專利名稱：磁性微型接觸器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種磁性微型接觸器，即一種電接觸器，其尺寸在幾十個(gè)微米的數(shù)量級，其包括一個(gè)柔性臂，該柔性臂保持在設(shè)有接觸接線柱的一基片的上方，該臂至少一部分由可被磁鐵吸引的鐵磁性材料制成，以打開或關(guān)閉電接觸器。
本發(fā)明還涉及一種制造方法，該方法可使該微型接觸器通過將組成其的各種導(dǎo)電材料施以電淀積的方法而獲得。
在由接近磁鐵產(chǎn)生的磁場影響下可使電路打開或關(guān)閉的裝置已知良久，而隨著自然界的進(jìn)化，對此基本原理的改進(jìn)不僅涉及這種裝置的結(jié)構(gòu)，還涉及其微型化。
關(guān)于結(jié)構(gòu)方面，可引述在美國專利3974648中公開的一種裝置，其中，一非鐵磁性柔軟導(dǎo)電條是彎曲的，然后，將其安裝在載有接觸接線柱的一個(gè)支座上，該導(dǎo)電條面向支座的那部份局部地覆蓋以能被磁鐵吸引的鐵磁性材料，以閉合接點(diǎn)。雖然該導(dǎo)電條的尺寸可以縮小，但不可想象能制出其尺寸數(shù)量級在幾十微米的機(jī)械另件總成。
關(guān)于微型化，微型加工技術(shù)，特別是硅片刻蝕技術(shù)已使得很小尺寸的結(jié)構(gòu)得以獲得。例如專利DD248454公開了一種磁性接觸器，其基座和彈性條由刻蝕硅板而形成，成為導(dǎo)體或鐵磁物所要求的部件然后予以電淀積?？梢?，制造該結(jié)構(gòu)的方法有要求涉及不同類技術(shù)的一系列步驟的缺點(diǎn)。
包括很小尺寸的疊加導(dǎo)電條的結(jié)構(gòu)也可通過采用掩模經(jīng)連續(xù)電淀積步驟而獲得，其主要是出于產(chǎn)生電子電路用內(nèi)連接板的目的。例如專利EP0459665公開了前述那種類型裝置，其中，各掩模留在了成品中。而另一方面，在美國專利4899439中，其建議去除各掩模；以獲得三維中空剛性結(jié)構(gòu)。然而，在上述的二個(gè)例子中，假如忽略了粘著層，則將看到，整個(gè)電淀積工藝過程僅以一種材料進(jìn)行，由此只可予期得到導(dǎo)電性能，而不能設(shè)想有另外的鐵磁性的新用途。另外也會看到，如此獲得的結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電條或臂沒有可利用的機(jī)械性能，特別是沒有柔性。
然而，與上面剛剛介紹的該現(xiàn)有技術(shù)相反，申請人通過聯(lián)合采用具有柔性和鐵磁性的材料已制出一種“簧片”式微型接觸器，其尺寸的數(shù)量級在幾十個(gè)微米。此類的一種“簧片”式微型接觸器是專利申請EP0602538的主題，其作為參考資料納入了本專利申請。所公開的裝置是通過采用掩模來電淀積導(dǎo)電材料和鐵磁性材料而得到的，從而得到二個(gè)鐵磁性臂彼此相對且隔開一定距離，二個(gè)臂中至少一個(gè)臂是柔性的并借助一底腳板連至支座。雖然其令人完全滿意，但這類裝置有簧片式接觸器的常見的缺點(diǎn)，即，使用要求磁流發(fā)生器的極精確的定位并且對附近其它鐵磁部件產(chǎn)生的干擾過于靈敏，以致易受附近其他鐵磁零部件的感應(yīng)干擾。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供這樣一種磁性微型接觸器即能克服上述這些缺點(diǎn)，借此，為致動它的磁鐵的定位不要求那么太精確，從而使其工作不受附近其它鐵磁部件的影響。由下述將可知，本發(fā)明的微型接觸器還可提供這樣一個(gè)優(yōu)點(diǎn)比在專利EP0602538中公開的裝置更薄且可以低成本制造，因?yàn)橹圃焖璧牟襟E較少。
