EP1191559A2 - Micro-switch and method of manufacturing the same - Google Patents

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EP1191559A2
EP1191559A2 EP01120498A EP01120498A EP1191559A2 EP 1191559 A2 EP1191559 A2 EP 1191559A2 EP 01120498 A EP01120498 A EP 01120498A EP 01120498 A EP01120498 A EP 01120498A EP 1191559 A2 EP1191559 A2 EP 1191559A2
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EP
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contact elements
microswitch
carrier substrate
contact
elements
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EP01120498A
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Little Things Factory GmbH
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Publication date
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    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00Contacts
    • H01H1/0036Switches making use of microelectromechanical systems [MEMS]
    • HELECTRICITY
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    • H01H1/00Contacts
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    • H01H1/66Contacts sealed in an evacuated or gas-filled envelope, e.g. magnetic dry-reed contacts
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    • H01H2001/0078Switches making use of microelectromechanical systems [MEMS] with parallel movement of the movable contact relative to the substrate
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    • H01H36/00Switches actuated by change of magnetic field or of electric field, e.g. by change of relative position of magnet and switch, by shielding
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    • H01H50/00Details of electromagnetic relays
    • H01H50/005Details of electromagnetic relays using micromechanics

Definitions

  • the present invention relates to a microswitch at least two electrically conductive, with external circuit units connectable contact elements, their relative Position relative to each other can be changed by an impressed magnetic force is, wherein at least one magnetizable contact element is movably mounted, so that at least two switching states are adjustable.
  • the invention also relates to a method for manufacturing of such a microswitch.
  • EP 0 874 379 A1 describes a magnetically operated Microswitch and a manufacturing process therefor described.
  • the microswitch shown has two contact elements, which are arranged parallel to a substrate surface are. However, these contact elements are different Levels formed, so that relatively many manufacturing steps must be executed. When the magnetic force acts the movable contact element perpendicular to the substrate surface be moved.
  • microswitches that are as small as possible are constantly increasing, because new fields of application are constantly being developed.
  • microswitch are used, for example, to monitor the status of housing flaps, keyboard covers, etc. used.
  • microswitches can be used for level indicators Monitoring the end position of moving elements in automation technology and as sensors in security technology are used, but here are only a few possible fields of application were called.
  • the magnetic force acting on the contact elements is at a given magnetic field approximately square depending on the thickness of the respective contact elements. If you consider the contact element as a leaf spring at the same time, this increases from the deformation of the leaf spring resulting restoring force approximately cubic with the thickness of the Spring on and falls approximately cubically with the length of the leaf spring.
  • the magnetic force F M and the restoring force F R are directed in opposite directions.
  • the difference between the magnetic force and the restoring force results in the contact force F K , which must not fall below a predetermined value in order to produce a correspondingly low electrical contact resistance between the contact elements. If the contact elements are to be shortened, the thickness of the contact elements must be reduced accordingly so that the restoring force does not become too great. However, this also reduces the magnetic force and thus the resulting contact force. It is generally assumed that the contact force F K should not be less than 1 mN. The size of the air gap remaining between the contact elements cannot be reduced to a certain extent if a given dielectric strength is to be maintained.
  • a microswitch solved in which at least the magnetizable contact element is designed as a thin plate that is substantially parallel is movable to a carrier substrate, and that both Contact elements in a plane parallel to the carrier substrate are arranged, each having a side surface of the contact elements serves as a button.
  • This structure of the microswitch enables another Reduction of the external dimensions as it is due to the special Construction of the contact elements succeeds, sufficiently high Provide contact forces, although the magnetic force is relative is small.
  • the proposed structure enables Manufacture of the microswitch using in the Semiconductor technology or microsystem technology usual process technologies saving procedural steps, since the Contact elements are arranged in one plane and thereby in same cycle can be produced. Deviating from known solutions, the contact elements are not vertical but moved parallel to the substrate surface.
  • a particularly preferred embodiment of the microswitch is characterized in that both contact elements designed as magnetizable plates with movable bearings are in a plane parallel to the carrier substrate lie and over spacers with the through contacts are connected.
  • the two contact elements are preferably largely identical, which also makes the production of the microswitch is simplified. In these embodiments will have the benefits of providing a sufficiently high contact force is particularly effective because of both contact elements the magnetic force acts and in both Contact elements only a relatively low restoring force (based on the size of the contact elements) compensated must become.
  • the contact elements are preferably made made of thin metallic layers with soft magnetic Characteristics.
  • the spring elements can be meandering be formed, each with one or more meanders be provided depending on the desired spring action. In this context it should be noted that the restoring force must not be too small to adhere to prevent the buttons.
  • the spring elements can also be designed as parallel springs or with one Joint can be combined if the contact elements to Carry out an angular or rotary movement should.
  • the method steps mentioned are under Application of technologies known from semiconductor technology carried out.
  • microswitch For permanent use of the microswitch and It is protection of the buttons against erosion and corrosion expedient to encapsulate the microswitch in a housing, which is filled with protective gas. It can also be useful be the formwork surfaces with a special contact material (e.g. gold, palladium-nickel).
  • a special contact material e.g. gold, palladium-nickel
  • Fig. 1 shows a simplified perspective view a carrier substrate 1, which is the base plate of a microswitch forms.
  • the carrier substrate 1 consists of electrical non-conductive material, such as silicon dioxide, if the microswitch on a section of a conventional one Wafer is manufactured.
  • the Microswitch has only two contact elements. There are however, embodiments are also possible in which several Contact elements are used.
  • the carrier substrate 1 has that shown in FIG. 1 Example two through holes, one in each Through contact 2 is positioned, which is made of electrical conductive material, mostly a special metal alloy, consists. Are on the underside of the carrier substrate 1 Connection points 3 are provided, which are electrically connected to the through contacts 2 are connected.
  • the connection points 3 serve the subsequent contacting of the microswitch with external ones Components or circuit units.
  • the connection points 3 be designed as soldering points when the Microswitch used as an SMD component on printed circuit boards becomes.
  • the through holes can be used in the manufacture of the microswitch by etching or by laser processing in the Carrier substrate 1 are introduced.
  • the through contacts 2 in a further process step in the through holes arranged.
  • spacers 5 are formed over the through contacts, which consist of electrically conductive material and are electrically connected to the through contacts 2.
  • the Spacers 5 rise after the completion of the Microswitch over the carrier substrate 1 to an air gap between the contact elements and the carrier substrate 1 provide. This air gap primarily serves the unhindered Movement of the contact elements.
  • the generation of the Spacers and the contact elements on the carrier substrate is described in more detail below.
  • Fig. 2 shows the completed in a perspective view Microswitch, one conveniently to be provided Housing is not shown.
  • two contact elements 6 are arranged, which consist of electrically conductive material exist, which additionally should have good magnetic properties since the microswitch actuated by an external magnetic force becomes.
  • a soft magnetic material i.e. height Permeability ⁇ , low remanence and low coercivity.
  • Each contact element 6 consists of a plate 7, an air gap 8 in the non-actuated state exists between the two plates 7, which should be large enough must to prevent voltage flashovers. The end faces the plates 7 thus form the buttons of the contact elements.
  • Each plate 7 is connected to a spring element 10 Bearing 11 attached.
  • the spring element 10 a double-sided meandering spring, the a movement of the adjoining plate 7 in the longitudinal direction allows.
  • the camp 11 is attached to the spacer, creating a good electrical Connection is ensured.
  • the excess material areas can be etched or cut out by laser processing become. With other methods, the required Material areas or structures through application processes generated.
  • a magnetic field with a the plates move in a suitable field orientation 7 towards each other, as shown by the center Arrow is shown.
  • the movement takes place in parallel to the surface of the carrier substrate.
  • the air gap 8 will closed and the two buttons on the End faces of the plates 7 make electrical contact ago. If the magnetic force no longer acts, they cause restoring forces provided by the spring elements 10 a backward movement so that the buttons the plates 7 are separated from each other.
  • the special one Design of the spring elements 10 enables relatively small Restoring forces so that the induced in the plates 7 Magnetic force is sufficiently large to the required contact force to provide at the buttons.
  • Fig. 3 shows a simplified view from above modified embodiment of the contact elements, the Carrier substrate 1 is not shown.
  • the contact elements each consist of plates 7, on the end face the buttons are formed, each a spring element 10, which is designed as a double meander spring, and assigned bearings 11.
  • the special feature is this Embodiment in that the spring element 10 only on one Side is positioned and on the other side of the contact element a film joint 15 is provided in each case.
  • the Buttons of the plates 7 are again opposite one another, however, they run obliquely to the longitudinal extent of the contact elements.
  • the air gap 8 is thus also arranged obliquely.
  • FIG. 4 shows the two contact elements from FIG. 3 in one State in which the buttons make electrical contact have produced, i.e. a magnetic force on the contact elements acts.
  • a magnetic force on the contact elements acts.
  • the two spring elements 10 deformed so that a rotational movement around the film joints 15. Move the two buttons towards each other until they have the desired contact force be pressed together.
  • FIG. 5 Another modified embodiment of the contact elements 5 is a simplified top view of FIG. 5 shown.
  • the contact elements formed here correspond largely the embodiment of FIG. 2, however the spring elements 10 designed as double meander springs. By these changed spring elements changes the resulting one Spring constant for the force-displacement characteristic of the spring element is characteristic.
  • FIG. 6 shows the contact elements from FIG. 5 in a position, in which the front buttons of the panels 7 are electrically contacted, i.e. the magnetic force acts the contact elements.
  • the front buttons of the panels 7 are electrically contacted, i.e. the magnetic force acts the contact elements.
  • Fig. 7 shows a simplified view from above fourth embodiment of the contact elements.
  • spring elements 10 two parallel springs are used here, the on the outside of the plates 7, the connection to the bearings 11 manufacture. Since the two contact elements at least would be arranged in sections next to each other same size of housing of the microswitch a reduction the magnetically effective surface of the plates 7, so that the effective magnetic force is also reduced.
  • About the downsizing to compensate for the area at least partially extends between each of the parallel springs 10 tongue-shaped extension 18 of the plates 7. On the restoring force the tongue-shaped extension 18 has none Influence, since it is not part of the parallel springs 10. However, it increases the resulting magnetic force, which results in ultimately a higher contact force on the buttons results.
  • the embodiment shown in Fig. 7 forms a section of the side faces of the plates 7 the button so that the air gap 8 parallel to the longitudinal extent the contact elements runs.
  • Fig. 8 the contact elements from Fig. 7 are in one position shown in which the buttons of the plates 7 touch each other and make the electrical contact.
  • the magnetic force field act in a different direction must, as is the case with the aforementioned embodiments was.
  • the contact elements There are other design forms of the contact elements possible. It should always be noted that the spring elements are designed so that a sufficiently high contact force results.
  • FIG. 9 shows several sectional views of different ones Stages in a manufacturing process to form several Microswitches on the carrier substrate. Based on this Sectional views become a preferred variant of the method described for the manufacture of the microswitch.
  • the electrical non-conductive carrier substrate 1 through holes introduced, in which the through contacts 2 are arranged.
  • a sacrificial layer 22 fully applied in the areas of through contacts 2 is selectively removed. Serves as the sacrificial layer 22 for example aluminum.
  • photo etching techniques can be used.
  • a third method section 23 no further increase structuring start layer 24 applied.
  • the starting layer 24 in turn consists of electrically conductive material, so that an electrical connection to the through contacts 2 is maintained.
  • a photoresist layer 26 on the starting layer 24 applied according to the desired structures of the Contact elements exposed and by developing the photoresist layer 26 structured.

