CH688213A5 - Reed contact micro-switch - Google Patents
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Abstract
Description
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Description Description
La présente invention concerne un contacteur dit «à tiges» ou «reed», c'est-à-dire un contacteur comportant une enceinte fermée à l'intérieur de laquelle sont montées deux tiges ou poutres conductrices reliées respectivement à deux moyens de connexion électriques accessibles de l'extérieur de ladite enceinte, et des moyens de rappel pour, en l'absence d'un champ magnétique, rappeler les tiges vers une position de repos dans laquelle leurs parties distales sont séparées l'une de l'autre par un espace. Les tiges ou poutres étant en outre au moins partiellement réalisées dans un matériau ayant une susceptibilité magnétique élevée de manière à ce qu'en présence d'un champ magnétique extérieur d'intensité suffisante, la partie distale de l'une au moins des poutres soit amenée en contact avec l'autre établissant ainsi un contact électrique entre lesdits deux moyens de connexion. The present invention relates to a so-called "rod" or "reed" contactor, that is to say a contactor comprising a closed enclosure inside which are mounted two rods or conductive beams respectively connected to two electrical connection means accessible from outside said enclosure, and return means for, in the absence of a magnetic field, return the rods to a rest position in which their distal parts are separated from one another by a space. The rods or beams also being at least partially made of a material having a high magnetic susceptibility so that in the presence of an external magnetic field of sufficient intensity, the distal part of at least one of the beams is brought into contact with the other thus establishing electrical contact between said two connection means.
L'invention concerne également un procédé de fabrication par méthode galvanique du contacteur «reed» ci-dessus. The invention also relates to a method of manufacturing by galvanic method of the above “reed” contactor.
On connaît déjà des contacteurs du type décrit ci-dessus, les contacteurs «reed» ou «à tiges» sont en effet des composants électriques courants disponibles dans le commerce. Ils sont le plus souvent destinés à être utilisés dans des relais en association avec une bobine pouvant produire un champ magnétique. Un tel relais constitué d'un contacteur «reed» et d'une bobine est appelé un relais «reed». Contactors of the type described above are already known, “reed” or “pin” contactors are in fact common electrical components available on the market. They are most often intended to be used in relays in association with a coil which can produce a magnetic field. Such a relay consisting of a "reed" contactor and a coil is called a "reed" relay.
Les contacteurs connus sont le plus souvent constitués de deux tiges en acier ferromagnétiques de petit diamètre disposées dans le prolongement l'une de l'autre et maintenues solidaires l'une de l'autre par fixation chacune dans l'une des deux extrémités d'une ampoule de verre creuse de forme généralement cylindrique. The known contactors most often consist of two ferromagnetic steel rods of small diameter arranged in the extension of one another and held integral with one another by fixing each in one of the two ends of a generally glass hollow glass bulb.
Les deux tiges d'acier traversent les deux parois dans lesquelles elles sont respectivement fixées et leurs extrémités se dégagent de la paroi intérieure et s'étendent en regard l'une de l'autre en porte-à-faux à l'intérieur de l'enceinte de verre. Les extrémités des tiges d'acier sont en outre laminées dans la forme de deux lames flexibles dont les extrémités se croisent. En position de repos, c'est-à-dire notamment en l'absence de champ magnétique extérieur, un espace de quelques dixièmes de millimètres sépare les deux lames l'une de l'autre. En présence d'un champ magnétique extérieur d'intensité suffisante ayant une composante parallèle à l'orientation des deux tiges, celles-ci vont se magnétiser. Les deux tiges étant disposées sensiblement dans le prolongement l'une de l'autre, elle vont se magnétiser dans le même sens et les extrémités libres des deux tiges vont devenir respectivement un pôle nord et un pôle sud. Cela entraînera l'apparition d'une force magnétique attractive entre ces deux extrémités qui vont en conséquence être amenées et maintenues en contact l'une avec l'autre tant que subsistera le champ magnétique extérieur. The two steel rods pass through the two walls in which they are respectively fixed and their ends emerge from the interior wall and extend opposite one another in overhang inside the glass enclosure. The ends of the steel rods are further laminated in the form of two flexible blades whose ends intersect. In the rest position, that is to say in particular in the absence of an external magnetic field, a space of a few tenths of a millimeter separates the two blades from one another. In the presence of an external magnetic field of sufficient intensity having a component parallel to the orientation of the two rods, they will magnetize. The two rods being arranged substantially in the extension of one another, they will magnetize in the same direction and the free ends of the two rods will become respectively a north pole and a south pole. This will cause the appearance of an attractive magnetic force between these two ends which will consequently be brought and kept in contact with each other as long as the external magnetic field remains.
