interposition of a sacrificial layer, and - by etching the spring tongues free from and from each other
  • Substrate is reached upward curvature away from the substrate.
  • FIG. 1 shows the structure of the essential functional layers of a micromechanical relay according to the invention in a sectional view
  • FIG. 2 shows the micromechanical relay from FIG. 1 in the final state (without housing) in the rest position
  • FIG. 3 shows the relay from FIG. 2 in the working position
  • FIG. 4 shows a top view of the relay from FIG. 3, which forms a normally open contact
  • FIG. 5 shows the same view as FIG. 4, but with an embodiment which forms a bridge contact
  • FIG. 6 shows a modified embodiment of a bridge contact arrangement
  • Figure 7 is a view corresponding to Figure 1 but with egg ⁇ ner tensile stress layer over a partial section of the armature spring tongue
  • FIG. 8 shows a view corresponding to FIG. 2 with spring tongue sections of different curvature
  • FIG. 9 shows a layer structure of a base substrate which is somewhat modified compared to FIG. 1 up to the construction of a carrier layer made of polysilicon for the spring tongues
  • FIG. 10 shows a layer structure modified compared to FIG. 9 with a carrier layer made of metal for the spring tongues
  • FIG. 11 shows a layer structure modified compared to FIGS a lost-wafer layer bonded to the base substrate to form the carrier layer for the spring tongues
  • FIG. 12 shows a modified layer structure using a semi-finished SOI wafer.
  • FIGS. 1 to 3 show the functional layer structure of a micromechanical relay based on silicon according to the invention.
  • the base substrate 1 consists of silicon.
  • This base substrate also serves as a base electrode; if necessary, however, a corresponding electrode layer can also be formed by suitable doping.
  • a first sacrificial layer 3, which is later etched out, lies on this in turn. It consists, for example, of silicon dioxide and has a thickness di of preferably less than 0.5 ⁇ m.
  • a carrier layer 4 lies above the sacrificial layer 3 to form spring tongues.
  • This layer is electrically conductive and consists, for example, of polysilicon with a thickness of 5 to 10 ⁇ m.
  • An armature spring tongue 41 and a fixed contact spring tongue 42 are later etched free from this carrier layer 4. When the layer structure, they are first by a second sacrificial layer 5 ⁇ separated. On the two spring tongues 41 and 42 there is an insulating tensile stress layer 6 which, after the spring tongues are etched free, causes the spring tongues to curve upward away from the base substrate due to their tensile stress. This state is shown in Figure 2.
  • a fixed contact 7 is deposited on the fixed contact spring tongue 42 by appropriate coating methods, while a movable contact 8 is formed on the free end of the armature spring tongue 41 such that it overlaps the fixed contact 7 with the interposition of the second sacrificial layer 5.
  • the height of the switch contacts can be selected as desired, typically between 2 and 10 ⁇ m. Depending on the requirements, the thicknesses or the material compositions of the
  • Switch contacts can also be asymmetrical. As shown in FIG. 4, the two spring tongues 41 and 42 engage in a tooth-like manner, so that a central projection 44 of the spring tongue 42 is surrounded by two lateral projections 43 of the armature spring tongue 41 in the form of pliers. In this way, the movable contact 8 rests with three side sections on the armature spring tongue. In this embodiment, it forms a simple normally open contact with the fixed contact 7. In addition, it can be seen that the movable contact 8 has an S-shaped or Z-shaped cross section in order to ensure the overlap with the fixed contact 7.
  • the intermediate sacrificial layer 2 typically has a thickness d 2 of less than 0.5 ⁇ m.
  • the other required layers are formed in a known manner, for example a supply line 71 to the fixed contact 7, a supply line 81 to the movable contact 8 and a further insulating layer 9 for passivating the upper side of the armature spring tongue.
  • FIG. 2 shows the finished arrangement after the spring tongues have been exposed by etching out the two sacrificial layers 3 and 5, wherein below the armature spring tongue 41, a free ⁇ space 31 is formed.
  • the two spring ⁇ bend tongues 41 and 42 due to the tensile stress layer 6 upward, so that the assembly formed in accordance with Figure 2 with open clock con-.
  • the anchor spring tongue bends due to the preload to a clear opening x x at the spring end.
  • FIG. 3 shows the closed switching state of the relay.
  • the armature spring tongue 41 lies directly on the counter electrode, ie it touches the insulation layer 2 of the counter electrode or the base substrate.
  • FIG. 4 shows a top view of the spring tongues 41 and 42 according to FIGS. 1 to 3.
  • the shape and arrangement of the contacts can be seen, namely the fixed contact 7 on the projection 44 of the spring tongue 42 and the movable contact 8 with three sides Suspended on the projections 43 of the spring tongue 41.
  • a hole pattern 10 for etching free the first sacrificial layer 3 is shown.
  • FIG. 5 shows an embodiment modified compared to FIG. 4 with a bridge contact.
  • the spring tongue 42 has two separate fixed contacts 7 with corresponding connecting tracks on two outer projections 46, while the spring tongue 41 forms a central projection 47 on which the movable contact 8 lies.
  • a slot 42a in the fixed contact spring tongue 42 ensures sions-compliance for a high gate ⁇ so in unequal burn both contacts close securely. In this example, this serves as a bridge contact in that it overlaps the fixed contacts 7 on both sides.
  • an anchor spring tongue 141 is provided with a central projection 147, on which a movable bridge contact 148 projecting on both sides lies. This works together with two fixed contacts 144 and 145, which sit on two separate fixed contact spring tongues 142 and 143.
  • These fixed contact spring tongues 142 and 143 are transverse to the armature spring tongue 141, i.e. their clamping lines 142a and 143a are perpendicular to the clamping line 141a of the armature spring tongue.
  • FIGS. 7 and 8 schematically show an embodiment during manufacture and in the finished state in which the armature spring tongue is only partially curved.
  • a tension layer 61 extends only over part of the armature spring tongue 41, so that a curved zone 62 of the armature spring tongue extends onto the area of the clamping point, while a zone 63 runs straight or with less curvature towards the end of the spring.
  • the silicon Carrier layer 4 shows an intrinsically stress-free insulation layer 64, which forms the electrical isolation of the load circuit with the lead 81 from the spring tongue.
  • the tension layer 61 already mentioned lies above this.
  • FIG. 9 shows the basic layer structure on the base substrate 1, as it takes place according to the so-called additive technique.
  • the movable spring tongues or their carrier layer are obtained from a material that is only deposited on the substrate during manufacture.
  • a wafer made of p-silicon serves as the substrate.
  • a control base electrode 11 is n-diffused on this
  • a barrier layer 12 is formed between the n-silicon of the electrode and the p-silicon of the base substrate.
  • the insulation layer 2 is applied and structured above the sacrificial layer 3.
  • the carrier layer 4 with a thickness of e.g. 5 to 10 ⁇ m deposited. It consists of poly-silicon or of poly-silicon with recrystallization.
  • the structure of the spring tongues is produced using conventional masking technology. The further construction takes place according to FIG. 1.
  • the various functional layers, namely an insulation layer between the load circuit and the movable drive electrode, optionally an additional tension layer and the required load circuit conductor tracks are deposited.
  • the contacts described with the intermediate second sacrificial layer and any passivation insulation required for the conductor tracks are generated.
  • the substrate consists of glass. But it could also be made from a silicon substrate Insulation layer or ceramic ⁇ with the corresponding upper surface treatment are made.
  • a base electrode 11 in the form of a metal layer is produced over this substrate.
  • a galvanically applied metal layer which consists of nickel or a nickel alloy (for example nickel-iron) or another metal alloy, serves as the carrier layer.
  • the spring characteristic with low fatigue of this metal is important.
  • a corresponding current flow in the electroplating process can be used to produce inhomogeneous nickel layers which later bend the structured spring tongues.
  • the further construction is carried out analogously to FIG. 9 or FIG. 1.
  • the top of the wafer 20 is then etched back with an electrochemical etching stop, so that only the epitaxial layer 21 remains, which serves as a carrier layer for the movable spring tongues.
  • the joining step of the lost wafer on the base substrate can also take place without the first sacrificial layer 3 (see FIG. 1) if a free space 31 can be formed without the insulation layer 2 being firmly bonded to the doped silicon layer 21.

