CN110049942A

CN110049942A - 用于在彼此隔离的两个区域之间传递移动和力的设备

Info

Publication number: CN110049942A
Application number: CN201780076137.7A
Authority: CN
Inventors: 卢瓦克·约特
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 2016-12-07
Filing date: 2017-12-06
Publication date: 2019-07-23
Anticipated expiration: 2037-12-06
Also published as: FR3059659A1; WO2018104656A1; CN110049942B; US10807858B2; US20190308873A1; FR3059659B1; EP3538479B1; ES2916839T3; EP3538479A1

Abstract

用于在以密封方式彼此隔离的第一区域与第二区域之间传递移动和力的设备，该设备包括：在平面中延伸的支撑件；传递元件(8)，该传递元件能够借助于枢轴铰链(22)相对于支撑件旋转地移动，该枢轴铰链具有平行于支撑平面的旋转轴线；在支撑件中的孔(18)，传递元件(8)穿过该孔，并且枢轴铰链(22)被定位在该孔的水平处，传递元件包括在支撑平面的一侧上的至少一个第一传递臂(20.1)和在支撑平面的另一侧上的第二传递臂(20.2)；以及密封的隔离装置(16)，该密封的隔离装置被定位在开口中，使得密封的隔离装置将第一区域与第二区域以密封的方式隔离，并且密封的隔离装置允许传递元件(8)的旋转移动。

Description

用于在彼此隔离的两个区域之间传递移动和力的设备

技术领域

本发明涉及在微电子领域中、特别是在微电子机械系统(microelectromechanical system，MEMS)和/或纳电子机械系统(nanoelectromechanicalsystem，NEMS)类型的微设备领域中，用于在彼此密封地分离的两个区域之间传递移动和力的设备。这样的设备可例如在用于测量压力变化的设备中实现，以便例如制作麦克风或制作压力传感器。

背景技术

微电子机械学和/或纳电子机械学中的麦克风代表了不断增长的市场，特别是借助于诸如平板电脑、智能手机型便携式电话和其他连接对象的移动器械的市场，在移动器械的市场中，微电子机械学和/或纳电子机械学中的麦克风逐渐取代驻极体麦克风。

麦克风测量压力变化，因此麦克风包括与外部环境接触的至少一个部件。

目前生产的大多数MEMS麦克风是电容检测麦克风，该电容检测麦克风的一个实施例在文献A中被描述。Dehe：硅麦克风的开发和应用，(2007)传感器和驱动器，A：物理版，133(2SPEC.ISS.)，第283-287页。

例如，该电容检测麦克风包括将外部环境与称为后部体积的封闭室分离的柔性膜，该柔性膜用作压力参考。膜在膜的两个面之间的压力差的作用下变形。膜形成电极，并且固定的和刚性的反电极被设置成面向膜。膜和反电极形成电容，电容的值在电容的两个表面之间的压力差的作用下随着膜变形的变化而变化。

膜中的孔(称为通气孔)确保外部环境与麦克风的后部体积之间的压力均衡。因此，例如由于高度变化、反气旋或低气压，大气压的长期漂移(大气压的幅度比声音的幅度高多个数量级)对膜没有作用，因为它们在膜的两侧均衡。孔的尺寸被设置成使得该无效仅应用于通常在1Hz至100Hz之间的低频，而不是对音频进行过滤。

反电极也被穿孔并且让空气通过，使得可以在膜表面上设定压力。

该结构具有许多优点，但是，特别是由于反电极的存在，该结构具有缺点。实际上，反电极处于声波路径中。虽然反电极带有孔，但反电极具有声阻，即反电极具有对空气流的阻力，从而进行压力设定。该阻力产生热噪声，从而导致检测阈值退化。该阻力还产生阻尼，这会减少麦克风带通。

为了限制该阻力，可以增加被孔覆盖的反电极的面积，但是这直接导致面对的面积减小，这相应地减少了电容检测。因此，降低了转换增益并且较少地掩蔽了电子部件的噪声，这再次导致检测阈值的退化。

因此，特别是由于声阻和电子器件的噪声，在满足所需的带通的同时，要找到折中的办法，以使检测阈值的总体退化最小化。

可以设想增加膜和反电极的面积以增加面对的面积。但是这种增加导致芯片的尺寸增加，从而导致成本增加。此外，较高面积的膜将通过变形使更多的空气移动。该体积的移动空气造成后腔中的压力增加/减小，从而在膜上施加与移动相反的力。该力正比于膜面积平方与后部体积之比。该力作为另一弹簧作用到膜上，这将阻碍移动。因此，如果希望保持等效的膜移动，则膜面积的增加将伴随后部体积的尺寸的增加，包装件的尺寸因此也会增加。