Bien que donnant pleine satisfaction dans de nombreuses applications, de tels contacteurs présentent l'inconvénient d'être trop grands pour certaines autres applications. Parmi ces applications on peut citer en particulier les détecteurs de fin de course pour diverses applications microtechniques. Les dimensions extérieures d'un tel contacteur sont en effet typiquement d'environ 15 mm pour la longueur de l'ampoule cylindrique en verre et de 2 à 3 mm pour le diamètre de celle-ci. Les deux lames en alliage magnétique quant à elles ont typiquement un diamètre avant laminage de 0,5 mm. Il n'est pas possible de réduire beaucoup les dimensions d'une construction comme celle qui vient d'être décrite. En effet, il est en particulier nécessaire qu'à mesure que les dimensions du contacteur se réduisent, la précision avec laquelle est déterminée la position relative des deux tiges augmente en proportion. Si ce n'était pas le cas, les extrémités distales des deux tiges risqueraient soit de se toucher en permanence soit d'être séparées par un espace trop grand pour autoriser la fermeture du contact même en présence d'un champ magnétique élevé. Dans les contacteurs «reed» connus, les deux tiges sont, comme nous l'avons dit, maintenues solidaires l'une de l'autre par fixation dans la paroi de l'enceinte dans laquelle elles sont enfermées et c'est cette fixation qui détermine leur position relative. L'ampoule de verre servant d'enceinte étant réalisée par façonnage du verre, les tolérances de fabrication sont trop importantes et il est presque impossible d'obtenir un positionnement relatif des deux tiges dont la précision serait meilleure que les quelques dixièmes de millimètres. Although giving full satisfaction in many applications, such contactors have the disadvantage of being too large for certain other applications. Among these applications, mention may be made in particular of limit switch detectors for various microtechnical applications. The external dimensions of such a contactor are in fact typically around 15 mm for the length of the cylindrical glass bulb and from 2 to 3 mm for the diameter of the latter. The two magnetic alloy blades, for their part, typically have a diameter before rolling of 0.5 mm. It is not possible to reduce much the dimensions of a construction like that which has just been described. Indeed, it is in particular necessary that as the dimensions of the contactor are reduced, the precision with which the relative position of the two rods is determined increases in proportion. If this were not the case, the distal ends of the two rods could either touch each other permanently or be separated by a space too large to allow the contact to be closed even in the presence of a high magnetic field. In known “reed” contactors, the two rods are, as we have said, held integral with one another by fixing in the wall of the enclosure in which they are enclosed and it is this fixing which determines their relative position. The glass bulb serving as enclosure being produced by shaping the glass, the manufacturing tolerances are too large and it is almost impossible to obtain a relative positioning of the two rods whose precision would be better than a few tenths of a millimeter.
La présente invention a donc pour but de pallier les inconvénients qui viennent d'être décrits en fournissant un contacteur «reed» de très petite dimension qui soit au moins aussi fiable que les contacteurs «reed» connus. L'invention à également pour but de fournir un procédé pour la fabrication d'un microcapteur «reed» dans lequel des poutres minces en matériau ferromagnétique sont suspendues au-dessus d'un substrat. The present invention therefore aims to overcome the drawbacks which have just been described by providing a “reed” contactor of very small size which is at least as reliable as known “reed” contactors. The invention also aims to provide a method for manufacturing a "reed" microsensor in which thin beams of ferromagnetic material are suspended above a substrate.
Ainsi, l'invention a pour objet un contacteur comportant deux poutres conductrices reliées respectivement à des moyens de connexion électrique, les-dites poutres comprenant chacune une extrémité distale, lesdites extrémités distales étant voisines l'une de l'autre et l'une au moins étant mobile par rapport à l'autre entre une première position dite ouverte dans laquelle elles sont séparées l'une de l'autre par un espace, et une deuxième position dite fermée dans laquelle elles sont en contact l'une avec l'autre, ledit contacteur comprenant encore des moyens de rappel pour rappeler lesdites extrémités distales vers ladite position ouverte, lesdites poutres étant en outre réalisées au moins partiellement dans un matériau magnétisable de manière à ce que lorsqu'elles sont soumises à un champ d'induction magnétique d'intensité suffisante, lesdites extrémités distales soient amenées dans ladite position fermée, ledit contacteur étant caractérisé en ce qu'il comprend un plan de base comprenant deux zones électriquement conductrices distinctes, en ce que lesdites poutres sont solidaires dudit plan de base au niveau desdites deux zones conductrices, et en ce que l'une au moins desdites poutres prend appui sur ledit plan de base par l'in5 Thus, the subject of the invention is a contactor comprising two conductive beams connected respectively to electrical connection means, the said beams each comprising a distal end, said distal ends being close to one another and one at less being movable relative to the other between a first so-called open position in which they are separated from each other by a space, and a second so-called closed position in which they are in contact with each other , said contactor further comprising return means for returning said distal ends to said open position, said beams being further produced at least partially in a magnetizable material so that when they are subjected to a magnetic induction field d sufficient intensity, said distal ends are brought into said closed position, said contactor being characterized in that comprises a base plane comprising two separate electrically conductive zones, in that said beams are integral with said base plane at the level of said two conductive zones, and in that at least one of said beams is supported on said base plane by the 'in5
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termédiaire de moyens de support auxquels elle est suspendue. support means to which it is suspended.
Les deux poutres ou lames de contact étant, selon la présente invention, solidaires d'un plan de base et non plus de la paroi d'une ampoule, leur positionnement relatif est beaucoup plus précis. De plus, la construction conforme à l'invention qui vient d'être décrite se prête à une fabrication par microusinage à l'aide de couches sacrificielles et plus particulièrement par une technique faisant appel à des opérations de dépôt galvanique, et notamment à l'aide du procédé objet de la présente invention. The two beams or contact blades being, according to the present invention, secured to a base plane and no longer to the wall of a bulb, their relative positioning is much more precise. In addition, the construction according to the invention which has just been described lends itself to manufacture by micromachining using sacrificial layers and more particularly by a technique using galvanic deposition operations, and in particular the using the method which is the subject of the present invention.
