DE19935678A1 - Relay has contacts, spring element, actuating element formed by mechanical microstructures electrically connected to upper side of bearer substrate and in plane parallel to substrate upper side - Google Patents

Abstract

The relay has a fixed contact (1), a movable contact (2) on a spring element (5) and an actuating element (3) that brings the movable contact into contact with the fixed contact when a stimulating current is applied. At least the contacts, spring element and actuating element are formed by mechanical microstructures that are electrically connected to the upper side of a bearer substrate and extend in a plane parallel to the upper side of a bearer substrate. An Independent claim is also included for a method of manufacturing a relay.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft ein Relais mit den im Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.The invention relates to a relay with the in the preamble of independent claim 1 specified features.

Bekannte Relais weisen einen Steuerstromkreis und einen von dem Steuerstromkreis elektrisch getrennten Laststromkreis auf. Der Steuerstromkreis umfaßt üblicherweise eine Spule mit Spulenkern, welche durch ihr Magnetfeld in Abhängigkeit von einer an der Spule angelegten Erregerspannung ein Betäti­ gungselement auslenkt, welches typischerweise als Anker aus­ gebildet ist. Durch das Magnetfeld der Spule wird der Anker angezogen, wobei durch die Auslenkung des Ankers ein bewegli­ cher Schaltkontakt an einem Festkontakt zum Anschlag gebracht wird und der Laststromkreis geschlossen wird.Known relays have a control circuit and one of the control circuit electrically isolated load circuit on. The control circuit usually includes a coil Coil core, which is dependent on its magnetic field an actuator applied to an excitation voltage supply element deflects, which typically as an anchor is formed. The armature is caused by the magnetic field of the coil attracted, a movable by the deflection of the armature Switching contact brought to a stop at a fixed contact and the load circuit is closed.

Der Aufbau eines Relais mit einem elektrisch von dem Last­ stromkreis getrennten Steuerstromkreis in Oberflächenmikrome­ chanik auf einem Trägersubstrat stellt besondere Anforderun­ gen an die Auswahl und Größe der elektrischen Bauelemente. Spulen mit Eisenkern können hier nicht verwandt werden. Pro­ blematisch hierbei ist insbesondere die elektrische Trennung von Steuerstromkreis und Laststromkreis.Building a relay with an electrical from the load circuit separate control circuit in surface microme Mechanics on a carrier substrate have special requirements the selection and size of the electrical components. Coils with an iron core cannot be used here. Per electrical separation is particularly problematic of control circuit and load circuit.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Das erfindungsgemäße Relais mit dem kennzeichnenden Merkmal des Anspruchs 1 ermöglicht den Aufbau eines vollwertigen Re­ lais in Oberflächenmikromechanik auf der Oberseite eines Trä­ gersubstrats mit einem Steuerstromkreis und einem von dem Steuerstromkreis elektrisch isolierten Laststromkreis. Durch eine gezielte Anpassung der Geometrie der metallischen Mi­ krostrukturen auf der Oberseite des Trägersubstrats, kann das Relais in sehr einfacher Weise an ein vorgegebenes Anforde­ rungsprofil angepaßt werden. Die elektrische Trennung von Steuerstromkreis und Laststromkreis erfolgt vorteilhaft über ein durch eine metallische Mikrostruktur gebildetes auslenk­ bares Betätigungselement, welches auf den beweglichen Schalt­ kontakt einwirkt und durch eine auf die Seitenwände der Mi­ krostrukturen zumindest partiell aufgebrachte Isolations­ schicht von dem Schaltkontakt elektrisch isoliert ist. Das Relais kann vorteilhaft einzeln oder zusammen mit anderen Bauelementen auf einem Trägersubstrat hergestellt werden, wo­ bei die Herstellung der metallischen Mikrostrukturen beson­ ders kostengünstig ist.The relay according to the invention with the characteristic feature of claim 1 enables the construction of a full Re lais in surface micromechanics on top of a door gersubstrats with a control circuit and one of the Control circuit of electrically isolated load circuit. By a targeted adjustment of the geometry of the metallic Mi microstructures on the top of the carrier substrate, can Relay in a very simple way to a specified requirement tion profile can be adjusted. The electrical separation of Control circuit and load circuit are advantageously carried out via a deflection formed by a metallic microstructure bares actuating element, which on the movable switch contact acts and through a on the side walls of the Mi crostructures at least partially applied insulation layer is electrically insulated from the switch contact. The Relays can advantageously be used individually or together with others Components are produced on a carrier substrate where in the manufacture of the metallic microstructures which is inexpensive.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfin­ dung werden durch die in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale ermöglicht.Advantageous refinements and developments of the Erfin are determined by those specified in the subclaims Features.

Vorteilhaft sind der Schaltkontakt und das Betätigungselement Bestandteile zweier verschiedener, räumlich getrennter Mi­ krostrukturen, die an ihren Seitenwänden zumindest teilweise mit der Isolationsschicht beschichtet sind. Auf diese Weise wird eine einfache Isolierung des Laststromkreises von dem Steuerstromkreis erreicht.The switch contact and the actuating element are advantageous Components of two different, spatially separated Mi crostructures on their side walls at least partially are coated with the insulation layer. In this way is a simple isolation of the load circuit from the Control circuit reached.

Vorteilhaft ist das auslenkbare Betätigungselement entgegen der Spannkraft wenigstens eines zweiten elastisch biegsamen Federelementes gegen den Schaltkontakt auslenkbar. Das we­ nigstens eine zweite Federelement kann in einfacher Weise als elastisch biegsamer Abschnitt an der das Betätigungsele­ ment bildenden metallischen Mikrostruktur ausgebildet sein.The deflectable actuating element is advantageously opposed the resilience of at least one second elastically flexible  Spring element deflectable against the switch contact. The we at least a second spring element can be easily as an elastically flexible section on which the actuating element ment-forming metallic microstructure.

