Wagner, Bernd (Hohe Str. 11, Looft, 25582, DE)
Quenzer, Hans Joachim (Edendorfer Str. 170, Itzehoe, 25524, DE)
Wagner, Bernd (Hohe Str. 11, Looft, 25582, DE)
| 1. | Mikroaktoranordnung, insbesondere Mikrorelais, mit einem Substrat (1), auf dem ein erster thermome chanischer Mikroaktor (3) und ein zweiter thermo mechanischer Mikroaktor (4) angeordnet sind, wobei der erste thermomechanische Mikroaktor (3) bei ei ner thermischen Anregung im Wesentlichen parallel zur Oberfläche (2) des Substrates (1) ausgelenkt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite thermomechanische Mikroaktor (4) derart ausgebildet und relativ zum ersten thermo mechanischen Mikroaktor (3) angeordnet ist, dass er bei einer thermischen Anregung im Wesentlichen senkrecht zur Oberfläche (2) des Substrates (1) ausgelenkt wird und ein erster Abschnitt (5) des ersten thermomechanischen Mikroaktors (3) in einem ausgelenkten Zustand bis unter einen zweiten zwei ten Abschnitt (6) des zweiten thermomechanischen Mikroaktors (4) in einem ausgelenktem Zustand reicht. |
| 2. | Mikroaktoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der erste und/oder der zweite thermome chanische Mikroaktor (3,4) aus ein oder mehreren balkenförmigen Elementen zusammensetzen, die beid seitig am Substrat (1) eingespannt sind. |
| 3. | Mikroaktoranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ein oder mehreren balkenförmigen Elemente mit einer Heizleitungsschicht versehen sind. |
| 4. | Mikroaktoranordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ein oder mehreren balkenförmigen Elemente aus einem elektrisch leitfähigen Material beste hen. |
| 5. | Mikroaktoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abschnitt (5) des ersten thermome chanischen Mikroaktors (3) als plattenförmiger Ausleger ausgestaltet ist, der sich in Auslen kungsrichtung des ersten thermomechanischen Mikro aktors (3) erstreckt. |
| 6. | Mikroaktoranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der plattenförmige Ausleger eine derartige Länge in Auslenkungsrichtung des ersten thermo mechanischen Mikroaktors (3) aufweist, dass er bei unterschiedlich starken Auslenkungen des ersten thermomechanischen Mikroaktors (3) bis unter den zweiten Abschnitt (6) des zweiten thermo mechanischen Mikroaktors (4) reicht. |
| 7. | Mikroaktoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Abschnitt (6) des zweiten thermo mechanischen Mikroaktors (4) als plattenförmiger Ausleger ausgestaltet ist, der sich entgegen der Auslenkungsrichtung des ersten thermomechanischen Mikroaktors (3) erstreckt. |
| 8. | Mikroaktoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Abschnitt (5,6) derart ausgestaltet sind, dass sie ineinander greifen, wenn die thermische Anregung des zweiten thermomechanischen Mikroaktors (4) beendet wird, während sich der erste thermomechanische Mikroak tor (3) im ausgelenkten Zustand befindet. |
| 9. | Mikroaktoranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abschnitt (5) eine Ausnehmung auf weist, in die eine Erhebung am zweiten Abschnitt (6) eingreift oder umgekehrt. |
| 10. | Mikroaktoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Substrat (1) ein oder mehrere Leiter bahnen (13) und/oder Kontaktflächen mit einer oder mehreren Unterbrechung (en) vorgesehen sind, die durch Auslenkung des ersten thermomechanischen Mi kroaktors (3) überbrückt werden können. |
| 11. | Mikroaktoranordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der erste thermomechanische Mikroaktor (3) ein oder mehrere elektrisch leitfähige Kontakt brücken (14) zum Überbrücken der Unterbrechung (en) aufweist. |
Technisches Anwendungsgebiet Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mikro- aktoranordnung mit einem Substrat mit einem ersten thermomechanischen Mikroaktor und einem zweiten thermo- mechanischen Mikroaktor, wobei der erste thermomechani- sche Mikroaktor bei einer thermischen Anregung im We- sentlichen parallel zur Oberfläche des Substrates aus- gelenkt wird. Die Mikroaktoranordnung eignet sich ins- besondere für den Einsatz als Mikrorelais.
