静电致动器和用于生产其的方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种具有悬臂电极的静电致动器和用于生产其的方法。
【背景技术】
[0002] 通常，静电致动器如下构造，此处W如下顺序从下到上示意性地描述：将固定或可 移动的第一电极设置在第一致动器材料上并由绝缘层覆盖。在后者上，设置牺牲层，牺牲层 再被固定或可移动的第二电极覆盖。将第二致动器材料设置在第二电极上。第一和第二电 极中的电极材料均可W不同于致动器材料，其中第一致动器材料也可W不同于第二致动器 材料，具体地，第一或第二致动器材料可W为在其上W不可移动的方式形成致动器的衬底。 在层和电极结合在一起之后，移除牺牲层，于是在结构内的电极之间留下间隙。
[0003] 静电致动器的常见生产过程在静电致动器的两个电极之间形成空气间隙，尤其由 于引入的牺牲层。由间隙形成的电极之间的距离一方面导致操作致动器所需电压的显著 增加，另一方面导致致动器的依赖于当前获得的偏转状态的偏转性能的变化，甚至导致"吸 和"效应。
[0004] 静电致动器的生成的力随着电极彼此之间的距离增加而二次方地减小。在经典的 平行板致动器的情况下，静电致动器的力能够通过忽略绝缘层由W下公式给出 阳00引F=l/2(e〇Av2)/(g-d)2
[0006] 其中F描述静电力，e。描述电场常数，V描述所施加的电压，d描述电压相关偏转， A描述电容器面积，g描述电极彼此之间的初始距离。由于静电致动器的几何形状和高度非 线性力生成，^比例^~^^二次方地依赖于电极彼此之间的距离，静电致动器的效率随着 {g-d) 电极彼此之间的距离的增大而大大地减小。在平行板致动器的情况下，该距离为最大的可 能行程。
[0007] 图3a示出了根据现有技术的静电致动器的侧视图，其中将静止电极14设置在衬 底12上，将绝缘层16设置在静止电极14的远离衬底12的一侧上。与静止电极14相对， 设置固定在固定夹具18处的弯折件32。将可移动的电极34设置在弯折件32的朝向静止 电极14的一侧，其中在可移动的电极34和绝缘层16之间形成间隙17,其中间隙17是例如 移除在致动器的上述生产过程中已经设置的牺牲层的结果。
[0008] 使用电极14和34之间形成的间隙17相对于彼此定位两个电极14和34导致致 动器的上述限制。
[0009] 图3b示出了图3a中的静电致动器的俯视图。设置在固定夹具18上的弯折件32 W平面均匀方式实现。
[0010] 当超过电极14和34之间的基于几何形状和材料参数的控制电压时，电极14和34 之间的间隙17和非线性力生成导致吸和效应。 W11] 由于由生产引起的限制，电极14和34之间的间隙17不能够被完全关闭，但能够 通过优化生产过程被最小化。由此，由电极14和34彼此之间余留的距离导致的可静电地 产生并使用的力的损失可被接受。
[0012] 传统技术包括大量的静电致动器的不同结构。已知实现示出，例如，弯折件或板通 过弹黃元件被悬臂或通过固定夹具或弹黃元件在两侧被夹紧。同样，关于静止电极或弯折 件的几何形状，已知大量不同的实现，其中电极之间的间隙导致实现中的上述缺点。
[0013] 公开描述如何利用弯折件所包含的非常柔软的突片（t油），通过非常早的静电激 励，即W非常低的被施加的电压，并通过利用由所施加的电压产生的电极之间的吸引力产 生柔软突片朝向相对的电极的偏转，部分地关闭电极之间的间隙，并且偏转部分地关闭接 触点处的间隙。但是间隙本身仍然存在。
【发明内容】
[0014] 本发明的目的在于提供一种静电致动器W及用于生产其的方法，由此能够减小用 于操作的电压。
[0015] 该目的通过根据权利要求1的静电致动器和根据权利要求16的方法实现。
[0016] 本发明基于通过利用机械预加载部分地关闭电极之间的间隙而防止上述问题的 知识。此外，通过设置悬臂电极，能够影响施加的电压和导致的致动器行程之间的特征曲 线。
[0017] 例如在光刻工艺中，能够实现弯折件的材料中的由生产引起的张力并用于使悬臂 相对于弯折件偏转。通过稍微改变的几何形状和机械张力梯度，能够在致动器内产生不同 地弯曲的区域。如果不同地弯曲的区域是同步的，电极之间的间隙能够在接触点处被部分 地关闭和/或能够产生额外的弹黃元件。额外的弹黃元件能够被用于，例如，通过由弹黃元 件改变的反方向的力使静电致动器的力-偏转曲线线性化。
[0018] 用于改变偏转曲线的一个进一步并更加可靠的并且技术上也更加简单的选择是 电极形状的改变，W通过局部不同的电极构造调整局部不同的激励功率并因此调整已改变 的偏转曲线。
[0019] 根据一个实施例，弯折件包括沿静止电极方向偏转的悬臂电极，W使悬臂电极接 触设置在静止电极上的绝缘层，并由此在悬臂电极和静止电极之间的接触点处部分地关闭 电极之间的例如通过移除牺牲层而暴露的间隙。由此，当在电极之间施加电压时，产生高吸 引力并W较低电压实现弯折件的偏转。