存在压电检测MEMS麦克风以抑制由反电极引起的缺陷。例如，膜包括压电材料。当变形时，在压电材料的表面处产生电荷并通过封装该材料的电极收集电荷。电信号代表所产生的电荷数。在压电检测的情况下，电荷的数量由材料内的机械应力给出，由于偏置电压或任何其他外部人为现象，电荷数不能增加。如果希望获得更多电荷，则必须增加膜尺寸以收集更多能量，以便更加抑制压电材料。另一方面，在电容检测的情况下，所产生的电荷数是由偏置电压引起的电容变化的乘积。因此，通过使用更高的偏置电压可以收集更多的电荷。

此外，与电容检测一样，膜面积的增加使后部体积增加，以避免声劲度的增加。

因此，相对于电容检测的增益，压电检测麦克风提供的增益是有限的。此外，因为压电检测麦克风必须处理较低的信号，所以相关的电子器件的设计更复杂。因此，因为压电检测麦克风必须具有更低的噪声，所以压电检测麦克风消耗更多电流。因此，声级的性能增益是以电场为代价的。

文献US 2015/0251899 A1描述了一种传感器，在该传感器中，反电极被设置在处于受控气氛中的膜内，该受控气氛可以接近真空。膜和反电极的相对移动不会导致空气通过反电极移动。由于反电极在真空下的布置，反电极完全掩盖了声学世界。

然而，制造这种结构非常复杂，特别是释放反电极并密封反电极要隔离的体积。

尽管可变形表面的结构和在其内部实现的多个柱状物，但是制造足够轻的结构以保持宽带通往往更加困难。

此外，柱状物的数量应该都很多，以使膜能够承受真空，并留出足够的区域来放置反电极。

通常，希望能够在两个彼此密封隔离的区域之间传递移动和力，例如当希望在受控气氛中具有电容检测装置或者其中一个区域是侵略性环境并且必须保护另一区域免受这种侵略性环境的影响时。

例如，将力传递到强减压气氛使得可以：

-实施具有高质量系数的振动光束检测；

-实施具有降低的粘性摩擦(和相关的牛顿噪声)的电容检测；

-实施电容式电动机，该电容式电动机的与移动相反的粘性摩擦力大大减小，特别是在制作声音发射器或超声波发射器时。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供用于在两个彼此密封隔离的区域之间传递移动和力的设备，这两个区域处于不同的压力下。

本发明的目的是通过用于在彼此密封隔离的两个区域之间传递力和移动的设备来实现的，所述设备包括在平面中延伸的支撑件、位于平面的一侧上的区域中的至少一个区域，在第一区域和第二区域之间延伸的传递元件、枢转铰链以及密封的隔离装置，传递元件通过该枢轴铰链相对于支撑件可旋转地铰接，所述密封的隔离装置处于传递元件与枢轴铰链处的支撑件之间，使得施加到位于第一区域和第二区域中的一个区域中的传递元件的力和移动在第二区域和第一区域中的另一区域中传递，同时确保两个区域之间的密封隔离。

密封的隔离装置可弹性变形，以便很少或不妨碍传递元件的旋转。密封的隔离装置有利地包括膜。该膜可被非常精细地设置以向传递元件的移动提供小的阻力，并且同样地，可以在膜上设置加强件以使膜例如能够承受压力差。

由于传递元件具有旋转移动，因此该传递元件的离面平移移动被显著减小，或甚至被消除。有利地，旋转铰链由可扭转变形的臂制成，这显著地限制或甚至阻止传递元件沿着的离面方向的平移移动。因此，除了传递中的旋转移动之外，还减少了移动中的能量传递。通过使用具有矩形横截面的可变形臂(该可变形臂的离面尺寸明显高于面内尺寸)，可以获得具有低角刚度的旋转铰链，从而在旋转移动期间可以实现非常小的能量损失。此外，通过密封的隔离装置限制或甚至消除面内移动。因此，传递设备的机械效率很高。

有利地，区域中的一个可以是受控气氛室，有利地是真空室，在该受控气氛室中，提供将移动传递到传递元件的电容测量装置和/或产生由传递元件传递的力的电容式电动机。因此，这些电容装置可以具有大的电极面积，而没有与所述电容装置的一部分的移动相反的粘性摩擦。

此外，由于消除了离面移动，因此在麦克风的情况下，大气压力对电容装置的测量的影响被显著减小，甚至被消除。因此，该设备仅测量或几乎仅测量声压的变化。

此外，该设备可被设计成具有放大功能。实际上，通过使电容装置远离旋转铰链移动，即通过制造较长的传递臂，随着传递元件的给定旋转，电容装置的移动更大。在测量装置的情况下，收集的信号更大。在电动机的情况下，传递的扭矩更大。

该设备可以在麦克风、静态差压传感器或动态差压传感器中实施。

在麦克风的情况下，传递元件的第一纵向端部例如被固定到具有受到压力变化的大面积的膜上，该膜向传递元件传递与声信号对应的高频压力变化。用于测量传递臂的移动的装置位于传递臂的第二端部，例如电容检测装置或振动梁。