Landscapes

  • Micromachines (AREA)
  • Contacts (AREA)

Abstract

Das mikromechanische Relais besitzt ein Basissubstrat (81), auf welchem eine einseitig angebundene Anker-Federzunge (41) mit einem beweglichen Kontakt (8) derart strukturiert ist, daß sie im Ruhezustand federnd vom Substrat weg gekrümmt ist. Ein mit dem beweglichen Kontakt zusammenwirkender Festkontakt (7) ist auf einer federnden, ebenfalls von dem Basissubstrat weg gekrümmten Festkontakt-Federzunge (42) angeordnet, derart, daß die beiden Federzungen einander mit ihren freien Enden gegenüberstehen und der bewegliche Kontakt (8) den Festkontakt überlappt. Durch die Anordnung der Kontakte auf zwei federnden Zungen erhält man trotz eines geringen, bei einem elektrostatischen Antrieb möglichen Ankerweg über den gestreckten Zustand hinaus einen verhältnismäßig großen Überhub an den Kontakten, wodurch eine ausreichende Kontaktkraft erzeugt wird.

Description

Beschreibung
Mikromechanisches elektrostatisches Relais und Verfahren zu dessen Herstellung
Die Erfindung betrifft ein mikromechanisches elektrostatisches Relais mit
- einem Basissubstrat mit einer Basiselektrode und mit mindestens einem Festkontakt, einer Anker-Federzunge, die einseitig an einer mit dem Basis¬ substrat verbundenen Trägerschicht angebunden ist, eine der Basiselektrode gegenüberliegende Ankerelektrode besitzt, im Ruhezustand unter Bildung eines keilförmigen Luftspaltes elastisch von dem Basissubstrat weggekrümmt ist und an ihrem freien Ende mindestens einen, dem Festkontakt gegenüberliegenden beweglichen Kontakt trägt. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Relais.
Ein derartiges mikromechanisches Relais und ein entsprechendes Herstellungsverfahren sind bereits grundsätzlich aus der DE 42 05 029 Cl bekannt. Wesentlich ist dabei, daß die aus einem Substrat freigelegte Anker-Federzunge eine Krümmung derart besitzt, daß die Ankerelektrode mit der gegenüberlie- genden Basiselektrode einen keilförmigen Luftspalt bildet, der beim Anlegen einer Spannung zwischen die beiden Elektroden eine schnelle Anzugsbewegung nach dem sog. Wanderkeil- Prinzip bewirkt. Verfeinerungen dieses Prinzips sind beispielsweise in der DE 44 37 259 Cl und DE 44 37 261 Cl ge- zeigt.
Bei all diesen bekannten Relais mit mikromechanischem Aufbau ist ein relativ hoher fertigungstechnischer Aufwand insofern erforderlich, als zwei Substrate, nämlich einerseits ein Ba- sissubstrat mit der Basiselektrode und dem Festkontakt und andererseits ein Ankersubstrat mit der Anker-Federzunge, der Ankerelektrode und dem beweglichen Kontakt getrennt bearbei- tet und miteinander verbunden werden müssen. Neben den erwähnten Hauptfunktionselementen der beiden Substrate sind weitere Beschichtungs- und Ätzvorgänge erforderlich, bei¬ spielsweise für Isolierschichten, Zuleitungen und derglei- chen. Beide Substrate müssen also jeweils für sich all den erforderlichen aufwendigen Prozessen unterworfen werden, be¬ vor sie mit ihren Hauptfunktionsschichten einander zugewandt verbunden werden können. Da die Schaltelemente auch vor Umwelteinflüssen geschützt werden sollen, ist in der Regel ein zusätzliches Deckelteil als Abschlußelement erforderlich, ohne daß hierauf näher eingegangen werden muß.
Wünschenswert wäre es zur Vereinfachung der Herstellung, wenn alle Funktionselemente des Relais auf einem Substrat von ei- ner Seite her gebildet werden könnten. Dabei ist es grundsätzlich denkbar, eine Federzunge mit einem beweglichen Kontakt und ein Festkontaktelement auf ein und demselben Substrat auszubilden, wobei etwa der Festkontakt und der bewegliche Kontakt übereinanderliegend hergestellt werden kön- nen und wobei durch Wegätzen einer sog. Opferschicht der Kontaktabstand gebildet werden kann. Grundsätzlich ist eine solche Anordnung aus der US-4 570 139 bekannt. Bei dem dortigen mikromechanischen Schalter ist allerdings unterhalb der Anker-Federzunge ein nicht genau definierter Hohlraum geschaf- fen, der für die Bildung eines elektrostatischen Antriebs nicht geeignet ist. Bei dem dortigen Schalter ist deshalb vorgesehen, sowohl die Anker-Federzunge als auch den Festkontakt mit jeweils einer magnetischen Schicht zu versehen und den Schalter über ein von außen angelegtes Magnetfeld zu be- tätigen. Mit einem solchen Magnetfeld kann auch bei dem relativ geringen Kontaktabstand, der mit der Opferschichttechnik zwischen dem beweglichen Kontakt und dem starren Festkontakt erreicht werden kann, die nötige Kontaktkraft erzeugt werden. Allerdings ist dazu eine zusätzliche Einrichtung zur Erzeu- gung des Magnetfeldes, beispielsweise eine Spule, erforderlich, die erheblich mehr Platz benötigt, als man für bestimm- te Anwendungsfälle für ein mikromechanisches Relais zur Ver¬ fügung hat.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein mikromechanisches Relais der eingangs genannten Art konstruktiv so weiterzubil¬ den, daß auch mit dem elektrostatischen Antrieb größere Kon¬ taktkräfte erzeugt werden können, wobei aber die Funktionselemente des Relais auf dem Basissubstrat durch Bearbeitung von einer Seite geschaffen werden können.
Erfindungsgemäß wird dieses Ziel dadurch erreicht, daß der mindestens eine Festkontakt auf einer Festkontakt-Federzunge angeordnet ist, die der Anker-Federzunge gegenüberstehend wie diese einseitig an einer Trägerschicht angebunden und im Ru- hezustand elastisch von dem Basissubstrat weggekrümmt ist, und daß der mindestens eine bewegliche Kontakt an dem freien Ende der Anker-Federzunge über dieses vorkragend und den Festkontakt überlappend ausgebildet ist.