Besonders vorteilhaft ist, wenn die Steuereinrichtung wenig­ stens einen Kondensator aufweist, an den die Erregerspannung angelegt wird. Die Kondensatorstrukturen können dann eben­ falls durch metallische Mikrostrukturen auf der Oberseite des Trägersubstrats gebildet werden. Der Aufbau des Relais kann dadurch vorteilhaft in einer einheitlichen Herstel­ lungstechnik erfolgen. Die Steuereinrichtung kann als metal­ lische Mikrostrukturen ausgebildete feststehende Elektroden und den feststehenden Elektroden gegenüberliegende bewegli­ che Elektroden umfassen, die mit den feststehenden Elektro­ den Kondensatoren bilden. Die beweglichen Elektroden können an dem Betätigungselement angeordnet sein. Wird die Erreger­ spannung zwischen den feststehenden Elektroden und den be­ weglichen Elektroden der Steuereinrichtung angelegt, so wird das Betätigungselementes in Abhängigkeit von der Erreger­ spannung durch die elektrostatische Anziehungskraft der Kon­ densatorelektroden gegen den Schaltkontakt ausgelenkt.It is particularly advantageous if the control device does little least has a capacitor to which the excitation voltage is created. The capacitor structures can then be flat if by metallic microstructures on the top of the carrier substrate are formed. The structure of the relay can be advantageous in a uniform manuf lung technology. The control device can be metal mical microstructures formed fixed electrodes and moveable opposite the fixed electrodes che electrodes include that with the fixed electrical form the capacitors. The movable electrodes can be arranged on the actuating element. Becomes the pathogen voltage between the fixed electrodes and the be movable electrodes of the control device, so the actuating element depending on the exciter voltage due to the electrostatic attraction of the con capacitor electrodes deflected against the switching contact.

In einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß das Betäti­ gungselement zwei um einen gemeinsamen Drehpunkt schwenkbare Hebelarme aufweist, wobei ein erster Hebelarm mit der Steu­ ereinrichtung verbunden ist und ein zweiter Hebelarm bei ei­ ner Drehung um den Drehpunkt mit seinem freien Ende auf den Schaltkontakt einwirkt. Die feststehenden Elektroden und die beweglichen Elektroden stehen von konzentrisch um den Dreh­ punkt des ersten und zweiten Hebelarms angeordneten Stegen ab, wobei der mit den beweglichen Elektroden versehene Steg an dem ersten Hebelarm des Betätigungselementes angeordnet ist. Durch die Hebelübersetzung wird vorteilhaft erreicht, daß auch bei relativ kleinen Erregerspannungen große Auslen­ kungen des auf den Schaltkontakt einwirkenden Abschnitts des Betätigungselementes möglich, sind.In one embodiment it is provided that the actuator supply element two pivotable about a common pivot point Has lever arms, a first lever arm with the tax establishment is connected and a second lever arm at egg ner rotation around the pivot with its free end on the Switch contact acts. The fixed electrodes and the movable electrodes are concentric around the rotation point of the first and second lever arms arranged webs from, the web provided with the movable electrodes arranged on the first lever arm of the actuating element is. The lever transmission advantageously achieves that large deflections even with relatively small excitation voltages  of the section of the switch contact Actuator are possible.

In einem zweiten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß das Betätigungselement einen stabförmigen Grundkörper aufweist, der in Richtung seiner Längsachse entgegen der Spannkraft des wenigstens einen zweiten Federelementes auslenkbar ist. Die feststehenden Elektroden und die beweglichen Elektroden sind senkrecht zur Längsrichtung des stabförmigen Grundkör­ pers angeordnet, wobei die beweglichen Elektroden an dem stabförmigen Grundkörper festgelegt sind. Da kein Hebelarm vorgesehen ist, ist dieses Ausführungsbeispiel etwas einfa­ cher in der Herstellung, benötigt aber größere Erregerspan­ nungen, um eine zur Betätigung des Schaltkontaktes ausrei­ chend große Auslenkung des Betätigungselementes zu errei­ chen.In a second embodiment it is provided that Actuating element has a rod-shaped base body, in the direction of its longitudinal axis against the clamping force of the at least one second spring element can be deflected. The fixed electrodes and the movable electrodes are perpendicular to the longitudinal direction of the rod-shaped base body pers arranged, the movable electrodes on the rod-shaped base body are fixed. Since no lever arm is provided, this embodiment is somewhat simple production, but requires larger excitation chips to one to operate the switch contact chend large deflection of the actuator to achieve chen.

Vorteilhaft ist, wenn die elastisch biegsamen Federelemente wenigstens einen im wesentlichen U-förmig gebogenen Ab­ schnitt aufweisen.It is advantageous if the elastically flexible spring elements at least one substantially U-shaped bent Ab have cut.

Da die Federelemente durch Metallstrukturen gebildet werden, kann der an einem elastisch biegsamen Federelement festge­ legte Schaltkontakt über dieses Federelement zugleich mit einer Kontaktierung auf der Oberseite des Trägersubstrats elektrisch verbunden sein.Since the spring elements are formed by metal structures, can the festge on an elastically flexible spring element put switch contact over this spring element at the same time a contact on the top of the carrier substrate be electrically connected.

Vorteilhaft können die metallischen Mikrostrukturen mittels eines galvanischen Abscheidungsprozesses erzeugt werden.The metallic microstructures can advantageously be used a galvanic deposition process.

An der Oberseite des Trägersubstrats kann unterhalb der me­ tallischen Mikrostrukturen eine Passivierungsschicht vorge­ sehen sein, in welcher Ausnehmungen für die Kontaktierungen der Mikrostrukturen eingelassen sind. Durch die Passivie­ rungsschicht wird erreicht, daß ein elektrischen Kontakt der Mikrostrukturen mit dem Trägersubstrat nur über die Kontak­ tierungen auf der Oberseite des Trägersubstrats möglich ist.At the top of the carrier substrate can below the me metallic microstructures a passivation layer see in which recesses for the contacts of the microstructures are embedded. Through the passivie is achieved that an electrical contact of the  Microstructures with the carrier substrate only via the contacts tations on the top of the carrier substrate is possible.

