具有止挡元件的微机械系统的制作方法

本发明涉及一种微机械系统。本发明尤其涉及一种用于微机械系统的能运动的功能元件的止挡元件。

背景技术：

微机械系统包括基底和功能元件，该功能元件相对于基底能运动地支承。微机械系统的部件(也称为mems，微电子机械系统或微机电一体化系统)通常具有在1至100μm范围之间的尺寸，并且微机械系统在一个维度上具有约20μm至1mm的尺寸。用于微机械系统的典型应用领域包括加速度传感器、转动速率传感器、压力传感器、声音传感器、仪器的微机械仿造，例如泵或齿轮结构等。通过进一步缩小能够由微机械系统产生纳米技术系统，在这里示出的上下文涉及该系统。

在微机械系统功能结构的表面相互碰触时，该微机械系统能够灵敏地作出反应。尤其，功能结构在此能够与其它元件粘接，使得该系统的功能能力可能受限。

技术实现要素：

本发明所基于的任务在于，提供一种具有改进的弹性止挡元件的微机械系统，以便更好地防止功能元件与止挡元件粘接。该任务通过本发明的主题来解决。在下文中给出优选的实施方式。

微机械系统包括基底、相对于基底能运动地受支承的功能元件和弹性止挡。止挡元件具有安装在基底上的第一端部和第二端部，该第二端部设立成用于在该功能元件以预确定的量值从静止位置中偏转出来时与功能元件嵌接。在此，止挡元件沿第一方向和第二方向弹性地构造，该第一方向与功能元件的优选方向重合，该第二方向与第一方向垂直地延伸。

借助本发明能够避免功能元件附着在其它元件上并且避免完全或部分地失去其运动能力。本发明能够被用于有效地防止功能元件附着在基底区段上、在与基底刚性连接的垂直取向的元件上或在一个能运动的其它功能元件上。也能够阻止两个能偏转出来的膜片的附着。

为了避免粘接已知的是，对表面进行涂覆(“anti-stiction-coating”:防静摩擦涂层)。然而，这种涂层的防附着作用和表面湿润是受限的或者可能被在制造微机械系统时的其它过程干扰。替代地提出，如此刚性地设计这些元件，使得在统计学上强烈降低关键面的碰触概率。然而，这可能降低微机械系统的灵敏性。也提出，在关键的止挡点上沿利用方向装入弹动的止挡。在相应表面相互碰到时，止挡引发附加的复位力，该复位力能够帮助粘接的表面在相互碰到后重新松开。然而，由此可能减小功能元件的自由行程。此外，在一些微机械系统上可能出现功能元件的二维运动，使得弹动的止挡不仅以碰撞或压力被加载而且在切向上以摩擦力被加载。在此尤其可能出现一些情况，在这些情况中沿功能元件的优选方向不引起或仅引起小的力，尽管如此却发生垂直于该优选方向延伸的摩擦。在此，对应的表面的粘接概率可能强烈地提高。

根据本发明能够克服这些缺点，其方式是：通过止挡元件的二维功能能力可靠地防止功能元件附着在其它元件上。在此，本发明能够使用在微机械系统上并且在进一步缩小的情况下也能够使用在纳米技术的系统上，因为在继续小型化的情况下系统的表面与体积的比例增大，使得表面效应的控制变得越来越重要。

常常不能够在所有情况下将功能元件相对于微机械系统的能运动性限制到优选方向上。功能元件在由第一和第二方向展开的平面中的二维运动能够被二维的弹性止挡元件更好地接收。为了该运动，两个任意空间方向能相组合。由此能够使功能元件相对于止挡元件侧向运动、即划过或打滑的概率较小。能够以改进的方式防止功能元件与弹性止挡元件的粘接。微机械系统由于粘接而出现的功能损害能够更好地被避免。在两个方向上有弹性的功能元件能够借助用于微机械系统的已知制造技术来制造。

在一个特别优选的实施方式中，止挡元件的第二端部和功能元件的为了嵌接而设立的区段这样实施，使得能够在两个方向上实现力锁合的嵌接。为此，在第一变型方案中止挡元件的第二端部凹形地实施，并且功能元件的为了嵌接而设立的区段伸长地实施。在另一变型方案中，止挡元件的第二端部伸长地实施，并且功能元件的为了嵌接而设立的区段凹形地实施。

