DE4437261C1 - Mikromechanisches elektrostatisches Relais - Google Patents

Mikromechanisches elektrostatisches Relais

Info

Publication number
DE4437261C1
DE4437261C1 DE4437261A DE4437261A DE4437261C1 DE 4437261 C1 DE4437261 C1 DE 4437261C1 DE 4437261 A DE4437261 A DE 4437261A DE 4437261 A DE4437261 A DE 4437261A DE 4437261 C1 DE4437261 C1 DE 4437261C1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
spring tongue
spring
contact
electrode
relay according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE4437261A
Other languages
English (en)
Inventor
Lothar Kiesewetter
Joachim Dipl Phys Schimkat
Helmut Dr Ing Schlaak
Hans-Juergen Gevatter
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to DE4437261A priority Critical patent/DE4437261C1/de
Priority to US08/538,440 priority patent/US5629565A/en
Priority to EP95115647A priority patent/EP0713235B1/de
Priority to DE59501491T priority patent/DE59501491D1/de
Priority to JP7269818A priority patent/JPH08255546A/ja
Application granted granted Critical
Publication of DE4437261C1 publication Critical patent/DE4437261C1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H59/00Electrostatic relays; Electro-adhesion relays
    • H01H59/0009Electrostatic relays; Electro-adhesion relays making use of micromechanics
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H59/00Electrostatic relays; Electro-adhesion relays
    • H01H59/0009Electrostatic relays; Electro-adhesion relays making use of micromechanics
    • H01H2059/0081Electrostatic relays; Electro-adhesion relays making use of micromechanics with a tapered air-gap between fixed and movable electrodes

