WO/2017/153773 | ELECTROMECHANICAL RELAY DEVICE |
JP4464397 | Bistable microswitch with low power consumption |
JP2005209625 | MICRO ELECTRONIC MECHANICAL SYSTEM SWITCH |
RAAB OLIVER (DE)
SCHWARZ MARKUS (DE)
WILKE HANS (DE)
WO2018028947A1 | 2018-02-15 |
US20140158506A1 | 2014-06-12 | |||
EP2398028A2 | 2011-12-21 | |||
US20080174390A1 | 2008-07-24 | |||
DE19854450A1 | 2000-06-15 | |||
US8659326B1 | 2014-02-25 | |||
DE102017215236A1 | 2019-02-28 |
Patentansprüche 1. Elektronikmodul mit einer elektrischen Schaltung (70) und mindestens einem ersten MEMS-Schalter (10) mit mindestens einem ersten Steuerkontakt (50) mit einer ersten Schaltschwellspannung und mindestens einem zweiten MEMS-Schalter (10') mit einem zweiten Steuerkontakt (50') mit einer zweiten, von der ersten verschiedenen Schaltschwellspannung, bei welchem die Steuerkontakte (50, 50') von erstem (10) und zweitem MEMS-Schalter (10') an die elektrische Schaltung (70) angebunden sind. 2. Elektronikmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der erste MEMS-Schalter ein erstes Signal schaltet, welches das Überschreiten der ersten Schaltschwellspan- nung anzeigt und der zweite MEMS-Schalter ein weiteres, zweites Signal schaltet, welches das Überschreiten der zweiten Schaltschwellspannung anzeigt, wobei das Elektronikmodul eine Signaleinrichtung aufweist, welche mindestens ein von einer Schaltstellung des ersten MEMS-Schalters (10) und einer Schaltstellung des zweiten MEMS-Schalters (10') abhängiges Signal (Viow, Vhigh) ausgibt. 3. Elektronikmodul nach Anspruch 1, bei welchem erster (50) und zweiter Steuerkontakt (50') an einem identischen Spannungspotential der elektrischen Schaltung (70) angebunden sind . 4. Elektronikmodul nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem erster (50) und zweiter Steuerkontakt (50') an Teilspannungen eines Spannungsteilers der elektrischen Schaltung (70) angebunden sind . 5. Elektronikmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der erster und zweiter MEMS-Schalter jeweils einen Source- und einen Drain-Kontakt aufweisen, wobei Source- und Drain-Kontakt des ersten MEMS-Schalters mittels des ersten Schaltkontakts entlang eines ersten Leitungspfads leitend verbindbar sind und Source- und Drain-Kontakt des zweiten MEMS-Schalters mittels des zweiten Schaltkontakts entlang eines zweiten Leitungspfads leitend verbindbar sind, wobei erster und zweiter Leitungspfad zueinander parallel geschaltet oder schaltbar sind . 6. Elektronikmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche , welches mindestens einen dritten MEMS-Schalter mit einem dritten Steuerkontakt mit einer Schaltschwellspannung aufweist , welche von der ersten und/oder zweiten Schaltschwellspannung verschieden ist . 7 . Elektronikmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche , bei welchem der erste ( 10 ) und zweite ( 10 ' ) und/oder dritte oder ein oder mehrere weitere MEMS-Schalter mit j e einem Biegeelement ( 30 ) , insbesondere mit j e einem Biegebalken, gebildet sind . 8 . Elektronikmodul nach dem vorhergehenden Anspruch, bei welchem eine galvanisch getrennte Spannungsmessung möglich ist . 9. Elektronikmodul nach Anspruch 7 und/oder 8 , bei welchem zumindest der erste und der zweite MEMS-Schalter mit j e einem Biegeelement , insbesondere j e einem Biegebalken, gebildet sind und erster und zweiter MEMS-Schalter zumindest zwei Schaltkontakte j e Biegeelement aufweisen, die miteinander leitend verbunden sind und die eine elektrisch leitende Verbindung herstellen oder unterbrechen können . 