专利名称：微型机械构件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种微型机械构件，相对已知解决方案其工作稳定性 得以提高。这种构件涉及传感器或两极反应物，在这些传感器或两极 反应物中可摆动件至少在一维中摆动。这种摆动可以是移动、倾斜或 围绕着转动轴线的摆动。
背景技术：
通常是基于一种电力作用驱动这种运动。
通过构造一种基层来利用这种基层构成这种微型机械构件的主 要零件。从上表面起，在基层中设置凹槽，这种基层在最终的构件上 形成一个总的厚度并可以构成贯通的凹槽。
通过这样一种构造，就可以构成与弹簧固定在一起的可摆动件、 框架体和必要的其他零件，例如指状电极。
在EP 1 123 526 Bl中公开了 一种用于连续偏转电磁辐射的两极 反应物，其中尤其涉及了如何驱动这种两极反应物。
可以象已经描述的那样，在一个可摆动件或一个框架体上设置指 状电极，这些指状电极相互相嵌地设置并且被制成梳子状。由此可以 提高在一个零件偏转时的作用力。图1中表示了一个这样的实施例。
但是，这种微型构件的编织品结构还是有问题，即损害了功能并 导致构件的损坏。
框架体和可摆动件被设置成在不同的电动势下发生偏转。为此， 它们必须是相互电绝缘的。但是非正常使用可能导致电位差过大且具 有不同电动势的区域或零件处于接触状态，这将导致伴随着可预见恶 果的电短路。
通过在微型机械构件上作用很高的机械加速度，这种接触可能有
条件地机械地出现。
由此，可能在断路状态下在零件上，尤其是指状电极上引起损坏 或破坏。
但是，微型机械构件的零件还可能相互粘结，即所谓"sticking" (粘结)。其结果就是导致电短路。
发明内容
本发明的目的在于提供一种微型机械构件，尤其是在电压升高和 其他外界干扰的情况下该构件提供更高的工作稳定性。
根据本发明该目的由一个微型机械构件实现，其中，通过至少一 个弹簧将一个可摆动件保持在一个框架体上，带弹簧的可摆动件通过
所设置的凹槽和一个电绝缘体与框架体机械且电隔离，在框架体和具 有弹簧的可摆动件之间有一个电压，其特征在于，在这样的区域之间
构成位移限制元件，所述区域具有相同电动势或在与这样的区域接触 时产生一个可以忽略的电流。
本发明的有益的构造和进一步的结构包括:具有凹槽的位移限制 元件被设置成，其凹槽的缝隙尺寸小于可摆动件和框架体之间的其他 凹槽的缝隙尺寸。在可摆动件的外侧以及框架体上与之互补的外侧i殳 置相互嵌入的指状电极，这些指状电极通过凹槽相互分开。将指状电 极彼此分开的凹槽具有大于位移限制元件的凹槽的缝隙尺寸。在框架 体设置一个与之电绝缘的附加电枢，该附加电枢与设置在可摆动件上 的止挡构成个位移限制件。至少沿轴线方向在附加电枢和止挡之间保 持一个小于其他凹槽的缝隙尺寸。构成位移限制元件的凹槽相对弹簧 的纵轴倾斜一个角度设置。在位移限制元件上的处于接触状态的区域 中形成一个高电阻连接。高电阻连接由在此处的、不导电或电阻非常 高的材料构成的层组成。距离弹簧的距离增加的、构成位移限制元件 的凹槽具有逐渐减小的缝隙尺寸。弹簧在框架体的方向上汇入电枢， 电枢通过一个绝缘件相对框架体电绝缘。附加电枢通过一个绝缘件相 对框架体电绝缘。绝缘体由一个敞开的凹槽构成。在电枢和/或附加电
枢和框架体之间通过至少部分填满 一个凹槽由绝缘材料构成绝缘体。 附加电枢连接在可摆动件的电动势上。利用 一个位移限制元件凹槽在 可摆动件上形成一个止挡。位移限制元件设置在弹簧和/或指状电极区 域中。相对弹簧的纵轴线方向对称地设置。
根据已知的微型机械构件，可摆动件至少由 一 个弹簧固定在 一 个 框架体上。这个弹簧可以根据使用要求是一个挠曲梁或一个扭簧。
但通常采用两个这种弹簧，这些弹簧设置在一个公共轴上并相对 地设在摆动件上。
