DE102008001058A1

DE102008001058A1 - Micromechanical electrode structure, corresponding manufacturing method and Mikroaktuatorvorrichtung

Info

Publication number: DE102008001058A1
Application number: DE200810001058
Authority: DE
Inventors: Tjalf Pirk; Stefan Pinter; Michael Krueger; Joerg Muchow; Joachim Fritz; Christoph Friese
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-04-08
Filing date: 2008-04-08
Publication date: 2009-10-15
Also published as: WO2009124608A1

Abstract

Die Erfindung schafft eine mikromechanische Elektrodenstruktur, ein entsprechendes Herstellungsverfahren und eine Mikroakturatorvorrichtung. Die Elektrodenstruktur umfasst eine feststehende Elektrodenanordnung (F) und eine auslenkbare Elektrodenanordnung (D); wobei die feststehende Elektrodenanordnung (F) eine erste Grundplatte (1a; 1b) und mindestens eine darauf vorgesehene erste Elektrodenrippe (2a-2f) aufweist; wobei die auslenkbare Elektrodenanordnung (D) einen ersten Balken (5) aufweist, an dem eine erste Mehrzahl von Elektrodenfingern (5a-5h; 5a', 5b-5f, 5f) vorgesehen ist, welche durch einen zweiten Balken (15; 25) miteinander verbunden sind; wobei die Elektrodenfinger (5a-5h; 5a', 5b-5f, 5f), der erste Balken (5) und der zweite Balken (15; 25) eine entsprechende erste Anzahl von Öffnungen (O1-O6) definieren und wobei die feststehende Elektrodenanordnung (F) und die auslenkbare Elektrodenanordnung (D) derart angeordnet sind, dass jede erste Elektrodenrippe (2a-2f) zu einer entsprechenden Öffnung (O1-O6) ausgerichtet ist und sich bei einer Auslenkung der auslenkbaren Elektrodenanordnung (D) die Ausrichtung ändert.The invention provides a micromechanical electrode structure, a corresponding production method and a microactuator device. The electrode structure comprises a fixed electrode arrangement (F) and a deflectable electrode arrangement (D); wherein the fixed electrode assembly (F) comprises a first base plate (1a, 1b) and at least one first electrode rib (2a-2f) provided thereon; wherein the deflectable electrode assembly (D) comprises a first beam (5) on which is provided a first plurality of electrode fingers (5a-5h; 5a ', 5b-5f, 5f) interconnected by a second beam (15; 25) are connected; wherein the electrode fingers (5a-5h; 5a ', 5b-5f, 5f), the first beam (5) and the second beam (15; 25) define a corresponding first number of openings (O1-O6) and wherein the fixed electrode assembly (F) and the deflectable electrode assembly (D) are arranged such that each first electrode rib (2a-2f) is aligned with a corresponding opening (O1-O6) and the orientation changes at a deflection of the deflectable electrode assembly (D).

Description

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Die vorliegende Erfindung betrifft eine mikromechanische Elektrodenstruktur, ein entsprechendes Herstellungsverfahren und eine Mikroaktuatorvorrichtung.The The present invention relates to a micromechanical electrode structure, a corresponding manufacturing method and a Mikroaktuatorvorrichtung.

Eine statische Verkippung eines mikromechanischen Bauelements aus der Chipebene heraus lässt sich durch verschiedene Techniken erreichen. Eine Möglichkeit besteht in der Ausnutzung der Lorenzkraft, wobei ein entsprechendes Magnetfeld durch extreme Hartmagnete erzeugt werden muss. Weitere Möglichkeiten sind ein elektrostatischer Plattenantrieb bzw. ein elektrostatischer Fingerantrieb bzw. Kammantrieb.A static tilting of a micromechanical device from the Chip level can be explained by different techniques to reach. One possibility is to exploit the Lorenzkraft, whereby a corresponding magnetic field by extreme hard magnets must be generated. Other options are an electrostatic Disk drive or an electrostatic finger drive or comb drive.

4a, b sind schematische perspektivische Ansichten einer bekannten mikromechanischen Elektrodenstruktur in Form einer Fingerstruktur bzw. Kammstruktur. 4a , b are schematic perspective views of a known micromechanical electrode structure in the form of a finger structure or comb structure.