伸长的元件或者说伸长的区段尤其能够棍形地构造。伸长的元件能够允许功能元件沿两个方向自由运动，直至该功能元件与凹形的元件嵌接。能够沿两个方向嵌接到凹形元件中。凹形的区段尤其能够呈c形或u形地构造在这两个方向的平面中。

在另一优选实施方式中，伸长的元件具有凸形的端部区段。功能元件在不与止挡元件嵌接情况下能从静止位置中走过的行程能够被更好地确定。尤其优选的是，凸形元件的半径小于凹形元件的半径。由此能够更好地接收功能元件沿仅一个方向的运动。在凹形元件和凸形元件之间的嵌接区域能够缩小，使得能够减小元件粘接的危险。

止挡元件能够以不同的方式构造成用于保证在两个方向上的弹性。在一个优选实施方式中，止挡元件包括用于沿第一方向建立弹性能变形性的第一弯曲元件和安装在第一弯曲元件上的用于沿第二方向建立弹性能变形性的第二弯曲元件。每个弯曲元件例如能够实施为弯曲梁或膜片。因此能够沿两个方向相互无关地更好地确定止挡元件的弹性。

在另一实施方式中，两个第二弯曲元件相互平行地布置并且在其外部区域中相互连接。在此，优选在弯曲元件的内部区域上导入或导出力。这种布置以框架结构或弹簧框架的名称已知。

功能元件的优选方向优选平行于基底的表面来延伸。这种布置尤其在加速度传感器或转动速率传感器中是常用的并且能够允许所述止挡元件的简化构造。

在不同的实施方式中能够任意选择两个方向，其中，基底的平整表面通常作为取向的基础。然而也可能的是，弹性元件沿垂直于其它两个方向延伸的第三方向是有弹性的。由此能够沿所有三个方向接收或施加负荷。

在此优选的是，在功能元件和止挡元件的第二端部之间构造有按照碟-杯连接方式的贴靠结构。这相应于上述实施方式的具有凹形和伸长区段的三维延伸部。

附图说明

现在参照附图详细描述本发明，在附图中：

图1示出微机械系统；

图2以放大图示出图1的微机械系统的部分；和

图3示出在微机械系统上的止挡元件。

具体实施方式

图1示出具有基底105和功能元件110的微机械系统100。微机械系统100例如能够包括传感器、尤其加速度传感器或转动速率传感器。为了参考关系更容易，在图1和以下附图中分别画出具有第一方向(x)、第二方向(y)和第三方向(z)的坐标系。在此，方向x和y展开一平面，基底105的表面优选在该平面中延伸。然而应注意的是，笛卡尔坐标系的所有其它组合和定向作为实施方式是可能的。微机械系统100通常能通过半导体技术的器件来制造并且能够包括不同的半导体材料。基底105优选用作固定的安装框架并且例如能够包括硅。系统100的其它元件能够包括氧化硅或者包括作为导电层的金属化部。

功能元件110能够例如借助弹动的悬置装置或弹性膜片115相对于基底105能运动地被保持。在此，功能元件110尤其能够沿与第一方向x重合的优选方向120运动。然而不可能总是完全阻止沿垂直于优选方向120延伸的横向方向125的能运动性。在示出的实施方式中，横向方向125与第二方向y重合。

如果没有其他力作用到功能元件110上，那么该功能元件占据预确定的静止位置。在外部影响下，功能元件110能够以预确定的量值从静止位置中运动出来。为了限制该运动，设置有至少一个止挡元件130，该止挡元件包括第一端部135和第二端部140。第一端部135安装在基底105上，第二端部140设立成用于在功能元件110以预确定的量值从静止位置偏转出来时与功能元件110嵌接。在示出的实施方式中，功能元件110这样偏转出来，使得在示出的四个止挡元件中的两个上存在嵌接部145。

