WO2009010355A2 - Mikromechanisches bauelement und verfahren zum betrieb eines mikromechanischen bauelements - Google Patents

Mikromechanisches bauelement und verfahren zum betrieb eines mikromechanischen bauelements Download PDF

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WO2009010355A2
WO2009010355A2 PCT/EP2008/057553 EP2008057553W WO2009010355A2 WO 2009010355 A2 WO2009010355 A2 WO 2009010355A2 EP 2008057553 W EP2008057553 W EP 2008057553W WO 2009010355 A2 WO2009010355 A2 WO 2009010355A2
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electrode
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micromechanical component
overlap
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Johannes Classen
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Robert Bosch Gmbh
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    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B3/00—Devices comprising flexible or deformable elements, e.g. comprising elastic tongues or membranes
    • B81B3/0064—Constitution or structural means for improving or controlling the physical properties of a device
    • B81B3/0086—Electrical characteristics, e.g. reducing driving voltage, improving resistance to peak voltage
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P15/125—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by capacitive pick-up
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
    • B81B2201/03—Microengines and actuators
    • B81B2201/033—Comb drives
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2203/00—Basic microelectromechanical structures
    • B81B2203/01—Suspended structures, i.e. structures allowing a movement
    • B81B2203/0136—Comb structures

Definitions

  • the invention is based on a micromechanical component according to the preamble of claim 1.
  • micromechanical components are well known.
  • US Pat. No. 5,025,346 discloses a micromechanical component which has a carrier substrate and a seismic mass, wherein the carrier substrate comprises first electrodes and the seismic mass comprises second electrodes, and wherein the seismic mass is movable in a main movement direction relative to the carrier substrate.
  • the first electrodes as well as the second electrodes overlap in a direction perpendicular to the main movement direction in a main extension plane of the support substrate.
  • the minimum distance between the first electrodes and the second electrodes is limited by the manufacturing process.
  • the micromechanical component according to the invention and the method for operating a micromechanical component according to the independent claims have the advantage over the prior art that the electrostatic force effect between the second electrodes and the first electrodes is considerably increased, while at the same time reducing the required base area of the micromechanical component becomes.
  • the electrostatic force action between the first electrodes and the second electrodes overlapping therewith depends on the reciprocal distance of the electrodes from one another and therefore increases with decreasing electrode spacing.
  • a reduction in the electrode gap below the production-related lower limit for Structure distances in the manufacturing process of the micromechanical device addition is achieved by an inventive arrangement of first electrodes and second electrodes in that the electrodes have no overlap in the first direction in the manufacturing process and therefore also in the rest position of the second electrode or the seismic mass.
  • An overlap is provided only in the deflection state of the second electrodes and / or the seismic mass, so that the distance between the first electrodes and the second electrodes is independent of the manufacturing process.
  • the reduction of the electrode spacing causes a significantly higher electrostatic force effect between the electrodes compared to the prior art.
  • the production-related lower limit for structure distances influences only the respective distance between the first electrodes and the respective distance between the second electrodes, but not the distance between the first electrodes and the second electrodes.
  • the smaller electrode spacing allows a higher electrode density, so that the required footprint of the micromechanical device is reduced.
  • first electrodes and / or the second electrodes comprise a seismic mass and the second electrode and / or the first electrodes comprise a solid structure.
  • first electrode as part of the solid structure and the second electrode as part of the seismic mass will be considered by way of example.
  • the solid structure has further first electrodes and the seismic mass has further second electrodes, wherein in the rest position an overlapping of the further first electrodes with the further second electrodes in the first direction is provided.
  • the overlapping further electrodes cause a greater and more efficient electrostatic force effect among one another than the first and second electrodes which do not overlap in the rest position.
  • a deflection of the second electrodes and / or the seismic mass from the rest position by the further electrodes generates an overlap of the first and second electrodes.
  • the force effect of the further electrodes for moving the second electrodes and / or the seismic mass is negligible, since in this case the force action between the first and second electrodes is substantially greater due to the smaller electrode spacing.