Landscapes

  • Micromachines (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft ein mikromechanisches elektrostati­ sches Relais mit einem Basissubstrat, das eine Basis-Elektro­ denschicht und mindestens ein Basis-Kontaktstück trägt, und mit
einem auf dem Basissubstrat liegenden Ankersubstrat mit min­ destens einer freigearbeiteten, einseitig angebundenen Anker- Federzunge, welche eine Anker-Elektrodenschicht und an ihrem freien Ende ein Anker-Kontaktstück trägt,
wobei die Federzunge im Ruhezustand durch eine stetige Krüm­ mung vom Basissubstrat weg gebogen ist, so daß die beiden Elektrodenschichten einen keilförmigen Luftspalt zwischen einander bilden und
wobei sich die Federzunge im Arbeitszustand bei Anliegen ei­ ner Spannung zwischen den Elektrodenschichten an das Basis­ substrat anschmiegt und die beiden Kontaktstücke aufeinander­ liegen.
Ein derartiges mikromechanisches Relais ist bereits aus der DE 42 05 029 C1 bekannt. Wie dort ausgeführt ist, läßt sich ein solcher Relaisaufbau beispielsweise aus einem kristalli­ nen Halbleitersubstrat, vorzugsweise Silizium, herstellen, wobei die als Anker dienende Federzunge durch entsprechende Dotierungs- und Ätzvorgänge aus dem Halbleitersubstrat her­ ausgearbeitet wird. Grundsätzlich ist dort auch bereits be­ schrieben, wie man in der Federzunge durch eine Mehrschicht­ struktur eine homogene Krümmung erzeugen kann, wobei die ver­ schiedenen Schichten aufgrund ihrer unterschiedlichen Ausdeh­ nungskoeffizienten und Abscheidetemperaturen gegeneinander verspannt werden. Die gekrümmte Federzunge mit ihrer entspre­ chend gekrümmten Ankerelektrode bildet somit einen keilförmi­ gen Luftspalt gegenüber einer ebenen Basiselektrode auf einem ebenen Basissubstrat, welches beispielsweise ebenfalls aus Silizium oder auch aus Glas bestehen kann. Durch Anlegen ei­ ner Steuerspannung zwischen der Ankerelektrode der Federzunge und der ebenen Basiselektrode rollt die gekrümmte Federzunge auf der Basiselektrode ab und bildet damit einen sogenannten Wanderkeil. Während dieses Abrollens wird die Federzunge ge­ streckt, bis das freie Federende mit dem Ankerkontaktstück das Basiskontaktstück auf dem Basissubstrat berührt.
Dieser geschilderte Schaltvorgang mit dem Wanderkeil, bei dem die stetig gekrümmte Ankerelektrode stetig abrollt, bringt es mit sich, daß auch das eigentliche Schließen und Öffnen des Kontaktes in einer kontinuierlichen Bewegung erfolgt, wodurch sich eine sogenannte schleichende Kontaktgabe ergibt. In der Übergangsphase, bei der sich die Kontaktstücke nur mit gerin­ ger Kontaktkraft und dabei mit hohem Übergangswiderstand be­ rühren, entsteht ein Lichtbogen bzw. eine unerwünschte Erwär­ mung der Kontaktstücke, wobei die Kontaktoberflächen Schaden nehmen. Generell ist deshalb für Relais ein abrupter Schalt­ vorgang erwünscht, wobei die Federzunge bzw. das Ankerkon­ taktstück bei Erreichen der Ansprechspannung vollständig auf der Basiselektrode bzw. dem Basiskontaktstück aufschlägt und somit beim ersten Berühren des Arbeitskontakts eine defi­ nierte Kontaktkraft entsteht. Entsprechendes gilt für den Haltevorgang beim Absenken der Steuerspannung. Die Öffnung der Kontakte und damit das Abfallen der Federzunge sollen ebenfalls als Kippvorgang bei Unterschreitung der Haltespan­ nung erfolgen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein mikromechanisches Relais der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß es eine Schaltcharakteristik mit eindeutigem Kippverhalten erhält, daß also das oben erwähnte schleichende Schaltverhalten ver­ mieden wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der keilförmige Luftspalt zwischen den Elektroden mindestens eine geometrische Diskontinuität aufweist. Durch diese erfindungs­ gemäß vorgesehene Unterbrechung des durchgehend keilförmigen Luftspaltes zwischen den beiden Elektroden wird erreicht, daß jeweils ein abrupter Schaltvorgang den Kontakt schließt bzw. öffnet.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Federzunge einen im Bereich der Anbindung am Ankersubstrat beginnenden, stetig gekrümmten Abschnitt und daran anschlie­ ßend zu ihrem freien Ende hin einen geraden Abschnitt auf, wobei die Länge des gekrümmten Abschnittes vorzugsweise etwa 20 bis 40% der Gesamtlänge der Federzunge betragen kann. Bei dieser Ausgestaltung rollt also die Federzunge zunächst über ihren gekrümmten Abschnitt stetig auf der Basiselektrode ab, bis der Übergang zum geraden Abschnitt erreicht wird. In die­ sem Augenblick schlägt der restliche, gerade Abschnitt der Feder Zunge in einem abrupten Schaltvorgang auf das Ende der Basiselektrode, wobei das Ankerkontaktstück abrupt auf das Basiskontaktstück schlägt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, daß der Beginn der Elektrodenfläche einen Versatz gegenüber der Anbindung der Federzunge am Ankersubstrat aufweist, des­ sen Länge vorzugsweise 20 bis 40% der Gesamtlänge der Feder­ zunge betragen kann. Bei dieser Ausführungsform kann also die Federzunge über ihre gesamte Länge kontinuierlich gekrümmt sein, während die Diskontinuität nunmehr durch den versetzten Beginn der Elektrode auf der Federzunge erzeugt wird.
Weiterhin kann ein abrupt es Schaltverhalten dadurch erzeugt werden, daß die Basiselektrode gegenüber der Ankerelektrode an der Anbindungsstelle der Federzunge einen vorgegebenen Spalt aufweist, dessen Höhe mindestens 10% der Gesamtauslen­ kung des freien Federendes gegenüber dem Basissubstrat im Ru­ hezustand betragt. Diese Höhe des Spaltes, die vorzugsweise zwischen 10 und 20% der genannten Federauslenkung betragen kann, ist somit wesentlich größer als die Dicke einer Iso­ lierschicht, die zur notwendigen Isolierung zwischen den bei­ den Elektroden an der Einspannstelle in jedem Fall erforder­ lich ist.
Ergänzend sei noch erwähnt, daß die genannten Maßnahmen zur Erzeugung einer Diskontinuität sowohl einzeln als auch in Kombination angewendet werden können.