Mikrorelais ersetzen zunehmend konventionelle elektromechanische Relais, da sie mit geringeren Kosten und geringerem Platzbedarf hergestellt werden können und aufgrund ihrer Größe auch geringere Schaltzeiten erreichen. Derzeit werden diese Mikrorelais in der Re- gel auf Basis von Mikroaktoren realisiert, die nach dem elektrostatischen Wirkprinzip arbeiten. Diese elek- trostatischen Mikrorelais zeichnen sich allerdings durch relativ kleine Stellwege und kleine Stellkräfte der Mikroaktoren aus, was einerseits zu Problemen hin- sichtlich der Durchschlagfestigkeit des Mikrorelais und andererseits zu Problemen aufgrund eines erhöhten Kon- taktverschleißes führt.
Thermomechanische Mikroaktoren, die in anderen Be- reichen der Mikrosystemtechnik zum Einsatz kommen, zeichnen sich demgegenüber vor allem durch die Erzeu- gung vergleichsweise großer Stellkräfte und Stellwege
bei gleichzeitig moderatem Leistungsverbrauch aus. Sie finden in der Mikrosystemtechnik vor allem für die Kon- struktion von Mikrostellelementen Anwendung, bei denen es auf möglichst große Stellkräfte und Stellwege an- kommt. Ein Beispiel hierfür ist der Einsatz in Mikro- ventilen. Da für den Betrieb thermischer Mikroaktoren in der Regel elektrische Leistungen im Bereich von ei- nigen 100 mW benötigt werden, kommen thermische Antrie- be bisher vornehmlich für den Aufbau einzelner Stelle- lemente in Frage.
Als besonderer Nachteil thermomechanischer Mikro- aktoren erweist sich jedoch, dass ein thermomechani- scher Mikroaktor zum Halten seines durch thermische An- regung herbeigeführten ausgelenkten Zustandes (ON- Zustand) kontinuierlich durch Energiezufuhr geheizt werden muss. Aus diesem Grunde werden thermomechanische Mikroatoren in Mikrorelais wie auch für eine Vielzahl von anderen Applikationen bisher nicht oder nur in Aus- nahmefällen eingesetzt.
Stand der Technik Die US 5,909,078 zeigt ein Beispiel für eine Mi- kroaktoranordnung mit thermomechanischen Mikroaktoren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Als Mi- kroaktor wird hierbei ein einzelner oder eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten balkenförmigen Elementen eingesetzt, die parallel zu einer Substratoberfläche an jeweils beiden Enden am Substrat eingespannt und in ei- ner Vorzugsrichtung parallel zur Substratoberfläche vorgespannt sind. Durch Aufheizen der balkenförmigen Elemente dehnen sich diese im eingespannten Zustand aus, so dass eine Auslenkung in der Vorzugsrichtung
parallel zur Substratoberfläche resultiert. Diese Aus- lenkbewegung kann beispielsweise zum Öffnen oder Schließen einer Ventilöffnung im Substrat eingesetzt werden.
Auch die thermomechanischen Mikroaktoren dieser Druckschrift lassen sich jedoch nicht ohne die obigen Nachteile in einem Mikrorelais verwenden, in dem ein- zelne Schaltzustände längere Zeit gehalten werden müs- sen.
Den gleichen Nachteil weist das thermomechanische Mikrorelais auf, das in J.-Y. Lee et al.,"A characte- rization of thermal parameters of thermally driven po- lysilicon microbridge actuators using electrical impe- dance analysis", Sensors and Actuators A75 (1999), 86- 92, beschrieben wird. Bei diesem Relais wird eine brük- kenförmig ausgebildete Polysilizium-Membran durch Auf- heizen senkrecht zur Substratoberfläche ausgelenkt, um elektrische Kontakte zu verbinden. Zum Halten dieser Verbindung ist jedoch ständige Energiezufuhr erforder- lich.
