[发明专利]静电致动器和用于生产其的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有悬臂电极的静电致动器和用于生产其的方法。

背景技术

通常，静电致动器如下构造，此处以如下顺序从下到上示意性地描述：将固定或可移动的第一电极设置在第一致动器材料上并由绝缘层覆盖。在后者上，设置牺牲层，牺牲层再被固定或可移动的第二电极覆盖。将第二致动器材料设置在第二电极上。第一和第二电极中的电极材料均可以不同于致动器材料，其中第一致动器材料也可以不同于第二致动器材料，具体地，第一或第二致动器材料可以为在其上以不可移动的方式形成致动器的衬底。在层和电极结合在一起之后，移除牺牲层，于是在结构内的电极之间留下间隙。

静电致动器的常见生产过程在静电致动器的两个电极之间形成空气间隙，尤其由于引入的牺牲层。由间隙形成的电极之间的距离一方面导致操作致动器所需电压的显著增加，另一方面导致致动器的依赖于当前获得的偏转状态的偏转性能的变化，甚至导致“吸和”效应。

静电致动器的生成的力随着电极彼此之间的距离增加而二次方地减小。在经典的平行板致动器的情况下，静电致动器的力能够通过忽略绝缘层由以下公式给出

F＝1/2(e₀AV²)/(g-d)²

其中F描述静电力，e₀描述电场常数，V描述所施加的电压，d描述电压相关偏转，A描述电容器面积，g描述电极彼此之间的初始距离。由于静电致动器的几何形状和高度非线性力生成，以比例二次方地依赖于电极彼此之间的距离，静电致动器的效率随着电极彼此之间的距离的增大而大大地减小。在平行板致动器的情况下，该距离为最大的可能行程。

图3a示出了根据现有技术的静电致动器的侧视图，其中将静止电极14设置在衬底12上，将绝缘层16设置在静止电极14的远离衬底12的一侧上。与静止电极14相对，设置固定在固定夹具18处的弯折件32。将可移动的电极34设置在弯折件32的朝向静止电极14的一侧，其中在可移动的电极34和绝缘层16之间形成间隙17，其中间隙17是例如移除在致动器的上述生产过程中已经设置的牺牲层的结果。

使用电极14和34之间形成的间隙17相对于彼此定位两个电极14和34导致致动器的上述限制。

图3b示出了图3a中的静电致动器的俯视图。设置在固定夹具18上的弯折件32以平面均匀方式实现。

当超过电极14和34之间的基于几何形状和材料参数的控制电压时，电极14和34之间的间隙17和非线性力生成导致吸和效应。

由于由生产引起的限制，电极14和34之间的间隙17不能够被完全关闭，但能够通过优化生产过程被最小化。由此，由电极14和34彼此之间余留的距离导致的可静电地产生并使用的力的损失可被接受。

传统技术包括大量的静电致动器的不同结构。已知实现示出，例如，弯折件或板通过弹簧元件被悬臂或通过固定夹具或弹簧元件在两侧被夹紧。同样，关于静止电极或弯折件的几何形状，已知大量不同的实现，其中电极之间的间隙导致实现中的上述缺点。

公开描述如何利用弯折件所包含的非常柔软的突片(tab)，通过非常早的静电激励，即以非常低的被施加的电压，并通过利用由所施加的电压产生的电极之间的吸引力产生柔软突片朝向相对的电极的偏转，部分地关闭电极之间的间隙，并且偏转部分地关闭接触点处的间隙。但是间隙本身仍然存在。

发明内容

本发明的目的在于提供一种静电致动器以及用于生产其的方法，由此能够减小用于操作的电压。

该目的通过根据权利要求1的静电致动器和根据权利要求16的方法实现。

本发明基于通过利用机械预加载部分地关闭电极之间的间隙而防止上述问题的知识。此外，通过设置悬臂电极，能够影响施加的电压和导致的致动器行程之间的特征曲线。

例如在光刻工艺中，能够实现弯折件的材料中的由生产引起的张力并用于使悬臂相对于弯折件偏转。通过稍微改变的几何形状和机械张力梯度，能够在致动器内产生不同地弯曲的区域。如果不同地弯曲的区域是同步的，电极之间的间隙能够在接触点处被部分地关闭和/或能够产生额外的弹簧元件。额外的弹簧元件能够被用于，例如，通过由弹簧元件改变的反方向的力使静电致动器的力-偏转曲线线性化。

用于改变偏转曲线的一个进一步并更加可靠的并且技术上也更加简单的选择是电极形状的改变，以通过局部不同的电极构造调整局部不同的激励功率并因此调整已改变的偏转曲线。