Bei der Erfindung wird also im Unterschied zu den bisherigen Vorschlägen für mikromechanische Relais und Schalter auch der Festkontakt nicht mehr starr auf dem Basissubstrat angeordnet, sondern er sitzt wie der bewegliche Kontakt auf einer gekrümmten Federzunge, wodurch sich ein zusätzlicher Schalt- weg erzielen läßt. Der bewegliche Kontakt sitzt auf der Anker-Federzunge und überlappt den Festkontakt. Durch die Vorkrümmung der beiden einander gegenüberstehenden Federzungen läßt sich so beim Schalten vom Beginn der Kontaktgabe bis zur Endposition des Ankers ein ausreichender Überhub zur Erzeu- gung der gewünschten Kontaktkraft erzielen. Dieser Effekt wird erzielt, auch wenn bei der Ausbildung der Anker- Federzunge auf einem Basissubstrat über die Opferschichttechnik unterhalb des Ankers nur ein relativ geringer Freiraum geschaffen werden kann, durch den der Anker über seine ge- streckte Position hinaus beim Anzug an die Gegenelektrode nur einen geringen eigenen Überhub erfährt. Besonders günstig ist die Herstellung dann, wenn sowohl die Anker-Federzunge als auch die Festkontakt-Federzunge aus der gleichen Trägerschicht gebildet sind und somit in ein und demselben Ätzvorgang hergestellt werden können. Die mit ihren freien Enden einander gegenüberstehenden Federzungen können in vorteilhafter Weise zahnartig ineinandergreifen, so daß der vorspringende bewegliche Kontakt nicht nur an seinem hin¬ teren Ende, sondern zumindest auch noch an einer Seite mit der Oberfläche der Anker-Federzunge verbunden werden kann. Die spezielle Gestaltung hängt davon ab, ob ein Schließer- Kontakt oder ein Brückenkontakt geschaffen werden soll.
Als Basissubstrat kommt vorzugsweise Silizium in Betracht, wobei die Trägerschicht für die Federzungen als Silizium- schicht unter Zwischenfügung der jeweils erforderlichen Funk- tions- und Isolierschichten abgeschieden oder aufgebondet und in den entsprechenden Arbeitsgängen freigeätzt ist. Das Basissubstrat kann aber auch aus Glas oder aus Keramik bestehen; diese Materialien sind wesentlich kostengünstiger als Silizium. Kermaik erfordert aber eine zusätzliche Oberflächenbehandlung, um die für die Relaisstrukturen erforderliche glatte Oberfläche zu erhalten. Die die Federzungen bildende Trägerschicht kann beispielsweise aus abgeschiedenem Polysi- lizium oder Polysilizium mit Rekristallisation bestehen oder als freigelegte dotierte Silizium-Schicht eines aufgebondeten Silizium-Wafers vorliegen. Diese Schicht kann durch Epitaxie oder Diffusion in einem Silizium-Wafer hergestellt werden. Neben dieser Siliziumstruktur kann aber auch eine abgeschiedene Schicht eines Federmetalls, wie Nickel, einer Nickel- Eisenlegierung oder von Nickel mit sonstigen Zusätzen verwendet werden. Auch andere Metalle können in Betracht kommen; wichtig ist, daß das Material gute Federeigenschaften und eine geringe Ermüdung zeigt.
Ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Relais weist die folgenden Schritte auf: - auf einem mit einer metallischen Schicht als Basiselektrode versehenen Basissubstrat wird unter Zwischenfügung einer Isolierschicht und eines Zwischenraums eine Trägerschicht aus Metall aufgebracht, - in der Trägerschicht werden zwei einseitig angebundene, einander mit ihren freien Enden gegenüberstehende Federzungen ausgebildet,
- die Federzungen werden an ihrer Oberseite zumindest abschnittsweise mit einer Zugspannungsschicht versehen, - eine - vorzugsweise kürzere - Federzunge wird an ihrem freien Ende mit mindestens einem Festkontakt versehen,
- die - vorzugsweise längere - Federzunge wird mit mindestens einem beweglichen Kontakt versehen, der unter Zwischenfügung einer Opferschicht den Festkontakt überlappt, und - durch Freiätzung der Federzungen voneinander und von dem
Substrat wird deren Krümmung vom Substrat weg nach oben erreicht.
Weiter Ausgestaltungen des Herstellungsverfahrens sind in den Ansprüchen 14 bis 16 genannt.
Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt Figur 1 den Aufbau der wesentlichen Funktionsschichten eines erfindungsgemäßen mikromechanischen Relais in einer Schnittdarstellung,
Figur 2 das mikromechanische Relais von Figur 1 im Endzustand (ohne Gehäuse) in Ruheposition, Figur 3 das Relais von Figur 2 in Arbeitsposition, Figur 4 eine Draufsicht auf das Relais von Figur 3, welches einen Arbeitskontakt bildet,
Figur 5 die gleiche Ansicht wie Figur 4, jedoch mit einer Ausführungsform, welche einen Brückenkontakt bildet, Figur 6 eine abgewandelte Ausführungsform einer Brückenkon- takt-Anordnung, Figur 7 eine Darstellung entsprechend Figur 1, jedoch mit ei¬ ner Zugspannungsschicht über einem Teilabschnitt der Anker- Federzunge,
Figur 8 eine Ansicht entsprechend Figur 2 mit Federzungenab- schnitten unterschiedlicher Krümmung,
Figur 9 einen gegenüber Figur 1 etwas abgewandelten Schichtaufbau eines Basissubstrats bis zum Aufbau einer Trägerschicht aus Polysilizium für die Federzungen, Figur 10 einen gegenüber Figur 9 abgewandelten Schichtaufbau mit einer Trägerschicht aus Metall für die Federzungen, Figur 11 einen gegenüber Figur 9 und 10 abgewandelten Schichtaufbau mit einer auf das Basissubstrat aufgebondeten Lost-Wafer-Schicht zur Bildung der Trägerschicht für die Federzungen und Figur 12 einen abgewandelten Schichtaufbau unter Verwendung eines SOI-Wafer-Halbzeugs .
Zunächst sei darauf hingewiesen, daß alle Schichtdarstellungen lediglich schematisch die Schichtfolge und nicht die Dik- kenverhältnisse der Schichten zeigen.