  • the micromechanical component has a first stop and the second electrodes and / or the seismic mass has a second stop, wherein in the rest position no overlapping of the first and the second stop in the first direction is provided. Only in the Auslenkungslage done at least partially such an overlap. Analogous to the second and first electrodes, smaller abutment distances than the minimum distances caused by the manufacture are achieved in that in the rest position the stops do not overlap in the first direction.
  • the stops according to the invention in the deflection position therefore allow an almost arbitrarily adjustable deflection limitation of the second electrodes and / or the seismic mass with respect to a further deflection parallel to the first direction.
  • the distance between the first and the second stop parallel to the first direction is smaller than the distance of each first electrode to the next second electrode in this direction.
  • a mechanical contact of a second electrode with a first electrode in the deflection state is prevented despite the small electrode spacing by the stops, so that an electrical short circuit between the electrodes, damage to the electrodes and / or adherence of the electrodes is prevented.
  • the first and / or the second stop is at the electrical potential of the second electrodes and / or the seismic mass.
  • an electrical potential difference between the stops is prevented, so that a mechanical contact between the first and the second stop does not cause an electrical short circuit.
  • Another object of the present invention is a method for operating a micromechanical device, wherein electrostatic forces acting between the first electrodes and the second electrodes by means of an electric potential difference between the first electrode and / or the solid structure or a part of the solid structure and the second electrodes and / or the seismic mass or a part of the seismic mass are generated.
  • the second electrodes and the first electrodes are therefore advantageously at a different electrical potential, so that an electrostatic force acts on the second and first electrodes and consequently a maximum force action is achieved for moving the second electrodes and / or the seismic mass in the main movement direction ,
  • the electrostatic forces cause a deflection of the second electrodes and / or the seismic mass from the rest position such that an overlap of the first electrodes with the second electrodes in the first direction is produced in the deflection position.
  • the overlap only in the Deflection state leads to a significant increase in the electrostatic force effect, since this method allows compared to the prior art much smaller electrode distances parallel to the first direction. In particular, electrode distances independent of production-related lower limits can be realized.
  • electrostatic forces are generated between a further first electrode and a further second electrode for the deflection of the second electrodes and / or the seismic mass from the rest position.
  • the method makes possible a considerably more efficient movement excitation of the second electrodes and / or the seismic mass in comparison to the prior art, since the more efficient movement excitation takes place depending on the relative position of the second electrodes and / or the seismic mass relative to the carrier substrate.
  • an electrostatic force effect is caused by the overlapping further electrodes and in the deflection position by the second and first electrodes, which in particular have a smaller electrode spacing than the further electrodes.
  • FIG. 1 shows a schematic plan view of a component according to the invention according to a first embodiment, wherein a seismic mass of the micromechanical component is shown in a rest position
  • FIG. 2 shows a further schematic plan view of a component according to the invention according to the first embodiment, the seismic mass being shown in a deflection position
  • FIG. 3 is a schematic plan view of a component according to the invention according to a second embodiment, wherein the seismic mass is shown in the rest position
  • FIG schematic plan view of a device according to the invention according to a third embodiment wherein the seismic mass is shown in the rest position
  • Figure 5 is a further schematic plan view of a device according to the invention according to the third embodiment, wherein the seismic mass is shown in the deflection position.
  • FIG. 1 shows a schematic plan view of a component 1 according to the invention in accordance with a first exemplary embodiment, the micromechanical component 1 having a solid structure 2 and a seismic mass 3, the solid structure 2 having first electrodes 4 and the seismic mass 3 having second electrodes 5 and wherein the seismic mass 3 is movable relative to the fixed structure 2 in a main movement direction 8 parallel to the direct connecting line of the seismic mass 3 with the fixed structure 2 in a main extension plane 7 of the solid structure 2.
  • the seismic mass 3 is shown with respect to the solid structure 2 in a rest position 14, wherein the first electrodes 4 and the second electrodes 5 parallel to the main movement direction 8 are spaced apart 6 "such that the first electrodes 4 relative to the second electrodes 5 in a to
  • the first and second electrodes 4, 5 and / or the seismic mass 3 are designed such that an excitation of vibrations of the seismic mass 3 with a vibration amplitude greater than the distance 6 "parallel to the main movement direction 8 between a second electrode 5 and a first electrode 4 from the rest position 14 is made possible.
