DE102016215829A1

DE102016215829A1 - Mikromechanisches Bauelement

Info

Publication number: DE102016215829A1
Application number: DE102016215829.5A
Authority: DE
Inventors: Odd-Axel Pruetz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-08-23
Filing date: 2016-08-23
Publication date: 2018-03-01
Also published as: IT201700092522A1; US10519029B2; US20180057352A1

Abstract

Es wird ein mikromechanisches Bauelement vorgeschlagen, wobei das mikromechanische Bauelement eine parallel zu einer Auslenkrichtung auslenkbare Auslenkvorrichtung umfasst, wobei das mikromechanische Bauelement eine Dämpfungsvorrichtung umfasst, wobei eine der Dämpfungsvorrichtung zugewandte Oberfläche der Auslenkvorrichtung größer als eine senkrecht zu der Auslenkrichtung angeordnete und in einem von der Dämpfungsvorrichtung abgewandten Bereich der Auslenkvorrichtung angeordnete Schnittfläche der Auslenkvorrichtung ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem mikromechanischen Bauelement gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Ein derartiges mikromechanisches Bauelement ist allgemein bekannt. Hierbei wirken bei dem Betrieb des mikromechanischen Bauelements Dämpfungskräfte auf die Auslenkvorrichtung und die Dämpfungsvorrichtung, wobei durch die Dämpfungskräfte die Auslenkvorrichtung in ihrer Auslenkung entlang der Auslenkrichtung beeinflusst wird.
Offenbarung der Erfindung
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein gegenüber dem Stand der Technik platzsparendes, langlebiges und ressourcenschonendes mikromechanisches Bauelement auf einfache und kostengünstige Weise bereitzustellen.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass eine der Dämpfungsvorrichtung zugewandte Oberfläche der Auslenkvorrichtung größer als eine senkrecht zu der Auslenkrichtung angeordnete und in einem von der Dämpfungsvorrichtung abgewandten Bereich der Auslenkvorrichtung angeordnete Schnittfläche der Auslenkvorrichtung ist.
Hierdurch wird auf vorteilhafte Weise ermöglicht, dass ein mikromechanisches Bauelement mit einer der Dämpfungsvorrichtung zugewandten und im Vergleich zum Stand der Technik vergrößerten Oberfläche bereitgestellt wird, insbesondere ohne dadurch die Auslenkvorrichtung signifikant zu verändern. Durch eine Vergrößerung der Oberfläche können insbesondere die zwischen der Auslenkvorrichtung und der Dämpfungsvorrichtung wirkenden Dämpfungskräfte gezielt eingestellt, insbesondere erhöht, werden. Hierdurch kann auf vorteilhafte Weise beispielsweise ein mechanisches Anschlagen (clipping), vermieden bzw. deutlich reduziert werden. Mit anderen Worten kann mithilfe der vorliegenden Erfindung ein mikromechanisches Bauelement mit einer im Vergleich zum Stand der Technik erhöhten clipping performance bereitgestellt werden. Außerdem ist es dadurch, dass die Oberfläche größer als die Schnittfläche ist vorteilhaft möglich, eine große Oberfläche bereitzustellen und gleichzeitig eine besonders leichte und materialsparende Konstruktion des mikromechanischen Bauelements bereitzustellen. Außerdem ist es mit dem erfindungsgemäßen mikromechanische Bauelement vorteilhaft möglich besonders große Dämpfungskräfte auf einer vergleichsweise kleinen Substratfläche bereitzustellen. Somit wird mit der vorliegenden Erfindung ein gegenüber dem Stand der Technik platzsparendes, langlebiges und ressourcenschonendes mikromechanisches Bauelement auf einfache und kostengünstige Weise bereitgestellt.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ist der Begriff „mikromechanisches Bauelement“ so zu verstehen, dass der Begriff sowohl mikromechanische Bauelemente als auch mikroelektromechanische Bauelemente umfasst. Bevorzugt umfasst das erfindungsgemäße mikromechanische Bauelement einen Drehratensensor bzw. einen Sensorkern für die Messung einer an dem mikromechanischen Bauelement anliegenden Drehrate. Alternativ oder zusätzlich umfasst das erfindungsgemäße mikromechanische Bauelement bevorzugt einen Beschleunigungssensor bzw. einen Sensorkern für die Messung einer an dem mikromechanischen Bauelement anliegenden Beschleunigung.
Bevorzugt umfasst die Auslenkvorrichtung eine seismische Masse oder eine Coriolis Masse.
Außerdem ist die Auslenkvorrichtung bevorzugt mittels Federn und Substratanbindungen an einem Substrat des mikromechanischen Bauelements auslenkbar, besonders bevorzugt entlang der Auslenkrichtung auslenkbar, befestigt. Des Weiteren ist die Dämpfungsvorrichtung bevorzugt mittels weiteren Federn und weiteren Substratanbindungen an dem Substrat des mikromechanischen Bauelements auslenkbar, besonders bevorzugt entlang der Auslenkrichtung auslenkbar, befestigt.
Des Weiteren resultieren die Dämpfungskräfte bevorzugt aus Umgebungsdämpfung, wobei Umgebungsdämpfung insbesondere auftritt, wenn das System bzw. die Auslenkvorrichtung und/oder die Dämpfungsvorrichtung nicht in einem Vakuum, sondern in einem die Auslenkvorrichtung und die Dämpfungsvorrichtung umgebenen Medium schwingen. Erfindungsgemäß bevorzugt ist das Medium in Bewegung und/oder ruht das Medium. Besonders bevorzugt resultieren die Dämpfungskräfte aufgrund von hydrodynamischer Dämpfung bei einem sich bewegenden Medium und/oder aufgrund von hydrostatischer Reibung bei einem ruhenden Medium. Außerdem ist das Medium zusammen mit der Auslenkvorrichtung und der Dämpfungsvorrichtung bevorzugt in einer Kaverne des mikromechanischen Bauelements angeordnet.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass eine Erstreckung der Oberfläche senkrecht zu einer parallel zu der Auslenkrichtung verlaufenden Haupterstreckungsebene eines Substrats des mikromechanischen Bauelements größer als eine Erstreckung der Schnittfläche senkrecht zu der Haupterstreckungsebene ist. Hierdurch wird vorteilhaft ermöglicht, dass die Vergrößerung der Oberfläche mithilfe einer zusätzlichen Schicht ermöglicht werden kann. Somit kann auf vorteilhafte Weise eine im Vergleich zum Stand der Technik vergrößerte Oberfläche auf einer im Vergleich zum Stand der Technik im Wesentlichen gleichen oder geringerer Substratfläche ermöglicht werden. Hierdurch wird auf einfache Weise ein besonders platzsparendes mikromechanisches Bauelement bereitgestellt.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass eine Erstreckung der Oberfläche parallel zu einer parallel zu der Auslenkrichtung verlaufenden Haupterstreckungsebene eines Substrats des mikromechanischen Bauelements größer als eine Erstreckung der Schnittfläche parallel zu der Haupterstreckungsebene ist. Hierdurch wird vorteilhaft ermöglicht, dass die Vergrößerung der Oberfläche innerhalb einer Schicht realisierbar ist. Somit kann auf vorteilhafte Weise eine im Vergleich zum Stand der Technik vergrößerte Oberfläche mit einer im Vergleich zum Stand der Technik vergleichbaren oder geringeren Dicke einer oder mehrerer Schichten ermöglicht werden. Hierdurch wird auf einfache Weise ein besonders platzsparendes, insbesondere flaches bzw. mit einer im Vergleich zum Stand der Technik geringen Erstreckung senkrecht zu der Haupterstreckungsebene ausgebildetes, mikromechanisches Bauelement bereitgestellt.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass eine der Auslenkvorrichtung zugewandte weitere Oberfläche der Dämpfungsvorrichtung größer als eine senkrecht zu der Auslenkrichtung angeordnete und in einem von der Auslenkvorrichtung abgewandten weiteren Bereich der Dämpfungsvorrichtung angeordnete weitere Schnittfläche der Dämpfungsvorrichtung ist. Hierdurch wird vorteilhaft ermöglicht, dass ein mikromechanisches Bauelement mit einer der Auslenkvorrichtung zugewandten und im Vergleich zum Stand der Technik vergrößerten weiteren Oberfläche bereitgestellt wird, insbesondere ohne dadurch die Dämpfungsvorrichtung signifikant zu verändern. Durch eine Vergrößerung der weiteren Oberfläche können insbesondere die zwischen der Auslenkvorrichtung und der Dämpfungsvorrichtung wirkenden Dämpfungskräfte gezielt eingestellt, insbesondere erhöht, werden. Hierdurch kann auf vorteilhafte Weise beispielsweise ein mechanisches Anschlagen (clipping), vermieden bzw. deutlich reduziert werden. Außerdem ist es dadurch, dass die weitere Oberfläche größer als die weitere Schnittfläche ist vorteilhaft möglich, eine große weitere Oberfläche und gleichzeitig eine besonders leichte und materialsparende Konstruktion des mikromechanischen Bauelements bereitzustellen. Somit wird vorteilhaft ein gegenüber dem Stand der Technik langlebiges, platzsparendes und ressourcenschonendes mikromechanisches Bauelement auf einfache und kostengünstige Weise bereitgestellt.