Zur Erzeugung der Kontaktkraft ist am freien Ende der Feder­ zunge in an sich bekannter Weise ein durch Schlitze teilweise freigeschnittener Kontaktfederbereich gebildet, auf dem das Ankerkontaktstück angeordnet ist. Dabei ist der Abstand zwi­ schen den beiden Kontaktstücken geringer als der Abstand zwi­ schen den beiden Elektroden im Bereich des freien Federendes. Wenn der Kontaktfederbereich mittig freigeschnitten ist, kann also die Ankerelektrode an zwei Seitenlappen neben dem Kon­ taktfederbereich flach auf der Basiselektrode aufliegen, wäh­ rend der Kontaktfederbereich aufgrund der erhöhten Kontaktstücke durchgebogen wird und damit die Kontaktkraft erzeugt.
Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen an­ hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine schematische Darstellung für den grundsätzlichen Aufbau eines mikromechanischen Relais mit stetig gekrümmter Anker-Federzunge im Schnitt,
Fig. 2 eine Ansicht von unten auf das Ankersubstrat von Fig. 1,
Fig. 3a und 3b Diagramme mit Darstellungen des Verlaufs des Abstandes der Federzunge von der Basiselektrode und der Kontaktkraft, jeweils in Abhängigkeit von der Steuerspannung an den Elektroden, bei einem kontinuierlich keilförmigen Luftspalt zwischen den Elektroden gemäß Fig. 1,
Fig. 4a und 4b eine schematische Darstellung einer nur teilweise gekrümmten Anker-Federzunge im Ruhe- und Arbeitszu­ stand,
Fig. 5a und 5b Diagramme für den Verlauf des Abstandes zwischen Federzunge und Basiselektrode sowie der Kontaktkraft in Abhängigkeit von der Steuerspannung für die Federzunge ge­ mäß Fig. 4,
Fig. 6a und 6b die schematische Darstellung einer Feder­ zunge mit versetztem Elektrodenbeginn im Ruhezustand und im Arbeitszustand,
Fig. 7a und 7b den Verlauf des Kontaktabstandes und der Kontaktkraft in Abhängigkeit von der Steuerspannung bei einer Federzunge gemäß Fig. 6,
Fig. 8 die schematische Darstellung einer Federzunge mit ei­ nem zusätzlichen Luftspalt zwischen Ankerelektrode und Basis­ elektrode im Ruhezustand und im Arbeitszustand, und
Fig. 9a und 9b Diagramme für den Verlauf des Abstandes zwischen den Kontaktstücken bzw. zwischen der Federzunge und der Basiselektrode sowie den Verlauf der Kontaktkraft in Ab­ hängigkeit von der Steuerspannung bei einer Federzunge gemäß Fig. 8.
Fig. 1 zeigt schematisch den grundsätzlichen Aufbau eines mikromechanischen elektrostatischen Relais, bei dem die Er­ findung zur Anwendung kommt. Dabei ist an einem Ankersubstrat 1, vorzugsweise einem Silizium-Wafer, eine Anker-Federzunge 2 innerhalb einer entsprechend dotierten Siliziumschicht durch selektive Ätzverfahren freigearbeitet. An der Unterseite der Federzunge ist eine Doppelschicht 4 erzeugt, die in dem Bei­ spiel aus einer SiO₂-Schicht, welche Druckspannungen erzeugt, und einer Si₃N₄-Schicht, welche Zugspannungen erzeugt, be­ steht. Durch entsprechende Wahl der Schichtdicken kann der Federzunge eine gewünschte Krümmung verliehen werden. Schließlich trägt die Federzunge eine metallische Schicht als Ankerelektrode 5 an ihrer Unterseite. Diese Ankerelektrode 5 ist, wie in Fig. 2 zu sehen, zweigeteilt, um in der Mitte der Federzunge eine metallische Zuleitung 6 für ein Anker- Kontaktstück 7 zu bilden.
Wie aus Fig. 2 weiter ersichtlich ist, ist am freien Ende der Federzunge durch zwei Schlitze 8 ein Kontaktfederbereich 9 freigeschnitten, der das Kontaktstück 7 trägt. Dieser Kon­ taktfederbereich 9 kann sich beim flachen Aufliegen der An­ kerelektrode 5 auf einer Basiselektrode elastisch durchbie­ gen, wodurch die Kontaktkraft erzeugt wird.
Wie in Fig. 1 weiter zu sehen ist, ist das Ankersubstrat 1 auf einem Basissubstrat 10 befestigt, welches im vorliegenden Beispiel aus Pyrex-Glas besteht, das aber beispielsweise auch aus Silizium gebildet sein könnte. Auf seiner ebenen Oberflä­ che trägt das Basissubstrat 10 eine Basiselektrode 11 und ei­ ne Isolierschicht 12, um die Basiselektrode 11 gegenüber der Ankerelektrode 5 zu isolieren. Ein Basis-Kontaktstück 13 ist in nicht weiter dargestellter Weise mit einer Zuleitung ver­ sehen und natürlich gegenüber der Basiselektrode 11 isoliert angeordnet. Zwischen der gekrümmten Federzunge 2 mit der An­ kerelektrode 5 einerseits und der Basiselektrode 11 anderer­ seits ist ein keilförmiger Luftspalt 14 ausgebildet. Bei An­ liegen einer Spannung von einer Spannungsquelle 15 zwischen den beiden Elektroden 5 und 11 rollt die Federzunge auf der Basiselektrode 11 ab, wodurch das Ankerkontaktstück 7 mit dem Basiskontaktstück 13 verbunden wird.
Die Größenverhältnisse und Schichtdicken sind in den Fig. 1 und 2 lediglich unter dem Gesichtspunkt der Anschaulichkeit dargestellt und entsprechen nicht den tatsächlichen Verhält­ nissen. Für die nachfolgend beschriebenen Untersuchungen (mit Hilfe einer Computer-Simulation) wurde ein Aufbau gewählt, der etwa die folgenden Dimensionen hatte:
Länge der Federzunge (2)|1300 µm
Breite der Federzunge (2) 1000 µm
Dicke der Federzunge (Si-Schicht) (2) 10 µm
SiO₂-Schichtdicke (4) 500 µm
Si₃N₄-Schichtdicke (4) 50 µm
Länge der Schlitze (8) 500 µm
Auslenkung Zungenende zur Basiselektrode ca. 11 µm
In Fig. 3 sind die Schaltkennlinien eines Aufbaus gemäß Fig. 1 mit stetig gekrümmt er Federzunge in Abhängigkeit von der Steuerspannung gezeigt. Dabei ist in Fig. 3a der Abstand A der Federzunge von der Basiselektrode gezeigt. Die Kurve a24 zeigt den Verlauf des Abstandes des Kontaktfederbereiches (am Punkt 24) von der Basiselektrode, während die Kurve a25 den entsprechenden Abstandsverlauf der Federzunge im Gabel­ punkt 25 zwischen Kontaktfederbereich und Ankerelektrodenbe­ reich (Ende der Schlitze 8) zeigt. Aus Fig. 3a ist deutlich zu ersehen, daß sich die Federzunge stetig an das Basis­ substrat bzw. die Basiselektrode annähert, bis bei etwa 8,5 V der Kontakt geschlossen wird; der Kontaktfederbereich der Fe­ derzunge ist dann um die Höhe der Kontaktstücke von der Ba­ siselektrode entfernt (etwa 4 µm). Der Verlauf der Kontakt­ kraft F in Fig. 3b zeigt bei der Ansprechspannung von 8,5 V eine sehr geringe Kontaktkraft von ca. 8 µN (Kurve f1), die mit steigender Spannung weiter ansteigt. Erst bei ca. 10,5 V geht die steil ansteigende Kurve in eine Charakteristik ge­ ringerer Steilheit über. Dieser Kennlinienverlauf ist für Re­ lais nicht erwünscht.