La présente invention a en effet également pour objet un procédé de fabrication d'un contacteur mi-cro-usiné tel que défini ci-dessus par méthode galvanique à partir d'un substrat, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de: The subject of the present invention is in fact also a process for manufacturing a half-machined contactor as defined above by galvanic method from a substrate, characterized in that it comprises the steps of:
- a) créer une première couche de photorésist sur une face dudit substrat; a) creating a first layer of photoresist on one face of said substrate;
- b) configurer ladite première couche de photorésist de manière à réaliser dans l'épaisseur de celle-ci au moins un espace libre de croissance découvrant ladite face du substrat; b) configuring said first photoresist layer so as to produce in the thickness thereof at least one free growth space revealing said face of the substrate;
- c) faire croître par dépôt galvanique un plot de métal à l'intérieur dudit espace libre, jusqu'à affleurement du métal à la surface du photorésist; - c) growing by galvanic deposition a metal pad inside said free space, until the metal is flush with the surface of the photoresist;
- d) créer un niveau de métallisation à la surface de ladite première couche de photorésist; - d) creating a metallization level on the surface of said first photoresist layer;
- e) déposer une nouvelle couche de photorésist sur ledit niveau de métallisation; - e) depositing a new layer of photoresist on said metallization level;
- f) configurer ladite nouvelle couche de photorésist de manière à réaliser dans l'épaisseur de celle-ci au moins un espace libre de croissance découvrant ledit niveau de métallisation; - f) configuring said new photoresist layer so as to produce in the thickness thereof at least one free space for growth revealing said level of metallization;
- g) faire croître par dépôt galvanique un plot de métal à l'intérieur dudit espace libre réalisé dans la nouvelle couche de photorésist; - g) growing by galvanic deposition a metal pad inside said free space produced in the new photoresist layer;
- h) éliminer les couches de photorésist et les parties non fonctionnelles des niveaux de métallisation. h) eliminating the photoresist layers and the non-functional parts of the metallization levels.
Selon ce procédé, une couche de photorésist donnée rempli d'abord une fonction de «moule» ou de «masque» pour la croissance galvanique puis dans un deuxième temps dans l'hypothèse où une nouvelle couche de photorésist est déposée sur la première, elle remplit le rôle de couche sacrificielle. La même couche remplissant successivement la fonction de «moule» et celle de couche sacrificielle le procédé se prête à une répétition itérative pour réaliser des structures comportant un nombre quelconque de couches. According to this process, a given photoresist layer first fulfills a “mold” or “mask” function for galvanic growth and then, in the second step, if a new photoresist layer is deposited on the first, it fulfills the role of sacrificial layer. The same layer successively fulfilling the function of "mold" and that of sacrificial layer the process lends itself to an iterative repetition to produce structures comprising any number of layers.
Mais d'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit donnée à titre d'exemple et prise en référence aux figures annexées sur lesquelles However, other characteristics and advantages of the invention will appear on reading the detailed description which follows given by way of example and taken with reference to the appended figures in which
- la fig. 1 est une vue de côté en coupe d'un contacteur «reed» selon un premier mode de réalisation de la présente invention; - fig. 1 is a side view in section of a “reed” contactor according to a first embodiment of the present invention;
- la fig. 2 est une vue de dessus en coupe prise selon ll-ll de la fig. 1; - fig. 2 is a top view in section taken along ll-ll of FIG. 1;
- les fig. 3 à 18 sont des vues de côté en coupe du contacteur de la fig. 1 à diverses étapes de sa fabrication selon un mode particulier de mise en œuvre du procédé de la présente invention; - fig. 3 to 18 are side views in section of the contactor of FIG. 1 at various stages of its manufacture according to a particular mode of implementation of the method of the present invention;
- les fig. 19 à 20 sont des vues en coupe de côté et de dessus respectivement d'un contacteur «reed» selon un deuxième mode de réalisation de la présente invention; - fig. 19 to 20 are sectional side and top views respectively of a "reed" contactor according to a second embodiment of the present invention;
- la fig. 21 est une vue partiellement arrachée en perspective d'un contacteur «reed» selon un troisième mode de réalisation de la présente invention. - fig. 21 is a partially cutaway perspective view of a “reed” contactor according to a third embodiment of the present invention.
En se référant maintenant aux fig. 1 et 2, qui représentent un contacteur «reed» 1 conforme à l'invention, on voit que celui-ci est formé d'un plan de base 2 sur lequel prennent appui deux poutres 19, 21. On voit plus précisément que les deux poutres 19, 21 sont solidaires du plan de base 2 par l'intermédiaire de deux pieds référencés respectivement 15 et 17. Chacune des poutres 19, 21 forme avec le pied auquel elle est fixée une structure d'électrode (référencées 4 et 6 respectivement). Une coiffe 8 recouvre ces deux électrodes et forme avec le plan de base, une enceinte hermétique pour celles-ci. Comme on le verra plus loin, les contacteurs «reed» conformes au présent mode de réalisation de l'invention sont fabriqués de préférence par lots ou «batch» sur des plaquettes ou «wafers» en silicium et sont, en fin de procédé, séparés les uns des autres par découpage. Le plan de base 2 du contacteur 1 est donc constitué par un rectangle de silicium découpé dans la plaquette ayant servi à la fabrication du lot de contacteurs. Selon un autre mode de réalisation de la présente invention, on pourrait remplacer la plaquette de silicium par une plaque de verre. Referring now to Figs. 1 and 2, which represent a “reed” contactor 1 according to the invention, it can be seen that it is formed of a base plane 2 on which two beams 19, 21 bear. We see more precisely that the two beams 19, 21 are integral with the base plane 2 by means of two feet referenced respectively 15 and 17. Each of the beams 19, 21 forms with the foot to which it is fixed an electrode structure (referenced 4 and 6 respectively) . A cap 8 covers these two electrodes and forms with the base plane, an airtight enclosure for them. As will be seen below, the “reed” contactors in accordance with this embodiment of the invention are preferably manufactured in batches or “batch” on silicon wafers or “wafers” and are, at the end of the process, separated from each other by cutting. The base plane 2 of the contactor 1 therefore consists of a silicon rectangle cut out of the wafer that was used to manufacture the set of contactors. According to another embodiment of the present invention, the silicon wafer could be replaced by a glass plate.