Abstract

Microswitch has two conducting contact elements (6) that can be connected to external circuit elements and moved relative to each other by application of a magnetic field. At least one of the contacts is in the form of a thin plate (7) lying parallel to the support medium (1) and free to move with respect to it. The other contact is parallel to the support and contact is made between the two plates along their edges. Application of a magnetic field of sufficient strength causes a contact to be made. An Independent claim is made for a production method for the above microswitch using semiconductor integrated circuit manufacturing techniques.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Mikroschalter mit mindestens zwei elektrisch leitfähigen, mit externen Schaltungseinheiten verbindbaren Kontaktelementen, deren relative Position zueinander durch eine eingeprägte Magnetkraft veränderbar ist, wobei mindestens ein magnetisierbares Kontaktelement beweglich gelagert ist, so daß mindestens zwei Schaltzustände einstellbar sind.The present invention relates to a microswitch at least two electrically conductive, with external circuit units connectable contact elements, their relative Position relative to each other can be changed by an impressed magnetic force is, wherein at least one magnetizable contact element is movably mounted, so that at least two switching states are adjustable.

Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Mikroschalters.The invention also relates to a method for manufacturing of such a microswitch.

Mit fortschreitender Miniaturisierung in verschiedensten Bereichen der Technik besteht seit langem ein erhöhter Bedarf an elektromechanischen Schaltern, die einerseits sichere Schaltfunktionen bereitstellen und andererseits eine mehr und mehr reduzierte Baugröße besitzen. Häufig werden Relais eingesetzt oder auch sogenannte Reed-Kontakte, bei denen mindestens zwei elektrische Kontaktelemente durch eine Magnetkraft zueinander bewegt werden, um eine elektrische Verbindung herzustellen bzw. diese zu trennen. Auf die Art der Bereitstellung der magnetischen Betätigungskraft kommt es an sich nicht an. Die Magnetkraft kann das Ergebnis eines erzeugten elektromagnetischen Feldes sein oder von einem geeignet positionierten Permanentmagneten bereitgestellt werden. Entscheidend ist immer die Lage und Verteilung des magnetischen Feldes relativ zu den Kontaktelementen. Daher können Reed-Kontakte auch als auf Magnetfeldänderungen reagierende Sensoren mit Schaltfunktionen angesehen werden. Um höhere elektrische Leistungen schalten zu können und die Lebensdauer der Schaltflächen zu erhöhen, werden die Kontaktelemente häufig in einer Schutzgasatmosphäre betrieben.With advancing miniaturization in various Areas of technology have long been in need on electromechanical switches that are safe on the one hand Provide switching functions and on the other hand a more and have more reduced size. Relays are common used or so-called reed contacts, where at least two electrical contact elements by one Magnetic force can be moved to an electrical one Establish connection or disconnect. In the way it comes to providing the magnetic actuation force not in itself. The magnetic force can be the result of one generated electromagnetic field or from one suitably positioned permanent magnets provided become. The location and distribution of the magnetic field relative to the contact elements. Therefore can also use reed contacts as a response to magnetic field changes responding sensors with switching functions can be viewed. To be able to switch higher electrical outputs and the The contact elements increase the lifespan of the buttons often operated in a protective gas atmosphere.

Die DE 198 00 189 A1 zeigt einen mikromechanischen Schalter, bei dem versucht wurde, die Schaltelemente zu miniaturisieren, um die Baugröße des Schalters zu reduzieren. Dieser Schalter soll unter Anwendung von aus der Halbleitertechnik bekannten Herstellungsverfahren herstellbar sein. Ein Hauptproblem dieses bekannten mikromechanischen Schalters besteht in seinem relativ komplizierten Aufbau, so daß eine Vielzahl von Verfahrensschritten notwendig werden, wodurch die Herstellungskosten steigen.DE 198 00 189 A1 shows a micromechanical switch, in which an attempt was made to miniaturize the switching elements, to reduce the size of the switch. This Switch is designed using semiconductor technology Known manufacturing processes can be produced. A major problem this known micromechanical switch in its relatively complicated structure, so that a variety of procedural steps become necessary, whereby the Manufacturing costs increase.