Aus der WO 99/16096 ist ein Mikrorelais aus mehre- ren gleichartig aufgebauten thermomechanischen Aktuato- ren bekannt, die über balkenförmige Elemente an jeweils beiden Enden am Substrat eingespannt sind. Durch Auf- heizen der balkenförmigen Elemente wird eine Auslenkung der beiden Aktuatoren parallel zur Substratoberfläche hervorgerufen. Über einen mechanischen Verriegelungsme- chanismus, einem seitlichen Verhaken mit dem zweiten Aktuator, kann einer der Aktuatoren stromlos in einer bestimmten Position gehalten werden. Die Verriegelung kann durch Betätigung des zweiten Aktuators wieder ge- löst werden.
Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine weitere Mikroaktoranordnung anzugeben, die ein Umschalten zwi- schen zumindest zwei Schaltzuständen mit großer Stell- kraft und großem Stellweg ermöglicht, wobei die jewei- ligen Schaltzustände leistungslos gehalten werden kön- nen.
Darstellung der Erfindung Die Aufgabe wird mit der Mikroaktoranordnung nach Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Mikroaktoranordnung sind Gegenstand der Unteran- sprüche.
Die vorliegende Mikroaktoranordnung besteht aus einem Substrat mit zumindest zwei thermomechanischen Mikroaktoren. Ein erster thermomechanischer Mikroaktor ist in einer aus dem Stand der Technik bekannten Weise auf dem Substrat angeordnet, wobei er bei einer thermi- schen Anregung im Wesentlichen parallel zur Oberfläche des Substrates ausgelenkt wird, d. h. seine Stellbewe- gung im Wesentlichen parallel zur Oberfläche ausführt.
Erfindungsgemäß ist der zweite thermomechanische Mikro- aktor einerseits derart ausgebildet, dass er bei einer thermischen Anregung im Wesentlichen senkrecht zur Oberfläche des Substrates ausgelenkt wird, d. h. seine Stellbewegung im Wesentlichen senkrecht zur Substrato- berfläche durchführt. Andererseits ist der zweite ther- momechanische Mikroaktor relativ zum ersten thermome- chanischen Mikroaktor derart angeordnet, dass ein Ab- schnitt des ersten thermomechanischen Mikroaktors bei
einer thermischen Anregung bis unter einen Abschnitt des zweiten thermomechanischen Mikroaktors-in ausge- lenktem Zustand-reicht. Da der zweite thermomechani- sche Mikroaktor eine Stellbewegung im Wesentlichen senkrecht zur Substratoberfläche vollführt, befindet sich somit ein Abschnitt des ersten thermomechanischen Mikroaktors in einem ausgelenkten Zustand zwischen ei- nem Abschnitt des zweiten thermomechanischen Mikroak- tors und der Substratoberfläche, so dass dieser Ab- schnitt des ersten thermomechanischen Mikroaktors bei Abschalten des zweiten thermomechanischen Mikroaktors von diesem eingeklemmt wird.
Diese Anordnung zweier thermomechanischer Mikroak- toren ermöglicht es somit, den Schaltzustand (ON- Zustand) des ersten thermomechanischen Mikroaktors lei- stungslos zu halten. Beim Umschalten vom Ruhezustand (OFF-Zustand) in den ON-Zustand werden zunächst beide thermomechanischen Mikroaktoren angeschaltet, d. h. thermisch angeregt, so dass sich ein erster Abschnitt des ersten thermomechanischen Mikroaktors unter einen zweiten Abschnitt des zweiten thermomechanischen Mikro- aktors bewegt. Anschließend wird der zweite thermome- chanische Mikroaktor abgeschaltet und klemmt dadurch den ersten Abschnitt des ersten thermomechanischen Mi- kroaktors ein. Wird dieser anschließend ebenfalls durch Unterbrechung der Wärmezufuhr abgeschaltet, so ver- bleibt er in der ausgelenkten Stellung, da er durch die Klemmwirkung des abgeschalteten zweiten thermomechani- schen Mikroaktors in dieser Position gehalten wird.
