微型干簧開關已經實現了各種各樣的應用，要求高可靠性，小尺寸和低成本。簡單地說，微機械加工技術是利用半導體制造設備以創造微機械的方式為特定目的服務的系統。 MEDER的目標是開發一種微型密封簧片開關，其功能與較大的標準密封簧片開關完全相同。

簧片開關的基本關鍵要求是觸點必須在接近足夠的磁場時閉合強度，并且當處于關閉或打開狀態時它們必須消耗零功率。 MEDER與瑞士斯沃琪集團合作開發了一種微型密封簧片開關。在斯沃琪集團之外，MEDER是微機械微型磁簧開關的全球獨家營銷部門。

根據定義，磁簧開關是一種小型機電設備，包含一個或多個密封在玻璃外殼中的鐵磁簧片。當簧片開關進入磁場時，簧片閉合，產生開關功能。典型的簧片開關如圖1所示。鎳/鐵基金屬相對較軟，不適合用于簧片開關。這是因為高開關負載引發大量金屬轉移，導致觸點卡在閉合位置。然而，開關的鐵磁特性對于正確的磁致動是必不可少的。更優選的制造選擇是在開關接觸表面處使用硬金屬。通常，使用銠和/或釕為簧片開關增加顯著更長的壽命。然而，無論是將硬金屬層電鍍還是濺射到鐵磁引線，都需要過渡層以確保所有金屬冶金地彼此結合。金，銅和鎢通常用作過渡層。

圖1：底板內的簧片開關。

在新的MEDER微型密封簧片開關中，（見圖2）使用硼硅酸鹽玻璃，其下部厚度為0.35 mm，厚度為0.40 mm上部。在玻璃邊緣使用專有的金屬化工藝，使其在約320℃的溫度下沐浴時密封。刀片材料是鎳/鐵基上的銠，厚度為0.15微米。接觸間隙為4至5微米，氬氣為腔介質。為實現這一目標，使用了兩個4英寸晶圓，容納10，000多個器件。頂部和底部配合在一起，整個晶圓經過氣密密封過程。

圖2：密封微小型簧片開關。多年來，MEDER通過持續改進理念改進了微型干簧開關。例如，許多實驗室，大學研究機構和半導體代工廠最初認為環氧樹脂密封就足夠了。此情況并非如此。環氧樹脂往往會以非常低的水平持續排出氣體，溫度升高會加劇這種情況。在接觸區域上或接觸區域中的任何少量環氧樹脂相關薄膜被證明對于簧片開關是致命的。這是因為這些薄膜產生的絕緣量足以防止任何電壓，電流或信號通過觸點傳遞。雖然這并不是一直發生的，但它往往足以降低簧片開關的長期可靠性，從而使這種制造方法失去資格。經過一些資格試驗和不同的掩蔽方法，真正的密封微小型簧片開關最終實現了玻璃 - 金屬密封。這種開關的可靠性已經大量反復證明，壽命超過1億次。 MEDER還發現，這種簧片開關基本上不受沖擊影響，因為它已經在高達5，000 G的測試中沒有檢測到故障。這與較大的簧片開關形成對比，后者以傳統方式制造，并且只能承受高達100 Gs的沖擊。另一項關鍵的資格測試被認為是長期暴露于高溫，觸點處于開啟和關閉狀態。 MEDER選擇100°C作為浴溫，并在每種狀態下將開關浸泡數周。在此環境中測試了1，000多個交換機，零故障。為商業應用生產的簧片開關經過16小時的質量控制篩選，在此期間進行溫度循環和溫度篩選，溫度范圍為-40°C至125°C，每個溫度下的停留時間為1小時。改進微機械簧片開關，MEDER開發了不同的封裝，使客戶更容易將開關安裝在PCB（印刷電路板）上。 MEDER在一種封裝方案中增加了一個鐵磁引線框架，大大增加了其磁敏感性（見圖3）。這允許客戶從更遠的距離感知和激活。

圖3：在鍍金引線框架上包覆成型的微小型簧片開關。使用嚴格的鑒定測試，MEDER可以將微型干簧開關設計成要求高可靠性的應用。例如，它已經被設計到醫療應用中，其中開關的正確操作通常可以是生死攸關的問題。干簧開關還可在高達200°C的溫度下成功運行，這在某些應用中非常有用，例如汽車和可能涉及高溫的小型家用電器。

應用

MEDER的微型干簧開關允許設計人員開發以前無法實現的新產品。這種獲得專利的簧片開關是迄今為止發明的最小的簧片開關，經過了時間的考驗，在過去的15年里已經成功制造和銷售。許多競爭對手嘗試生產類似的干簧開關并在過去的25年中失敗。

以下是MEDER開發的應用的一些示例以及設計微型干簧開關的應用。

In-the -canal助聽器

過去助聽器戴在耳朵外面。它們掛在耳朵上方并在它后面休息。許多人在公共環境中穿著這些助聽器感到自我意識，有些人根本不會穿它們。這些大型耳背助聽器使用旋轉機械拇指開關來調節音量。設計師一直致力于開發一種適合耳道的更小，更好的助聽器。這些新型高科技微型助聽器已經通過IC技術的不斷發展成為可能，并且由于它們的位置更靠近耳鼓而需要較少的聲音放大。在設計這些較小的助聽器時，有必要調整音量并對微電子進行編程。 MEDER的微型密封簧片開關提供了完美的解決方案。一根小的棒，類似于但比鉛筆小，在其末端安裝有磁鐵，當靠近耳朵時激活簧片開關。這將啟動各種模式和音量控制的設置。這種由簧片開關提供的遠程激活是實施小型耳道式助聽器的基本要素。