  • the micromechanical component 1 preferably has a micromechanical comb drive realized by means of the second and first electrodes 4, 5.
  • FIG. 2 shows a schematic plan view of a micromechanical component 1 according to the invention in accordance with the first embodiment, wherein, however, the seismic mass 3 is not in the rest position 14 as shown in FIG. 1 but in a deflection position 15. Therefore, the second electrodes 5 have an overlap 6 'with the first electrodes 4 along the first direction 6.
  • the application of two suitable electrical potentials to the seismic mass 3 and to the solid structure 2 induces an electrostatic force between the electrodes 4, 5, so that the second electrodes 4 and the first electrodes 5 attract each other. In particular, this causes a resultant force action between the seismic mass 3 and the solid structure 2 parallel to the main movement direction eighth
  • FIG. 3 shows a schematic plan view of a micromechanical component 1 according to the invention in accordance with a second exemplary embodiment.
  • the figure and the reference numerals essentially correspond to those of the micromechanical component 1 of the first embodiment illustrated in FIG. 1, but the solid structure 2 has further first electrodes 4 'and the seismic mass 3 has further second electrodes 5' and wherein in the illustrated rest position 14 the further first electrodes 4 'with the further second electrodes 5' have an overlap 16 in the first direction 6.
  • the further electrodes 4 ', 5' are designed such that a deflection of the seismic mass 3 with an overlap 6 'of the second electrodes 5 with the first electrodes 4 in the first direction 6 by electrostatic forces between the other second electrodes 5' and is made possible with these overlapping 16 further first electrode 4 'in the rest position 14.
  • FIG. 4 schematically shows a schematic plan view of a micromechanical component 1 according to the invention in accordance with an exemplary third embodiment, the illustrated micromechanical component 1 essentially corresponding to the micromechanical component 1 of the first embodiment according to FIG.
  • micromechanical device 1 according to the third embodiment, a first stop 10 and the seismic mass 3, a second stop 1 1, wherein the first and the second stop 10, 11 in the illustrated rest position 14 are spaced apart such that the first stop 10 has no overlap with the second stop 1 1 in the first direction 6.
  • FIG. 5 likewise shows a schematic plan view of the component according to the invention of the third embodiment, wherein, however, the seismic mass 3 is not in the rest position 14, but in the deflection position 15, compared to the representation in FIG. 4, so that the micromechanical component 1 overlaps of the first stop 10 with the second stop 1 1 in the first direction 6 has.
  • the distance between the first and the second stop 10, 1 1 parallel to the first direction 6 is less than the distance between each second electrode 5 to the nearest first electrode 4th

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Abstract

Es wird ein mikromechanisches Bauelement und ein Verfahren zum Betrieb eines mikromechanischen Bauelements vorgeschlagen, wobei das mikromechanische Bauelement eine Feststruktur und eine seismische Masse aufweist, wobei die Feststruktur erste Elektroden und die seismische Masse zweite Elektroden aufweist und wobei die seismische Masse gegenüber der Feststruktur in einer zur direkten Verbindungslinie der seismischen Masse mit der Feststruktur parallelen Hauptbewegungsrichtung in einer Haupterstreckungsebene der Feststruktur beweglich ist und wobei ferner in einer Ruhelage der seismischen Masse die ersten Elektroden und die zweiten Elektroden derart voneinander beabstandet sind, dass keine Überlappung der ersten Elektroden relativ zu den zweiten Elektroden in einer zur Hauptbewegungsrichtung senkrechten ersten Richtung in der Haupterstreckungsebene vorgesehen ist und lediglich in einem Auslenkungszustand eine derartige Überlappung entsteht.