In 4a, b sind zwei feststehende Fingerelektrodenstrukturen bzw. Kammelektroden mit den Bezugszeichen F1 bzw. F2 bezeichnet. Die feststehenden Strukturen F1, F2 sind in einer ersten Ebene E1 angeordnet. In einer darüberliegenden zweiten Ebene E2 sind zwei drehbare Fingerelektrodenstrukturen bzw. Kammelektroden D1, D2 angeordnet, welche sich unter einem rechten Winkel von einem Balken D aus erstrecken, der eine Drehachse ROT definiert. An einem Ende des Balkens D angebracht ist ein Mikrospiegel S, welcher bei Anlegen entsprechender Potenziale an die feststehenden Fingerelektrodenstrukturen F1 und F2 sowie an die drehbaren Fingerelektrodenstrukturen D1, D2 um die Drehachse ROT drehbar ist. Die Komponenten eines derartigen Drehantriebs sind typischerweise aus Silizium hergestellt. Nicht gezeigt in 4a, b sind die übliche einseitige Einspannung der feststehenden Fingerstrukturen F1, F2 an deren vom Balken D abgewandten Ende sowie eine Einspannung des Balkens D bzw. des Mikrospiegels S, z. B. über Torsionsfedern an einer Halterung.In 4a , b are two fixed finger electrode structures or comb electrodes denoted by the reference numerals F1 and F2. The fixed structures F1, F2 are arranged in a first plane E1. In an overlying second plane E2, two rotatable finger electrode structures or comb electrodes D1, D2 are arranged, which extend at a right angle from a beam D defining an axis of rotation ROT. Affixed to one end of the beam D is a micromirror S which, when corresponding potentials are applied, can be rotated about the fixed finger electrode structures F1 and F2 as well as on the rotatable finger electrode structures D1, D2 about the axis of rotation ROT. The components of such a rotary drive are typically made of silicon. Not shown in 4a , B are the usual one-sided clamping of the fixed finger structures F1, F2 at their end facing away from the beam D and a clamping of the beam D or the micromirror S, z. B. on torsion springs on a bracket.

Die Tatsache, dass die Fingerelektroden in verschiedenen Ebenen E1, E2 liegen ermöglicht es, eine elektrostatische Kraft auszuüben, die den Mikrospiegel S aus der Ebene E2 bewegt Die Kraft ist abhängig von der Flächenüberlappung zwischen den Fingerelektroden in Drehrichtung. Solange die drehbaren Fingerelektrodenstrukturen D1, D2 vollständig in die feststehenden Fingerelektrodenstrukturen F1 eingetaucht sind (siehe 4b) nimmt das erzeugte Drehmoment nicht ab. Bei Austauchen der drehbaren Fingerelektrodenstrukturen D1, D2 in eine Ebene unterhalb der Ebene E1 wird jedoch eine rücktreibende Kraft erzeugt, die eine weitere Auslenkung verhindert und so den maximal erreichbaren Winkel bestimmt.The fact that the finger electrodes lie in different planes E1, E2 makes it possible to exert an electrostatic force which moves the micromirror S out of the plane E2. The force is dependent on the surface overlap between the finger electrodes in the direction of rotation. As long as the rotatable finger electrode structures D1, D2 are completely immersed in the fixed finger electrode structures F1 (see FIG 4b ) does not decrease the generated torque. However, when the rotatable finger electrode structures D1, D2 are immersed in a plane below the plane E1, a restoring force is generated which prevents further deflection and thus determines the maximum achievable angle.

Die gemäß 4a, 4b einseitig eingespannten Finger sind lateral wenig stabil und lassen sich nicht einfach durch ober- oder unterhalb angebrachte Querverbindungen zwischen den Finger stabilisieren, da die Finger ineinandergreifen müssen und typischerweise auch auf beiden Seiten austreten können sollten.The according to 4a . 4b cantilevered fingers are less stable lateral and can not be easily stabilized by either above or below attached cross-connections between the fingers, as the fingers must interlock and should typically be able to escape on both sides.

Um ein möglichst großes Drehmoment zu erzeugen, sollten die Finger der Fingerelektrodenstrukturen möglichst weit weg von der Drehachse sein. Aus der US 2005/0117235 A1 ist eine Fingerelektrodenstruktur bekannt, die an einem Rahmen entfernt von der Drehachse angeordnet ist, um so das Drehmoment zu verbessern. Dies führt allerdings dazu, dass die Spitze der Finger bereits bei geringer Winkelauslenkung komplett in die feststehende Fingerelektrodenstruktur eingetaucht sind. Der maximale Abstand der Fingerspitzen von der Drehachse ist bei vorgegebener Winkelauslenkung durch die Schichtdicken begrenzt. Durch mechanisches Vorverkippen der feststehenden Fingerelektroden kann die Winkelbeschränkung entschärft werden, der maximale Winkel ist dann durch den Winkel der Vorauslenkung bestimmt.To generate the greatest possible torque, the fingers of the finger electrode structures should be as far away as possible from the axis of rotation. From the US 2005/0117235 A1 For example, a finger electrode structure is known which is arranged on a frame remote from the axis of rotation so as to improve the torque. However, this leads to the fact that the tip of the fingers are already completely immersed in the fixed finger electrode structure at a low angular deflection. The maximum distance of the fingertips from the axis of rotation is limited by the layer thicknesses for a given angular deflection. By mechanical Vorverkippen the fixed finger electrodes, the angle restriction can be defused, the maximum angle is then determined by the angle of the Vorlenkung.

Allerdings nimmt mit zunehmender Fingerlänge die laterale Stabilität der Finger der Fingerelektrodenstrukturen mit der vierten Potenz ab. Da der Abstand der Finger voneinander zur Maximierung der Drehmomenterzeugung aber möglichst gering gewählt werden sollte, besteht die Gefahr eines lateralen Einzugs bzw. Pull-In. Außerdem muss auch in Ruhelage bereits eine Kraft erzeugt werden, es kann also nicht ein kurzer Finger weit weg von der Achse angebracht werden, da dieser bei 0° noch nicht auf die vorausgelenkten, feststehenden Fingerelektroden wirkt. Auch bei vorausgelenkten Elektroden ist daher die maximale Auslenkung begrenzt, und zwar durch das erreichbare Drehmoment.Indeed increases lateral stability with increasing finger length the finger of the finger electrode structures with the fourth power from. Because the distance of the fingers from each other to maximize torque production but should be chosen as low as possible, exists the danger of a lateral intake or pull-in. Furthermore Even at rest, a force must already be generated, so it can not a short finger to be placed far away from the axis, since this at 0 ° not on the pre-steered, fixed Finger electrodes acts. Even with pre-steered electrodes is therefore limits the maximum deflection, by the achievable Torque.