在扬声器的情况下，例如电容型的致动器可被设置在传递元件的一个端部处并且应用于固定到传递元件的另一端部的膜。

因此，本发明的一个主题是用于微电子机械系统的设备，该设备用于在彼此密封隔离的第一区域与第二区域之间传递移动和力，所述设备包括：在平面内延伸的支撑件，借助于枢轴铰链能相对于支撑件可旋转地移动的传递元件，其中旋转轴线平行于支撑平面，传递元件穿过的支撑件中的孔和枢转铰链设置在该孔中，传递元件包括在第一区域和第二区域之一中的支撑平面的一侧上的至少一个第一传递臂和在所述第一区域和第二区域中的另一个中的支撑平面的另一侧上的第二传递臂，以及密封的隔离装置，所述密封的隔离装置设置在孔中，使得所述密封的隔离装置使第一区域与第二区域密封隔离，并且所述密封的隔离装置允许传递元件的旋转移动。

优选地，密封的隔离装置包括可弹性变形的膜，该膜在孔的边缘与传递元件之间被张紧。该密封的隔离装置可包括在膜的面中的至少一个面上的机械加强件。

枢轴铰链有利地包括一个叶片或多个对齐的叶片，该叶片在传递元件与孔的边缘之间延伸并且能够扭转变形。叶片有利地具有沿着正交于支撑平面的方向的尺寸，使得一个叶片/多个叶片沿离面方向具有限制传递元件的离面移动的刚度。

在一个示例性实施例中，传递元件包括连接第一传递臂和第二传递臂的至少一个传递轴，所述传递轴在密封的隔离装置的任一侧上沿正交于支撑平面的方向延伸。叶片可连接到所述传递轴，并且由传递轴和第一传递臂以及第二传递臂形成的组件是刚性组件。

在另一示例性实施例中，传递元件包括多个传递轴，该多个传递轴能够沿正交于支撑平面的方向平移移动。第一传递臂和第二传递臂中的每一个例如通过铰链铰接到每个传递轴，该铰链允许旋转和平移。叶片例如机械地连接到第一传递臂和第二传递臂中的一个。对于每个传递轴，允许所述轴的旋转和平移的铰链可包括一个或多个联接叶片。

第一区域和第二区域中的至少一个形成受控气氛室。

传递设备可包括能够相对于支撑件移动的诸如活塞或膜的元件，该元件能够将移动和力施加到第一区域中的传递元件。

有利地，传递设备在第二区域中包括用于测量施加到第一区域中的传递元件和/或致动装置的移动和/力的装置。例如，传递设备在所述第二区域中包括固定到传递元件的电极和至少一个反电极，该电极和该至少一个反电极形成用于测量施加到第一区域中的传递元件和/或致动装置的移动和/或力的装置。