Description

Beschreibung
Titel
Mikromechanisches Bauelement und Verfahren zum Betrieb eines mikromechanischen Bauelements
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem mikromechanischen Bauelement nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Solche mikromechanischen Bauelemente sind allgemein bekannt. Beispielsweise ist aus der Druckschrift US 5 025 346 ein mikromechanisches Bauelement bekannt, welches ein Trägersubstrat und eine seismische Masse aufweist, wobei das Trägersubstrat ersten Elektroden und die seismische Masse zweiten Elektroden umfasst und wobei die seismische Masse in einer Hauptbewegungsrichtung gegenüber dem Trägersubstrat beweglich ist. Die ersten Elektroden als auch die zweiten Elektroden überlappen sich in einer zur Hauptbewegungsrichtung senkrechten Richtung in einer Haupterstreckungsebene des Trägersubstrats. Der Minimalabstand zwischen den ersten Elektroden und den zweiten Elektroden wird durch den Herstellungsprozess limitiert.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße mikromechanische Bauelement und das Verfahren zum Betrieb eines mikromechanischen Bauelements gemäß den nebengeordneten Ansprüchen haben gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass die elektrostatische Kraftwirkung zwischen den zweiten Elektroden und den ersten Elektroden erheblich gesteigert wird, während gleichzeitig die benötigte Grundfläche des mikromechanischen Bauelements reduziert wird. Die elektrostatische Kraftwirkung zwischen den ersten Elektroden und den mit diesen überlappenden zweiten Elektroden ist abhängig vom reziproken Abstand der Elektroden zueinander und steigt daher mit abnehmendem Elektrodenabstand. Eine Verringerung des Elektrodenabstands unter die fertigungsbedingte Untergrenze für Strukturabstände im Herstellungsprozess des mikromechanischen Bauelements hinaus, wird durch eine erfindungsgemäße Anordnung von ersten Elektroden und zweiten Elektroden dadurch erzielt, dass die Elektroden im Herstellungsprozess und daher auch in der Ruhelage der zweiten Elektroden bzw. der seismischen Masse keinerlei Überlappung in der ersten Richtung aufweisen. Eine Überlappung ist lediglich im Auslenkungszustand der zweiten Elektroden und/oder der seismischen Masse vorgesehen, so dass der Abstand zwischen den ersten Elektroden und den zweiten Elektroden unabhängig vom Herstellungsprozess ist. Die Reduzierung des Elektrodenabstands bewirkt im Vergleich zum Stand der Technik eine deutlich höhere elektrostatische Kraftwirkung zwischen den Elektroden. Die herstellungsbedingte Untergrenze für Strukturabstände beeinflusst in der erfindungsgemäßen Anordnung lediglich den jeweiligen Abstand der ersten Elektroden bzw. den jeweiligen Abstand der zweiten Elektroden untereinander, nicht jedoch den Abstand zwischen den ersten Elektroden und den zweiten Elektroden. Ferner ermöglicht der geringere Elektrodenabstand eine höhere Elektrodendichte, so dass die benötigte Grundfläche des mikromechanischen Bauelements reduziert wird.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die ersten Elektroden und/oder die zweiten Elektroden eine seismische Masse und die zweiten Elektrode und/oder die ersten Elektroden eine Feststruktur umfassen. Im Folgenden wird daher beispielhaft die erste Elektrode als Teil der Feststruktur und die zweite Elektrode als Teil der seismischen Masse betrachtet.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist die Feststruktur weitere erste Elektroden und die seismische Masse weitere zweite Elektroden auf, wobei in der Ruhelage eine Überlappung der weiteren ersten Elektroden mit den weiteren zweiten Elektroden in der ersten Richtung vorgesehen ist. Die überlappenden weiteren Elektroden bewirken in der Ruhelage eine größere und effizientere elektrostatische Kraftwirkung untereinander, als die in der Ruhelage nicht-überlappenden ersten und zweiten Elektroden. Eine Auslenkung der zweiten Elektroden und/oder der seismische Masse aus der Ruhelage durch die weiteren Elektroden erzeugt eine Überlappung der ersten und zweiten Elektroden. In der Auslenkungslage ist die Kraftwirkung der weiteren Elektroden zur Bewegung der zweiten Elektroden und/oder der seismischen Masse vernachlässigbar, da in diesem Fall die Kraftwirkung zwischen den ersten und zweiten Elektroden aufgrund des geringeren Elektrodenabstands wesentlich größer ist .
