为mems以及nems机械结构形成枢轴的机械连接部的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种在微机电和/或纳机电结构(S)的两个部分(2、4)之间的机械连接部(6)，该机械连接部形成用于轴线旋转的枢轴(Y)，并且包括两个第一梁(20.1、20.2)和两个第二梁(22.1、22.2)，第一梁的轴线与所述枢轴(Y)的轴线平行，所述第一梁被配置为在扭转条件下工作，第二梁的轴线与第一梁的轴线正交，所述第二梁(22.1、22.2)被配置为在弯曲条件下工作，第一梁(20.1、20.2)和第二梁(22.1、22.2)中的每个在其端部处连接至所述结构(S)的所述两个部分(2、4)。
【专利说明】为MEMS以及NEMS机械结构形成枢轴的机械连接部
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种在能够相对于彼此枢转的两个部分之间为MEMS( “微机电系统”)以及NEMS( “纳机电系统”)结构形成机械连接的枢轴。
【背景技术】
[0002]在先有技术中，有两种技术方案在MEMS和NEMS结构中形成枢转连接部。
[0003]第一个解决方法实现梁，这些梁连接例如固定部分和活动部分并且在弯曲条件下工作。梁彼此平行，并且枢转连接部的轴线与梁的轴线垂直。
[0004]第二个解决方法实现对准梁，例如，两个对准梁，这些梁连接固定部分和活动部分并且在扭转条件下工作。枢转连接部的轴线和梁的轴线重合。
[0005]例如，用作陀螺仪或加速计的MEMS和NEMS结构将活动部分用作检测装置，分别通过科里奥利力或加速度移动。
[0006]这些结构可经受几种类型的机械干扰。
[0007]第一干扰类型是惯性冲击:冲击在MEMS结构上生成高惯性力:大部分规格的MEMS或NEMS传感器需要抵抗IOOOOg(lg = 9.8m/s2)的冲击力。从机械观点看，在结构上产生的应变是施加给该结构的惯性中心的单纯力量，即，没有力矩，其强度为F = ma, m是质量，并且a是加速度。在枢转连接部的旋转轴线上，还可生成高力矩。
[0008]第二干扰类型是磁性冲击:MEMS或NEMS磁力计具有活动元件，该元件可由磁场B移动。活动元件可包括具有磁化力矩M的磁性材料。在具有场B时，生成机械力矩并且该机械力矩等于M X B。如果磁场具有高强度，那么机械应力可损坏MEMS结构。
[0009]第三干扰类型是干扰运动:在传感器具有不均匀的运动时，任何MEMS或NEMS传感器受到惯性力。这些力量可生成MEMS或NEMS结构的无用的运动。这些力矩可从传感器中在测量信号中产生干扰信号，例如，磁力计或压力传感器对加速度的敏感性、交叉敏感性
坐寸ο
[0010]然而，由弯曲梁或扭转梁形成的枢转连接部不能使平移运动的所有幅度沿着这三个空间方向减小并且不能关于与枢转连接部的轴线正交的方向进行旋转运动。换言之，根据这些自由度，仅仅由任一种梁形成的枢转连接部不确保具有高刚度。
[0011]而且，MEMS和NEMS系统的微型化造成使用越来越小的连接梁，以便在该系统的不同元件之间保留高性能运动连接。然而，这些梁的横向横截面的减小会减小其横向刚度。然后，沿着横向方向与刚度Ι/k的倒转成比例的位移敏感性在这些条件下变得更高。
[0012]在由传感器传送的信号中，可发生这些干扰位移。例如，如果检测装置为电容型，包括连接至活动结构的活动电极以及连接至固定结构的电极，那么在最通常的情况下，电容取决于所有自由度。
[0013]例如，由于放置具有相反的依赖性的电容的电桥，所以测量方法能够减小该干扰信号，但是使测量方法更复杂。
