DE102006036499B4

DE102006036499B4 - Micromechanical component

Info

Publication number: DE102006036499B4
Application number: DE200610036499
Authority: DE
Inventors: Alexander Dr. Wolter; Harald Dr. Schenk
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2006-07-28
Filing date: 2006-07-28
Publication date: 2009-06-04
Anticipated expiration: 2026-07-29
Also published as: DE102006036499A1; CN101112967A

Abstract

Mikromechanisches Bauelement, bei dem ein auslenkbares Element mittels mindestens einer Feder an einem Rahmenteil gehalten ist, dabei das auslenkbare Element mit Feder(n) durch ausgebildete Gräben und eine elektrische Isolation mechanisch und elektrisch vom Rahmenteil getrennt sind; und eine elektrische Spannung zwischen Rahmenteil und auslenkbarem Element mit Feder(n) anlegbar ist und dabei Wegbegrenzungselemente mit Gräben zwischen Bereichen, die auf gleichem elektrischen Spannungspotential liegen oder bei berührender Kontaktierung solcher Bereiche ein vernachlässigbarer elektrischer Stromfluss auftritt, ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Wegbegrenzungselemente bildenden Gräben (18, 19, 20) mit ansteigendem Abstand von den Längsachsen der Feder(n) (2) ein sich schrittweise verkleinerndes Spaltmaß aufweisen.Micromechanical component, in which a deflectable element is held by means of at least one spring on a frame part, while the deflectable element with spring (s) by trained trenches and an electrical insulation mechanically and electrically separated from the frame part; and an electrical voltage between the frame part and the deflectable element with spring (s) can be applied while Wegbegrenzungselemente with trenches between areas that are at the same electrical voltage potential or touching contacting such areas a negligible electrical current flow occurs, are formed, characterized in that the Wegbegrenzungselemente forming trenches (18, 19, 20) with increasing distance from the longitudinal axes of the spring (s) (2) have a gradually decreasing gap.

Description

Die Erfindung betrifft mikromechanische Bauelemente gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, deren Betriebsstabilität gegenüber bekannten Lösungen erhöht ist und wie sie beispielsweise aus JP 08043436 AA und DE 199 06 046 A1 bekannt sind. Dabei kann es sich um Sensoren oder auch Aktoren handeln, bei denen ein auslenkbares Element in mindestens einer Dimension ausgelenkt werden kann. Dies kann eine translatorische Bewegung, eine Verkippung oder Verschwenkung um eine Rotationsachse sein.The invention relates to micromechanical components according to the preamble of patent claim 1, whose operating stability is increased over known solutions and how they for example JP 08043436 AA and DE 199 06 046 A1 are known. These may be sensors or actuators in which a deflectable element can be deflected in at least one dimension. This can be a translatory movement, a tilting or pivoting about an axis of rotation.

Der Antrieb dieser Bewegung basiert in der Regel auf der Wirkung elektrostatischer Kräfte.Of the Propulsion of this movement is usually based on the effect of electrostatic Forces.

Wesentliche Teile solcher mikromechanischen Bauelemente werden aus einem Substrat durch Strukturierung des Substrates hergestellt. Dabei werden ausgehend von einer Oberfläche Gräben im Substrat ausgebildet, die am fertigen Bauelement durch die gesamte Dicke reichen und durchgehende Gräben bilden können.basics Parts of such micromechanical components are made from a substrate Structuring of the substrate produced. In doing so, starting from a surface Ditches in Substrate formed on the finished component through the entire Thick enough and can form continuous trenches.

Durch eine solche Strukturierung lassen sich auslenkbare Elemente, die mit Federn gehalten sind, ein Rahmenteil und ggf. weitere Elemente, wie z. B. Elektrodenfinger ausbilden.By Such structuring can be deflectable elements that are held with springs, a frame part and possibly other elements, such as B. form electrode fingers.

So ist in EP 1 123 526 B1 ein Aktor für die kontinuierliche Ablenkung elektromagnetischer Strahlung beschrieben, was insbesondere den Antrieb des Aktors betrifft.So is in EP 1 123 526 B1 an actuator for the continuous deflection of electromagnetic radiation described, which relates in particular to the drive of the actuator.

So können, wie bereits angesprochen, Elektrodenfinger an einem auslenkbaren Element und einem Rahmenteil ausgebildet sein, die alternierend ineinander grei fend angeordnet und kammförmig ausgebildet sind. Dadurch können die bei der Auslenkung des Elementes wirkenden Kräfte erhöht werden. Eine solche Ausführung ist in 1 dargestellt.Thus, as already mentioned, electrode fingers may be formed on a deflectable element and a frame part, which are alternately arranged in each other grei fend and comb-shaped. As a result, the forces acting on the deflection of the element forces can be increased. Such an embodiment is in 1 shown.

Insbesondere der filigrane Aufbau solcher mikromechanischen Bauelemente bereitet aber Probleme, die die Funktionalität beeinträchtigen und es sogar zur Zerstörung von Bauelementen kommen kann.Especially the filigree structure of such micromechanical components prepares but issues that affect functionality and even destroy it Components can come.

Rahmenteil und auslenkbares Element sind für die Auslenkung auf unterschiedliche elektrische Spannungspotentiale gelegt. Sie müssen daher elektrisch voneinander isoliert sein. Bei unsachgemäßem Gebrauch kann es aber dazu kommen, dass die elektrische Spannungsdifferenz zu groß gewählt wird und dadurch Bereiche oder Teile mit unterschiedlichem elektrischen Spannungspotential in berührenden Kontakt treten, was zu elektrischem Kurzschluss mit den bekannten nachteiligen Folgen führt.frame part and deflectable element are for the deflection to different electrical voltage potentials placed. You need to therefore be electrically isolated from each other. In case of improper use But it can happen that the electrical voltage difference is too big and thereby areas or parts with different electrical Voltage potential in touching contact occur, causing electrical short circuit with the known disadvantageous ones Consequences leads.

Eine solche Berührung kann auch mechanisch bedingt auftreten, indem auf ein mikromechanisches Bauelement hohe mechanische Beschleunigungen wirken.A such touch can also occur mechanically due to a micromechanical Component act high mechanical accelerations.