Diese Haltestellung wird einerseits durch die Reibung zwischen den beiden Mikroaktoren und andererseits durch die hohe Rückstellkraft, mit der zweite thermische Mi-
kroaktor seine Ruhestellung einnimmt, ermöglicht. Auf diese Weise wird der ausgelenkte Zustand des ersten thermomechanischen Mikroaktors ohne weitere Energiezu- fuhr, das heißt leistungslos, gehalten. Zum Lösen die- ser Haltestellung ist es lediglich erforderlich, den zweiten thermomechanischen Mikroaktor kurz anzuschal- ten, wodurch die Haltestellung gelöst wird und der er- ste thermomechanische Mikroaktor in seine Ruhestellung (OFF-Zustand) zurückkehrt, in der er ebenfalls ohne Energiezufuhr verbleibt.
Durch diese Eigenschaft der erfindungsgemäßen Mi- kroaktoranordnung, zwei Schaltzustände mit Hilfe von thermomechanischen Mikroaktoren leistungslos halten zu können, eröffnet sich die Möglichkeit, die großen Stellkräfte und Stellhübe thermomechanischer Mikroakto- ren auch in Bereichen einzusetzen, für die sie bisher nicht geeignet waren. Die vorliegende Mikroaktoranord- nung ist hierbei besonders für den Einsatz in Mikrore- lais geeignet, läßt sich aber selbstverständlich auch für andere Anwendungen wie beispielsweise für Mikroven- tile einsetzen. Durch die Verwendung der vorliegenden Mikroaktoranordnung wird es gerade beim Einsatz in Mi- krorelais möglich, vergleichsweise große Stellwege mit einer relativ großen Andruckkraft auf die zu überbrük- kenden Kontakte zu kombinieren. Der erste thermomecha- nische Aktor, im Folgenden auch als lateraler Aktor be- zeichnet, kann hierbei so ausgelegt werden, dass er Hü- be bzw. Stellwege von 50-80 Rm ermöglicht. Durch die- se großen Stellwege können die elektrischen Kontakte im Relais einen größeren gegenseitigen Abstand aufweisen, so dass einerseits die Durchschlagfestigkeit des Relais erhöht und andererseits ein Übersprechen zwischen ein-
zelnen Leitungen vermindert wird. Gleichzeitig entwik- kelt der zweite thermomechanische Aktor, im folgenden auch als z-Aktor bezeichnet, der den lateralen Aktor in einer ausgelenkten Position hält, bei seiner Rückstell- bewegung in die Ruhelage Andruckkräfte im Bereich von 10 mN-50 mN und mehr. Der laterale Aktor sorgt dem- nach für den großen Hub während der z-Aktor für das Schließen der Relais-Kontakte die große Andruckkraft liefert, da er den lateralen Aktor mit dieser Andruck- kraft gegen die Substratoberfläche presst, auf der beim Mikrorelais die zu schließenden Kontakte angeordnet sind.
Die elektrische Leistung von ca. 200-300 mW zum Schalten des Mikrorelais wird nur während der kurzen Schaltphasen benötigt, während die einzelnen Schaltzu- stände leistungslos gehalten werden können. Der benö- tigte Flächenbedarf für die beiden Mikroaktoren auf dem Substrat beträgt in der Regel etwa 2 mm x 1 mm und ist damit vergleichbar den Flächen, die für Mikrorelais nach dem elektrostatischen Wirkprinzip benötigt werden.
Die vorliegende Mikroaktoranordnung ist damit im Hin- blick auf die erreichbaren Schaltkräfte und die er- reichbaren Schalthübe jedem bislang bekannten Mikrore- lais-Konzept deutlich überlegen.