[0020] 根据可选的实施例，沿轴向伸展弯曲弯折件，W使弯折件和静止电极之间的距离 沿弯曲并从弯折件的夹具开始增加。运个布置允许致动器在可偏转端和静止电极之间的行 程增加。
[0021] 根据进一步的实施例，设置两个静电致动器W使弯折件的可偏转端彼此相对并在 可偏转端之间设置弹黃结构，运产生相对于偏转致动器的静电力的恢复力。由此，额外地影 响电压偏转行为。
[0022] 根据进一步的实施例，在弯折件的自由可偏转端处设置梁元件，W通过杠杆作用 增加静电致动器的行程。
[0023] 进一步的有利实施是从属权利要求的主题。
【附图说明】
[0024] 下面参考附图描述本发明的实施例。它们示出：
[00巧]图la为静电致动器的侧视图，除绝缘层之外，静电致动器的弯折件包括悬臂电 极，悬臂电极沿静止电极的方向偏转并关闭电极之间的间隙； 阳026] 图化为图la中的静电致动器的俯视图；
[0027] 图2为类似于图la的静电致动器的侧视图，其中悬臂电极沿静止电极的方向偏转 并部分地减小电极之间的间隙；
[002引图3a为根据现有技术的不具有悬臂电极的静电致动器的侧视图； 阳029] 图3b为图3a中的静电致动器的俯视图；
[0030] 图4a为类似于图la的静电致动器，其中弯折件包括机械预加载，W使弯折件具有 弯曲；
[0031] 图4b为图4a中的静电致动器的俯视图；
[0032] 图5a为具有方形悬臂的静电致动器的俯视图；
[0033] 图化为具有Ξ角形悬臂的静电致动器的俯视图；
[0034] 图5c为具有梯形悬臂的静电致动器的俯视图；
[0035] 图5d为具有矩形悬臂的静电致动器的俯视图，矩形悬臂的可偏转端沿弯折件的 轴向曲线延伸；
[0036] 图6a为类似于图5a的具有邻近固定夹具设置的减小的悬臂的静电致动器的俯视 图；
[0037] 图化为类似于图6a的具有邻近弯折件的可偏转端设置的减小的悬臂的静电致动 器的俯视图；
[003引图6c为具有分别类似于图6a和化的悬臂的静电致动器的俯视图；
[0039] 图7a为可偏转端通过弹黃元件相连的两个相对的静电致动器的侧视图； W40] 图化为图7a中的静电致动器的俯视图；
[0041] 图8为具有四个悬臂的环形静电致动器的俯视图；
[0042] 图9a为具有根据图4a的预弯曲和悬臂电极的静电致动器的侧视图；
[0043] 图9b为不同示意性电极几何形状的图示；
[0044] 图9c为具有图9b中的不同电极几何形状的示意性致动器偏转的曲线图；
[0045] 图10a为处于非偏转状态的静电致动器的俯视图，在其可偏转端处设置梁元件；
[0046] 图1化为图10a中的静电致动器的侧视图；
[0047] 图10c为类似于图1化的静电致动器处于偏转状态时的侧视图；
[0048] 图lOd为图lOa-c中的静电致动器处于类似于图10c的偏转状态时的俯视图；
[0049] 图11a为类似于图10a的静电致动器的俯视图，其中弯折件具有相对于梁元件而 言较小的轴向伸展；
[0050] 图Ub为图11a中的类似于图1化的静电致动器的侧视图；
[0051] 图11c为类似于图1化的静电致动器处于偏转状态时的侧视图；
[0052] 图lid为类似于图11a的静电致动器处于类似于图11c的可偏转状态时的俯视 图；
[0053] 图12a为类似于图11a的静电致动器的俯视图，其中在梁元件的区域内设置梁电 极；
[0054] 图1化为根据图12a的类似于图1化的致动器的侧视图； 阳化5]图12c为类似于图12b的致动器的侧视图，其中额外地设置的梁元件被偏转；
[0056] 图12d为类似于图12a的静电致动器处于类似于图12c的偏转状态时的俯视图。
【具体实施方式】
[0057] 图la示出了具有静电致动器的装置10的侧视图。在衬底12上设置W平面的方 式被绝缘层16覆盖的静止电极14。与静止电极14相对，间隔开间隙17,布置设置在固定 夹具18上的弯折件22,其中弯折件包括可变形致动器材料24和设置在其上的弯折件电极 26。弯折件22的中性纤维27平行于静止电极14延伸。弯折件22的区域限定出悬臂28并 在静止电极14的方向上偏转，其中在悬臂28的朝向静止电极14的表面上设置与弯折件电 极26绝缘的悬臂电极29,W便可W在弯折件电极26和悬臂电极29之间施加不同的电势。 在空闲状态下，不施加电场，悬臂28被预偏转，W使悬臂电极29在接触点31处接触绝缘层 16并在接触点31处部分地关闭悬臂电极29和静止电极14之间的间隙17。通过弯折件的 从固定夹具18朝向与弯折件的被夹紧侧相对的可偏转端33的轴向弯曲，在空闲状态下并 且没有施加电场的情况下，除了悬臂电极29W外，弯折件22包括弯折件和绝缘层16之间 的W及因此与静止电极14之间的几乎恒定的距离，其中在该距离内形成间隙17。