Auch aus der DE 196 46 667 C2 ist ein Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Relais bekannt. Das Verfahren ist ebenfalls aufwendig und damit kostenintensiv, da die auszubildenden Strukturen des Relais kompliziert sind.DE 196 46 667 C2 also describes a process for the production of a micromechanical relay known. The procedure is also complex and therefore expensive because the structures of the relay to be trained are complicated.

In der EP 0 874 379 A1 ist ein magnetisch zu betätigender Mikroschalter und ein Herstellungsverfahren für diesen beschrieben. Der gezeigte Mikroschalter besitzt zwei Kontaktelemente, die parallel zu einer Substratoberfläche angeordnet sind. Diese Kontaktelemente sind jedoch in unterschiedlichen Ebenen ausgebildet, so daß relativ viele Herstellungsschritte ausgeführt werden müssen. Beim Einwirken der Magnetkraft muß das bewegliche Kontaktelement senkrecht zur Substratoberfläche bewegt werden.EP 0 874 379 A1 describes a magnetically operated Microswitch and a manufacturing process therefor described. The microswitch shown has two contact elements, which are arranged parallel to a substrate surface are. However, these contact elements are different Levels formed, so that relatively many manufacturing steps must be executed. When the magnetic force acts the movable contact element perpendicular to the substrate surface be moved.

Der Bedarf an möglichst kleinen Mikroschaltern steigt stetig, da immer neue Anwendungsfelder erschlossen werden. Mikroschalter werden beispielsweise zur Überwachung des Zustands von Gehäuseklappen, Tastaturabdeckungen u.ä. verwendet. Außerdem können Mikroschalter bei Füllstandsanzeigen, zur Überwachung der Endlage von bewegten Elementen in der Automatisierungstechnik und als Sensoren in der Sicherheitstechnik eingesetzt werden, wobei hier nur einige mögliche Anwendungsfelder genannt wurden.The need for microswitches that are as small as possible is constantly increasing, because new fields of application are constantly being developed. microswitch are used, for example, to monitor the status of housing flaps, keyboard covers, etc. used. In addition, microswitches can be used for level indicators Monitoring the end position of moving elements in automation technology and as sensors in security technology are used, but here are only a few possible fields of application were called.

Es besteht insbesondere ein Bedarf an einem Mikroschalter, der besonders klein gestaltet ist. Bisher schien das Miniaturisierungspotential ausgeschöpft zu sein, da zur Bereitstellung eines elektrischen Kontakts mit ausreichend geringem Übergangswiderstand eine Mindestkontaktkraft erforderlich ist, die bei zu kleinen Kontaktelementen nicht mehr aufgebracht werden kann oder zu starke Magnetfelder erfordern würde. Zum Verständnis der Grenzen der Miniaturisierung werden nachfolgend einige mathematischen Grundbeziehungen erläutert.There is a particular need for a microswitch which is particularly small. So far, the miniaturization potential seemed to be exhausted as there is provision of an electrical contact with a sufficiently low level Contact resistance requires a minimum contact force is no longer applied if the contact elements are too small can become or require too strong magnetic fields would. To understand the limits of miniaturization are some basic mathematical relationships below explained.

Die auf die Kontaktelemente einwirkende Magnetkraft ist bei einem gegebenen Magnetfeld näherungsweise direkt quadratisch von der Dicke der jeweiligen Kontaktelemente abhängig. Betrachtet man das Kontaktelement gleichzeitig als Blattfeder, so steigt die sich aus der Verformung der Blattfeder ergebende Rückstellkraft in etwa kubisch mit der Dicke der Feder an und fällt etwa kubisch mit der Länge der Blattfeder.The magnetic force acting on the contact elements is at a given magnetic field approximately square depending on the thickness of the respective contact elements. If you consider the contact element as a leaf spring at the same time, this increases from the deformation of the leaf spring resulting restoring force approximately cubic with the thickness of the Spring on and falls approximately cubically with the length of the leaf spring.

Die Magnetkraft FM und die Rückstellkraft FR sind entgegengesetzt gerichtet. Die Differenz aus Magnetkraft und Rückstellkraft ergibt die Konktaktkraft FK, die einen vorgegebenen Wert nicht unterschreiten darf, um einen entsprechenden niedrigen elektrischen Übergangswiderstand zwischen den Kontaktelementen herzustellen. Sofern eine Verkürzung der Kontaktelemente angestrebt wird, muß die Dicke der Kontaktelemente entsprechend verringert werden, damit die Rückstellkraft nicht zu groß wird. Dadurch verkleinert sich jedoch auch die Magnetkraft und damit die sich ergebende Konktaktkraft. Allgemein geht man davon aus, daß die Kontaktkraft FK einen Wert von 1 mN nicht unterschreiten sollte. Auch die Größe des zwischen den Kontaktelementen verbleibenden Luftspaltes kann nicht unter ein bestimmtes Maß reduziert werden, wenn eine gegebene Spannungsfestigkeit aufrechterhalten werden soll.The magnetic force F M and the restoring force F R are directed in opposite directions. The difference between the magnetic force and the restoring force results in the contact force F K , which must not fall below a predetermined value in order to produce a correspondingly low electrical contact resistance between the contact elements. If the contact elements are to be shortened, the thickness of the contact elements must be reduced accordingly so that the restoring force does not become too great. However, this also reduces the magnetic force and thus the resulting contact force. It is generally assumed that the contact force F K should not be less than 1 mN. The size of the air gap remaining between the contact elements cannot be reduced to a certain extent if a given dielectric strength is to be maintained.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, einen Mikroschalter bereitzustellen, der aufgrund einer speziellen konstruktiven Gestaltung eine weitere Verkleinerung dieses Mikroschalters ermöglicht. Gleichzeitig besteht eine Aufgabe darin, diesen Mikroschalter so zu gestalten, daß eine einfache Herstellung unter Anwendung lithographischer Verfahren möglich ist. Schließlich soll durch die Erfindung ein Verfahren angegeben werden, mit dem ein solcher Mikroschalter zweckmäßig herstellbar ist. Dabei wird eine Reduzierung der notwendigen Verfahrensschritte angestrebt.It is therefore an object of the present invention to to provide a microswitch that due to a special constructive design a further reduction this microswitch enables. At the same time a task in designing this microswitch so that a simple production using lithographic Procedure is possible. Finally, by the invention a method can be specified with which such a microswitch is expediently producible. Doing so will result in a reduction of the necessary procedural steps.

Diese und weitere Aufgaben werden durch einen Mikroschalter gelöst, bei dem zumindest das magnetisierbare Kontaktelement als dünne Platte ausgebildet ist, die im wesentlichen parallel zu einem Trägersubstrat beweglich ist, und daß beide Kontaktelemente in einer Ebene parallel zum Trägersubstrat angeordnet sind, wobei jeweils eine Seitenfläche der Kontaktelemente als Schaltfläche dient.These and other tasks are performed by a microswitch solved, in which at least the magnetizable contact element is designed as a thin plate that is substantially parallel is movable to a carrier substrate, and that both Contact elements in a plane parallel to the carrier substrate are arranged, each having a side surface of the contact elements serves as a button.