Um dieses unerwünschte schleichende Kontaktverhalten zu ver­ meiden, werden erfindungsgemäß verschiedene Maßnahmen zur Er­ zeugung einer geometrischen Diskontinuität vorgeschlagen, mit denen ein abruptes Schaltverhalten erzeugt wird. In Fig. 4 ist schematisch eine Federzunge 41 gezeigt, die im Anschluß an ihre Einspannstelle zunächst einen stetig gekrümmten Ab­ schnitt 42 mit dem Radius R und daran anschließend bis zum freien Ende einen geraden Abschnitt 43 aufweist. Ansonsten ist der Aufbau mit dem von Fig. 1 vergleichbar. Die Anker­ elektrode 5 und die Basiselektrode 11 erstrecken sich jeweils über die volle Länge der Federzunge. Fig. 4b zeigt die Fe­ derzunge 41 in angezogenem Zustand, wobei die Kontaktstücke aufeinanderliegen und durch die Durchbiegung des teilweise freigeschnittenen Kontaktfederbereiches 9 die Kontaktkraft erzeugt wird. (Zwischen Basissubstrat und Ankersubstrat ist in den Fig. 4, 6 und 8 jeweils ein kleiner Abstand ge­ zeichnet, der in Wirklichkeit lediglich auf die Dicke einer Isolierschicht beschränkt ist!)
Die Schaltcharakteristik einer Anordnung gemäß Fig. 4 ist in Fig. 5a und 5b zu erkennen. Gezeigt ist die Bewegung des Punktes 44 am Ende des Kontaktfederbereiches 9 (Kurve a44) und die Bewegung des Gabelungspunktes 45 bei der Anbindung des Kontaktfederbereiches (Kurve a45) in Abhängigkeit von der Steuerspannung. Außerdem zeigt Fig. 5b den Verlauf der Kon­ taktkraft F in Abhängigkeit von der Steuerspannung (Kurve f4). Es zeigt sich eine Schaltcharakteristik mit Hysterese und eindeutigen Kippvorgängen sowohl beim Schließen als auch beim Öffnen des Kontaktes. Bis zur Ansprechspannung von etwa 12 V bewegt sich die Feder in einer quadratischen Abhängig­ keit von der Spannung um etwa 10 bis 20% der Anfangsauslen­ kung und schaltet nach Überschreiten der Ansprechspannung schlagartig durch. Das Rückfallen erfolgt bei etwa 4 V. Gemäß Fig. 5b wird bei der Ansprechspannung von 12 V eine Kontakt­ kraft von etwa 0,28 µN erreicht. Danach steigt die Kraft mit verminderter Steigung an. Als grobe Dimensionierung sollte die Länge der gekrümmten Zone 42 etwa 20 bis 40% der Gesamt­ federlänge der Federzunge 41 betragen.
Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform einer Federzunge 61, bei der die geometrische Diskontinuität in einem Versatz der Elektroden besteht. Die Ankerelektrode 62 beginnt in diesem Fall nicht wie die vorher gezeigte Ankerelektrode 5 an der Einspannstelle oder Anbindungsstelle der Federzunge am Anker­ substrat 1, sondern weist einen Versatz L gegenüber dieser Anbindungsstelle auf. Entsprechend kann auch der Beginn der Basiselektrode 63 um den Betrag L versetzt sein, ohne daß es darauf ankommt. Fig. 6a zeigt den Ruhezustand der Anordnung, also ohne Steuerspannung, während Fig. 6b den angezogenen Zustand, also bei Anliegen einer Steuerspannung zwischen den Elektroden 62 und 63, zeigt.
Fig. 7 zeigt den Bewegungsablauf am Kontaktpunkt 64 am Ende der Federzunge 61 (Kurve a64) sowie in Fig. 7b den Verlauf der Kontaktkraft (Kurve f6). Durch die versetzte Elektrode nach Fig. 6 wird die aktive Elektrodenfläche reduziert, so daß die Ansprechspannung gegenüber Fig. 3 vergrößert ist; sie liegt bei dem Beispiel der Simulation bei etwa 18 V. Wie man aus den Fig. 7a und 7b ersieht, erzielt man auch bei der Gestaltung von Fig. 6 eindeutige Kippzustände. Die Ver­ satzlänge L sollte etwa im Bereich von 20 bis 40% der Länge der Federzunge 61 gewählt werden.
Eine weitere Ausführungsform einer Federzunge mit Diskonti­ nuität ist in Fig. 8 gezeigt. In diesem Fall ist eine Feder­ zunge 81 mit einer kontinuierlichen Krümmung über ihre gesam­ te Länge und mit einer über ihre gesamte Länge verlaufenden Ankerelektrode 82 vorgesehen. Die geometrische Diskontinuität besteht hier darin, daß die Basiselektrode 83 um einen Ab­ stand d im Basissubstrat 10 nach unten versetzt ist, so daß gegenüber der Einspannstelle der Federzunge 81 ein Spalt von der Dicke d entsteht. Wie am Kurvenverlauf in den Fig. 9a und 9b zu erkennen ist, ergibt sich auch bei einer Anordnung gemäß Fig. 8 eine Erhöhung der Ansprechspannung mit eindeu­ tigen Kippzuständen für Öffnen und Schließen des Kontaktes. Dargestellt sind typische Schaltverläufe bei einer Luftspalt­ breite von d = 2 µm. Die Ansprechspannung beträgt hier 14 V, wobei alle geometrischen Daten gegenüber den vorherigen Aus­ führungsbeispielen vergleichbar sind. Zur Dimensionierung bietet sich eine Spaltbreite von d = 1 bis 2 µm an, was etwa 10 bis 20% der Auslenkung des Federendes im Ruhezustand ist.
Dargestellt ist in Fig. 9a der Bewegungsverlauf am Kontakt­ punkt 84 (Kurve a84) und am Gabelpunkt 85 (Kurve a85), ähn­ lich der Darstellung in Fig. 5. Außerdem ist in Fig. 9b der Verlauf der Kontaktkraft gezeigt (Kurve f8).
Wie aus den Kurvenverläufen in den Fig. 7 und 9 zu erken­ nen ist, führen die Lösungen gemäß den Fig. 6 und 8 zu er­ höhten Ansprechspannungen, da das elektrostatische Feld ins­ gesamt verringert wird. Unter diesem Gesichtspunkt bietet die Lösung gemäß Fig. 4 mit den Kurvenverläufen gemäß Fig. 5 die optimale Ausnutzung der elektrostatischen Felder. Aller­ dings ist diese Lösung mit einer nur teilweise gekrümmten Fe­ der schwieriger herzustellen als die homogen gekrümmten Fe­ dern von Fig. 6 und 8. Welche Lösung im Endeffekt zu bevor­ zugen ist, hängt also unter anderem von den zur Verfügung stehenden Herstellverfahren und Materialien ab. Wie eingangs bereits erwähnt wurde, könnten natürlich Kombinationen der verschiedenen Ausführungsformen gemäß den Fig. 4, 6 und 8 in Betracht kommen und gegebenenfalls zu einer optimalen Lö­ sung führen.

