DE102006036499B4 - Mikromechanisches Bauelement - Google Patents

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Abstract

Mikromechanisches Bauelement, bei dem ein auslenkbares Element mittels mindestens einer Feder an einem Rahmenteil gehalten ist, dabei das auslenkbare Element mit Feder(n) durch ausgebildete Gräben und eine elektrische Isolation mechanisch und elektrisch vom Rahmenteil getrennt sind; und eine elektrische Spannung zwischen Rahmenteil und auslenkbarem Element mit Feder(n) anlegbar ist und dabei Wegbegrenzungselemente mit Gräben zwischen Bereichen, die auf gleichem elektrischen Spannungspotential liegen oder bei berührender Kontaktierung solcher Bereiche ein vernachlässigbarer elektrischer Stromfluss auftritt, ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Wegbegrenzungselemente bildenden Gräben (18, 19, 20) mit ansteigendem Abstand von den Längsachsen der Feder(n) (2) ein sich schrittweise verkleinerndes Spaltmaß aufweisen.

Description

  • Die Erfindung betrifft mikromechanische Bauelemente gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, deren Betriebsstabilität gegenüber bekannten Lösungen erhöht ist und wie sie beispielsweise aus JP 08043436 AA und DE 199 06 046 A1 bekannt sind. Dabei kann es sich um Sensoren oder auch Aktoren handeln, bei denen ein auslenkbares Element in mindestens einer Dimension ausgelenkt werden kann. Dies kann eine translatorische Bewegung, eine Verkippung oder Verschwenkung um eine Rotationsachse sein.
  • Der Antrieb dieser Bewegung basiert in der Regel auf der Wirkung elektrostatischer Kräfte.
  • Wesentliche Teile solcher mikromechanischen Bauelemente werden aus einem Substrat durch Strukturierung des Substrates hergestellt. Dabei werden ausgehend von einer Oberfläche Gräben im Substrat ausgebildet, die am fertigen Bauelement durch die gesamte Dicke reichen und durchgehende Gräben bilden können.
  • Durch eine solche Strukturierung lassen sich auslenkbare Elemente, die mit Federn gehalten sind, ein Rahmenteil und ggf. weitere Elemente, wie z. B. Elektrodenfinger ausbilden.
  • So ist in EP 1 123 526 B1 ein Aktor für die kontinuierliche Ablenkung elektromagnetischer Strahlung beschrieben, was insbesondere den Antrieb des Aktors betrifft.
  • So können, wie bereits angesprochen, Elektrodenfinger an einem auslenkbaren Element und einem Rahmenteil ausgebildet sein, die alternierend ineinander grei fend angeordnet und kammförmig ausgebildet sind. Dadurch können die bei der Auslenkung des Elementes wirkenden Kräfte erhöht werden. Eine solche Ausführung ist in 1 dargestellt.
  • Insbesondere der filigrane Aufbau solcher mikromechanischen Bauelemente bereitet aber Probleme, die die Funktionalität beeinträchtigen und es sogar zur Zerstörung von Bauelementen kommen kann.
  • Rahmenteil und auslenkbares Element sind für die Auslenkung auf unterschiedliche elektrische Spannungspotentiale gelegt. Sie müssen daher elektrisch voneinander isoliert sein. Bei unsachgemäßem Gebrauch kann es aber dazu kommen, dass die elektrische Spannungsdifferenz zu groß gewählt wird und dadurch Bereiche oder Teile mit unterschiedlichem elektrischen Spannungspotential in berührenden Kontakt treten, was zu elektrischem Kurzschluss mit den bekannten nachteiligen Folgen führt.
  • Eine solche Berührung kann auch mechanisch bedingt auftreten, indem auf ein mikromechanisches Bauelement hohe mechanische Beschleunigungen wirken.
  • Dadurch können auch im ausgeschalteten Zustand Zerstörungen oder Beschädigungen an Teilen, wie insbesondere Elektrodenfingern hervorgerufen werden.
  • Teile von mikromechanischen Bauelementen können aber auch aneinander haften, was auch als „sticking" bezeichnet wird. Infolgedessen können ebenfalls elektrische Kurzschlüsse auftreten.