VORTEILE DER ERFINDUNGADVANTAGES OF THE INVENTION

Die erfindungsgemäße mikromechanische Elektrodenstruktur nach Anspruch 1, die Mikroaktuatorvorrichtung nach Anspruch 9 und das entsprechende Herstellungsverfahren nach Anspruch 12 weisen den Vorteil auf, dass sie sowohl eine Erhöhung des Drehmoments mit vermindertem Risiko eines Pull-In der Finger als auch eine Auslenkung um die Ruhelage ermöglicht.The Micromechanical electrode structure according to the invention according to claim 1, the Mikroaktuatorvorrichtung according to claim 9 and the corresponding manufacturing method according to claim 12 have the advantage of having both an increase in torque with reduced risk of pull-in of the fingers as well as a deflection around the rest position allows.

Die mehrfach bzw. beidseitig eingespannten Elektrodenfinger der drehbaren Elektrodenstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung besitzen eine um einen Faktor von typischerweise 15 höhere laterale Stabilität als bekannte Fingerelektrodenstrukturen.The multiple or both sides clamped electrode fingers of the rotatable Electrode structure according to the present invention have a factor of typically 15 higher lateral stability as known finger electrode structures.

Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin, die Elektrodenfinger der drehbaren Elektrodenstruktur mehrfach bzw. beidseitig einzuspannen und die Elektroden der feststehenden Elektrodenstruktur in Form von Rippen auf einer Grundplatte zu fixieren. Dadurch besitzen beide Elektrodenstrukturen eine hohe laterale Stabilität. Die drehbare Elektrodenstruktur und die feststehende Elektrodenstruktur können im Ausgangszustand deutlich gegeneinander verkippt sein, um ein weites Eintauchen der Finger ineinander zu ermöglichen, ohne dass die Finger der drehbaren Elektrodenstruktur auf der unteren Seite der Finger der feststehenden Elektrodenstruktur wieder auftauchen bzw. gegen die Grundplatte stoßen können.The The idea underlying the present invention is that the electrode fingers of the rotatable electrode structure multiple or clamp on both sides and the electrodes of the fixed electrode structure to fix in the form of ribs on a base plate. Own it Both electrode structures have a high lateral stability. The rotatable electrode structure and the fixed electrode structure can be tilted in the initial state clearly against each other be to allow a wide immersion of the fingers into each other, without that the fingers of the rotatable electrode structure on the bottom Side of the fingers of the fixed electrode structure reappear or can bump against the base plate.

Somit ermöglicht die Erfindung lange stabile Finger einer Fingerelektrodenstruktur, welche ein hohes Drehmoment bei geringem Platzbedarf aufbringen können. Dies wirkt sich vorteilhaft auf die Kosten aus und ermöglicht einen kompakten Systemaufbau.Consequently the invention enables long stable fingers of a finger electrode structure, which apply a high torque in a small footprint can. This has an advantageous effect on the costs and enables a compact system structure.

Bei Verwendung steiferer Finger lasst sich eine bessere Schockfestigkeit erzielen. Es gibt nur eine geringe Gefahr eines Kurzschlusses zwischen den Fingern der feststehenden Elektrodenstruktur und den Fingern der drehbaren Elektrodenstruktur. Der erfindungsgemäß vorgeschlagene Herstellungsprozess basiert auf etablierten Massenfertigungsschritten und ist ein schnell umsetzbarer fertigungserprobter Prozess auf vorhandenen Produktionsmaschinen.at Using stiffer fingers lends itself to better shock resistance achieve. There is only a slight risk of a short circuit between the Fingers the fixed electrode structure and the fingers of the rotatable electrode structure. The inventively proposed Manufacturing process is based on established mass production steps and is a fast-moving, production-proven process existing production machines.

Erfindungsgemäß kann zudem durch mechanisches Vorverkippen der Grundplatten mit dem statischen Elektrodenstrukturen die Winkelbeschränkung aufgehoben werden. Mit zunehmender Überlappung der Elektroden nimmt die Federspannung zu und Drehmoment und Federspannung steigen somit gleichzeitig an.According to the invention also by mechanical Vorverkippen the base plates with the static Electrode structures lifted the angle restriction become. As the overlap of the electrodes increases the spring tension and torque and spring tension thus increase simultaneously at.