Dieser Aufbau des Mikroschalters ermöglicht eine weitere Verkleinerung der äußeren Abmaße, da es durch die spezielle Konstruktion der Kontaktelemente gelingt, ausreichend hohe Kontaktkräfte bereitzustellen, obwohl die Magnetkraft relativ klein ist. Außerdem ermöglicht der vorgeschlagene Aufbau die Herstellung des Mikroschalters unter Anwendung von in der Halbleitertechnik bzw. Mikrosystemtechnik üblichen Verfahrenstechnologien bei Einsparung von Verfahrensschritte, da die Kontaktelemente in einer Ebene angeordnet sind und dadurch im gleichen Zyklus hergestellt werden können. Abweichend von bekannten Lösungen werden die Kontaktelemente nicht senkrecht sondern parallel zur Substratoberfläche bewegt.This structure of the microswitch enables another Reduction of the external dimensions as it is due to the special Construction of the contact elements succeeds, sufficiently high Provide contact forces, although the magnetic force is relative is small. In addition, the proposed structure enables Manufacture of the microswitch using in the Semiconductor technology or microsystem technology usual process technologies saving procedural steps, since the Contact elements are arranged in one plane and thereby in same cycle can be produced. Deviating from known solutions, the contact elements are not vertical but moved parallel to the substrate surface.

Eine besonders zu bevorzugende Ausführungsform des Mikroschalters zeichnet sich dadurch aus, daß beide Kontaktelemente als magnetisierbare beweglich gelagerte Platten ausgebildet sind, die in einer Ebene parallel zum Trägersubstrat liegen und über Distanzstücke mit den Durchgangskontakten verbunden sind. Vorzugsweise sind die beiden Kontaktelemente weitgehend identisch aufgebaut, wodurch auch die Herstellung des Mikroschalters vereinfacht wird. Bei diesen Ausführungsformen werden die Vorteile bezüglich der Bereitstellung einer ausreichend hohen Kontaktkraft besonders wirksam, da auf beide Kontaktelemente die Magnetkraft einwirkt und bei beiden Kontaktelementen nur eine relativ geringe Rückstellkraft (bezogen auf die Größe der Kontaktelemente) kompensiert werden muß.A particularly preferred embodiment of the microswitch is characterized in that both contact elements designed as magnetizable plates with movable bearings are in a plane parallel to the carrier substrate lie and over spacers with the through contacts are connected. The two contact elements are preferably largely identical, which also makes the production of the microswitch is simplified. In these embodiments will have the benefits of providing a sufficiently high contact force is particularly effective because of both contact elements the magnetic force acts and in both Contact elements only a relatively low restoring force (based on the size of the contact elements) compensated must become.

Zur Vereinfachung des Herstellungsprozesses ist es besonders vorteilhaft, wenn die magnetisierbaren Platten über Federelemente mit Lagern verbunden sind, die ihrerseits an den Distanzstücken befestigt sind, wobei Platten, Federelemente und Lager einstückig aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet sind. Die Kontaktelemente bestehen vorzugsweise aus dünnen metallischen Schichten mit weichmagnetischen Eigenschaften.It is special to simplify the manufacturing process advantageous if the magnetizable plates via spring elements are connected to camps, which in turn on the Spacers are attached, with plates, spring elements and bearing in one piece from an electrically conductive material are formed. The contact elements are preferably made made of thin metallic layers with soft magnetic Characteristics.

Für die Ausgestaltung der Federelemente kommen verschiedene Gestaltungen in Frage. Die Federelemente können mäanderförmig ausgebildet sein, wobei jeweils eine oder mehrere Mäander vorgesehen werden, in Abhängigkeit von der gewünschten Federwirkung. In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, daß die Rückstellkraft nicht zu klein sein darf, um ein Anhaften der Schaltflächen zu verhindern. Die Federelemente können auch als Parallelfedern ausgebildet sein oder mit einem Gelenk kombiniert werden, wenn die Kontaktelemente zum Schaltvorgang eine Winkel- bzw. Drehbewegung ausführen sollen.Various come for the design of the spring elements Designs in question. The spring elements can be meandering be formed, each with one or more meanders be provided depending on the desired spring action. In this context it should be noted that the restoring force must not be too small to adhere to prevent the buttons. The spring elements can also be designed as parallel springs or with one Joint can be combined if the contact elements to Carry out an angular or rotary movement should.

Die o.g. Aufgaben der Erfindung werden auch durch ein Herstellungsverfahren für einen Mikroschalter gelöst, welches die folgenden Schritte umfaßt:

  • Bereitstellen eines elektrisch nicht leitfähigen Trägersubstrats;
  • Einbringen von Durchgangslöchern in das Trägersubstrat;
  • Anordnen von Durchgangskontakten in den Durchgangslöchern;
  • Erzeugen von elektrisch leitenden Distanzstücken auf den Durchgangskontakten, die über das Trägersubstrat hinausragen;
  • Herstellen von zwei in einer Ebene liegenden Kontaktelementen mit Platten, Federelementen, Lagern an den Distanzstücken und sich gegenüberstehenden Schaltflächen.
The above objects of the invention are also achieved by a manufacturing method for a microswitch, which comprises the following steps:
  • Providing an electrically non-conductive carrier substrate;
  • Introducing through holes into the carrier substrate;
  • Arranging through contacts in the through holes;
  • Creating electrically conductive spacers on the through contacts, which protrude beyond the carrier substrate;
  • Manufacture of two contact elements lying in one plane with plates, spring elements, bearings on the spacers and opposing buttons.

Vorzugsweise werden die genannten Verfahrensschritte unter Anwendung von aus der Halbleitertechnik bekannten Technologien durchgeführt.Preferably, the method steps mentioned are under Application of technologies known from semiconductor technology carried out.

Für eine dauerhafte Anwendung des Mikroschalters und zum Schutz der Schaltflächen vor Abbrand und Korrosion ist es zweckmäßig, den Mikroschalter in einem Gehäuse zu kapseln, welches mit Schutzgas gefüllt ist. Außerdem kann es zweckmäßig sein, die Schalflächen mit einem speziellen Kontaktmaterial (z.B. Gold, Palladium-Nickel) zu beschichten. For permanent use of the microswitch and It is protection of the buttons against erosion and corrosion expedient to encapsulate the microswitch in a housing, which is filled with protective gas. It can also be useful be the formwork surfaces with a special contact material (e.g. gold, palladium-nickel).

Weitere Vorteile, Einzelheiten und Weiterbildungen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung, unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1
ein Trägersubstrat eines Mikroschalters;
Fig. 2
in einer perspektivischen Ansicht einen Mikroschalter mit Kontaktelementen, jedoch ohne Gehäuse;
Fig. 3
in einer vereinfachten Ansicht von oben die Kontaktelemente gemäß einer abgewandelten Ausführungsform mit einem Filmgelenk;
Fig. 4
die Kontaktelemente aus Fig. 3 in einer Position mit kontaktierten Schaltflächen;
Fig. 5
in einer vereinfachten Ansicht von oben eine abgewandelte Ausführungsform der Kontaktelemente mit Doppelmäanderfeder;
Fig. 6
die Kontaktelemente aus Fig. 5 in einer Position mit kontaktierten Schaltflächen;
Fig. 7
in einer vereinfachten Ansicht von oben eine nochmals abgewandelte Ausführungsform von Kontaktelementen mit Parallelfedern;
Fig. 8
die Kontaktelemente aus Fig. 7 in einer Position mit kontaktierten Schaltflächen;
Fig. 9
Schnittansichten mehrerer Stufen in einem Herstellungsprozeß zur Ausbildung von Mikroschaltern auf dem Trägersubstrat.
Further advantages, details and further developments result from the following description of preferred embodiments of the invention, with reference to the drawing. Show it:
Fig. 1
a carrier substrate of a microswitch;
Fig. 2
in a perspective view a microswitch with contact elements, but without a housing;
Fig. 3
in a simplified view from above, the contact elements according to a modified embodiment with a film hinge;
Fig. 4
the contact elements of Figure 3 in a position with contacted buttons.
Fig. 5
in a simplified view from above, a modified embodiment of the contact elements with a double meander spring;
Fig. 6
the contact elements of Figure 5 in a position with contacted buttons.
Fig. 7
in a simplified view from above another modified embodiment of contact elements with parallel springs;
Fig. 8
the contact elements of Figure 7 in a position with contacted buttons.
Fig. 9
Sectional views of several stages in a manufacturing process for forming microswitches on the carrier substrate.