  • Aus JP 08043436 AA ist ein Beschleunigungssensor bekannt, bei dem eine auslenkbare Masse mit einer Biegefeder gehalten ist und dabei Wegbegrenzer an zwei Seiten der Masse angeordnet sind.
  • In DE 199 06 046 A1 ist ein Halbleitersensor für eine physikalische Größe beschrieben, bei der ein Massenabschnitt eines beweglichen Abschnitts von einem Ankerabschnitt gehalten ist. Ein Stopperabschnitt ist dabei über einen anderen Ankerabschnitt an einem Substrat befestigt.
  • Eine ähnliche technische Lösung geht aus DE 199 54 022 A1 hervor. Der dort beschriebene Beschleunigungssensor weist ebenfalls mehrere Abschnitte auf. Es soll verhindert werden können, dass ein beweglicher Abschnitt durch elektrostatische Kraftwirkung anhaften kann.
  • Das DE 197 50 134 C1 betrifft einen kapazitiven Beschleunigungssensor mit zwei Biegefedern, die eine damit verbundene auslenkbare Prüfmasse halten.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung mikromechanische Bauelemente zur Verfügung zu stellen, die eine erhöh te Betriebsstabilität, insbesondere bei erhöhten elektrischen Spannungen und anderen externen Störungen, erreichen.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem mikromechanischen Bauelement, das die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung können mit in den untergeordneten Ansprüchen bezeichneten Merkmalen erreicht werden.
  • Ausgehend von den bekannten mikromechanischen Bauelementen ist ein auslenkbares Element mittels mindestens einer Feder an einem Rahmenteil gehalten. Die Feder kann je nach Anwendungsfall, ein Biegebalken oder eine Torsionsfeder sein.
  • Häufiger werden jedoch mindestens zwei solcher Federn, die auf einer gemeinsamen Achse und sich gegenüberliegend am auslenkbaren Element angeordnet sind, eingesetzt.
  • Das Rahmenteil eines Bauelementes ist dabei gegenüber weiteren Teilen elektrisch isoliert, so dass am Rahmenteil ein elektrisches Spannungspotential und zumindest auch am auslenkbaren Element ein davon abweichendes elektrisches Spannungspotential angeschlossen werden kann.
  • So kann infolge wirkender elektrostatischer Kräfte, auch wie in EP 1 123 526 B1 beschrieben, eine Auslenkung eines Elementes initiiert werden.
  • Die einzelnen Teile können infolge einer Strukturierung mittels Gräben, die über die gesamte Dicke ge führt sind, ausgebildet und so ihre jeweilige Funktionalität erreicht werden.
  • Dies ergibt eine mechanische Trennung und auch eine elektrische Isolation der mit den unterschiedlichen elektrischen Spannungspotentialen beaufschlagten Teile.
  • Die elektrische Isolation kann bereichsweise auch noch zusätzlich mittels einer Isolation erreicht werden. Dabei sind Gräben zumindest teil- oder bereichsweise mit einem elektrisch isolierenden Stoff gefüllt.
  • Erfindungsgemäß sind aber in einer bevorzugten Ausführung Wegbegrenzungselemente zwischen Bereichen, die auf gleichem elektrischen Spannungspotential liegen, ausgebildet. Diese Wegbegrenzungselemente verhindern eine Bewegung des auslenkbaren Elementes, die zu einem unerwünschten unmittelbaren Kontakt von Teilen/Bereichen des Bauelementes mit voneinander abweichender elektrischer Spannung führen oder durch infolge höherer Beschleunigung wirkender Kräfte mechanische Zerstörungen hervorrufen könnten.
  • Wegbegrenzungselemente sollten so gestaltet, angeordnet und dimensioniert sein, dass bei ggf. auftretendem Kontakt ein Verschweißen von Kontaktflächen vermieden werden kann. Dabei sollte bei einem berührenden Kontakt an Wegbegrenzungselementen, der verbleibende Abstand an anderen Flächen (von z. B. Elektrodenfingern, auslenkbarem Element) so groß bleiben, dass auch kein elektrischer Überschlag auftreten kann.