Le plan de base 2 comprend une couche superficielle (dont la présence est indiquée par un épais-sissement des hachures sur les dessins, et qui est référencée 10) formée de dioxyde de silicium et donc électriquement isolante. On voit encore sur la fig. 1 que le plan de base comprend sur sa face supérieure, deux zones électriquement conductrices distinctes 12 et 13 constituées par des plages de métallisation. Comme nous l'expliquerons plus en détail plus loin, ces zones de métallisation sont, selon le mode préféré de réalisation de la présente invention, constituées de deux couches de métal distinctes déposées sur le substrat successivement. On voit encore sur la fig. 1 que, comme nous l'avons déjà dit, les deux poutres 19, 21 sont fixées chacune sur un pied 15, 17 et que de plus ces deux pieds sont fixés sur le plan de base 2 au niveau respectivement des deux plages de métallisation 12 et 13. Les deux poutres 19, 21 s'étendent horizontalement en porte-à-faux à partir des sommets des deux pieds 15, 17 et constituent avec ceux-ci deux structures d'électrodes 4, 6 réalisés chacune en une seule pièce. Toujours dans ce présent mode de réalisation, les deux électrodes sont orientées de façon à ce que les parties distales des poutres s'étendent en direction l'une de l'autre, ou plus précisément que les poutres 19, 21 s'étendent toutes deux dans le plan vertical qui contient les pieds 15, 17 des électrodes. Les électrodes 4, 6 sont, comme nous le verrons plus loin, réalisées par croissance galvanique d'un alliage ferromagnéti5 The base plane 2 comprises a surface layer (the presence of which is indicated by a thickening of the hatching in the drawings, and which is referenced 10) formed of silicon dioxide and therefore electrically insulating. We still see in fig. 1 that the base plane comprises on its upper face, two separate electrically conductive zones 12 and 13 constituted by metallization areas. As will be explained in more detail below, these metallization zones are, according to the preferred embodiment of the present invention, made up of two distinct metal layers deposited on the substrate successively. We still see in fig. 1 that, as we have already said, the two beams 19, 21 are each fixed on a foot 15, 17 and that moreover these two feet are fixed on the base plane 2 at the level of the two metallization areas 12 respectively and 13. The two beams 19, 21 extend horizontally in cantilever from the tops of the two legs 15, 17 and constitute therewith two electrode structures 4, 6 each made in one piece. Still in this present embodiment, the two electrodes are oriented so that the distal parts of the beams extend in the direction of one another, or more precisely that the beams 19, 21 both extend in the vertical plane which contains the feet 15, 17 of the electrodes. The electrodes 4, 6 are, as we will see below, produced by galvanic growth of a ferromagnetic alloy5
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que de préférence du fer et du nickel. Les contacteurs «reed» selon l'invention peuvent être de dimensions considérablement plus petites que celles qui ont été données plus haut en relation avec les contacteurs de l'art antérieur. Dans le mode de réalisation décrit ici d'un contacteur «reed» selon l'invention, la première électrode 6 pourrait avoir une hauteur comprise typiquement entre 20 et 35 pm, alors que la deuxième électrode 4 aurait une hauteur comprise entre 40 et 70 um. Chacune des électrodes pourrait typiquement avoir une longueur de 500 ym (pour la partie flexible) et une largeur de 100 um. Le chevauchement des deux électrodes s'étendrait typiquement sur une longueur de 40 um et l'espace séparant en hauteur les deux extrémités distales des électrodes serait typiquement compris entre 10 et 15 pm en position de repos, c'est-à-dire plus précisément en l'absence de champ magnétique. L'épaisseur des poutres 19 et 21 serait également comprise entre 10 et 15 um de manière à autoriser une certaine flexibilité de celles-ci. Les poutres que nous venons de décrire ont donc la forme de lames rectangulaires allongées et flexibles qui sont disposées sensiblement dans le prolongement l'une de l'autre. En présence d'un champ magnétique extérieur orienté parallèlement à ces lames, celles-ci vont se magnétiser et une force magnétique attractive va apparaître entre les deux extrémités des lames qui sont voisines l'une de l'autre. Les lames étant de faible épaisseur par rapport à leur longueur et donc relativement flexibles, la force attractive va amener les deux extrémités en contact l'une avec l'autre. Dans ces conditions les deux plages de métallisation 12 et 13 seront reliées électriquement l'une à l'autre et le contacteur sera donc fermé. than preferably iron and nickel. The “reed” contactors according to the invention can be of considerably smaller dimensions than those which have been given above in relation to the contactors of the prior art. In the embodiment described here of a “reed” contactor according to the invention, the first electrode 6 could have a height typically between 20 and 35 μm, while the second electrode 4 would have a height between 40 and 70 μm . Each of the electrodes could typically have a length of 500 µm (for the flexible part) and a width of 100 µm. The overlap of the two electrodes would typically extend over a length of 40 μm and the space separating in height the two distal ends of the electrodes would typically be between 10 and 15 μm in the rest position, that is to say more precisely in the absence of magnetic field. The thickness of the beams 19 and 21 would also be between 10 and 15 μm so as to allow a certain flexibility of these. The beams that we have just described therefore have the form of elongated and flexible rectangular blades which are arranged substantially in the extension of one another. In the presence of an external magnetic field oriented parallel to these blades, they will magnetize and an attractive magnetic force will appear between the two ends of the blades which are close to each other. The blades being thin compared to their length and therefore relatively flexible, the attractive force will bring the two ends into contact with each other. Under these conditions the two metallization areas 12 and 13 will be electrically connected to each other and the contactor will therefore be closed.
Le mélange de fer et de nickel utilisé pour la réalisation des électrodes présente de préférence une faible hystérèse magnétique de façon à ce qu'au moment de la disparition du champ magnétique extérieur, la magnétisation des deux poutres 19, 21 disparaisse également et que leurs deux extrémités distales cessent de s'attirer. Dans ces conditions, l'élasticité du métal rappelle les poutres vers leur position de repos dans laquelle les deux plages de métallisation 12, 13 ne sont plus reliées électriquement. The mixture of iron and nickel used for the production of the electrodes preferably has a weak magnetic hysteresis so that, when the external magnetic field disappears, the magnetization of the two beams 19, 21 also disappears and their two distal ends cease to attract each other. Under these conditions, the elasticity of the metal recalls the beams towards their rest position in which the two metallization areas 12, 13 are no longer electrically connected.