Fig. 1 zeigt in einer vereinfachten perspektivischen Ansicht ein Trägersubstrat 1, welches die Grundplatte eines Mikroschalters bildet. Das Trägersubstrat 1 besteht aus elektrisch nicht leitendem Material, beispielsweise Siliziumdioxyd, wenn der Mikroschalter auf einem Abschnitt eines herkömmlichen Wafer hergestellt wird.Fig. 1 shows a simplified perspective view a carrier substrate 1, which is the base plate of a microswitch forms. The carrier substrate 1 consists of electrical non-conductive material, such as silicon dioxide, if the microswitch on a section of a conventional one Wafer is manufactured.

Bei den nachfolgenden Erläuterungen wird angenommen, daß der Mikroschalter lediglich zwei Kontaktelemente besitzt. Es sind jedoch auch Ausführungsformen möglich, bei denen mehrere Kontaktelemente eingesetzt werden.In the following explanations, it is assumed that the Microswitch has only two contact elements. There are however, embodiments are also possible in which several Contact elements are used.

Das Trägersubstrat 1 besitzt in dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel zwei Durchgangsbohrungen, in denen jeweils ein Durchgangskontakt 2 positioniert ist, der aus elektrisch leitfähigem Material, zumeist eine spezielle Metallegierung, besteht. An der Unterseite des Trägersubstrats 1 sind Anschlußpunkte 3 vorgesehen, die elektrisch mit den Durchgangskontakten 2 verbunden sind. Die Anschlußpunkte 3 dienen der späteren Kontaktierung des Mikroschalters mit externen Bauelementen bzw. Schaltungseinheiten. Beispielsweise können die Anschlußpunkte 3 als Lötpunkte ausgebildet sein, wenn der Mikroschalter als SMD-Bauelement auf Leiterplatten eingesetzt wird.The carrier substrate 1 has that shown in FIG. 1 Example two through holes, one in each Through contact 2 is positioned, which is made of electrical conductive material, mostly a special metal alloy, consists. Are on the underside of the carrier substrate 1 Connection points 3 are provided, which are electrically connected to the through contacts 2 are connected. The connection points 3 serve the subsequent contacting of the microswitch with external ones Components or circuit units. For example the connection points 3 be designed as soldering points when the Microswitch used as an SMD component on printed circuit boards becomes.

Bei der Herstellung des Mikroschalters können die Durchgangsbohrungen durch Ätzen oder durch Laserbearbeitung in das Trägersubstrat 1 eingebracht werden. Die Durchgangskontakte 2 werden in einem weiteren Verfahrensschritt in den Durchgangsbohrungen angeordnet. An der Oberseite des Trägersubstrats 1 werden über den Durchgangskontakten 2 Distanzstücke 5 ausgebildet, die aus elektrisch leitfähigem Material bestehen und elektrisch mit den Durchgangskontakten 2 verbunden sind. Die Distanzstücke 5 erheben sich nach der Fertigstellung des Mikroschalters über das Trägersubstrat 1, um einen Luftspalt zwischen den Kontaktelementen und dem Trägersubstrat 1 bereitzustellen. Dieser Luftspalt dient vor allem der ungehinderten Bewegung der Kontaktelemente. Die Erzeugung der Distanzstücke und der Kontaktelemente auf dem Trägersubstrat wird unten noch ausführlicher beschrieben.The through holes can be used in the manufacture of the microswitch by etching or by laser processing in the Carrier substrate 1 are introduced. The through contacts 2 in a further process step in the through holes arranged. At the top of the carrier substrate 1 2 spacers 5 are formed over the through contacts, which consist of electrically conductive material and are electrically connected to the through contacts 2. The Spacers 5 rise after the completion of the Microswitch over the carrier substrate 1 to an air gap between the contact elements and the carrier substrate 1 provide. This air gap primarily serves the unhindered Movement of the contact elements. The generation of the Spacers and the contact elements on the carrier substrate is described in more detail below.

Fig. 2 zeigt in einer perspektivischen Ansicht den komplettierten Mikroschalter, wobei ein zweckmäßigerweise vorzusehendes Gehäuse nicht dargestellt ist. Oberhalb der Distanzstücke 5 sind zwei Kontaktelemente 6 angeordnet, die aus elektrisch leitfähigem Material bestehen, welches zusätzlich gute magnetische Eigenschaften aufweisen soll, da der Mikroschalter durch eine von außen einwirkende Magnetkraft betätigt wird. Vorzugsweise wird für die Herstellung der Kontaktelemente ein weichmagnetischer Werkstoff verwendet, d.h. hohe Permeabilität µ, geringe Remanenz und geringe Koerzitivfeldstärke. Jedes Kontaktelement 6 besteht aus einer Platte 7, wobei hier im nicht betätigten Zustand ein Luftspalt 8 zwischen den beiden Platten 7 besteht, der groß genug sein muß, um Spannungsüberschläge zu verhindern. Die Stirnseiten der Platten 7 bilden damit die Schaltflächen der Kontaktelemente. Jede Platte 7 ist über ein Federelement 10 an einem Lager 11 befestigt.Fig. 2 shows the completed in a perspective view Microswitch, one conveniently to be provided Housing is not shown. Above the spacers 5, two contact elements 6 are arranged, which consist of electrically conductive material exist, which additionally should have good magnetic properties since the microswitch actuated by an external magnetic force becomes. Preferably for the production of the contact elements uses a soft magnetic material, i.e. height Permeability µ, low remanence and low coercivity. Each contact element 6 consists of a plate 7, an air gap 8 in the non-actuated state exists between the two plates 7, which should be large enough must to prevent voltage flashovers. The end faces the plates 7 thus form the buttons of the contact elements. Each plate 7 is connected to a spring element 10 Bearing 11 attached.

Bei dem in der Fig. 2 dargestellten Beispiel ist das Federelement 10 eine zweiseitig mäanderförmig geführte Feder, die eine Bewegung der daran anschließenden Platte 7 in Längsrichtung ermöglicht. Wie oben erwähnt, besteht zwischen der Platte 7 und dem Trägersubstrat 1 ebenfalls ein Luftspalt, der eine freie Bewegung der Platte 7 ermöglicht. Das Lager 11 ist auf dem Distanzstück befestigt, wodurch eine gute elektrische Verbindung sichergestellt ist. Die Struktur des Kontaktelements, also die Unterteilung in Platte 7, Federelement 10 und Lager 11, kann wiederum durch Verfahrensschritte erfolgen, die allgemein aus der Mikrosystemtechnik bzw. der Halbleitertechnik bekannt sind. Die überschüssigen Materialbereiche können geätzt oder durch Laserbearbeitung ausgeschnitten werden. Bei anderen Verfahren werden die benötigten Materialbereiche bzw. Strukturen durch auftragende Verfahren erzeugt.In the example shown in FIG. 2, the spring element 10 a double-sided meandering spring, the a movement of the adjoining plate 7 in the longitudinal direction allows. As mentioned above, there is between the Plate 7 and the carrier substrate 1 also an air gap, which enables free movement of the plate 7. The camp 11 is attached to the spacer, creating a good electrical Connection is ensured. The structure of the Contact element, i.e. the division into plate 7, spring element 10 and camp 11, in turn, through process steps take place that generally from microsystem technology or Semiconductor technology are known. The excess material areas can be etched or cut out by laser processing become. With other methods, the required Material areas or structures through application processes generated.