  • Es besteht aber auch die Möglichkeit Wegbegrenzungs elemente an Bereichen vorzusehen, die auf unterschiedlichem elektrischem Spannungspotential liegen. Dann sollte jedoch lediglich ein vernachlässigbarer elektrischer Stromfluss auftreten, der keine Schäden am Bauelement hervorrufen kann, wenn sich die jeweiligen Bereiche soweit angenähert haben, dass ein berührender Kontakt aufgetreten ist. Der elektrische Stromfluss über einen solchen Kontakt kann durch eine hochohmige elektrische Verbindung so begrenzt werden, dass durch einen ggf. auftretenden elektrischen Stromfluss keine Materialdegradation und insbesondere kein Verschweißen der sich berührenden Teile auftreten kann. Um einen hohen elektrischen Widerstand zu erreichen, können solche Bereiche mit einem niedrig dotierten Stoff gebildet werden. Dies kann ein Teil am Rahmen sein. Es kann aber auch eine geeignete Schicht, z. B. aus Polysilicium oder undotiertem Silicium in strukturierter Form ausgebildet werden.
  • Für eine hochohmige Verbindung können die jeweiligen Kontaktflächen, die sich aus den Seitenwänden der sich gegenüberliegenden Wände ergeben, lokal mit einer dünnen, schlecht oder elektrisch nicht leitenden Schicht, aus einem elektrisch nicht leitenden oder einem Stoff mit sehr hohem elektrischen Widerstand (z. B. Siliciumoxid oder Siliciumnitrid) belegt werden.
  • Die Wegbegrenzungselemente können bevorzugt Gräben sein, die ein kleineres Spaltmaß aufweisen, als andere Gräben, die zwischen auslenkbarem Element und Rahmenteil ausgebildet sind. Diese Gräben können also schmaler sein, als andere Gräben. Bei einer unzulässigen Bewegung können so lediglich Teile eines Bauelementes aneinander stoßen, die auf gleichem elektrischen Spannungspotential liegen und mechanisch in der Regel auch stabiler sind.
  • Dabei kann die Anordnung und Ausrichtung solcher Gräben für Wegbegrenzungselemente so gewählt werden, dass eine Begrenzung von Bewegungen in einer oder auch mehreren Achsrichtungen möglich ist.
  • So können Gräben, mit denen Wegbegrenzungselemente gebildet sind, in einer Achsrichtung rechtwinklig zu einer Richtung in der die Wegbegrenzung erreicht werden soll, ausgerichtet sein. Mehrere solcher Gräben können auch zueinander in rechtem Winkel oder in einem schräg geneigten Winkel in Bezug zur Längsachse von Federn ausgerichtet sein. Mit den beiden letztgenannten Alternativen kann eine Wegbegrenzung in mehreren Achsrichtungen realisiert werden
  • Auch bei Ausführungen von mikromechanischen Bauelementen mit Elektrodenfingern kann die Erfindung eingesetzt werden. Dabei sollten die Gräben im Bereich in dem Elektrodenfinger am auslenkbaren Element und Rahmenteil vorhanden sind ebenfalls ein größeres Spaltmaß aufweisen.
  • In diesem Bereich kann aber auch ein elektrisch isolierter Zusatzanker, bevorzugt am Rahmenteil angeordnet sein. Dieser kann mit einem dann am auslenkbaren Element ausgebildeten Anschlag ein Wegbegrenzungselement bilden. Auch hier sollte ein kleineres Spaltmaß zwischen Zusatzanker und Anschlag zumindest in einer Achsrichtung eingehalten sein, als dies bei anderen Gräben der Fall ist. So kann verhindert werden, dass Elektrodenfinger von auslenkbarem Element und Rahmenteil aneinander stoßen.
  • Wegbegrenzungselemente bildende Gräben, können auch in mehreren Achsen angeordnet sein, deren Abstand von Längsachsen einer oder mehrerer Federn unterschiedlich ist. Das Spaltmaß dieser Gräben verkleinert sich schrittweise mit steigendem Abstand von den Längsachsen der Feder(n).
  • Gräben von Wegbegrenzungselementen können aber auch so ausgebildet sein, dass ihr Spaltmaß lediglich dann ausreichend klein ist, wenn das jeweilige auslenkbare Element bei einer unerwünschten Bewegung einen bestimmten Weg zurückgelegt hat oder eine Verkippung um einen bestimmten Winkel in Bezug zur Bauelementebene aufgetreten ist.