Nous allons maintenant compléter la description du présent mode de réalisation du contacteur selon l'invention en décrivant un mode particulier de mise en oeuvre du procédé de la présente invention qui permet de réaliser de manière avantageuse le contacteur «reed» qui vient d'être décrit en relation avec les fig. 1 et 2. We will now complete the description of this embodiment of the contactor according to the invention by describing a particular mode of implementation of the method of the present invention which makes it possible to advantageously produce the “reed” contactor which has just been described. in relation to figs. 1 and 2.
Comme nous l'avons déjà dit, le présent mode de mise en œuvre du procédé permet la fabrication de contacteur «reed» par lots ou «batch» sur une plaquette en silicium qui est finalement découpée pour séparer les uns des autres les contacteurs produits. As we have already said, the present mode of implementation of the process allows the manufacture of “reed” contactor in batches or “batch” on a silicon wafer which is finally cut to separate the contactors produced from each other.
Les fig. 3 à 18 qui décrivent les étapes du procédé de fabrication ne montrent chacune qu'un seul contacteur, mais il est bien évident que ces figures sont en fait des vues partielles d'une plaquette sur laquelle de nombreux contacteurs sont disposés les uns à côté des autres, un seul de ceux-ci étant visible sur la vue partielle. Figs. 3 to 18 which describe the stages of the manufacturing process each show only one contactor, but it is obvious that these figures are in fact partial views of a plate on which numerous contactors are arranged one beside the others, only one of these being visible in the partial view.
Une couche de dioxyde de silicium 10 est tout d'abord créée à la surface du silicium par oxydation de la plaquette dans un four en présence d'oxygène. Cette première opération fournit un substrat isolant sur lequel on va ensuite créer durant une deuxième étape, des zones conductrices distinctes 12, 13 isolées les unes des autres. Cette opération est réalisée en créant sur le silicium oxydé des plages de métallisation 12, 13 conformes à ce qui est représenté à la fig. 3. Une couche mince, dite couche d'accrochage en titane 12a, 13a est d'abord déposée sur l'intégralité de la surface de la plaquette par évaporation thermique. L'utilisation de titane est particulièrement avantageuse car ce métal adhère bien au dioxyde de silicium. Une métallisation d'or 12b, 13b est de préférence ensuite déposée sur le titane pour améliorer l'efficacité du dépôt galvanique. Ces couches de métallisation déposées par évaporation thermique sont extrêmement minces environ (0,25 um). Les deux couches de métallisation ainsi produites sont ensuite gravées selon une technique classique pour produire un réseau de plages conductrices qui sont de préférence connexes sur la plaquette isolante. En effet, pour permettre ultérieurement au dépôt galvanique de se produire, chacune des plages de métallisation devra être maintenue sous tension à l'aide d'une alimentation. Le fait de prévoir une configuration dans laquelle les plages de métallisation sont connexes a donc l'avantage de permettre de les placer toutes simultanément sous tension à l'aide du même contacteur électrique. A ce point du procédé de fabrication, le contacteur est semblable à ce qui est représenté sur la fig. 3. A layer of silicon dioxide 10 is first created on the surface of the silicon by oxidation of the wafer in an oven in the presence of oxygen. This first operation provides an insulating substrate on which we will then create during a second step, separate conductive zones 12, 13 isolated from each other. This operation is carried out by creating metallization areas 12, 13 on the oxidized silicon in accordance with what is shown in FIG. 3. A thin layer, called titanium bonding layer 12a, 13a is first deposited on the entire surface of the wafer by thermal evaporation. The use of titanium is particularly advantageous because this metal adheres well to silicon dioxide. A gold metallization 12b, 13b is preferably then deposited on the titanium to improve the efficiency of the galvanic deposition. These metallization layers deposited by thermal evaporation are approximately extremely thin (0.25 µm). The two metallization layers thus produced are then etched according to a conventional technique to produce a network of conductive pads which are preferably connected on the insulating plate. Indeed, to allow subsequent galvanic deposition to occur, each of the metallization areas must be kept under tension using a power supply. The fact of providing a configuration in which the metallization areas are connected therefore has the advantage of making it possible to place them all simultaneously under voltage using the same electrical contactor. At this point in the manufacturing process, the contactor is similar to that shown in FIG. 3.
Après l'opération de configuration de la métallisation, on dépose une couche de photorésist épais 23 (fig. 4) sur la surface de la plaquette. Ce photorésist épais est de préférence déposé par centrifu-gation. Le photorésist est ensuite configuré à l'aide d'un deuxième masque (non représenté) pour dégager au-dessus des plages de métallisation 12,13 des ouvertures 25, 26, 27 et 28 dites trous de moulage aux endroits où aura lieu ultérieurement la croissance galvanique. Les blocs métalliques qui seront ainsi formés dans les trous de moulage 25 et 28 constitueront les deux plots de contact 56 permettant de relier le contacteur «reed» à un circuit électronique extérieur, alors que les deux blocs métalliques qui seront formés dans les trous de moulage 26, 27 constituerons respectivement la base du pied 15 et le pied 17. After the metallization configuration operation, a layer of thick photoresist 23 (fig. 4) is deposited on the surface of the wafer. This thick photoresist is preferably deposited by centrifugation. The photoresist is then configured using a second mask (not shown) to clear above the metallization areas 12, 13 of the openings 25, 26, 27 and 28 called molding holes at the places where the galvanic growth. The metal blocks which will thus be formed in the molding holes 25 and 28 will constitute the two contact pads 56 making it possible to connect the “reed” contactor to an external electronic circuit, while the two metal blocks which will be formed in the molding holes 26, 27 respectively constitute the base of the foot 15 and the foot 17.