Wenn auf die Kontaktelemente 6 ein Magnetfeld mit einer geeigneten Feldausrichtung einwirkt, bewegen sich die Platten 7 aufeinander zu, wie dies durch den mittig angeordneten Pfeil dargestellt ist. Die Bewegung erfolgt dabei parallel zur Oberfläche des Trägersubstrats. Der Luftspalt 8 wird dadurch geschlossen und die beiden Schaltflächen an den Stirnseiten der Platten 7 stellen einen elektrischen Kontakt her. Wenn die Magnetkraft nicht mehr einwirkt, bewirken die von den Federelementen 10 bereitgestellten Rückstellkräfte eine rückwärts gerichtete Bewegung, so daß die Schaltflächen der Platten 7 voneinander getrennt werden. Die besondere Gestaltung der Federelemente 10 ermöglicht relativ geringe Rückstellkräfte, so daß die in den Platten 7 induzierte Magnetkraft ausreichend groß ist, um die benötigte Kontaktkraft an den Schaltflächen bereitzustellen.If a magnetic field with a the plates move in a suitable field orientation 7 towards each other, as shown by the center Arrow is shown. The movement takes place in parallel to the surface of the carrier substrate. The air gap 8 will closed and the two buttons on the End faces of the plates 7 make electrical contact ago. If the magnetic force no longer acts, they cause restoring forces provided by the spring elements 10 a backward movement so that the buttons the plates 7 are separated from each other. The special one Design of the spring elements 10 enables relatively small Restoring forces so that the induced in the plates 7 Magnetic force is sufficiently large to the required contact force to provide at the buttons.

Fig. 3 zeigt in einer vereinfachten Ansicht von oben eine abgewandelte Ausführungsform der Kontaktelemente, wobei das Trägersubstrat 1 nicht dargestellt ist. Die Kontaktelemente bestehen wiederum jeweils aus Platten 7, an deren Stirnseite die Schaltflächen ausgebildet sind, jeweils einem Federelement 10, welches als Doppelmäanderfeder gestaltet ist, und zugeordneten Lagern 11. Die Besonderheit besteht bei dieser Ausführungsform darin, daß das Federelement 10 nur auf einer Seite positioniert ist und auf der anderen Seite des Kontaktelements jeweils ein Filmgelenk 15 vorgesehen ist. Die Schaltflächen der Platten 7 liegen sich wiederum gegenüber, jedoch verlaufen sie schräg zur Längserstreckung der Kontaktelemente. Der Luftspalt 8 ist damit ebenfalls schräg angeordnet.Fig. 3 shows a simplified view from above modified embodiment of the contact elements, the Carrier substrate 1 is not shown. The contact elements each consist of plates 7, on the end face the buttons are formed, each a spring element 10, which is designed as a double meander spring, and assigned bearings 11. The special feature is this Embodiment in that the spring element 10 only on one Side is positioned and on the other side of the contact element a film joint 15 is provided in each case. The Buttons of the plates 7 are again opposite one another, however, they run obliquely to the longitudinal extent of the contact elements. The air gap 8 is thus also arranged obliquely.

Fig. 4 zeigt die beiden Kontaktelemente aus Fig. 3 in einem Zustand, in dem die Schaltflächen einen elektrischen Kontakt hergestellt haben, also eine Magnetkraft auf die Kontaktelemente einwirkt. Wenn diese Kraft vorhanden ist, werden die beiden Federelemente 10 deformiert, so daß eine Drehbewegung um die Filmgelenke 15 erfolgt. Die beiden Schaltflächen bewegen sich aufeinander zu, bis sie mit der gewünschten Kontaktkraft aneinander gepreßt werden.FIG. 4 shows the two contact elements from FIG. 3 in one State in which the buttons make electrical contact have produced, i.e. a magnetic force on the contact elements acts. When this power is there, the two spring elements 10 deformed so that a rotational movement around the film joints 15. Move the two buttons towards each other until they have the desired contact force be pressed together.

Eine nochmals abgewandelte Ausführungsform der Kontaktelemente ist in einer vereinfachten Ansicht von oben in Fig. 5 dargestellt. Die hier ausgebildeten Kontaktelemente entsprechen weitgehend der Ausführungsform gemäß Fig. 2, jedoch sind die Federelemente 10 als Doppelmäanderfedern gestaltet. Durch diese veränderten Federelemente ändert sich die resultierende Federkonstante, die für die Kraft-Weg-Kennlinie des Federelements kennzeichnend ist.Another modified embodiment of the contact elements 5 is a simplified top view of FIG. 5 shown. The contact elements formed here correspond largely the embodiment of FIG. 2, however the spring elements 10 designed as double meander springs. By these changed spring elements changes the resulting one Spring constant for the force-displacement characteristic of the spring element is characteristic.

Fig. 6 zeigt die Kontaktelemente aus Fig. 5 in einer Position, in welcher die stirnseitigen Schaltflächen der Platten 7 elektrisch kontaktiert sind, d.h. die Magnetkraft wirkt auf die Kontaktelemente ein. Zur besseren Verdeutlichung der Bewegung der Platten und der Federelemente sind in Fig. 6 beide Schaltpositionen der Kontaktelemente gezeichnet.FIG. 6 shows the contact elements from FIG. 5 in a position, in which the front buttons of the panels 7 are electrically contacted, i.e. the magnetic force acts the contact elements. For better clarification of the Movement of the plates and spring elements are in Fig. 6 drawn both switching positions of the contact elements.

Fig. 7 zeigt in einer vereinfachten Ansicht von oben eine vierte Ausführungsform der Kontaktelemente. Als Federelemente 10 kommen hier jeweils zwei Parallelfedern zum Einsatz, die an den Außenseiten der Platten 7 die Verbindung zu den Lagern 11 herstellen. Da die beiden Kontaktelemente zumindest abschnittsweise nebeneinander angeordnet sind, würde sich bei gleicher Gehäusegröße des Mikroschalters eine Verkleinerung der magnetisch wirksamen Fläche der Platten 7 ergeben, so daß auch die wirksame Magnetkraft reduziert wird. Um die Verkleinerung der Fläche zumindest teilweise zu kompensieren erstreckt sich zwischen den Parallelfedern 10 jeweils eine zungenförmige Verlängerung 18 der Platten 7. Auf die Rückstellkraft hat die zungenförmige Verlängerung 18 keinen Einfluß, da sie nicht Bestandteil der Parallelfedern 10 ist. Jedoch erhöht sie die resultierende Magnetkraft, woraus sich letztlich eine höhere Kontaktkraft an den Schaltflächen ergibt. Bei der in Fig. 7 dargestellten Ausführungsform bildet jeweils ein Abschnitt der Seitenflächen der Platten 7 die Schaltfläche, so daß der Luftspalt 8 parallel zur Längserstreckung der Kontaktelemente verläuft.Fig. 7 shows a simplified view from above fourth embodiment of the contact elements. As spring elements 10 two parallel springs are used here, the on the outside of the plates 7, the connection to the bearings 11 manufacture. Since the two contact elements at least would be arranged in sections next to each other same size of housing of the microswitch a reduction the magnetically effective surface of the plates 7, so that the effective magnetic force is also reduced. About the downsizing to compensate for the area at least partially extends between each of the parallel springs 10 tongue-shaped extension 18 of the plates 7. On the restoring force the tongue-shaped extension 18 has none Influence, since it is not part of the parallel springs 10. However, it increases the resulting magnetic force, which results in ultimately a higher contact force on the buttons results. In the embodiment shown in Fig. 7 forms a section of the side faces of the plates 7 the button so that the air gap 8 parallel to the longitudinal extent the contact elements runs.