本發(fā)明的另一目的因而是提供一種制造方法，它能使尺寸的數(shù)量級在幾十微米的磁性微型接觸器以一種優(yōu)越的方式獲得，而這種方式是通常的加工技術(shù)，甚至微型加工技術(shù)所做不到的。
這方便起見，以后本發(fā)明的磁性微型接觸器將用“MMC接觸器”表示。
因此，本發(fā)明涉及一種MMC接觸器，該接觸器包括用一種或多種導(dǎo)電材料制成的一個(gè)柔性壁，其一端經(jīng)一底腳板中介連于一個(gè)基片，其遠(yuǎn)端置于布在所述基片上的一個(gè)接觸接線柱之上方，所述底腳板和接線柱由導(dǎo)電材料組成，所述臂的至少一部份由可被磁鐵致動的鐵磁性材料組成，使該臂的遠(yuǎn)端能朝向或離開該接觸接線柱而移動，以建立或切斷電接觸。
本發(fā)明的另一目的是采用電淀積制造前述那種MMC接觸器的方法，它包括下列連續(xù)步驟a)在絕緣基片上構(gòu)成二個(gè)隔開的的導(dǎo)電部分；b)淀積一層光致抗蝕劑而構(gòu)成第一掩模，并使光致抗蝕劑構(gòu)形，以便形成在導(dǎo)電部份之上方并靠近其相對側(cè)邊的至少二個(gè)窗口；c)以電淀積法電淀積生長金屬，以產(chǎn)生在窗口內(nèi)的接線柱，直至該金屬與光致抗蝕劑表面齊平；d)淀積一層光致抗蝕劑來構(gòu)成第二掩模并使其在整個(gè)厚度上構(gòu)形而在一個(gè)接線柱之上方形成一窗口，該窗口縱橫比比較低，即有錐形壁；e)在步驟d)形成的光致抗蝕劑層的整個(gè)表面，窗口的壁和底部上通過電淀積生長一中介金屬層；f)淀積一厚層的光致抗蝕劑來形成第三掩模并使其在整個(gè)厚度上構(gòu)形而形成一個(gè)通道，該通道在位于接近面朝基片的導(dǎo)電部分的邊緣的接線柱的最遠(yuǎn)側(cè)邊之間延伸；g)電淀積生長鐵磁性材料以形成臂，在此步驟之前可先電淀積一薄層用以改善接觸性能的非磁性材料；h)電淀積生長一層壓縮性(compressive)的材料；i)用化學(xué)和機(jī)械的方法或只用化學(xué)方法在一個(gè)或多個(gè)步驟中去除光致抗蝕劑層及中介金屬層。
經(jīng)其實(shí)施電淀積作業(yè)的掩模是由已知方法獲得的，包括成形一層由一般術(shù)語“光致抗蝕劑”表示的光致抗蝕層，以便將其厚度中的各窗口布于所希望的位置。
根據(jù)所用的光致抗蝕劑的類型以及根據(jù)所采用的作業(yè)條件，可以修蝕所制出的窗口的縱橫比。一般來講，根據(jù)光致抗蝕劑制造商所建議的最佳條件即可獲得高縱橫比的窗口，即，帶有基本垂直的壁。另一方面，通過窗開最佳建議，則可獲得低縱橫比，即帶有錐形的壁。
步驟g)所用的用來電淀積臂的鐵磁性材料例如為比例分別為20/80的鐵-鎳合金。
在步驟h)中，所用的壓縮性材料例如為鉻。同樣，步驟h)可以取消而由步驟h′代替，步驟h′)可先于步驟g)并包括實(shí)施電淀積延展性金屬(tensile metal)用于改善接觸性的材料例如為金。同樣，雖然底腳板和接線柱可由任何金屬制成，但為此電淀積步驟，最好采用金。
因此，通過剛剛所述的該方法的實(shí)施步驟a)-g)和i)則可獲得MMC接觸器，其中，臂的遠(yuǎn)端與接觸接線柱隔開一段空隙。它相當(dāng)于第一實(shí)施模式，其可獲得無磁場時(shí)，常開的MMC接觸器。
另一方面，通過實(shí)施該方法的步驟a)-i)則可獲得一種MMC接觸器，其中，在無磁場的情況下，臂的被迫彎曲可在其遠(yuǎn)端和接觸接線柱之間建立接觸。它相當(dāng)于第二個(gè)實(shí)施模式，從而能獲得常閉的MMC接觸器。
當(dāng)閱讀了以下僅以舉例方式并結(jié)合附圖的詳細(xì)描述以后，則可對本發(fā)明的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)有更好的了解。


圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例MMC接觸器的剖面?zhèn)纫晥D；圖2是本發(fā)明的第一實(shí)施例的MMC接觸器由磁鐵致動時(shí)其簡化透視圖；圖3是本發(fā)明的第二實(shí)施例的MMC接觸器的載面?zhèn)纫晥D；圖4是本發(fā)明的第二實(shí)施例的MMC接觸器由磁鐵致動時(shí)其簡化透視圖；圖5-13是示于圖1或圖3的MMC接觸器的各個(gè)制造步驟的截面?zhèn)纫晥D。
圖1和圖2表示按第一實(shí)施例的MMC接觸器。它包括支承著接觸接線柱2和底腳板3的絕緣基片1，在底腳板3的上部置有一臂5的端部4，而臂5的遠(yuǎn)端部分6置于該接觸接線柱2的上方且與后者隔開一段小空隙。該基片還可包括二個(gè)另外的接線柱7和8，其便于MMC接觸器與電路連接。接線柱7和8通過金屬化而得的導(dǎo)電部份9和10分別連至接線柱2和底腳板3。如下述可知，每一層導(dǎo)電部份包括用來粘到基片1的第一層9a(另一層的為10a)和用來改善電淀積進(jìn)展的第二層9b(另一層的為10b)。底腳板和所述臂由導(dǎo)電材料11電淀積而得，優(yōu)選導(dǎo)電材料11是為了保證高質(zhì)量的電接觸，例如，采用金，而接線柱2的高度一般在5和10微米(μm)之間，從底腳板3的底面到臂5的上面的高度在10和25(μm)之間，因此，將壁的遠(yuǎn)端6與接線柱2隔開的間隙大致在2和5微米(μm)之間。該臂由磁滯性低的，例如以比例分別為20/80的鐵-鎳合金的鐵磁材料14的電淀積而得，在此淀積之前可先電淀積用來改善接觸性的一小薄層13，例如一層金。如圖2更清楚地顯示的，該臂有基本矩形截面的3和10微米(μm)之間的厚度，5和20微米(μm)之間的寬度及300和600微米(μm)之間的長度，因此，當(dāng)其由磁鐵16致動時(shí)具有足以同接線柱2接觸的柔性。
根據(jù)其本身已知的技術(shù)，MMC接觸器不是單個(gè)生產(chǎn)的，而是大量地或批量地制于同一基片上，然后切出每一接觸器。同樣，在切割作業(yè)前，可以甚至希望，在每一接觸器之上安置例如通過粘結(jié)固定的保護(hù)罩。
圖3和圖4示出了本發(fā)明的MMC接觸器的第二實(shí)施例。通過比較圖1和圖3可知，臂5包括另一層電淀積層15。該淀積層用有或無鐵磁性的導(dǎo)電材料而得，并借助電淀積而具有壓縮性。在本例中，電淀積了厚度在1和5微米(μm)之間的鉻。如由圖3可見的，在制造方法(以后將更詳細(xì)的介紹)實(shí)施的末了，鉻之電淀積層產(chǎn)生一種強(qiáng)制力(constraint)，其在無任何磁場的情況下即可使臂彎曲，從而保持接線柱2和遠(yuǎn)端6之間的接觸。圖4以透視圖表示，當(dāng)磁鐵16接近時(shí)，圖3中的MMC接觸器在其打開位置。
現(xiàn)參閱圖5-13，將更詳細(xì)地介紹能從絕緣基片1獲得本發(fā)明的MMC接觸器的方法的一個(gè)實(shí)施例。該基片可以是諸如玻璃或陶瓷的天然絕緣體或經(jīng)事先處理的絕緣體。
因此，當(dāng)因硅片可提供批量生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)而被采用時(shí)，則事先在氧的爐中對其施以氧化，以便產(chǎn)生有點(diǎn)象單分子二氧化硅的絕緣膜。
在圖5所示的第一步驟中，首先，在基片1上用氣相淀積法施以金屬形成金屬夾層用傳統(tǒng)技術(shù)蝕劑該金屬夾層然后鍍以用來改善電淀積效力的金屬，從而得到絕緣導(dǎo)電部份9，10。第一層9a，10a例如由50nm的鈦構(gòu)成，而第二層由200nm的金構(gòu)成。
在圖6所示的第二步驟中，在導(dǎo)電部分9，10和將此二部份分開的基片1的整個(gè)表面上淀積厚度在5和10μm之間的第一光致抗蝕劑層20。用通用技術(shù)將該層構(gòu)形，以便在導(dǎo)電部份9，10上方及靠近其相對的邊緣得到兩個(gè)窗口22，23，并在該導(dǎo)電部份之上制出與該二個(gè)第一窗口對齊的另二個(gè)窗口24，25。遵循由光致抗蝕劑制造商制定的使用指南，則所得窗口即可有相當(dāng)強(qiáng)的縱橫比，即有基本垂直的壁。
在圖7和所示的下一個(gè)步驟中，在窗口22，23，24，25中實(shí)施以電淀積金屬，直至金屬與光致抗蝕劑表面等高。為了實(shí)現(xiàn)此電淀積，最好采用不太易腐蝕且可保證有良好的電接觸的金屬，例如金。于是，可得到4個(gè)接線柱，接線柱3a構(gòu)成底腳板3的基座，接線柱2是MMC接觸器的接觸接線柱，接線柱7，8是連至外電路的接線柱。
在圖8所示的第4步驟中，利用淀積一新的光致抗蝕劑層30構(gòu)成了一個(gè)第二腌膜，在其整個(gè)厚度上施以構(gòu)形，以便獲得在接線柱3a之上的單一窗口33。與前述步驟不同，通過拋棄為所用的光致抗蝕劑所推薦的最佳狀態(tài)而得到縱橫比低的窗口33，即其具有錐形壁。在此步驟中所淀積的光致抗蝕劑層的厚度也用于產(chǎn)生在接觸接線柱2和臂5的遠(yuǎn)端6之間的相隔2和5微米(μm)之間的絕緣間隙。臂5可在以下的步驟中獲得。
在圖9所示的第5步驟包括用氣相淀積法在光致抗蝕劑30的整個(gè)表面及窗口33的壁及底部上淀積一薄層金屬。所用的該金屬最好是金，且該層中間的金屬噴鍍層用作下電淀積步驟的導(dǎo)體。
在圖10所示的第6步驟中，形成第三厚層的光致抗蝕劑掩模40，并在其整個(gè)厚度上施以構(gòu)形，從而獲得在布于朝向?qū)щ姴糠?，10的邊緣上的接線柱2，3a的最遠(yuǎn)邊沿之間延伸的通道45。于是，該構(gòu)形只留下外顯的金屬噴鍍部分31，該部分將置于臂5的下方及窗口33中，而該窗口33將用于構(gòu)成底腳板3的第二部份。
圖11和12表示臂5的進(jìn)展形成步驟，其包括電淀積相當(dāng)小量的第一層金13以改善電接觸性能及隨后淀積一層厚度在3和10μm之間的鐵磁材料，該鐵磁材料構(gòu)成臂5的活性材料。在本例中所用的鐵磁材料是分別為20/80份數(shù)的鐵-鎳合金。
當(dāng)所用方法達(dá)到此階段的時(shí)候，前曾用來引導(dǎo)該電淀積及中間金屬鍍層31的掩模20，30，40將在一次性操作中或分幾步去除，以獲得圖1所示那種MMC接觸器。當(dāng)在一步中實(shí)現(xiàn)該去除作業(yè)時(shí)，采用諸如丙酮基產(chǎn)品的化學(xué)溶劑來溶解光致抗蝕劑，同時(shí)利用諸如超聲波的機(jī)械方法來破壞該極薄的薄膜。當(dāng)分幾步來實(shí)施去除作業(yè)時(shí)，則連續(xù)使用可分別溶解光致抗蝕劑和中間金屬鍍層的化學(xué)溶劑。
為了獲得示于圖3的那種MMC接觸器，可利用諸如鉻的有壓縮性的金屬來實(shí)施如圖13所示的附加電淀積步驟15。當(dāng)用電淀積法淀積鉻時(shí)，其即具有壓縮性能。當(dāng)去除前面指出的這些掩模及中間金屬噴鍍層后，壁5即彎曲，使其與接線柱2接觸。
關(guān)于材料的選擇以及在幾十微米范圍內(nèi)MMC接觸器所希望的尺寸，剛剛介紹過的方法可由本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員做出許多改變。
權(quán)利要求
1.制造一種磁性微型接觸器的方法，該接觸器包括用一種或多種導(dǎo)電材料(13，14，15)制成的一個(gè)柔性臂(15)，其一端(4)經(jīng)一底腳板(3)的中間連于一個(gè)絕緣基片(1)，其自由遠(yuǎn)端(6)置于布在所述基片(1)上的一個(gè)接觸接線柱(2)之上方，所述底腳板(3)和接線柱(2)由導(dǎo)電材料組成并設(shè)有至外電路的連接裝置(7，8，9，10)，所述臂(5)至少部分地由可被磁鐵(16)致動的鐵磁性材料組成，該致動使遠(yuǎn)端(6)朝向或離開該接觸接線線(2)而移動，以建立或切斷電接觸，該方法的特征在于，它包括下列連續(xù)步驟a)在基片(1)上構(gòu)成二個(gè)隔開的導(dǎo)電部份(9，10)，每一部份包括一個(gè)金屬化夾層(9a，10a)和一不可氧化的金屬層(9b，10b)；b)通過淀積一層光致抗蝕劑(20)而構(gòu)成第一掩模，并使光致抗蝕劑(20)構(gòu)形，以便形成在導(dǎo)電部份(9，10)之上方并靠近其相對側(cè)邊的至少二個(gè)窗口(22，23)，所述窗口有基本垂直的壁；c)以電淀積法在該窗口內(nèi)側(cè)生長導(dǎo)電材料，以獲得接線柱(2，3a，7，8)，直至所述材料與光致抗蝕劑表面齊平；d)淀積一層光致抗蝕劑(30)來構(gòu)成第二掩模并使其在整個(gè)厚度上構(gòu)形而在一個(gè)接線柱(3a)之上方形成一個(gè)窗口，所述窗口有錐形壁；e)在步驟d)形成的光致抗蝕劑的整個(gè)表面，窗口的壁和底部上淀積一中間金屬噴鍍層(31)；f)淀積一厚層的光致抗蝕劑(40)來形成的第三掩模并使其整個(gè)厚度上構(gòu)形成而形成一個(gè)通道(45)，該通道在布于面朝導(dǎo)電部份(9，10)的側(cè)面上的接線柱(2，3a)的最遠(yuǎn)側(cè)邊之間延伸；g)通過電淀積生長鐵磁性材料(14)以形成臂在此步驟之前可先電淀積一薄層用以改善接觸性能的非磁性材料(13)；h)通過電淀積生長一層有壓縮性能的材料；i)用化學(xué)和機(jī)械的方法或只用化學(xué)方法在一個(gè)或多個(gè)步驟中去除光致抗蝕劑層及中間金屬鍍層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造磁性微型接觸器的方法，其特征在于該鐵磁性材料(14)是比例分別為20/80的鐵-鎳合金。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造磁性微型接觸器的方法，其特征在于該壓縮性材料(15)是鉻。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造磁性微型接觸器的方法，其特征在于該可改善接觸性的材料(13)是金。
5.實(shí)施權(quán)利要求1的方法中步驟a)-g)和i)所得的磁性微型接觸器，其特征在于在無磁場情況下，當(dāng)由步驟i)去除掩模(20，30，40)后，在臂(5)的遠(yuǎn)端(6)的接觸接線柱(2)之間存在空隙。
6.實(shí)施權(quán)利要求1的方法中步驟a)-i)所得的磁性微型接觸器，其特征在于在無磁場情況下，當(dāng)由步驟i)去除掩模(20，30，40)后，所述臂(5)的遠(yuǎn)端(6)與接觸接線柱(2)接觸。
全文摘要
可由磁鐵致動的微型接觸器，包括用一種或多種導(dǎo)電材料(13，14，15)制成的柔性臂(5)，其一端(4)經(jīng)一底腳板(3)中間連至絕緣基片(1)，其遠(yuǎn)端(6)置于基片上的接線柱(2)的上方，板(3)和接線柱(2)由導(dǎo)電材料組成并設(shè)置有連至外電路的連接裝置(7，8，9，10)，臂(5)至少部分由鐵磁性材料組成，其中，臂(5)，板(3)和柱(2)是由導(dǎo)電材料經(jīng)電淀積構(gòu)成的且出自基片兩區(qū)(9，10)的元件，該淀積是通過采用一系列的掩模層(20，30，40)而實(shí)施的，此后再去除這些掩模。
文檔編號H01H1/66GK1118510SQ9510724
公開日1996年3月13日 申請日期1995年6月16日 優(yōu)先權(quán)日1994年6月17日
發(fā)明者E·博南德 申請人:阿蘇拉布股份有限公司