Claims (9)

1. Mikromechanisches elektrostatisches Relais mit einem Ba­ sissubstrat (10), das eine Basis-Elektrodenschicht (11; 63, 83) und mindestens ein Basis-Kontaktstück (13) trägt, und mit einem auf dem Basissubstrat liegenden Ankersubstrat (1) mit mindestens einer freigearbeiteten, einseitig angebundenen An­ ker-Federzunge (2; 41, 61, 81), welche eine Anker-Elektroden­ schicht (5; 62, 82) und an ihrem freien Ende ein Anker-Kon­ taktstück (7) trägt, wobei die Federzunge (2; 41; 61; 81) im Ruhezustand durch ei­ ne stetige Krümmung vom Basissubstrat (10) weg gebogen ist, so daß die beiden Elektroden (5, 11; 62, 63; 82, 83) einen keilförmigen Luftspalt (14) zwischen einander bilden und wobei sich die Federzunge (2; 41; 61; 81) im Arbeitszustand bei Anliegen einer Spannung zwischen den Elektroden an das Basissubstrat (10) anschmiegt und die beiden Kontaktstücke (7, 13) aufeinanderliegen, dadurch gekennzeichnet daß der keilförmige Luftspalt (14) zwischen den Elektroden mindestens eine geometrische Diskontinuität aufweist.
2. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Federzunge (41) einen im Bereich der Anbindung am An­ kersubstrat beginnenden, stetig gekrümmten Abschnitt (42) und daran anschließend zu ihrem freien Ende hin einen geraden Ab­ schnitt (43) aufweist.
3. Relais nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des gekrümmten Abschnittes (42) etwa 20 bis 40% der Gesamtlänge der Federzunge (41) beträgt.
4. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Beginn der Elektrodenfläche (62) einen Versatz (L) gegenüber der Anbindung der Federzunge (61) am Ankersubstrat (1) aufweist.
5. Relais nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Versatzes (L) der Elektrode (62) etwa 20 bis 40% der Gesamtlänge der Federzunge (61) beträgt.
6. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Basiselektrode (83) gegenüber der Ankerelektrode (82) an der Anbindungsstelle der Federzunge einen vorgegebenen Spalt (d) aufweist, dessen Höhe mindestens 10% der Gesamtauslenkung des freien Federendes gegenüber dem Basissubstrat im Ruhezustand beträgt.
7. Relais nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des Spaltes (d) zwischen 10 und 20% der Gesamt­ auslenkung des freien Federendes gegenüber dem Basissubstrat (10) im Ruhezustand beträgt.
8. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Federzunge (2; 41; 61; 81) an ih­ rem freien Ende einen durch Schlitze (8) teilweise freige­ schnittenen Kontaktfederbereich (9) bildet, auf dem das An­ kerkontaktstück (7) angeordnet ist, und daß der Abstand zwi­ schen den beiden Kontaktstücken (7, 13) geringer ist als der Abstand zwischen den beiden Elektroden (5, 11) im Bereich des freien Federendes.
9. Relais nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet daß der Kontaktfederbereich (9) mittig der Kontaktfederbreite durch zwei vom freien Ende her parallel zu den Seitenkanten der Federzunge verlaufende Schlitze (8) gebildet ist, deren Länge etwa 20% bis 50% der Gesamtlänge der Federzunge (2) beträgt.
DE4437261A 1994-10-18 1994-10-18 Mikromechanisches elektrostatisches Relais Expired - Fee Related DE4437261C1 (de)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4437261A DE4437261C1 (de) 1994-10-18 1994-10-18 Mikromechanisches elektrostatisches Relais
US08/538,440 US5629565A (en) 1994-10-18 1995-10-03 Micromechanical electrostatic relay with geometric discontinuity
EP95115647A EP0713235B1 (de) 1994-10-18 1995-10-04 Mikromechanisches elektrostatisches Relais
DE59501491T DE59501491D1 (de) 1994-10-18 1995-10-04 Mikromechanisches elektrostatisches Relais
JP7269818A JPH08255546A (ja) 1994-10-18 1995-10-18 マイクロメカニカル静電形リレー