Vorteilhaft kann die Isolationsschicht ein auf die Mi­ krostrukturen aufgebrachtes Oxid sein. Die metallischen Mi­ krostrukturen können vorteilhaft aus Nickel oder einer Nic­ kellegierung bestehen.The insulation layer can advantageously be applied to the Mi crostructed oxide. The metallic Mi Crostructures can advantageously be made of nickel or a Nic kelle alloy exist.

Vorteilhaft ist weiterhin ein Verfahren zur Herstellung ei­ nes Relais nach Anspruch 1, bei dem in einer auf der Ober­ seite eines Trägersubstrats angeordneten Polymerschicht Aus­ nehmungen eingebracht werden, deren Seitenwände wenigstens teilweise mit einer Isolationsschicht versehen werden, und bei dem die Ausnehmungen in einem galvanischen Abscheidungs­ prozeß mit metallischen Mikrostrukturen aufgefüllt werden, welche wenigstens den Festkontakt, den Schaltkontakt., das wenigstens eine erste Federelement und das Betätigungsele­ ment des Relais bilden.A method for producing egg is also advantageous nes relay according to claim 1, in which in one on the upper Side of a carrier substrate arranged polymer layer Aus Takes are introduced, the side walls at least partially provided with an insulation layer, and in which the recesses in a galvanic deposition process are filled with metallic microstructures, which at least the fixed contact, the switching contact., the at least a first spring element and the actuating element form the relay.

Zeichnungendrawings

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung nä­ her erläutert. Es zeigtEmbodiments of the invention are in the drawings shown and are nä in the following description ago explained. It shows

Fig. 1 eine Draufsicht auf die Oberseite eines Trägersub­ strats mit den Relaisstrukturen nach einem ersten Ausfüh­ rungsbeispiel der Erfindung, Fig. 1 is a plan view of the top of a Trägersub strats with the relay structures according to a first exporting approximately example of the invention,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Steuereinrichtung und das Be­ tätigungselement nach einem zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung, Fig. 2 is a plan view of the control device and the loading tätigungselement according to a second embodiment of the invention,

Fig. 3 einen Herstellungsschritt der metallischen Mi­ krostrukturen und Fig. 3 shows a manufacturing step of the metallic microstructures and

Fig. 4 die fertig hergestellten Strukturen aus Fig. 3 in ei­ nem Querschnitt längs der Linie A-A in Fig. 1. Fig. 4 shows the structures finished manufactured from Fig. 3 in egg nem cross section along the line AA in FIG. 1.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments

Zunächst sei auf das Herstellungsverfahren der Relaisstruktu­ ren auf dem Trägersubstrat eingegangen. Wie in Fig. 3 darge­ stellt ist, wird auf die Oberseite 17 eines Trägersubstrats 10, beispielsweise ein Siliciumsubstrat, eine Passivierungs­ schicht 11 aufgebracht, welche Ausnehmungen aufweist, in de­ nen Kontaktierungen 8 angeordnet sind. Über die Kontaktierun­ gen 8 wird ein elektrischer Kontakt der noch herzustellenden metallischen Mikrostrukturen 15 mit nicht dargestellten Lei­ terbahnen des Trägersubstrats 10 ermöglicht. Die Passivie­ rungsschicht 11 bildet einen Schutz für die Leiterbahnen und elektronischen Schaltungsteile des Trägersubstrats 10. Auf die Passivierungsschicht 11 wird eine einige Mikrometer dicke Polymerschicht 12, beispielsweise ein Fotolack aufgebracht und strukturiert, so daß die Kontaktierungen 8 zumindest nicht vollständig von der Polymerschicht 12 bedeckt sind. An­ schließend wird eine Galvanik-Startschicht 13 auf die Poly­ merschicht 12 und die Kontaktierungen 8 aufgebracht, bei­ spielsweise eine 300 nm dicke Chrom-Kupferschicht. Eine zweite Polymerschicht 14 wird auf die Galvanik-Startschicht aufge­ bracht, deren Dicke in der Größenordnung von einigen 10 Mi­ krometern liegt. Anschließend werden in die Polymerschicht 14 Ausnehmungen 16 eingebracht, indem zunächst eine Maskierungs­ schicht auf die Polymerschicht aufgebracht wird, die durch einen Fotolack strukturiert wird, und anschließend die Aus­ nehmungen 16 in einem Plasma-Ätzprozeß bis zur Galvanik- Startschicht 13 freigeätzt werden. Schließlich wird eine Iso­ lationsschicht 9 auf die Oberseite der Polymerschicht 14 und auf die Innenwände und Böden der Ausnehmungen 16 aufgebracht. Ausnehmungen 16, deren Innenwände nicht mit der Isolations­ schicht 9 bedeckt werden sollen, werden durch eine Maskierung abgedeckt. Auf diese Weise ist es möglich, die Isolations­ schicht 9 nur auf einen Teil der Innenwände der Ausnehmungen aufzutragen. Die Isolationsschicht kann dabei durch einen Plasma-Abscheidungsprozeß hergestellt werden, bei dem bei­ spielsweise Siliciumoxid abgeschieden wird. Auch können Me­ talloxide mit Isolatoreigenschaften abgeschieden werden. Da­ nach erfolgt ein anisotroper Plasma-Ätzprozeß, bei dem die parallel zum Trägersubstrat 10 orientierten Flächen stark ge­ ätzt werden, während die senkrecht zum Trägersubstrat orien­ tierten Flächen im wesentlichen nicht geätzt werden. Durch den Ätzprozeß wird die Isolationsschicht 9 auf der Oberseite der Polymerschicht 14 und den Böden der Ausnehmungen 16 ent­ fernt, so daß die Galvanik-Startschicht nunmehr wieder frei liegt. Die Isolationsschicht 9 verbleibt somit nur noch auf den Innenwänden der hierfür vorgesehenen Ausnehmungen 16. Wie in Fig. 3 gezeigt werden anschließend in einem galvanischen Abscheidungsprozeß metallische Mikrostrukturen 15 aus bei­ spielsweise Nickel in die Ausnehmungen 16 eingebracht. An­ schließend wird die Polymerschicht 14 entfernt und danach die Galvanik-Startschicht 13 an den freiliegenden Stellen durch einen naßchemisch selektiven Ätzschritt entfernt, der nicht die Mikrostrukturen 15 angreift. Schließlich wird noch die erste Polymerschicht 12 in einem isotropen Ätzschritt ent­ fernt. Das Ergebnis ist in Fig. 4 und Fig. 1 dargestellt. Die fertig hergestellten metallischen Mikrostrukturen erstrecken sich in einer parallel zur Oberseite 17 des Trägersubstrats 10 verlaufenden Ebene und weisen senkrecht zur Oberseite 17 verlaufende Seitenwände 7 auf. Die Seitenwände 7 sind bei ei­ nem Teil der Mikrostrukturen mit der Isolationsschicht 9 be­ deckt.First, the manufacturing process of the relay structures on the carrier substrate will be discussed. As is shown in Fig. 3 Darge, a passivation layer 11 is applied to the top 17 of a carrier substrate 10 , for example a silicon substrate, which has recesses in which contacts 8 are arranged. Via the contact conditions 8 , electrical contact of the metallic microstructures 15 still to be produced is made possible with conductor tracks (not shown) of the carrier substrate 10 . The passivation layer 11 forms a protection for the conductor tracks and electronic circuit parts of the carrier substrate 10 . A few micrometers thick polymer layer 12 , for example a photoresist, is applied and structured on the passivation layer 11 , so that the contacts 8 are at least not completely covered by the polymer layer 12 . At closing, an electroplating start layer 13 is applied to the polymer layer 12 and the contacts 8 , for example a 300 nm thick chrome copper layer. A second polymer layer 14 is applied to the electroplating start layer, the thickness of which is of the order of a few tens of millimeters. Then recesses 16 are made in the polymer layer 14 by first applying a masking layer to the polymer layer, which is structured by a photoresist, and then the recesses 16 are etched free in a plasma etching process up to the electroplating start layer 13 . Finally, an insulation layer 9 is applied to the top of the polymer layer 14 and to the inner walls and floors of the recesses 16 . Recesses 16 , the inner walls of which are not to be covered with the insulation layer 9 , are covered by a mask. In this way it is possible to apply the insulation layer 9 only to part of the inner walls of the recesses. The insulation layer can be produced by a plasma deposition process in which, for example, silicon oxide is deposited. Metal oxides with insulator properties can also be deposited. An anisotropic plasma etching process then takes place, in which the surfaces oriented parallel to the carrier substrate 10 are strongly etched, while the surfaces oriented perpendicular to the carrier substrate are essentially not etched. Through the etching process, the insulation layer 9 on the top of the polymer layer 14 and the bottoms of the recesses 16 is removed, so that the electroplating start layer is now exposed again. The insulation layer 9 thus remains only on the inner walls of the recesses 16 provided for this purpose. As shown in FIG. 3, metallic microstructures 15 made of nickel, for example, are subsequently introduced into the recesses 16 in a galvanic deposition process. At closing, the polymer layer 14 is removed and then the electroplating start layer 13 is removed at the exposed locations by a wet-chemical selective etching step which does not attack the microstructures 15 . Finally, the first polymer layer 12 is removed in an isotropic etching step. The result is shown in Fig. 4 and Fig. 1,. The finished metallic microstructures extend in a plane running parallel to the top 17 of the carrier substrate 10 and have side walls 7 running perpendicular to the top 17 . The side walls 7 are in a part of the microstructures with the insulation layer 9 be covered.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, umfaßt das Relais vier nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellte metallische Mi­ krostrukturen. Eine erste Mikrostruktur umfaßt ein Betäti­ gungselement 3, elastisch biegsame Federelemente 35 und eine Elektrodenstruktur 22, 24. Eine zweite Mikrostruktur umfaßt den beweglichen Schaltkontakt 2 und elastisch biegsame Fe­ derelemente 5, an welchen der Schaltkontakt aufgehängt ist. As is apparent from Fig. 1, the relay comprises four metallic micro-structures produced by the method described above. A first microstructure comprises an actuation element 3 , elastically flexible spring elements 35 and an electrode structure 22 , 24 . A second microstructure comprises the movable switching contact 2 and elastically flexible Fe derelemente 5 , on which the switching contact is suspended.

Eine dritte Mikrostruktur bildet den Festkontakt 1 und eine vierte Mikrostruktur 21, 23 eine weitere Elektrodenstruktur. Die vier Mikrostrukturen sind jeweils über eine Kontaktierung 8 mit dem Trägersubstrats 10 elektrisch und mechanisch ver­ bunden.A third microstructure forms the fixed contact 1 and a fourth microstructure 21 , 23 a further electrode structure. The four microstructures are each electrically and mechanically connected via a contact 8 to the carrier substrate 10 .