Une fois le photorésist épais configuré, le futur contacteur est semblable à ce qui est représenté à la fig. 4. On fait ensuite croître des blocs métalliques 31, 32, 33 et 34 en un alliage de fer et de nickel ou en or par exemple, par dépôt galvanique dans les orifices 25, 26, 27 et 28 ménagés dans le photorésist épais. Le photorésist joue donc à ce stade le rôle de moule. A la fin de la croissance galvanique, le substrat est semblable à ce qui est représenté à la fig. 5. Once the thick photoresist has been configured, the future contactor is similar to that shown in fig. 4. Metal blocks 31, 32, 33 and 34 are then grown in an alloy of iron and nickel or in gold for example, by galvanic deposition in the orifices 25, 26, 27 and 28 formed in the thick photoresist. The photoresist therefore plays the role of mold at this stage. At the end of the galvanic growth, the substrate is similar to what is shown in fig. 5.
Une nouvelle double métallisation 36a, 36b extrêmement mince formée d'une couche d'accrochage A new extremely thin double metallization 36a, 36b formed of a bonding layer
5 5
10 10
15 15
20 20
25 25
30 30
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
65 65
4 4
7 7
CH 688 213 A5 CH 688 213 A5
8 8
en titane recouverte par une couche d'or est ensuite déposée par évaporation thermique sur toute la surface de la plaquette conformément à ce qui est représenté dans la fig. 6. made of titanium covered by a layer of gold is then deposited by thermal evaporation over the entire surface of the wafer in accordance with what is shown in FIG. 6.
Un nouveau photorésist épais 38 est ensuite déposé sur la deuxième métallisation et configuré pour former un moule prévu pour recevoir un deuxième dépôt galvanique. La deuxième couche de photorésist épais configurée est représentée sur la fig. 7. Les trous de moulages 40, 41 ménagés dans le photorésist épais 38 ne s'étendent pas exactement à la verticale des blocs métalliques 32, 33 qui ont été formé dans la première couche de photorésist 23. On notera plus particulièrement que le trou de moulage 41 s'étend loin au-delà du bloc métallique 33, la première couche de photorésist 23 joue donc maintenant le rôle de couche sacrificielle permettant la réalisation de structures suspendues. A new thick photoresist 38 is then deposited on the second metallization and configured to form a mold intended to receive a second galvanic deposit. The second configured thick photoresist layer is shown in fig. 7. The mold holes 40, 41 formed in the thick photoresist 38 do not extend exactly vertically to the metal blocks 32, 33 which have been formed in the first layer of photoresist 23. It will be noted more particularly that the molding 41 extends far beyond the metal block 33, the first photoresist layer 23 therefore now plays the role of sacrificial layer allowing the production of suspended structures.
On réalise ensuite un dépôt galvanique d'un matériau ferromagnétique du fer-nickel par exemple, dans les orifices 40, 41 ménagés dans la deuxième couche de photorésist 38 pour constituer d'une part un deuxième étage 43 pour le pied 15 de la deuxième électrode 4 et d'autre part la poutre formant la première électrode 6. On arrête la croissance galvanique avant que l'alliage de fer-nickel n'ait atteint le niveau de la surface du photorésist 38. La fig. 8 représente la plaquette à ce stade du procédé. Précisons que, de manière tout à fait générale, selon le procédé de la présente invention, il n'est pas nécessaire qu'il y ait superposition même partielle entre les blocs métalliques formés par croissance galvanique dans une couche de photorésist et ceux formés dans la couche suivante. Les structures métalliques formées dans la couche supérieure pouvant le cas échéant, être entièrement suspendues ou libres. Galvanic deposition of a ferromagnetic material of iron-nickel is then carried out, for example, in the orifices 40, 41 formed in the second photoresist layer 38 to constitute, on the one hand, a second stage 43 for the base 15 of the second electrode. 4 and on the other hand the beam forming the first electrode 6. The galvanic growth is stopped before the iron-nickel alloy has reached the level of the surface of the photoresist 38. FIG. 8 shows the wafer at this stage of the process. Note that, quite generally, according to the method of the present invention, it is not necessary that there is even partial superposition between the metal blocks formed by galvanic growth in a layer of photoresist and those formed in the next layer. The metal structures formed in the upper layer can, if necessary, be entirely suspended or free.
On dépose ensuite, sur le fer-nickel, par croissance galvanique toujours, un engraissement d'or 45 prévu pour améliorer le contact électrique entre les deux électrodes 4, 6 lorsque leurs parties distales 19, 21 se touchent durant le fonctionnement du contacteur. On voit sur la fig. 9 l'état du contacteur une fois que le dépôt de l'engraissement d'or est terminé. Then deposited on iron-nickel, still by galvanic growth, a gold fattening 45 provided to improve the electrical contact between the two electrodes 4, 6 when their distal parts 19, 21 touch during operation of the contactor. We see in fig. 9 the state of the contactor once the deposit of the gold fattening is finished.
Une troisième couche de photorésist épais 47 est ensuite réalisée sur toute la surface de la plaquette. L'épaisseur du photorésist déposé durant cette étape est égale à l'écart séparant les deux poutres 19, 21 dans le sens de la hauteur dans le contacteur 1 terminé. Cette troisième couche de photorésist 47 est également configurée pour réaliser un trou de moulage 48 prévu pour recevoir à l'étape suivante le troisième niveau du pied 15 de la deuxième électrode 4. Le troisième niveau de photorésist 47 configuré est visible sur la fig. 10. A third layer of thick photoresist 47 is then produced over the entire surface of the wafer. The thickness of the photoresist deposited during this step is equal to the difference separating the two beams 19, 21 in the direction of the height in the finished contactor 1. This third layer of photoresist 47 is also configured to produce a molding hole 48 intended to receive in the next step the third level of the foot 15 of the second electrode 4. The third level of photoresist 47 configured is visible in FIG. 10.