10 . Elektronikmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche , bei welchem die Signaleinrichtung eine Spannung der elektronischen Schaltung mit mindestens einem Spannungsintervall vergleicht , bei dem erster und/oder zweiter MEMS-Schalter j eweils eine Grenze des Spannungsintervalls festlegen . 11 . Elektronikmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche , bei welchem die erste und/oder zweite oder eine weitere Schaltschwellspannung j eweils mittels mindestens eines geo- 15 metrischen und/oder materialbedingten Parameters (h, b, L) des jeweiligen MEMS-Schalters (10, 10') festgelegt ist, insbesondere einer Länge (L) und/oder Breite (b) und/oder Dicke (h) eines Biegeelements und/oder eines Elektrodenabstands (g) und/oder eines Dielektrikums und/oder eines Schichtstress' und/oder eines Schichtmaterials des MEMS-Schalters (10, 10') . 12. Elektronikmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die elektrische Schaltung (70) einen weiteren MEMS-Schalter (120) aufweist und die elektrische Schaltung (70) einen Lastkreis des weiteren MEMS-Schalters (120) bildet . 13. Anlage, insbesondere mit einem Steuer- und/oder Regelmo- dul, mit einem Elektronikmodul (60) nach einem der vorhergehenden Ansprüche . |
Elektronikmodul und Anlage
Die Erfindung betri f ft ein Elektronikmodul mit einer elektrischen Schaltung und mindestens einem ersten MEMS-Schalter sowie eine Anlage .
Es sind Elektronikmodule bekannt , welche MEMS-Schalter (MEMS = Micro-Electro-Mechanical Switch) aufweisen .
Solche MEMS-Schalter sind beispielsweise in den Druckschri ften DE102017215236A1 und WO 2018028947A1 beschrieben .
MEMS-Schalter weisen regelmäßig ein Biegeelement , beispielsweise einen Biegebalken, auf , welcher insbesondere elektrostatisch ausgelenkt werden kann . Das Biegeelement trägt elektrische Schaltkontakte , welche infolge der Auslenkung mit entsprechend angeordneten Gegenkontakten in Anlage gebracht werden können und somit eine elektrisch leitende Verbindung bereitstellen oder unterbrechen können .
Elektronikmodule mit MEMS-Schaltern weisen also Schalt funkti- onalitäten auf , welche eine galvanische Trennung zwischen einem Ansteuerstromkreis , mittels welchem das Biegeelement des MEMS-Schalters ausgelenkt wird, und einem Laststromkreis , welcher mit dem MEMS-Schalter geschaltet wird, erlaubt .
Bei Elektronikmodulen ist es häufig wünschenswert , Spannungen eines Laststromkreises zu überwachen . Auf diese können etwa im Laststromkreis befindliche Verbraucher vor Über- oder Unterspannungen geschützt werden . Auch zum Schutz von Schaltern selbst kann eine solche Überwachung von Spannungen erforderlich sein . Insbesondere in Steuerungen von Industrieanlagen ist eine solche Überwachung von Spannungen regelmäßig vorgesehen . Zur Überwachung, das heißt zur Messung, von Spannungen sind Analog-Digital-Konverter bekannt , welche j edoch keine galvanische Trennung von einem Laststromkreis erlauben, es sei denn, es werden zusätzliche Bauteile , wie beispielsweise Optokoppler vorgesehen . Eine galvanisch getrennte Spannungsmessung kann mittels kapazitiver Spannungsmessungen erfolgen . Dabei sind j edoch komplexe Auswertelektroniken erforderlich . Zudem gelingt eine solche kapazitive Spannungsmessung nur in Wechselspannungsanwendungen . Grundsätzlich können auch MEMS-Voltmeter zur Spannungsmessung vorgesehen sein . Jedoch erfordern auch solche MEMS-Voltmeter eine komplexe Auswertelektronik und zusätzliche Bauteile .