Dadurch können auch im ausgeschalteten Zustand Zerstörungen oder Beschädigungen an Teilen, wie insbesondere Elektrodenfingern hervorgerufen werden.Thereby can even in the off state destruction or damage on parts, such as in particular electrode fingers are caused.

Teile von mikromechanischen Bauelementen können aber auch aneinander haften, was auch als „sticking" bezeichnet wird. Infolgedessen können ebenfalls elektrische Kurzschlüsse auftreten.parts but of micromechanical components can also adhere to one another, what is also called "sticking". As a result, can also electrical short circuits occur.

Aus JP 08043436 AA ist ein Beschleunigungssensor bekannt, bei dem eine auslenkbare Masse mit einer Biegefeder gehalten ist und dabei Wegbegrenzer an zwei Seiten der Masse angeordnet sind.Out JP 08043436 AA For example, an acceleration sensor is known in which a deflectable mass is held with a spiral spring, path limiters being arranged on two sides of the mass.

In DE 199 06 046 A1 ist ein Halbleitersensor für eine physikalische Größe beschrieben, bei der ein Massenabschnitt eines beweglichen Abschnitts von einem Ankerabschnitt gehalten ist. Ein Stopperabschnitt ist dabei über einen anderen Ankerabschnitt an einem Substrat befestigt.In DE 199 06 046 A1 For example, a physical quantity semiconductor sensor in which a mass portion of a movable portion is held by an armature portion is described. A stopper section is fastened to a substrate via another anchor section.

Eine ähnliche technische Lösung geht aus DE 199 54 022 A1 hervor. Der dort beschriebene Beschleunigungssensor weist ebenfalls mehrere Abschnitte auf. Es soll verhindert werden können, dass ein beweglicher Abschnitt durch elektrostatische Kraftwirkung anhaften kann.A similar technical solution is out DE 199 54 022 A1 out. The acceleration sensor described there also has several sections. It is to be prevented that a movable section can adhere by electrostatic force.

Das DE 197 50 134 C1 betrifft einen kapazitiven Beschleunigungssensor mit zwei Biegefedern, die eine damit verbundene auslenkbare Prüfmasse halten.The DE 197 50 134 C1 relates to a capacitive acceleration sensor with two bending springs holding a deflectable proof mass connected thereto.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung mikromechanische Bauelemente zur Verfügung zu stellen, die eine erhöh te Betriebsstabilität, insbesondere bei erhöhten elektrischen Spannungen und anderen externen Störungen, erreichen.It is therefore an object of the invention micromechanical components for disposal to ask, the one increased te Operational stability, especially at elevated electrical voltages and other external disturbances.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem mikromechanischen Bauelement, das die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, gelöst.According to the invention this Task with a micromechanical device that features of claim 1, solved.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung können mit in den untergeordneten Ansprüchen bezeichneten Merkmalen erreicht werden.advantageous Embodiments and developments of the invention can with in the subordinate claims designated characteristics can be achieved.

Ausgehend von den bekannten mikromechanischen Bauelementen ist ein auslenkbares Element mittels mindestens einer Feder an einem Rahmenteil gehalten. Die Feder kann je nach Anwendungsfall, ein Biegebalken oder eine Torsionsfeder sein.outgoing Of the known micromechanical components is a deflectable Element held by at least one spring to a frame part. The spring can, depending on the application, a bending beam or a Be torsion spring.

Häufiger werden jedoch mindestens zwei solcher Federn, die auf einer gemeinsamen Achse und sich gegenüberliegend am auslenkbaren Element angeordnet sind, eingesetzt.Become more frequent However, at least two such feathers on a common Axis and opposite each other are arranged on the deflectable element used.

Das Rahmenteil eines Bauelementes ist dabei gegenüber weiteren Teilen elektrisch isoliert, so dass am Rahmenteil ein elektrisches Spannungspotential und zumindest auch am auslenkbaren Element ein davon abweichendes elektrisches Spannungspotential angeschlossen werden kann.The Frame part of a component is compared to other parts electrically isolated, so that the frame part an electrical voltage potential and at least on the deflectable element of a deviating electrical voltage potential can be connected.

So kann infolge wirkender elektrostatischer Kräfte, auch wie in EP 1 123 526 B1 beschrieben, eine Auslenkung eines Elementes initiiert werden.Thus, as a result of acting electrostatic forces, also as in EP 1 123 526 B1 described, a deflection of an element can be initiated.

Die einzelnen Teile können infolge einer Strukturierung mittels Gräben, die über die gesamte Dicke ge führt sind, ausgebildet und so ihre jeweilige Funktionalität erreicht werden.The individual parts can as a result of structuring by means of trenches which are guided over the entire thickness, trained and their respective functionality can be achieved.

Dies ergibt eine mechanische Trennung und auch eine elektrische Isolation der mit den unterschiedlichen elektrischen Spannungspotentialen beaufschlagten Teile.This gives a mechanical separation and also an electrical insulation the one with the different electrical voltage potentials acted upon parts.

Die elektrische Isolation kann bereichsweise auch noch zusätzlich mittels einer Isolation erreicht werden. Dabei sind Gräben zumindest teil- oder bereichsweise mit einem elektrisch isolierenden Stoff gefüllt.The electrical insulation can also partially by means of an isolation can be achieved. Trenches are at least partially or partially filled with an electrically insulating material.

Erfindungsgemäß sind aber in einer bevorzugten Ausführung Wegbegrenzungselemente zwischen Bereichen, die auf gleichem elektrischen Spannungspotential liegen, ausgebildet. Diese Wegbegrenzungselemente verhindern eine Bewegung des auslenkbaren Elementes, die zu einem unerwünschten unmittelbaren Kontakt von Teilen/Bereichen des Bauelementes mit voneinander abweichender elektrischer Spannung führen oder durch infolge höherer Beschleunigung wirkender Kräfte mechanische Zerstörungen hervorrufen könnten.But according to the invention are in a preferred embodiment Path limiting elements between areas that are at the same electrical voltage potential lie, educated. These Wegbegrenzungselemente prevent one Movement of the deflectable element, which is an undesirable direct contact of parts / areas of the device with lead divergent electrical voltage or due to higher acceleration acting forces mechanical destruction could cause.