In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des jeweiligen Gegenstandes der Erfindung.In the dependent claims are advantageous developments and improvements of the subject matter of the invention.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung taucht jede Elektrodenrippe bereits in Ruhelage teilweise in eine entsprechende Öffnung ein. Dies vereinfacht die Auslenkung aus der Ruhelage.According to one preferred embodiment, each electrode rib already immersed in Resting partly in a corresponding opening. This simplifies the deflection from the rest position.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die feststehende Elektrodenanordnung eine zweite Grundplatte und mindestens eine darauf vorgesehene zweite Elektrodenrippe auf, wobei die auslenkbare Elektrodenanordnung eine an dem ersten Balken vorgesehene zweite Mehrzahl von Elektrodenfingern aufweist, welche durch einen dritten Balken miteinander verbunden sind, wobei die Elektrodenfinger, der erste Balken und der dritte Balken eine entsprechende zweite Anzahl von Öffnungen definieren, und wobei die feststehende Elektrodenanordnung und die auslenkbare Elektrodenanordnung derart angeordnet sind, dass jede zweite Elektrodenrippe zu einer entsprechenden der zweiten Anzahl von Öffnung ausgerichtet ist und sich bei einer Auslenkung der auslenkbaren Elektrodenanordnung die Ausrichtung ändert.According to one Another preferred development, the fixed electrode assembly has a second base plate and at least one second provided thereon Electrode rib, wherein the deflectable electrode assembly a provided on the first bar second plurality of electrode fingers which are interconnected by a third beam are, with the electrode fingers, the first bar and the third Bars define a corresponding second number of openings, and wherein the fixed electrode assembly and the deflectable Electrode arrangement are arranged such that every second electrode rib to a corresponding one of the second number of openings is aligned and at a deflection of the deflectable Electrode arrangement changes the orientation.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung sind die erste und zweite Grundplatte in entgegengesetze Richtungen bezüglich der auslenkbaren Elektrodenanordnung verkippt angeordnet. So lässt sich eine symmetrisch auslenkbare Anordnung schaffen.According to one Another preferred development are the first and second base plate in opposite directions with respect to the deflectable Electrode arrangement arranged tilted. That's how it works create a symmetrically deflectable arrangement.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung sind der zweite Balken bzw. der dritte Balken an einem vom ersten Balken entfernten Ende der Elektrodenfinger vorgesehen.According to one Another preferred embodiment, the second beam or the third bars at an end of the electrode fingers remote from the first bar intended.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weisen die Elektrodenfinger einen oder mehrere äußere Elektrodenfinger auf, welche eine derart angeschrägte Form aufweisen, dass sie einer lateralen Auslenkung entgegenwirkt.According to one Another preferred development, the electrode fingers have a or a plurality of external electrode fingers, which have a tapered shape that they one counteracts lateral deflection.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung sind die feststehende Elektrodenanordnung und die auslenkbare Elektrodenanordnung aus Silizium hergestellt.According to one Another preferred development are the fixed electrode assembly and the deflectable electrode assembly made of silicon.

ZEICHNUNGENDRAWINGS

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.embodiments The invention are illustrated in the drawings and in the following description.

Es zeigen:It demonstrate:

1a, b schematische perspektivische Ansichten einer mikromechanischen Elektrodenstruktur gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 1a , b are schematic perspective views of a micromechanical electrode structure according to a first embodiment of the present invention;

2 eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemässen Mikroaktuatorvorrichtung mit einer mikromechanischen Elektrodenstruktur gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 2 a schematic perspective view of an embodiment of a microactuator device according to the invention with a micromechanical electrode structure according to a second embodiment of the present invention;

3a–d schematische Querschnittsansichten zur Erläuterung einer Ausführungsform des erfindungsgemässen Herstellungsverfahrens; und 3a D schematic cross-sectional views for explaining an embodiment of the inventive manufacturing method; and

4a, b schematische perspektivische Ansichten einer bekannten mikromechanischen Elektrodenstruktur in Form einer Fingerstruktur bzw. Kammstruktur. 4a , b show schematic perspective views of a known micromechanical electrode structure in the form of a finger structure or comb structure.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELEDESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten.In the same reference numerals designate the same or functionally identical Components.

1a, b sind schematische perspektivische Ansichten einer mikromechanischen Elektrodenstruktur gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 1a , b are schematic perspective views of a micromechanical electrode structure according to a first embodiment of the present invention.