  • Ähnlich kann dies auch bei verschiedenen unerwünschten Bewegungen/Auslenkungszuständen des auslenkbaren Elementes mit dann die jeweilige Bewegung/Auslenkung berücksichtigender Wirkung sein, so dass einzelne oder auch mehrere dies berücksichtigende Gräben für die Wegbegrenzung wirksam sind.
  • Konkreter soll hierzu noch bei Beschreibung eines Ausführungsbeispiels nach 4 eingegangen werden.
  • Mit den durch Strukturierung eines Substrates ausgebildeten Gräben kann auch ein Anker an einer Feder ausgebildet sein, in den diese in Richtung Rahmenteil mündet und der quasieine Lagerung/Einspannung einer Feder bildet. Ein solcher Anker ist dann gegenüber dem Rahmenteil elektrisch isoliert, wie dies vorab schon angesprochen worden ist.
  • Da dieser Anker über die Feder mit dem auslenkbaren Element verbunden ist, kann auch dort das gleiche elektrische Spannungspotential anliegen.
  • Dies ist bei einem Zusatzanker, wenn er am Rahmenteil angeordnet ist, nicht ohne weiteres gegeben. Er kann aber über einen zusätzlichen Kontakt an das gleiche elektrische Spannungspotential angeschlossen sein, wie das auslenkbare Element, so dass elektrische Kurzschlüsse vermieden werden können.
  • Mit Gräben, die in einem Abstand zur Längsachse und mit von dieser abweichender Ausrichtung verlaufen, können Anschläge ausgebildet sein, die eine ausreichende Festigkeit aufweisen, wenn ihre Wegbegrenzungsfunktion erforderlich ist.
  • Bevorzugt sollten die mikromechanischen Bauelemente zumindest annähernd symmetrisch in Bezug zur Längsachse von Federn ausgebildet sein.
  • Für mikromechanische Bauelemente können Substrate eingesetzt werden, die elektrisch nicht leitend sind und mittels Dotierung oder Beschichtung mit einem elektrisch leitenden Stoff bereichsweise elektrisch leitend sind. Es können aber auch elektrisch leitende Substrate für die Herstellung von Bauelementen eingesetzt werden. Dies kann beispielsweise Silicium sein.
  • Nachfolgend soll die Erfindung an Hand von Beispielen näher erläutert werden.
  • Dabei zeigen:
  • 1 ein Beispiel eines mikromechanischen Bauelementes nach dem Stand der Technik;
  • 2 ein Beispiel eines erfindungsgemäßen mikromechanischen Bauelementes;
  • 3 ein Beispiel eines erfindungsgemäßen mikromechanischen Bauelementes mit Zusatzanker und Anschlag im Bereich von Elektrodenfingern und
  • 4 ein erfindungsgemäßes Beispiel mit mehreren in unterschiedlichen Abständen zur Längsachse von Federn angeordneten Wegbegrenzungselementen.
  • Bei der in 1 gezeigten Ausführung eines mikromechanischen Bauelementes ist ein auslenkbares Element 1 mittels der beiden Federn 2 als Aufhängung gehalten. Die Teile sind hierbei aus einkristallinem Silicium, als Schicht gebildet. Bevorzugt wird eine Ausführung mit so genanntem Bonded Silicon an Insulator (BSOI) in Form einer Scheibe für die Herstellung eingesetzt. Dabei ist die in der Darstellung sichtbare obere Schicht aus Silicium gebildet, die mit einer Siliciumoxidschicht von einer unteren Siliciumschicht getrennt ist. Die untere Siliciumschicht kann bis auf den Bereich des Rahmenteils 9 entfernt werden. Am Rahmenteil 9 erhöht die untere Siliciumschicht die mechanische Festigkeit.
  • Das auslenkbare Element 1 ist mit den Federn 2 verbunden. Die Federn 2 gehen in einen Anker 3 über. Der Anker 3 ist gegenüber dem Rahmenteil 9 mit der Isolation 4 elektrisch isoliert aber mechanisch mit diesem verbunden. Bei der Herstellung kann so vorgegangen werden, dass in eine obere Siliciumschicht ein Graben geätzt wird. Die Ätzung erfolgt dabei selektiv und wird an einer vergrabenen Oxidschicht 4 gestoppt. Die vergrabene Oxidschicht bildet eine Zwischenschicht zwischen einer oberen, für die mechanischen Elemente verwendbaren Schicht, und einer unteren Schicht.