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4437261A DE4437261C1 (de) 1994-10-18 1994-10-18 Mikromechanisches elektrostatisches Relais

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE4437261C1 true DE4437261C1 (de) 1995-10-19

Family

ID=6531106

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE4437261A Expired - Fee Related DE4437261C1 (de) 1994-10-18 1994-10-18 Mikromechanisches elektrostatisches Relais
DE59501491T Expired - Fee Related DE59501491D1 (de) 1994-10-18 1995-10-04 Mikromechanisches elektrostatisches Relais

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE59501491T Expired - Fee Related DE59501491D1 (de) 1994-10-18 1995-10-04 Mikromechanisches elektrostatisches Relais

Country Status (4)

Country Link
US (1) US5629565A (de)
EP (1) EP0713235B1 (de)
JP (1) JPH08255546A (de)
DE (2) DE4437261C1 (de)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE29613790U1 (de) * 1996-08-09 1996-09-26 Festo Kg, 73734 Esslingen Mikroschalter
DE19646667A1 (de) * 1996-11-12 1998-05-14 Fraunhofer Ges Forschung Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Relais
DE19730715C1 (de) * 1996-11-12 1998-11-26 Fraunhofer Ges Forschung Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Relais
DE19736674C1 (de) * 1997-08-22 1998-11-26 Siemens Ag Mikromechanisches elektrostatisches Relais und Verfahren zu dessen Herstellung
WO1999062089A1 (de) * 1998-05-27 1999-12-02 Siemens Electromechanical Components Gmbh & Co. Kg Mikromechanisches elektrostatisches relais
WO2001001434A1 (en) * 1999-06-30 2001-01-04 Mcnc High voltage micromachined electrostatic switch
WO2001003152A1 (en) * 1999-06-30 2001-01-11 Mcnc Arc resistant high voltage micromachined electrostatic switch
DE19935819A1 (de) * 1999-07-29 2001-03-08 Tyco Electronics Logistics Ag Relais und Verfahren zu dessen Herstellung
WO2003028059A1 (en) * 2001-09-21 2003-04-03 Hrl Laboratories, Llc Mems switches and methods of making same
CN1896557B (zh) * 2005-07-13 2011-03-02 弗兰霍菲尔运输应用研究公司 用于微机械应用的扭转弹簧