在第一端部135和第二端部140之间，止挡元件130包括弯曲元件150，该弯曲元件允许第二端部140相对于第一端部135至少沿第一方向120的运动。

图2示出在图1的微机械系统100的功能元件110和止挡元件130之间的嵌接部145的区域。示出的部分基本相应于在图1左上方示出的止挡元件130。

功能元件110包括区段205，该区段设立成用于与止挡元件130的第二端部140嵌接。功能元件110的区段205的表面和止挡元件130的第二端部140的表面说明性地以较大的粗糙度来示出。如果功能元件110执行由沿第一方向120的运动和沿第二方向125的运动组成的合成运动210，那么在区段205和第二端部140之间造成侧向的滑动或打滑运动。尤其可以在沿第一方向120的力分量小时，在滑动过程中，在区段205和第二端部140之间的原子或分子等级的逐步的、不同的表面结构能够相互接触。该接触能够这样进行，使得得到越来越高的粘接，因为在侧向运动时越来越多并且越来越好地结合的表面段相互接触。在统计学上不可能的是：在所述过程中强烈地粘接或啮合的表面状态移动到较弱地粘接的状态中，尤其因为在侧向运动时功能元件110的动能减小了。

因此，止挡元件130能够通过沿第二方向125的划过运动引起产生附着力的关键效应，并且止挡元件130抵抗粘接所希望的反作用力可能非常强烈地降低。因此，这尤其能够造成，松开力垂直地抵抗粘接的表面段来作用。在所描绘的止挡或运动方式的情况下，弹动的止挡元件130能够很大程度地不起作用。

尤其，在区段205的表面或者止挡元件130的第二端部140的表面中的一个不仅在原子范围中是粗糙的，而且也具有较大的结构例如沟槽、切口或者具有在亚微米至微米范围内的粗糙度时，在沿第二方向125侧向运动时粘接危险可能是大的。在mems结构和纳米结构的情况下常常需要关注该特征。

图3示出在微机械系统100上的止挡元件130的优选实施方式，如图1的系统那样。止挡元件130构造成用于既沿第一方向120又沿第二方向125表现为有弹性。为此，弯曲元件150能够这样构造，使得其沿两个方向120,125都是有弹性的。在这里示出的优选实施方式中串联地设置有第一弯曲元件150.1和第二弯曲元件150.2。第二弯曲元件150.2安装在第一弯曲元件150.1上，使得两个弯曲元件150.1,150.2机械串联地处于第一端部135和第二端部150之间。弯曲元件150.1,150.2中的一个也能够设置有框架结构，如在图3中示例性地关于第二弯曲元件150.2所示出那样。为此，两个第二弯曲元件150.2相互平行地布置，其中，它们的外部区域优选借助框架元件305相互连接。框架结构305能够在多维度上弹性变形。力的导入或导出优选在第二弯曲元件150.2的内部区域中进行。

进一步优选，为了在功能元件110和止挡元件130之间嵌接而构造有止挡结构310，其方式是：止挡元件130的第二端部140和功能元件110的为了与第二端部140嵌接而设立的区段205相互对应地构造，以便一方面只要功能元件110从静止位置出来的偏转不超过预确定的量值，那么允许功能元件110能相对于基底105沿两个方向120,125自由运动，另一方面如果超过预确定的量值，那么沿两个方向120,125实现可靠的力锁合。为此尤其优选的是，第二端部140凹形地构造，并且区段205伸长地、即长形地构造。相反的实施方式同样是可能的，在该实施方式中第二端部140长形地实施，并且区段205凹形地实施。

在示出的实施方式中，第二端部140在方向120,125的平面中尤其呈c形或u形地实施。如果要使区段205和第二端部140之间的自由间距沿两个方向120,125不同，那么能够相应地改变第二端部140的凹形形状。换言之，u形形状能够相应地较扁平地或较狭长地构造。

此外优选的是，区段205具有凸形的端部区段315。端部区段315的曲率半径优选小于凹形的第二端部140的曲率半径。

在另一实施方式中，止挡元件130能够附加地沿第三方向(z)弹性地构造。为此，第一弯曲元件150.1例如能够附加地沿第三方向有弹性，或者能够设置有所提供的第三弯曲元件，该第三弯曲元件与其它两个弯曲元件串联并且保证了沿z方向的弹性。贴靠结构310能够容易地向第三方向扩展，其方式是：止挡元件130的第二端部140的和功能元件110的区段205的为了相互嵌接而设置的表面相对于第二方向125基本旋转对称地设置。因而，凹形的第二端部140根据壳或碗的类型也在第三维度中是凹形的。区段205的凸形端部区段315能够根据球区段的方式三维地凸形地构造。