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Elektronikmodul zu schaf fen, bei welchem eine galvanisch getrennte Spannungsmessung möglich ist . Insbesondere soll das erfindungsgemäße Elektronikmodul ohne zusätzliche Prozesskosten oder Prozessaufwände fertigbar sein . Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Anlage , vorzugsweise mit einem Steuer- und/oder Regelmodul , zu schaf fen, welche ein solches Elektronikmodul aufweist .
Diese Aufgabe der Erfindung wird mit einem Elektronikmodul mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen sowie mit einer Anlage mit den in Anspruch 13 angegebenen Merkmalen gelöst . Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den zugehörigen Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung angegeben .
Das erfindungsgemäße Elektronikmodul weist eine elektrische Schaltung und mindestens einen ersten MEMS-Schalter mit mindestens einem ersten Steuerkontakt mit einer ersten Schaltschwellspannung sowie mindestens einen zweiten MEMS-Schalter mit einem zweiten Steuerkontakt mit einer zweiten, von der ersten verschiedenen, Schaltschwellspannung auf . Bei dem erfindungsgemäßem Elektronikmodul sind die Steuerkontakte , also erster Steuerkontakt und Steuerkontakt , von erstem und zweitem MEMS-Schalter an die elektrische Schaltung angebunden . Auf diese Weise können mittels des ersten MEMS-Schalters und mittels des zweiten MEMS-Schalters derart Spannungen in der elektrischen Schaltung gemessen werden, indem aufgrund eines Überschreitens der ersten und/oder der zweiten Schaltschwellspannung der erste und/oder der zweite MEMS-Schalter geschaltet werden . Aufgrund der unterschiedlichen ersten und zweiten Schaltschwellspannung kann somit auf die elektrische Spannung in der elektrischen Schaltung rückgeschlossen werden . Bei dem erfindungsgemäßen Elektronikmodul erfolgt die Spannungsmessung daher mittels eines ersten und eines zweiten MEMS-Schalters . Folglich erfolgt die Spannungsmessung galvanisch getrennt von der elektrischen Schaltung . Lediglich der erste und der zweite Steuerkontakt müssen an die elektrische Schaltung angebunden sein . Da bei dem erfindungsgemäßen Elektronikmodul die Spannungsmessung mittels MEMS-Schaltern erfolgen kann, können insbesondere elektrische Schaltungen mit weiteren MEMS-Schaltern mit erstem MEMS-Schalter und zweitem MEMS-Schalter versehen werden . Weitere Prozessschritte zum Vorsehen von sonstigen Bauteilen sind bei dem erfindungsgemäßen Elektronikmodul nicht erforderlich . Wenn also bei Elektronikmodulen bei der elektrischen Schaltung ohnehin MEMS-Schalter vorgesehen werden, können auch erster MEMS- Schalter und zweiter MEMS-Schalter zum Messen von Spannungen leicht in den Fertigungsprozess des erfindungsgemäßen Elektronikmoduls integriert werden .
Mittels des erfindungsgemäßen Elektronikmoduls kann auf zusätzliche Bauteile wie beispielsweise Optokoppler, zur Spannungsmessung verzichtet werden . Folglich ergibt sich, trotz eines minimal erhöhten Raumbedarfes in Folge der/ s zusätzlichen MEMS-Schalter/ s , in Summe eine Platzersparnis und somit auch eine Kostenersparnis .
Bei dem Elektronikmodul ist der erste MEMS-Schalter bevorzugt ausgebildet , ein erstes Signal zu schalten, welches das Überschreiten der ersten Schaltschwellspannung anzeigt und der zweite MEMS-Schalter ist bevorzugt ausgebildet , ein weiteres , zweites Signal zu schalten, welches das Überschreiten der zweiten Schaltschwellspannung anzeigt , wobei das Elektronikmodul eine Signaleinrichtung aufweist , welche mindestens ein von einer Schaltstellung vom ersten MEMS-Schalter und von einer Schaltstellung vom zweiten MEMS-Schalter abhängiges Signal ausgibt . Dabei kann in dieser Weiterbildung der Erfindung die Signaleinrichtung j e ein von der Schaltstellung des ersten MEMS-Schalters und von der Schaltstellung des zweiten MEMS-Schalters abhängendes Signal ausgeben oder ein sowohl von der Schaltstellung des ersten MEMS-Schalters als auch von der Schaltstellung des zweiten MEMS-Schalters abhängendes Signal ausgeben .