Wegbegrenzungselemente sollten so gestaltet, angeordnet und dimensioniert sein, dass bei ggf. auftretendem Kontakt ein Verschweißen von Kontaktflächen vermieden werden kann. Dabei sollte bei einem berührenden Kontakt an Wegbegrenzungselementen, der verbleibende Abstand an anderen Flächen (von z. B. Elektrodenfingern, auslenkbarem Element) so groß bleiben, dass auch kein elektrischer Überschlag auftreten kann.Wegbegrenzungselemente should be designed, arranged and dimensioned at that possibly occurring contact welding of contact surfaces avoided can be. In the case of touching contact with travel limiting elements, the remaining distance on other surfaces (of eg electrode fingers, deflectable element) stay so big that also no electric flashover can occur.

Es besteht aber auch die Möglichkeit Wegbegrenzungs elemente an Bereichen vorzusehen, die auf unterschiedlichem elektrischem Spannungspotential liegen. Dann sollte jedoch lediglich ein vernachlässigbarer elektrischer Stromfluss auftreten, der keine Schäden am Bauelement hervorrufen kann, wenn sich die jeweiligen Bereiche soweit angenähert haben, dass ein berührender Kontakt aufgetreten ist. Der elektrische Stromfluss über einen solchen Kontakt kann durch eine hochohmige elektrische Verbindung so begrenzt werden, dass durch einen ggf. auftretenden elektrischen Stromfluss keine Materialdegradation und insbesondere kein Verschweißen der sich berührenden Teile auftreten kann. Um einen hohen elektrischen Widerstand zu erreichen, können solche Bereiche mit einem niedrig dotierten Stoff gebildet werden. Dies kann ein Teil am Rahmen sein. Es kann aber auch eine geeignete Schicht, z. B. aus Polysilicium oder undotiertem Silicium in strukturierter Form ausgebildet werden.It But there is also the possibility Wegbegrenzungs elements to provide areas on different are electrical voltage potential. Then only should a negligible one electrical current flow occur that can not cause damage to the device, when the respective areas have come close to being a touching one Contact has occurred. The electric current flow over one such contact can be made by a high-impedance electrical connection be limited so that by a possibly occurring electrical Current flow no material degradation and in particular no welding of the touching oneself Parts can occur. To achieve a high electrical resistance, can such areas are formed with a low-doped substance. This can be part of the frame. But it can also be a suitable layer, z. B. of polysilicon or undoped silicon in structured Form to be formed.

Für eine hochohmige Verbindung können die jeweiligen Kontaktflächen, die sich aus den Seitenwänden der sich gegenüberliegenden Wände ergeben, lokal mit einer dünnen, schlecht oder elektrisch nicht leitenden Schicht, aus einem elektrisch nicht leitenden oder einem Stoff mit sehr hohem elektrischen Widerstand (z. B. Siliciumoxid oder Siliciumnitrid) belegt werden.For a high-impedance Can connect the respective contact surfaces, arising from the side walls the opposite one Walls, locally with a thin, bad or electrically non-conductive layer, from an electrical non-conductive or a substance with very high electrical resistance (eg, silicon oxide or silicon nitride).

Die Wegbegrenzungselemente können bevorzugt Gräben sein, die ein kleineres Spaltmaß aufweisen, als andere Gräben, die zwischen auslenkbarem Element und Rahmenteil ausgebildet sind. Diese Gräben können also schmaler sein, als andere Gräben. Bei einer unzulässigen Bewegung können so lediglich Teile eines Bauelementes aneinander stoßen, die auf gleichem elektrischen Spannungspotential liegen und mechanisch in der Regel auch stabiler sind.The Wegbegrenzungselemente can prefers trenches be, which have a smaller gap, as other trenches, which are formed between deflectable element and frame part. These trenches can so narrower than other trenches. In case of an impermissible movement can so only parts of a component abut each other, the be at the same electrical potential and mechanical usually also more stable.

Dabei kann die Anordnung und Ausrichtung solcher Gräben für Wegbegrenzungselemente so gewählt werden, dass eine Begrenzung von Bewegungen in einer oder auch mehreren Achsrichtungen möglich ist.there can the arrangement and orientation of such trenches for Wegbegrenzungselemente so chosen be that limiting of movements in one or more Axial directions possible is.

So können Gräben, mit denen Wegbegrenzungselemente gebildet sind, in einer Achsrichtung rechtwinklig zu einer Richtung in der die Wegbegrenzung erreicht werden soll, ausgerichtet sein. Mehrere solcher Gräben können auch zueinander in rechtem Winkel oder in einem schräg geneigten Winkel in Bezug zur Längsachse von Federn ausgerichtet sein. Mit den beiden letztgenannten Alternativen kann eine Wegbegrenzung in mehreren Achsrichtungen realisiert werdenSo can ditches, with which Wegbegrenzungselemente are formed, perpendicular in an axial direction to a direction in which the limit is to be reached, be aligned. Several such trenches can also be at right angles to each other or at an angle inclined angle with respect to the longitudinal axis be aligned by springs. With the latter two alternatives a travel limit can be realized in several axis directions

Auch bei Ausführungen von mikromechanischen Bauelementen mit Elektrodenfingern kann die Erfindung eingesetzt werden. Dabei sollten die Gräben im Bereich in dem Elektrodenfinger am auslenkbaren Element und Rahmenteil vorhanden sind ebenfalls ein größeres Spaltmaß aufweisen.Also in versions of micromechanical components with electrode fingers, the invention be used. The trenches should be in the area in the electrode finger The deflectable element and frame part are also present have a larger gap.