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist das mikromechanische Bauelement einen ersten Anschlag und die zweiten Elektroden und/oder die seismische Masse einen zweiten Anschlag auf, wobei in der Ruhelage keine Überlappung des ersten und des zweiten Anschlags in der ersten Richtung vorgesehen ist. Erst in der Auslenkungslage erfolgt zumindest teilweise eine derartige Überlappung. Analog zu den zweiten und ersten Elektroden werden kleinere Anschlagsabstände als die herstellungsbedingten Minimalabstände dadurch erreicht, dass in der Ruhelage die Anschläge in der ersten Richtung nicht überlappen. Vorteilhaft ermöglichen die erfindungsgemäßen Anschläge in der Auslenkungslage daher eine nahezu beliebig justierbare Auslenkungsbegrenzung der zweiten Elektroden und/oder der seismischen Masse bezüglich einer weiteren Auslenkung parallel zur ersten Richtung.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist in der Auslenkungslage der Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Anschlag parallel zur ersten Richtung geringer, als der Abstand einer jeden ersten Elektrode zur nächsten zweiten Elektrode in dieser Richtung. Vorteilhaft wird daher ein mechanischer Kontakt einer zweiten Elektrode mit einer ersten Elektrode im Auslenkungszustand trotz des geringen Elektrodenabstands durch die Anschläge verhindert, so dass ein elektrischer Kurzschluss zwischen den Elektroden, eine Beschädigung der Elektroden und/oder ein Aneinanderhaften der Elektroden verhindert wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung liegt der erste und/oder der zweite Anschlag auf dem elektrischen Potential der zweiten Elektroden und/oder der seismischen Masse. Vorteilhaft wird so eine elektrische Potentialdifferenz zwischen den Anschlägen verhindert, so dass ein mechanischer Kontakt zwischen dem ersten und dem zweiten Anschlag keinen elektrischen Kurzschluss bewirkt.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Betrieb eines mikromechanischen Bauelements, wobei zwischen den ersten Elektroden und den zweiten Elektroden wirkende elektrostatische Kräfte mittels einer elektrischen Potentialdifferenz zwischen den ersten Elektroden und/oder der Feststruktur bzw. einem Teil der Feststruktur und der zweiten Elektroden und/oder der seismischen Masse bzw. einem Teil der seismische Masse erzeugt werden. Vorteilhaft liegen daher jeweils die zweiten Elektroden und die ersten Elektroden auf einem unterschiedlichen elektrischen Potential, so dass an den zweiten und ersten Elektroden eine elektrostatische Kraft wirkt und folglich eine maximale Kraftwirkung zur Bewegung der zweiten Elektroden und/oder der seismischen Masse in der Hauptbewegungsrichtung erzielt wird.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung bewirken die elektrostatischen Kräfte eine Auslenkung der zweiten Elektroden und/oder der seismischen Masse aus der Ruhelage derart, dass in der Auslenkungslage eine Überlappung der ersten Elektroden mit den zweiten Elektroden in der ersten Richtung erzeugt wird. Die Überlappung lediglich im Auslenkungszustand führt zu einer erheblichen Steigerung der elektrostatischen Kraftwirkung, da dieses Verfahren im Vergleich zum Stand der Technik wesentlich geringere Elektrodenabstände parallel zur ersten Richtung ermöglicht. Insbesondere werden von herstellungsbedingten Untergrenzen unabhängige Elektrodenabstände realisierbar.