In den Figuren 1 bis 3 ist der Funktionssschichtaufbau eines erfindungsgemäßen mikromechanischen Relais auf Siliziumbasis gezeigt. Das Basissubstrat 1 besteht in diesem Fall aus Sili- zium. Dieses Basissubstrat dient zugleich als Basiselektrode; nach Bedarf kann aber auch eine entsprechende Elektrodenschicht durch geeignete Dotierung ausgebildet werden. Über dem Basissubstrat ist eine Isolierschicht 2, beispielsweise aus Silizium-Nitrit ausgebildet. Auf dieser wiederum liegt eine erste Opferschicht 3, die später herausgeätzt wird. Sie besteht beispielsweise aus Silizium-Dioxid und besitzt eine Dicke di von vorzugsweise weniger als 0,5 um. Über der Opferschicht 3 liegt eine Trägerschicht 4 zur Bildung von Federzungen. Diese Schicht ist elektrisch leitend und besteht bei- spielsweise aus Polysilizium mit einer Dicke von 5 bis 10 um. Aus dieser Trägerschicht 4 werden später eine Anker- Federzunge 41 und eine Festkontakt-Federzunge 42 freigeätzt. Beim Schichtaufbau sind sie zunächst durch eine zweite Opfer¬ schicht 5 voneinander getrennt. Auf den beiden Federzungen 41 und 42 ist eine isolierende Zugspannungsschicht 6 angeordnet, die nach dem Freiätzen der Federzungen aufgrund ihrer Zug- Spannung eine Krümmung der Federzungen vom Basissubstrat weg nach oben bewirkt. Dieser Zustand ist in Figur 2 gezeigt.
Auf der Festkontakt-Federzunge 42 wird durch entsprechende Beschichtungsverfahren ein Festkontakt 7 abgelagert, während auf dem freien Ende der Anker-Federzunge 41 ein beweglicher Kontakt 8 derart ausgebildet wird, daß er unter Zwischenfügung der zweiten Opferschicht 5 den Festkontakt 7 überlappt. Die Höhe der Schaltkontakte ist beliebig wählbar, typischerweise beträgt sie zwischen 2 und 10 um. Je nach Erfordernis können die Dicken bzw. die Materialzusammensetzungen der
Schaltkontakte auch asymmetrisch sein. Wie in Figur 4 gezeigt ist, greifen die beiden Federzungen 41 und 42 zahnartig ineinander, so daß ein mittiger Vorsprung 44 der Federzunge 42 von zwei seitlichen Vorsprüngen 43 der Anker-Federzunge 41 zangenförmig umfaßt wird. Auf diese Weise liegt der bewegliche Kontakt 8 mit drei Seitenabschnitten auf der Anker- Federzunge auf. Er bildet in dieser Ausgestaltung einen einfachen Schließerkontakt mit dem Festkontakt 7. Im übrigen ist erkennbar, daß der bewegliche Kontakt 8 einen S-förmigen oder Z-förmigen Querschnitt aufweist, um die Überlappung mit dem Festkontakt 7 sicherzustellen. Die zwischenliegende Opferschicht 2 besitzt typischerweise eine Dicke d2 von weniger als 0, 5 um.
In bekannter Weise werden die übrigen erforderlichen Schichten ausgebildet, beispielsweise eine Zuleitung 71 zum Festkontakt 7, eine Zuleitung 81 zum beweglichen Kontakt 8 sowie eine weitere Isolierschicht 9 zur Passivierung der Oberseite der Anker-Federzunge.
In Figur 2 ist die fertige Anordnung nach der Freilegung der Federzungen durch Herausätzen der beiden Opferschichten 3 und 5 gezeigt, wobei unterhalb der Anker-Federzunge 41 ein Frei¬ raum 31 entsteht. Wie erwähnt, krümmen sich die beiden Feder¬ zungen 41 und 42 aufgrund der Zugspannungsschicht 6 nach oben, so daß die Anordnung gemäß Figur 2 mit geöffnetem Kon- takt entsteht. Die Anker-Federzunge krümmt sich aufgrund der Vorspannung zu einer lichten Öffnung xx am Federende. In gleicher Weise krümmt sich die Festkontakt-Federzunge 42 nach der Freilegung um die lichte Öffnung x2 nach oben. Somit ergibt sich der lichte Kontaktabstand xκ = xi - x2 + d2 und näherungsweise
XK = Xi - x2 • Dieser lichte Kontaktabstand xκ ist durch die Geometrie der Anker-Federzunge und der Festkontakt-Federzunge sowie die durch die Schicht 6 hervorgerufene Zugspannung in der Feder frei einstellbar.
Den geschlossenen Schaltzustand des Relais zeigt Figur 3. Dabei liegt die Anker-Federzunge 41 direkt an der Gegenelektrode an, d.h., sie berührt die Isolationsschicht 2 der Gegene- lektrode bzw. des Basissubstrats. Somit ist die Anker- Federzunge um die Dicke der ersten Opferschicht 3, nämlich di, nach unten gebogen. Es ergibt sich dabei ein Überhub zu xu = x 2 - d2 + di, also näherungsweise Xu = χ2 • Dieser Überhub ist von den Fertigungstoleranzen der Kontakthöhen unabhängig.
Wie erwähnt, zeigt Figur 4 eine Draufsicht auf die Federzungen 41 und 42 gemäß den Figuren 1 bis 3. Dabei ist die Form und Anordnung der Kontakte zu sehen, nämlich des Festkontaktes 7 auf dem Vorsprung 44 der Federzunge 42 sowie des beweglichen Kontaktes 8 mit dreiseitiger Aufhängung auf den Vorsprüngen 43 der Federzunge 41. Außerdem ist andeutungsweise ein Lochraster 10 zum Freiätzen der ersten Opferschicht 3 ge- zeigt. In Figur 5 ist eine gegenüber Figur 4 abgewandelte Ausfüh- rungsform mit einem Brückenkontakt gezeigt. In diesem Fall besitzt die Federzunge 42 zwei getrennte Festkontakte 7 mit entsprechenden Anschlußbahnen auf zwei äußeren Vorsprüngen 46, während die Federzunge 41 einen mittigen Vorsprung 47 bildet, auf dem der bewegliche Kontakt 8 liegt. Ein Schlitz 42a in der Festkontakt-Federzunge 42 sorgt für eine hohe Tor¬ sions-Nachgiebigkeit, damit bei ungleichem Abbrand beide Kontakte sicher schließen. Dieser dient bei diesem Beispiel als Brückenkontakt, indem er beiderseits die Festkontakte 7 überlappt.
Die gleiche Wirkung kann man auch mit einer Struktur gemäß Figur 6 erzielen. Dort ist eine Anker-Federzunge 141 mit ei- nem mittigen Vorsprung 147 versehen, auf dem ein beiderseits überstehender beweglicher Brücken-Kontakt 148 liegt. Dieser arbeitet mit zwei Festkontakten 144 und 145 zusammen, welche auf zwei getrennten Festkontakt-Federzungen 142 und 143 sitzen. Diese Festkontakt-Federzungen 142 und 143 stehen quer zur Anker-Federzunge 141, d.h., ihre Einspann-Linien 142a und 143a stehen senkrecht zur Einspann-Linie 141a der Anker- Federzunge.