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass eine Erstreckung der weiteren Oberfläche senkrecht zu einer parallel zu der Auslenkrichtung verlaufenden Haupterstreckungsebene eines Substrats des mikromechanischen Bauelements größer als eine Erstreckung der weiteren Schnittfläche senkrecht zu der Haupterstreckungsebene ist. Hierdurch wird vorteilhaft ermöglicht, dass die Vergrößerung der weiteren Oberfläche mithilfe einer zusätzlichen Schicht ermöglicht werden kann. Somit kann auf vorteilhafte Weise eine im Vergleich zum Stand der Technik vergrößerte weitere Oberfläche auf einer im Vergleich zum Stand der Technik im Wesentlichen gleichen oder geringerer Substratfläche ermöglicht werden. Hierdurch wird auf einfache Weise ein besonders platzsparendes mikromechanisches Bauelement bereitgestellt.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass eine Erstreckung der weiteren Oberfläche parallel zu einer parallel zu der Auslenkrichtung verlaufenden Haupterstreckungsebene eines Substrats des mikromechanischen Bauelements größer als eine Erstreckung der weiteren Schnittfläche parallel zu der Haupterstreckungsebene ist. Hierdurch wird vorteilhaft ermöglicht, dass die Vergrößerung der weiteren Oberfläche innerhalb einer Schicht ermöglicht werden kann. Somit kann auf vorteilhafte Weise eine im Vergleich zum Stand der Technik vergrößerte weitere Oberfläche mit einer im Vergleich zum Stand der Technik vergleichbaren oder geringeren Dicke einer oder mehrerer Schichten ermöglicht werden. Hierdurch wird auf einfache Weise ein besonders platzsparendes, insbesondere flaches bzw. mit einer im Vergleich zum Stand der Technik geringen Erstreckung senkrecht zu der Haupterstreckungsebene ausgebildetes mikromechanisches Bauelement bereitgestellt.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Dämpfungsvorrichtung parallel zu der Auslenkrichtung auslenkbar ist, wobei das mikromechanische Bauelement derart ausgebildet ist, dass eine Auslenkung der Auslenkvorrichtung entlang der Auslenkrichtung eine Auslenkung der Dämpfungsvorrichtung entgegen der Auslenkrichtung bewirkt. Hierdurch wird vorteilhaft ermöglicht, dass das mikromechanische Bauelement derart ausgebildet ist, dass die Auslenkvorrichtung und die Dämpfungsvorrichtung im Wesentlichen antiparallel zueinander auslenkbar sind. Insbesondere wird hierdurch vorteilhaft ermöglicht, dass somit ein Abstand zwischen der Auslenkvorrichtung und der Dämpfungsvorrichtung im Vergleich zum Stand der Technik bei einer Bewegung der Auslenkvorrichtung parallel zu der Auslenkrichtung wesentlich stärker änderbar ist, insbesondere ohne die Auslenkvorrichtung und/oder die Dämpfungsvorrichtung signifikant, insbesondere die Geometrie der Auslenkvorrichtung und/oder die Geometrie der Dämpfungsvorrichtung, zu verändern. Dadurch, dass die Auslenkvorrichtung und die Dämpfungsvorrichtung im Wesentlichen antiparallel zueinander auslenkbar sind, können die zwischen der Auslenkvorrichtung und der Dämpfungsvorrichtung wirkenden Dämpfungskräfte gezielt eingestellt, insbesondere erhöht, werden. Hierdurch kann auf vorteilhafte Weise beispielsweise ein mechanisches Anschlagen (clipping), vermieden bzw. weiter deutlich reduziert werden. Außerdem ist es hierdurch vorteilhaft möglich noch größere Dämpfungskräfte auf noch geringeren Substratflächen bereitzustellen.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das mikromechanische Bauelement derart ausgebildet ist, dass eine erste Projektion der Auslenkvorrichtung auf eine parallel zu der Auslenkrichtung verlaufende Haupterstreckungsebene eines Substrats des mikromechanischen Bauelements und eine zweite Projektion der Dämpfungsvorrichtung auf die Haupterstreckungsebene überlappen. Hierdurch wird vorteilhaft eine besonders platzsparende, insbesondere substratflächensparende, mechanische Kopplung unterschiedlicher Bereiche der Auslenkvorrichtung miteinander und/oder unterschiedlicher Bereiche der Dämpfungsvorrichtung miteinander ermöglicht.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Dämpfungsvorrichtung einen dritten Bereich und einen von dem dritten Bereich getrennten, bevorzugt galvanisch getrennten, vierten Bereich umfasst. Hierdurch wird vorteilhaft ermöglicht, dass das mikromechanische Bauelement derart ausgebildet sein kann, dass die Dämpfungsvorrichtung ein erstes Dämpfungselement, bevorzugt einen Dämpfungsfinger, und ein zweites Dämpfungselement, bevorzugt ein erstes Gegenelektrodenelement, umfasst, wobei das erste Dämpfungselement an den dritten Bereich gekoppelt und das zweite Dämpfungselement an den vierten Bereich gekoppelt ist. Somit wird vorteilhaft ermöglicht, dass das erste Dämpfungselement und das zweite Dämpfungselement unabhängig, insbesondere elektrisch voneinander isoliert, mit der Auslenkvorrichtung wechselwirken können. Hierdurch wird auf vorteilhafte Weise ein mikromechanisches Bauelement bereitgestellt, wobei das mikromechanische Bauelement eine Dämpfungsvorrichtung umfasst, wobei die Dämpfungsvorrichtung sowohl elektrisch neutrale Dämpfungselemente als auch elektrische Dämpfungselement, wie beispielsweise Elektroden, jeweils allein oder in Kombination umfasst. Hierdurch wird eine besonders genaue Einstellung der auf die Auslenkvorrichtung und auf die Dämpfungsvorrichtung wirkenden Dämpfungskräfte möglich.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Dämpfungsvorrichtung einen von dem dritten Bereich und/oder von dem vierten Bereich getrennten, bevorzugt galvanisch getrennten, fünften Bereich umfasst. Hierdurch wird vorteilhaft ermöglicht, dass das mikromechanische Bauelement derart ausgebildet sein kann, dass die Dämpfungsvorrichtung ein erstes Dämpfungselement, bevorzugt einen Dämpfungsfinder, ein zweites Dämpfungselement, bevorzugt ein erstes Gegenelektrodenelement, und ein drittes Dämpfungselement, bevorzugt ein zweites Gegenelektrodenelement umfasst, wobei das erste Dämpfungselement an den dritten Bereich gekoppelt ist, das zweite Dämpfungselement an den vierten Bereich gekoppelt ist und/oder das dritte Dämpfungselement an den fünften Bereich gekoppelt ist. Somit wird vorteilhaft ermöglicht, dass das erste Dämpfungselement und das zweite Dämpfungselement und/oder das dritte Dämpfungselement unabhängig, insbesondere elektrisch voneinander isoliert, mit der Auslenkvorrichtung wechselwirken können. Hierdurch wird auf vorteilhafte Weise ein mikromechanisches Bauelement bereitgestellt, wobei das mikromechanische Bauelement eine Dämpfungsvorrichtung umfasst, wobei die Dämpfungsvorrichtung sowohl elektrisch neutrale Dämpfungselemente als auch elektrische Dämpfungselement, wie beispielsweise Elektroden, jeweils allein oder in Kombination umfasst. Hierdurch wird eine besonders genaue Einstellung der auf die Auslenkvorrichtung und auf die Dämpfungsvorrichtung wirkenden Dämpfungskräfte möglich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1, 2 und 3 zeigen in schematischen Darstellungen mikromechanische Bauelemente gemäß beispielhafter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
4 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Dämpfungskraft als Funktion von einem Abstand zwischen zwei Strukturen eines mikromechanischen Bauelements gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung
In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.