Wie aus den Fig. 1 und 4 hervorgeht, ist beispielsweise ein Abschnitt 6 der zweiten Mikrostruktur über eine Kontak­ tierung 8 elektrisch und mechanisch mit dem Trägersubstrat 10 verbunden. Der mit der Kontaktierung 8 verbundene Abschnitt 6 ist mit zwei U-förmigen Abschnitten 5 verbunden, welche wie­ derum mit einem weiteren Abschnitt 2 verbunden sind, der ei­ nen beweglichen Schaltkontakt 2 bildet und von dem Trägersub­ strat durch eine Spalt beabstandet ist, wie am besten in Fig. 4 zu erkennen ist. Da die metallische Mikrostruktur unterhalb der Abschnitte 2 und 5 nicht mit dem Trägersubstrat 10 mecha­ nisch verbunden ist, kann der Schaltkontakt 2 in Richtung des Pfeils b in Fig. 4 entgegen der Spannkraft der U-förmigen, elastisch biegsamen Federelement 5 bewegt werden und ist gleichzeitig über die metallischen Federelemente 5 und den. Abschnitt 6 elektrisch mit der Kontaktierung 8 verbunden. Die den Festkontakt 1 bildende Mikrostruktur ist derart auf dem Trägersubstrat angeordnet, daß der Schaltkontakt 2 bei einer Auslenkung in Richtung des Pfeils b an den Festkontakt 1 an­ schlägt. Da die einander zugewandten Seitenwände 7 des Schaltkontaktes 2 und des Festkontaktes 1 nicht mit der Iso­ lationsschicht bedeckt sind, wird durch den Anschlag des Schaltkontaktes an dem Festkontakt ein elektrischer Kontakt hergestellt und der an den Kontaktierungen angeschlossene Laststromkreis U_L des Trägersubstrats 10 geschlossen.As can be seen from FIGS. 1 and 4, a section 6 of the second microstructure is connected electrically and mechanically to the carrier substrate 10 via a contact 8 . The section 6 connected to the contact 8 is connected to two U-shaped sections 5 , which in turn are connected to a further section 2 which forms a movable switching contact 2 and is spaced from the carrier substrate by a gap as best as possible can be seen in Fig. 4. Since the metallic microstructure below the sections 2 and 5 is not mechanically connected to the carrier substrate 10 , the switch contact 2 can be moved in the direction of arrow b in FIG. 4 against the tension force of the U-shaped, elastically flexible spring element 5 and is at the same time about the metallic spring elements 5 and. Section 6 electrically connected to the contact 8 . The microstructure forming the fixed contact 1 is arranged on the carrier substrate in such a way that the switching contact 2 strikes the fixed contact 1 when deflected in the direction of arrow b. Since the mutually facing side walls 7 of the switching contact 2 and the fixed contact 1 are not covered with the insulation layer, an electrical contact is produced by the stop of the switching contact on the fixed contact and the load circuit U _{L of} the carrier substrate 10 connected to the contacts is closed.

Wie in Fig. 1 zu erkennen ist, wird durch eine weitere Mi­ krostruktur das Betätigungselement 3 gebildet. Das Betäti­ gungselement weist zwei Hebelarme 31 und 32 auf, die um einen gemeinsamen Drehpunkt 40 schwenkbar sind. Der Drehpunkt 40 ist über seitliche Stege 36 mit M-förmigen elastisch biegsa­ men Federelementen 35 verbunden, die wiederum über jeweils eine Kontaktierung 8 mit dem Trägersubstrat 10 mechanisch verbunden sind. Der erste Hebelarm 31 des Betätigungselemen­ tes weist eine Länge 11 auf und ist an seinem freien Ende mit einem gebogenen Steg 22 versehen. Der Steg 22 ist in etwa konzentrisch um den Drehpunkt 40 angeordnet. Von dem Steg 22 steht eine Gruppe von Elektroden 24 ab, welche einen Teil der Steuereinrichtung bilden. Der zweite Hebelarm 32 weist eine Länge 12 auf und ist an seinem freien Ende mit einem seitlich abstehenden Vorsprung 33 versehen. Die Seitenwände 7 des Vor­ sprungs 33 sind mit einer Isolationsschicht 9 versehen.As can be seen in Fig. 1, the actuating element 3 is formed by a further microstructure. The actuation supply element has two lever arms 31 and 32 which are pivotable about a common pivot point 40 . The fulcrum 40 is connected via lateral webs 36 with M-shaped elastic biegsa men spring elements 35 , which in turn are mechanically connected via a contact 8 to the carrier substrate 10 . The first lever arm 31 of the actuating element has a length 11 and is provided at its free end with a curved web 22 . The web 22 is arranged approximately concentrically around the pivot point 40 . A group of electrodes 24 , which form part of the control device, projects from the web 22 . The second lever arm 32 has a length 12 and is provided with a laterally projecting projection 33 at its free end. The side walls 7 of the jump 33 before are provided with an insulation layer 9 .

Eine weitere räumlich von dem Betätigungselement getrennte Mikrostruktur bildet einen weiteren konzentrisch um den Dreh­ punkt 40 angeordneten Steg 21 mit feststehenden Elektroden 23. Der Steg 21 ist über eine Kontaktierung 8 mit dem Träger­ substrat verbunden. Wie in Fig. 4 zu erkennen ist, greifen die feststehenden Elektroden 23 und die beweglichen Elektro­ den 24 kammartig ineinander ein, so daß die sich gegenüber­ liegenden feststehenden und beweglichen Elektroden Kondensa­ toren 20 bilden. Die Erregerspannung U_E wird über die Kontak­ tierungen 8 an die Elektroden 23 und 24 angelegt. Die Stege 21 und 22 mit den davon abstehenden Elektroden 23 und 24 bil­ den eine Steuereinrichtung 4 zur Auslenkung des Betätigungs­ elementes 3. Bei an der Steuereinrichtung 4 angelegter Erre­ gerspannung U_E wird durch die elektrostatische Anziehungs­ kraft der Elektroden der Hebelarm 31 um den Drehpunkt 40 ent­ gegen der Spannkraft der Federelemente 35 geschwenkt. Der an­ fängliche Abstand der Elektroden 24 von den Elektroden 21 kann so eingestellt werden, daß der Hebelarm 31 in Fig. 11 nach unten schwenkt. Durch die Drehbewegung des ersten Hebel­ ärms 31 gelangt der Vorsprung 33 des zweiten Hebelarms 32 in Richtung des Pfeils a in Fig. 4 an dem Schaltkontakt 2 zur Anlage und drückt den Schaltkontakt 2 entgegen der Spannkraft der elastisch biegsamen Federelemente 5 gegen den Festkontakt 1, wodurch der Laststromkreis geschlossen wird. Die Isolati­ onsschicht 9 verhindert dabei einen elektrischen Kontakt zwi­ schen dem Steuerstromkreis und dem Laststromkreis. Bei ausge­ schalteter Erregerspannung U_E wird der Schaltkontakt 2 durch die Spannkraft der Federelemente 5 von dem Festkontakt 1 ge­ trennt und das Betätigungselement 3 durch die Spannkraft der Federelemente 35 in seine Ruhelage zurückgestellt.Another microstructure that is spatially separated from the actuating element forms a further web 21, which is arranged concentrically around the pivot point 40 and has fixed electrodes 23 . The web 21 is connected to the carrier substrate via a contact 8 . As can be seen in Fig. 4, the fixed electrodes 23 and the movable electrons 24 comb into one another, so that the opposing fixed and movable electrodes form capacitors 20 . The excitation voltage U _E is applied via the contacts 8 to the electrodes 23 and 24 . The webs 21 and 22 with the electrodes 23 and 24 projecting therefrom form a control device 4 for deflecting the actuating element 3 . When applied to the control device 4 excitation voltage U _E , the electrostatic attraction force of the electrodes causes the lever arm 31 to pivot about the pivot point 40 ent against the tensioning force of the spring elements 35 . The initial distance of the electrodes 24 from the electrodes 21 can be adjusted so that the lever arm 31 pivots downward in FIG. 11. By rotating the first lever arm 31 , the projection 33 of the second lever arm 32 comes in the direction of arrow a in Fig. 4 to the switch contact 2 and presses the switch contact 2 against the resilience of the elastically flexible spring elements 5 against the fixed contact 1 , whereby the load circuit is closed. The Isolati onsschicht 9 prevents electrical contact between rule's control circuit and the load circuit. When the excitation voltage U _E is switched off, the switching contact 2 is separated by the clamping force of the spring elements 5 from the fixed contact 1 and the actuating element 3 is returned to its rest position by the clamping force of the spring elements 35 .