一个构件的框架体相对其他零件电绝缘，从而在框架体上有一个 电动势而至少在可摆动件上有一个与之不同电动势。
如同EP 1 123 526 Bl中所描述的那样， 一个零件会由于静电力而偏转。
由于在整个厚度上布设凹槽，构成了单个零件并由此实现其各种 功能。
这就导致了一种机械分离和一种对受不同电动势沖击的零件的 电绝缘。
可以局部地并再附加利用一种绝缘体来实现电绝缘。其中，凹槽 至少部分地或局部地由 一 种电绝缘材料充填。
但是根据本发明，在一种优选实施例中，将位移限制元件设在具 有相同电动势的区域之间。这种位移限制元件阻止可摆动件的运动， 这种运动可能会导致一个构件的具有不同电压的零件/区域的不必要 的直接接触或由于较高的加速度产生的力所导致的机械损坏。
应该对位移限制元件这样设置、安置以及确定其尺寸，即在出现 接触时不会出现接触面焊接。其中，在其他面积(例如指状电极的、 可摆动件的面积)上的预留间隔大到在接触到位移限制元件时也不会 产生电火花。
也存在这样的可能性，即在具有不同电动势的区域中设置位移限 制元件。当这些区域非常靠近以至于出现接触的时候，也仅仅只有一 种可以忽略的、不会对构件构成任何损坏的电流。可以利用具有很高
电阻的连接这样限制由于这种接触所产生的电流，即所出现的电流不 会导致材料软化，尤其是不会在接触部位形成焊接。为了达到高电阻， 可以用掺杂质很少的材料构成这种区域。它们可以是框架体上的 一部 分。但也可以例如用多聚硅或不掺杂质的硅以设定的结构构成一种适 宜的层。
为了形成高电阻连接，可以对各个接触面局部地涂覆一层不导电 的或导电差的薄层。所述接触面由相对设置的壁的侧壁构成，所述不 导电或导电差的薄层由不导电或电阻非常高的材料(例如氧化硅或氮 化硅)构成。
位移限制元件最好具有凹槽，这些凹槽的缝隙尺寸比其他设在可 摆动件和框架体之间的凹槽小。这种凹槽也比其他凹槽细小。在不允 许的运动时，仅仅是一个构件的一些零件相互碰撞，这些零件具有相 同的电动势并且通常也是机械稳定的。
可以这样选择用于位移限制元件的凹槽的布置和取向，即可以在 一个或多个轴向方向上限制运动。
构成位移限制元件的凹槽指向垂直于限制位移方向的轴向方向。 相互垂直地或相对弹簧纵轴倾斜一个角度地排布更多这样的凹槽。利 用上述两种变换可以在很多轴向方向上实现对运动的限制。
本发明同样可以用于具有指状电极的微型机械构件的实施例。其 中，凹槽应该在可摆动件和框架体上在指状电极的区域中具有较大的 缝隙尺寸。
但是，在这些区域中，最好是在框架体上还可以设置一个电绝缘 的附加电枢。可以利用设置在可摆动件上的止挡构成一个位移限制元 件。此时，至少在一个轴向方向上在附加电枢和止挡之间的缝隙尺寸 小于这种情况下其他凹槽的缝隙尺寸。这样就可以避免可摆动件和框 架体的指状电极相互碰撞。
还可以在许多轴线上设置构成位移限制元件的凹槽，这些凹槽相 对 一 个或多个弹簧的纵轴的间距是不同。与相邻设置的这种凹槽相 比，这种凹槽的缝隙尺寸随着相对纵轴距离的增加而变大。
也可以选择使缝隙尺寸逐渐变小。
但是，也可以这样设置位移限制元件的凹槽，即当各个可摆动件 在不需要的运动时已经经过了一定的路程或者相对构件倾斜了一定 角度的时候，位移限制元件的凹槽的缝隙尺寸是足够小。
类似地在可摆动件的各种不需要的运动或摆动状态时就是这种 情况。各个运动或摆动的作用由单独的或多个凹槽来实现并且共同作 用限制位移。当出现这种状态的时候，这种凹槽的缝隙尺寸小于构件 的其他凹槽的缝隙尺寸。
具体细节应参见结合附图4对一个实施例的描述。 利用这种通过对基层的构制而形成的凹槽还可以在一个弹簧处 构成一个电枢，弹簧沿框架体方向伸入电枢中并且电枢构成对弹簧的 支承/加紧。如前所述， 一个这样的电枢相对框架体电绝缘。
由于这种电枢是通过弹簧与可摆动件相连的，所以也具有相同的 电动势。
