[发明专利]具有倾斜电极的微机械器件

说明书

技术领域

本发明涉及一种微机械器件，所述微机械器件具有静电电极驱动器，例如梳状电极驱动。

背景技术

多种微机械执行器和传感器都是基于静电力的应用获得功能结构的偏转和/或基于电容法决定功能结构的偏转。在很多情况下，执行器和/或传感器实现其功能时需要通过一个或多个弹簧被可动地悬挂的实体的偏转，其中实体应该至少在两个方向上可偏转。一般地，平移和/或旋转运动，例如转动，是可能的。为了实现上述目的，各种静态电极，所述静态电极以独立的方式相互电接触，可以安装在可动实体的下面，以使得实体基于在所述实体的静态电极和可动实体之间施加的电压，沿着各自的静态电极的方向偏转，和/或由外界引起的实体的运动被用电容法检测到。

所述配置在US7078778B2中介绍过。所述配置中的缺点是相对复杂的结构和配置的连接技术。通常，这样的装置也可以仅在装置的切割过程之后被检验，这样就导致在生产过程中故障装置相对晚地被发现，这样会引起重大损耗。上面提到的配置还需要相对高的电压，以及由这种结构导致的对偏转实体的偏转角度的几何结构限制。如果存在太大的偏转和/或存在外界干涉，例如，振动或者外力冲击(震动)，就有所谓的引入风险，引入风险可能导致电极配置的不期望的偏转，而这甚至可能导致电极配置的相互接触，在极限情况下可能引起微机械器件的毁坏。

在梳状电极或电极梳的帮助下，所述梳状电极或电极梳包括多个所谓的齿，相对大的力和/或力矩能够产生。这是由于典型的梳状电极之间的距离是两个到十个微米，这样距离相对较小。同时，电极梳的相对运动引起的相对高的电容变化能够通过电极齿的梳状配置而被利用，所述的电极齿在操作的正常情况下无接触地相互交叉。

在EP1123526A中，介绍了在芯片平面外产生运动的配置。描述的是存在一种装置其中在同一层上形成固定电极梳和可动电极梳，并且两者以偏移的方式设置相互之间不并排。在这种结构中，悬挂体的静态偏转不能实现。而且，这种方法仅能在被共振操作的装置中使用，例如被共振操作的扫描器反射镜。在被共振操作的扫描器反射镜中，扫描器反射镜通过在周期间隔内采用一定频率的合适的时间相关电压保持扫描器反射镜的振荡而被激励。多种出版物描述过其中的梳状电极以相互交错的方式排列的扫描器反射镜。固定的电极梳与芯片框架相连。可动电极梳或者与镜面相连，或者与一般的功能结构相连，或者直接与保持所述结构的弹簧相连。在某些部分，可动电极梳也会安装在附加的横梁上或者其他结构元件上，上述元件再与代表偏转悬挂体的镜面相连，或者再与弹簧相连。

在US6891650B2中，描述了一种扫描器反射镜，其中固定电极梳和可动电极梳形成在不同的层上。所述的两层被绝缘材料隔开，例如，绝缘层。在所述的结构中，所述的两个电极梳被平行地以相互错开的方式垂直于芯片表面安置。通过施加电压，可动电极梳现在可以在固定电极梳的方向上被拉伸。在扫描器反射镜的扭簧的悬挂下，扫描器反射镜要发生倾斜，直到静电力矩和机械回复力矩达到平衡；所述静电力矩是由在两个电极梳中形成的电容之间的电压导致的，所述机械回复力矩是由扭簧导致的。在此不利的是，除了利用所谓的深度反应离子蚀刻(DRIE)的多次蚀刻实现的复杂的处理之外，重要的是电容变化(静电力矩直接与所述电容变化成比例)会随着大的偏转显著降低。而且，在镜面的倾斜下所述结构不再是对称的。这样导致在倾斜的镜面的一侧上的静电力明显大于倾斜的镜面的另一侧上的静电力。结果，由于上面提到的吸合效应可能在非常高的电压下出现，可以采用的最大的静电电压和偏转受到限制。相似的结构在EP1659437A2中描述过。

在JP2004-219839A中，描述了一种其中可动电极梳不是与固定电极梳错开地平行却以相互倾斜的方式设置的结构。最终，固定电极梳通过扭簧与镜面的扭转轴平行悬挂，因此可以被倾斜。这种结构的缺点是当倾斜所述镜面时所述结构不再是对称的。倾斜的镜面的一侧上的静电力明显大于倾斜的镜面的另一侧上的静电力。因此，由于所谓的吸合效应可能在电极梳间的存在非常高的电压下出现，可以采用的最大的静电电压和偏转受到限制。