Families Citing this family (41)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6043563A (en) * 1997-05-06 2000-03-28 Formfactor, Inc. Electronic components with terminals and spring contact elements extending from areas which are remote from the terminals
JP3493974B2 (ja) * 1997-10-01 2004-02-03 オムロン株式会社 静電マイクロリレー
US6115231A (en) * 1997-11-25 2000-09-05 Tdk Corporation Electrostatic relay
US6054659A (en) * 1998-03-09 2000-04-25 General Motors Corporation Integrated electrostatically-actuated micromachined all-metal micro-relays
US6320145B1 (en) * 1998-03-31 2001-11-20 California Institute Of Technology Fabricating and using a micromachined magnetostatic relay or switch
US6046659A (en) 1998-05-15 2000-04-04 Hughes Electronics Corporation Design and fabrication of broadband surface-micromachined micro-electro-mechanical switches for microwave and millimeter-wave applications
US6535722B1 (en) 1998-07-09 2003-03-18 Sarnoff Corporation Television tuner employing micro-electro-mechanically-switched tuning matrix
US6180975B1 (en) * 1998-10-30 2001-01-30 International Business Machines Corporation Depletion strap semiconductor memory device
DE69938511T2 (de) 1999-02-04 2009-05-07 Institute Of Microelectronics Mikro-relais
US6236491B1 (en) 1999-05-27 2001-05-22 Mcnc Micromachined electrostatic actuator with air gap
US6275320B1 (en) 1999-09-27 2001-08-14 Jds Uniphase, Inc. MEMS variable optical attenuator
US6373682B1 (en) 1999-12-15 2002-04-16 Mcnc Electrostatically controlled variable capacitor
US6388359B1 (en) * 2000-03-03 2002-05-14 Optical Coating Laboratory, Inc. Method of actuating MEMS switches
US6396677B1 (en) * 2000-05-17 2002-05-28 Xerox Corporation Photolithographically-patterned variable capacitor structures and method of making
US6407478B1 (en) * 2000-08-21 2002-06-18 Jds Uniphase Corporation Switches and switching arrays that use microelectromechanical devices having one or more beam members that are responsive to temperature
JP2002075156A (ja) 2000-09-01 2002-03-15 Nec Corp マイクロスイッチおよびその製造方法
US6485273B1 (en) 2000-09-01 2002-11-26 Mcnc Distributed MEMS electrostatic pumping devices
US6590267B1 (en) 2000-09-14 2003-07-08 Mcnc Microelectromechanical flexible membrane electrostatic valve device and related fabrication methods
US6377438B1 (en) 2000-10-23 2002-04-23 Mcnc Hybrid microelectromechanical system tunable capacitor and associated fabrication methods
US6396620B1 (en) 2000-10-30 2002-05-28 Mcnc Electrostatically actuated electromagnetic radiation shutter
WO2002061781A1 (fr) * 2001-01-30 2002-08-08 Advantest Corporation Commutateur et dispositif de circuit integre
US6768403B2 (en) * 2002-03-12 2004-07-27 Hrl Laboratories, Llc Torsion spring for electro-mechanical switches and a cantilever-type RF micro-electromechanical switch incorporating the torsion spring
US6771001B2 (en) 2001-03-16 2004-08-03 Optical Coating Laboratory, Inc. Bi-stable electrostatic comb drive with automatic braking
US6646215B1 (en) 2001-06-29 2003-11-11 Teravicin Technologies, Inc. Device adapted to pull a cantilever away from a contact structure
US6707355B1 (en) 2001-06-29 2004-03-16 Teravicta Technologies, Inc. Gradually-actuating micromechanical device
US6787438B1 (en) 2001-10-16 2004-09-07 Teravieta Technologies, Inc. Device having one or more contact structures interposed between a pair of electrodes
ITTO20011142A1 (it) * 2001-12-07 2003-06-09 C R F Societa Con Sortile Per ,,micro-specchio con micro-otturatore a controllo elettrostatico, matrice di micro-specchi e spettrofotometro infrarosso comprendente tale m
EP1573894B1 (de) * 2002-12-10 2011-07-13 Epcos Ag Ansteuern eines arrays von elementen eines mikroelektromechanischen systems (mems)
US6842055B1 (en) * 2003-08-13 2005-01-11 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Clock adjustment
US20050062565A1 (en) * 2003-09-18 2005-03-24 Chia-Shing Chou Method of using a metal platform for making a highly reliable and reproducible metal contact micro-relay MEMS switch
US6962832B2 (en) * 2004-02-02 2005-11-08 Wireless Mems, Inc. Fabrication method for making a planar cantilever, low surface leakage, reproducible and reliable metal dimple contact micro-relay MEMS switch
US7101724B2 (en) * 2004-02-20 2006-09-05 Wireless Mems, Inc. Method of fabricating semiconductor devices employing at least one modulation doped quantum well structure and one or more etch stop layers for accurate contact formation
FR2868591B1 (fr) * 2004-04-06 2006-06-09 Commissariat Energie Atomique Microcommutateur a faible tension d'actionnement et faible consommation
JP4754557B2 (ja) * 2004-04-23 2011-08-24 リサーチ・トライアングル・インスティチュート フレキシブル静電アクチュエータ
EP1792088A1 (de) * 2004-07-23 2007-06-06 AFA Controls, LLC Mikroventilanordnungen und verwandte verfahren
US7230513B2 (en) * 2004-11-20 2007-06-12 Wireless Mems, Inc. Planarized structure for a reliable metal-to-metal contact micro-relay MEMS switch
US20070046214A1 (en) * 2005-08-26 2007-03-01 Pasch Nicholas F Apparatus comprising an array of switches and display
US8450902B2 (en) * 2006-08-28 2013-05-28 Xerox Corporation Electrostatic actuator device having multiple gap heights
US8120133B2 (en) * 2006-09-11 2012-02-21 Alcatel Lucent Micro-actuator and locking switch
JP4855233B2 (ja) * 2006-12-07 2012-01-18 富士通株式会社 マイクロスイッチング素子およびマイクロスイッチング素子製造方法
US20100013033A1 (en) * 2008-07-18 2010-01-21 Chia-Shing Chou Enablement of IC devices during assembly

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4205029C1 (en) * 1992-02-19 1993-02-11 Siemens Ag, 8000 Muenchen, De Micro-mechanical electrostatic relay - has tongue-shaped armature etched from surface of silicon@ substrate

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU601771A1 (ru) * 1976-02-05 1978-04-05 Предприятие П/Я В-8754 Электростатическое реле
FR2376548A1 (fr) * 1977-01-04 1978-07-28 Thomson Csf Dispositif bistable electrostatique
GB2095911B (en) * 1981-03-17 1985-02-13 Standard Telephones Cables Ltd Electrical switch device
JPS6046636U (ja) * 1983-09-05 1985-04-02 オムロン株式会社 多極リレ−
US4959515A (en) * 1984-05-01 1990-09-25 The Foxboro Company Micromechanical electric shunt and encoding devices made therefrom
CA1249620A (en) * 1985-01-21 1989-01-31 Takashi Oota Piezoelectric latching actuator having an impact receiving projectile
US4742263A (en) * 1986-08-15 1988-05-03 Pacific Bell Piezoelectric switch
US5258591A (en) * 1991-10-18 1993-11-02 Westinghouse Electric Corp. Low inductance cantilever switch
JP3402642B2 (ja) * 1993-01-26 2003-05-06 松下電工株式会社 静電駆動型リレー
US5367136A (en) * 1993-07-26 1994-11-22 Westinghouse Electric Corp. Non-contact two position microeletronic cantilever switch