In 1, 2 und 3 sind schematische Darstellungen mikromechanischer Bauelemente 1 gemäß beispielhafter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dargestellt.
Das mikromechanische Bauelement 1 umfasst eine parallel zu einer Auslenkrichtung 101 auslenkbare Auslenkvorrichtung 5 und eine Dämpfungsvorrichtung 7. Hierbei ist eine der Dämpfungsvorrichtung 7 zugewandte Oberfläche 200 der Auslenkvorrichtung 5 bevorzugt größer als eine senkrecht zu der Auslenkrichtung 101 angeordnete und in einem von der Dämpfungsvorrichtung 7 abgewandten Bereich 11 der Auslenkvorrichtung 5 angeordnete Schnittfläche 300 der Auslenkvorrichtung 5. Bevorzugt überlappen sich eine Projektion der Auslenkvorrichtung 5 auf eine senkrecht zu der Haupterstreckungsebene 100 verlaufenden Projektionsfläche und eine Projektion der Dämpfungsvorrichtung 7 auf die Projektionsfläche.
Bevorzugt umfasst das mikromechanische Bauelement 1 ein Substrat 3 mit einer Haupterstreckungsebene 100. Hierbei ist die Haupterstreckungsebene 100 bevorzugt parallel zu der Auslenkrichtung 101 angeordnet. Alternativ ist die Haupterstreckungsebene 100 bevorzugt senkrecht zu der Auslenkrichtung 101 angeordnet.
Des Weiteren ist eine Erstreckung der Oberfläche 200 senkrecht zu der Haupterstreckungsebene 100 bevorzugt größer als eine Erstreckung der Schnittfläche 300 senkrecht zu der Haupterstreckungsebene 100 ist. Alternativ oder zusätzlich ist bevorzugt vorgesehen, dass eine Erstreckung der Oberfläche 200 parallel zu der Haupterstreckungsebene 100 größer als eine Erstreckung der Schnittfläche 300 parallel zu der Haupterstreckungsebene 100 ist.
Erfindungsgemäß bevorzugt umfasst die Auslenkvorrichtung 5 mehrere mechanisch funktionale Ebenen bzw. Schichten derart, dass die Erstreckung der Oberfläche 200 senkrecht zu der Haupterstreckungsebene 100 größer als eine Erstreckung der Schnittfläche 300 senkrecht zu der Haupterstreckungsebene 100 ist. Mit anderen Worten wird durch einen geeigneten Herstellungsprozess, bevorzugt mit mehreren mechanisch funktionalen Ebenen, eine Höhe h der Auslenkvorrichtung 5 durch lokale Schichtdickenerhöhungen realisiert – ohne dabei die Auslenkvorrichtung 5 signifikant zu verändern. Das bedeutet, dass bevorzugt in großen Bereichen der Auslenkvorrichtung 5 eine Schichtdicke h1 vorherrscht bzw. die Auslenkvorrichtung 5 eine Schichtdicke h1, bevorzugt senkrecht zu der Haupterstreckungsebene 100, umfasst und nur an den Dämpfungsstrukturen bzw. an der Dämpfungsvorrichtung 7 zugewandten Bereichen der Auslenkvorrichtung 5 in schmalen Bereichen eine größere Schichthöhe h2 vorherrscht bzw. die Auslenkvorrichtung 5 eine größere Schichtdicke h2, bevorzugt senkrecht zu der Haupterstreckungsebene 100, umfasst. Bevorzugt ist hierbei die größere Schichtdicke h2 mehr als doppelt, bevorzugt mehr als dreimal, ganz besonders bevorzugt mehr als viermal, so groß wie die Schichtdicke h1.
Des Weiteren ist eine der Auslenkvorrichtung 5 zugewandte weitere Oberfläche 201 der Dämpfungsvorrichtung 7 bevorzugt größer als eine senkrecht zu der Auslenkrichtung 101 angeordnete und in einem von der Auslenkvorrichtung 5 abgewandten weiteren Bereich 12 der Dämpfungsvorrichtung 7 angeordnete weitere Schnittfläche 301 der Dämpfungsvorrichtung 7.
Bevorzugt ist eine Erstreckung der weiteren Oberfläche 201 senkrecht zu der Haupterstreckungsebene 100 größer als eine Erstreckung der weiteren Schnittfläche 301 senkrecht zu der Haupterstreckungsebene 100 ist. Alternativ oder zusätzlich ist eine Erstreckung der weiteren Oberfläche 201 parallel zu der Haupterstreckungsebene 100 bevorzugt größer als eine Erstreckung der weiteren Schnittfläche 301 parallel zu der Haupterstreckungsebene 100.
Außerdem ist die Dämpfungsvorrichtung 7 bevorzugt parallel zu der Auslenkrichtung 101 auslenkbar. Beispielsweise ist hierbei das mikromechanische Bauelement 1 derart ausgebildet, dass eine Auslenkung der Auslenkvorrichtung 5 entlang der Auslenkrichtung 101 eine Auslenkung der Dämpfungsvorrichtung 7 entgegen der Auslenkrichtung 101 bewirkt. Somit wird ein mikromechanische Bauelement 1 bereitgestellt, wobei das mikromechanische Bauelement 1 Dämpfungselemente umfasst, welche nicht mehr eine bewegliche und eine statische Struktur umfassen, sondern zwei bewegliche Strukturen umfassen, die beide auf einander zubewegt und/oder voneinander wegbewegt werden können bzw. die sich bei einem Betrieb des mikromechanischen Bauelements 1 auf einander zubewegen und/oder voneinander wegbewegen.