[0014]此外，应变仪可整合到系统中，以便检测在这两种结构之间的运动。这些应变仪的尺寸低于梁的尺寸，并且这些应变仪可具有的机械刚度高于形成枢转连接的梁的机械刚度，这是因为其具有小得多的长度。实际上，需要高纵向刚度，以便抵抗枢转连接的旋转运动:在仪表中生成的应力通过这种方式与旋转运动成比例。如果发生冲击，那么沿着这三个方向的这些高刚度可引起问题，这是因为具有最高刚度的元件刚好是抵抗由冲击力生成的力量的元件:结果，具有比形成枢轴的梁的尺寸更小的尺寸的应变仪和连接元件的退化风险越来越大，因此，MEMS或NEMS的退化风险也越来越大。
[0015]提供与枢转连接的旋转轴垂直的应变仪。由于其高纵向和横向刚度，所以应变仪可防止干扰运动，然而，可通过补偿的方式经受可破坏的高应力。例如，如果冲击低于IOOOOg (这是常用值)，那么可损坏应变仪，因此，该系统会失效。
[0016]为了解决抗冲击性这一问题，一种解决方案包括在活动部件的附近蚀刻限位器，接近具有最大位移幅度的结构区域。最大的位移幅度具有尽快阻止由机械冲击生成的运动的功能:一旦阻止该部分，就分布在脆弱的机械元件(例如，应变仪)上生成的应力并且其增幅非常小。应逐个情况地进行尺寸测量，以确保该结构的抗冲击性。然而，该解决方案不能解决在任何情况下提出的问题。在损坏期间进行的运动可具有远远低于一微米的幅度，这是极限，在该极限之下，难以蚀刻在限位器与活动结构之间的间距。
【发明内容】
[0017]因此，本发明的一个目的在于，为MEMS和NEMS结构提供枢转连接部，其能够抵抗对任何MEMS或NEMS结构形成机械干扰。
[0018]本发明的目的由在第一部分和第二部分之间的机械连接部实现，第二部分用于围绕旋转轴线相对于第一部分枢转，该连接部至少包括第一梁和第二梁，这些梁的轴线相交并且在结构平面内限定具有增大的硬度的枢转轴线。
[0019]在一个实施例中，第一梁与旋转轴线平行并且在第一活动部分和第二部分之间延伸，并且至少第二梁与旋转轴线垂直并且在第一部分和第二活动部分之间延伸。第一梁在扭转条件下工作，并且第二梁在弯曲条件下工作。
[0020]在另一个实施例中，所产生的枢转轴线与由第一梁和第二梁的轴限定边界的角平分线垂直。
[0021]这些类型的梁的组合沿着三个空间方向提供高平移刚度并且围绕与旋转轴线的方向不同的两个空间方向提供高旋转刚度。在发生冲击的情况下，那么应变仪收到保护。并且该梁组合能够获得对测量值的高敏感性。
[0022]一方面，所提供的机械连接部能够减小关于除了枢转连接部的轴线以外的轴线进行的不期望的平移运动和旋转运动的幅度，因此，这能够使机械结构对其他潜在的外部干扰源(例如，磁力计的加速度或在加速计的情况下的横向轴的惯性力)不太敏感，这些不期望的运动能够在加速计中导致交叉敏感性。
[0023]另一方面，该机械连接部为系统提供更高的机械冲击强度。机械连接部的这种性能对需要保存高质量以保持高敏感性的惯性型传感器领域非常感兴趣，但是其连接元件试图小型化，这就造成其变得更脆弱。然后，由于根据本发明，枢转连接部沿着补充的另外5个自由度具有高刚度，所以更脆弱的机械连接元件(例如，纳米应变仪)收到保护。在现有技术中，具有包括最大刚度的应变仪并且这些应变仪确实支持这些机械冲击。[0024]换言之，机械连接部的枢转轴线源自至少一个在扭转条件下工作梁的旋转轴线以及至少一个在弯曲条件下工作的梁限定的旋转轴线。
[0025]在第一实施例中，优选地，由至少一个在扭转条件下工作的梁形成的旋转轴线和由至少一个在弯曲条件下工作的梁形成的旋转轴线重合。为此，扭转梁与固定和/或活动部分的至少一个锚固部位于弯曲梁的中心附近。
[0026]在第二实施例中，优选地，在第一梁和第二梁的轴线之间形成的角度等于90°。