Bei dem erfindungsgemäßem Elektronikmodul sind vorzugsweise der erste Steuerkontakt und der zweite Steuerkontakt an einem identischen elektrischen Potential der elektrischen Schaltung angebunden . Zweckmäßig ist bei dem erfindungsgemäßem Elektronikmodul zudem dem ersten Steuerkontakt und dem zweiten Steuerkontakt j eweils ein auf einem gemeinsamen Erdpotential befindlicher Gegenkontakt zugeordnet . Auf diese Weise lässt sich mittels des ersten MEMS-Schalters und mittels des zweiten MEMS-Schalters ein Spannungsintervall aufspannen, bei welchem mittels erstem und zweitem MEMS-Schalter leicht geprüft werden kann, ob die Spannung der elektrischen Schaltung innerhalb oder außerhalb des Spannungsintervalls und gegebenenfalls auf welcher Seite des Spannungsintervalls die Spannung der elektrischen Schaltung befindlich ist .
Bei einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Elektronikmoduls sind erster und zweiter Steuerkontakt an Teilspannungen eines Spannungsteilers der elektrischen Schaltung angebunden . Auch aus Teilspannungen eines Spannungsteilers können erste Schaltschwellspannung und zweite Schaltschwellspannung miteinander in Beziehung gesetzt werden . Entsprechend können auch in dieser Konfiguration Spannungen mittels des ersten MEMS-Schalters und des zweiten MEMS-Schalters gemessen werden . Besonders bevorzugt sind bei dem erfindungsgemäßen Elektronikmodul erster MEMS-Schalter und zweiter MEMS-Schalter zueinander parallel geschaltet . In dieser Konfiguration lässt sich mit der ersten Schaltschwellspannung des ersten MEMS- Schalters und der zweiten Schaltschwellspannung des zweiten MEMS-Schalters sehr einfach ein Spannungsintervall bilden, sodass in Folge der Schaltvorgänge des ersten MEMS-Schalters und des zweiten MEMS-Schalters eine Lage der Spannung der elektrischen Schaltung relativ zum Spannungsintervall einfach bestimmbar ist .
Dabei bedeutet die Wendung, dass erster und zweiter MEMS- Schalter zueinander parallel geschaltet sind, dass erster und zweiter MEMS-Schalter j eweils einen Source- und einen Drain- Kontakt aufweisen, wobei Source- und Drain-Kontakt des ersten MEMS-Schalters mittels des ersten Schaltkontakts entlang eines ersten Leitungspfads leitend verbindbar sind und Source- und Drain-Kontakt des zweiten MEMS-Schalters mittels des zweiten Schaltkontakts entlang eines zweiten Leitungspfads leitend verbindbar sind, wobei erster und zweiter Leitungspfad zueinander parallel geschaltet oder schaltbar sind .
Es versteht sich, dass Source- und Drain-Kontakt des j eweils ersten und/oder zweiten MEMS-Schalters j eweils diej enigen Schaltkontakte bilden, welche j eweils mittels Schaltens des j eweiligen ersten und/oder zweiten MEMS-Schalters elektrisch leitend verbunden werden oder elektrisch getrennt werden können . Es versteht sich, dass passend zu dieser Terminologie der oben beschriebenen Weiterbildung erster und zweiter Steuerkontakt j eweils als Gate-Kontakt des ersten und zweiten MEMS-Schalters bezeichnet werden können .