In 1 bezeichnet Bezugszeichen 50 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen mikromechanischen Elektrodenstruktur. Die Elektrodenstruktur 50 umfasst eine feststehende Elektrodenstruktur F, welche eine erste und zweite Grundplatte 1a, 1b aufweist, auf der jeweils eine Mehrzahl paralleler, voneinander beabstandeter Elektrodenrippen 2a, 2b, 2c bzw. 2d, 2e, 2f vorgesehen ist. Die beiden Grundplatten 1a, 1b sind in entgegen gesetzte Richtungen in Bezug auf eine darüberliegende drehbare Fingerelektrodenstruktur D verkippt. Die drehbare Fingerelektrodenstruktur D weist einen zentralen Balken 5 auf, an dem beidseitig jeweils eine Mehrzahl von Elektrodenfingern 5a, 5b, 5c, 5d bzw. 5e, 5f, 5g, 5h angebracht ist. An den Enden der Finger 5a, 5b, 5c, 5d vorgesehen ist ein erster Einspannbalken 15, und an den Enden der Finger 5e, 5f, 5g 5h vorgesehen ist ebenfalls ein zweiter Einspannbalken 25. Die Ein spannbalken 15, 25 vermitteln den Finger 5a, 5b, 5c, 5d bzw. 5d, 5e, 5f, 5g eine erhöhte laterale Stabilität.In 1 denotes reference numeral 50 An embodiment of a micromechanical electrode structure according to the invention. The electrode structure 50 includes a fixed electrode structure F, which includes first and second base plates 1a . 1b on each of a plurality of parallel, spaced-apart electrode ribs 2a . 2 B . 2c respectively. 2d . 2e . 2f is provided. The two base plates 1a . 1b are tilted in opposite directions with respect to an overlying rotatable finger electrode structure D. The rotatable finger electrode structure D has a central bar 5 on, on both sides in each case a plurality of electrode fingers 5a . 5b . 5c . 5d respectively. 5e . 5f . 5g . 5h is appropriate. At the ends of the fingers 5a . 5b . 5c . 5d provided is a first clamping bar 15 , and at the ends of the fingers 5e . 5f . 5g 5h also provided is a second clamping bar 25 , The tension beam 15 . 25 convey the finger 5a . 5b . 5c . 5d respectively. 5d . 5e . 5f . 5g an increased lateral stability.

Die Elektrodenfinger 5a–5h, der Balken 5 und die beiden Einspannbalken 15, 25 definieren eine Anzahl von Öffnungen O1–O6, wobei die feststehende Elektrodenanordnung F und die auslenkbare Elektrodenanordnung D derart angeordnet sind, dass jede erste Elektrodenrippe 2a–2f zu einer entsprechenden Öffnung O1–O6 ausgerichtet ist und sich bei einer Auslenkung der auslenkbaren Elektrodenanordnung D die Ausrichtung ändert. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist jede Elektrodenrippe 2a–2f in der Ruhelage teilweise in eine entsprechende Öffnung O1–O6 eingetaucht.The electrode fingers 5a - 5h , the beam 5 and the two clamping bars 15 . 25 define a number of openings O1-O6, wherein the fixed electrode assembly F and the deflectable electrode assembly D are arranged such that each first electrode rib 2a - 2f is aligned with a corresponding opening O1-O6 and changes in a deflection of the deflectable electrode assembly D, the orientation. In the present embodiment, each electrode rib is 2a - 2f in the rest position partially immersed in a corresponding opening O1-O6.

Die Anordnung der festen Elektrodenstruktur F mit den verkippten Grundplatten 1a, 1b in Bezug auf die drehbare Elektrodenstruktur D ist derart, dass unter Verwendung des Balkens 5 als Drehachse die feststehende Elektrodenstruktur F weiter in die drehbare Elektrodenstruktur D auf beiden Seiten eintauchen kann. Die Elektrodenrippen 2a, 2b, 2c bzw. 2d, 2e, 2f greifen nicht von der Seite zwischen die Finger 5a, 5b, 5c, 5d bzw. 5e, 5f, 5g, 5h, sondern von unten. Dadurch lassen sich die Einspannbalken 15, 25 vorsehen, welche die Stabilität wesentlich erhöhen. Um die drehbare Elektrodenstruktur D weiter gegen ein seitliches Verkippen zu stabilisieren, können die Verbindungen der Finger zum Balken 5 optimiert ausgeführt werden bzw. der Balken 5 selber verstärkt werden bzw. die außen liegenden Finger besonders ausgeführt werden (vergleiche 2). Da die Finger 5a, 5b, 5c, 5d bzw. 5e, 5f, 5g, 5h bei einer Drehung aus Ihrer ursprünglichen Ebene heraus schwingen, und zwar umso starker je länger sie sind, sollten die Grundplatten 1a, 1b zweckmäßigerweise um den maximalen Auslenkwinkel der Finger 5a, 5b, 5c, 5d bzw. 5e, 5f, 5g, 5h zuzüglich eines Sicherheitsabstandes vorausgelenkt sein.The arrangement of the fixed electrode structure F with the tilted base plates 1a . 1b with respect to the rotatable electrode structure D is such that using the beam 5 as a rotation axis, the fixed electrode structure F can further dive into the rotatable electrode structure D on both sides. The electrode ribs 2a . 2 B . 2c respectively. 2d . 2e . 2f do not grab the side between the fingers 5a . 5b . 5c . 5d respectively. 5e . 5f . 5g . 5h but from below. This allows the clamping bars 15 . 25 provide, which increase the stability significantly. In order to further stabilize the rotatable electrode structure D against lateral tilting, the connections of the fingers to the beam can 5 be executed optimized or the bar 5 be strengthened themselves or the outside fingers are particularly executed (see 2 ). Because the fingers 5a . 5b . 5c . 5d respectively. 5e . 5f . 5g . 5h swinging out of your original plane as you rotate, and the stronger the longer they are, the base plates should 1a . 1b expediently to the maximum deflection angle of the fingers 5a . 5b . 5c . 5d respectively. 5e . 5f . 5g . 5h plus a safe distance be anticipated.