In diesem Bereich kann aber auch ein elektrisch isolierter Zusatzanker, bevorzugt am Rahmenteil angeordnet sein. Dieser kann mit einem dann am auslenkbaren Element ausgebildeten Anschlag ein Wegbegrenzungselement bilden. Auch hier sollte ein kleineres Spaltmaß zwischen Zusatzanker und Anschlag zumindest in einer Achsrichtung eingehalten sein, als dies bei anderen Gräben der Fall ist. So kann verhindert werden, dass Elektrodenfinger von auslenkbarem Element und Rahmenteil aneinander stoßen.In this area can also be an elek trically isolated additional anchor, preferably be arranged on the frame part. This can form a Wegbegrenzungselement with a then formed on the deflectable element stop. Again, a smaller gap between additional anchor and stop should be respected at least in one axial direction, as is the case with other trenches. Thus, it can be prevented that electrode fingers of deflectable element and frame part abut each other.

Wegbegrenzungselemente bildende Gräben, können auch in mehreren Achsen angeordnet sein, deren Abstand von Längsachsen einer oder mehrerer Federn unterschiedlich ist. Das Spaltmaß dieser Gräben verkleinert sich schrittweise mit steigendem Abstand von den Längsachsen der Feder(n).Wegbegrenzungselemente forming trenches, can be arranged in several axes whose distance from longitudinal axes one or more springs is different. The gap of this trenches decreases gradually with increasing distance from the longitudinal axes the spring (s).

Gräben von Wegbegrenzungselementen können aber auch so ausgebildet sein, dass ihr Spaltmaß lediglich dann ausreichend klein ist, wenn das jeweilige auslenkbare Element bei einer unerwünschten Bewegung einen bestimmten Weg zurückgelegt hat oder eine Verkippung um einen bestimmten Winkel in Bezug zur Bauelementebene aufgetreten ist.Trenches of Wegbegrenzungselementen can but also be designed so that their gap size only sufficient is small, if the respective deflectable element in an undesirable Movement has traveled a certain way or a tilt occurred at a certain angle with respect to the component level is.

Ähnlich kann dies auch bei verschiedenen unerwünschten Bewegungen/Auslenkungszuständen des auslenkbaren Elementes mit dann die jeweilige Bewegung/Auslenkung berücksichtigender Wirkung sein, so dass einzelne oder auch mehrere dies berücksichtigende Gräben für die Wegbegrenzung wirksam sind.Similarly this also with different unwanted movements / deflection states of the deflectable element with then the respective movement / deflection consider Direction Be effect, so that individual or even several taking this into account trenches for the Path limitation are effective.

Konkreter soll hierzu noch bei Beschreibung eines Ausführungsbeispiels nach 4 eingegangen werden.It should be more concrete in description of an embodiment after 4 To be received.

Mit den durch Strukturierung eines Substrates ausgebildeten Gräben kann auch ein Anker an einer Feder ausgebildet sein, in den diese in Richtung Rahmenteil mündet und der quasieine Lagerung/Einspannung einer Feder bildet. Ein solcher Anker ist dann gegenüber dem Rahmenteil elektrisch isoliert, wie dies vorab schon angesprochen worden ist.With the trenches formed by structuring a substrate can Also, an anchor may be formed on a spring, in which this in Towards the frame part and the quasieine forms a bearing / clamping of a spring. Such a Anchor is then opposite the frame part electrically isolated, as previously mentioned has been.

Da dieser Anker über die Feder mit dem auslenkbaren Element verbunden ist, kann auch dort das gleiche elektrische Spannungspotential anliegen.There this anchor over the spring is connected to the deflectable element, too there apply the same electrical potential.

Dies ist bei einem Zusatzanker, wenn er am Rahmenteil angeordnet ist, nicht ohne weiteres gegeben. Er kann aber über einen zusätzlichen Kontakt an das gleiche elektrische Spannungspotential angeschlossen sein, wie das auslenkbare Element, so dass elektrische Kurzschlüsse vermieden werden können.This is at an additional anchor when it is arranged on the frame part, not readily given. He can but over an additional Contact connected to the same electrical voltage potential be like the deflectable element, so that electrical short circuits are avoided can be.

Mit Gräben, die in einem Abstand zur Längsachse und mit von dieser abweichender Ausrichtung verlaufen, können Anschläge ausgebildet sein, die eine ausreichende Festigkeit aufweisen, wenn ihre Wegbegrenzungsfunktion erforderlich ist.With ditches, at a distance to the longitudinal axis and run with this deviating orientation, stops can be formed be that have sufficient strength when their Wegbegrenzungsfunktion is required.

Bevorzugt sollten die mikromechanischen Bauelemente zumindest annähernd symmetrisch in Bezug zur Längsachse von Federn ausgebildet sein.Prefers the micromechanical components should be at least approximately symmetrical in relation to the longitudinal axis be formed by springs.

Für mikromechanische Bauelemente können Substrate eingesetzt werden, die elektrisch nicht leitend sind und mittels Dotierung oder Beschichtung mit einem elektrisch leitenden Stoff bereichsweise elektrisch leitend sind. Es können aber auch elektrisch leitende Substrate für die Herstellung von Bauelementen eingesetzt werden. Dies kann beispielsweise Silicium sein.For micromechanical Components can be substrates are used, which are electrically non-conductive and by means of Doping or coating with an electrically conductive substance partially electrically conductive. But it can also be electrically conductive Substrates for the manufacture of components are used. This can be, for example Be silicon.

Nachfolgend soll die Erfindung an Hand von Beispielen näher erläutert werden.following the invention will be explained in more detail with reference to examples.

Dabei zeigen:there demonstrate:

1 ein Beispiel eines mikromechanischen Bauelementes nach dem Stand der Technik; 1 an example of a micromechanical device according to the prior art;

2 ein Beispiel eines erfindungsgemäßen mikromechanischen Bauelementes; 2 an example of a micromechanical component according to the invention;

3 ein Beispiel eines erfindungsgemäßen mikromechanischen Bauelementes mit Zusatzanker und Anschlag im Bereich von Elektrodenfingern und 3 an example of a micromechanical device according to the invention with additional anchor and stop in the range of electrode fingers and

4 ein erfindungsgemäßes Beispiel mit mehreren in unterschiedlichen Abständen zur Längsachse von Federn angeordneten Wegbegrenzungselementen. 4 an inventive example with several arranged at different distances to the longitudinal axis of springs Wegbegrenzungselementen.