Un troisième dépôt galvanique de fer-nickel ou d'or par exemple est ensuite réalisé à l'intérieur de l'orifice pratiqué dans le photorésist conformément à ce qui est représenté à la fig. 11. A third galvanic deposition of iron-nickel or gold, for example, is then carried out inside the orifice made in the photoresist in accordance with what is shown in FIG. 11.
Une nouvelle double couche mince de titane et d'or 50a, 50b est ensuite réalisée sur toute l'étendue de la plaquette par évaporation thermique conformément à ce qui est représenté sur la fig. 12. A new thin double layer of titanium and gold 50a, 50b is then produced over the entire extent of the wafer by thermal evaporation in accordance with what is shown in FIG. 12.
Une quatrième couche de photorésist épais 52 est ensuite réalisée sur toute l'étendue de la plaquette. Ce photorésist est alors configuré pour réaliser un orifice 54 pour le moulage de la poutre 19 formant la deuxième électrode 4 qui sera elle aussi réalisée par dépôt galvanique dans une étape ultérieure. La quatrième couche de photorésist 52 configurée est également visible sur la fig. 13. A fourth layer of thick photoresist 52 is then produced over the entire extent of the wafer. This photoresist is then configured to produce an orifice 54 for molding the beam 19 forming the second electrode 4 which will also be produced by galvanic deposition in a subsequent step. The fourth configured photoresist layer 52 is also visible in FIG. 13.
Une couche d'or 53 est d'abord constituée par dépôt galvanique dans le fond du trou de moulage 54 pratiqué dans le photorésist 52. Cette couche d'or 53 constitue un engraissement sur la poutre 19 formant la deuxième électrode 4 qui servira comme l'engraissement d'or 45 qui a été réalisé précédemment sur la poutre 21 formant la première électrode 6 pour favoriser le contact électrique entre celles-ci. La figure 14 représente le contacteur à la fin de l'étape du dépôt de ce deuxième engraissement 5 d'or. A layer of gold 53 is first formed by galvanic deposition in the bottom of the molding hole 54 made in the photoresist 52. This layer of gold 53 constitutes a fattening on the beam 19 forming the second electrode 4 which will serve as the 'gold fattening 45 which was previously carried out on the beam 21 forming the first electrode 6 to promote electrical contact therebetween. FIG. 14 represents the contactor at the end of the step of depositing this second fattening 5 of gold.
Le noyau en fer-nickel de la poutre 19 formant la deuxième électrode 4 est ensuite réalisé par un dernier dépôt galvanique. La fig. 15 représente le contacteur «reed» 1 selon l'invention une fois toutes les étapes de dépôt galvanique terminées. L'écartement entre les deux électrodes 4, 6 étant dans ce mode de réalisation déterminé uniquement par l'épaisseur de la troisième couche de photorésist épais, il sera possible de produire des contacteurs avec des tolérances extrêmement fines dans le positionnement des électrodes. The iron-nickel core of the beam 19 forming the second electrode 4 is then produced by a final galvanic deposition. Fig. 15 shows the “reed” contactor 1 according to the invention once all the steps of galvanic deposition have been completed. The spacing between the two electrodes 4, 6 being in this embodiment determined solely by the thickness of the third layer of thick photoresist, it will be possible to produce contactors with extremely fine tolerances in the positioning of the electrodes.
Le contacteur est ensuite soumis à un réactif d'attaque pour dégager soit en une seule opération soit par étapes, les deux électrodes 4, 6 et donc éliminer aussi bien les couches de photorésist 23, 38, 47 et 52 que les métallisations d'or et de titane 36 et 50. On voit sur la fig. 16 les deux électrodes 4, 6 du contacteur terminées. Les électrodes 4, 6 étant essentiellement réalisées dans un alliage de fer-nickel, elles sont ferromagnétiques et donc fortement magnétisables. La réalisation des poutres 19, 21 selon le procédé par couches successives qui vient d'être décrit permet de donner à celle-ci une épaisseur déterminée. Cette épaisseur étant choisie de manière à fournir la flexibilité nécessaire pour permettre aux extrémités distales des deux poutres de venir se toucher en présence d'un champ magnétique relativement faible. Pour éviter tout risque d'oxydation de l'alliage de fer-nickel, les électrodes sont ensuite placées dans une enceinte hermétique remplie d'un gaz inerte. A cet effet, on colle sur la plaquette un capot alvéolé 8 réalisé par exemple en verre micro-usiné qui une fois collé sur la plaquette enfermera chaque paire d'électrodes 4, 6 dans une alvéole individuelle (l'épaisseur de colle joignant le capot au substrat est référencée 60 sur la fig. 17). La fig. 17 représente partiellement la plaquette sur laquelle le 5 capot alvéolé 8 a été collé. The contactor is then subjected to an attack reagent to release either in a single operation or in stages, the two electrodes 4, 6 and therefore eliminate both the photoresist layers 23, 38, 47 and 52 as well as the gold metallizations. and of titanium 36 and 50. We see in fig. 16 the two electrodes 4, 6 of the contactor completed. Since the electrodes 4, 6 are essentially made of an iron-nickel alloy, they are ferromagnetic and therefore highly magnetizable. The production of the beams 19, 21 according to the process by successive layers which has just been described makes it possible to give the latter a determined thickness. This thickness being chosen so as to provide the flexibility necessary to allow the distal ends of the two beams to come into contact in the presence of a relatively weak magnetic field. To avoid any risk of oxidation of the iron-nickel alloy, the electrodes are then placed in a hermetic enclosure filled with an inert gas. To this end, a honeycomb cover 8 made for example from micro-machined glass is glued onto the wafer which, once glued to the wafer, will enclose each pair of electrodes 4, 6 in an individual cell (the thickness of adhesive joining the cover to the substrate is referenced 60 in Fig. 17). Fig. 17 partially shows the plate on which the honeycomb cover 8 has been glued.