Durch die Kopplung der Form der Finger 5a, 5b, 5c, 5d bzw. 5e, 5f, 5g, 5h der drehbaren Elektrodenstruktur D und der Elektrodenrippem 2a, 2b, 2c bzw. 2d, 2e, 2f der feststehenden Elektrodenstruktur F lassen sich auch mehrere voneinander beabstandete Einspannbalken in den Finger der drehbaren Elektrodenstruktur D integrieren, und dementsprechend mehrere Reihen von Rippen der feststehenden Elektrodenstruktur F. Auch sind auf der Außenseite der Einspannbalken 15, 25 angebrachte kurze unstabilisierte bzw. ”flatternde” Finger denkbar. Ein diesbezüglicher Vorteil wäre, dass sich diese verschiedenen Reihen von Elektroden unterschiedlich ansteuern ließen und so unter Umständen ein gleichmäßigerer Antrieb umgesetzt werden könnte.By coupling the shape of the fingers 5a . 5b . 5c . 5d respectively. 5e . 5f . 5g . 5h the rotatable electrode structure D and the electrode ribs 2a . 2 B . 2c respectively. 2d . 2e . 2f The fixed electrode structure F can also integrate a plurality of spaced apart clamping bars in the finger of the rotatable electrode structure D, and accordingly a plurality of rows of ribs of the fixed electrode structure F. Also on the outside of the clamping bars 15 . 25 attached short unstabilized or "fluttering" fingers conceivable. An advantage in this regard would be that these different rows of electrodes could be driven differently and so under certain circumstances a more uniform drive could be implemented.

2 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemässen Mikroaktuatorvorrichtung mit einer mikromechanischen Elektrodenstruktur gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2 is a schematic perspective view of an embodiment of a microactuator device according to the invention with a micromechanical electrode structure according to a second embodiment of the present invention.

Bei der in 2 gezeigten Ausführungsform ist die Mikroaktuatorvorrichtung eine Aktuatorvorrichtung zur Verdrehung eines Mikrospiegels 10, welcher über Stege 8a, 8b in einer kreisringförmigen Halterung 7 eingespannt ist. An gegenüberliegenden Enden 55a, 55b der kreisringförmigen Haltung 7 angebracht sind ein jeweiliger Mittelbalken 5' bzw. 5'' einer ersten bzw. zweiten mikromechanischen Elektrodenstruktur 50a, bzw. 50b, wie sie in Bezug auf 1 oben erläutert worden sind, und zwar entlang einer Drehachse ROTAt the in 2 In the embodiment shown, the microactuator device is an actuator device for rotating a micromirror 10 , which over bridges 8a . 8b in an annular holder 7 is clamped. At opposite ends 55a . 55b the circular pose 7 attached are a respective center bar 5 ' respectively. 5 '' a first or second micromechanical electrode structure 50a , respectively. 50b as they relate to 1 have been explained above, along a rotation axis ROT

In 2 ersichtlich ist, dass die außen liegenden Finger 5a', 5d', 5e', 5h' der ersten und zweiten drehbaren Elektrodenstruktur eine andere Form aufweisen als die Finger 5b, 5c, 5f, 5g. Dabei ist die Form der außen liegenden Finger 5a', 5d', 5e', 5h' derart schräg gestaltet, dass sie aufgrund ihrer Anschrägung zur Außenseite einer Querverbiegung zusätzlich entgegen wirkt.In 2 it can be seen that the outside fingers 5a ' . 5d ' . 5e ' . 5h ' the first and second rotatable electrode structure have a different shape than the fingers 5b . 5c . 5f . 5g , Here is the shape of the external fingers 5a ' . 5d ' . 5e ' . 5h ' designed obliquely so that they additionally counteracts due to their bevel to the outside of a transverse bend.

3a–d sind schematische Querschnittsansichten zur Erläuterung einer Ausführungsform des erfindungsgemässen Herstellungsverfahrens. 3a Figure-d are schematic cross-sectional views for explaining an embodiment of the manufacturing method according to the invention.

In 3a bezeichnet Bezugszeichen 1 ein Standard-Halbleitersubstrat, beispielsweise ein Silizium-Halbleitersubstrat. Auf das Silizium-Halbleitersubstrat 1 wird eine Opferoxidschicht 40 aufgebracht und strukturiert, d. h. bereichsweise entfernt. Anschließend wird vorzugsweise eine Epitaxie-Silizium-Startschicht 41 auf die strukturierte Opferoxidschicht 40 aufgebracht. Die Opferschicht 40 ist in vorbestimmten Bereichen V1a, V1b unterbrochen. Die Startschicht 41 ermöglicht das gleichmäßige Aufwachsen einer Funktionsschicht 45 aus Polysilizium, aus der später sowohl die Elektroden der drehbaren Elektrodenstruktur als auch die Rippen der feststehenden Elektrodenstruktur durch einen entsprechenden Ätzvorgang gebildet werden.In 3a denotes reference numeral 1 a standard semiconductor substrate, for example a silicon to semiconductor substrate. On the silicon semiconductor substrate 1 becomes a sacrificial oxide layer 40 applied and structured, ie removed in some areas. Subsequently, preferably, an epitaxial silicon start layer 41 on the structured sacrificial oxide layer 40 applied. The sacrificial layer 40 is interrupted in predetermined areas V1a, V1b. The starting layer 41 allows the uniform growth of a functional layer 45 of polysilicon, from which later both the electrodes of the rotatable electrode structure and the ribs of the fixed electrode structure are formed by a corresponding etching process.