对于设在框架体上的附加电枢而言这并非易事。但是，就像可摆 动件那样，这种电枢可以通过一种附加的接触而连接到相同的电动势 上，/人而避免电4豆3各。
利用相距纵轴线一段距离并指向与之偏离的方向的凹槽可以构 成止挡，就位移限定功能而言，这种止挡具有足够的强度。
这种微型机械构件最好相对弹簧的纵轴线至少基本上对称。
可以将基层用于微型机械构件，这种基层是不导电的并且采用掺 杂或具有导电不好的材料的涂层而局部导电。但是，也可以使用导电 的基层生产构件。例如使用硅来生产。
下面将结合实施例详细描述本发明。其中
图1表示一个根据现有技术的微型机械构件的实施例；
图2表示一个根据本发明的微型机械构件的实施例；
图3表示一个根据本发明的微型机械构件的实施例，该微型构件
的指状电极区域中设有附加电枢和止挡；
图4表示一个根据本发明的具有许多相对弹簧纵轴线以不同距离 设置的位移限制元件的实施例。
具体实施例
在图1所示的微型机械构件的实施例中，通过两个作为悬挂的弹 簧2固定可摆动件1。这些零件由单晶硅层构成。最好采用这样一种 具有在绝缘体上粘覆的硅(BSOI)的实施方式。而为了生产，所述绝 缘体呈盘状。在此，附图所示的上层是硅，这层硅由硅氧化物层与下 硅层分开。下硅层可以在除框架体9的范围之外被除去，下硅层在框 架体9处提高了机械强度。
可摆动件1与弹簧2连接。弹簧2逐渐地变为电枢3。通过绝缘 体4使电枢3与框架体9电绝缘，但同时机械连接。在制造的时候， 可以在上硅层中腐蚀出 一个凹槽。腐蚀是有选择地进行的并且在埋入 的氧化物层4处停止。埋入的氧化物层在用于机械元件的上层和下层 之间形成一个中间层。
用氧化物层填充一个凹槽。这时，凹槽将不会贯穿整个厚度，而 是被设置成一个槽形的凹陷。填充氧化物，直至在可摆动件l，弹簧 2和电枢3与框架体9之间没有导电连^:为止。
在没有示出的实施形式中，可摆动件1和框架体9单独电连接并 连接在一个电源上。这样，可摆动件l上是正电压，框架体9上是负 电压，或者反过来。
在可摆动件1和框架体9上，利用迂回曲折形结构的凹槽5在构 件的相对的两侧上形成指状电极6和7。指状电极6和7也具有各自 的电动势，这种电动势用于驱动可摆动件1的偏转。
在完全对称并忽略全部外界力和一个构件的分子热运动(Brown 分子运动)的情况下，理论上电位差可以任意地大，而所产生的静电 力不会造成指状电极6和7相互吸引、相互接触和短路。但是从制造 的角度讲完全对称是不可能的，因此在增大的电压差作用下可摆动件
1总是要偏转。通过预变形由弹簧2产生一个相应的复位力。当静电 力很高超过弹簧2的机械复位力的时候，会使指状电极6和7在横向 方向上彼此相向地被加速并相遇。指状电极6和7可能断裂、损坏或 被破坏。除此之外，还会导致电短路和/或电火花，这些都将导致电子 和电气元件进一 步的损坏或破坏。
由于粘接力，可以将指状电极6和7在没有电动势差的情况下直 接固定在一起或干脆焊接在一起，构件由此丧失其功能。
但是，也可以由于其他的力导致这种不良结果。由于撞击或其他 突然的运动会使构件相应地加速，由此而导致的力也会超出弹簧力， 这将导致可摆动件1带着设置于其上的其他零件或元件运动或偏转。 如现有技术所公开的那样，在松开的时候，就会由于可摆动件l或零 件的运动或偏转而导致短路。
但根据本发明是可以实现的。
图2表示了一个实施例，其结构与图1所示实施例类似，因此部 分省略相应的说明并仅仅考虑与本发明相关的部分。
显然，除凹槽5， 8, 10和11之外还i殳有凹槽13和14。通过凹 槽13和14的排布和指向，在可摆动件1上各个角部区域中形成止挡 12。与其它凹槽5， 8， 10和11相比，凹槽13和14的缝隙尺寸比4交 小。在可摆动件1超过一定量的运动/摆动时，由凹槽13和14分开的 端面就会相互碰撞，从而可以避免在不同电动势下其他零件或区域相 互危险地靠近。这尤其适于避免指状电极6和7相接触。