A ce stade de la réalisation, une plaquette unique recouverte d'un capot 8 comprenant une multiplicité d'alvéoles (seul un fragment de cet assemblage étant représenté sur la fig. 17) regroupe tout un lot de contacteurs. L'assemblage de la plaquette et du capot définit donc une multiplicité de cavités dont approximativement la moitié enferme la paire At this stage of production, a single plate covered with a cover 8 comprising a multiplicity of cells (only a fragment of this assembly being shown in FIG. 17) groups together a whole batch of contactors. The assembly of the plate and the cover therefore defines a multiplicity of cavities of which approximately half encloses the pair.
5 5
10 10
15 15
20 20
25 25
30 30
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
65 65
5 5
9 9
CH 688 213 A5 CH 688 213 A5
10 10
d'électrodes d'un contacteur, alors que les autres cavités enferment des plots de contact 56. of contactor electrodes, while the other cavities enclose contact pads 56.
La distribution exacte des contacteurs et des plots de contact 56 dans les différentes alvéoles dépend naturellement de la forme particulière des masques utilisés pour la configuration des couches de photorésist. Le lot de contacteurs assemblés doit maintenant être scié pour séparer les contacteurs les uns des autres. The exact distribution of contactors and contact pads 56 in the different cells naturally depends on the particular shape of the masks used for the configuration of the photoresist layers. The assembled set of contactors must now be sawn to separate the contactors from each other.
Cette opération s'effectue de préférence en deux étapes. Dans une première étape la matière du capot est entaillée sur une profondeur suffisante pour la rendre aisément cassable. Cette opération produit les entailles 58 visibles sur la fig. 18. Une fois cette opération effectuée la plaquette est, dans une deuxième étape, découpée pour séparer tous les contacteurs individuels les uns des autres. Une fois la séparation des différents contacteurs réalisés, il est facile de casser les fragments de capot qui sont situés au-dessus de chacun des plots de contact 56 puisque ces fragments ont déjà été entaillés durant la première étape de sciage. Une fois ces fragments de capot retirés, les plots de contact 56 sont aisément accessibles pour réaliser les connexions du contacteur terminé avec un circuit électrique extérieur. L'étape de découpage qui vient d'être décrite fournit typiquement plusieurs milliers de contacteurs à partir d'une plaquette de 10 cm de diamètre. This operation is preferably carried out in two stages. In a first step, the cover material is cut to a depth sufficient to make it easily breakable. This operation produces the notches 58 visible in FIG. 18. Once this operation has been carried out, the wafer is, in a second step, cut to separate all of the individual contactors from each other. Once the separation of the different contactors has been made, it is easy to break the cover fragments which are situated above each of the contact pads 56 since these fragments have already been cut during the first sawing step. Once these cover fragments have been removed, the contact pads 56 are easily accessible for making the connections of the finished contactor with an external electrical circuit. The cutting step which has just been described typically provides several thousand contactors from a 10 cm diameter wafer.
Les fig. 19 et 20 représentent un contacteur «reed» selon un deuxième mode de réalisation de la présente invention. Dans ce deuxième mode de réalisation, la poutre 121 formant la première électrode 106 est fixée directement à la plage conductrice 113 du substrat 102, contrairement à la deuxième électrode 104, l'électrode 106 ne comprend donc pas de pied. Dans ce mode de réalisation, on n'utilise que trois couches de photorésist épais pour la fabrication du contacteur au lieu de quatre dans le mode de réalisation décrit plus haut. La première électrode 106 n'étant évidemment pas flexible dans le présent mode de réalisation, la poutre 119 de la deuxième électrode 104 devra à elle seule marquer un fléchissement suffisant en présence d'un champ magnétique extérieur pour fermer le contacteur. Figs. 19 and 20 show a "reed" contactor according to a second embodiment of the present invention. In this second embodiment, the beam 121 forming the first electrode 106 is fixed directly to the conductive pad 113 of the substrate 102, unlike the second electrode 104, the electrode 106 therefore does not include a foot. In this embodiment, only three layers of thick photoresist are used for the manufacture of the contactor instead of four in the embodiment described above. The first electrode 106 is obviously not flexible in the present embodiment, the beam 119 of the second electrode 104 will alone have to show sufficient deflection in the presence of an external magnetic field to close the contactor.
La fig. 21 représente un contacteur «reed» selon un troisième mode de réalisation de la présente invention. Comme on peut le voir sur la figure, dans ce mode de réalisation la poutre 219 de l'électrode 204 et la poutre 221 de l'électrode 206 sont disposées dans le même plan parallèle au plan de base 202. La flexion des poutres qui produit l'ouverture ou la fermeture du contacteur s'effectue ici latéralement c'est-à-dire parallèlement au plan de base 202. Cette variante de l'invention présente l'avantage de nécessiter moins d'étapes de dépôt et de configuration pour sa réalisation. Fig. 21 shows a "reed" contactor according to a third embodiment of the present invention. As can be seen in the figure, in this embodiment the beam 219 of the electrode 204 and the beam 221 of the electrode 206 are arranged in the same plane parallel to the base plane 202. The bending of the beams which produces the contactor is opened or closed here laterally, that is to say parallel to the base plane 202. This variant of the invention has the advantage of requiring fewer deposition and configuration steps for its production.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CH32393A CH688213A5 (en) | 1993-02-03 | 1993-02-03 | Reed contact micro-switch |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CH32393A CH688213A5 (en) | 1993-02-03 | 1993-02-03 | Reed contact micro-switch |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CH688213A5 true CH688213A5 (en) | 1997-06-13 |
Family
ID=4184403
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CH32393A CH688213A5 (en) | 1993-02-03 | 1993-02-03 | Reed contact micro-switch |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CH (1) | CH688213A5 (en) |
-
1993
- 1993-02-03 CH CH32393A patent/CH688213A5/en not_active IP Right Cessation
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PL | Patent ceased |