本发明的另一主题是包括至少一个根据本发明的设备的系统，该设备形成差压传感器。

该系统可形成麦克风，其中，活塞或膜包括受到环境作用的面和受到参考压力的面，该环境的压力变化需要被检测。

该系统可形成扬声器，其中，活塞或膜将被移动以发出声音。

本发明的另一主题是用于由包括衬底、第一牺牲层、用于形成密封的隔离装置的夹层、第二牺牲层的叠垛制造根据本发明的传递设备的方法，所述方法包括：

a)构造层以便能够接近衬底，

b)形成在第二牺牲层上并与衬底接触的厚层，

c)形成传递臂中的一个，

d)至少部分地去除第二牺牲层，

e)将盖键合在厚层上，

f)翻转组件，

g)形成另一个传递臂，

h)至少部分地去除第一牺牲层以释放层。

在传递元件包括至少一个传递轴的情况下，该至少一个传递轴可在步骤c)期间至少部分地形成并且在步骤g)期间至少部分地形成。

例如，步骤c)通过构造厚层来实现，并且步骤g)通过构造衬底来实现。

附图说明

根据以下描述和附图将更好地理解本发明，在附图中：

-图1是根据本发明的设备的示例性实施例在能够检测压力差的检测侧上的俯视透视图，该示例性实施例可在差压传感器中实施并且可用于形成麦克风；

-图2是图1的设备的底部局部透视图；

-图3是根据本发明的设备的示例性实施例在压差测量侧上的透视图；

-图4是与图3相同的视图，电容测量装置的一部分已被移除；

-图5是图1的设备的详细视图；

-图6是与图5类似的横截面图，密封的隔离元件已被移除；

-图6’是设置有硬化装置的示例性活塞的示意图；

-图6”是受到变形的图5和图6的枢轴铰链的示意性横截面图；

-图7A至图7C是可在根据本发明的设备中实施的枢轴铰链的其他示例性实施例的透视图；

-图8A和图8B是枢轴铰链和密封的隔离元件的另一示例性实施例的俯视透视图和仰视透视图；

-图8C是受到变形的图8A和图8B的枢轴铰链的示意性截面图；

-图9A和图9B是枢轴铰链和密封的隔离元件的另一示例性实施例的俯视透视图和仰视透视图；

-图10A至图10J是用于制造根据本发明的设备的示例性方法的不同步骤期间获得的元件的局部侧视图和俯视图；

-图11是图9A和图9B的示例的替代方案的透视图。

具体实施方式

在本申请中，微电子系统包括一个或多个微机电系统类型的设备和/或一个或多个纳机电系统类型的设备。

在以下描述中，将在麦克风的应用中描述该设备，但是该应用不是限制性的并且在下文中将给出其他示例性应用。

术语“上部”和“下部”以及“上”和“下”用于描述附图表示的上下文中的位置，并且决不是限制性的。

在图1至图6中，可以看到可以形成麦克风的根据本发明的设备的示例性实施例。

测量室6由板、支撑件和密封的隔离元件16限定，使得测量室的内部环境是隔离的。

设备包括包装件2、与外部环境接触的测量膜4、与外部环境隔离的测量室6以及在外部环境与测量室6之间的机械传递装置8，需要测量外部环境的声压的变化。

包装件2包括例如支撑件10和板12，该板在平面P中延伸并被设置在支撑件10上。

板12包括由膜4封闭的第一孔14。在所示的示例中，第一孔14具有圆形形状，但该形状决不是限制性的。该第一孔可具有方形形状、矩形形状或另一种形状。膜4、板12、支撑件10以及底部13界定两个体积。

膜可受到两个体积之间的压力差。因此，设备形成静态的差压传感器。

动态的差压传感器可例如通过在膜中制作孔而制成，使得在低频率下，两个体积中的压力平衡，并且在高频率变化的情况下，两个体积中的压力没有时间平衡，从而允许检测该高频率压力变化。

如果体积中的一个被封闭，则可制作麦克风。例如，封闭的体积可用键合到板12并限定更大的参考体积的盖形成。

板12包括通向测量室的第二孔18。第二孔18由密封的隔离元件16部分地封闭。隔离元件16进一步可弹性变形以便不与传递装置的旋转相对，但限制传递装置的平面内的移动，这将在下文中描述。

在麦克风和真空测量室的情况下，密封的隔离元件被构造成承受约10⁵Pa的压力差。

传递装置包括沿轴线X静止延伸并通过枢轴铰链22旋转地铰接到包装件2的传递元件。在该示例中，传递元件是刚性的或不能过多变形的。

传递元件20包括设置在外部环境中的第一传递臂20.1和设置在测量室中的第二传递臂20.2。在该示例中，两个传递臂20.1、20.2彼此对齐。

在所示的示例中，第一传递臂20.1和第二传递臂20.1通过称为传递轴的中心部分20.3刚性地连接。在所示的示例中，传递轴20.3具有圆形横截面圆柱形形状，该圆形横截面圆柱形形状沿轴线Z的尺寸基本上等于板的尺寸。

同样在所示的示例中，第一传递臂20.1和第二传递臂20.2被设置两个不同的平面中，第一传递臂20.1位于密封的隔离元件16的上方，并且第二传递臂位于密封的隔离元件16的下方。

传递臂20.3穿过密封的隔离元件16。

在所示的示例中，第一传递臂20.1连接到传递轴20.3的侧面的第一区域，并且第二传递臂20.2在传递轴的侧面的第二区域中连接到传递轴，该第二区域与第一区域沿直径相对。

第一传递臂20.1的自由端部通过铰链21连接到膜4，该铰链沿方向Z传递移动同时允许围绕轴线Y旋转和沿轴线X平移。在所示的示例中，平行于轴线Y的两个叶片23是可扭转变形的。

可以设想实施多个传递臂，该多个传递臂各自通过连杆连接到同一膜，然后每个传递臂铰接到板12。每个传递臂可以使膜移动以便被检测。通过在膜的多个位置处恢复张力，可以促进膜的形成。相反，该设备可包括连接到单个传递臂的多个膜。

在所示的示例中，膜4是可变形的并且悬挂在第一孔14的边缘上。膜在压力变化的作用下变形。参考体积可通过小孔在外部连接，该小孔可位于膜中或位于参考体积的另一壁中。

在另一示例性实施例中，膜可由刚性活塞4’代替。该活塞例如将由一个或多个加强件切断和/或加固。例如，活塞可有利地包括具有精细层的硬化结构，该精细层收集整个表面的压力差。该示例例如如图6’所示。

该活塞通过连接元件25连接到板12，该连接元件使活塞能够沿离面方向移动。连接元件例如包括通过可变形的叶片连接到板和活塞的梁。在所示的示例中，设置在每个活塞边缘的中心处的四个连接元件25被实施。传递元件未示出。在该图示中，活塞包括例如在用于制作第一传递臂或第二传递臂的层中制成的硬化结构27和精细膜29。可提供止动件，该止动件被设置成在压力差过大的情况下限制离面活塞移动。