在任意一个弹簧2处可以面对面地设置多个这种构成位移限制元 件的凹槽13和14，尽管附图标号仅仅指示了两个这样的凹槽13和 14。
凹槽13和14的结构以及由此形成的止挡12的结构可以避免在 较高的加速度和由此产生的力的作用下出现损坏或破坏。同样可以避 免附着力(粘结的)。
这样选4奪凹槽13和14和止挡12的尺寸，即在可摆动件1以最 大振幅摆动的时候，可以限制位移。当垂直于结构件平面侧向摆动时，
在止挡12区域中的厚度应大于最大摆动幅度。这种预留的缝隙(例 如在指状电极处)还应该根据接触面的"抵靠，，而足够大，以避免电 火花放电。此时，对应各个电压考虑各个所需的缝隙宽度。
假如，为了制造还对上表面进行已知的硅深腐蚀处理并由此而形 成敞开的、宽度和缝隙尺寸稍稍不同的凹槽，则可摆动件l在构件平 面内垂直于弹簧2的延展大于在弹簧2方向上的延展。这样，在可摆 动件1围绕着一个垂直于构件平面并从其中心穿过的轴线摆动时，就 会导致指状电极6和7依然靠的太近或干脆接触上了 。
根据图3所示的本发明的实施例可以消除这种缺点。
其中，在可摆动件1上的指状电极6上设置至少一个止挡17 (图 3中是两个止挡17)。这种指状电极呈十字状。这个具有止挡17的 指状电极由附加电枢15的两个指状电极从两侧包围。附加电枢15与 框架体9连接，与之固定并电绝缘。如已经说明过的那样，与图2所 示的情况类似，还是用电绝缘材料填充凹槽16形成绝缘体4。附加电 枢15最好连接在与可摆动件1相同的电动势上。
假如可摆动件1与弹簧2的纵轴平行、倾斜一个角度或与之垂直 地运动，指状电极将在附加电枢15处与止挡17相碰，因为其缝隙尺 寸小于另外的凹槽5， 8, 10和11的宽度或缝隙尺寸。
止挡17和附加电枢15的零件和指状电极也可以大于指状电才及6 和7的尺寸。
这将克服已经多次提到的缺点。
在一些情况下，为了实现所希望的作用，只要一个对这样的止挡 17和附加电枢15的位移限制就足够了。但是图4所示具有附加凹槽 13和14的实施例比其他位移限制元件更耐用且更安全。
图4所示实施例由比上述实施例更厚的基层构成。围绕弹簧2设 置的凹槽11比较宽，并且具有比作为位移限制元件的、带止挡的凹 槽18, 19和20大的缝隙尺寸。其中，凹槽18至20被设置成随着 相对弹簧2纵轴距离的增加以比较小的缝隙尺寸逐步变窄。
在有一个外界作用的加速度的情况下，且该加速度具有一个在构件平面内垂直于弹簧2的矢量的情况下，由凹槽构成的止挡20首先 起作用，并限制可摆动件1的运动的可复位的位移。
与之相反，假如可摆动件1振荡并围绕着弹簧2的轴线转动，则 由凹槽构成的止挡20将失去作用，因为当可摆动件1以比较大的振 幅摆动的时候在这个区域中的不可能有机械接触。但是，这个可以由 设置在弹簧2的旋转轴线(该轴线通常与其纵轴线重合)附近的、由 凹槽形成的止挡19和18实现。
考虑到凹槽在构件上的布置，就应用而言，各个用于位移限制元 件的具有选定缝隙尺寸的凹槽的结构都适合于构件的使用功能。
围绕弹簧的凹槽应该总是比位移限制元件旁的凹槽宽。在作用有 加速度的(例如在冲击或内部静电)情况下，薄的、脆弱的弹簧不承 受沖击栽荷，因为不会出现机械接触。这样，可以提高机械可靠性。
缝隙宽度也需考虑，从而保证弹簧在扭转的时候是安全的，因为 弹簧横截面是棱柱形的，并因而在一些位置上在横向上宽一些。
权利要求
1.微型机械构件，其中通过至少一个弹簧将一个可摆动件保持在一个框架体上，带弹簧的可摆动件通过所设置的凹槽和一个电绝缘体与框架体机械且电隔离，在框架体和具有弹簧的可摆动件之间有一个电压，其特征在于，在这样的区域之间构成位移限制元件(13，14，17，18，19，20)，所述区域具有相同电动势或在与这样的区域接触时产生一个可以忽略的电流。