[0027]因此，本发明的一个主题是一种在微机电和/或纳机电结构的两个部分之间形成具有旋转轴线(Y)的枢轴的机械连接部，包括至少一个第一梁和至少一个第二梁，第一梁和第二梁中的每个在其端部处连接至所述结构的所述两个部分，所述第一梁和第二梁具有在交叉点处相交并且在其间限定角的轴线，并且所述第一梁和第二梁在弯曲和扭转条件下工作，从而所述机械连接部的枢转轴线垂直于所述角的二等分线并且与所述第一梁和第二梁相交，以便使所述部分能够围绕所述枢转轴线旋转地移位并且防止所述部分沿着该轴线平移地移位。
[0028]优选地，所述第一梁和第二梁的轴线的交叉点与所述部分中的任一个的惯性中心重合或者接近所述部分中的任一个的惯性中心。
[0029]由这两个梁的轴线限定边界的角有利地在20°与160°之间。更有利地，该角等于 90°。
[0030]优选地，在所述交叉点与每个梁在所述部分之一上的锚定点之间的距离至少等于第一梁和第二梁的长度的一半，所述交叉点位于上述的所述部分之一所在的一侧。
[0031]因此，本发明的另一个主题是一种在微机电和/或纳机电结构的两个部分之间形成具有旋转轴线(Y)的枢轴的机械连接部，包括平行于所述枢转轴线提供的至少一个第一梁和具有正交于所述第一梁的轴线的轴线的至少一个第二梁，所述第一梁在扭转条件下工作，所述第二梁在弯曲条件下工作，第一梁和第二梁中的每个在其端部处连接至所述结构的所述两个部分，以便使所述部分能够沿着所述枢转轴线旋转地移位并且防止所述部分沿着该轴线平移地移位。
[0032]在实线A和实线B之间的连接部的旋转轴线表示由点O和向量限定的直线，以便活动部分A相对于固定部分B的运动学扭矩在点O处具有零速度(在生成运动的干扰的第一命令处)以及旋转向量，该运动学扭矩本身是由外部操作因素(惯性力、磁矩、驱动力等)产生的机械应变(strain)的行为的具体结果。在该定义中，假设部分A和B不可变形，其目的在于，可考虑在这些实线与机械连接部之间的界面的平面。
[0033]在相对于仅仅通过考虑相同机械应力(通过考虑没有或具有应变仪来施加的机械应力)的单一型(扭转或弯曲)梁可获得的幅度，实现根据本发明的连接时，“防止平移或旋转地移动”表示减小的倍数高于部分A相对于部分B的位移(平移或旋转)的幅度的两倍。
[0034]在为每种(弯曲或扭转)梁限定的旋转轴线中的偏移优选地位于一个范围内，在该范围内，通过根据本发明的连接部获得的活动部分A相对于固定部分B的旋转角高于通过仅仅保存相同机械应变(通过考虑具有或没有应变仪来在没有应变仪时施加的机械应变)的单一型梁可获得的旋转角的最小值的I %。
[0035]所述第一梁和第二梁中的每个在其端部处连接至所述结构的所述两个部分，以便防止所述部分旋转地移位到所述枢转轴线之外。
[0036]根据本发明的一个特征，第一梁沿着第一旋转轴线在扭转条件下工作，并且第二梁在弯曲条件下工作，限定第二旋转轴线，所述机械连接部的枢转轴线由所述第一轴线和所述第二轴线产生并且与所述第一轴线和第二轴线平行。
[0037]优选地，与第一梁的轴线对应的第一旋转轴线和由第二梁限定的第二旋转轴线重
口 ο
[0038]优先地，所述至少一个第一梁与第一部分和/或第二部分的锚固部位于至少一个第二梁的中心附近。
[0039]所述机械连接部可包括两个第一梁和/或两个第二梁。
[0040]本发明的另一个主题还在于提供一种微机电和/或纳机电结构，其包括由根据本发明的机械连接部连接的两个部分。
[0041]微机电和/或纳机电结构有利地包括用于检测这两个部分围绕枢转轴线的相对位移的装置。
[0042]检测装置例如由悬挂在这两个部分之间的至少一个应变仪形成。两个应变仪可悬挂在所述两个部分之间，两个应变仪相对于与所述结构的平面正交的平面被提供在枢转轴线的任一侧。
[0043]本发明的另一个主题还在于提供一种惯性传感器，其包括至少一个根据本发明的结构，其中，所述部分中的一个形成固定部分，另一个形成通过所述机械连接部悬挂到所述固定部分上的惯性质量块。该传感器可为加速计或磁力计或陀螺仪。