Bei der in 1 gezeigten Ausführung eines mikromechanischen Bauelementes ist ein auslenkbares Element 1 mittels der beiden Federn 2 als Aufhängung gehalten. Die Teile sind hierbei aus einkristallinem Silicium, als Schicht gebildet. Bevorzugt wird eine Ausführung mit so genanntem Bonded Silicon an Insulator (BSOI) in Form einer Scheibe für die Herstellung eingesetzt. Dabei ist die in der Darstellung sichtbare obere Schicht aus Silicium gebildet, die mit einer Siliciumoxidschicht von einer unteren Siliciumschicht getrennt ist. Die untere Siliciumschicht kann bis auf den Bereich des Rahmenteils 9 entfernt werden. Am Rahmenteil 9 erhöht die untere Siliciumschicht die mechanische Festigkeit.At the in 1 shown embodiment of a micromechanical device is a deflectable element 1 by means of the two springs 2 as a suspension. The parts are in this case of monocrystalline silicon, formed as a layer. An embodiment with a so-called bonded silicone on insulator (BSOI) in the form of a disk is preferably used for the production. In this case, the visible in the diagram upper layer is formed of silicon, which is separated with a silicon oxide layer of a lower silicon layer. The lower silicon layer can be down to the area of the frame part 9 be removed. On the frame part 9 The lower silicon layer increases the mechanical strength.

Das auslenkbare Element 1 ist mit den Federn 2 verbunden. Die Federn 2 gehen in einen Anker 3 über. Der Anker 3 ist gegenüber dem Rahmenteil 9 mit der Isolation 4 elektrisch isoliert aber mechanisch mit diesem verbunden. Bei der Herstellung kann so vorgegangen werden, dass in eine obere Siliciumschicht ein Graben geätzt wird. Die Ätzung erfolgt dabei selektiv und wird an einer vergrabenen Oxidschicht 4 gestoppt. Die vergrabene Oxidschicht bildet eine Zwischenschicht zwischen einer oberen, für die mechanischen Elemente verwendbaren Schicht, und einer unteren Schicht.The deflectable element 1 is with the springs 2 connected. The feathers 2 go into an anchor 3 above. The anchor 3 is opposite the frame part 9 with the isolation 4 electrically isolated but mechanically connected to this. During production, it is possible to proceed in such a way that an upper Si liciumschicht a trench is etched. The etching takes place selectively and is on a buried oxide layer 4 stopped. The buried oxide layer forms an intermediate layer between an upper layer usable for the mechanical elements and a lower layer.

Ein Graben kann mit einer Oxidschicht gefüllt werden. Dabei sollte dieser Graben nicht durch die gesamte Dicke geführt und als eine nutenförmige Vertiefung angeordnet sein. Das Oxid füllt diesen insoweit aus, dass keine elektrisch leitende Verbindung zwischen auslenkbarem Element 1, Feder 2 und Anker 3 mit dem Rahmenteil 9 gegeben ist.A trench can be filled with an oxide layer. In this case, this trench should not be guided through the entire thickness and arranged as a groove-shaped recess. The oxide fills it to the extent that no electrically conductive connection between deflectable element 1 , Feather 2 and anchor 3 with the frame part 9 given is.

In nicht dargestellter Form sind auslenkbares Element 1 und Rahmenteil 9 separat elektrisch kontaktiert und an eine elektrische Spannungsquelle angeschlossen. So kann am auslenkbaren Element 1 z. B. positive elektrische Spannung und am Rahmenteil negative elektrische Spannung oder auch umgekehrt anliegen.In unillustrated form are deflectable element 1 and frame part 9 electrically contacted separately and connected to an electrical voltage source. So can the deflectable element 1 z. B. positive electrical voltage and the frame part negative electrical voltage or vice versa.

Durch einen mäanderförmig ausgebildeten Graben 5 sind an zwei sich gegenüberliegenden Seiten des Bauelementes Elektrodenfinger 6 und 7 an auslenkbarem Element 1 und Rahmenteil 9 gebildet. Die Elektrodenfinger 6 und 7 liegen also auf dem jeweiligen elektrischen Spannungspotential, was für den Antrieb zur Auslenkung des Elementes 1 genutzt werden kann.Through a meandering trench 5 are on two opposite sides of the device electrode fingers 6 and 7 on deflectable element 1 and frame part 9 educated. The electrode fingers 6 and 7 So lie on the respective electrical voltage potential, what for the drive to the deflection of the element 1 can be used.

Bei totaler Symmetrie und unter Vernachlässigung sämtlicher externer Kräfte und thermisch motivierten Bewegungen (Brownsche Molekularbewegung) eines Bauelementes kann theoretisch die elektrische Spannungsdifferenz beliebig groß sein, ohne dass eine resultierende elektrostatische Kraft die Elektrodenfinger 6 und 7 zueinander ziehen kann und diese in berührenden Kontakt treten und ein Kurzschluss auftritt. Eine vollständige Symmetrie ist aber herstellungsbedingt eigentlich nicht erreichbar, so dass das auslenkbare Element 1 mit steigender elektrischer Spannungsdifferenz immer weiter ausgelenkt wird. Eine entsprechende Rückstellkraft wird von den Federn 2 durch Verformung aufgebracht. Bei hohen wirkenden elektrostatischen Kräften, die die mechanische Rückstellkraft von Federn 2 übersteigen, können die Elektrodenfinger 6 und 7 in lateraler Richtung aufeinander zu beschleunigt werden und aufeinander treffen. Die Elektrodenfinger 6 und 7 können brechen und dabei beschädigt oder zerstört werden. Außerdem kommt es zu einem elektrischen Kurzschluss und/oder zu elektrischen Überschlägen, was zu weiteren Zerstörungen oder Beschädigungen auch an elektrischen oder elektronischen Komponenten führt.With total symmetry and neglecting all external forces and thermally motivated movements (Brownian motion) of a component theoretically, the electrical voltage difference can be arbitrarily large without a resulting electrostatic force, the electrode fingers 6 and 7 can pull each other and these come into touching contact and a short circuit occurs. However, complete symmetry is actually not achievable due to the production, so that the deflectable element 1 With increasing electrical voltage difference is always deflected. A corresponding restoring force is provided by the springs 2 applied by deformation. At high-acting electrostatic forces, the mechanical restoring force of springs 2 can exceed the electrode fingers 6 and 7 be accelerated toward each other in the lateral direction and meet one another. The electrode fingers 6 and 7 can break and be damaged or destroyed. In addition, there is an electrical short circuit and / or electrical flashovers, which leads to further destruction or damage to electrical or electronic components.