  • Ein Graben kann mit einer Oxidschicht gefüllt werden. Dabei sollte dieser Graben nicht durch die gesamte Dicke geführt und als eine nutenförmige Vertiefung angeordnet sein. Das Oxid füllt diesen insoweit aus, dass keine elektrisch leitende Verbindung zwischen auslenkbarem Element 1, Feder 2 und Anker 3 mit dem Rahmenteil 9 gegeben ist.
  • In nicht dargestellter Form sind auslenkbares Element 1 und Rahmenteil 9 separat elektrisch kontaktiert und an eine elektrische Spannungsquelle angeschlossen. So kann am auslenkbaren Element 1 z. B. positive elektrische Spannung und am Rahmenteil negative elektrische Spannung oder auch umgekehrt anliegen.
  • Durch einen mäanderförmig ausgebildeten Graben 5 sind an zwei sich gegenüberliegenden Seiten des Bauelementes Elektrodenfinger 6 und 7 an auslenkbarem Element 1 und Rahmenteil 9 gebildet. Die Elektrodenfinger 6 und 7 liegen also auf dem jeweiligen elektrischen Spannungspotential, was für den Antrieb zur Auslenkung des Elementes 1 genutzt werden kann.
  • Bei totaler Symmetrie und unter Vernachlässigung sämtlicher externer Kräfte und thermisch motivierten Bewegungen (Brownsche Molekularbewegung) eines Bauelementes kann theoretisch die elektrische Spannungsdifferenz beliebig groß sein, ohne dass eine resultierende elektrostatische Kraft die Elektrodenfinger 6 und 7 zueinander ziehen kann und diese in berührenden Kontakt treten und ein Kurzschluss auftritt. Eine vollständige Symmetrie ist aber herstellungsbedingt eigentlich nicht erreichbar, so dass das auslenkbare Element 1 mit steigender elektrischer Spannungsdifferenz immer weiter ausgelenkt wird. Eine entsprechende Rückstellkraft wird von den Federn 2 durch Verformung aufgebracht. Bei hohen wirkenden elektrostatischen Kräften, die die mechanische Rückstellkraft von Federn 2 übersteigen, können die Elektrodenfinger 6 und 7 in lateraler Richtung aufeinander zu beschleunigt werden und aufeinander treffen. Die Elektrodenfinger 6 und 7 können brechen und dabei beschädigt oder zerstört werden. Außerdem kommt es zu einem elektrischen Kurzschluss und/oder zu elektrischen Überschlägen, was zu weiteren Zerstörungen oder Beschädigungen auch an elektrischen oder elektronischen Komponenten führt.
  • Infolge von Adhäsionskräften können Elektrodenfinger 6 und 7 auch ohne Spannungspotentialdifferenz aneinander haften oder gar verschweißen und das Bauelement auch dadurch seine Funktion verlieren.
  • Diese nachteiligen Wirkungen können aber auch durch andere Kräfte hervorgerufen werden. Durch entsprechende Beschleunigung des Bauelementes bei Stoß oder anderer ruckartiger Bewegung können die daraus resultierenden Kräfte ebenfalls die Federkräfte übersteigen und dies zu einer Bewegung oder Auslenkung des auslenkbaren Elements 1 mit daran ausgebildeten weiteren Teilen oder Elementen führen. Bei Lösungen, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, kann nicht vermieden werden, dass es zu Kurzschlüssen in Folge von Bewegungen oder Auslenkungen des auslenkbaren Elements 1 oder auch nur Teilen davon kommt.
  • Dies ist aber mit der Erfindung erreichbar.
  • So zeigt 2 ein Beispiel, das ähnlich wie die Ausführung nach 1 ausgebildet ist, so dass auf entsprechende Erklärung teilweise verzichtet und nur die Erfindung betreffende Aspekte ausführlicher berücksichtigt werden sollen.