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung werden zur Auslenkung der zweiten Elektroden und/oder der seismischen Masse aus der Ruhelage elektrostatische Kräfte zwischen einer weiteren ersten Elektrode und einer weiteren zweiten Elektrode erzeugt. Das Verfahren ermöglicht eine im Vergleich zum Stand der Technik erheblich effizientere Bewegungsanregung der zweiten Elektroden und/oder der seismischen Masse, da je nach relativer Lage der zweiten Elektroden und/oder der seismischen Masse gegenüber dem Trägersubstrat die effizientere Bewegungsanregung erfolgt. In der Ruhelage wird eine elektrostatische Kraftwirkung durch die überlappenden weiteren Elektroden und in der Auslenkungslage durch die zweiten und ersten Elektroden, welche insbesondere einen geringeren Elektrodenabstand als die weiteren Elektroden aufweisen, bewirkt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigen
Figur 1 eine schematische Aufsicht eines erfindungsgemäßen Bauelements gemäß einer ersten Ausführungsform, wobei eine seismische Masse des mikromechanischen Bauelements in einer Ruhelage dargestellt ist,
Figur 2 eine weitere schematische Aufsicht eines erfindungsgemäßen Bauelements gemäß der ersten Ausführungsform, wobei die seismische Masse in einer Auslenkungslage dargestellt ist, Figur 3 eine schematische Aufsicht eines erfindungsgemäßen Bauelements gemäß einer zweiten Ausführungsform, wobei die seismische Masse in der Ruhelage dargestellt ist, Figur 4 eine schematische Aufsicht eines erfindungsgemäßen Bauelements gemäß einer dritten Ausführungsform, wobei die seismische Masse in der Ruhelage dargestellt ist und Figur 5 eine weitere schematische Aufsicht eines erfindungsgemäßen Bauelements gemäß der dritten Ausführungsform, wobei die seismische Masse in der Auslenkungslage dargestellt ist.
Ausführungsform(en) der Erfindung Die Bezugszeichen in den Figuren, welche die verschiedenen Ausführungsformen des erfindungsgemäße mikromechanischen Bauelements illustrieren, bezeichnen jeweils gleiche Elemente des erfindungsgemäßen Bauelements und werden zum Teil daher nur in jeder Beschreibung der jeweiligen Ausführungsform erneut benannt.
In Figur 1 ist eine schematische Aufsicht eines erfindungsgemäßen Bauelements 1 gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform dargestellt, wobei das mikromechanische Bauelement 1 eine Feststruktur 2 und eine seismische Masse 3 aufweist, wobei die Feststruktur 2 erste Elektroden 4 und die seismische Masse 3 zweite Elektroden 5 aufweist und wobei die seismische Masse 3 gegenüber der Feststruktur 2 in einer zur direkten Verbindungslinie der seismischen Masse 3 mit der Feststruktur 2 parallelen Hauptbewegungsrichtung 8 in einer Haupterstreckungsebene 7 der Feststruktur 2 beweglich ist. Die seismischen Masse 3 ist gegenüber der Feststruktur 2 in einer Ruhelage 14 dargestellt, wobei die ersten Elektroden 4 und die zweiten Elektroden 5 parallel zur Hauptbewegungsrichtung 8 derart voneinander beabstandet 6" sind, dass die ersten Elektroden 4 relativ zu den zweiten Elektroden 5 in einer zur Hauptbewegungsrichtung 8 senkrechten ersten Richtung 6 parallel zur Haupterstreckungsebene 7 überlappungsfrei vorgesehen sind. Insbesondere sind die ersten und zweiten Elektroden 4, 5 und/oder die seismische Masse 3 so ausgelegt, dass eine Anregung von Schwingungen der seismischen Masse 3 mit einer Schwingamplitude größer als der Abstand 6" parallel zur Hauptbewegungsrichtung 8 zwischen einer zweiten Elektrode 5 und einer ersten Elektrode 4 aus der Ruhelage 14 ermöglicht wird. Bevorzugt weist das mikromechanische Bauelement 1 einen mittels der zweiten und ersten Elektroden 4, 5 realisierten mikromechanischen Kammantrieb auf.