Es versteht sich jedoch von selbst, dass die er- findungsgemäße Mikroaktoranordnung auch für andere An- wendungen geeignet ist, bei denen einerseits zumindest zwei Schaltzustände leistungslos gehalten werden müssen und andererseits große Stellkräfte und Stellwege erfor- derlich sind.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Mikro- aktoranordnung besteht darin, dass mit dieser Anordnung nicht nur zwei sondern auch weitere Schaltzustände rea- lisiert und leistungslos gehalten werden können. Dies erfordert lediglich, dass der laterale Aktor bei unter- schiedlichen Auslenkungen, die durch unterschiedlich starke thermische Anregung erzeugt werden, jeweils mit einem Abschnitt bis unter den z-Aktor reicht. Dies kann beispielsweise durch einen entsprechend langen Ausleger am lateralen Aktor erreicht werden, der sich in Auslen- kungsrichtung erstreckt. Auf diese Weise kann der late- rale Aktor durch den z-Aktor in jeder beliebigen Aus- lenkungsposition gehalten werden. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine Vielzahl von Schaltverbindungen in ei- nem mit der erfindungsgemäßen Mikroaktoranordnung aus- gestatteten Mikrorelais.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der vor- liegenden Mikroaktoranordnung zeichnet sich dadurch aus, dass sich die beiden Mikroaktoren beim Einnehmen der Halteposition ineinander verhaken. Dies erlaubt ei- ne sehr sichere Halteposition, bei der die Reibung zwi- schen den beiden Aktoren keine Rolle spielt. Dieses Verhaken kann dadurch realisiert werden, dass die bei- den in der Halteposition übereinanderliegenden Ab- schnitte des lateralen Aktors und des z-Aktors ineinan- dergreifen, beispielsweise indem einer der beiden Ab- schnitte eine Ausnehmung aufweist, in die eine Erhebung des anderen der beiden Abschnitte eingreift. Selbstver- ständlich sind auch andere geometrische Ausgestaltungen denkbar, die zu einer entsprechenden Verhakung oder zu einem entsprechenden Ineinandergreifen führen. Der Fachmann kennt derartige Ausgestaltungen aus vielen Be-
reichen der Technik. Bei mehreren zu haltenden Schalt- positionen können durch entsprechende geometrische Aus- gestaltung der Abschnitte unterschiedliche Haltestel- lungen vorgegeben werden, bei die beiden Abschnitte in- einandergreifen.
Die Herstellung und die unterschiedlichen Ausge- staltungsmöglichkeiten thermomechanischer Mikroaktoren sind dem Fachmann bekannt. Vorzugsweise wird bei der vorliegenden Mikroaktoranordnung ebenfalls ein balken- förmiges Element als Grundelement des einzelnen Mikro- aktors eingesetzt, wie dies beispielsweise aus der US 5,909,078 bekannt ist. Dieses balkenförmige Element wird vorzugsweise derart aus dem Substrat herausgeätzt, dass es beidseitig am Substrat eingespannt bleibt. Auch der zweite thermomechanische Aktor, das heißt der z- Aktor, besteht aus einem derartigen Element, das in Form einer Brücke mit dem Substrat verbunden ist.
Die thermische Anregung der beiden Elemente kann auf die unterschiedlichste Art erfolgen. Beispiele für thermische Anregungen, wie Bestrahlung, Anordnen eines Heizelementes am Substrat, Direktbeheizung durch Strom- fluss durch das Aktorelement oder Anbringen einer Heiz- leitungsschicht am Aktorelement sind dem Fachmann be- kannt. Vorzugsweise wird die letzte Möglichkeit bei der vorliegenden Mikroaktoranordnung eingesetzt, indem auf die balkenförmigen Elemente eine entsprechende Heizlei- tungsschicht, beispielsweise aus Polysilizium, aufge- bracht wird.
Die Mikroaktoranordnung ist nicht auf einen late- ralen und einen z-Aktor beschränkt. So können auch meh- rere derartiger Aktoren in entsprechender Anordnung auf
dem Substrat eingesetzt werden. Ebenso ist eine mecha- nische Kopplung unterschiedlicher lateraler Aktoren möglich, wie sie aus der im einleitenden Teil genannten US-Schrift bekannt ist.
Bei Einsatz als Mikrorelais sind auf dem Substrat die zu schaltenden, das heißt elektrisch zu überbrük- kenden Leiterbahnen bzw. Kontaktflächen aufgebracht.
Zur Überbrückung der Unterbrechungen zwischen diesen Kontaktflächen sind an der Unterseite des lateralen Ak- tors entsprechende Kontaktbrücken aus einem gut leiten- den Material vorgesehen. Der Aktor selbst bzw. die bal- kenförmigen Elemente des Aktors können hierbei aus an- deren Materialien bestehen. Vorzugsweise wird jedoch Nickel als Material für die balkenförmigen Elemente eingesetzt, da dieses gute thermomechanische Eigen- schaften aufweist und zum Aufbau der Elemente in den erforderlichen Dimensionen mit bekannten Mitteln der Mikrostrukturtechnik geeignet ist. In diesem Fall sind die elektrisch leitenden Kontaktbrücken sowie die Heiz- leitungsschicht zusätzlich gegenüber dem Nickel über eine Zwischenschicht isoliert.