Für die Optimierung der Schaltkennlinie ist es zweckmäßig, die Anker-Federzunge nur abschnittsweise zu krümmen, wie dies in den Dokumenten DE 44 37 260 Cl und DE 44 37 261 Cl ausführlich gezeigt ist. In den Figuren 7 und 8 ist schematisch eine Ausgestaltung während der Herstellung und im fertigen Zustand gezeigt, bei der die Anker-Federzunge nur teilweise gekrümmt ausgebildet ist. Im Vergleich zu den Figuren 1 und 2 besteht der wesentliche Unterschied darin, daß in den Figuren 7 und 8 eine Zugspannungsschicht 61 sich nur über einen Teil der Anker-Federzunge 41 erstreckt, so daß sich eine gekrümmte Zone 62 der Anker-Federzunge auf den Bereich der Einspann- stelle begrenzt, während eine Zone 63 zum Federende hin gerade bzw. mit geringerer Krümmung verläuft. Bei der Darstellung in den Figuren 7 und 8 ist auf der Silizium- Trägerschicht 4 eine eigenspannungsfreie Isolationsschicht 64 dargestellt, welche die galvanische Trennung des Lastkreises mit der Zuleitung 81 von der Federzunge bildet. Darüber liegt die bereits erwähnte Zugspannungsschicht 61.
Zur Realisierung der beschriebenen und dargestellten Schichtanordnung sind verschiedene, .an sich bekannte Verfahren anwendbar. So zeigt Figur 9 den grundsätzlichen Schichtaufbau auf dem Basissubstrat 1, wie er nach der sog. Additiv-Technik erfolgt. Bei diesem Verfahren werden die beweglichen Federzungen bzw. deren Trägerschicht aus einem Material gewonnen, das während der Herstellung erst auf dem Substrat abgeschieden wird. Als Substrat dient in dem gezeigten Beispiel von Figur 9 ein Wafer aus p-Silizium. Auf diesem wird zunächst eine Steuer-Basiselektrode 11 n-durch Diffusion
(beispielsweise mit Phosphor) erzeugt; zwischen dem n- Silizium der Elektrode und dem p-Silizium des Basissubstrats bildet sich eine Sperrschicht 12. Über der Elektrode wird die Isolationsschicht 2 und darüber die Opferschicht 3 aufge- bracht und strukturiert. Darüber wird die Trägerschicht 4 mit einer Dicke von z.B. 5 bis 10 um abgeschieden. Sie besteht aus Poly-Silizium oder aus Poly-Silizium mit Rekristallisation. Mit üblicher Maskentechnik wird die Struktur der Federzungen hergestellt. Der weitere Aufbau erfolgt gemäß Figur 1. So werden die verschiedenen Funktionsschichten, nämlich eine Isolationsschicht zwischen Lastkreis und beweglicher Antriebselektrode, gegebenenfalls eine zusätzliche Zugspannungsschicht und die erforderlichen Lastkreisleiterbahnen abgeschieden. Außerdem werden die beschriebenen Kontakte mit der zwischenliegenden zweiten Opferschicht sowie eventuell erforderliche Passivierungsisolationen für die Leiterbahnen erzeugt.
Wie bereits eingangs erwähnt, können auch andere Materialien Verwendung finden. So ist in Figur 10 schematisch eine
Schichtanordnung gezeigt, wobei das Substrat aus Glas besteht. Es könnte aber auch aus Silizium-Substrat mit einer Isolationsschicht oder aus Keramik mit entsprechender Ober¬ flächenbehandlung bestehen. Über diesem Substrat wird eine Basiselektrode 11 in Form einer Metallschicht erzeugt. Darauf liegt dann eine Isolierschicht 2 und über dieser die Opfer- schicht 3. Als Trägerschicht dient in diesem Beispiel eine galvanisch aufgebrachte Metallschicht, die aus Nickel oder einer Nickel-Legierung (z.B. Nickel-Eisen) oder auch einer anderen Metallegierung besteht. Wichtig ist die Federeigenschaft mit geringer Ermüdung dieses Metalls. Durch eine ent- sprechende Stromführung beim Galvanikprozeß können inhomogene Nickelschichten erzeugt werden, die eine spätere Krümmung der strukturierten Federzungen erzeugen. Der weitere Aufbau erfolgt analog zu Figur 9 bzw. Figur 1.
Eine weitere Möglichkeit für die Erzeugung der Funktionsschichten des Relais ist die sog. Lost-Wafer-Technik. Diese soll anhand von Figur 11 kurz geschildert werden. In diesem Fall werden zwei Ursprungs-Substrate verwendet, die jedoch eine Schichtbearbeitung von einer Oberfläche aus erfahren. Auf ein Basissubstrat 1, das wiederum aus Silizium oder aus Glas besteht, wird zunächst eine Basiselektrode 11 aufgebracht, die in diesem Beispiel in einer Ätzgrube versenkt ist. Darüber liegt die Isolationsschicht 2. Danach wird ein zweiter Silizium-Wafer 20 mit einer n-dotierten Silizium- Schicht 21, die entweder durch Epitaxie aufgebracht oder durch Diffusion hergestellt wird, anodisch auf das bereits strukturierte Basissubstrat 1 gebondet. Von der Oberseite erfolgt danach ein Rückätzen des Wafers 20 mit elektrochemischem Ätzstop, so daß nur die Epitaxie-Schicht 21 stehen bleibt, die als Trägerschicht für die beweglichen Federzungen dient. Der Fügeschritt des Lost-Wafers auf dem Basissubstrat kann auch ohne die erste Opferschicht 3 (siehe Figur 1) erfolgen, wenn sich ein Freiraum 31 bilden läßt, ohne daß die Isolationsschicht 2 an der dotierten Silizium-Schicht 21 festbondet.
Figure imgf000014_0001
troden angelegt, also gemäß Figur 2 an das Basissubstrat 1, das zugleich als Basiselektrode dient, oder an die vom Basis¬ substrat elektrisch isolierte Basiselektrode gemäß den Ausführungsformen in den Figuren 9 bis 11 und an die Anker- Federzunge 41, die zugleich als Ankerelektrode dient. Durch die elektrostatische Aufladung wird die Anker-Federzunge 41 an die Basiselektrode angezogen, wodurch die Kontakte schließen.
Für den Fachmann ist es auch klar, daß die in der Zeichnung dargestellte Struktur in geeigneter Weise in ein Gehäuse eingebaut wird, so daß die Kontakte gegen Umwelteinflüsse geschützt sind. Auch sei noch erwähnt, daß mehrere dargestellte Schalteinheiten auf ein und demselben Substrat nebeneinander und in einem gemeinsamen Gehäuse zur Bildung eines Vielfach- Relais angeordnet werden können.