Weiter in Bezug auf 1b wird zunächst rückseitig eine Kaverne K in das Halbleitersubstrat 1 von dessen Rückseite her geätzt. Dies geschieht durch einen geeigneten anisotropen Nassätzprozess.Next in terms of 1b First, a cavern K in the back of the semiconductor substrate 1 Etched from the back. This is done by a suitable anisotropic wet etching process.

In einem darauffolgenden Prozessschritt erfolgt eine Durchstrukturierung des Halbleitersubstrats 1 innerhalb der Kaverne K durch einen entsprechenden Trenchätzprozess, welcher auf der Opferoxidschicht 40 stoppt. Dabei gebildet werden insbesondere die Grundplatten 1a, 1b der feststehenden Elektrodenstruktur, wie in 3c erkennbar.In a subsequent process step, a structuring of the semiconductor substrate takes place 1 within the cavern K through a corresponding trench etch process, which is on the sacrificial oxide layer 40 stops. In particular, the base plates are formed 1a . 1b the fixed electrode structure as in 3c recognizable.

Daran anschließend wird die Funktionsschicht 45, welche vorzugsweise epitaktisch aufgebrachtes Polysilizium ist bzw. ein SOI-Substrat ist, von der Vorderseite her strukturiert. Dies geschieht durch einen bekannten Trenchätzprozess, in dem sowohl die bewegliche Elektrodenstruktur D als auch die Rippen 2a, 2b, 2d, 2e der feststehenden Elektrodenstruktur F erzeugt werden. Dies führt zum in 3 gezeigten Prozesszustand.Then the functional layer becomes 45 , which is preferably epitaxially deposited polysilicon or is an SOI substrate, structured from the front side. This is done by a known Trenchätzprozess in which both the movable electrode structure D and the ribs 2a . 2 B . 2d . 2e the fixed electrode structure F are generated. This leads to in 3 shown process state.

In einem abschließenden Prozessschritt, welcher in 3 nicht illustriert ist, erfolgt dann ein Ätzen der Opferoxidschicht 40, um die drehbare Fingerelektrodenstruktur D von der feststehenden Elektrodenstruktur F zu trennen. Dabei sollte beachtet werden, dass die fest angebundenen Bereiche, beispielsweise die Rippen 2a, 2b, 2d, 2e, vor einer zu großen Unterätzung geschützt sind.In a final process step, which in 3 is not illustrated, then takes place an etching of the sacrificial oxide layer 40 to separate the rotatable finger electrode structure D from the fixed electrode structure F. It should be noted that the firmly attached areas, such as the ribs 2a . 2 B . 2d . 2e , are protected from too much undercutting.

Nachdem die Grundplatten 1a, 1b von der drehbaren stabilisierten Fingerelektrodenstruktur gelöst worden ist, werden diese in einem nicht dargestellten bekannten Prozessschritt stabilisiert und entsprechend, wie in 1a, b dargestellt, vorausgelenkt. Geeignete weitere Prozessschritte, die ebenfalls nicht illustriert sind, dienen dann der Kontaktierung, Verlegung von Leiterbahnen und beispielsweise Einbringung von Möglichkeiten zur Positionserfassung.After the base plates 1a . 1b has been solved by the rotatable stabilized finger electrode structure, these are stabilized in a known process step, not shown, and accordingly, as in 1a , b shown, forwarded. Suitable further process steps, which are likewise not illustrated, are then used for contacting, laying conductor tracks and, for example, introducing possibilities for position detection.

Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.Even though the present invention above based on preferred embodiments is described, it is not limited thereto, but modifiable in a variety of ways.

Insbesondere müssen die Grundplatten bei kleinen Auslenkungen nicht verkippt sein, und auch die Rippen müssen nicht im Ruhezustand in die Öffnungen eintauchen. Weiterhin sind neben der beschriebenen rotatorischen Auslenkung auch translatorische Auslenkungen der Fingerelektrodenstruktur D denkbar. Wie oben angedeutet können mehrere Stabilisierungsbalken über die Länge der Fingerelektroden vorgesehen sein, und entsprechend mehrere Rippenreihen. Auch muss die Elektrodenanordnung nicht symmetrisch zum Mittelbalken sein, sondern kann auch nur einseitig ausgebildet werden.Especially do not need the base plates with small deflections be tilted, and also the ribs do not have to be at rest dive into the openings. Furthermore, in addition to the described Rotatory deflection and translational deflections of the finger electrode structure D conceivable. As indicated above, several stabilizer bars may be over the length of the finger electrodes may be provided, and accordingly several rows of ribs. Also, the electrode assembly does not have to be symmetrical be to the middle beam, but can also be formed only on one side become.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 2005/0117235 A1 [0007]

Claims

A micromechanical electrode structure comprising: a fixed electrode assembly (F) and a deflectable electrode assembly (D); wherein the fixed electrode arrangement (F) has a first base plate ( 1a ; 1b ) and at least one first electrode rib provided thereon ( 2a - 2f ) having; wherein the deflectable electrode assembly (D) comprises a first beam ( 5 ; 5 '; 5 '' ), on which a first plurality of electrode fingers ( 5a - 5h ; 5a ' . 5b - 5f . 5f ) provided by a second bar ( 15 ; 25 ) are interconnected; wherein the electrode fingers ( 5a - 5h ; 5a ' . 5b - 5f . 5f ), the first bar ( 5 ; 5 '; 5 '' ) and the second bar ( 15 ; 25 ) define a corresponding first number of openings (O1-O6); and wherein the fixed electrode arrangement (F) and the deflectable electrode arrangement (D) are arranged such that each first electrode rib ( 2a - 2f ) is aligned with a corresponding one of the first number of openings (O1-O6) and the orientation changes during a deflection of the deflectable electrode arrangement (D).