In Figur 2 ist eine schematische Aufsicht eines erfindungsgemäßen mikromechanischen Bauelements 1 gemäß der ersten Ausführungsform dargestellt, wobei sich die seismische Masse 3 jedoch nicht in der Ruhelage 14 gemäß der Darstellung in Figur 1 , sondern in einer Auslenkungslage 15 befindet. Daher weisen die zweiten Elektroden 5 eine Überlappung 6' mit den ersten Elektroden 4 entlang der ersten Richtung 6 auf. Das Anlegen zweier geeigneter elektrischer Potentiale an die seismische Masse 3 und an die Feststruktur 2 induziert eine elektrostatische Kraft zwischen den Elektroden 4, 5, so dass die zweiten Elektroden 4 und die ersten Elektroden 5 sich gegenseitig anziehen. Insbesondere bewirkt dies eine resultierende Kraftwirkung zwischen der seismischen Masse 3 und der Feststruktur 2 parallel zur Hauptbewegungsrichtung 8. In Figur 3 ist eine schematische Aufsicht eines erfindungsgemäßen mikromechanischen Bauelements 1 gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform dargestellt. Die Abbildung und die Bezugszeichen entsprechen im wesentlichen derjenigen des mikromechanischen Bauelements 1 der ersten Ausführungsform illustriert in der Figur 1 , wobei jedoch die Feststruktur 2 weitere erste Elektroden 4' und die seismische Masse 3 weitere zweite Elektroden 5' aufweisen und wobei in der abgebildeten Ruhelage 14 die weiteren ersten Elektroden 4' mit den weiteren zweiten Elektroden 5' eine Überlappung 16 in der ersten Richtung 6 aufweisen. Insbesondere sind die weiteren Elektroden 4', 5' derart ausgelegt, dass eine Auslenkung der seismische Masse 3 mit einer Überlappung 6' der zweiten Elektroden 5 mit den ersten Elektroden 4 in der ersten Richtung 6 durch elektrostatische Kräfte zwischen den weiteren zweiten Elektroden 5' und den mit diesen überlappenden 16 weiteren ersten Elektroden 4' in der Ruhestellung 14 ermöglicht wird.
In Figur 4 ist eine schematische Aufsicht eines erfindungsgemäßen mikromechanischen Bauelements 1 gemäß einer beispielhaften dritten Ausführungsform schematisch dargestellt, wobei das illustrierte mikromechanische Bauelement 1 im Wesentlichen dem mikromechanischen Bauelement 1 der ersten Ausführungsform gemäß Figur 1 entspricht.
Zusätzlich weist das mikromechanische Bauelement 1 gemäß der dritten Ausführungsform einen ersten Anschlag 10 und die seismische Masse 3 einen zweiten Anschlag 1 1 auf, wobei der erste und der zweite Anschlag 10, 11 in der abgebildeten Ruhelage 14 derart voneinander beabstandet sind, dass der erste Anschlag 10 keine Überlappung mit dem zweiten Anschlag 1 1 in der ersten Richtung 6 aufweist.
In Figur 5 ist ebenfalls eine schematische Aufsicht des erfindungsgemäßen Bauelements der dritten Ausführungsform abgebildet, wobei sich gegenüber der Darstellung in Figur 4 die seismische Masse 3 jedoch nicht in der Ruhelage 14, sondern in der Auslenkungslage 15 befindet, so dass das mikromechanische Bauelement 1 eine Überlappung des ersten Anschlags 10 mit dem zweiten Anschlag 1 1 in der ersten Richtung 6 aufweist. Insbesondere ist der Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Anschlag 10, 1 1 parallel zur ersten Richtung 6 geringer, als der Abstand zwischen einer jeden zweiten Elektrode 5 zur nächstgelegenen erste Elektrode 4.

Claims

Patentansprüche
1. Mikromechanisches Bauelement mit einer ersten Elektrode (4) und einer zweiten Elektrode (5), wobei die zweite Elektrode (4) gegenüber der ersten Elektrode (5) in einer Hauptbewegungsrichtung (8) beweglich ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Ruhelage (14) der zweiten Elektrode (4) die erste Elektrode (4) von der zweiten
Elektrode (5) derart beabstandet (6") vorgesehen ist, dass die erste Elektrode (4) relativ zu der zweiten Elektrode in einer zur Hauptbewegungsrichtung (8) senkrechten ersten Richtung (6) überlappungsfrei ist.