活塞具有高的刚度，这限制变形能量损失，同时有利地限制了质量。实际上，质量的增加会导致带通损失。

在切断活塞的情况下，硬化结构有利地包括边缘，该边缘在硬化结构的外周界上沿方向Z延伸以便延长活塞的空气路径并减少外部环境与用作参考的封闭体积之间的泄漏。

由于实施了该结构，所以收集整个表面上的压力并且活塞变形中损失的能量可以忽略。

此外，这使得能够减少设备的质量。

如针对实施膜的设备所述的，可以设想实施将活塞连接到板的连接元件，该连接元件被铰接到板和/或活塞，以便改善活塞沿轴线Z的平移移动。

此外，活塞可采用任何使微机电系统和/或纳机电系统能够得到优化的形状。

在图5和图6中，可看到图1和图2的枢轴铰链22的详细视图。在所示的示例中，该枢轴铰链包括两个远离的叶片24，这两个远离的叶片平行于板平面延伸并且各自从中心部分的一个边缘延伸。在该示例中，叶片与密封的隔离元件16接触，但这不是限制性的。

叶片沿方向X具有尺寸，以便围绕轴线Y扭转变形并与密封膜16限定枢轴铰链的旋转轴线。在所示的示例中，旋转轴线大约位于密封膜16的平面与叶片24的平面之间的交点处。旋转轴线以密封膜为中心使得两个面之间的压力差在旋转轴线的两侧上的作用相同。

此外，叶片24沿方向Z具有显著尺寸，从而沿离面方向Z提供大的刚度，这有利地限制了传递元件的离面移动。因此，外部环境与测量室之间的压力差不倾向于移动传递元件并且不影响测量。

在所示的示例中，叶片在密封的隔离元件16与板的上表面之间延伸。

此外，密封的隔离元件16限制平面XY中的移动。

密封的隔离元件16在旋转传递臂的移动的作用下变形，隔离元件的刚度与检测装置相匹配。在电容检测的情况下，包括扭转偏置梁24和膜的连接件的变形优选地带来实现适当的谐振频率所需的刚度。在传递张力的情况下，例如在压缩振动计的情况下，由包括扭转偏置梁24和膜的连接件的变形产生的刚度优选地比由待传递的张力产生的刚度较低或甚至更低。

在图6”中，可看到在传递臂受到压力变形以及在该压力差的作用下相对于板倾斜的状态下，设备在枢轴铰链处的示意图。密封的隔离元件16发生变形。

密封的隔离元件16和扭转叶片容易受到变形以使得传递臂能够旋转并与该旋转轴线处的沿方向X、Y和Z的移动相对。在有用的移动传递期间损失的能量的比例受到限制，因此，铰链具有非常好的机械效率。

此外，如下文所述，外部环境与测量室之间的压力差的影响被抑制。

在图3和图4中，在气隙变化电容测量装置的示例中可以看到传递臂的旋转移动。

在所示的示例中，并且有利地，电容测量装置包括第一固定电极17、远离第一固定电极17的第二固定电极19和附接到第二传递臂20.2的自由端部并随着传递臂移动的可移动电极21。可移动电极21与第一固定电极17和第二固定电极19平行地被设置在第一固定电极17与第二固定电极19之间并且能够移动到固定电极17、19中的任一个。这种测量装置允许差动测量。电极19形成在板12中。

具有固定电极和可移动电极的测量装置未脱离本发明的范围。

第一固定电极17被固定到测量室中的板。

在所示的示例中，可移动电极21在可移动电极的上表面上包括平行于方向X的线性加强件23，第一电极被成形为容纳这些加强件23。可移动电极和第一电极包括容纳加强件23的凹槽25。

由于静电力和减小的质量，可移动电极具有适当的刚度以实现高的共振频率。

通过测量可移动电极21与第一固定电极17和第二固定电极19之间的气隙变化，可以检测传递元件的移动，并因此可以确定压力变化。

没有加强件的平面的、固定的和可移动的电极未脱离本发明的范围。

替代地，使用叉指式梳状物，电容测量装置可以具有区域变化。例如，在所示的示例中，加强件将形成由可移动支撑件承载的电极，并且第一固定电极将形成在支撑件17中。将测量该电极的侧表面与第一固定电极的侧表面之间的电容变化。

测量室中的气氛有利地是真空的，以便减少粘性摩擦现象和与粘性摩擦现象相关联的热噪声。

如已针对活塞4所描述的，可移动电极可通过允许臂与可移动电极之间的离面旋转的机械连接件连接到具有不同旋转轴线的多个传递元件。因此，可移动电极将具有沿轴线Z的平移移动，条件是所有传递元件传递相同的移动。

在图7A至图7C中，可以看到传递轴以及将该传递轴组装到板中的替代实施例。

在图7A中，传递轴120.3具有细长形状并且传递轴120.3的最大长度与轴线X对齐。在所示的示例中，传递轴在设备平面中具有椭圆形横截面。密封的隔离元件116也具有沿轴线X的细长形状。因此，传递元件具有增加的刚性，减小了使传递元件变形时的能量损失。因此，从一个臂到另一个臂的移动传递中的损失较小。