[0044]本发明的另一个主题还在于提供一种微驱动器，其包括:至少一个根据本发明所述的结构，所述部分中的一个形成固定部分，另一个形成通过所述机械连接部悬挂到所述固定部分上的活动部分；以及用于使活动部分围绕枢转轴线相对于固定部分移位的装置，例如，电容或静电、压电、热电或磁性装置。
【专利附图】
【附图说明】
[0045]使用以下描述和附图，更好地理解本发明，其中:
[0046]图1是根据本发明的第一实施例的一个实例的具有枢转连接部的MEMS或NEMS结构的示意性俯视图；
[0047]图2是根据本发明的第一实施例的另一个实例的具有枢转连接部的MEMS或NEMS结构的示意性俯视图；
[0048]图3是根据第一实施例的另一个实例的具有枢转连接部的MEMS或NEMS结构的示意性俯视图；
[0049]图4是根据第一实施例的另一个实例的具有枢转连接部的MEMS或NEMS结构的示意性俯视图；
[0050]图5A和5B是根据本发明的第二实施例的实例的具有枢转连接部的MEMS或NEMS结构的俯视图。
【具体实施方式】
[0051]在以下描述中，三个方向ex、ey、ez被视为彼此正交。Y表示根据本发明的枢转连接部的轴线，其沿着方向ey延伸。
[0052]在图1中，可分辨一 MEMS或NEMS结构S，该结构包括:固定部分2，例如基底；活动部分4，其相对于固定部分2悬挂；以及具有轴线Y的枢转连接部6，其连接固定部分2和活动部分。轴线Y在说明书的剩余部分中将表示为“枢转轴线”。
[0053]固定部分2本身还可相对于该结构的另一个部分活动。
[0054]在图1中表示的特定实例中，固定部分2包括大体上平行于轴线Y纵向延伸的主体8和与主体8垂直的三个支腿10.1、10.2、10.3，以便在从上面看时，该固定部分大致为E形。
[0055]活动部分4大致为矩形，其面向固定部分的边缘包括由两个端部部分14.1,14.2划定界限的凹部12。
[0056]端部部分14.1、14.2各自包括切除部16.1、16.2，切除部具有与枢转轴线Y垂直的轴线。而且，端部部分各自通过侧部部分18.1、18.2延伸，这些侧部部分平行于枢转轴线Y。
[0057]活动部分相对于固定部分被提供，从而固定部分2的中心支腿10.2位于两个端部部分14.1、14.2之间。
[0058]在图1中表示的固定部分和活动部分的配置绝不是限制性的，并且仅仅形成一个有利的示例性结构，该结构能够形成根据本发明优化的枢转连接部。
[0059]枢转连接部6包括两个第一梁20.1,20.2，这两个第一梁与枢转轴线Y对齐并且通过其端部中的每个连接至固定部分2和活动部分4。
[0060]第一梁20.1、20.2将固定部分2的中心支腿10.2连接至端部部分14.1、14.2。
[0061]这两个第一梁围绕轴线Y在扭转条件下工作。
[0062]通常，这些扭转梁限定了与其轴线相同的旋转轴线。
[0063]枢转连接部还包括两个第二梁22.1、22.2，这两个第二梁垂直于枢转轴线Y提供并且将固定部分2连接到活动部分4。
[0064]每个第二梁22.1、22.2在固定部分2的位于端部支腿10.1、10.3之一与中心支腿
10.2之间的区域中通过一纵向端部连接至活动部分，并且通过另一端部连接至活动部分4的切除部16.1、16.2之一的底部。
[0065]这两个梁22.1、22.2在弯曲条件下工作。
[0066]通常，弯曲梁限定了垂直于其纵向轴线的旋转轴线，旋转轴线的纵向位置取决于施加到活动部分的机械应变的类型。
[0067]由于所表示的结构的活动部分和固定部分的形状，所以第一梁20.1,20.2与活动部分4和固定部分2部分的锚固部位于这两个第二梁22.1,22.2的中心附近，从而由在扭转条件下工作的第一梁限定的旋转轴线和由在弯曲条件下工作的第二梁限定的旋转轴线重合。在该配置中，根据本发明的枢转连接部被优化。