Claims

Patentansprüche
1. Mikromechanisches elektrostatisches Relais mit
- einem Basissubstrat (1) mit einer Basiselektrode (1,11) und mit mindestens einem Festkontakt (7), einer Anker-Federzunge (41), die einseitig an einer mit dem Basissubstrat (1) verbundenen Trägerschicht (4) angebunden ist, eine der Basiselektrode (1,11) gegenüberliegende Ankerelektrode (41) besitzt, im Ruhezustand unter Bildung eines keilförmigen Luftspaltes elastisch von dem Basissubstrat (1) weggekrümmt ist und an ihrem freien Ende mindestens einen, dem Festkontakt (7) gegenüberliegenden beweglichen Kontakt (8) trägt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der minde- stens eine Festkontakt (7) auf einer Festkontakt-Federzunge
(42) angeordnet ist, die der Anker-Federzunge (41) gegenüberstehend wie diese einseitig an einer Trägerschicht (4) angebunden und im Ruhezustand elastisch von dem Basissubstrat (1) weggekrümmt ist, und daß der mindestens eine bewegliche Kontakt (8) an dem freien Ende der Anker-Federzunge (41) über dieses vorkragend und den Festkontakt (7) überlappend ausgebildet ist.
2. Relais nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Anker- Federzunge (41) und die Festkontakt-Federzunge (42) aus der gleichen Trägerschicht (4) gebildet sind.
3. Relais nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der mindestens eine bewegliche Kontakt (8) einen annähernd Z-förmigen Querschnitt aufweist, wobei ein Endschenkel auf der Anker- Federzunge (41) liegt und ein dazu annähernd paralleler Endschenkel den Festkontakt (7) überlappt.
4. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die freien Enden der Anker-Federzunge (41) und der Festkontakt- Federzunge (42) zahnförmig ineinandergreifen, wobei jeweils ein Vorsprung (44; 47) der einen Federzunge (42; 41) in eine Ausnehmung der anderen Federzunge (41; 42) eingreift, und daß der mindestens eine Festkontakt (7) auf einem Vorsprung (44; 6) der Festkontakt-Federzunge (42) liegt, während der mindestens eine bewegliche Kontakt (8) sich über eine Ausneh- mung der anderen Federzunge (41) erstreckt.
5. Relais nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Anker- Federzunge (41) in gestrecktem Zustand mit ihrem zangenförmig ausgebildeten Endabschnitt (43) einen mittigen, den Festkontakt (7) tragenden Vorsprung (44) der Festkontakt-Federzunge (42) umschließt und daß sich ein beidseitig aufliegender beweglicher Kontakt (8) frei über diesen Festkontakt (7) erstreckt.
6. Relais nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß ein mittiger Vorsprung (47) der Anker-Federzunge (41) in gestrecktem Zustand zwischen zwei mit Festkontakten (7) versehene Vor- sprünge (46) der Festkontakt-Federzunge (42) eingreift und daß ein beweglicher Brückenkontakt (8) auf dem mittigen Vorsprung (47) befestigt ist und sich beiderseits frei über die Festkontakte (7) erstreckt.
7. Relais nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß ein mittiger Vorsprung (147) der Anker-Federzunge (141) einen beiderseits überstehenden Brückenkontakt (148) trägt und daß zwei Festkontakt-Federzungen (142,143) je einen mit dem Brücken- kontakt (148) zusammenwirkenden Festkontakt (144,145) tragen.
8. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Trä¬ gerschicht (4) der Federzungen eine unter Zwischenfügung ei¬ ner teilweise weggeätzten Opferschicht (3) auf dem Basis- substrat (1) abgeschiedene Schicht ist.
9. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Basis- substrat (1) und die Trägerschicht (4) aus Silizium bestehen und daß die beiden Elektrodenschichten im Basissubstrat und in der Anker-Federzunge durch eigenleitendes oder dotiertes Silizium gebildet sind.
10. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Federzungen (41,42) jeweils auf ihrer dem Basissubstrat abgewandten Seite zumindest über einen Teil ihrer Länge eine eine Zugspannung erzeugende Schicht (6; 61) aufweisen.
11. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die die Federzungen (41; 42) bildende Trägerschicht aus abgeschiedenem Polysilizium oder Polysilizium mit Rekristallisation besteht.
12. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die die Federzungen (41,42) bildende Trägerschicht (4) aus einer galvanisch abgeschiedenen Metallschicht, insbesondere Nickel, Nickel-Eisen oder einer sonstigen Nickellegierung gebildet ist.
13. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Basissubstrat (1) aus Silizium oder Glas besteht und daß die die Federzungen (41,42) bildende Federschicht (4) durch eine auf das Basissubstrat gebondete und freigelegte Silizium-Schicht (21) eines Silizium-Wafers (20) gebildet ist.
14. Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen elek¬ trostatischen Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 13, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h folgende Schritte: - auf einem mit einer elektrisch leitenden Schicht als Basi¬ selektrode versehenen Basissubstrat (1) wird unter Zwischenfügung einer Isolierschicht (2) und eines Zwischen¬ raums (31) eine elektrisch leitende Trägerschicht (4; 21) aufgebracht, - in der Trägerschicht (4; 21) werden zwei einseitig angebun¬ dene, einander mit ihren freien Enden gegenüberstehende Federzungen (41,42) ausgebildet,
- die Federzungen (41,42) werden an ihrer Oberseite zumindest abschnittsweise mit einer Zugspannungsschicht (6; 61) verse- hen,
- eine - vorzugsweise kürzere - Federzunge (42) wird an ihrem freien Ende mit mindestens einem Festkontakt (7) versehen,
- die - vorzugsweise längere - Federzunge (41) wird mit mindestens einem beweglichen Kontakt (8) versehen, der unter Zwischenfügung einer Opferschicht (5) den Festkontakt (7) überlappt, und
- durch Freiätzung der Federzungen (41,42) voneinander und von dem Substrat (1) wird deren Krümmung vom Substrat weg nach oben erreicht.
15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei auf dem aus Silizium bestehenden Basissubstrat (1) unter Zwischenfügung einer ersten Opferschicht (3) die elektrisch leitende Federzungenschicht (4) aus Polysilizium oder Polysilizium mit Rekristal- lisation mit der Struktur der beiden Federzungen (41,42) abgeschieden wird, wobei die Konturen der Federzungen und die Kontakte durch eine zweite Opferschicht (5) voneinander getrennt werden, und wobei nach dem Aufbringen der Kontakte die beiden Opferschichten (3,5) herausgeätzt werden.
16. Verfahren nach Anspruch 14, wobei auf dem Basissubstrat (1) aus Glas, Keramik oder Silizium unter Zwischenfügung ei¬ ner ersten Opferschicht (3) die Struktur der Federzungen
(41,42) aus Nickel oder einer Nickel-Legierung, insbesondere Nickel-Eisen, galvanisch abgeschieden wird, wobei auf einer der Federzungen (42) mindestens ein Festkontakt (7) und nach Aufbringen einer zweiten Opferschicht (5) auf der anderen Federzunge (41) ein dem Festkontakt (7) überlappender beweglicher Kontakt (8) aufgebracht wird und wobei schließlich nach dem Aufbringen der Kontakte die beiden Opferschichten (3,5) herausgeätzt werden.
17. Verfahren nach Anspruch 14, wobei
- auf dem Basissubstrat (1) aus Silizium oder Glas die Ge- genelektrode (11) und darüber eine Isolierschicht (2) abgeschieden werden,
- dann ein Silizium-Wafer (20) mit einer dotierten Silizium- Schicht (21), insbesondere einer Epitaxie-Schicht oder einer diffundierten Schicht, als Federzungenschicht auf das Basissubstrat (1) gebondet wird,
- danach der Wafer (20) rückgeätzt wird, bis nur die dotierte Silizium-Schicht (21) stehenbleibt, dann aus dieser Silizium-Schicht die Strukturen der beiden Federzungen (41,42) herausgeätzt werden, - dann auf der einen Federzunge (42) mindestens ein Festkontakt aufgebracht wird,
- dann unter Zwischenfügung einer Opferschicht (5) auf der anderen Federzunge (41) mindestens ein den Festkontakt (7) überlappender beweglicher Kontakt (8) aufgebracht wird und - schließlich die Opferschicht (5) herausgeätzt wird.
PCT/DE1998/002092 1997-08-22 1998-07-24 Mikromechanisches elektrostatisches relais und verfahren zu dessen herstellung WO1999010907A1 (de)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CA002300956A CA2300956A1 (en) 1997-08-22 1998-07-24 Micromechanical electrostatic relay, and a method for its production
DE59802921T DE59802921D1 (de) 1997-08-22 1998-07-24 Mikromechanisches elektrostatisches relais und verfahren zu dessen herstellung
US09/486,261 US6191671B1 (en) 1997-08-22 1998-07-24 Apparatus and method for a micromechanical electrostatic relay
JP2000508127A JP2001514434A (ja) 1997-08-22 1998-07-24 マイクロメカニカル静電リレー及びそれの作製方法
EP98947333A EP1021815B1 (de) 1997-08-22 1998-07-24 Mikromechanisches elektrostatisches relais und verfahren zu dessen herstellung