Ferner ist das in 1 beispielhaft dargestellte mikromechanische Bauelement 1 bevorzugt derart ausgebildet, dass eine erste Projektion der Auslenkvorrichtung 5 auf die Haupterstreckungsebene 100 und eine zweite Projektion der Dämpfungsvorrichtung 7 auf die Haupterstreckungsebene 100 überlappen.
Des Weiteren umfasst die Dämpfungsvorrichtung 7 bevorzugt einen dritten Bereich 13 und einen von dem dritten Bereich 13 getrennten, besonders bevorzugt galvanisch getrennten, bzw. elektronisch isolierten vierten Bereich 14. Beispielsweise ist auch vorgesehen, dass die Dämpfungsvorrichtung 7 einen von dem dritten Bereich 13 und/oder von dem vierten Bereich 14 getrennten, bevorzugt galvanisch getrennten, bzw. elektronisch isolierten fünften Bereich 15 umfasst. Bevorzugt ist der vierte Bereich 14 als ein Trägerelement 14 und/oder der fünfte Bereich 15 als ein weiteres Trägerelement 15 ausgebildet, wobei die beiden Trägerelemente 14, 15 insbesondere als sich flächig hauptsächlich parallel zu der Haupterstreckungsebene 100 erstreckende Plattenelektroden 14, 15 ausgebildet sind. Außerdem ist das Trägerelement 14 und/oder das weitere Trägerelement 15 aus einer ersten Funktionsschicht mit einer ersten Funktionsebene parallel zur Haupterstreckungsebene 100 ausgebildet.
Des Weiteren umfasst die Auslenkvorrichtung 5 bevorzugt ein erstes Element 501. Bevorzugt ist das erste Element 501 als Elektrodenelement 501, besonders bevorzugt als Balkenelektrode, ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich ist das erste Element 501 als Dämpfungselement ausgebildet.
Außerdem erstreckt sich das erste Element 501 bevorzugt senkrecht zu der Auslenkrichtung 101 und parallel zu der Haupterstreckungsebene 100. Bevorzugt umfasst das mikromechanische Bauelement 1 ein weiteres erstes Element 501‘, wobei das weitere erste Element 501‘ mit dem ersten Element 501 über ein sich im Wesentlichen parallel zu der Auslenkrichtung 101 erstreckendes Verbindungselement 504 der Auslenkvorrichtung 5, bevorzugt elektrisch leitfähig und/oder bewegungsfest bzw. starr, verbunden ist. Außerdem umfasst das mikromechanische Bauelement 1 bevorzugt ein weiteres Verbindungselement 504‘, wobei sich das weitere Verbindungselement 504‘ im Wesentlichen parallel zu der Auslenkrichtung 101 erstreckt. Ferner ist das erste Element 501 und das weitere erste Element 501‘ über das weitere Verbindungselement 504‘ miteinander verbunden, bevorzugt elektrisch leitfähig und/oder bewegungsfest bzw. starr. Hierbei sind bevorzugt das erste Element 501 und das weitere erste Element 501‘ entlang einer zu der Auslenkrichtung 101 parallelen Projektionsrichtung überlappend angeordnet.
Wie in dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel des mikromechanischen Bauelements 1 umfasst die Auslenkvorrichtung 5 bevorzugt eine Ausnehmung 510, besonders bevorzugt drei Ausnehmungen 510. Hierbei erstreckt sich die Ausnehmung 510 entlang einer Richtung senkrecht zu der Haupterstreckungsebene 100 vollständig durch die Auslenkvorrichtung 5 hindurch. Außerdem ist das mikromechanische Bauelement 1 bevorzugt derart ausgebildet, dass die Ausnehmung 510 in einer Ebene parallel zu der Haupterstreckungsebene 100 von der Auslenkvorrichtung 5 umschlossen ist. Bevorzugt wird die Ausnehmung 510 von dem ersten Element 501, dem weiteren ersten Element 501‘, dem Verbindungselement 504 und dem weiteren Verbindungselement 504‘ in der Ebene parallel zu der Haupterstreckungsebene 100 umschlossen.
Bevorzugt umfasst die Auslenkvorrichtung 5 ein zweites Element 502 und ein weiteres zweites Element 502‘, wobei das zweite Element 502 und das weitere zweite Element 502‘ im Wesentlichen wie das erste Element 501 und das weitere erste Element 501‘ ausgebildet bzw. angeordnet sind. Außerdem umfasst die Auslenkvorrichtung 5 bevorzugt ein drittes Element 503, wobei das dritte Element 503 im Wesentlichen wie das erste Element 501 ausgebildet bzw. angeordnet sind.
Des Weiteren umfasst die in 1 beispielhaft dargestellte Auslenkvorrichtung 5 bevorzugt eine zweite Ausnehmung 520, besonders bevorzugt zwei zweite Ausnehmungen 520, wobei die zweite Ausnehmung 520 im Wesentlichen wie die Ausnehmung 510 ausgebildet und orientiert ist. Bevorzugt ist das mikromechanische Bauelement 1 derart ausgebildet, dass die zweite Ausnehmung 520 in einer Ebene parallel zu der Haupterstreckungsebene 100 von der Auslenkvorrichtung 5 umschlossen ist. Bevorzugt wird die zweite Ausnehmung 520 von dem zweiten Element 502, dem weiteren zweiten Element 502‘, dem Verbindungselement 504 und dem weiteren Verbindungselement 504‘ in der Ebene parallel zu der Haupterstreckungsebene 100 umschlossen.
Außerdem umfasst die Auslenkvorrichtung 5 bevorzugt eine dritte Ausnehmung 530, besonders bevorzugt sechs dritte Ausnehmungen 530, wobei die dritte Ausnehmung 530 im Wesentlichen wie die Ausnehmung 510 ausgebildet und orientiert ist. Bevorzugt ist das mikromechanische Bauelement 1 derart ausgebildet, dass die dritte Ausnehmung 530 in einer Ebene parallel zu der Haupterstreckungsebene 100 von der Auslenkvorrichtung 5 umschlossen ist. Bevorzugt wird die dritte Ausnehmung 530 von dem ersten Element 501, dem dritten Element 503, dem Verbindungselement 504 und dem weiteren Verbindungselement 504‘ in der Ebene parallel zu der Haupterstreckungsebene 100 umschlossen. Außerdem wird die dritte Ausnehmung 530 bevorzugt von dem ersten Element 501, dem dritten Element 503, dem Verbindungselement 504 und dem weiteren Verbindungselement 504‘ in der Ebene parallel zu der Haupterstreckungsebene 100 umschlossen.
Bevorzugt ist eine Erstreckung der dritten Ausnehmung 530 parallel zu der Auslenkrichtung 101 kleiner als eine Erstreckung der Ausnehmung 510 und/oder der zweiten Ausnehmung 520 parallel zu der Auslenkrichtung 101.
Bevorzugt ist die Erstreckung der Ausnehmung 510 und/oder der zweiten Ausnehmung 520 parallel zu der Auslenkrichtung 101 mehr als zweimal, bevorzugt mehr als dreimal, besonders bevorzugt mehr als viermal, so groß wie die Erstreckung der dritten Ausnehmung 530 parallel zu der Auslenkrichtung 101.