Anders als in dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel kann die Iso­ lationsschicht 9 auch noch an anderen Stellen auf die Seiten­ wände 7 der metallischen Mikrostrukturen aufgebracht werden. So können insbesondere die feststehenden Elektroden 23 und die beweglichen Elektroden 24 durch eine auf die Elektroden aufgebrachte Isolationsschicht vor einem Kurzschluß geschützt werden. Darüber hinaus ist beispielsweise auch möglich, die Isolationsschicht 9 nicht auf das Betätigungselement 3, son­ dern auf einen dem Vorsprung 33 zugewandten Seitenwandab­ schnitt des Schaltkontaktes 2 aufzubringen. Auch ist denkbar, daß die Seitenwände aller in Fig. 1 gezeigter Mikrostrukturen mit der Isolationsschicht 9 bedeckt sind und nur die einander zugewandten Seitenwände des Schaltkontakts 2 und des Festkon­ takts 1 von der Auftragung einer Isolationsschicht ausgenom­ men sind.In contrast to the example shown in FIG. 1, the insulation layer 9 can also be applied at other points to the side walls 7 of the metallic microstructures. In particular, the fixed electrodes 23 and the movable electrodes 24 can be protected from a short circuit by an insulation layer applied to the electrodes. In addition, it is also possible, for example, not to apply the insulation layer 9 to the actuating element 3 , but rather to a section of the switching contact 2 facing the projection 33 . It is also conceivable that the side walls of all of the microstructures shown in FIG. 1 are covered with the insulation layer 9 and only the side walls of the switching contact 2 and the fixed contact 1 facing one another are excluded from the application of an insulation layer.

Eine zweites Ausführungsbeispiel ist in Fig. 2 dargestellt. Funktionsgleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugsziffern versehen. Die den Schaltkontakt 2 beinhaltende Mikrostruktur ist in Fig. 2 nicht erneut dargestellt und ist entsprechend zu der Darstellung in Fig. 1 in dem ersten Ausführungsbei­ spiel aufgebaut. Das Betätigungselement 3 in Fig. 2 umfaßt einen stift- oder stabförmigen Grundkörper 39, der über vier elastisch biegsame U-förmige Federelemente 35 mit Kontaktie­ rungen 8 des Trägersubstrats 10 verbunden ist. Der stabförmi­ ge Grundkörper 39 ist in axialer Richtung gegen die Spann­ kraft der Federelemente 35 auslenkbar. Die beweglichen Elek­ troden 24 stehen parallel zur Oberseite 17 des Trägersub­ strats 10 senkrecht von dem Grundkörper ab. Die feststehenden Elektroden 23 stehen senkrecht von Stegen 21 ab, die parallel zu dem stabförmigen Grundkörper 39 auf dem Trägersubstrat 10 angeordnet sind und über weitere Kontaktierungen 8 mit dem Trägersubstrat mechanisch und elektrisch verbunden sind. In Fig. 2 ist der Abstand der beweglichen Elektroden 24 zu den darüber liegenden feststehenden Elektroden 23 in der Ruhelage kleiner als der Abstand zu den darunter liegenden feststehen­ den Elektroden. Bei an die Elektroden 23, 24 angelegter Erre­ gerspannung U_E wird der stabförmige Grundkörper 39 linear noch oben ausgelenkt und ein mit der Isolationsschicht 9 ver­ sehenes Ende des stabförmigen Grundkörpers 39 betätigt den Schaltkontakt 2. Da bei diesem Ausführungsbeispiel kein He­ belarm vorgesehen ist, wird eine größere Erregerspannungen benötigt, um eine zur Betätigung des Schaltkontaktes ausrei­ chend große Auslenkung des Betätigungselementes 3 zu errei­ chen.A second embodiment is shown in FIG. 2. Components with the same function are given the same reference numbers. The microstructure containing the switch contact 2 is not shown again in FIG. 2 and is constructed in accordance with the illustration in FIG. 1 in the first embodiment. The actuating element 3 in Fig. 2 comprises a pin-shaped or rod-shaped base body 39 , which is connected via four elastically flexible U-shaped spring elements 35 with Kontaktie stanchions 8 of the carrier substrate 10 . The rod-shaped base body 39 can be deflected in the axial direction against the clamping force of the spring elements 35 . The movable electrodes 24 are parallel to the upper side 17 of the carrier substrate 10 perpendicularly from the base body. The fixed electrodes 23 project perpendicularly from webs 21 which are arranged parallel to the rod-shaped base body 39 on the carrier substrate 10 and are mechanically and electrically connected to the carrier substrate via further contacts 8 . In Fig. 2, the distance of the movable electrodes 24 to the fixed electrodes 23 above them in the rest position is smaller than the distance to the fixed electrodes below them. When applied to the electrodes 23 , 24 excitation voltage U _E , the rod-shaped base body 39 is linearly deflected above and a ver with the insulation layer 9 seen end of the rod-shaped base body 39 actuates the switch contact 2 . Since there is no He arm provided in this embodiment, a larger excitation voltages are required to achieve a sufficiently large deflection of the actuating element 3 for actuating the switch contact.