起搏器和植入式除顫器

40多年前IC的發明，第一個心臟起搏器是介紹。根據今天的標準，它們非常大，不能植入人體。多年來，由于所有組件的小型化增加，它們經歷了顯著的尺寸減小，使得可以將起搏器植入人體（參見圖4）。

圖4：可植入起搏器的示例。

簧片開關起著重要作用，因為它們允許在植入后與器件進行通信。當外部磁鐵放置在胸腔附近時，它會使簧片開關觸點閉合，從而允許與植入裝置通信。微型干簧開關關閉后，可以無線下載起搏器中的信息，可以調整心率，啟動校準，并可以設置不同的模式。當簧片開關處于打開位置時，僅使用最小量的電池電量，從而延長電池壽命。當簧片開關閉合或激活時，例如用于編程，電池消耗僅僅暫時增加。因此，極大地節省了電池電量。使用微型干簧開關，心臟起搏器變得只有厚厚的銀元大小。現在，心臟起搏器和除顫器組合在一個單元中，仍然沒有比銀元大小設計大得多。

微量葡萄糖檢測和管理系統

任何被診斷患有糖尿病的人都會告訴你，用手指刺血液樣本和每天用針注射胰島素多達八次遠非最佳。傳統的糖尿病治療方法是每天檢查血糖四次，然后根據血糖水平給予指定劑量的胰島素。每次胰島素注射都有助于控制血糖，但它也會對系統造成電擊，這些可能會對身體器官造成累積的負面影響。醫生和醫療電子設計師聯手開發了一種更好，統一的胰島素管理系統，模仿胰腺的自然功能。具體地說，植入腰部區域的傳感器與小型胰島素儲存器和分配系統結合使用，在腰部外部佩戴（見圖5）。植入物中的微小型干簧傳感器用于校準和模式改變，其方式類似于起搏器。使用該系統，當血糖水平發生非常小的變化時，施用少量胰島素來校正糖水平。這可以最大限度地減少對系統的沖擊，使糖尿病患者能夠過上更長壽，更健康的生活。

圖5：在皮帶水平佩戴的葡萄糖監測系統。

用于內部器官視頻拍攝的藥丸

幾年前，FDA批準了一種攝取的藥丸，其中包含連接到其微電路的攝像機（見圖6）。當這個電池供電的設備被吞下并穿過消化道時，它會通過視頻將其下降到胃部和小腸中。微型攝像機記錄了小腸區域的視頻圖像，這些圖像是通過內窺鏡檢查或結腸鏡檢查無法到達的。這些圖像以無線方式傳輸，以便在身體外觀看。微小型簧片開關在這種藥丸中起著關鍵作用。在制造之后，藥丸可以放在庫存中，然后在醫院放養區域中放置數月。避孕藥的電池壽命只有幾個小時。設計人員通過將微小型磁簧開關與磁鐵結合使用，開發出了解決這一問題的方案。在運輸容器中，每個槽具有專用于每個藥丸的磁鐵，因為電池尚未啟動。一旦藥丸從磁鐵附近移開，微型干簧開關打開并激活電池，繼而為電路和視頻系統供電。由于這些藥丸，許多以前無法診斷的消化道問題已經被發現和治療。

圖6：可攝取的藥丸，記錄其進入胃和小腸的視頻。

動物追蹤裝置

有幾種動物在瀕臨滅絕的物種名單上。為了防止它們滅絕，政府和私人捐助者已經制定了一些計劃，例如開發在衣領上或植入動物的跟蹤裝置（見圖7）。植入式設備已被證明更可靠，因為衣領隨著時間的推移而磨損或者可能被主人撕掉。這些跟蹤設備必須非常小，當然，它們是電池供電的。當使用植入的跟蹤裝置時，在跟蹤動物一段給定的時間后，它被捕獲并且安靜。然后將永磁體放置在植入裝置附近，關閉微機械密封的簧片開關，其將所有跟蹤信息無線傳輸到接收器。然后可以分析跟蹤信息，并就如何幫助動物更好地生存做出決定。

圖7：從已被跟蹤的動物中移除信息。

用于遷移研究的魚類跟蹤裝置

以類似于動物跟蹤裝置的方式，將具有微小葦形開關的電子裝置植入洄游魚類中（見圖8）。鮭魚是追蹤的主要魚類，因為它們被廣泛用作食物來源。捕獲魚時，使用永磁體關閉簧片開關，然后將重要信息無線傳輸到接收器，在接收器中記錄以供以后分析。

圖8：植入魚類的微電子電路。頸動脈斑塊檢測，植入式肌肉刺激和失禁預防系統

設計和放置在人體內的微小植入式電子系統的數量正在快速增長率。這些設備有以下共同點：它們用于檢測人體的故障，它們需要在檢測到故障時執行功能，它們經常在人體內停留數年，它們是電池供電的，它們使用最少電池電量，他們需要偶爾調整或模式更改。微機械密封的簧片開關用于執行調整或模式改變。重要的是，簧片開關在其“關閉”狀態下不消耗功率，并且在短暫通電后，它可以執行其預期功能，例如無線傳輸信息，調整或模式改變。

微機械密封簧片開關越來越多地被用于需要傳感的物理接觸，而不是需要通過微型設備進行遙感。

總結和未來方向

研究設施，學院，大學和企業利用半導體制造技術投入大量時間和精力來開發可以執行特定功能的微小型機械系統。絕大多數人都感到失望和失敗。 MEDER是為數不多的幾家成功開發微機械密封簧片開關的公司之一，僅僅是因為這項工作投入了大量的時間，精力和奉獻精神。此外，MEDER通過使用更加機械化的自動化方法擴展了其制造，從而以更低的成本實現了更高的產量。 Meder目前正致力于開發更小的微型干簧開關，這將啟動新的要求，從而激發新的應用。