Das Elektronikmodul gemäß der Erfindung weist zweckmäßig eine Signaleinrichtung auf , welche mindestens ein von einer Schaltstellung des ersten MEMS-Schalters und einer Schaltstellung des zweiten MEMS-Schalters abhängiges Signal ausgibt . Die Signaleinrichtung ist in dieser Weiterbildung der Erfindung vorzugsweise die bereits zuvor beschriebene Signal- einrichtung . Dabei kann in dieser Weiterbildung der Erfindung die Signaleinrichtung j e ein von der Schaltstellung des ersten MEMS-Schalters und von der Schaltstellung des zweiten MEMS-Schalters abhängendes Signal ausgeben oder ein sowohl von der Schaltstellung des ersten MEMS-Schalters als auch von der Schaltstellung des zweiten MEMS-Schalters abhängendes Signal ausgeben . Sind etwa erster MEMS-Schalter und zweiter MEMS-Schalter mit erstem und zweitem Steuerkontakt an ein identisches Spannungspotential der elektrischen Schaltung angebunden und sind erster und zweiter MEMS-Schalter zueinander parallel geschaltet , so wird bei einem Überschreiten der niedrigsten Schaltschellspannung durch die Spannung der elektrischen Schaltung der zugehörige MEMS-Schalter geschaltet . Der entsprechende MEMS-Schalter kann nun ein Signal schalten, welches das Überschreiten der zugehörigen Schaltschwellspannung anzeigt . Erreicht die Spannung der elektrischen Schaltung die weitere Schaltschwellspannung des zugehörigen MEMS-Schalters , so schaltet auch dieser MEMS-Schalter durch und kann etwa ein weiteres , zweites Signal aktiv schalten, welches anzeigt , dass die Spannung die zugehörige Schaltschwellspannung übersteigt .
In einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Elektronikmoduls weist dieses mindestens einen dritten MEMS- Schalter mit einem Steuerkontakt mit einer Schaltschwellspan- nung auf , welche von der ersten und/oder zweiten Schaltschwellspannung verschieden ist . Auf diese Weise lässt sich mittels weiterer Schaltschwellspannungen die Auflösung der Spannungsmessung oder aber der Messbereich der Spannungsmessung erhöhen . Vorteilhafterweise kann auch ein vierter MEMS- Schalter mit einem Steuerkontakt mit einer Schaltschwellspan- nung Teil des Elektronikmodul sein, welche von der ersten und/oder zweiten und/oder dritten Schaltschwellspannung verschieden ist .
Bei dem Elektronikmodul gemäß der Erfindung sind der erste und/oder der zweite und/oder der dritte und/oder weitere und/oder sämtliche der MEMS-Schalter mit j e einem Biegeele- ment , vorzugsweise mit j e einem Biegebalken, gebildet . Auf diese Weise bildet der Steuerkontakt eine Elektrode aus , welche das Biegeelement , insbesondere den Biegebalken, auslenkt . Zweckmäßigerweise trägt das Biegeelement , insbesondere der Biegebalken, mindestens einen Schaltkontakt , mittels welchem in Folge einer Auslenkung des Biegeelementes eine leitende Verbindung bereitgestellt werden kann .
Besonders bevorzugt ist bei dem erfindungsgemäßen Elektronikmodul , d . h . mittels des erfindungsgemäßen Elektronikmoduls , eine galvanisch getrennte Spannungsmessung möglich . Eine galvanisch getrennte Spannungsmessung ist insbesondere mittels nachfolgend beschriebener Weiterbildung möglich . Mit anderen Worten ist eine galvanisch getrennte Spannungsmessung derart möglich, dass die Merkmale der nachfolgend beschriebenen Weiterbildung der Erfindung realisiert sind :
So sind in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung zumindest der erste und der zweite MEMS-Schalter mit j e einem Biegeelement , insbesondere j e einem Biegebalken, gebildet und erster und zweiter MEMS-Schalter weisen vorzugsweise zumindest zwei Schaltkontakte j e Biegeelement auf , die miteinander leitend verbunden sind und die eine elektrisch leitende Verbindung herstellen oder unterbrechen können . Mittels der Schaltkontakte können die MEMS-Schalter des erfindungsgemäßen Elektronikmoduls galvanisch getrennt von den Steuerkontakten des Elektronikmoduls Signale , insbesondere das zuvor beschriebene erste Signal , welches das Überschreiten der ersten Schaltschwellspannung anzeigt und das zweite Signal , welches das Überschreiten der zweiten Schaltschwellspannung anzeigt , schalten . Mittels der geschalteten Signale , insbesondere mittels des ersten und/oder zweiten Signals , können an den Steuerkontakten anliegende Spannungen leicht gemessen werden .