In Fig. 8 sind die Kontaktelemente aus Fig. 7 in einer Position dargestellt, in welcher die Schaltflächen der Platten 7 aneinander anliegen und den elektrischen Kontakt herstellen. Der Fachmann wird erkennen, daß bei dieser Ausführungsform das magnetischen Kraftfeld in einer anderen Richtung wirken muß, als dies bei den vorgenannten Ausführungsformen der Fall war. In Fig. 8 the contact elements from Fig. 7 are in one position shown in which the buttons of the plates 7 touch each other and make the electrical contact. Those skilled in the art will recognize that in this embodiment the magnetic force field act in a different direction must, as is the case with the aforementioned embodiments was.

Es sind weitere Gestaltungsformen der Kontaktelemente möglich. Zu beachten ist dabei immer, daß die Federelemente so ausgebildet sind, daß eine ausreichend hohe Kontaktkraft resultiert.There are other design forms of the contact elements possible. It should always be noted that the spring elements are designed so that a sufficiently high contact force results.

Fig. 9 zeigt mehrere Schnittansichten von verschiedenen Stufen in einem Herstellungsprozeß zur Ausbildung von mehreren Mikroschaltern auf dem Trägersubstrat. Anhand dieser Schnittansichten wird eine bevorzugte Variante des Verfahrens zur Herstellung der Mikroschalter beschrieben.9 shows several sectional views of different ones Stages in a manufacturing process to form several Microswitches on the carrier substrate. Based on this Sectional views become a preferred variant of the method described for the manufacture of the microswitch.

Im ersten Verfahrensabschnitt 20 werden in das elektrisch nicht leitfähige Trägersubstrat 1 Durchgangslöcher eingebracht, in denen die Durchgangskontakte 2 angeordnet werden. Im zweiten Verfahrensabschnitt 21 wird eine Opferschicht 22 vollflächig aufgebracht, die in den Bereichen der Durchgangskontakte 2 selektiv entfernt wird. Als Opferschicht 22 dient beispielsweise Aluminium. Zur Strukturierung der Opferschicht können Fotoätztechniken eingesetzt werden. Nachfolgend wird in einem dritten Verfahrensabschnitt 23 eine nicht weiter zu strukturierende Startschicht 24 aufgebracht. Die Startschicht 24 besteht ihrerseits aus elektrisch leitfähigem Material, so daß eine elektrische Verbindung zu den Durchgangskontakten 2 aufrechterhalten wird. In einem vierten Verfahrensabschnitt 25 wird auf die Startschicht 24 eine Fotolackschicht 26 aufgetragen, entsprechend den gewünschten Strukturen der Kontaktelemente belichtet und durch Entwicklung der Fotolackschicht 26 strukturiert. Dadurch entstehen in der Fotolackschicht 26 Hohlräume 27, die einen Zugang zur Startschicht 24 ermöglichen. In einem fünften Verfahrensabschnitt 28 werden die Hohlräume 27 durch mikrogalvanische Abscheidungstechniken mit einem metallischen Material aufgefüllt, welches die Kontaktelemente 6 ausbildet. Das Material der Startschicht 24 ist auf das Material der Kontaktelemente 6 abgestimmt, um dieses galvanische Abscheiden zu ermöglichen. Die Kontaktelemente 6 können beispielsweise aus Nickel oder Nickel-Eisen-Legierungen bestehen. Schließlich wird in einem sechsten Verfahrensabschnitt 29 der überschüssige Fotolack entfernt. Anschließend werden die freiliegenden Bereiche der Startschicht 24 entfernt. Ebenso können durch selektive Ätzprozesse die dann frei zugänglichen Bereiche der Opferschicht 22 entfernt werden. Damit verbleiben die Kontaktelemente 6, die in der bereits oben beschriebenen Weise strukturiert sind. Zwischen den Durchgangskontakten 2 und den Kontaktelementen 6 bleiben Abschnitte der Startschicht zurück, die damit die Distanzstücke 5 darstellen.In the first process section 20, the electrical non-conductive carrier substrate 1 through holes introduced, in which the through contacts 2 are arranged. In the second method section 21, a sacrificial layer 22 fully applied in the areas of through contacts 2 is selectively removed. Serves as the sacrificial layer 22 for example aluminum. For structuring the sacrificial layer photo etching techniques can be used. Below is in a third method section 23 no further increase structuring start layer 24 applied. The starting layer 24 in turn consists of electrically conductive material, so that an electrical connection to the through contacts 2 is maintained. In a fourth stage of the procedure 25 is a photoresist layer 26 on the starting layer 24 applied according to the desired structures of the Contact elements exposed and by developing the photoresist layer 26 structured. This creates in the photoresist layer 26 cavities 27 that provide access to the starting layer 24 enable. In a fifth process section 28 the cavities 27 by micro electroplating techniques filled with a metallic material, which the Forms contact elements 6. The material of the starting layer 24 is matched to the material of the contact elements 6 in order to enable this electrodeposition. The contact elements 6 can for example be made of nickel or nickel-iron alloys consist. Finally, in a sixth Process section 29 of the excess photoresist removed. Then the exposed areas of the starting layer 24 removed. Likewise, through selective etching processes the then freely accessible areas of the sacrificial layer 22 be removed. This leaves the contact elements 6, are structured in the manner already described above. Between the through contacts 2 and the contact elements 6 sections of the starting layer remain, which are the Represent spacers 5.

Zur Herstellung der beschriebenen Mikroschalter können aber auch abweichende Verfahren eingesetzt werden. To produce the microswitch described, however deviating processes can also be used.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Trägersubstratcarrier substrate
22
DurchgangskontaktVia contact
33
Anschlußpunktconnection point
55
Distanzstückspacer
66
Kontaktelementcontact element
77
Platteplate
88th
Luftspaltair gap
1010
Federelementspring element
1111
Lagercamp
1515
Filmgelenkfilm hinge
1818
zungenförmige Verlängerungtongue-shaped extension
2020
erster Verfahrensabschnittfirst stage of the procedure
2121
zweiter Verfahrensabschnittsecond stage of the procedure
2222
Opferschichtsacrificial layer
2323
dritter Verfahrensabschnittthird stage of the procedure
2424
Startschichtstarting layer
2525
vierter Verfahrensabschnittfourth stage of the procedure
2626
FotolackschichtPhotoresist layer
2727
Hohlräumecavities
2828
fünfter Verfahrensabschnittfifth stage of the procedure
2929
sechster Verfahrensabschnittsixth stage of the procedure

Claims (17)