Des Weiteren umfasst die Dämpfungsvorrichtung 7 bevorzugt ein erstes Gegenelektrodenelement 701, besonders bevorzugt drei erste Gegenelektrodenelemente 701, und/oder ein zweites Gegenelektrodenelement 702, besonders bevorzugt zwei zweite Gegenelektrodenelemente 702. Hierbei ist die Dämpfungsvorrichtung 7 bevorzugt derart ausgebildet, dass das erste Gegenelektrodenelement 701 mit dem vierten Bereich 14 bewegungsfest gekoppelt ist und/oder das zweite Gegenelektrodenelement 702 mit dem fünften Bereich 15 bewegungsfest gekoppelte ist. Außerdem ist das erstes Gegenelektrodenelement 701 bevorzugt in der Ausnehmung 510 und/oder das zweites Gegenelektrodenelement 702 bevorzugt in der zweiten Ausnehmung 520 angeordnet. Bevorzugt ist das mikromechanische Bauelement 1 derart ausgebildet, dass das erste Gegenelektrodenelement 701 über ein Kontaktmittel 705 der Dämpfungsvorrichtung 7 elektrisch leitfähig mit dem vierten Bereich 14 gekoppelt und insbesondere elektrisch isoliert von dem fünften Bereich 15 ausgebildet ist. Des Weiteren ist das mikromechanische Bauelement 1 bevorzugt derart ausgebildet, dass das zweite Gegenelektrodenelement 702 über ein weiteres Kontaktmittel 707 elektrisch leitfähig mit dem fünften Bereich 15 gekoppelt und insbesondere elektrisch isoliert von dem vierten Bereich 14 ausgebildet ist. Bevorzugt sind das erste Element 501, das erste Gegenelektrodenelement 701 und/oder das zweite Gegenelektrodenelement 702 entlang einer zur Auslenkrichtung 101 parallelen Projektionsrichtung überlappend angeordnet. Ferner bevorzugt sind das erste Element 501, das erste Gegenelektrodenelement 701 und/oder das zweite Gegenelektrodenelement 702 als Elektrodenfinger ausgebildet. Insbesondere ist das mikromechanische Bauelement 1 derart ausgebildet, dass eine Wechselwirkung zwischen dem ersten Element 501 und dem ersten Gegenelektrodenelement 701 und/oder dem zweite Gegenelektrodenelement 702 sowie zwischen dem weiteren ersten Element 501‘ und dem ersten Gegenelektrodenelement 701 und/oder dem zweite Gegenelektrodenelement 702 zu den Dämpfungskräften bei einer Auslenkbewegung der Auslenkvorrichtung 5 und/oder der Dämpfungsvorrichtung 7 beiträgt.
Bevorzugt umfasst das mikromechanische Bauelement 1 einen Plattenkondensator, wobei der Plattenkondensator besonders bevorzugt das erste Element 501 und das erste Gegenelektrodenelement 701 umfasst. Außerdem umfasst das mikromechanische Bauelement 1 bevorzugt einen weiteren Plattenkondensator, wobei der weitere Plattenkondensator besonders bevorzugt das weitere erste Element 501‘ und das erste Gegenelektrodenelement 701 umfasst. Ferner umfasst die Auslenkvorrichtung 5 bevorzugt eine erste Elektrode und die Dämpfungsvorrichtung 7 eine zweite Elektrode, wobei die erste Elektrode und die zweite Elektrode miteinander Wechselwirken und beispielsweise eine Kraftwirkung für einen Antrieb des mikromechanische Bauelement 1 und/oder eine Auslenkungs- oder Kraftwirkungsdetektionsmöglichkeit zur Verfügung stellen. Alternativ ist bevorzugt vorgesehen, dass die Auslenkvorrichtung 5 und die Dämpfungsvorrichtung 7, insbesondere in miteinander wechselwirkenden Bereichen, auf einem elektrischen Potential liegen bzw. ein elektrisches Potential zur Verfügung stellen.
Die Dämpfungsvorrichtung 7 umfasst bevorzugt einen Dämpfungsfinger 703, besonders bevorzugt fünf oder sechs Dämpfungsfinger 703. Hierbei ist der Dämpfungsfinger 703 bevorzugt in der dritten Ausnehmung 530 angeordnet. Wie in 1 beispielhaft dargestellt, ist der Dämpfungsfinger 703 bevorzugt mit dem dritten Bereich 13 stoffschlüssig und bewegungsfest verbunden. Mit anderen Worten wird mit dem dritten Bereich 13 bevorzugt ein Korridor bereitgestellt, der erlaubt den Dämpfungsfinger 703 an ein Mittelmassen-Potenzial anzuschließen und gleichzeitig ein erstes Gegenelektrodenelement 701 und/oder ein zweites Gegenelektrodenelement 702 zu verwenden.
Bei dem in 2 beispielhaft dargestellten mikromechanische Bauelement 1 umfasst die Dämpfungsvorrichtung 7 kein erstes Gegenelektrodenelement 701 und kein zweites Gegenelektrodenelement 702. Mit anderen Worten wird bei dem in 2 beispielhaft dargestellten mikromechanische Bauelement 1 beispielsweise auf die doppelseitige bewegliche Detektion verzichtet und lediglich die Auslenkvorrichtung 5 und die Dämpfungsvorrichtung 7, insbesondere der Dämpfungsfinger 703 der Dämpfungsvorrichtung 7, doppelseitig beweglich ausgeführt. Mit anderen Worten umfasst das in 2 beispielhaft dargestellte mikromechanische Bauelement 1, bevorzugt beidseitig aufeinander zu bewegliche Kammfinger. Bevorzugt umfasst die Auslenkvorrichtung 5 erste Kammfinger und die Dämpfungsvorrichtung 7 zweite Kammfinger, wobei die ersten Kammfinger und die zweiten Kammfinger aufeinander zu beweglich, insbesondere parallel zu der Auslenkrichtung 101, ausgebildet sind. Hierdurch kann auf vorteilhafte Weise auf eine Trennung, insbesondere auf eine elektrische/galvanische Trennung in den dritten Bereich 13 und den vierten Bereich 14 und/oder den fünften Bereich 15 verzichtet werden. Somit wird in 2 beispielhaft ein mikromechanisches Bauelement 1 dargestellt, wobei die Detektion klassisch ausgebildet ist und der Teil mit der aktiven Dämpfung doppelseitig beweglich ausgebildet ist.
In 2 ist des Weiteren beispielhaft dargestellt, dass das mikromechanische Bauelement 1 ein erstes Gegenelektrodenelement 701 und ein zweites Gegenelektrodenelement 702, jeweils bevorzugt als Festelektrode ausgebildet, umfasst. Mit anderen Worten sind das erste Gegenelektrodenelement 701 und das zweite Gegenelektrodenelement 702 mit dem Substrat 3 bevorzugt bewegungsfest gekoppelt bzw. verbunden. Somit ist eine Detektion der Auslenkung der Auslenkvorrichtung 5 parallel zu der Auslenkrichtung 101 relativ zu dem Substrat 3 möglich.
Beispielsweise umfasst das mikromechanische Bauelement 1 eine erste Koppelvorrichtung 21 und eine zweite Koppelvorrichtung 22. Bevorzugt sind die erste Koppelvorrichtung 21 und die zweite Koppelvorrichtung 22 jeweils mechanische Koppelstrukturen. Mit anderen Worten ist das mikromechanische Bauelement 1 derart ausgebildet, dass die erste Koppelvorrichtung 21 und die zweite Koppelvorrichtung 22 gemeinsam die Auslenkvorrichtung 5 und die Dämpfungsvorrichtung 7 miteinander mechanisch koppeln. Alternativ sind die erste Koppelvorrichtung 21 und die zweite Koppelvorrichtung 22 jeweils elektrische Koppelstrukturen. Hierbei ist das mikromechanische Bauelement 1 bevorzugt derart ausgebildet, dass eine Auslenkung der Auslenkvorrichtung 5 parallel zu der Auslenkrichtung 101 mit der ersten Koppelvorrichtung 21 und/oder mit der zweiten Koppelvorrichtung 22 messbar ist und bevorzugt mit der ersten Koppelvorrichtung 21 und/oder zweiten Koppelvorrichtung 22 eine Kraftwirkung auf die Dämpfungsvorrichtung 7 derart ausübbar ist, dass die Dämpfungsvorrichtung 7 parallel zu und entgegen der Auslenkrichtung 101 auslenkbar ist. Mit anderen Worten ist das mikromechanische Bauelement 1 derart ausgebildet, dass die erste Koppelvorrichtung 21 und die zweite Koppelvorrichtung 22 gemeinsam die Auslenkvorrichtung 5 und/oder die Dämpfungsvorrichtung 7 miteinander elektrisch bzw. elektrostatisch koppeln. Besonders bevorzugt umfasst hierbei die erste Koppelvorrichtung 21 und die zweite Koppelvorrichtung 22 jeweils Kammstrukturen oder Plattenstrukturen, welche mit weiteren Kammstrukturen oder weiteren Plattenstrukturen der Auslenkvorrichtung 5 und/oder der Dämpfungsvorrichtung 7 elektrostatisch wechselwirken.