  • Es wird deutlich, dass neben den Gräben 5, 8, 10 und 11 weitere Gräben 13 und 14 ausgebildet sind. Durch deren Anordnung und Ausrichtung wird ein Anschlag 12 im jeweiligen Eckbereich am auslenkbaren Element 1 gebildet. Das Spaltmaß der Gräben 13 und 14 ist dabei kleiner, als die Spaltmaße der anderen Gräben 5, 8, 10 und 11. Dadurch stoßen die durch die Gräben 13 und 14 getrennten Stirnflächen bei einer ein bestimmtes Maß übersteigenden Bewegung/Auslenkung des auslenkbaren Elementes 1 aneinander, wodurch eine kritische Annäherung anderer Teile oder Bereiche, die auf unterschiedlichen elektrischen Spannungspotentialen liegen, vermieden wird. Dies trifft insbesondere auf die Vermeidung einer Berührung von Elektrodenfingern 6 und 7 zu.
  • Solche ein Wegbegrenzungselement bildenden Gräben 13 und 14 können sich gegenüberliegend an jeweils einer Feder 2 angeordnet sein, obwohl die Bezugszeichen lediglich an zwei solchen Gräben 13 und 14 eingezeichnet worden sind.
  • Die Ausbildung der Gräben 13 und 14 und dadurch auch die Ausbildung der Anschläge 12 kann so erfolgen, dass auch bei höheren Beschleunigungen und daraus resultierenden Kräften eine Beschädigung oder Zerstörung vermieden wird. Auch ein Anhaften (sticking) kann vermieden werden.
  • Die Dimensionierung des Anschlags 12 und der Gräben 13 und 14 sollte so gewählt werden, dass bei einer Verschwenkung des auslenkbaren Elements 1 mit maximaler Amplitude die Wegbegrenzung gegeben ist. Bei einer lateralen Auslenkung im rechten Winkel zur Bauelementebene sollte die Dicke im Bereich des Anschlags 12 größer als die maximale Auslenkungsamplitude sein. Der verbleibende Spalt (z. B. an Elektrodenfingern) sollte auch nach einem „Andocken" von Kontaktflächen ausreichend groß sein, um einen elektrischen Überschlag zu vermeiden. Dabei ist für die jeweils erforderliche Spaltbreite die jeweilige elektrische Spannung zu berücksichtigen.
  • Im Falle, dass zur Strukturierung ein an sich bekannter Siliciumtiefenätzprozess von einer Oberfläche ausgehend eingesetzt wird und dabei offene Gräben ausgebildet werden, deren Breite und ein Spaltmaß sich nur geringfügig voneinander unterscheiden, kann die Ausdehnung eines auslenkbaren Elements 1 senkrecht zu Federn 2 in der Bauelementebene groß im Verhältnis zur Ausdehnung in Richtung der Federn 2 sein. Dadurch kann bei einer Verschwenkung eines auslenkbaren Elements 1 um eine Achse senkrecht zur Bauelementebene und durch dessen Mitte dazu führen, dass sich die Elektrodenfinger 6 und 7 trotzdem zu weit nähern oder gar berühren.
  • Dem kann mit einer Ausführung der Erfindung gemäß dem in 3 dargestellten Beispiel entgegengetreten werden.
  • Dabei ist mindestens ein Anschlag 17 (in 3 sind es zwei Anschläge 17) an einem Elektrodenfinger 6, der am auslenkbaren Element 1 ausgebildet ist, vorhanden. Ein solcher Finger kann dann die Form eines Kreuzes haben. Dieser Finger mit Anschlag 17 ist von zwei Fingern eines Zusatzankers 15 von zwei Seiten eingefasst. Der Zusatzanker 15 ist mit dem Rahmenteil 9 verbunden, mit diesem gehalten und dagegen elektrisch isoliert. Die Isolation 4 kann wieder, wie bereits erläutert, analog zu der am Anker 3 nach 2, durch Füllung eines Grabens 16 mit elektrisch isolierendem Stoff, ausgebildet worden sein. Der Zusatzanker 15 sollte vorteilhaft an das gleiche elektrische Spannungspotential, wie das auslenkbare Element 1 angeschlossen sein.
  • Wird das auslenkbare Element 1 parallel zu den Längsachsen der Federn 2, in einem schräg geneigten Winkel dazu oder orthogonal zu den Längsachsen der Federn 2 bewegt, stößt der Finger mit Anschlag 17 an den Zusatzanker 15 an, da die jeweiligen Spaltmaße kleiner als die Breite oder Spaltmaße zumindest der anderen Gräben 5, 8, 10 und 11 sind.