Verfahren zur Herstellung derartiger thermomecha- nischer Mikroaktoren auf einem Substrat können jeder- zeit der Fachliteratur entnommen werden. Es handelt sich hierbei in der Regel um eine Kombination aus Pho- tolithographie, galvanischen Abscheideverfahren und Ätzverfahren.
Die vorliegende Mikroaktoranordnung wird nachfol- gend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen ohne Beschränkung des allgemeinen Er-
findungsgedankens nochmals näher erläutert. Hierbei zeigen : Fig. 1 schematisch ein Beispiel für eine erfindungs- gemäße Mikroaktoranordnung ; und Fig. 2 ein weiteres Beispiel für eine erfindungsge- mäße Mikroaktoranordnung in der Anwendung als Mikrorelais.
Wege zur Ausführung der Erfindung Figur 1 zeigt eine dreidimensionale Ansicht einer Mikroaktoranordnung gemäß einem ersten Ausführungsbei- spiel. Die Mikroaktoranordnung besteht aus dem Substrat 1, einem Halbleitersubstrat, auf dem ein lateraler Mi- kroaktor 3 sowie ein z-Aktor 4 angeordnet sind. Der la- terale Aktor 3 setzt sich aus vier balkenförmigen Ele- menten 7 zusammen, die jeweils auf einer Seite am Sub- strat 1 verankert sind. An diesen balkenförmigen Ele- menten ist ein plattenförmiger Ausleger 9 angebracht, der sich in Richtung der Auslenkung, das heißt in Rich- tung zum z-Aktor 4 erstreckt. Der laterale Aktor 3 ist in der Figur in ausgelenktem Zustand zu erkennen. Im Ruhezustand befindet er sich über der angedeuteten Ver- tiefung 11 in der Substratoberfläche, die beim Herstel- lungsprozess bei der Unterätzung der balkenförmigen Elemente 7 erzeugt wird. Die balkenförmigen Elemente 7 sind mit Heizleitungsschichten versehen (nicht in der Figur zu erkennen), die über entsprechende Anschluss- pads 12 mit Strom versorgt werden. Die balkenförmigen Elemente haben hierbei Dimensionen von typischerweise etwa 1 mm Länge, 5-10 Fm Breite und 15-20 um Höhe.
Der z-Aktor 4 setzt sich ebenfalls aus einem bal- kenförmigen Element 8 zusammen, das an beiden Seiten am Substrat 1 eingespannt ist. Dieser z-Aktor 4 ist in Form eines Brückenaktors ausgeführt. Das balkenförmige Element 8 ist auch in diesem Fall mit einer entspre- chenden, nicht dargestellten, Heizleitungsschicht ver- sehen, die über Anschlusspads 12 mit Strom versorgt wird. Auch am z-Aktor 4 ist ein plattenförmiger Ausle- ger 10 vorgesehen, der sich in Richtung des lateralen Aktors 3 erstreckt. Beide Ausleger 9 und 10 können sich durch eine entsprechende Ausgestaltung miteinander ver- haken, wie dies im vergrößerten Bereich der Figur 2 dargestellt ist.
Im Ruhezustand befinden sich die balkenförmigen Elemente 7 des lateralen Aktors 3 über der Vertiefung 11, das balkenförmige Element 8 des z-Aktors 4 liegt auf dem Substrat 1 auf. Für den Übergang in den ON- Zustand des Mikrorelais werden zunächst beide Aktoren in Betrieb gesetzt. Dadurch schiebt der laterale Aktor 3 seinen plattenförmigen Ausleger 9 unter den z-Aktor 4. Daraufhin wird der z-Aktor als erster abgeschaltet und senkt sich mit seinem Ausleger 10 auf den Ausleger 9. Eine geeignete hakenähnliche Struktur verhindert nach dem Abschalten des lateralen Aktors 3 ein Lösen dieses Kontaktes. Für den Übergang in den OFF-Zustand werden ebenfalls beide Aktoren zunächst eingeschaltet.