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die an dem ersten Steuerkontakt anliegende Spannung relativ zum Biegeelement des ersten MEMS-Schalters bemessen, d . h . die am Steuerkontakt anliegende Spannung bemisst sich relativ zu ei- nem Potential , insbesondere Nullpotential , des Biegeelements des ersten MEMS-Schalters . Die am zweiten Steuerkontakt anliegende Spannung bemisst sich in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung relativ zu einem Potential , insbesondere Nullpotential , des Biegeelements des zweiten MEMS- Schalters .
Idealerweise vergleicht bei dem erfindungsgemäßen Elektronikmodul die Signaleinrichtung eine Spannung der elektronischen Schaltung mit mindestens einem Spannungsintervall , bei welchem erster und/oder zweiter MEMS-Schalter j eweils eine Grenze des Spannungsintervalls festlegen . Wie bereits zu vorhergehenden Weiterbildungen der Erfindung ausgeführt , lässt sich mittels erstem und/oder zweitem MEMS-Schalter ein Spannungsintervall bilden, mit welchem die Spannung der elektrischen Schaltung verglichen werden kann .
Bevorzugt ist oder sind bei dem Elektronikmodul gemäß der Erfindung die erste und/oder zweite und/oder weitere Schalt- schwellspannung/en mittels mindestens eines geometrischen und/oder materialbedingten Parameters des MEMS-Schalters festgelegt . Vorzugsweise ist der geometrische und/oder materialbedingte Parameter eine Länge und/oder Breite und/oder Dicke eines Biegeelementes und/oder ein Elektrodenabstand und/oder ein Dielektrikum und/oder ein Schichtstress und/oder ein Schichtmaterial des MEMS-Schalters . So können eine Länge oder Breite oder Dicke eines Biegeelementes die Schaltschwellspannung einfach festlegen . Auf ähnliche Weise haben ein Elektrodenabstand oder ein Dielektrikum oder ein Schichtstress oder ein Schichtmaterial einen Einfluss auf die Schaltschwellspannung des MEMS-Schalters .
Bevorzugt weist bei dem erfindungsgemäßen Elektronikmodul die elektrische Schaltung einen weiteren MEMS-Schalter auf und die elektrische Schaltung bildet einen Lastkreis des weiteren MEMS-Schalters . Auf diese Weise wird zum einen der Lastkreis des Elektronikmoduls mit einem MEMS-Schalter geschaltet und eine Spannung der elektrischen Schaltung wird mittels MEMS-Schaltern gemessen . Entsprechend sind die Schaltungen des Lastkreises und die Messung der Spannung des Lastkreises mittels derselben Technologie realisiert .
Die erfindungsgemäße Anlage weist insbesondere ein Steuer- und/oder Regelmodul auf . Die Anlage ein Elektronikmodul wie vorhergehend beschrieben auf . Besonders bevorzugt ist das Elektronikmodul Teil des Steuer- und/oder Regelmoduls .
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Aus führungsbeispiels näher erläutert .
Es zeigen :
Figur 1 einen ersten MEMS-Schalter des erfindungsgemäßen Elektronikmoduls schematisch im Querschnitt ,
Figur 2 den ersten MEMS-Schalter gemäß Figur 1 schematisch in einer Draufsicht ,
Figur 3 das erfindungsgemäße Elektronikmodul mit dem ersten MEMS-Schalter gemäß Figuren 1 und 2 sowie mit einem zweiten MEMS-Schalter schematisch in einer Draufsicht sowie
Figur 4 eine erfindungsgemäße Anlage mit dem erfindungsgemäßen Elektronikmodul gemäß Figur 3 in einer schematischen Prinzipski z ze .