确保枢轴连接的扭转叶片未示出。

密封的隔离元件116沿轴线X的端部受到更大的离面变形。因此，密封的隔离元件116具有较大的刚度并且能够适应更强的应力。

在图7B中，传递轴120.3沿方向Y具有细长形状，在所示的示例中具有椭圆形形状。因此，密封的隔离元件116沿轴线Y也具有细长形状。

优选地，传递轴具有无角形的形状以减小密封的隔离元件中的应力。因此，传递轴优选地具有由圆形周界界定的形状。然而，特别是如果角是圆形的，则可考虑其横截面在设备平面中具有多边形形状的传递轴。

在图7C中，可以看到沿轴线X具有细长形状并减小膜中的应力的传递轴的示例。

传递轴220.3在传递轴220.3沿轴线X的中心区域中具有沿方向Y的薄区域，扭转叶片224在该薄区域处将传递轴连接到板212。孔以及密封的隔离元件216具有与传递轴类似的形状。

在图8A至图8C中，可以看到根据本发明的设备的另一示例性实施例，在该另一示例性实施例中，密封的隔离元件具有减小的弯曲刚度以便减小铰链的角刚度。

为此，例如可以增加密封的隔离元件316的面积，以便增加传递轴的周界与端口的周界之间的距离。替代地或组合地，也可以减小密封的隔离元件的厚度。有利地，为了限制由于外部环境与测量室之间的压力差引起的应力，加强件326被设置在密封的隔离元件316的至少其中一个面上。例如，加强件326是径向的并且不阻碍密封的隔离元件316的变形。密封的隔离元件316可在连接到端口318的边缘的外部周界处和在密封的隔离元件的连接到传递轴320.3的边缘的内部周界处变形。处于变形状态下的传递元件在图8C中示出。

替代地，加强件可以与传递轴同轴。此外，加强件可被设置在密封的隔离元件的面中的任一面上。

在图9A和图9B中，可以看到根据本发明的设备的另一示例性实施例，该设备包括两个能平移移动的传递轴。

该设备包括传递元件408，该传递元件包括由两个传递轴420.31和420.32连接的两个传递臂420.1、420.2。

传递臂连接到传递轴，使得传递轴可沿轴线Z的方向平移移动。这种布置的优点是减小密封的隔离元件416受到的应力。

传递轴420.31通过第一铰链428连接到传递臂420.1的自由端部，并且传递轴420.32通过第二铰链430在传递臂420.1的中间区域连接到传递臂420.1。

在所示的示例中，第一铰链428和第二铰链430包括两个叶片432、434，这两个叶片被包含在设备平面中并且能够通过弯曲在平面中扭转变形和弯曲变形，因此，传递轴可具有沿轴线Z的平移移动，并且传递臂可具有围绕平行于轴线Y的轴线的旋转移动。

与第一传递臂420.1一样，第二传递臂420.2连接到传递轴420.31、420.32。

如在图9B中可见，传递轴420.32在第二传递臂的中间区域连接到第二传递臂，并且传递轴420.31连接到第二传递臂的自由端部。

此外，第一传递臂通过可扭转变形并且限定旋转轴线的两个叶片424连接到板。在所示的示例中并且有利地，叶片424位于两个传递轴之间的中间，使得外部压力不产生增加到待测量的信号。

由于板的一侧与另一侧的压力差，叶片424与张力相反，从而大大减小张力的影响以使的张力可以忽略。

由此形成的“可变形的”传递元件使得能够将移动从板的一侧传递到另一侧。

在将移动从一侧传递到另一侧期间，其中一个传递轴以一种方式沿方向Z移动，另一个传递轴以相反的方式沿方向Z移动。因此总体平移是无效的。

可以考虑径向加强件和/或同轴加强件。

应当理解的是，图9A和图9B的设备可包括两个以上传递轴，这些传递轴不必彼此对齐。一方面的传递轴420.1和另一方面的传递轴420.2可有利地通过分别如图11所示的横向臂436、438彼此连接。

因此，根据本发明的传递设备尤其适用于麦克风的制造。如图1至图4所示，与外部环境接触的膜感测声压的变化，并且有利地，设置在受控气氛中、有利地设置在真空中的电容检测装置测量将被处理的这些压力变化。因此减小了电极之间的空气移动固有的噪声和阻尼。替代地，检测装置可由有利地设置在真空中的吉他弦型的共振梁制成。

电容测量装置测量开环麦克风范围内的活塞移动。电容测量装置还能够通过在电极之间产生静电力将力施加到传递元件。该力可使具有负刚度的弹簧的特性得到调整。该特性使使用中的麦克风的共振频率得到调整。因此，在强信号的情况下，麦克风可具有更强的刚度(更小的负刚度)以便不饱和，并且在低输入信号的情况下，结果相反。