Claims (18)

1. Relais mit einem Festkontakt (1), einem an wenigstens ei­ nem elastisch biegsamen Federelement (5) gelagerten, beweg­ lichen Schaltkontakt (2) und einem auf den Schaltkontakt einwirkenden und mit einer Steuereinrichtung (4) gekoppelten Betätigungselement (3), welches bei einer an der Steuerein­ richtung (4) angelegten Erregerspannung (U_E) den beweglichen Schaltkontakt (2) mit dem Festkontakt (1) unter Ausbildung eines geschlossenen Laststromkreises in Kontakt bringt, da­ durch gekennzeichnet, daß wenigstens der Festkontakt (1), der Schaltkontakt (2), das Federelement (5) und das Betäti­ gungselement (3) durch metallische Mikrostrukturen (15) ge­ bildet sind, die über Kontaktierungen (8) mit der Oberseite (17) eines Trägersubstrats (10) elektrisch verbunden sind und sich in einer parallel zur Oberseite (17) des Trägersub­ strats verlaufenden Ebene erstrecken, wobei die Mikrostruk­ turen (15) senkrecht zu der Oberseite (17) verlaufende Sei­ tenwände (7) aufweisen und das Betätigungselement (3) durch eine auf die Seitenwände (7) der metallischen Mikrostruktu­ ren zumindest partiell aufgebrachte Isolationsschicht (9) von dem Schaltkontakt (2) isoliert ist.1. Relay with a fixed contact ( 1 ), an at least egg nem elastic spring element ( 5 ) mounted, movable union switch contact ( 2 ) and one acting on the switch contact and with a control device ( 4 ) coupled actuator ( 3 ), which at an excitation voltage (U _E ) applied to the control device ( 4 ) brings the movable switch contact ( 2 ) into contact with the fixed contact ( 1 ) to form a closed load circuit, characterized in that at least the fixed contact ( 1 ), the switch contact ( 2 ), the spring element ( 5 ) and the actuating element ( 3 ) are formed by metallic microstructures ( 15 ) which are electrically connected via contacts ( 8 ) to the upper side ( 17 ) of a carrier substrate ( 10 ) and are in parallel to the top ( 17 ) of the carrier substrate strate extending plane, the microstructures ( 15 ) perpendicular to the top ( 17 ) Be tenwä Be ends ( 7 ) and the actuating element ( 3 ) is isolated from the switching contact ( 2 ) by an at least partially applied insulation layer ( 9 ) on the side walls ( 7 ) of the metallic microstructures. 2. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu­ mindest ein auf den Schaltkontakt (2) einwirkender Seiten­ wandabschnitt (7) einer das Betätigungselement (3) aufwei­ senden ersten Mikrostruktur und/oder ein dem Betätigungsele­ ment (3) zugewandter Seitenwandabschnitt (7) einer den Schaltkontakt (2) umfassenden zweiten Mikrostruktur mit ei­ ner Isolationsschicht (9) bedeckt ist.2. Relay according to claim 1, characterized in that at least one on the switching contact ( 2 ) acting side wall section (7) one of the actuating element ( 3 ) aufwei send first microstructure and / or the actuating element ( 3 ) facing side wall section ( 7 ) a second microstructure comprising the switch contact ( 2 ) is covered with an insulating layer ( 9 ). 3. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungselement (3) entgegen der Spannkraft wenigstens eines zweiten elastisch biegsamen Federelementes (35) gegen den Schaltkontakt (2) auslenkbar ist.3. Relay according to claim 1, characterized in that the actuating element ( 3 ) against the clamping force of at least one second elastically flexible spring element ( 35 ) against the switching contact ( 2 ) can be deflected. 4. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (4) wenigstens einen Kondensator (20) auf­ weist, an den die Erregerspannung (U_E) anlegbar ist.4. Relay according to claim 1, characterized in that the control device ( 4 ) has at least one capacitor ( 20 ) to which the excitation voltage (U _E ) can be applied. 5. Relais nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung als metallische Mikrostrukturen ausgebil­ dete feststehende Elektroden (23) und als metallische Mi­ krostrukturen ausgebildete, den feststehenden Elektroden ge­ genüberliegende bewegliche Elektroden (24) umfaßt, die mit den feststehenden Elektroden (23) Kondensatoren (20) bilden.5. Relay according to claim 4, characterized in that the control device as metallic microstructures trained fixed electrodes ( 23 ) and as metallic microstructures formed, the fixed electrodes ge opposite movable electrodes ( 24 ) comprising the fixed electrodes ( 23 ) Form capacitors ( 20 ). 6. Relais nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beweglichen Elektroden (24) an dem Betätigungselement (3) angeordnet sind.6. Relay according to claim 5, characterized in that the movable electrodes ( 24 ) are arranged on the actuating element ( 3 ). 7. Relais nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerspannung (U_E) zwischen den feststehenden Elektroden (23) und den beweglichen Elektroden (24) der Steuereinrich­ tung (4) angelegt wird.7. Relay according to claim 6, characterized in that the excitation voltage (U _E ) between the fixed electrodes ( 23 ) and the movable electrodes ( 24 ) of the Steuereinrich device ( 4 ) is applied. 8. Relais nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungselement (3) zwei um einen gemeinsamen Drehpunkt (40) schwenkbare Hebelarme (31, 32) aufweist, wobei ein er­ ster Hebelarm (31) mit der Steuereinrichtung (4) verbunden ist und ein zweiter Hebelarm (32) bei einer Drehung um den Drehpunkt (40) mit seinem freien Ende (33) auf den Schalt­ kontakt (2) einwirkt. (Fig. 1). 