In 2 ist beispielhaft dargestellt, dass der Dämpfungsfinger 703 direkt über die erste Koppelvorrichtung 21 und die zweite Koppelvorrichtung 22 mit der Auslenkvorrichtung 5 mechanisch gekoppelt ist. Bevorzugt wird der Dämpfungsfinger 703 und die Auslenkvorrichtung 5 auf ein und demselben elektrischen Potential gehalten. Hierdurch wird auf vorteilhafte Weise eine lediglich mechanisch wirkende Dämpfungsstruktur zusätzlich zu elektrisch aktiven Komponenten oder auch ohne elektrisch aktive Komponenten der Dämpfungsvorrichtung 7 bereitgestellt. Somit ist es vorteilhaft möglich als Steigerung des Dämpfungseffekts zusätzliche Fingerstrukturen zu verwenden, die ausschließlich zur Erhöhung der Dämpfung dienen.
Des Weiteren zeigt 1 beispielhaft, dass die erste Koppelvorrichtung 21 ein erstes Koppelelement 31 mit einem ersten Schenkel 41 und einem zweiten Schenkel 42 und ein zweites Koppelelement 32 mit einem dritten Schenkel 43 und einem vierten Schenkel 44 umfasst. Der erste Schenkel 41 ist bevorzugt federelastisch mit der Auslenkvorrichtung 5 gekoppelt, der zweite Schenkel 42 ist bevorzugt starr mit dem ersten Schenkel 41 an einem Verbindungspunkt 51 verbunden. Hierbei sind der erste Schenkel 41 und der zweite Schenkel 42 bevorzugt in einer Ebene parallel zu der Haupterstreckungsebene 100 senkrecht zueinander angeordnet. Ferner sind der erste Schenkel 41 und der zweite Schenkel 42 bevorzugt um eine senkrecht zu der Haupterstreckungsebene 100 verlaufende und den Verbindungspunkt 51 schneidende erste Schwenkachse 51 schwenkbar mit dem Substrat 3 verbunden. Das erste Koppelelement 31 und das zweite Koppelelement 32 sind im Wesentlichen gleich, insbesondere spiegelsymmetrisch, ausgebildet, wobei das zweite Koppelelement 32 um eine zweite Schwenkachse 52 bzw. einen zweiten Verbindungspunkt 52 schwenkbar ausgebildet ist. Außerdem ist der vierte Schenkel 44 bevorzugt mit der Dämpfungsvorrichtung 7 federelastisch verbunden. Der zweite Schenkel 42 und der dritte Schenkel 43 sind bevorzugt über ein Federmittel 35 der ersten Koppelvorrichtung 21 federelastisch miteinander gekoppelt. Außerdem ist das mikromechanische Bauelement 1, bevorzugt das Federmittel 35, insbesondere derart ausgebildet, dass der zweite Schenkel 42 und der dritte Schenkel 43 elektrisch isoliert voneinander sind. Dies ist durch eine gestrichelte Linie zwischen dem zweiten Schenkel 42 und dem dritten Schenkel 43 angedeutet, wobei die gestrichelte Linie das Federmittel 35 schneidet. Ferner weisen die Schenkel 41, 42, 43, 44 bevorzugt jeweils gleiche oder unterschiedliche Schenkellängen 310, 320, 330, 340 auf, um ein bestimmtes Übersetzungsverhältnis der Kopplung zwischen der Auslenkvorrichtung 5 und der Dämpfungsvorrichtung 7 zu erreichen. Prinzipiell lassen sich durch eine Wahl von unterschiedlichen Schenkellängen 310, 320, 330, 340 der ersten Koppelvorrichtung 21 bzw. der zweite Koppelvorrichtung 22 andere Übersetzungsverhältnisse zwischen den Auslenkungen der Auslenkvorrichtung 5 und der Dämpfungsvorrichtung 7 einstellen.
Die in 1 beispielshaft dargestellte zweite Koppelvorrichtung 22 ist im Wesentlichen so wie die erste Koppelvorrichtung 21, jedoch spiegelsymmetrisch zu der ersten Koppelvorrichtung 21 bezüglich einer senkrecht zu der Haupterstreckungsebene 100 und parallel zu der Auslenkrichtung 101 verlaufenden Spiegelebene, ausgebildet bzw. angeordnet. Das in 1 dargestellte mikromechanische Bauelement 1 umfasst eine weitere erste Koppelvorrichtung 21‘ und eine weitere zweite Koppelvorrichtung 22‘, wobei die weitere erste Koppelvorrichtung 21‘ und die weitere zweite Koppelvorrichtung 22‘ im Wesentlichen wie die erste Koppelvorrichtung 21 und die zweite Koppelvorrichtung 22, jedoch jeweils spiegelsymmetrisch zu der ersten Koppelvorrichtung 21 und der zweiten Koppelvorrichtung 22 jeweils bezüglich einer senkrecht zu der Auslenkrichtung 101 verlaufenden Spiegelebene, ausgebildet bzw. angeordnet sind. Bevorzugt ist das mikromechanische Bauelement 1 derart ausgebildet, dass die erste Koppelvorrichtung 21 und die weitere erste Koppelvorrichtung 21‘ jeweils die Auslenkvorrichtung 5 mit dem vierten Bereich 14 und die zweite Koppelvorrichtung 22 und die weitere zweite Koppelvorrichtung 22‘ jeweils die Auslenkvorrichtung 5 mit dem fünften Bereich 15, insbesondere mechanisch, koppeln.
Mit anderen Worten umfasst das mikromechanische Bauelement 1 eine Dämpfungsstruktur bzw. eine Dämpfungsvorrichtung 7, welche mit der Auslenkvorrichtung 5 mechanisch gekoppelt ist, wobei die Auslenkvorrichtung 5 bei Auslenkung einen Umlenkmechanismus bzw. die erste Koppelvorrichtung 21 und/oder die zweite Koppelvorrichtung 22 aktiviert, was dazu führt, dass die Dämpfungsvorrichtung 7 auf die Auslenkvorrichtung 5 zu bewegt wird.