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4205029C1 (en) * 1992-02-19 1993-02-11 Siemens Ag, 8000 Muenchen, De Micro-mechanical electrostatic relay - has tongue-shaped armature etched from surface of silicon@ substrate

Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE29613790U1 (de) * 1996-08-09 1996-09-26 Festo Kg, 73734 Esslingen Mikroschalter
DE19646667A1 (de) * 1996-11-12 1998-05-14 Fraunhofer Ges Forschung Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Relais
DE19646667C2 (de) * 1996-11-12 1998-11-12 Fraunhofer Ges Forschung Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Relais
DE19730715C1 (de) * 1996-11-12 1998-11-26 Fraunhofer Ges Forschung Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Relais
US6191671B1 (en) 1997-08-22 2001-02-20 Siemens Electromechanical Components Gmbh & Co. Kg Apparatus and method for a micromechanical electrostatic relay
DE19736674C1 (de) * 1997-08-22 1998-11-26 Siemens Ag Mikromechanisches elektrostatisches Relais und Verfahren zu dessen Herstellung
WO1999010907A1 (de) * 1997-08-22 1999-03-04 Siemens Electromechanical Components Gmbh & Co. Kg Mikromechanisches elektrostatisches relais und verfahren zu dessen herstellung
WO1999062089A1 (de) * 1998-05-27 1999-12-02 Siemens Electromechanical Components Gmbh & Co. Kg Mikromechanisches elektrostatisches relais
DE19823690C1 (de) * 1998-05-27 2000-01-05 Siemens Ag Mikromechanisches elektrostatisches Relais
WO2001001434A1 (en) * 1999-06-30 2001-01-04 Mcnc High voltage micromachined electrostatic switch
WO2001003152A1 (en) * 1999-06-30 2001-01-11 Mcnc Arc resistant high voltage micromachined electrostatic switch
US6229683B1 (en) 1999-06-30 2001-05-08 Mcnc High voltage micromachined electrostatic switch
DE19935819A1 (de) * 1999-07-29 2001-03-08 Tyco Electronics Logistics Ag Relais und Verfahren zu dessen Herstellung
DE19935819B4 (de) * 1999-07-29 2004-08-05 Tyco Electronics Logistics Ag Relais und Verfahren zu dessen Herstellung
WO2003028059A1 (en) * 2001-09-21 2003-04-03 Hrl Laboratories, Llc Mems switches and methods of making same
US7053737B2 (en) 2001-09-21 2006-05-30 Hrl Laboratories, Llc Stress bimorph MEMS switches and methods of making same
CN1896557B (zh) * 2005-07-13 2011-03-02 弗兰霍菲尔运输应用研究公司 用于微机械应用的扭转弹簧

Also Published As

Publication number Publication date
JPH08255546A (ja) 1996-10-01
US5629565A (en) 1997-05-13
EP0713235B1 (de) 1998-02-25
DE59501491D1 (de) 1998-04-02
EP0713235A1 (de) 1996-05-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE4437261C1 (de) Mikromechanisches elektrostatisches Relais
DE4437260C1 (de) Mikromechanisches Relais
EP0938738B1 (de) Verfahren zum herstellen eines mikromechanischen relais
DE4437259C1 (de) Mikromechanisches Relais
DE19736674C1 (de) Mikromechanisches elektrostatisches Relais und Verfahren zu dessen Herstellung
EP0685109A1 (de) Mikromechanisches relais mit hybridantrieb.
DE19823690C1 (de) Mikromechanisches elektrostatisches Relais
DE4305033A1 (de) Mikromechanisches Relais mit Hybridantrieb
DE4205340C1 (en) Micro-mechanical electrostatic relay with parallel electrodes - has frame shaped armature substrate with armature contacts above base electrode contacts on base substrate
DE10000368A1 (de) Mikromechanische Struktur, insbesondere für einen Beschleunigungssensor oder Drehratensensor, und entsprechendes Herstellungsverfahren
DE19935819B4 (de) Relais und Verfahren zu dessen Herstellung
WO1999043013A1 (de) Mikromechanisches elektrostatisches relais
DE112011101117B4 (de) Integrierter elektromechanischer Aktuator und Verfahren zur Herstellung desselben
DE10015598C2 (de) Mikroaktoranordnung
WO2003060940A1 (de) Mikro-elektromechanisches system und verfahren zu dessen herstellung
DE19646667A1 (de) Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Relais
DE19854450C2 (de) Mikromechanisches elektrostatisches Relais
DE19950964B4 (de) Mikromechanisches Relais und Verfahren zur Herstellung
DE10103814A1 (de) Elektrischer Schaltkontakt und Verfahren zu dessen Herstellung
EP1156504A2 (de) Mikromechanisches Relais mit verbessertem Schaltverhalten
EP1246215A1 (de) Mikrorelais mit neuem Aufbau
DE19935678A1 (de) Relais
DE4327142C2 (de) Mikromechanisches elektrostatisches Relais
CH662001A5 (de) Mikroschalter.
EP2053619B1 (de) Kontaktzunge für eine elektrische Schaltvorrichtung, Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Kontaktzunge und elektrische Schaltvorrichtung mit einer Kontaktzunge

Legal Events

Date Code Title Description
8100 Publication of patent without earlier publication of application
D1 Grant (no unexamined application published) patent law 81
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee