WO2005038817A1 - Bridge-shaped micro component comprising a bimetallic flexural element - Google Patents

Bridge-shaped micro component comprising a bimetallic flexural element Download PDF

Info

Publication number
WO2005038817A1
WO2005038817A1 PCT/EP2004/011647 EP2004011647W WO2005038817A1 WO 2005038817 A1 WO2005038817 A1 WO 2005038817A1 EP 2004011647 W EP2004011647 W EP 2004011647W WO 2005038817 A1 WO2005038817 A1 WO 2005038817A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
micro component
diamond
component according
tool
micro
Prior art date
Application number
PCT/EP2004/011647
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Erhard Kohn
Joachim Klusterer
Ralph Müller
Phillipp Schmid
Original Assignee
Universität Ulm
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 Universität Ulm filed Critical Universität Ulm
Publication of WO2005038817A1 publication Critical patent/WO2005038817A1/en

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B3/00—Devices comprising flexible or deformable elements, e.g. comprising elastic tongues or membranes
    • B81B3/0035—Constitution or structural means for controlling the movement of the flexible or deformable elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • G—PHYSICS
    • G12—INSTRUMENT DETAILS
    • G12B—CONSTRUCTIONAL DETAILS OF INSTRUMENTS, OR COMPARABLE DETAILS OF OTHER APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G12B1/00—Sensitive elements capable of producing movement or displacement for purposes not limited to measurement; Associated transmission mechanisms therefor
    • G12B1/02—Compound strips or plates, e.g. bimetallic

Definitions

  • Bridge-shaped micro component with a bimetallic bending element Bridge-shaped micro component with a bimetallic bending element
  • the invention relates to a bridge-shaped micro component with a bimetallic, in at least two i
  • Anchoring clamped bending element that can be deflected mono- or bistably and heated via resistors.
  • the micro component instructs. Tool on, whereby the micro component for different working techniques, eg. B. Bonding, banging,
  • Perforation can be used with a nano-indenter needle or as an immersion electrode.
  • Bending beams clamped on both sides as bridge structures are classic elements in microsystem technology. They are used, for example, as switches for switching electrical microwave power.
  • switches for switching electrical microwave power There are already bistable electrical EMS switches made of diamond with thexmic drive, which are manufactured using surface micromechanical technologies. are provided (DE 103 10 072).
  • electrical switches which are constructed hybrid of a monostable bending beam that is firmly clamped on both sides as an actuator and a substrate with a conductor track to be switched.
  • the drive is a combination of thermoelectric and electrostatic drive, whereby the thermal part of the switch is used for the actual switching and the electrostatic part for holding the bar.
  • a bridge-shaped microcomponent is provided with a bimetallic bending element clamped in at least two anchors, which can be deflected in a monostable or bistable manner and is heated via resistors.
  • the bending element has a tool for creating and processing microstructures. The bending element is therefore clamped on both sides and is thermally deflected by means of the bimetal effect.
  • the bending element should be prestressed so that the deflection can be monostable or bistable.
  • the bridge consists of a bending element firmly clamped on both sides, which can be heated electrically via resistors, as well as metal tracks on it high coefficient of thermal expansion.
  • the bridge as a double-sided bending element, can be deflected upwards or downwards into two stable positions if it is bistable.
  • the opening force is generated by the bimetal effect.
  • the bimetallic flexure consists of a metal with a high coefficient of thermal expansion, e.g. with nickel, copper, titanium or chrome coated bars or strips of diamond or with diamond coated silicon. Since diamond shows almost no thermal expansion (temperature coefficient is almost 0), it is an ideal material for bimetallic structures with the metals mentioned with a high thermal expansion coefficient.
  • Modified diamond is preferably used as the starting material for the bending element, since the ionic or bistable deflection is based on a growth process or a doping, e.g. with nitrogen, boron, sulfur or phosphorus.
  • a stamp is preferably arranged on the underside of the bending element, on which a tool is reversibly and interchangeably fastened.
  • Bending of the beam due to the bimetal effect can also be seen as an alternative to piezoelectric drives.
  • oscillating lifting movements can a diaphragm pump can be driven.
  • thermal bimetal actuator can also be replaced by a piezoelectric drive.
  • the stamping tool of the bridge beam can serve as an immersion electrode in liquid systems such as capillary systems.
  • Diamond electrodes are known as an inert electrode material and cannot be etched by wet chemistry. Such an electrode can therefore preferably consist of structured conductive diamond.
  • the solution can be aqueous or e.g. also a liquid metal.
  • the extension of the bending beam or the contact pressure of a mechanical stamp on the substrate is proportional to the thermally generated bending force.
  • a pulse-like overheating therefore generates a high workload in pulses.
  • diamond is extremely heat-conducting, the bridge cools down quickly and high epitition rates in the ⁇ m range down to the nm range are generated.
  • the present invention is distinguished by the following special features:
  • the bridge consists of diamond as a beam material, a centrally positioned punch with tools and is clamped in a frame (e.g. made of Si).
  • the bridge with frame can be placed on any substrate (by soldering or gluing) (hybrid integrated).
  • the bending beam is either monostable or bistable in its frame (depending on the application). This is made possible by installing an internal tension profile in the diamond film.
  • the strain profile can be adjusted through the growth process and chemical doping with an element such as P, S, N etc. (which have an atomic radius different from C but also have high solubility).
  • Diamond can be actively electrically doped (with boron) in order to produce conductive areas which act in the bar as a resistance heater for the bimetal arrangement or can be used in the electrically conductive stamping tool.
  • the metallization for the bimetal actuator, the stamp and the anchoring are preferably produced by copper and / or nickel electroplating on diamond.
  • the stamping tool (bonding tool, immersion electrode, nano-indenter) itself should preferably also consist of diamond. This will cause abrasion, Oxidation, alloy formation of a metal etc. avoided.
  • the stamping tool When used as a field emitter, the stamping tool consists of nanotubes.
  • the bridge is held by a frame made of silicon or a hard metal or diamond itself.
  • the frame can be attached to any substrate (by gluing or soldering).
  • FIG. 1 The basic structure of a double-clamped diamond bridge is shown in FIG. 1 when used as a micro-hammer tool.
  • the bending beam has a stable rest position. If the bimetallic heating element is heated by a current flow, a bending moment is created, which causes the bending beam to snap down. This enables a "workpiece" on the "A boss" to be treated with the aid of the "hammer” or nano-indenter.
  • the hammer consists of the stamp and tool, which are produced in an integrated form. This part consists of a metal layer such as copper, which overgrown with diamond (insulating or conductive) .This layer of diamond gives the hammer extreme hardness, stability and abrasion resistance.
  • the switch in FIG. 2 is in the off state (stable state 1). If an electrical voltage is applied between metal (1) and (2) (via the leads (8) and (9)), a current flows through the conductive diamond layer (6) (see FIG. 3), causing the bending beam and the Heat the metallization locally. The different thermal expansion coefficients of the two components (almost zero for diamond) create a bending moment, which forces the beam to transition to its second stable state. As a result, contact (5) is pressed onto the two ends of an interrupted (signal) line and this is closed. This contact consists of a conductive metal layer, which is overgrown with a boron-doped diamond layer.

Abstract

The invention relates to a bridge-shaped micro component comprising a bimetallic flexural element that is clamped within at least two braces, can be deflected in a monostable or bistable manner, and can be heated via resistors. Said micro component also comprises a tool such that the micro component can be used for different working techniques, e.g. bonding, hammering, perforating by means of a nanoindenter, or as a dipped electrode.

Description

Brückenförmiges Mikrobauteil mit einem bimetalli schen BiegeeleτnentBridge-shaped micro component with a bimetallic bending element
Die Erfindung betrifft ein brückenförmiges Mikrobau- teil mit einem bimetallischen, in mindestens zwe iThe invention relates to a bridge-shaped micro component with a bimetallic, in at least two i
Verankerungen eingespannten Biegelement , das mono- oder bistabil auslenkbar und über Widerstände beheizbar ist . Gleichzeitig weist das Mikrobauteil ein. Werkzeug auf , wodurch das Mikrobauteil für unter- schiedliche Arbeitstechniken , z . B . Bonding, Hämmern,Anchoring clamped bending element that can be deflected mono- or bistably and heated via resistors. At the same time, the micro component instructs. Tool on, whereby the micro component for different working techniques, eg. B. Bonding, banging,
Perforation mittels Nanoindenternadel oder auch als Tauchelektrode eingesetzt werden kann .Perforation can be used with a nano-indenter needle or as an immersion electrode.
Doppelseitig eingespannte Biegebalken als Brücken- Strukturen sind klassische Elemente in der Mikrosys - temtechnik . Sie werden, beispielsweise als Schalter zum Schalten elektrischer Mikrowellenleistungen eingesetzt . Es gibt bereits bistabile elektrische EMS- Schalter aus Diamant mit thexmischem Antrieb, welche mit oberflächenmikromechanischen Technologien herge- stellt werden (DE 103 10 072) . Im weiteren gibt es elektrische Schalter, welche hybrid aus einem monostabilen, beidseitig fest eingespannten Biegebalken als Aktor und einem Substrat mit einer zu schaltenden Leiterbahn aufgebaut sind. Dabei ist der Antrieb eine Kombination aus thermoelektrischem und elektrostatischem Antrieb, wobei der thermische Teil des Schalters zum eigentlichen Schalten und der elektrostatische Teil zum Halten des Balkens benutzt wird.Bending beams clamped on both sides as bridge structures are classic elements in microsystem technology. They are used, for example, as switches for switching electrical microwave power. There are already bistable electrical EMS switches made of diamond with thexmic drive, which are manufactured using surface micromechanical technologies. are provided (DE 103 10 072). In addition, there are electrical switches which are constructed hybrid of a monostable bending beam that is firmly clamped on both sides as an actuator and a substrate with a conductor track to be switched. The drive is a combination of thermoelectric and electrostatic drive, whereby the thermal part of the switch is used for the actual switching and the electrostatic part for holding the bar.
Ausgehend hiervon war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Mikrobauteil bereitzustellen, mit dem auf einfache Weise mechanische und ähnliche Arbeiten mit erhöhtem Kraftaufwand in der Mikrosystemtechnik durchgeführt werden können.Based on this, it was an object of the present invention to provide a micro component with which mechanical and similar work can be carried out in a simple manner with increased effort in microsystem technology.
Diese Aufgabe wird durch das brückenförmige Mikrobauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die weiteren abhängigen Ansprüche zeigen vorteilhafte Weiterbildungen auf. In den Ansprüchen 15 'bis 18 werden erfindungsgemäße Verwendungen des Mikrobauteils beschrieben. Erfindungsgemäß wird ein brückenförmiges Mikrobauteil mit einem bimetallischen, in mindestens zwei Verankerungen eingespannten Biegeelement, das mono- oder .bistabil auslenkbar und über Widerstände beheizbar ist, bereitgestellt. Dabei weist das Biegelement ein Werkzeug zur Erzeugung und Bearbeitung von MikroStrukturen auf . Das Biegelement ist also beidseitig eingespannt und wird thermisch mittels Bimetalleffekt ausgelenkt. Das Biegelement soll dabei so vorgespannt sein, dass die Auslenkung mono- oder bistabil sein kann. Die Brücke besteht aus einem beidseitig fest eingespannten Bieg- element, das elektrisch über Widerstände beheizt werden kann, sowie darauf befindlichen Metallbahnen mit hohem thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Die Brücke als doppelseitig eingespanntem Biegeelement kann bei Bistabilitat nach oben oder unten in zwei stabile Stellungen ausgelenkt werden. Die Ausstellkraft wird durch den Bimetalleffekt erzeugt.This object is achieved by the bridge-shaped micro component with the features of claim 1. The further dependent claims show advantageous developments. Claims 15 ' to 18 describe uses of the microcomponent according to the invention. According to the invention, a bridge-shaped microcomponent is provided with a bimetallic bending element clamped in at least two anchors, which can be deflected in a monostable or bistable manner and is heated via resistors. The bending element has a tool for creating and processing microstructures. The bending element is therefore clamped on both sides and is thermally deflected by means of the bimetal effect. The bending element should be prestressed so that the deflection can be monostable or bistable. The bridge consists of a bending element firmly clamped on both sides, which can be heated electrically via resistors, as well as metal tracks on it high coefficient of thermal expansion. The bridge, as a double-sided bending element, can be deflected upwards or downwards into two stable positions if it is bistable. The opening force is generated by the bimetal effect.
Vorzugsweise besteht das bimetallische Biegelement aus einem mit einem Metall mit hohem Wärmeausdehnungskoeffizienten, z.B. mit Nickel, Kupfer, Titan oder Chrom beschichteten Balken oder Streifen aus Diamant oder mit Diamant beschichtetem Silizium. Da Diamant nahezu keine thermische Ausdehnung zeigt (Temperaturkoeffizient ist nahezu 0) , ist es ein idealer Werkstoff für Bimetallstrukturen mit den genannten Metallen mit hohem thermischem Ausdehnungskoeffizienten.Preferably the bimetallic flexure consists of a metal with a high coefficient of thermal expansion, e.g. with nickel, copper, titanium or chrome coated bars or strips of diamond or with diamond coated silicon. Since diamond shows almost no thermal expansion (temperature coefficient is almost 0), it is an ideal material for bimetallic structures with the metals mentioned with a high thermal expansion coefficient.
Vorzugsweise wird modifizierter Diamant als Ausgangs- • material für das Biegelement verwendet, da die uiono- oder bistabile Auslenkung auf einem durch den Wachs- tumsprozess oder eine Dotierung, z.B. mit Stickstoff, Bor, Schwefel oder Phosphor, beeinflussten Verspan- nungsprofil beruht. Vorzugsweise ist an der Unterseite des Biegelements ein Stempel angeordnet, an dem ein Werkzeug reversibel austauschbar befestigt ist.Modified diamond is preferably used as the starting material for the bending element, since the ionic or bistable deflection is based on a growth process or a doping, e.g. with nitrogen, boron, sulfur or phosphorus. A stamp is preferably arranged on the underside of the bending element, on which a tool is reversibly and interchangeably fastened.
Mechanische Anwendungen betreffend ist kein einem Bonder oder Hammerwerkzeug entsprechendes Mikrobauteil bekannt. Der Grund liegt sicher darin, mit einem Bauteil in Mikrotechnik eine hohe Bond- oder Hammerkraft zu erzeugen. Elektrostatische Antriebe sind hier nicht stark genug. Anders verhält es sich mit der durch den Bimetalleffekt erzeugten Kraft. Wie mit makroskopischen Hammerwerkzeugen, können mit dem neu- en Werkzeug Teile gebondet oder bei Stromfluss auch thermisch verschweißt werden. Mit einer Nanoindenter- nadel können kleinste Löcher im nm-Bereich gestanzt werden. Diamantkontakte sind inert und verkleben bei hoher Kontaktbeanspruchung nicht, eignen sich wegen ihrer extremen Härte also hervorragend für mechanische Höchstbelastung.No microcomponent corresponding to a bonder or hammer tool is known regarding mechanical applications. The reason is certainly to generate a high bond or hammer force with a component in micro technology. Electrostatic drives are not strong enough here. The situation is different with the force generated by the bimetal effect. As with macroscopic hammer tools, the new Tool parts can be bonded or thermally welded when current flows. Smallest holes in the nm range can be punched with a nano-indenter needle. Diamond contacts are inert and do not stick together under high contact loads, making them extremely suitable for maximum mechanical loads due to their extreme hardness.
Die Verbiegung des Balkens durch den Bimetallef ekt kann auch als Alternative zu piezoelektrischen Antrieben angesehen werden. So kann durch oszillierende Hubbewegungen z.B. eine Membranpumpe angetrieben werden.Bending of the beam due to the bimetal effect can also be seen as an alternative to piezoelectric drives. For example, oscillating lifting movements can a diaphragm pump can be driven.
Allerdings kann der thermische Bimetallaktor auch durch einen piezoelektrischen Antrieb ersetzt werden.However, the thermal bimetal actuator can also be replaced by a piezoelectric drive.
Das Stempelwerkzeug des Brückenbalkens kann als Tauchelektrode in Flüssigkeitssystemen wie Kapillar- Systemen dienen. Diamantelektroden sind als inertes Elektrodenmaterial bekannt und können nasschemisch nicht geätzt werden. Eine solche Elektrode kann also vorzugsweise aus strukturiertem leitenden Diamant bestehen. Bei Verwendung von Diamant kann die Lösung wässrig sein oder z.B. auch ein flüssiges Metall.The stamping tool of the bridge beam can serve as an immersion electrode in liquid systems such as capillary systems. Diamond electrodes are known as an inert electrode material and cannot be etched by wet chemistry. Such an electrode can therefore preferably consist of structured conductive diamond. When using diamond the solution can be aqueous or e.g. also a liquid metal.
Die Ausdehnung des Biegebalkens oder die Anpresskraft eines mechanischen Stempels auf das Substrat ist proportional der thermisch erzeugten Biegekraft. Ein pulsartiges Überheizen erzeugt also pulsartig eine hohe Arbeitskraft. Da Diamant hervorragend wärmeleitend ist, kühlt die Brücke schnell ab und es sind hohe epititionsraten im μm-Bereich bis in den nm- Bereich erzeugt werden. Die vorliegende Erfindung zeichnet sich durch folgende Besonderheiten aus:The extension of the bending beam or the contact pressure of a mechanical stamp on the substrate is proportional to the thermally generated bending force. A pulse-like overheating therefore generates a high workload in pulses. Since diamond is extremely heat-conducting, the bridge cools down quickly and high epitition rates in the μm range down to the nm range are generated. The present invention is distinguished by the following special features:
(1) Die Brücke besteht aus Diamant als Balkenmateri- al , einem mittig angeordneten Stempel mit Werkzeug und ist in einen Rahmen (wie z.B. aus Si) eingespannt .(1) The bridge consists of diamond as a beam material, a centrally positioned punch with tools and is clamped in a frame (e.g. made of Si).
(2) Die Brücke mit Rahmen kann auf ein beliebiges Substrat (durch Löten oder Kleben) platziert (hybrid integriert) werden.(2) The bridge with frame can be placed on any substrate (by soldering or gluing) (hybrid integrated).
(3) Der Biegebalken ist in seinem Rahmen entweder monostabil oder bistabil vorgespannt (abhängig von der Anwendung) . Dies wird möglich durch den Einbau eines inneren Verspannungsprofils im Diamantfilm. Das Verspannungsprofil kann eingestellt werden durch den Wachstumsprozess und chemische Dotierung mit einem Element wie P, S, N etc. (die einen von C unterschiedlichen Atomradius aber auch hohe Löslichkeit besitzen) .(3) The bending beam is either monostable or bistable in its frame (depending on the application). This is made possible by installing an internal tension profile in the diamond film. The strain profile can be adjusted through the growth process and chemical doping with an element such as P, S, N etc. (which have an atomic radius different from C but also have high solubility).
(4) Diamant kann elektrisch aktiv dotiert werden (mit Bor) , um leitfähige Bereiche zu erzeugen, die im Balken als Widerstandsheizer für die Bi- Metallanordnung wirken oder im elektrisch leitenden Stempelwerkzeug verwendet werden können.(4) Diamond can be actively electrically doped (with boron) in order to produce conductive areas which act in the bar as a resistance heater for the bimetal arrangement or can be used in the electrically conductive stamping tool.
(5) . Die Herstellung der Metallisierung für den Bime- tallaktor, den Stempel und die Verankerung erfolgt vorzugsweise durch eine Kupfer- und/oder Nickelgalvanik auf Diamant .(5). The metallization for the bimetal actuator, the stamp and the anchoring are preferably produced by copper and / or nickel electroplating on diamond.
(6) Das Stempelwerkzeug (Bondwerkzeug, Tauchelektro- de, Nanoindenter) selbst soll vorzugsweise ebenfalls aus Diamant bestehen. Damit werden Abrieb, Oxidation, Legierungsbildung eines Metalls usw. vermieden. Beim Einsatz als Feldemitter besteht das Stempelwerkzeug aus Nanoröhrchen.(6) The stamping tool (bonding tool, immersion electrode, nano-indenter) itself should preferably also consist of diamond. This will cause abrasion, Oxidation, alloy formation of a metal etc. avoided. When used as a field emitter, the stamping tool consists of nanotubes.
(7) Die Brücke wird gehalten von einem Rahmen aus Silizium oder einem Hartmetall oder Diamant selbst .(7) The bridge is held by a frame made of silicon or a hard metal or diamond itself.
(8) Der Rahmen kann auf einem beliebigen Substrat befestigt werden (durch Kleben oder Löten) .(8) The frame can be attached to any substrate (by gluing or soldering).
(9) Beim Einsatz als elektrischer Schalter können beliebige LeiterStrukturen kontaktiert und geschaltet werden.(9) When used as an electrical switch, any conductor structures can be contacted and switched.
Der prinzipielle Aufbau einer doppelt eingespannten Diamantbrücke ist in Fig. 1 in der Anwendung als Mik- rohammerwerkzeug dargestellt. Der Biegebalken besitzt eine stabile Ruhelage. Wird das Bimetallheizelement durch einen Stromfluss erwärmt, entsteht ein Biegemoment, was den Biegebalken nach unten schnappen lässt. Dadurch kann ein auf dem „A boss" befindliches „Werkstück" mit Hilfe des „Hammers" oder Nanoindenters behandelt werden. Der Hammer besteht aus dem Stempel und Werkzeug, die in integrierter Form hergestellt werden. Dieses Teil besteht aus einer Metallschicht wie Kupfer, welche mit Diamant (isolierend oder leitend) überwachsen ist. Diese Diamantschicht verleiht dem Hammer ausgesprochene Härte, Stabilität und Ab- riebsfestigkeit . Zudem wird eine Einlegierung von Material aus dem Werkstück in den Hammer und umgekehrt vermieden. Bei Monostabilität des Balkens kehrt dieser nach Abschalten des Antriebs in seihe Ruhelage zurück. Mit getakteter Ansteuerung können demnach mikroskopische Werkstücke verformt, gebondet oder gelocht werden. Die Funktion der Brücke als elektrischer Schalter soll mit Hilfe von Figuren 2 und 3 erklärt werden:The basic structure of a double-clamped diamond bridge is shown in FIG. 1 when used as a micro-hammer tool. The bending beam has a stable rest position. If the bimetallic heating element is heated by a current flow, a bending moment is created, which causes the bending beam to snap down. This enables a "workpiece" on the "A boss" to be treated with the aid of the "hammer" or nano-indenter. The hammer consists of the stamp and tool, which are produced in an integrated form. This part consists of a metal layer such as copper, which overgrown with diamond (insulating or conductive) .This layer of diamond gives the hammer extreme hardness, stability and abrasion resistance. In addition, material is not alloyed from the workpiece into the hammer and vice versa In a rest position, clocked control means that microscopic workpieces can be deformed, bonded or punched. The function of the bridge as an electrical switch will be explained with the help of Figures 2 and 3:
Der Schalter in Fig. 2 befindet sich im Aus-Zustand (Stabiler Zustand 1) . Wird zwischen Metall (1) und (2) eine elektrische Spannung (über die Zuleitungen (8) und (9)) angelegt, fließt über die leitfähige Diamantschicht (6) (vgl. Figur 3) ein Strom, wodurch sich der Biegebalken und die Metallisierung örtlich erwärmen. Durch die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der beiden Komponenten (für Diamant nahezu null) entsteht ein Biegemoment, was den Balken zum Übergang in seinen zweiten stabilen Zustand zwingt. Dadurch wird Kontakt (5) auf die beiden Enden einer unterbrochenen (Signal-) Leitung ge- presst und diese damit geschlossen. Dieser Kontakt besteht aus einer leitfähigen Metallschicht, welche mit einer bordotierten Diamantschicht überwachsen ist. Zum Öffnen des Schalters wird zwischen Metallisierung (3) und (4) eine Spannung angelegt, wodurch ein Strom über Diamantschicht (7) (vgl. Fig. 3) fließt und der Balken und das Metall an dieser Stelle lokal erwärmt werden. Das resultierende Biegemoment (aufgrund der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten) bewirkt ein Umklappen des Balkens in seine Ausgangsstellung (erster stabiler Zustand) . The switch in FIG. 2 is in the off state (stable state 1). If an electrical voltage is applied between metal (1) and (2) (via the leads (8) and (9)), a current flows through the conductive diamond layer (6) (see FIG. 3), causing the bending beam and the Heat the metallization locally. The different thermal expansion coefficients of the two components (almost zero for diamond) create a bending moment, which forces the beam to transition to its second stable state. As a result, contact (5) is pressed onto the two ends of an interrupted (signal) line and this is closed. This contact consists of a conductive metal layer, which is overgrown with a boron-doped diamond layer. To open the switch, a voltage is applied between the metallization (3) and (4), as a result of which a current flows through the diamond layer (7) (cf. FIG. 3) and the bar and the metal are locally heated at this point. The resulting bending moment (due to the different expansion coefficients) causes the beam to fold back into its starting position (first stable state).