Des Weiteren ist die Dämpfungsstruktur 7 bevorzugt zur kapazitiven Detektion einer Auslenkung der Auslenkvorrichtung 5, bevorzugt parallel zu der Auslenkrichtung 101, in Abhängigkeit eines Abstands 400, bevorzugt parallel zu der Auslenkrichtung 101, zwischen dem ersten Element 501 und dem ersten Gegenelektrodenelement 701 und/oder in Abhängigkeit eines weiteren Abstands 400‘, bevorzugt parallel zu der Auslenkrichtung 101, zwischen dem weiteren Elektrodenelement 501‘ und dem ersten Gegenelektrodenelement 701 konfiguriert. Bevorzugt weist hierbei das erste Gegenelektrodenelement 701 eine Gegenelektrodenbreite 710 auf, welche kleiner ist als eine Ausnehmungsbreite 510‘ der Ausnehmung 510. Hierbei erstrecken sich die Gegenelektrodenbreite 710 und die Ausnehmungsbreite 510‘ jeweils parallel zu der Auslenkrichtung 101. Bevorzugt ist das mikromechanische Bauelement 1 derart konfiguriert, dass sich bei einer Auslenkung der Auslenkvorrichtung 5 um einen Weg x der Abstand 400 bzw. der weitere Abstand 400‘ bzw. der effektive Gap zwischen den Strukturen um den doppelten Weg (also 2x) verändert. Mit anderen Worten führt eine Auslenkung der Auslenkvorrichtung 5 parallel zu der Auslenkrichtung 101 um einen Weg x zu einer Änderung des Abstands 400 bzw. des weiteren Abstands 400‘ um einen Weg 2x. Bevorzugt vergrößert sich der Abstand 400 bzw. verringert sich der weitere Abstand 400‘ um einen Weg 2x bei einer Auslenkung der Auslenkvorrichtung 5 parallel zu und in Richtung der Auslenkrichtung 101. Außerdem verringert sich der Abstand 400 bzw. vergrößert sich der weitere Abstand 400‘ um einen Weg 2x bei einer Auslenkung der Auslenkvorrichtung 5 parallel zu und entgegen der Richtung der Auslenkrichtung 101. Hierdurch ist es auf vorteilhafte Weise mit dem erfindungsgemäßen mikromechanische Bauelement 1 möglich, die Dämpfungskraft bei Auslenkung der Auslenkvorrichtung 5 und der Dämpfungsvorrichtung 7 aufgrund des, insbesondere gegenüber herkömmlichen Topologien, schneller kleiner werdenden Gaps deutlich zu erhöhen.
Durch eine Auslenkung der Auslenkvorrichtung 5 parallel zu und in Richtung der Auslenkrichtung 101 und eine Auslenkung der Dämpfungsvorrichtung 7 parallel zu und entgegen der Auslenkrichtung 101 wird der Abstand 400 gegenüber dem weiteren Abstand 400‘ deutlich vergrößert. Die erste Koppelvorrichtung 21 und die zweite Koppelvorrichtung 22 führt dazu, dass das erste Gegenelektrodenelement 701 von dem Elektrodenelement 501 weg und auf das weitere Elektrodenelement 501‘ zubewegt wird. Hierbei wird insbesondere im einfachsten Fall bei einer Auslenkung der Auslenkvorrichtung 5 um einen Weg der Abstand 400 um den doppelten Weg vergrößert.
3 zeigt beispielhaft Dämpfungsstrukturen, wobei die Dämpfungsstrukturen Teile der Auslenkvorrichtung 5 und der Dämpfungsvorrichtung 7 umfassen. Insbesondere umfassen die Dämpfungsstrukturen eine lokal vergrößerte Plattenhöhe h. Ferner ist der Bereich 11 der Auslenkvorrichtung 5 senkrecht zu der Haupterstreckungsebene 100 bevorzugt weniger hoch ausgebildet als ein der Dämpfungsvorrichtung 7 zugewandter sechster Bereich 16 der Auslenkvorrichtung 5. Außerdem ist der weitere Bereich 12 der Dämpfungsvorrichtung 7 senkrecht zu der Haupterstreckungsebene 100 bevorzugt weniger hoch ausgebildet als ein der Auslenkvorrichtung 5 zugewandter siebter Bereich 17 der Dämpfungsvorrichtung 7. Mit anderen Worten hat die Auslenkvorrichtung 5 und/oder die Dämpfungsvorrichtung 7 jeweils eine Höhe, die geringer ist als die von mit der Auslenkvorrichtung 5 und/oder der Dämpfungsvorrichtung 7 gekoppelter, bevorzugt stoffschlüssig gekoppelter, Dämpfungsplatten.
Des Weiteren ist das mikromechanische Bauelement 1 bevorzugt derart ausgebildet, dass das erste Element 501 und/oder das weitere erste Element 501‘ und/oder das zweite Element 502 und/oder das weitere zweite Element 502‘ und/oder das dritte Element 503 und/oder das Verbindungselement 504 und/oder das weitere Verbindungselement 504‘ jeweils eine der Dämpfungsvorrichtung 7 zugewandte Oberfläche 200 der Auslenkvorrichtung 5 umfasst, wobei die jeweilige Oberfläche 200 größer als jeweils eine senkrecht zu der Auslenkrichtung 101 angeordnete und jeweils in einem von der Dämpfungsvorrichtung 7 abgewandten Bereich 11 der Auslenkvorrichtung 5 angeordnete Schnittfläche 300 der Auslenkvorrichtung 5 ist.
Des Weiteren ist das mikromechanische Bauelement 1 bevorzugt derart ausgebildet, dass das erste Gegenelektrodenelement 701 und/oder das zweite Gegenelektrodenelement 702 und/oder der Dämpfungsfinger 703 jeweils eine der Auslenkvorrichtung 5 zugewandte weitere Oberfläche 201 der Dämpfungsvorrichtung 7 umfasst, wobei die jeweilige weitere Oberfläche größer als jeweils eine senkrecht zu der Auslenkrichtung 101 angeordnete und jeweils in einem von der Auslenkvorrichtung 5 abgewandten weiteren Bereich 12 der Dämpfungsvorrichtung 7 angeordnete weitere Schnittfläche 301 der Dämpfungsvorrichtung 7 ist.
Somit ist es auf vorteilhafte Weise möglich, dass mithilfe von Elektroden, bevorzugt Detektionselektroden, die sich aufeinander zu bewegen, neben den elektrischen Eigenschaften auch gezielt die mechanischen Dämpfungseigenschaften des mikromechanischen Bauelements 1 beeinflussbar sind.
Bevorzugt wird zur Detektion einer Translationsbewegung und/oder Rotationsbewegung des mikromechanischen Bauelements 1 eine Auslenkung der Auslenkvorrichtung 5 entlang der Auslenkrichtung 101 kapazitiv detektiert. Im Folgenden wird ein erfindungsgemäß bevorzugtes Betriebsverfahren des mikromechanischen Bauelements 1 beispielhaft anhand der ersten Koppelvorrichtung 21 beschrieben, wobei die Beschreibung entsprechend auch für die zweite Koppelvorrichtung 22, die weitere erste Koppelvorrichtung 21‘ und die weitere zweite Koppelvorrichtung 22‘ entsprechend gilt.
In einem ersten Betriebsschritt wird – beispielsweise aufgrund einer auf die Auslenkvorrichtung 5 in Richtung der Auslenkrichtung 101 wirkenden Beschleunigungskraft oder Corioliskraft – die Auslenkvorrichtung 5 in Richtung der Auslenkrichtung 101 ausgelenkt.