由于反馈回路，该静电力也可用于控制结构。由此放置在闭环中的膜可具有非常强的带通和在高性能麦克风范围内的改进的动态范围。

根据本发明的设备也可以在扬声器中实施。传递元件连接活塞和电容致动器的可移动电极，该活塞被放置在外部环境与参考压力下的封闭体积之间。它在真空中的布置将确保在没有声学噪声的情况下致动。因此活塞施加过压/欠压。根据本发明的装置还可用于提供“C-MUT(电容式微型换能器)”功能，特别是用于确保透射然后接收超声波的超声波检查。借助于本发明，借助于传递元件的枢轴铰链减小了大气压力的影响。相反，在现有技术的C-MUT中，膜将空气与真空分离，膜通过反电极移动。因此，气隙应该考虑到大气压力的剧烈幅度，该压力或多或少地使膜变形。因此，无论外部压力如何，高压都会使膜偏置以吸引膜并将膜置于相同的气隙中。本发明使得能够免除施加这些非常高的电压。

根据本发明的设备也可在用于腐蚀介质(例如氧化液体或引起短路的介质)的传感器中实施，在这些情况下，电容装置的实施被排除。根据本发明，检测装置被设置在测量室中，检测装置受到保护，检测装置例如免受水蒸气。因此，根据本发明的设备可例如在流量计功能件(水量计、颗粒过滤器阻塞件)中实施。

应当理解的是，任何测量装置(诸如处于应变仪形式的电阻装置或压电装置)可在密封室中实施。

此外，可以设想板仅包括孔18，以使传递元件能够在两个密封隔离区域之间密封地通过。

现在将结合图10A至图10J描述用于制造图1至图6的设备的方法的示例。

在例如750μm厚的标准硅衬底的衬底500上形成例如SiO₂层的第一牺牲层502。第一牺牲层具有例如几百纳米至几微米之间的厚度。然后，例如通过化学气相沉积(chemicalvapour deposition，CVD)在第一层502上形成几百纳米至几微米的多晶硅层504。层504将用于制造密封的隔离元件16。

替代地，可以直接使用绝缘体上硅(silicon on insulator，SOI)衬底，单晶硅层用于制造密封的隔离元件16。

然后，在层504上形成第二牺牲层506。第二牺牲层例如由与第一牺牲层502相同的材料制成。

由此形成的元件如图10A所示。

在随后的步骤期间，例如通过光刻法，例如通过干蚀刻法，通过反应离子蚀刻(Reactive Ion Etching，RIE)法来构造第二牺牲层。这样构造的目的是仅留下与移动部件、密封的隔离元件和传递元件对应的区域。

由此形成的元件在图10B中表示。

在随后的步骤期间，层502和层504被构造成在传递臂的位置处到达衬底500。该构造例如通过光刻法(例如干蚀刻法或RIE法)进行。

由此形成的元件如图10C所示。

在下一步骤期间，例如通过外延法制成，在结构层502、504、506上具有几微米到几十微米的硅层508。可以发生机械-化学抛光步骤以减少表面拓扑。层508用于制造MEMS。

由此形成的元件如图10D所示。

在随后的步骤中，层508例如通过深蚀刻法或深反应离子蚀刻(Deep ReactiveIon Etching，DRIE)法构造。在该蚀刻期间，形成传递臂和传递轴中的一个。

由此形成的元件如图10E所示。

在随后的步骤中，进行第一次释放，使连接的一部分脱离。有利地，图10E的元件以液体或气相形式浸没在氢氟酸(hydrofluoric acid，HF)中一段受控时间。

由此形成的元件如图10F所示。

在随后的步骤期间，盖510键合到图10F的元件上。该盖包括腔512，腔512用于界定测量室。

腔512的体积使得允许第二传递臂的间隙。此外，腔512的体积被选择得足够高，实际上体积越大，真空越好。盖例如通过对标准硅衬底进行机械加工制成。盖例如通过直接键合(Si-Si/SiO₂-SiO₂/Si-SiO₂)或共晶密封(Au-Si，Al-Ge)而键合到图10F的元件。

由此形成的元件如图10G所示。

然后翻转图10G的元件。

在随后的步骤期间，衬底500例如通过DRIE蚀刻法和/或研磨和/或机械化学抛光而变薄。然后实现用于制造第二臂的第二层的厚度，通常为几微米到几十微米。

由此形成的元件如图10H所示。

在随后的步骤期间，例如通过蚀刻法(例如通过DRIE蚀刻法)来构造变薄的衬底500，以形成另一个传递臂。

由此形成的元件如图10I所示。

在下一步骤期间，例如通过以液体或气相形式浸没在氢氟酸(HF)中一段受控时间而释放传递设备。

该制造方法与MEMS/NEMS设备的制造兼容。

如上所述，活塞4和/或可移动电极可同时制造。

Claims

1.用于微电子机械系统的传递设备，所述传递设备能够在彼此密封隔离的第一区域与第二区域之间传递移动和力，所述传递设备包括：在平面中延伸的支撑件；传递元件(8，408)，所述传递元件能够借助于枢轴铰链(22)相对于所述支撑件旋转地移动，所述枢轴铰链具有平行于支撑平面的旋转轴线；在所述支撑件中的孔(18)，所述传递元件(8，408)穿过所述孔，并且所述枢轴铰链(22)被设置在所述孔处，所述传递元件包括至少一个第一传递臂(20.1，420.1)和第二传递臂(20.2，420.2)，所述至少一个第一传递臂在所述第一区域和所述第二区域中的一个中的所述支撑平面的一侧上，所述第二传递臂在所述第一区域和所述第二区域中的另一个中的所述支撑平面的另一侧上；以及密封的隔离装置(16)，所述密封的隔离装置被设置在所述孔(18)中，使得所述密封的隔离装置将所述第一区域与所述第二区域密封地隔离，并且所述密封的隔离装置允许所述传递元件(8，408)的旋转移动。