Infolge von Adhäsionskräften können Elektrodenfinger 6 und 7 auch ohne Spannungspotentialdifferenz aneinander haften oder gar verschweißen und das Bauelement auch dadurch seine Funktion verlieren.As a result of adhesion forces can electrode fingers 6 and 7 Even without voltage potential difference adhere to each other or even weld and the component thereby lose its function.

Diese nachteiligen Wirkungen können aber auch durch andere Kräfte hervorgerufen werden. Durch entsprechende Beschleunigung des Bauelementes bei Stoß oder anderer ruckartiger Bewegung können die daraus resultierenden Kräfte ebenfalls die Federkräfte übersteigen und dies zu einer Bewegung oder Auslenkung des auslenkbaren Elements 1 mit daran ausgebildeten weiteren Teilen oder Elementen führen. Bei Lösungen, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, kann nicht vermieden werden, dass es zu Kurzschlüssen in Folge von Bewegungen oder Auslenkungen des auslenkbaren Elements 1 oder auch nur Teilen davon kommt.These adverse effects can also be caused by other forces. By appropriate acceleration of the component at impact or other jerky movement, the resulting forces can also exceed the spring forces and this to a movement or deflection of the deflectable element 1 lead with further trained parts or elements. In solutions known in the art, it can not be avoided that there will be short circuits due to movements or deflections of the deflectable element 1 or only parts of it comes.

Dies ist aber mit der Erfindung erreichbar.This but is achievable with the invention.

So zeigt 2 ein Beispiel, das ähnlich wie die Ausführung nach 1 ausgebildet ist, so dass auf entsprechende Erklärung teilweise verzichtet und nur die Erfindung betreffende Aspekte ausführlicher berücksichtigt werden sollen.So shows 2 an example similar to the execution after 1 is formed, so that the corresponding explanation partially omitted and only aspects of the invention are considered in more detail.

Es wird deutlich, dass neben den Gräben 5, 8, 10 und 11 weitere Gräben 13 und 14 ausgebildet sind. Durch deren Anordnung und Ausrichtung wird ein Anschlag 12 im jeweiligen Eckbereich am auslenkbaren Element 1 gebildet. Das Spaltmaß der Gräben 13 und 14 ist dabei kleiner, als die Spaltmaße der anderen Gräben 5, 8, 10 und 11. Dadurch stoßen die durch die Gräben 13 und 14 getrennten Stirnflächen bei einer ein bestimmtes Maß übersteigenden Bewegung/Auslenkung des auslenkbaren Elementes 1 aneinander, wodurch eine kritische Annäherung anderer Teile oder Bereiche, die auf unterschiedlichen elektrischen Spannungspotentialen liegen, vermieden wird. Dies trifft insbesondere auf die Vermeidung einer Berührung von Elektrodenfingern 6 und 7 zu.It becomes clear that next to the trenches 5 . 8th . 10 and 11 more trenches 13 and 14 are formed. Their arrangement and orientation is a stop 12 in the respective corner area on the deflectable element 1 educated. The gap of the trenches 13 and 14 is smaller than the gap dimensions of the other trenches 5 . 8th . 10 and 11 , This pushes through the trenches 13 and 14 separate end faces at a certain amount exceeding movement / deflection of the deflectable element 1 to each other, whereby a critical approach of other parts or areas that are at different electrical voltage potentials is avoided. This is especially true in avoiding contact with electrode fingers 6 and 7 to.

Solche ein Wegbegrenzungselement bildenden Gräben 13 und 14 können sich gegenüberliegend an jeweils einer Feder 2 angeordnet sein, obwohl die Bezugszeichen lediglich an zwei solchen Gräben 13 und 14 eingezeichnet worden sind.Such a Wegbegrenzungselement forming trenches 13 and 14 can be opposite to each one spring 2 be arranged, although the reference numerals only at two such trenches 13 and 14 have been drawn.

Die Ausbildung der Gräben 13 und 14 und dadurch auch die Ausbildung der Anschläge 12 kann so erfolgen, dass auch bei höheren Beschleunigungen und daraus resultierenden Kräften eine Beschädigung oder Zerstörung vermieden wird. Auch ein Anhaften (sticking) kann vermieden werden.The formation of the trenches 13 and 14 and thus also the training of the attacks 12 This can be done so that even at higher accelerations and resulting forces damage or destruction is avoided. Sticking can also be avoided.

Die Dimensionierung des Anschlags 12 und der Gräben 13 und 14 sollte so gewählt werden, dass bei einer Verschwenkung des auslenkbaren Elements 1 mit maximaler Amplitude die Wegbegrenzung gegeben ist. Bei einer lateralen Auslenkung im rechten Winkel zur Bauelementebene sollte die Dicke im Bereich des Anschlags 12 größer als die maximale Auslenkungsamplitude sein. Der verbleibende Spalt (z. B. an Elektrodenfingern) sollte auch nach einem „Andocken" von Kontaktflächen ausreichend groß sein, um einen elektrischen Überschlag zu vermeiden. Dabei ist für die jeweils erforderliche Spaltbreite die jeweilige elektrische Spannung zu berücksichtigen.The dimensioning of the stop 12 and the trenches 13 and 14 should be chosen so that when pivoting the deflectable element 1 with maximum amplitude, the Wegbegren is given. For a lateral deflection at right angles to the component plane, the thickness should be in the area of the stop 12 be greater than the maximum deflection amplitude. The remaining gap (eg on electrode fingers) should be sufficiently large even after a "docking" of contact surfaces in order to avoid electrical flashover, taking into account the respective electrical voltage for the required gap width.