[0068]在所表示的实例中，MEMS或NEMS结构S还包括用于检测活动部分相对于固定部分2的位移的装置。在所表示的实例中，这些检测装置24由应变仪形成；一个应变仪连接固定部分的在端部支腿10.3与中心支腿10.2之间的区域和侧部部分18.2，并且另一个应变仪将活动部分的侧部部分18.1连接到端部支腿10.1的端部。这两个应变仪各自相对于与该结构的平面正交的平面被提供在枢转轴线Y的任一侧(either side)。[0069]所述仪表沿着其主轴线在压缩条件下工作。应变仪可例如为压阻式应变仪型、谐振应变仪(横向变形模式的谐振频率取决于纵向应力)等。通过实例，现在给出梁和应变仪的示例性尺寸。一个或多个弯曲梁的长度在5 μ m与1000 μ m之间，宽度在0.1 μ m与100 μ m之间，并且厚度在Iym与IOOym之间。例如，一个或多个梁的长度为50 μ m，宽度为Iy m，并且厚度为10 μ m。
[0070]一个或多个扭转梁的长度在I μ m与1000 μ m之间，宽度在0.1 μ m与100 μ m之间，并且厚度在Iym与IOOym之间。例如，一个或多个梁的长度为25 μ m，宽度为I μ m，并且厚度为10 μ mo
[0071]一个或多个应变仪的长度在0.1 μ m与200 μ m之间，宽度在0.01 μ m与500 μ m之间，并且厚度在0.01 μ m与50 μ m之间。例如，一个或多个应变仪的长度为5 μ m,宽度为
0.25 μ m,并且厚度为0.25 μ m。
[0072]这样一种枢转连接部未偏离本发明的范围:其中，由第一梁和第二梁相应地限定的旋转轴线偏离并同时保持平行，然后，由于这两个组合的旋转连接部的其他自由度使得能够进行围绕枢轴线线的旋转，这些连接部由在弯曲条件下工作的梁以及在扭转条件下工作的梁形成。这种枢转连接部的效率相对于旋转轴线重合的枢转连接部减小。然而，其提供了相对于现有技术的枢转连接部更大的刚度。类似于图1但其中活动部分4不包括切除部16.1、16.2从 而第二梁22.1、22.2直接固定到端部部分14.1、14.2的边缘上的结构将具有不重合的第一梁和第二梁的旋转轴线。
[0073]在为每种类型的(弯曲或扭转)梁限定的旋转轴线中的偏离优选地位于一个范围内，在该范围内，通过根据本发明的连接部获得的活动部分2相对于固定部分4的旋转角高于通过仅仅保存相同机械应力(通过考虑具有或没有应变仪来在没有应变仪时施加的机械应力)的单一型梁可获得的旋转角的最小值的I%。
[0074]装有根据本发明的枢转连接部的结构沿着方向ex具有强刚度，并且沿着方向^具有强冲击强度。实际上，在弯曲条件下工作的这两个梁22.1,22.2为所述系统提供了沿着方向ex的高刚度。因此，在具有沿着方向ex的冲击力或者具有沿着方向ex的力分量的任何应变类型的情况下，应变仪24被弯曲臂部保护。在没有应变仪时，在运动幅度中的结果大幅衰减。
[0075]根据本发明的结构还提供沿着方向ey的强刚度和沿着方向ey的冲击强度。实际上，扭转梁为所述系统提供了沿着方向ey的高刚度。
[0076]因此，沿着该相同方向具有较低刚度的应变仪24免受例如在沿着方向ey具有冲击力的情况下产生的沿着方向ey的力分量的影响。在没有应变仪时，由该力分量造成的运动幅度大幅衰减。
[0077]最后，该结构在O中提供了围绕方向ez的强扭转刚度以及抵抗高强度力矩的力，O位于固定部分的中心支腿10.2内。实际上，沿着方向ex的第二梁由于其大的纵向刚度而可阻碍沿着方向ez的旋转运动。要注意的是，由于梁彼此远离，所以围绕ez的扭转刚度更加重要。该性能能够限制由应变仪支持的应变。在没有应变仪时，所产生的运动幅度大幅衰减。