2.根据权利要求1所述的传递设备，其中，所述密封的隔离装置(16)包括可弹性变形的膜，所述膜在所述孔的边缘与所述传递元件之间被张紧。

3.根据权利要求2所述的传递设备，其中，所述密封的隔离装置包括在所述膜的面中的至少一个面上的机械加强件(326)。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的传递设备，其中，所述枢轴铰链(26)包括一个叶片或多个对齐的叶片(24)，所述叶片在所述传递元件(8)与所述孔(18)的边缘之间延伸并且能够扭转变形。

5.根据权利要求4所述的传递设备，其中，所述叶片(24)具有沿正交于所述支撑平面的方向的尺寸，使得一个所述叶片/多个所述叶片沿离面方向具有限制所述传递元件(8)的离面移动的刚度。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的传递设备，其中，所述传递元件(8)包括连接所述第一传递臂(20.2)和所述第二传递臂(20.3)的至少一个传递轴(20.3)，所述传递轴(20.3)在所述密封的隔离装置(16)的任一侧上沿正交于所述支撑平面的方向延伸。

7.根据权利要求6、结合权利要求4或5所述的传递设备，其中，所述叶片(24)连接到所述传递轴(20.3)，并且由所述传递轴(20.3)和所述第一传递臂(20.1)以及所述第二传递臂(20.2)形成的组件是刚性组件。

8.根据权利要求6所述的传递设备，其中，所述传递元件(408)包括多个传递轴(420.31，420.32)，所述多个传递轴能够沿正交于所述支撑平面的方向平移移动。

9.根据权利要求8所述的传递设备，其中，所述第一传递臂(420.1)和所述第二传递臂(420.2)中的每一个通过铰链铰接到每个传递轴(420.31，420.32)，所述铰链允许旋转和平移(428，430)，并且其中，所述叶片(424)机械地连接到所述第一传递臂(420.1)和所述第二传递臂(420.2)中的一个。

10.根据权利要求9所述的传递设备，其中，对于每个传递轴，允许所述轴的旋转和平移的所述铰链包括一个或多个联接叶片(432，434)。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的传递设备，其中，所述第一区域和所述第二区域中的至少一个形成受控气氛室。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的传递设备，所述传递设备包括能够相对于所述支撑件移动的诸如活塞(4)或膜的元件，所述元件能够将移动和力施加到所述第一区域中的所述传递元件。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的传递设备，所述传递设备在所述第二区域中包括用于测量施加到所述第一区域中的所述传递元件和/或致动装置的移动和/力的装置。

14.根据权利要求13所述的传递设备，所述传递设备在所述第二区域中包括固定到所述传递元件的电极(21)和至少一个反电极(19，20)，所述电极(21)和所述至少一个反电极(19，20)形成用于测量施加到所述第一区域中的所述传递元件和/或致动装置的移动和/或力的装置。

15.包括至少一个根据权利要求12或13所述的设备的系统，所述设备形成差压传感器。

16.根据权利要求15、结合权利要求12所述的系统，所述系统形成麦克风，其中，所述活塞或所述膜包括受到环境作用的面和受到参考压力的面，所述环境的压力变化需要被检测。

17.包括根据权利要求13或14、结合权利要求12所述的设备的系统，所述系统形成扬声器，其中，所述活塞或膜将被移动以发出声音。

18.用于由包括衬底、第一牺牲层、用于形成所述密封的隔离装置的夹层、第二牺牲层的叠垛制造根据权利要求1至14中任一项所述的传递设备的方法，所述方法包括：

a)构造层以便能够接近所述衬底，

b)形成在所述第二牺牲层上并与所述衬底接触的厚层，

c)形成所述传递臂中的一个，

d)至少部分地去除所述第二牺牲层，

e)将盖键合在所述厚层上，

f)翻转所述组件，

g)形成另一个传递臂，

h)至少部分地去除所述第一牺牲层以释放所述层。

19.根据权利要求18所述的方法，所述传递元件(8)进一步包括至少一个传递轴，所述至少一个传递轴在步骤c)期间至少部分地形成并且在步骤g)期间至少部分地形成。

20.根据权利要求18或19所述的方法，其中，步骤c)通过构造所述厚层来实现，并且步骤g)通过构造所述衬底来实现。