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19736674A DE19736674C1 (de) 1997-08-22 1997-08-22 Mikromechanisches elektrostatisches Relais und Verfahren zu dessen Herstellung
DE19736674.0 1997-08-22

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO1999010907A1 true WO1999010907A1 (de) 1999-03-04

Family

ID=7839913

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE1998/002092 WO1999010907A1 (de) 1997-08-22 1998-07-24 Mikromechanisches elektrostatisches relais und verfahren zu dessen herstellung

Country Status (8)

Country Link
US (1) US6191671B1 (de)
EP (1) EP1021815B1 (de)
JP (1) JP2001514434A (de)
CN (1) CN1310854A (de)
CA (1) CA2300956A1 (de)
DE (2) DE19736674C1 (de)
TW (1) TW385465B (de)
WO (1) WO1999010907A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003097617A (ja) * 2001-07-11 2003-04-03 Xerox Corp 解放後に先端部に導電被膜を形成する微小バネ

Families Citing this family (50)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6807734B2 (en) 1998-02-13 2004-10-26 Formfactor, Inc. Microelectronic contact structures, and methods of making same
US6255126B1 (en) 1998-12-02 2001-07-03 Formfactor, Inc. Lithographic contact elements
US6672875B1 (en) 1998-12-02 2004-01-06 Formfactor, Inc. Spring interconnect structures
KR20070087060A (ko) 1998-12-02 2007-08-27 폼팩터, 인크. 전기 접촉 구조체의 제조 방법
JP3119255B2 (ja) * 1998-12-22 2000-12-18 日本電気株式会社 マイクロマシンスイッチおよびその製造方法
IT1307131B1 (it) * 1999-02-02 2001-10-29 Fiat Ricerche Dispositivo di micro-rele' a controllo elettrostatico.
AU2740601A (en) * 1999-12-29 2001-07-09 Formfactor, Inc. Resilient interconnect structure for electronic components and method for makingthe same
WO2001063634A2 (en) * 2000-02-23 2001-08-30 Tyco Electronics Amp Gmbh Microswitch and process for its production
DE10065025A1 (de) * 2000-12-23 2002-07-04 Bosch Gmbh Robert Mikromechanisches Bauelement
WO2003028059A1 (en) 2001-09-21 2003-04-03 Hrl Laboratories, Llc Mems switches and methods of making same
KR100421222B1 (ko) * 2001-11-24 2004-03-02 삼성전자주식회사 저전압 구동의 마이크로 스위칭 소자
US7138893B2 (en) * 2002-01-16 2006-11-21 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Micro device
US7109560B2 (en) 2002-01-18 2006-09-19 Abb Research Ltd Micro-electromechanical system and method for production thereof
DE10310072B4 (de) * 2002-03-08 2005-07-14 Erhard Prof. Dr.-Ing. Kohn Mikromechanischer Aktor
DE10210344A1 (de) * 2002-03-08 2003-10-02 Univ Bremen Verfahren zur Herstellung mikromechanischer Bauteile und nach dem Verfahren hergestellte Bauteile
US6784389B2 (en) * 2002-03-13 2004-08-31 Ford Global Technologies, Llc Flexible circuit piezoelectric relay
US6753747B2 (en) * 2002-04-01 2004-06-22 Intel Corporation Integrated microsprings for high speed switches
US6686820B1 (en) * 2002-07-11 2004-02-03 Intel Corporation Microelectromechanical (MEMS) switching apparatus
US7551048B2 (en) * 2002-08-08 2009-06-23 Fujitsu Component Limited Micro-relay and method of fabricating the same
US6621022B1 (en) * 2002-08-29 2003-09-16 Intel Corporation Reliable opposing contact structure
WO2004027799A2 (en) * 2002-09-18 2004-04-01 Magfusion, Inc. Method of assembling a laminated electro-mechanical structure
JP4076829B2 (ja) * 2002-09-20 2008-04-16 株式会社東芝 マイクロスイッチ及びその製造方法
US6943448B2 (en) * 2003-01-23 2005-09-13 Akustica, Inc. Multi-metal layer MEMS structure and process for making the same
US7190245B2 (en) * 2003-04-29 2007-03-13 Medtronic, Inc. Multi-stable micro electromechanical switches and methods of fabricating same
US7221495B2 (en) * 2003-06-24 2007-05-22 Idc Llc Thin film precursor stack for MEMS manufacturing
US7215229B2 (en) * 2003-09-17 2007-05-08 Schneider Electric Industries Sas Laminated relays with multiple flexible contacts
US7388459B2 (en) * 2003-10-28 2008-06-17 Medtronic, Inc. MEMs switching circuit and method for an implantable medical device
CN1317728C (zh) * 2004-01-16 2007-05-23 清华大学 一种用牺牲层材料做支撑梁的微机械开关及制作工艺
DE102004010150B9 (de) * 2004-02-27 2012-01-26 Eads Deutschland Gmbh Hochfrequenz-MEMS-Schalter mit gebogenem Schaltelement und Verfahren zu seiner Herstellung
US6912082B1 (en) * 2004-03-11 2005-06-28 Palo Alto Research Center Incorporated Integrated driver electronics for MEMS device using high voltage thin film transistors
US8198974B2 (en) 2004-04-23 2012-06-12 Research Triangle Institute Flexible electrostatic actuator
DE102004062992B4 (de) * 2004-12-22 2012-03-01 Eads Deutschland Gmbh Schaltbares Hochfrequenz-MEMS-Element mit bewegbarem Schaltelement und Verfahren zu seiner Herstellung
DE102004064163B4 (de) * 2004-12-22 2011-11-24 Eads Deutschland Gmbh Schaltbares Hochfrequenz-MEMS-Element mit bewegbarem Schaltelement und Verfahren zu seiner Herstellung
US7816745B2 (en) * 2005-02-25 2010-10-19 Medtronic, Inc. Wafer level hermetically sealed MEMS device
KR20080066762A (ko) * 2005-10-03 2008-07-16 아나로그 디바이시즈 인코포레이티드 Ｍｅｍｓ 스위치 접촉 시스템
US7968364B2 (en) * 2005-10-03 2011-06-28 Analog Devices, Inc. MEMS switch capping and passivation method
US7453339B2 (en) * 2005-12-02 2008-11-18 Palo Alto Research Center Incorporated Electromechanical switch
KR101188438B1 (ko) * 2006-02-20 2012-10-08 삼성전자주식회사 하향형 멤스 스위치의 제조방법 및 하향형 멤스 스위치
WO2007131796A2 (de) * 2006-05-17 2007-11-22 Microgan Gmbh Mikromechanische aktoren aus halbleiterverbindungen auf basis von nitriden von hauptgruppe-iii-elementen
JP4234737B2 (ja) * 2006-07-24 2009-03-04 株式会社東芝 Ｍｅｍｓスイッチ
US7936240B2 (en) * 2007-08-16 2011-05-03 Simon Fraser University Lithographically controlled curvature for MEMS devices and antennas
CN101802985A (zh) * 2007-09-14 2010-08-11 高通Mems科技公司 用于微机电系统生产的蚀刻工艺
EP2107038B1 (de) * 2008-03-31 2012-05-16 Imec Elektrostatisch betätigbare MEMS-Vorrichtung mit verringerter Substrataufladung
JP5118546B2 (ja) * 2008-04-25 2013-01-16 太陽誘電株式会社 電気式微小機械スイッチ
WO2011041676A2 (en) 2009-10-01 2011-04-07 Cavendish Kinetics, Inc. Micromechanical digital capacitor with improved rf hot switching performance and reliability
TWI425547B (zh) * 2011-05-06 2014-02-01 Nat Chip Implementation Ct Nat Applied Res Lab Ｃｍｏｓ微機電開關結構
CN102867699B (zh) * 2011-07-08 2016-03-02 富士康(昆山)电脑接插件有限公司 微开关及其制造方法
GB201414811D0 (en) * 2014-08-20 2014-10-01 Ibm Electromechanical switching device with electrodes comprising 2D layered materials having distinct functional areas
WO2017087341A1 (en) * 2015-11-16 2017-05-26 Cavendish Kinetics, Inc. Naturally closed mems switch for esd protection
DE102020203576A1 (de) 2020-03-19 2021-09-23 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung System, insbesondere mikroelektromechanisches System, Verfahren zur Herstellung eines Systems, Verfahren zum Betrieb eines Systems