[0078]在图2中，可以看到另一示例性实施例的结构，其中，枢转连接部包括在扭转条件下工作的两个第一梁20.K20.2以及在弯曲条件下工作的第二梁122。该第二梁被提供在两个第一梁20.1,20.2之间。在所表示的实例中，活动质量块4在枢转轴线Y的任一侧延伸，以便其惯性中心在枢轴Y的轴线上。该结构还包括在活动质量块4的两个横向突起
18.1、18.2与固定部分之间连接的应变仪。有利地，第一梁20.1,20.2的扭转轴与第二梁122在其中间处相交。
[0079]该结构具有阻挡沿着方向ey以及沿着方向ex的平移运动的优点。此外，由于扭转梁20.1,20.2远离彼此，所以更加阻挡围绕方向ex和ez的旋转运动。
[0080]在图3中，可以看到与图2的结构相近的另一示例性实施例的结构，其与图2的结构的不同之处在于惯性中心偏离于枢轴Y的轴线。为此，活动质量块4的枢转轴线位于活动质量块4的边缘上。有利地，第一梁20.1,20.2的扭转轴线与第二梁122在其中间处相交。
[0081]在图4中，可以看到包括通过扭转运转的第一梁120以及通过弯曲运转的第二梁122的另一示例性实施例的结构。在该结构中，活动部分4在枢轴线线Y的任一侧延伸。该结构还包括连接在活动质量块4的两个横向突起18.1、18.2与固定部分之间的应变仪。有利地，第一梁120的扭转轴线与第二梁122在其中间处相交。
[0082]该结构具有阻挡沿着方向ey以及沿着方向ex的平移运动的优点。而且，由于扭转梁120和弯曲梁122远离彼此，所以更加阻挡围绕方向ex和ez的旋转运动。
[0083]如图1至4中所示，在不背离本发明的范围的情况下，枢转连接部可包括一个、两个或两个以上的通过扭转运转的第一梁以及一个、两个或两个以上的通过弯曲运转的梁。在图5A和5B中，可以看到另一示例性实施例的机械连接部，其中，这两个梁的轴线不必正交。
[0084]在图5a中，机械连接部206具有在部分2与部分4之间的枢转轴线Y。在所表示的实例中，机械连接部包括在部分2与部分4之间延伸的第一梁220和悬挂式第二梁222，第一梁和第二梁的轴线在点C处相交。在图5A的实例中，点C位于部分4上。但是这绝不是限制性的，点C可位于部分4之外，在图5B中，点C位于部分2之外。
[0085]在图5A中表示的实例中，梁220、222的端部220.2,222.2分别在部分4的两个顶点处锚固至部分4。
[0086]梁220、222在弯曲和扭转条件下工作，它们限定了与角α的二等分线224垂直的所产生的枢转轴线Y，角α由梁220、222的两个轴线限定。枢转轴线Y在第一梁220和第二梁222的中间附近穿过。
[0087]角α包含在【0° ;180°】的间隔内，以便这两个梁220、222的轴线不平行。优选地，α在20°与160°之间。因此，机械连接部具有希望的刚度特性。例如，在α等于20°或160°并且梁220、222相同的情况下，无论在梁的平面中考虑的轴线如何，它们的平移刚度至少等于在同一个平面中的最大平移刚度的12%。然而，在形成现有技术的机械连接部的枢轴中(其中，枢转轴线由一个或多个扭转或弯曲偏置梁构成)，该平移刚度为同一个平面内的最大平移刚度的大约1%。因此，由于该实施例，所以无论在梁平面中考虑的轴线如何，机械连接部具有更大的平移刚度。
[0088]在一个优选的实例中，角α有利地等于90°。
[0089]在这种情况下，无论在梁的平面中考虑的方向如何，枢转连接部的平移刚度相同。
[0090]由于这两个梁远离其交叉点，所以沿着与所需要的旋转轴线的轴线垂直的两个其他轴线的旋转刚度更加重要。例如，交叉点C与梁220的在部分4上的锚固点220.1之间的距离d被选择为等于至少大约梁长度的一半(once half)，在交叉点C与梁222在部分4上的锚固点222.1之间的距离也是如此。
[0091]优选地，交叉点C和活动部分4的惯性中心重合或者交叉点C和活动部分4的惯性中心彼此邻近。
[0092]在图5B的示例性实施例上，第一梁和第二梁的轴线的交叉点C位于部分2的活动部分2之外的一侧。优选地，角α等于90°，并且优选地，点C和活动部分2的惯性中心重合。关于图5Α的实例，交叉点C与梁220的在部分2上的锚固点222.1之间的距离d’被选择为等于至少梁长度的一半，交叉点C与梁222的在部分2上的锚固点222.2之间的距离也是如此。
[0093]优选地，各梁具有接近的或相同的长度和尺寸。然而，要理解的是，两个梁具有不同的长度和/或不同的横截面和/或不同的形状的机械连接部不偏离本发明的范围。
[0094]另一方面，机械连接部可包括在一个点处相交的两个以上的梁。例如，机械连接部可包括三个梁，其中两个梁例如图在图5A和5B中所提供的，另一个梁沿着由上述两个梁限定边界的角平分线延伸并且锚固在部分2和4上。根据另一个实例，其可包括四个梁。从包括第一梁和第二梁的图5A和5B的连接部开始，该包括四个梁的连接部将进一步包括一对对称分布的第三梁和第四梁，以便由第三梁和第四梁限定的角平分线与由第一梁和第二梁限定的角平分线重合。这种机械连接部实际上两个根据本发明具有两个梁的机械连接部的组合。由两个这种连接部限定的枢转轴线可重合，机械连接部的枢转轴线由这样的轴线两者产生。
[0095]根据该第二实施例的该机械连接部能够在这两部分之间进行枢转连接，防止机械干扰，这得益于与第一实施例的机械特性相似的机械特性，即，沿着这三个轴线的高平移刚度以及沿着这两个互补的其他轴线的重要扭转刚度、冲击强度，并且这确保了保护纳米仪表。
[0096]根据本发明的MEMS或NEMS结构可由传统的微型和纳米电子技术制造,具有层沉积、光刻以及蚀刻的步骤。在制造根据本发明的结构时，并且更具体地在制造枢转连接部结构时，确定第一梁和第二梁中每一个的旋转轴线。为此，在计算该结构的机械性能时，不考虑另一种类型的连接梁。在每种梁的这两个计算提供相同的旋转轴线时，获得在图1中表示的示例性实施例的特别有利的配置。
[0097]根据本发明的枢转连接部可用于所有其机械元件之一具有旋转运动的MEMS-NEMS结构。应用领域尤其涉及加速计、陀螺仪、磁力计、射频开关以及微驱动器，例如，微反射镜、微传感器等。
[0098]其在现有的MEMS和NEMS结构中的集成简单，并且该集成未对其制造方法进行大幅修改，因此，根据本发明的MEMS和NEMS结构的制造成本相对于现有技术的制造成本不增大。
【权利要求】
1.一种在微机电和/或纳机电结构的两个部分(2、4)之间的形成具有旋转轴线(Y)的枢轴的机械连接部，包括至少一个第一梁(220)和至少一个第二梁(222)，第一梁(20.1、20.2,120)和第二梁(22.1,22.2,122)中的每个在其端部(220.2,222.2,220.1,220.2)处连接至所述结构的所述两个部分(2、4)，所述第一梁和第二梁具有在交叉点(C)处相交并且在其间限定角(α)的轴线，并且所述第一梁和第二梁在弯曲和扭转条件下工作，从而所述机械连接部的枢转轴线(Y)垂直于所述角(α)的二等分线(224)并且与所述第一梁(220)和第二梁(22)相交，以便使所述部分能够围绕所述枢转轴线⑴旋转地移位并且防止所述部分沿着该轴线(Y)平移地移位。
2.根据权利要求1所述的机械连接部，其中，所述第一梁和第二梁的轴线的交叉点与所述部分(2、4)中的任一个的惯性中心重合或者位于彼此附近。
3.根据权利要求1或2所述的机械连接部，其中，所述角(α)在20°与160°之间。
4.根据权利要求3所述的机械连接部，其中，所述角(α)等于90°。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的机械连接部，其中，在所述交叉点与每个梁在所述部分(2、4)之一上的锚定点之间的距离至少等于第一梁和第二梁(220、22)的长度的一半，所述交叉点(C)位于上述的所述部分之一所在的一侧。