Der in Figur 1 dargestellte MEMS-Schalter 10 des erfindungsgemäßen Elektronikmoduls ( in den Figuren 1 und 2 nicht dargestellt ) weist ein Substrat 20 und einen daran angelengten Biegebalken 30 auf . Der Biegebalken 30 ist mit einem freien Ende 40 in Richtung auf das Substrat 20 auslenkbar . Zur Auslenkung des freien Endes 40 des Biegebalkens 30 ist auf dem Substrat 20 an seiner dem Biegebalken 30 zugewandten Oberfläche eine Elektrode 50 flächig aufgebracht , welche auf eine am Biegebalken 30 befindliche Gegenelektrode ( in der Zeichnung nicht expli zit dargestellt ) eine elektrostatische Anziehung ausübt , sodass das freie Ende 40 des Biegebalkens 30 sich auf die Elektrode 50 und folglich auf das Substrat 20 zubewegen kann . Zur Auslenkung wird die Elektrode 50 , welche einen ersten Steuerkontakt des ersten MEMS-Schalters 10 bildet , mit einer Spannung beaufschlagt , worauf sich der Biegebalken 30 auslenkt .
Nicht eigens in den Figuren 1 und 2 dargestellt , weist der Biegebalken 30 an seinem freien Ende 40 zwei Schaltkontakte auf , welche miteinander senkrecht zur Zeichenebene leitend verbunden sind und welche sich an dem freien Ende 40 j e einmal vor der Zeichenebene und einmal hinter der Zeichenebene befinden . Die beiden Schaltkontakte können im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch als Source- und Drain-Kontakte bezeichnet werden . Die Schaltkontakte können folglich eine elektrisch leidende Verbindung senkrecht zur Zeichenebene herstellen oder unterbrechen . Im dargestellten Aus führungsbeispiel wird eine elektrisch leitende Verbindung hergestellt , wenn das freie Ende 40 des Biegebalkens 30 auf das Substrat 20 zubewegt wird . Zur Auslenkung des freien Ende 40 des ersten MEMS-Schalters 10 ist eine Spannung an der den ersten Steuerkontakt bildenden Elektrode 50 erforderlich, welche eine erste Schaltschwellspannung bildet . Diese erste Schaltschwellspannung hängt von den geometrischen Abmessungen des Biegebalkens 30 ab . Je größer die Länge L des Biegebalkens 30 ist ( siehe Figur 2 ) , umso leichter lässt sich der Biegebalken 30 auf das Substrat 20 zubewegen . Mit zunehmender Länge L sinkt also die erforderliche Schaltschwellspannung zur Auslenkung des freien Endes 40 des ersten MEMS-Schalters 10 .
Mit zunehmender Breite b ( siehe Figur 2 ) wächst hingegen die Biegestei figkeit des Biegebalkens 30 des ersten MEMS- Schalters 10 , sodass die erste Schaltschwellspannung entsprechend zunimmt . Ferner nimmt die erste Schaltschwellspannung mit einem zunehmendem Abstand g des Biegebalkens 30 von dem Substrat 20 zu . Mittels der geometrischen Abmessungen lässt sich also bei dem ersten MEMS-Schalter 10 die erste Schaltschwellspannung maßschneidern . Bei dem erfindungsgemäßen Elektronikmodul 60 ( Figur 3 ) ist nur nicht allein ein erster MEMS-Schalter 10 vorhanden, sondern das Elektronikmodul 60 weist zudem einen zweiten MEMS-Schalter 10 ' auf , bei welchem der Biegebalken 30 ' mit einer kürzeren Länge L versehen ist , sodass an einem zweiten Steuerkontakt 50 ' des zweiten MEMS- Schalters 10 ' eine höhere Spannung zum Schalten des zweiten MEMS-Schalters 10 ' angelegt werden muss . Mithin weist der zweite MEMS-Schalter 10 ' eine höhere Schaltschwellspannung auf als der erste MEMS-Schalter 10 .