Im Falle, dass zur Strukturierung ein an sich bekannter Siliciumtiefenätzprozess von einer Oberfläche ausgehend eingesetzt wird und dabei offene Gräben ausgebildet werden, deren Breite und ein Spaltmaß sich nur geringfügig voneinander unterscheiden, kann die Ausdehnung eines auslenkbaren Elements 1 senkrecht zu Federn 2 in der Bauelementebene groß im Verhältnis zur Ausdehnung in Richtung der Federn 2 sein. Dadurch kann bei einer Verschwenkung eines auslenkbaren Elements 1 um eine Achse senkrecht zur Bauelementebene und durch dessen Mitte dazu führen, dass sich die Elektrodenfinger 6 und 7 trotzdem zu weit nähern oder gar berühren.In the case in which a known deep silicon etching process is used starting from a surface for structuring and thereby open trenches are formed whose width and a gap are only slightly different from each other, the extent of a deflectable element 1 perpendicular to springs 2 in the component plane large in proportion to the extension in the direction of the springs 2 be. This can be at a pivoting of a deflectable element 1 around an axis perpendicular to the component plane and through the center cause the electrode fingers 6 and 7 still approach too far or even touch.

Dem kann mit einer Ausführung der Erfindung gemäß dem in 3 dargestellten Beispiel entgegengetreten werden.This can with an embodiment of the invention according to the in 3 be countered example shown.

Dabei ist mindestens ein Anschlag 17 (in 3 sind es zwei Anschläge 17) an einem Elektrodenfinger 6, der am auslenkbaren Element 1 ausgebildet ist, vorhanden. Ein solcher Finger kann dann die Form eines Kreuzes haben. Dieser Finger mit Anschlag 17 ist von zwei Fingern eines Zusatzankers 15 von zwei Seiten eingefasst. Der Zusatzanker 15 ist mit dem Rahmenteil 9 verbunden, mit diesem gehalten und dagegen elektrisch isoliert. Die Isolation 4 kann wieder, wie bereits erläutert, analog zu der am Anker 3 nach 2, durch Füllung eines Grabens 16 mit elektrisch isolierendem Stoff, ausgebildet worden sein. Der Zusatzanker 15 sollte vorteilhaft an das gleiche elektrische Spannungspotential, wie das auslenkbare Element 1 angeschlossen sein.There is at least one stop 17 (in 3 it's two stops 17 ) on an electrode finger 6 , the deflectable element 1 is formed, available. Such a finger can then have the shape of a cross. This finger with stop 17 is from two fingers of a supplementary anchor 15 framed by two sides. The additional anchor 15 is with the frame part 9 connected, held with this and electrically isolated. The isolation 4 can again, as already explained, analogous to that at the anchor 3 to 2 , by filling a trench 16 with electrically insulating material, be formed. The additional anchor 15 should be advantageous to the same electrical voltage potential as the deflectable element 1 be connected.

Wird das auslenkbare Element 1 parallel zu den Längsachsen der Federn 2, in einem schräg geneigten Winkel dazu oder orthogonal zu den Längsachsen der Federn 2 bewegt, stößt der Finger mit Anschlag 17 an den Zusatzanker 15 an, da die jeweiligen Spaltmaße kleiner als die Breite oder Spaltmaße zumindest der anderen Gräben 5, 8, 10 und 11 sind.Will the deflectable element 1 parallel to the longitudinal axes of the springs 2 , at an obliquely inclined angle thereto or orthogonal to the longitudinal axes of the springs 2 moves, the finger pushes with stop 17 to the additional anchor 15 because the respective gap dimensions are smaller than the width or gap dimensions of at least the other trenches 5 . 8th . 10 and 11 are.

Die Teile und Finger von Anschlag 17 und Zusatzanker 15 können auch größer dimensioniert sein, als Elektrodenfinger 6 und 7.The parts and fingers of stroke 17 and additional anchor 15 can also be larger in size than electrode fingers 6 and 7 ,

So können die bereits mehrfach erwähnten Nachteile vermieden werden.So can the disadvantages already mentioned several times be avoided.

In einigen Fällen kann allein eine Wegbegrenzung mit solchen Anschlägen 17 und Zusatzankern 15 ausreichen, um die gewünschte Wirkung erzielen zu können. Robuster und noch sicherer ist aber die in 4 gezeigte Ausführung mit zusätzlichen Gräben 13 und 14 als weitere Wegbegrenzungselemente.In some cases alone can limit the path with such attacks 17 and additional anchors 15 sufficient to achieve the desired effect. Robust and even safer is the in 4 shown version with additional trenches 13 and 14 as further path limiting elements.

Das in 4 gezeigte Beispiel kann z. B. aus einem Substrat mit größerer Dicke, als die vorab beschriebenen Beispiele hergestellt werden. Die Gräben 11, die um die Federn 2 ausgebildet sind, sind breiter und weisen ein größeres Spaltmaß als die Gräben 18, 19 und 20 mit ihren Anschlägen, als Wegbegrenzungselemente, auf. Dabei sind die Gräben 18 bis 20 mit zunehmendem Abstand zur Längsachse der Federn 2 jeweils schrittweise schmaler mit kleinerem Spaltmaß ausgebildet.This in 4 example shown can be z. Example, from a substrate with a greater thickness than the previously described examples are prepared. The trenches 11 around the springs 2 are formed, are wider and have a greater gap than the trenches 18 . 19 and 20 with their stops, as Wegbegrenzungselemente on. Here are the trenches 18 to 20 with increasing distance to the longitudinal axis of the springs 2 each stepwise narrower formed with a smaller gap.