Claims

Patentansprüche claims
1. Brückenförmiges Mikrobauteil mit einem bimetallischen, in mindestens zwei Verankerungen eingespannten Biegeelement, das mono- oder bistabil auslenkbar und über Widerstände beheizbar ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Biegeelement ein Werkzeug zur Erzeugung und Bearbeitung von MikroStrukturen aufweist .1.Bridge-shaped micro-component with a bimetallic bending element clamped in at least two anchors, which can be deflected mono- or bistably and heated via resistors, so that the bending element has a tool for creating and processing micro-structures.
2. Mikrobauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das bimetallische Biegeelement aus einem mit einem Metall mit hohem Wärmeausdehnungskoeffizienten, z.B. mit Nickel, Kupfer, Titan oder Chrom beschichteten Balken oder Streifen aus Diamant oder mit Diamant beschichtetem Silicium besteht.2. Micro component according to claim 1, characterized in that the bimetallic bending element made of a with a metal with a high coefficient of thermal expansion, e.g. beams or strips coated with nickel, copper, titanium or chrome made of diamond or silicon coated with diamond.
3. Mikrobauteil nach Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, dass die mono- oder bistabile Auslenkung auf einem durch den Wachs- tumsprozess oder eine Dotierung, .z.B. mit Stickstoff, Bor, Schwefel oder Phosphor, beeinfluss- ten Verspannungsprofils im Diamant beruht.3. Micro component according to claim 2, characterized in that the mono- or bistable deflection on a by the growth process or a doping, for. with nitrogen, boron, sulfur or phosphorus.
4. Mikrobauteil nach Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug über einen Stempel an der Unterseite des Biegelements reversibel austauschbar befestigt ist.4. Micro component according to claim 3, characterized in that the tool via a stamp on the underside of the bending element is reversibly interchangeably attached.
5. Mikrobauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug ein mechanischer Hammer aus Diamant oder einem metallischen Kern mit einer Diamantbeschichtung ist .5. Micro component according to one of claims 1 to 4, characterized in that the tool is a mechanical hammer made of diamond or a metallic core with a diamond coating.
6. Mikrobauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug ein Nanoindenter zur Perforation von Oberflächen im nm-Bereich aus Diamant oder einem metallischen Kern mit einer Diamantbeschichtung ist .6. Micro component according to one of claims 1 to 4, characterized in that the tool is a nanoindenter for perforating surfaces in the nm range made of diamond or a metallic core with a diamond coating.
7. Mikrobauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug ein einstellbarer Feldemitter mit einem Nanoröhrchen aus Diamant oder einem metallischen Kern mit einer Diamantbeschichtung ist .7. Micro component according to one of claims 1 to 4, characterized in that the tool is an adjustable field emitter with a nanotube made of diamond or a metallic core with a diamond coating.
8. Mikrobauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug eine Tauchelektrode aus leitend, z.B. mit Bor dotiertem Diamant oder einem metallischen Kern mit einer leitend dotierten Diamantbeschichtung ist.8. Micro component according to one of claims 1 to 4, characterized in that the tool has a plunge electrode made of conductive, e.g. is boron-doped diamond or a metallic core with a conductive doped diamond coating.
9. Mikrobauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug ein Bond- oder Schweißwerkzeug aus leitend, z.B. mit Bor dotiertem Diamant oder einem metallischen Kern mit einer leitend dotierten Diamantbeschichtung ist .9. Micro component according to one of claims 1 to 4, characterized in that the tool Bonding or welding tool is made of conductive, for example diamond doped with boron or a metallic core with a conductive doped diamond coating.
10. Mikrobauteil nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der metallische Kern aus Kupfer oder Nickel besteht .10. Micro component according to one of claims 5 to 9, characterized in that the metallic core consists of copper or nickel.
11. Mikrobauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verankerung aus Diamant oder einem Hartmetall besteht .11. Micro component according to one of claims 1 to 10, characterized in that the anchoring consists of diamond or a hard metal.
12. Mikrobauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Verankerung an einem Substrat befestigt ist.12. Micro component according to one of claims 1 to 11, characterized in that the anchor is attached to a substrate.
13. Mikrobauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Verankerung in einen Rahmen eingespannt ist, der an einem Sub- strat befestigt ist.13. Micro component according to one of claims 1 to 11, characterized in that the anchoring is clamped in a frame which is fastened to a substrate.
14. Mikrobauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Biegeelement mit einer Piezokeramik auslenkbar ist. 14. Micro component according to one of claims 1 to 13, characterized in that the bending element can be deflected with a piezoceramic.
15. Verwendung des Mikrobauteils nach einem der Ansprüche 1 bis 14 als mikroskopisches Hammerwerkzeug oder als Bondingwerkzeug.15. Use of the micro component according to one of claims 1 to 14 as a microscopic hammer tool or as a bonding tool.
16. Verwendung des Mikrobauteils nach einem der Ansprüche 1 bis 14 als Nanoindenter zur Perforation von Oberflächen.16. Use of the microcomponent according to one of claims 1 to 14 as a nanoindenter for perforating surfaces.
17. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 14 als einstellbarer Feldemitter mit einem Nanorδtir- chen.17. Use according to one of claims 1 to 14 as an adjustable field emitter with a Nanorδtir-.
18. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 14 als Tauchelektrode . 18. Use according to one of claims 1 to 14 as an immersion electrode.
PCT/EP2004/011647 2003-10-17 2004-10-15 Bridge-shaped micro component comprising a bimetallic flexural element WO2005038817A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE2003148335 DE10348335B4 (en) 2003-10-17 2003-10-17 Bridge-shaped microcomponent with a bimetallic bending element
DE10348335.7 2003-10-17

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2005038817A1 true WO2005038817A1 (en) 2005-04-28

Family

ID=34442041

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2004/011647 WO2005038817A1 (en) 2003-10-17 2004-10-15 Bridge-shaped micro component comprising a bimetallic flexural element

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE10348335B4 (en)
WO (1) WO2005038817A1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009036951B4 (en) 2009-08-11 2012-12-13 Universität Ulm Ceramic multilayer circuit with electrical component

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6252226B1 (en) * 1994-07-28 2001-06-26 General Nanotechnology, L.L.C. Nanometer scale data storage device and associated positioning system
US20010038598A1 (en) * 1999-12-31 2001-11-08 International Business Machines Corporation Device for contacting and/or modifying a surface having a cantilever and a method for production of said cantilever
US20020109082A1 (en) * 2001-02-13 2002-08-15 Yoshikazu Nakayama And Daiken Chemical Co., Ltd. Light receiving and emitting probe and light receiving and emitting probe apparatus
DE10310072A1 (en) * 2002-03-08 2003-11-13 Erhard Kohn Micromechanical actuator has cantilever beam with metal coating, at least in some areas that can be heated, where it consists of material with lower coefficient of thermal expansion than metal coating

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5666190A (en) * 1994-04-12 1997-09-09 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford, Jr. University Method of performing lithography using cantilever array
US5712609A (en) * 1994-06-10 1998-01-27 Case Western Reserve University Micromechanical memory sensor
JP3192887B2 (en) * 1994-09-21 2001-07-30 キヤノン株式会社 Probe, scanning probe microscope using the probe, and recording / reproducing apparatus using the probe
EP1190206A2 (en) * 1999-05-31 2002-03-27 Evgeny Invievich Givargizov Tip structures, devices on their basis, and methods for their preparation
KR100746768B1 (en) * 2002-03-19 2007-08-06 주식회사 엘지이아이 Apparatus for writing and reading data by using cantilever

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6252226B1 (en) * 1994-07-28 2001-06-26 General Nanotechnology, L.L.C. Nanometer scale data storage device and associated positioning system
US20010038598A1 (en) * 1999-12-31 2001-11-08 International Business Machines Corporation Device for contacting and/or modifying a surface having a cantilever and a method for production of said cantilever
US20020109082A1 (en) * 2001-02-13 2002-08-15 Yoshikazu Nakayama And Daiken Chemical Co., Ltd. Light receiving and emitting probe and light receiving and emitting probe apparatus
DE10310072A1 (en) * 2002-03-08 2003-11-13 Erhard Kohn Micromechanical actuator has cantilever beam with metal coating, at least in some areas that can be heated, where it consists of material with lower coefficient of thermal expansion than metal coating

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SCHMID P ET AL: "Diamond switch using new thermal actuation principle", DIAMOND AND RELATED MATERIALS, ELSEVIER SCIENCE PUBLISHERS, AMSTERDAM, NL, vol. 12, no. 3-7, March 2003 (2003-03-01), pages 418 - 421, XP004423689, ISSN: 0925-9635 *

Also Published As

Publication number Publication date
DE10348335B4 (en) 2013-12-24
DE10348335A1 (en) 2005-05-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0938738B1 (en) Method for manufacturing a micromechanical relay
DE60126731T2 (en) Micro device with thermal actuator
DE60222468T2 (en) MEMS DEVICE WITH THREE-LINE BENDING BAR AND METHOD THEREFOR
DE2728238C2 (en) Gas operated switch
WO2009092421A2 (en) Method for the production of a thermoelectric component and thermoelectric component
DE102005051581A1 (en) Scanning mechanism for a scanning probe microscope, and scanning probe microscope hereby
DE4205340C1 (en) Micro-mechanical electrostatic relay with parallel electrodes - has frame shaped armature substrate with armature contacts above base electrode contacts on base substrate
WO2005038817A1 (en) Bridge-shaped micro component comprising a bimetallic flexural element
DE102006011743A1 (en) Peltier module manufacture method involves connecting Peltier components or chips to contact areas on ceramic substrates by means of terminal surfaces during production process, in which contact areas have metallic or sinter layers
DE4323148A1 (en) Apparatus for the resistance welding of metal sheets
DE10143915A1 (en) Metal fastener fixing method has arc applied between metallic workpiece and soldering material introduced into recess provided by support integral with metal fastener
DE4229068C2 (en) Accelerator switch and manufacturing method
DE19941189A1 (en) Ink jet print element for ejecting drops of ink onto a printing medium like printing paper comprises an actuator for an ink jet print element for printing letters, symbols or images.
WO2020078773A1 (en) Mechanical actuator system and eoat device having such an actuator system
EP3902022B1 (en) Piezo actuator and piezo actuator array
EP0191300B1 (en) Resistance-welding process for soldering or welding metastable metals
DE19646667C2 (en) Method of manufacturing a micromechanical relay
DE112010005916B4 (en) Electromechanical actuator
DE102020116474A1 (en) Process for the production of a gap-free and non-positive connection
DE10310072B4 (en) Micromechanical actuator
DE102008011175B4 (en) Micromechanical actuator and method for its production
DE10256439A1 (en) Method and device for limiting the temperature-induced deformation of a piezoelectric device
DE102010002818B4 (en) Method for producing a micromechanical component
DE10210257B4 (en) Piezoelectric actuator
WO1999044782A1 (en) Method and contact point for producing an electrical connection

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AE AG AL AM AT AU AZ BA BB BG BR BW BY BZ CA CH CN CO CR CU CZ DE DK DM DZ EC EE EG ES FI GB GD GE GH GM HR HU ID IL IN IS JP KE KG KP KR KZ LC LK LR LS LT LU LV MA MD MG MK MN MW MX MZ NA NI NO NZ OM PG PH PL PT RO RU SC SD SE SG SK SL SY TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VC VN YU ZA ZM ZW

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): BW GH GM KE LS MW MZ NA SD SL SZ TZ UG ZM ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IT LU MC NL PL PT RO SE SI SK TR BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW ML MR NE SN TD TG

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
122 Ep: pct application non-entry in european phase