2. 如权利要求1所述的构件，其特征在于，具有凹槽的位移限 制元件(13, 14, 18, 19, 20):帔设置成，其凹槽的缝隙尺寸小于可 摆动件(1 )和框架体(9)之间的其他凹槽(5, 8, ll)的缝隙尺寸。
3. 如权利要求1或2所述的构件，其特征在于，在可摆动件(1 ) 的外侧以及框架体(9)上与之互补的外侧设置相互嵌入的指状电极(6和7),这些指状电极通过凹槽(5)相互分开。
4. 如权利要求3所述的构件，其特征在于，将指状电极(6和7) 彼此分开的凹槽(5)具有大于位移限制元件的凹槽(13, 14, 18, 19， 20)的缝隙尺寸。
5. 如前述权利要求之一所述的构件，其特征在于，在框架体(9) 设置一个与之电绝缘的附加电枢(15),该附加电枢与设置在可摆动 件(1)上的止挡(17)构成个位移限制件。
6. 如权利要求5所述的构件，其特征在于，至少沿轴线方向在 附加电枢(15)和止挡(17)之间保持一个小于其他凹槽(5, 8， 11) 的缝隙尺寸。
7. 如前述权利要求之一所述的构件，其特征在于，构成位移限 制元件的凹槽相对弹簧(2)的纵轴倾斜一个角度设置。
8. 如前述权利要求之一所述的构件，其特征在于，在位移限制 元件(13, 14， 18, 19， 20)上的处于接触状态的区域中形成一个高 电阻连接。
9. 如前述权利要求之一所述的构件，其特征在于，高电阻连接 由在此处的、不导电或电阻非常高的材料构成的层组成。
10. 如前述权利要求之一所述的构件，其特征在于，距离弹簧的 距离增加的、构成位移限制元件的凹槽(18, 19, 20)具有逐渐减小 的缝隙尺寸。
11. 如前述权利要求之一所述的构件，其特征在于，弹簧(2) 在框架体(9)的方向上汇入电枢(3)，电枢通过一个绝缘件(4) 相对框架体(9)电绝缘。
12. 如前述权利要求之一所述的构件，其特征在于，附加电枢通 过一个绝缘件(4)相对框架体(9)电绝缘。
13. 如权利要求11或12所述的构件，其特征在于，绝缘体由一 个敞开的凹槽构成。
14. 如权利要求11或12所述的构件，其特征在于，在电枢(3) 和/或附加电枢和框架体(9)之间通过至少部分填满一个凹槽由绝缘 材料构成绝缘体(4)。
15. 如权利要求11或14所述的构件，其特征在于，附加电枢(15) 连接在可摆动件(l)的电动势上。
16. 如前述权利要求之一所述的构件，其特征在于，利用一个位 移限制元件凹槽(13， 14)在可摆动件(1 )上形成一个止挡(10)。
17. 如前述权利要求之一所述的构件，其特征在于，位移限制元 件设置在弹簧(2)和/或指状电极(6， 7)区域中。
18. 如前述权利要求之一所述的构件，其特征在于，相对弹簧(2) 的纵轴线方向对称地设置。
全文摘要
本发明涉及一种微型机械构件，相对已知解决方案其工作稳定性得以提高。这种构件涉及传感器或两极反应物，在这些传感器或两极反应物中可摆动件至少在一维中摆动。本发明的目的在于提供一种微型机械构件，尤其是在电压升高和其他外界干扰的情况下该构件提供更高的工作稳定性。为实现上述目的，根据本发明提供一种微型机械构件，其中通过至少一个弹簧将一个可摆动件保持在一个框架体上，带弹簧的可摆动件通过所设置的凹槽和一个电绝缘体与框架体机械且电隔离，在框架体和具有弹簧的可摆动件之间有一个电压，其特征在于，在这样的区域之间构成位移限制元件，所述区域具有相同电动势或在与这样的区域接触时产生一个可以忽略的电流。
文档编号G02B26/08GK101112967SQ20071012982
公开日2008年1月30日 申请日期2007年7月27日 优先权日2006年7月28日
发明者亚历山大·沃尔特, 哈拉尔德·申克 申请人:弗兰霍菲尔运输应用研究公司