2. Mikromechanisches Bauelement (1 ), insbesondere ein Kammantrieb, wobei das mikromechanische Bauelement (1 ) eine Feststruktur (2) und eine seismische Masse
(3) aufweist, wobei die Feststruktur (2) erste Elektroden (4) und die seismische Masse (3) zweite Elektroden (5) aufweist und wobei die seismische Masse (3) gegenüber der Feststruktur (2) in einer zur direkten Verbindungslinie der seismischen Masse (3) mit der Feststruktur (2) parallelen Hauptbewegungsrichtung (8) in einer
Haupterstreckungsebene (7) der Feststruktur (2) beweglich ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Ruhelage (14) der seismischen Masse (3) die ersten Elektroden (4) und die zweiten Elektroden (5) derart voneinander beabstandet (6") vorgesehen sind, dass die ersten Elektroden (4) relativ zu den zweiten Elektroden (5) in einer zur Hauptbewegungsrichtung (8) senkrechten ersten Richtung (6) in der
Haupterstreckungsebene (7) überlappungsfrei sind.
3. Mikromechanisches Bauelement (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Auslenkungslage (15) der zweiten Elektroden (4) und/oder der seismischen Masse (3) eine Überlappung (6') der ersten Elektroden
(4) und der zweiten Elektroden (5) in der ersten Richtung (6) vorgesehen ist.
4. Mikromechanisches Bauelement (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mikromechanische Bauelement (1 ) weitere erste Elektroden (4') und weitere zweite Elektroden (5') aufweist, wobei in der Ruhelage
(14) eine Überlappung (16) der weiteren ersten Elektroden (4') mit den weiteren zweiten Elektroden (5') in der ersten Richtung (6) vorgesehen ist.
5. Mikromechanisches Bauelement (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mikromechanische Bauelement (1 ) einen ersten Anschlag (10) und die zweiten Elektroden (4) und/oder die seismische Masse einen zweiten Anschlag (11 ) aufweist, wobei in der Ruhelage (14) der erste und der zweite Anschlag (10, 1 1 ) derart voneinander beabstandet sind, dass keine Überlappung in der ersten Richtung (6) vorgesehen ist und wobei in der Auslenkungslage (15) eine Überlappung des ersten und des zweiten Anschlags (10, 1 1 ) in der ersten Richtung (6) vorgesehen ist.
6. Mikromechanisches Bauelement (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Auslenkungszustand (15) der Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Anschlag (10, 11 ) parallel zur ersten Richtung (6) geringer ist, als der Abstand einer jeden ersten Elektrode (4) zur nächsten zweiten Elektrode (5) parallel zur ersten Richtung (1 ) .
7. Mikromechanisches Bauelement (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und/oder der zweite Anschlag (10, 1 1 ) auf dem elektrischen Potential der seismischen Masse (3) liegt.
8. Verfahren zum Betrieb eines mikromechanischen Bauelements (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den ersten Elektroden (4) und den zweiten Elektroden (5) wirkende elektrostatische Kräfte mittels einer elektrischen Potentialdifferenz zwischen der ersten Elektrode (4) und/oder der Feststruktur (2) und der zweiten Elektrode (5) und/oder der seismischen Masse (3) erzeugt werden.
9. Verfahren zum Betrieb eines mikromechanischen Bauelements nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrostatischen Kräfte eine Auslenkung der zweiten Elektroden (4) und/oder der seismischen Masse (3) aus der Ruhelage (14) derart bewirken, dass in der Auslenkungslage (15) eine Überlappung (6') der ersten
Elektroden (4) mit den zweiten Elektroden (5) in der ersten Richtung (6) erzeugt wird.
10. Verfahren zum Betrieb eines mikromechanischen Bauelements nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Auslenkung der zweiten Elektroden (5) und/oder der seismischen Masse (3) aus der Ruhelage (14) elektrostatische Kräfte zwischen einer weiteren ersten Elektrode (4') und einer weiteren zweiten Elektrode (5') erzeugt werden.
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