Erster MEMS-Schalter 10 und zweiter MEMS-Schalter 10 ' sind j eweils an demselben Potential eines Laststromkreises 70 angeordnet , welches zum einen ein Lastpotential V Last sowie ein Erdpotential V Last , GND umfasst . Lastpotential V Last und Erdpotential V Last , GND sind j eweils an die Elektrode 50 und die nicht in Figur 1 dargestellten Gegenelektrode des ersten MEMS-Schalters sowie an den zweiten Steuerkontakt 50 ' des zweiten MEMS-Schalters 10 ' und einen in Figur 1 nicht dargestellten zweiten Gegensteuerkontakt elektrisch leitend angebunden . Dabei ist j eweils das Erdpotential V Last , GND an die Biegebalken 30 , 30 ' des ersten 10 und des zweiten MEMS- Schalters 10 ' herangeführt , während das Lastpotential V Last j eweils an die auf dem Substrat 20 befindliche Elektrode 50 sowie den zweiten Steuerkontakt 50 ' geführt ist . Mittels des Lastpotentials V Last sowie des Erdpotentials V Last , GND können also erster MEMS-Schalter 10 und zweiter MEMS-Schalter 10 ' geschaltet werden .
In dem in Figur 3 dargestellten Aus führungsbeispiel ist das Lastpotential V Last mit einer elektrischen Ausleitung Out kontaktierbar . Zur Kontaktierbarkeit sind Ausleitung Out und Lastpotential V Last j eweils an eine kammartige Struktur 80 , 90 angebunden, welche j eweils Kammzähne 100 , 110 aufweisen, welche mittels weiteren MEMS-Schaltern 120 miteinander in elektrisch leitenden Kontakt gebracht werden können . Werden die weiteren MEMS-Schalter 120 geschaltet , so werden die Kammzähne 100 , 110 miteinander elektrisch leitend in Kontakt gebracht , sodass die Ausleitung Out auf Lastpotential V Last gebracht wird . Mittels des ersten MEMS-Schalters 10 und des zweiten MEMS-Schalters 10 ' kann bei dem erfindungsgemäßen Elektronikmodul 60 die Spannung zwischen dem Lastpotential V Last und dem Erdpotential V Last , GND bestimmt werden . In Folge der voneinander verschiedenen ersten Schwellschaltspannung und der zweiten Schwellschaltspannung schaltet der MEMS- Schalter 10 dann durch, wenn die Lastspannung V Last die erste Schwellschaltspannung überschreitet . In diesem Falle schaltet der erste MEMS-Schalter 10 durch und gibt ein Spannungssignal Viow aus , indem der erste MEMS-Schalter 10 einen ersten Signalschaltkreis Vi ow durchschaltet . Beim Durchschalten kann an dem ersten Signalschaltkreis folglich ein Lastpotential V Last erkannt werden, welches die erste Schwellschaltspannung überschreitet . Überschreitet die Lastspannung V Last die zweite Schwellschaltspannung, so schaltet entsprechend der zweite MEMS-Schalter 10 ' einen zweiten Signalschaltkreis durch, welcher ein Signal Vhi g h ausgibt . Anhand der Spannungssignale Vi ow und Vhigh, welche einer Signaleinrichtung im Sinne der vorliegenden Erfindung bilden, kann folglich leicht ermittelt werden, ob das Lastpotential V Last innerhalb der Grenzen der ersten Schwellschaltspannung und der zweiten Schwellschaltspannung liegt .
Das erfindungsgemäße Elektronikmodul 60 ist Teil eines Steuer- und Regelmoduls 200 , welches seinerseits Teil einer erfindungsgemäßen Industrieanlage 300 ist . Die Industrieanlage 300 dient zur Steuerung und Regelung eines in der Zeichnung nicht dargestellten Industriemotors .
Next Patent: NITROCELLULOSE PAPERS AND METHODS OF PRODUCTION AND USE