8. Relay according to claim 3, characterized in that the actuating element ( 3 ) has two lever arms ( 31 , 32 ) which can be pivoted about a common pivot point ( 40 ), wherein a lever arm ( 31 ) is connected to the control device ( 4 ) and a second lever arm ( 32 ) acts on the switching contact ( 2 ) with its free end ( 33 ) during a rotation about the pivot point ( 40 ). ( Fig. 1). 9. Relais nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungselement (3) einen stabförmigen Grundkörper (39) aufweist, der in Richtung seiner Längsachse entgegen der Spannkraft des wenigstens einen zweiten Federelementes (35) auslenkbar ist. (Fig. 2).9. Relay according to claim 3, characterized in that the actuating element ( 3 ) has a rod-shaped base body ( 39 ) which can be deflected in the direction of its longitudinal axis against the clamping force of the at least one second spring element ( 35 ). ( Fig. 2). 10. Relais nach Anspruch 6 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die feststehenden Elektroden (23) und die beweglichen Elektroden (24) von konzentrisch um den Drehpunkt (40) des ersten und zweiten Hebelarms angeordneten Stegen (21, 22) ab­ stehen, und daß der mit den beweglichen Elektroden (23) ver­ sehene Steg (24) an dem ersten Hebelarm (31) des Betäti­ gungselementes (3) angeordnet ist.10. Relay according to claim 6 and 8, characterized in that the fixed electrodes ( 23 ) and the movable electrodes ( 24 ) from concentrically around the pivot point ( 40 ) of the first and second lever arms arranged webs ( 21 , 22 ) from, and that the ver with the movable electrodes ( 23 ) web ( 24 ) on the first lever arm ( 31 ) of the actuating supply element ( 3 ) is arranged. 11. Relais nach Anspruch 6 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die feststehenden Elektroden (23) und die beweglichen Elektroden (24) senkrecht zur Längsrichtung des stabförmigen Grundkörpers (39) angeordnet sind und daß die beweglichen Elektroden (24) an dem stabförmigen Grundkörper (39) festge­ legt sind.11. Relay according to claim 6 and 9, characterized in that the fixed electrodes ( 23 ) and the movable electrodes ( 24 ) are arranged perpendicular to the longitudinal direction of the rod-shaped base body ( 39 ) and that the movable electrodes ( 24 ) on the rod-shaped base body ( 39 ) are defined. 12. Relais nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elastisch biegsamen Federelemente (5, 35) im wesentlichen U-förmig gebogene Abschnitte aufwei­ sen.12. Relay according to one of the preceding claims, characterized in that the elastically flexible spring elements ( 5 , 35 ) have a substantially U-shaped curved sections. 13. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltkontakt (2) über das elastisch biegsame Federelement (5) mit einer Kontaktierung (8) auf der Oberseite (17) des Trägersubstrats (10) elektrisch verbunden ist.13. Relay according to claim 1, characterized in that the switching contact ( 2 ) via the elastically flexible spring element ( 5 ) with a contact ( 8 ) on the top ( 17 ) of the carrier substrate ( 10 ) is electrically connected. 14. Relais nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Mikrostrukturen (15) mittels eines galvanischen Abscheidungsprozesses erzeugt sind.14. Relay according to one of the preceding claims, characterized in that the metallic microstructures ( 15 ) are generated by means of a galvanic deposition process. 15. Relais nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberseite (17) des Trägersubstrats (10) unterhalb der metallischen Mikrostrukturen (15) mit ei­ ner Passivierungsschicht (11) versehen ist, in welcher Aus­ nehmungen für die Kontaktierungen (8) der Mikrostrukturen eingelassen sind.15. Relay according to one of the preceding claims, characterized in that the top ( 17 ) of the carrier substrate ( 10 ) below the metallic microstructures ( 15 ) is provided with a passivation layer ( 11 ), in which recesses for the contacts ( 8 ) of the microstructures are embedded. 16. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolationsschicht (9) ein Oxid ist.16. Relay according to claim 1, characterized in that the insulation layer ( 9 ) is an oxide. 17. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Mikrostrukturen (15) aus Nickel oder einer Nic­ kellegierung bestehen.17. Relay according to claim 1, characterized in that the metallic microstructures ( 15 ) consist of nickel or a Nic kelle alloy. 18. Verfahren zur Herstellung eines Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einer auf der Oberseite (17) eines Trägersubstrats (10) angeordneten Polymerschicht (14) Ausnehmungen (16) eingebracht werden, deren Seitenwände we­ nigstens teilweise mit einer Isolationsschicht (9) versehen werden, und daß die Ausnehmungen (16) in einem galvanischen Abscheidungsprozeß mit metallischen Mikrostrukturen (15) aufgefüllt werden, welche wenigstens den Festkontakt (1), den Schaltkontakt (2), das Federelement (5) und das Betäti­ gungselement (3) des Relais bilden.18. A method for producing a relay according to claim 1, characterized in that in a on the top ( 17 ) of a carrier substrate ( 10 ) arranged polymer layer ( 14 ) recesses ( 16 ) are made, the side walls of which we at least partially with an insulation layer ( 9 ) are provided, and that the recesses ( 16 ) are filled in a galvanic deposition process with metallic microstructures ( 15 ), which at least the fixed contact ( 1 ), the switching contact ( 2 ), the spring element ( 5 ) and the actuating element ( 3 ) of the relay.