Mikroschalter mit mindestens zwei elektrisch leitfähigen, mit externen Schaltungseinheiten verbindbaren Kontaktelementen (6), deren relative Position zueinander durch eine eingeprägte Magnetkraft veränderbar ist, wobei mindestens ein magnetisierbares Kontaktelement beweglich gelagert ist, so daß mindestens zwei Schaltzustände einstellbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest das magnetisierbare Kontaktelement als dünne Platte (7) ausgebildet ist, die im wesentlichen parallel zu einem Trägersubstrat (1) beweglich ist, und daß beide Kontaktelemente in einer Ebene parallel zum Trägersubstrat angeordnet sind, wobei jeweils eine Seitenfläche der Kontaktelemente als Schaltfläche dient.Microswitch with at least two electrically conductive contact elements (6) which can be connected to external circuit units, the relative position of which can be changed by an impressed magnetic force, at least one magnetizable contact element being movably mounted so that at least two switching states can be set, characterized in that at least that Magnetizable contact element is designed as a thin plate (7) which is movable essentially parallel to a carrier substrate (1), and that both contact elements are arranged in one plane parallel to the carrier substrate, one side surface of the contact elements serving as a button. Mikroschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Kontaktelemente als magnetisierbare, parallel zum Trägersubstrat beweglich gelagerte Platten (7) ausgebildet sind.Microswitch according to Claim 1, characterized in that both contact elements are designed as magnetizable plates (7) which are mounted so as to be movable parallel to the carrier substrate. Mikroschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem magnetisierbaren Kontaktelement (6) und dem Trägersubstrat (1) ein Distanzstück (5) angeordnet ist, welches gleichzeitig die elektrische Verbindung zu einem Durchgangskontakt (2) herstellt, der sich durch das Trägersubstrat zu einem äußeren Anschlußpunkt (3) erstreckt. Microswitch according to Claim 1 or 2, characterized in that a spacer (5) is arranged between the magnetizable contact element (6) and the carrier substrate (1), which at the same time establishes the electrical connection to a through contact (2) which is formed through the carrier substrate extends to an outer connection point (3). Mikroschalter nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetisierbaren Platten (7) über Federelemente (10) mit an den Distanzstücken (5) befestigten Lagern (11) verbunden sind, wobei Platten (7), Federelemente (10) und Lager (11) einstückig aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet sind.Microswitch according to Claim 2 or 3, characterized in that the magnetizable plates (7) are connected via spring elements (10) to bearings (11) attached to the spacers (5), plates (7), spring elements (10) and bearings ( 11) are formed in one piece from an electrically conductive material. Mikroschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Federelemente (10) mäanderförmig gebildet sind.Microswitch according to Claim 4, characterized in that the spring elements (10) are meandering. Mikroschalter nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die sich gegenüberliegenden Stirnseiten der Kontaktelemente (6) als Schaltflächen dienen.Microswitch according to one of claims 2 to 4, characterized in that the opposite end faces of the contact elements (6) serve as buttons. Mikroschalter nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein nicht symmetrisch angeordnetes Filmgelenk (15) in die Kontaktelemente (6) integriert ist, welches eine Winkelbewegung der Kontaktelemente ermöglicht.Microswitch according to Claim 4 or 5, characterized in that a non-symmetrically arranged film joint (15) is additionally integrated into the contact elements (6), which enables the contact elements to be moved angularly. Mikroschalter nach einem der Ansprüche 2 bis 5 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelemente (6) schräg zur Längserstreckung verlaufende, sich im wesentlichen parallel gegenüberliegende Stirnflächen besitzen, die als Schaltflächen dienen.Microswitch according to one of Claims 2 to 5 or 7, characterized in that the contact elements (6) have end faces which run at an angle to the longitudinal extension and lie essentially parallel and which serve as buttons. Mikroschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelemente (6) über Parallelfedern mit den Lagern (11) verbunden sind, so daß eine Bewegung quer zur Längserstreckung der Kontaktelemente möglich ist, wobei zwei sich gegenüberliegende Seitenflächen der Platten als Schaltflächen dienen. Microswitch according to Claim 4, characterized in that the contact elements (6) are connected to the bearings (11) by means of parallel springs, so that a movement transverse to the longitudinal extent of the contact elements is possible, two opposite side faces of the plates serving as buttons. Mikroschalter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich jeweils eine zungenförmige Verlängerung (18) jeder Platte zwischen zwei seitlichen Parallelfedern erstreckt, um die magnetisch wirksame Fläche der Platte zu vergrößern.Microswitch according to Claim 9, characterized in that a tongue-shaped extension (18) of each plate extends between two lateral parallel springs in order to enlarge the magnetically effective area of the plate. Mikroschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß er in einem mit Schutzgas gefüllten Gehäuse gekapselt ist.Microswitch according to one of Claims 1 to 10, characterized in that it is encapsulated in a housing filled with protective gas. Mikroschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß er in mehreren lithographischen Verfahrensschritten herstellbar ist.Microswitch according to one of claims 1 to 11, characterized in that it can be produced in several lithographic process steps. Verfahren zur Herstellung eines Mikroschalters, die folgenden Schritte umfassend: Bereitstellen (20) eines elektrisch nicht leitfähigen Trägersubstrats (1); Einbringen von Durchgangslöchern in das Trägersubstrat; Anordnen von Durchgangskontakten (2) in den Durchgangslöchern; Erzeugen von elektrisch leitenden Distanzstücken (5) auf den Durchgangskontakten, die über das Trägersubstrat hinausragen; Herstellen von zwei in einer Ebene liegenden Kontaktelementen (6) mit Platten (7), Federelementen (10), Lagern (11) an den Distanzstücken und sich gegenüberstehenden Schaltflächen. A method of manufacturing a microswitch comprising the following steps: Providing (20) an electrically non-conductive carrier substrate (1); Introducing through holes into the carrier substrate; Arranging through contacts (2) in the through holes; Producing electrically conductive spacers (5) on the through contacts, which protrude beyond the carrier substrate; Manufacture of two contact elements (6) lying in one plane with plates (7), spring elements (10), bearings (11) on the spacers and opposing buttons. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Verfahrensschritte vollständig unter Anwendung von an sich bekannten Technologien der Halbleitertechnik durchgeführt werden. A method according to claim 13, characterized in that the process steps are carried out entirely using known semiconductor technology technologies. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Schritte des Erzeugens der Distanzstücke und des Herstellens der Kontaktelemente die folgenden Teilschritte umfassen: Ausbilden einer Opferschicht auf dem Trägersubstrat; selektives Entfernen der Opferschicht im Bereich der Durchgangskontakte; vollflächiges Ausbilden einer Startschicht (24) aus elektrisch leitendem Material; Aufbringen einer Photolackschicht (26), selektive Belichtung und Entwicklung dieser Photolackschicht, um die Strukturen der Kontaktelemente frei zu legen; galvanisches Verfüllen der freigelegten Strukturen mit einem elektrisch leitfähigem Material, um die Kontaktelemente (6) auszubilden; Entfernen der verbliebenen Bereiche der Photolackschicht; Entfernen der nicht von den Kontaktelementen überdeckten Bereiche der Startschicht, so daß die abgedeckten Bereiche der Startschicht die Distanzstücke (5) bilden; Entfernen der nicht abgedeckten Bereiche der Opferschicht. A method according to claim 14, characterized in that the steps of producing the spacers and producing the contact elements comprise the following substeps: Forming a sacrificial layer on the carrier substrate; selective removal of the sacrificial layer in the area of the through contacts; full-surface formation of a starting layer (24) made of electrically conductive material; Applying a photoresist layer (26), selective exposure and development of this photoresist layer to expose the structures of the contact elements; galvanically filling the exposed structures with an electrically conductive material to form the contact elements (6); Removing the remaining areas of the photoresist layer; Removing the areas of the starting layer not covered by the contact elements, so that the covered areas of the starting layer form the spacers (5); Remove the uncovered areas of the sacrificial layer. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der erzeugte Mikroschalter abschließend in einem Gehäuse gekapselt und dieses Gehäuse mit Schutzgas gefüllt wird.Method according to one of claims 13 to 15, characterized in that the microswitch produced is finally encapsulated in a housing and this housing is filled with protective gas. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß an der Unterseite des Trägersubstrats Anschlußpunkte (3) angeordnet werden, die elektrisch mit den Durchgangskontakten (2) verbunden sind.A method according to any one of claims 13 to 16, characterized in that connection points (3) are arranged on the underside of the carrier substrate, which are electrically connected to the through-contacts (2).
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