Der laterale Aktor 3 wird aber diesmal vor dem z-Aktor 4 abgeschaltet. Dadurch wird der plattenförmige Ausle- ger 9, der in diesem Beispiel in Form eines Nickel- plättchens ausgeführt ist, unter dem z-Aktor 4 hervor- gezogen, so dass die Kontakte gelöst werden. Die Figur
1 zeigt die Mikroaktoranordnung im ON-Zustand. Die bal- kenförmigen Elemente 7,8 sowie die Ausleger 9,10 der beiden Aktoren 3,4 sind in diesem Beispiel aus Nickel gefertigt. Der unterhalb der balkenförmigen Elemente verlaufende Heizleiter wird von dieser metallischen Struktur durch Isolationsschichten getrennt.
Figur 2 zeigt ein weiteres Beispiel für eine Mi- kroaktoranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung bei der Anwendung als Mikrorelais. Auch in dieser Figur sind wiederum das Substrat 1 sowie die beiden Mikroak- toren 3,4 mit den jeweiligen balkenförmigen Elementen 7,8 und den Auslegern 9,10 zu erkennen. Zusätzlich sind auf dem Substrat 1 vier Leiterbahnen 13 angeord- net, von denen-in der vergrößerten Ansicht zu erken- nen-alle durch einen Spalt unterbrochen sind. An der Unterseite des Auslegers 9 des lateralen Aktors 3 be- finden sich Kontaktbrücken 14 zum Schließen der offenen Kontakte. Diese Kontaktbrücken 14 können aus einem gut leitfähigen Material wie Gold gebildet sein, das gegen- über dem Material des Aktors isoliert wird. Hierdurch können kleinere Zuleitungswiderstände im Relais er- reicht werden. Wie in der Figur gezeigt ist, können mit dem vorliegenden Mikrorelais mehrere Kontakte bzw. Lei- tungen 13 auch gleichzeitig geschlossen werden. Selbst die Realisierung von mehr als zwei Schaltzuständen kann mit diesem Relaisaufbau erreicht werden. So wäre ein Umschalten von einer der Leitungen zu einer anderen da- mit problemlos möglich.
In der Figur ist der ON-Schaltzustand des Mikrore- lais dargestellt, bei der die Kontakte der vier Leitun- gen in unterschiedlicher Weise geschlossen werden, wie dies in der vergrößerten Ansicht zu erkennen ist. Durch
die hohe Andruckkraft der Kontaktbrücken 14 auf die Leitungen 13 wird eine hohe Lebensdauer der Kontakte ermöglicht. Die hohe Andruckkraft wird durch die Rück- stellbewegung des z-Aktors 4 erzeugt, der auf den late- ralen Aktor 3 drückt. In der vergrößerten Darstellung ist ebenfalls eine geometrische Anordnung einer mögli- chen Verhakung zwischen dem Ausleger 10 des z-Aktors 4 und dem Ausleger 9 des lateralen Aktors 3 zu erkennen.
Für den Aufbau der Mikroaktoren empfiehlt sich die Verwendung eines geeigneten Metalls wie zum Beispiel Nickel. Damit kann neben den notwendigen Festigkeiten auch eine gute thermische Leitfähigkeit der balkenför- migen Elemente erreicht werden, so dass die Schaltzei- ten des Relais etwa zwischen 10 ms und 100 ms liegen.
Aufgrund der sehr guten elektrischen Leitfähigkeit der balkenförmigen Elemente verbietet sich aber in diesem Fall die direkte Nutzung als Heizleiter. Hierzu wird vorzugsweise eine Heizleiterschicht an dem eigentlichen Aktorelement angebracht, die selbstverständlich gegen- über dem eigentlichen Thermoaktor isoliert sein muss.
Bezugszeichenliste 1 Substrat 2 Oberflache des Substrates 3 lateraler Mikroaktor 4 z-Mikroaktor 5 erster Abschnitt (9) 6 zweiter Abschnitt (10) 7 balkenförmiges Element 8 balkenförmiges Element 9 plattenförmiger Ausleger 10 plattenförmiger Ausleger 11 Vertiefung 12 Anschlusspads 13 Leiterbahnen 14 Kontaktbrücken