Micromechanical electrode structure according to claim 1, wherein each electrode rib ( 2a - 2f ) partially immersed in a corresponding opening (O1-O6).

Micromechanical electrode structure according to claim 1 or 2, wherein the fixed electrode arrangement (F) has a second base plate ( 1a ; 1b ) and at least one second electrode rib provided thereon ( 2a - 2f ), wherein the deflectable electrode arrangement (D) has a (1) on the first bar ( 5 ) provided second plurality of electrode fingers ( 5a - 5h ; 5a ' . 5b - 5f . 5f ), which by a third bar ( 15 ; 25 ), wherein the electrode fingers ( 5a - 5h ; 5a ' . 5b - 5f . 5f ), the first bar ( 5 ; 5 '; 5 '' ) and the third bar ( 15 ; 25 ) define a corresponding second number of openings (O1-O6), and wherein the fixed electrode arrangement (F) and the deflectable electrode arrangement (D) are arranged such that every second electrode rib ( 2a - 2f ) is aligned with a corresponding one of the second number of openings (O1-O6) and the orientation changes during a deflection of the deflectable electrode arrangement (D).

Micromechanical electrode structure according to claim 3, wherein the first and second base plates in opposite directions with respect to the deflectable electrode assembly (D) tilted are arranged.

Micromechanical electrode structure according to one of the preceding claims, wherein the second beam ( 15 ; 25 ) or the third bar ( 15 ; 25 ) at one of the first bar ( 5 ; 5 '; 5 '' ) distal end of the electrode fingers ( 5a - 5h ; 5a ' . 5b - 5f . 5f ) are provided.

Micromechanical electrode structure according to one of preceding claims, wherein the deflectable electrode assembly (D) has another beam on which the first plurality of electrode fingers is provided.

Micromechanical electrode structure according to one of the preceding claims, wherein the electrode fingers ( 5a - 5h ; 5a ' . 5b - 5f . 5f ) one or more external electrode fingers ( 5a ; 5d '; 5e '; 5h ' ), which have a tapered shape such that it counteracts a lateral deflection.

Micromechanical electrode structure according to one of preceding claims, wherein the fixed electrode assembly (F) and the deflectable electrode assembly (D) made of silicon are.

Microactuator device having at least one micromechanical electrode structure ( 50 ; 50a . 50b ) according to one of claims 1 to 8.

Microactuator device according to claim 9, which comprises a first and a second micromechanical electrode structure ( 50a . 50b ) according to one of claims 1 to 7, which along a common by the first bar ( 5 '; 5 '' ) defined common axis on opposite sides of a suspension ( 7 ) are mounted, which is rotatable about the axis.

Microactuator device according to claim 9, wherein in the suspension a micromirror ( 10 ) is attached.

Manufacturing method for a micromechanical electrode structure ( 50 ; 50a . 50b ) according to one of claims 1 to 8, comprising the steps of: providing an arrangement with a first functional layer ( 1 ) and a second functional layer ( 45 ), whereby a sacrificial layer ( 40 ) between the first functional layer ( 1 ) and second functional layer ( 45 ) is provided; Structuring the first functional layer ( 1 ) for forming the first and second base plates ( 1a ; 1b ) of the fixed electrode assembly (F); Structuring the second functional layer ( 45 ) for forming the first and second electrode ribs ( 2a - 2f ) fixed electrode assembly (F) in the predetermined regions (V1a, V1b) and for forming the deflectable electrode assembly (D); and removing the sacrificial layer ( 40 ) for separating the fixed electrode assembly (F) and the deflectable electrode assembly (D).

Manufacturing method for a micromechanical electrode structure ( 50 ; 50a . 50b ) according to claim 12, wherein the sacrificial layer ( 40 ) is interrupted in predetermined areas (V1a, V1b).

The manufacturing method according to claim 12, wherein the first functional layer ( 1 ) is a wafer and before structuring the first functional layer ( 1 ) a cavity (K) is etched into the wafer.

The manufacturing method according to claim 12 or 13, wherein the second functional layer ( 45 ) is an epitaxial layer or an SOI layer.

A manufacturing method according to claim 12, wherein the first and second base plates ( 1a ; 1b ) of the fixed electrode assembly (F) after removal of the sacrificial layer ( 40 ) are tilted with respect to the deflectable electrode assembly (D).

Manufacturing method according to one of claims 12 to 16, wherein the structuring of the first functional layer ( 1 ) and the second functional layer ( 45 ) takes place in a trench etching step.