In einem zweiten Betriebsschritt wird in Abhängigkeit der Auslenkung der Auslenkvorrichtung 5 in Richtung der Auslenkrichtung 101 eine Schwenkbewegung der ersten Koppelvorrichtung 21 bewirkt. Hierbei wird ein mit der Auslenkvorrichtung 5 federelastisch gekoppeltes erstes Ende des ersten Schenkels 41 in Richtung der Auslenkrichtung 101 derart mitgenommen, dass eine erste Schwenkbewegung des ersten Koppelelements 31 um die erste Schwenkachse 51, bevorzugt in der Bildebene der 1 entgegen dem Uhrzeigersinn, bewirkt wird. Hierdurch wird das zweite Koppelelement 32 aufgrund der federelastischen Kopplung zwischen dem ersten Koppelelement 31 und dem zweiten Koppelelement 32 – hier mittels des Federmittels 35, d.h. zwischen dem zweiten Schenkel 42 und dem dritten Schenkel 43 – eine zweite Schwenkbewegung des zweiten Koppelelements 32 um die zweite Schwenkachse 52, bevorzugt in der Bildebene der 1 im Uhrzeigersinn, erzeugt. Somit schwenkt der vierte Schenkel 44 in einer Richtung entgegen der Auslenkrichtung 101. Hierdurch wird die mit dem vierten Schenkel 44 federelastisch gekoppelte Dämpfungsvorrichtung 7 parallel zu und entgegen der Auslenkrichtung 101 ausgelenkt. Insbesondere bewirkt umgekehrt eine entgegengesetzte Auslenkung der Auslenkvorrichtung 5 parallel zu aber entgegen der Auslenkrichtung 101 in analoger Weise eine Auslenkung der Dämpfungsvorrichtung 7 parallel zu und entgegen der Auslenkrichtung 101.
Das erfindungsgemäße mikromechanische Bauelement 1 ist insbesondere gegenüber herkömmlichen Inertialsensoren, welche Feststrukturen sowie bewegliche Strukturen umfassen, vorteilhaft. Mit dem erfindungsgemäßen mikromechanische Bauelement 1 ergeben sich insbesondere Vorteile bzgl. Flächenverbrauch sowie verbessertem clipping Verhalten im Vergleich zum Stand der Technik.
Durch Bewegen von Strukturen bzw. der Auslenkvorrichtung 5 und/oder der Dämpfungsvorrichtung 7 bauen sich insbesondere geschwindigkeitsabhängige Dämpfungskräfte auf. Die Dämpfungskräfte entstehen aufgrund unterschiedlicher physikalischer Effekte. Einer von mehreren dieser Dämpfungsbeiträge wird squeeze-film-damping genannt, der beispielsweise beim Zubewegen von beweglichen Strukturen auf Feststrukturen entsteht. Dabei wird beispielsweise ein Medium, bevorzugt ein Gasmedium, zwischen den Strukturen komprimiert. Ein Dämpfungsbeitrag, auch inverse Güte genannt, durch Squeeze-Film-Dämpfung an einer langen rechteckigen Platte der Länge L, Höhe h und mit Gap bzw. Abstand d lässt sich beispielsweise analytisch abschätzen durch
Hier bezeichnet µ_eff die effektive Viskosität des Mediums, bevorzugt eines umgebenden Gases, m die Masse und ω die Kreisfrequenz der insbesondere harmonisch gegen eine Wand oszillierenden Platte. Erfindungsgemäß bevorzugt umfasst das mikromechanische Bauelement 1 ein Medium mit einer auf die gewünschten Dämpfungskräfte abgestimmten Viskosität. Der Effekt ist somit stark von der Gapweite zwischen festen und beweglichen Strukturen abhängig. Je kleiner der Restgap, und je höher die Geschwindigkeit, desto höher die Dämpfungskraft. Außerdem ergibt sich auch aus der Höhe der Platte eine signifikante Abhängigkeit. Eine numerische Simulation einer normierten inversen Detektionsgüte 600 in Abhängigkeit des bzw. als Funktion eines Gap-Abstands 601 ist beispielhaft in 4 für ein mikromechanische Bauelement 1 bzw. einen Drehratensensor dargestellt.

Claims

Mikromechanisches Bauelement (1), wobei das mikromechanische Bauelement (1) eine parallel zu einer Auslenkrichtung (101) auslenkbare Auslenkvorrichtung (5) umfasst, wobei das mikromechanische Bauelement (1) eine Dämpfungsvorrichtung (7) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Dämpfungsvorrichtung (7) zugewandte Oberfläche (200) der Auslenkvorrichtung (5) größer als eine senkrecht zu der Auslenkrichtung (101) angeordnete und in einem von der Dämpfungsvorrichtung (7) abgewandten Bereich (11) der Auslenkvorrichtung (5) angeordnete Schnittfläche (300) der Auslenkvorrichtung (5) ist.
Mikromechanisches Bauelement (1) nach Anspruch 1, wobei eine Erstreckung der Oberfläche (200) senkrecht zu einer parallel zu der Auslenkrichtung (101) verlaufenden Haupterstreckungsebene (100) eines Substrats (3) des mikromechanischen Bauelements (1) größer als eine Erstreckung der Schnittfläche (300) senkrecht zu der Haupterstreckungsebene (100) ist.
Mikromechanisches Bauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Erstreckung der Oberfläche (200) parallel zu einer parallel zu der Auslenkrichtung (101) verlaufenden Haupterstreckungsebene (100) eines Substrats (3) des mikromechanischen Bauelements (1) größer als eine Erstreckung der Schnittfläche (300) parallel zu der Haupterstreckungsebene (100) ist.
Mikromechanisches Bauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine der Auslenkvorrichtung (5) zugewandte weitere Oberfläche (201) der Dämpfungsvorrichtung (7) größer als eine senkrecht zu der Auslenkrichtung (101) angeordnete und in einem von der Auslenkvorrichtung (5) abgewandten weiteren Bereich (12) der Dämpfungsvorrichtung (7) angeordnete weitere Schnittfläche (301) der Dämpfungsvorrichtung (7) ist.
Mikromechanisches Bauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Erstreckung der weiteren Oberfläche (201) senkrecht zu einer parallel zu der Auslenkrichtung (101) verlaufenden Haupterstreckungsebene (100) eines Substrats (3) des mikromechanischen Bauelements (1) größer als eine Erstreckung der weiteren Schnittfläche (301) senkrecht zu der Haupterstreckungsebene (100) ist.
Mikromechanisches Bauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Erstreckung der weiteren Oberfläche (201) parallel zu einer parallel zu der Auslenkrichtung (101) verlaufenden Haupterstreckungsebene (100) eines Substrats (3) des mikromechanischen Bauelements (1) größer als eine Erstreckung der weiteren Schnittfläche (301) parallel zu der Haupterstreckungsebene (100) ist.
Mikromechanisches Bauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dämpfungsvorrichtung (7) parallel zu der Auslenkrichtung (101) auslenkbar ist, wobei das mikromechanische Bauelement (1) derart ausgebildet ist, dass eine Auslenkung der Auslenkvorrichtung (5) entlang der Auslenkrichtung (101) eine Auslenkung der Dämpfungsvorrichtung (7) entgegen der Auslenkrichtung (101) bewirkt.
Mikromechanisches Bauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das mikromechanische Bauelement (1) derart ausgebildet ist, dass eine erste Projektion der Auslenkvorrichtung (5) auf eine parallel zu der Auslenkrichtung (101) verlaufende Haupterstreckungsebene (100) eines Substrats (3) des mikromechanischen Bauelements (1) und eine zweite Projektion der Dämpfungsvorrichtung (7) auf die Haupterstreckungsebene (100) überlappen.
Mikromechanisches Bauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dämpfungsvorrichtung (7) einen dritten Bereich (13) und einen von dem dritten Bereich (13) getrennten, bevorzugt galvanisch getrennten, vierten Bereich (14) umfasst.
Mikromechanisches Bauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dämpfungsvorrichtung (7) einen von dem dritten Bereich (13) und/oder von dem vierten Bereich (14) getrennten, bevorzugt galvanisch getrennten, fünften Bereich (15) umfasst.