So wirkt bei einer extern wirkenden Beschleunigung mit einem Vektor senkrecht zu den Federn 2 in der Bauelementebene zuerst der mit den Gräben gebildete Anschlag 20 und begrenzt den zurücklegbaren Weg einer Bewegung des auslenkbaren Elements 1.Thus acts with an external acceleration with a vector perpendicular to the springs 2 in the component plane first the stop formed with the trenches 20 and limits the traversable path of movement of the deflectable element 1 ,

Oszilliert dagegen das auslenkbare Element 1 und es wird um die Längsachse der Federn 2 verschwenkt, so wird dieser mit Gräben gebildete Anschlag 20 wirkungslos sein, da bei einer solchen Auslenkung des auslenkbaren Elements 1 mit großer Amplitude kein mechanischer Kontakt in diesem Bereich mehr möglich ist. Dies kann aber mit den näher an der mit den Federn 2 vorgegebenen Rotationsachse, die in der Regel mit ihrer Längsachse zusammenfällt, angeordneten mit von Gräben gebildeten Anschlägen 19 und 18 erreicht werden.In contrast, the deflectable element oscillates 1 and it gets around the longitudinal axis of the springs 2 pivoted, this is formed with trenches stop 20 be ineffective, because at such a deflection of the deflectable element 1 With large amplitude no mechanical contact in this area is possible. But this can be done with the closer to the springs 2 predetermined axis of rotation, which usually coincides with its longitudinal axis, arranged with stops formed by trenches 19 and 18 be achieved.

Die jeweilige Ausbildung von Gräben für Wegbegrenzungselemente mit ihren gewählten Spaltmaßen unter Berücksichtigung ihrer Anordnung am Bauelement kann für die Applikation, also die Verwendung mit Funktionalität des Bauelementes angepasst werden.The respective formation of trenches for path limiting elements with their chosen gaps below consideration their arrangement on the component can for the application, so the Use with functionality be adapted to the component.

Gräben um Federn sollten immer breiter, als Gräben an Wegbegrenzungselementen sein. Die dünnen und fragilen Federn werden dann bei wirkenden Beschleunigungen (z. B. bei Schock oder intern elektrostatisch) keiner Stoßbelastung ausgesetzt, da kein mechanischer Kontakt auftreten kann. So kann die mechanische Zuverlässigkeit erhöht werden.Ditches around feathers should always be wider than trenches be at Wegbegrenzungselementen. The thin and fragile feathers become then with acting accelerations (eg shock or internally electrostatic) no impact load exposed, since no mechanical contact can occur. So can the mechanical reliability elevated become.

Die Spaltbreite sollte auch berücksichtigen, dass dies auch bei einer Verdrillung von Federn gesichert ist, da Federquerschnitte prismatisch und so an einigen Stellen lateral breiter sein können.The Slit width should also take into account that this is ensured even with a twist of springs, as spring cross sections prismatic and thus laterally wider in some places.

Claims

Micromechanical component, in which a deflectable element is held by means of at least one spring on a frame part, while the deflectable element with spring (s) by trained trenches and an electrical insulation mechanically and electrically separated from the frame part; and an electrical voltage between the frame part and the deflectable element with spring (s) can be applied while Wegbegrenzungselemente with trenches between areas that are at the same electrical voltage potential or touching contacting such areas a negligible electrical current flow occurs, are formed, characterized in that the Path-limiting elements forming trenches ( 18 . 19 . 20 ) with increasing distance from the longitudinal axes of the spring (s) ( 2 ) have a gradually decreasing gap.

Component according to claim 1, characterized in that on outer end faces of the deflectable element ( 1 ) and complementary to the frame part ( 9 ) intermeshing electrode fingers ( 6 and 7 ) formed by trenches ( 5 ) are separated from each other.

Component according to Claim 2, characterized in that the electrode fingers ( 6 . 7 ) of separating trenches ( 5 ) have a greater gap than trenches ( 13 . 14 . 18 . 19 . 20 ) a Wegbegrenzungselementes.

Component according to one of the preceding claims, characterized in that on the frame part ( 9 ) an opposite this electrically isolated auxiliary anchor ( 15 ) attached to the deflectable element ( 1 ) existing stop ( 17 ) forms a Wegbegrenzungselement.

Component according to claim 4, characterized in that between additional anchors ( 15 ) and stop ( 17 ) at least in one axial direction a smaller gap than the gap dimension of further trenches ( 5 . 8th . 11 ) is complied with.

Component according to one of the preceding claims, characterized in that path-limiting elements forming trenches at an obliquely inclined angle with respect to the longitudinal axis of springs ( 2 ) are aligned.

Component according to one of the preceding claims, characterized in that located in touching contact areas on Wegbegrenzungselementen ( 13 . 14 . 18 . 19 . 20 ) represent an electrically high-impedance connection.

Component according to Claim 7, characterized that the high-impedance connection with locally formed layers from an electrically non-conductive or a very high electrical resistance comprising fabric is formed.

Component according to one of the preceding claims, characterized in that the spring (s) ( 2 ) in the direction of the frame part ( 9 ) into an anchor ( 3 ), which by means of isolation ( 4 ) e lektrisch against the frame part ( 9 ) is isolated.

Component according to one of the preceding claims 4 to 9, characterized in that the additional anchor by means of an insulation ( 4 ) relative to the frame part ( 9 ) is electrically isolated.

Component according to Claim 9 or 10, characterized that the insulation is formed with an open trench.

Component according to Claim 9 or 10, characterized in that the insulation ( 4 ) by at least partially filling a trench between anchors ( 3 ) and / or additional anchor ( 15 ) and the frame part ( 9 ) is formed with an electrically insulating material.

Component according to one of claims 9 to 12, characterized in that the additional anchor ( 15 ) to the electrical voltage potential of the deflectable element ( 1 ) connected.

Component according to one of the preceding claims, characterized in that with trenches ( 13 . 14 ) a Wegbegrenzungselementes on the deflectable element ( 1 ) an attack ( 12 ) is formed.

Component according to one of the preceding claims, characterized in that path-limiting elements in the region of the spring (s) ( 2 ) and / or in the region of the electrode fingers ( 6 . 7 ) are arranged.

Component according to one of the preceding claims, characterized in that it is symmetrical with respect to the longitudinal axis of the spring (s) ( 2 ) is trained.