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4570139A (en) * 1984-12-14 1986-02-11 Eaton Corporation Thin-film magnetically operated micromechanical electric switching device
DE4205029C1 (en) * 1992-02-19 1993-02-11 Siemens Ag, 8000 Muenchen, De Micro-mechanical electrostatic relay - has tongue-shaped armature etched from surface of silicon@ substrate
US5430421A (en) * 1992-12-15 1995-07-04 Asulab S.A. Reed contactor and process of fabricating suspended tridimensional metallic microstructure
DE4437261C1 (de) * 1994-10-18 1995-10-19 Siemens Ag Mikromechanisches elektrostatisches Relais

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4959515A (en) * 1984-05-01 1990-09-25 The Foxboro Company Micromechanical electric shunt and encoding devices made therefrom
US5260596A (en) * 1991-04-08 1993-11-09 Motorola, Inc. Monolithic circuit with integrated bulk structure resonator
US5278368A (en) * 1991-06-24 1994-01-11 Matsushita Elec. Works, Ltd Electrostatic relay
US5258591A (en) * 1991-10-18 1993-11-02 Westinghouse Electric Corp. Low inductance cantilever switch
DE4437259C1 (de) * 1994-10-18 1995-10-19 Siemens Ag Mikromechanisches Relais
DE4437260C1 (de) * 1994-10-18 1995-10-19 Siemens Ag Mikromechanisches Relais
US5578224A (en) * 1995-06-07 1996-11-26 Analog Devices, Inc. Method of making micromachined device with ground plane under sensor
US5578976A (en) * 1995-06-22 1996-11-26 Rockwell International Corporation Micro electromechanical RF switch
US6057520A (en) * 1999-06-30 2000-05-02 Mcnc Arc resistant high voltage micromachined electrostatic switch

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4570139A (en) * 1984-12-14 1986-02-11 Eaton Corporation Thin-film magnetically operated micromechanical electric switching device
DE4205029C1 (en) * 1992-02-19 1993-02-11 Siemens Ag, 8000 Muenchen, De Micro-mechanical electrostatic relay - has tongue-shaped armature etched from surface of silicon@ substrate
US5430421A (en) * 1992-12-15 1995-07-04 Asulab S.A. Reed contactor and process of fabricating suspended tridimensional metallic microstructure
DE4437261C1 (de) * 1994-10-18 1995-10-19 Siemens Ag Mikromechanisches elektrostatisches Relais

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003097617A (ja) * 2001-07-11 2003-04-03 Xerox Corp 解放後に先端部に導電被膜を形成する微小バネ

Also Published As

Publication number Publication date
DE59802921D1 (de) 2002-03-14
EP1021815A1 (de) 2000-07-26
CN1310854A (zh) 2001-08-29
TW385465B (en) 2000-03-21
CA2300956A1 (en) 1999-03-04
EP1021815B1 (de) 2002-01-23
US6191671B1 (en) 2001-02-20
JP2001514434A (ja) 2001-09-11
DE19736674C1 (de) 1998-11-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1021815B1 (de) Mikromechanisches elektrostatisches relais und verfahren zu dessen herstellung
EP0685109B1 (de) Mikromechanisches relais mit hybridantrieb
EP0938738B1 (de) Verfahren zum herstellen eines mikromechanischen relais
DE4437260C1 (de) Mikromechanisches Relais
DE2637479A1 (de) Mos-feldeffekt-transistor
EP0713235A1 (de) Mikromechanisches elektrostatisches Relais
DE1614872A1 (de) Vielschichtiges Leitungssystem mit ohmischen Kontakten fuer integrierte Schaltkreise
DE4305033A1 (de) Mikromechanisches Relais mit Hybridantrieb
DE4205340C1 (en) Micro-mechanical electrostatic relay with parallel electrodes - has frame shaped armature substrate with armature contacts above base electrode contacts on base substrate
DE2838214A1 (de) Piezoelektrische schaltvorrichtung
DE112016000050B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines Splitgate-Leistungsbauelements
DE102021202238A1 (de) Elektrisch betätigbarer MEMS-Schalter
DE69938511T2 (de) Mikro-relais
WO1999043013A1 (de) Mikromechanisches elektrostatisches relais
DE60311504T2 (de) Mikromechanisches relais mit anorganischer isolierung
EP2297797B1 (de) Piezoelektrisches bauelement und verfahren zur herstellung eines elektrischen kontaktes
DE19928187C1 (de) Piezoaktor
DE19935819A1 (de) Relais und Verfahren zu dessen Herstellung
DE19854450C2 (de) Mikromechanisches elektrostatisches Relais
DE10015598A1 (de) Mikroaktoranordnung
DE19646667C2 (de) Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Relais
EP4057317A1 (de) Gekapseltes mems-schaltelement, vorrichtung und herstellungsverfahren
DE19950964B4 (de) Mikromechanisches Relais und Verfahren zur Herstellung
DE10043549C1 (de) Mikroschalter und Verfahren zu dessen Herstellung
DE19937811C2 (de) Relais, insbesondere Mikro Relais zum Schalen eines Stromkreises

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 98808413.9

Country of ref document: CN

AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): CA CN JP SG US

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE

DFPE Request for preliminary examination filed prior to expiration of 19th month from priority date (pct application filed before 20040101)
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2300956

Country of ref document: CA

Ref document number: 2300956

Country of ref document: CA

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 09486261

Country of ref document: US

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 1998947333

Country of ref document: EP

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 1998947333

Country of ref document: EP

WWG Wipo information: grant in national office

Ref document number: 1998947333

Country of ref document: EP