[發(fā)明專利]微機械結(jié)構(gòu)以及用于調(diào)整微機械結(jié)構(gòu)的工作間隙寬度的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200980129796.8
• 申請日: 2009-06-15
• 公開（公告）號: CN102387983A
• 公開（公告）日: 2012-03-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: T·弗里德里希;D·C·邁澤爾;C·勞德茲斯
• 申請（專利權(quán)）人: 羅伯特.博世有限公司
• 主分類號: B81B3/00
• 分類號: B81B3/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 李永波;梁冰

現(xiàn)有技術(shù)

本發(fā)明涉及一種按照權(quán)利要求1的前序部分的微機械結(jié)構(gòu)以及一種按照權(quán)利要求10的前序部分的用于調(diào)整微機械結(jié)構(gòu)的工作間隙寬度的方法。

對于在微型系統(tǒng)技術(shù)中的許多應(yīng)用都要求，在半導(dǎo)體襯底中實現(xiàn)具有高的特征比例的工作間隙，也就是說，間隙深度與間隙寬度的商數(shù)大的工作間隙。由US6136630和DE19852878已知一些增大該特征比例的解決方案。

在WO03/043189中描述了一種具有一個微機械結(jié)構(gòu)的機電式共振器。通過施加電場將一個可運動的結(jié)構(gòu)元件相對于一個固定的結(jié)構(gòu)元件預(yù)張緊，以便減小工作間隙寬度。

由DE102004053103A1已知，通過使用至少一個彈簧縮小間隙寬度，其中該彈簧被固定在一個夾緊位置上并且具有內(nèi)部的預(yù)緊力，該預(yù)緊力由彈簧的基礎(chǔ)材料的涂層產(chǎn)生并且為了減小間隙寬度被釋放到一種長度改變中。

在由于受工藝的限制而具有小的和統(tǒng)一的工作間隙寬度的微機械傳感器或執(zhí)行器中，基本上存在兩種困難。例如在設(shè)計成梳齒驅(qū)動器的微機械結(jié)構(gòu)中，在統(tǒng)一的間隙寬度情況下觀察不到線性的特性并且由此產(chǎn)生不穩(wěn)定的特性。此外，在已知的、具有非常小的間隙寬度的傳感器和執(zhí)行器中具有的問題是，僅僅能夠在加速度傳感器和轉(zhuǎn)速傳感器中達到一個很小的機械的工作振幅。

本發(fā)明的公開

技術(shù)任務(wù)

本發(fā)明基于的任務(wù)是提出一種可供選擇的微機械結(jié)構(gòu)，通過它可以實現(xiàn)比較大的機械的工作振幅。此外，該任務(wù)在于建議一種相應(yīng)優(yōu)化的用于增大工作振幅的方法。

技術(shù)方案

這個任務(wù)在微機械結(jié)構(gòu)方面通過權(quán)利要求1的特征解決而在方法方面通過權(quán)利要求10的特征解決。本發(fā)明的有利的擴展方案在從屬權(quán)利要求中給出。在本發(fā)明的范圍中包括由至少兩個在說明書、權(quán)利要求書和/或附圖中公開的特征的全部組合。為了避免重復(fù)，按照方法方式公開的特征也應(yīng)該被視為按照裝置方式被公開并且要求權(quán)利。同樣地，按照裝置方式公開的特征也應(yīng)該被視為按照方法方式被公開并且要求權(quán)利。

本發(fā)明基于這樣的構(gòu)思，即建議一種微機械結(jié)構(gòu)，其中不象在現(xiàn)有技術(shù)中那樣在將工作間隙安置到半導(dǎo)體材料中之后，尤其是通過蝕刻工藝，使該工作間隙(工作溝槽)縮小，而是相反通過合適的機構(gòu)擴大該間隙寬度。在此情況下，在按照本發(fā)明的設(shè)計構(gòu)思設(shè)計的微機械結(jié)構(gòu)中，對在微機械結(jié)構(gòu)運行期間相對于一個參照點固定的(半導(dǎo)體)結(jié)構(gòu)部段相對于在微機械結(jié)構(gòu)運行期間可相對于該參照點調(diào)節(jié)的(半導(dǎo)體)結(jié)構(gòu)部段進行調(diào)節(jié)。由此可以，尤其是在加速度和轉(zhuǎn)速傳感器情況下，但是也包括在執(zhí)行器中，在事后實現(xiàn)大的機械的工作振幅。而且在微機械結(jié)構(gòu)的相應(yīng)的設(shè)計中，如后面還要說明的，也可以通過實現(xiàn)不統(tǒng)一的間隙寬度來實現(xiàn)一種相應(yīng)的、尤其是梳型地結(jié)構(gòu)化的執(zhí)行器或傳感器的線性特性。參照點可以或者本身可運動地或者固定地布置。優(yōu)選該參照點是一個用按照本發(fā)明的微型結(jié)構(gòu)裝配的裝置的組成部分。例如該參照點可以由相對于一個旋轉(zhuǎn)框架傳感器的傳感器外殼可旋轉(zhuǎn)地支承的框架形成。

總之，本發(fā)明的核心因此在于，在微機械結(jié)構(gòu)中在形成間隙之后擴大與功能相關(guān)的該工作間隙。在本發(fā)明的意義中，工作間隙是指這樣的間隙，即在用作執(zhí)行器的微機械結(jié)構(gòu)中的可運動的(可主動調(diào)節(jié)的)結(jié)構(gòu)部段被調(diào)節(jié)進入該間隙。在傳感器情況下，工作間隙被理解為由一些結(jié)構(gòu)部段限制的間隙，在該結(jié)構(gòu)部段之間測量電容。在此情況下，該電容在工作間隙變小時通過在固定的結(jié)構(gòu)部段的方向上調(diào)節(jié)可調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)部段而增大。

在本發(fā)明的擴展方案中有利地規(guī)定，該機構(gòu)這樣地擴寬該工作間隙，使得該工作間隙具有不統(tǒng)一的間隙寬度。換言之，通過至少逐部段地擴寬該工作間隙，在工作間隙的至少兩個不同的位置上實現(xiàn)不同的間隙寬度并且由此實現(xiàn)一種線性特性。在梳齒驅(qū)動器情況下，此時在梳齒驅(qū)動器的縱向延伸部的方向上延伸的工作間隙部段最好比在梳齒驅(qū)動器的縱向延伸部的橫向上延伸的工作間隙部段更寬(在縱向延伸部的橫向上)。

按照一種最簡單的實施形式，該工作間隙僅僅一維地，亦即通過調(diào)節(jié)至少一個結(jié)構(gòu)部段在一個惟一的方向上被擴寬。但是也可以實現(xiàn)一種實施形式，尤其是在一個不是直的而是例如經(jīng)至少一個角部延伸的工作間隙情況下，其中該工作間隙被二維地擴寬，尤其是通過在兩個方向上調(diào)節(jié)至少一個在微機械結(jié)構(gòu)運行中固定的結(jié)構(gòu)部段或者優(yōu)選通過在兩個最好相互成直角地延伸的方向上調(diào)節(jié)至少兩個或多個結(jié)構(gòu)元件。