6.—种在微机电和/或纳机电结构的两个部分之间形成具有旋转轴线(Y)的枢轴的机械连接部，包括平行于所述枢转轴线(Y)提供的至少一个第一梁(20.1,20.2,120)和具有正交于所述第一梁的轴线的轴线的至少一个第二梁(22.1、22.2、122)，所述第一梁被配置为在扭转条件下工作，所述第二梁(22.1、22.2、122)被配置为在弯曲条件下工作，第一梁(20.1,20.2,120)和第二梁(22.1,22.2,122)中的每个在其端部处连接至所述结构的所述两个部分(2、4)，以便使所述部分能够沿着所述枢转轴线旋转地移位并且防止所述部分沿着该轴线平移地移位，其中，第一梁(20.1、20.2、120)沿着第一旋转轴线在扭转条件下工作，并且第二梁(22.1、22.2、122)在弯曲条件下工作，限定第二旋转轴线，并且其中，所述机械连接部的枢转轴线由所述第一轴线和所述第二轴线产生并且与所述第一轴线和第二轴线平行。
7.根据权利要求6所述的机械连接部，其中，所述第一梁(20.1、20.2、120)和第二梁(22.1,22.2,122)中的每个在其端部处连接至所述结构的所述两个部分(2、4)，以便防止所述部分旋转地移位到所述枢转轴线之外。
8.根据权利要求6或7所述的机械连接部，其中，与第一梁(20.1,20.2,120)的轴线对应的第一旋转轴线和由第二梁(22.1、22.2、122)限定的第二旋转轴线重合。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的机械连接部，其中，所述至少一个第一梁与第一部分和/或第二部分的锚固使得所述至少一个第一梁的纵向轴线与所述至少一个第二梁的纵向轴线基本上在其中间处相交。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的机械连接部，包括两个第一梁(20.1,20.2)和/或两个第二梁(22.1,22.2)。
11.一种微机电和/或纳机电结构，包括通过根据权利要求1至10中任一项所述的机械连接部出)连接的两个部分(2、4)。
12.根据权利要求11所述的微机电和/或纳机电结构，包括用于检测两个部分(2、4)围绕枢转轴线(Y)的相对位移的装置(24)。
13.根据权利要求12所述的微机电和/或纳机电结构，其中，所述检测装置(24)由悬挂在两个部分(2、4)之间的至少一个应变仪形成。
14.根据权利要求13所述的微机电和/或纳机电结构，包括悬挂在两个部分(2、4)之间的两个应变仪，所述两个应变仪相对于与所述结构的平面正交的平面被提供在枢转轴线(Y)的任一侧。
15.一种惯性传感器，其包括至少一个根据权利要求11至14中任一项所述的结构，其中，所述部分中的一个(2)形成固定部分，另一个(4)形成通过所述机械连接部(6)悬挂到所述固定部分上的惯性质量块。
16.根据权利要求15所述的惯性传感器，其形成加速计或磁力计或陀螺仪。
17.—种微驱动器，其包括:至少一个根据权利要求11至10中任一项所述的结构，其中，所述部分中的一个(2)形成固定部分，另一个(4)形成通过所述机械连接部(6)悬挂到所述固定部分(2)上的活动部分；以及用于使活动部分(2)围绕枢转轴线相对于固定部分移位的装置，例如 ，电容类或静电类、压电类、热电类或磁性类装置。
【文档编号】B81B3/00GK103987653SQ201280061416
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2012年12月12日 优先权日:2011年12月12日
【发明者】纪尧姆·约丹, 迪克·尹泰尔特, 帕特里斯·雷伊, 阿诺·瓦尔特 申请人:原子能和替代能源委员会