  • Die Teile und Finger von Anschlag 17 und Zusatzanker 15 können auch größer dimensioniert sein, als Elektrodenfinger 6 und 7.
  • So können die bereits mehrfach erwähnten Nachteile vermieden werden.
  • In einigen Fällen kann allein eine Wegbegrenzung mit solchen Anschlägen 17 und Zusatzankern 15 ausreichen, um die gewünschte Wirkung erzielen zu können. Robuster und noch sicherer ist aber die in 4 gezeigte Ausführung mit zusätzlichen Gräben 13 und 14 als weitere Wegbegrenzungselemente.
  • Das in 4 gezeigte Beispiel kann z. B. aus einem Substrat mit größerer Dicke, als die vorab beschriebenen Beispiele hergestellt werden. Die Gräben 11, die um die Federn 2 ausgebildet sind, sind breiter und weisen ein größeres Spaltmaß als die Gräben 18, 19 und 20 mit ihren Anschlägen, als Wegbegrenzungselemente, auf. Dabei sind die Gräben 18 bis 20 mit zunehmendem Abstand zur Längsachse der Federn 2 jeweils schrittweise schmaler mit kleinerem Spaltmaß ausgebildet.
  • So wirkt bei einer extern wirkenden Beschleunigung mit einem Vektor senkrecht zu den Federn 2 in der Bauelementebene zuerst der mit den Gräben gebildete Anschlag 20 und begrenzt den zurücklegbaren Weg einer Bewegung des auslenkbaren Elements 1.
  • Oszilliert dagegen das auslenkbare Element 1 und es wird um die Längsachse der Federn 2 verschwenkt, so wird dieser mit Gräben gebildete Anschlag 20 wirkungslos sein, da bei einer solchen Auslenkung des auslenkbaren Elements 1 mit großer Amplitude kein mechanischer Kontakt in diesem Bereich mehr möglich ist. Dies kann aber mit den näher an der mit den Federn 2 vorgegebenen Rotationsachse, die in der Regel mit ihrer Längsachse zusammenfällt, angeordneten mit von Gräben gebildeten Anschlägen 19 und 18 erreicht werden.
  • Die jeweilige Ausbildung von Gräben für Wegbegrenzungselemente mit ihren gewählten Spaltmaßen unter Berücksichtigung ihrer Anordnung am Bauelement kann für die Applikation, also die Verwendung mit Funktionalität des Bauelementes angepasst werden.
  • Gräben um Federn sollten immer breiter, als Gräben an Wegbegrenzungselementen sein. Die dünnen und fragilen Federn werden dann bei wirkenden Beschleunigungen (z. B. bei Schock oder intern elektrostatisch) keiner Stoßbelastung ausgesetzt, da kein mechanischer Kontakt auftreten kann. So kann die mechanische Zuverlässigkeit erhöht werden.
  • Die Spaltbreite sollte auch berücksichtigen, dass dies auch bei einer Verdrillung von Federn gesichert ist, da Federquerschnitte prismatisch und so an einigen Stellen lateral breiter sein können.

Claims (16)

  1. Mikromechanisches Bauelement, bei dem ein auslenkbares Element mittels mindestens einer Feder an einem Rahmenteil gehalten ist, dabei das auslenkbare Element mit Feder(n) durch ausgebildete Gräben und eine elektrische Isolation mechanisch und elektrisch vom Rahmenteil getrennt sind; und eine elektrische Spannung zwischen Rahmenteil und auslenkbarem Element mit Feder(n) anlegbar ist und dabei Wegbegrenzungselemente mit Gräben zwischen Bereichen, die auf gleichem elektrischen Spannungspotential liegen oder bei berührender Kontaktierung solcher Bereiche ein vernachlässigbarer elektrischer Stromfluss auftritt, ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Wegbegrenzungselemente bildenden Gräben (18, 19, 20) mit ansteigendem Abstand von den Längsachsen der Feder(n) (2) ein sich schrittweise verkleinerndes Spaltmaß aufweisen.
  2. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an äußeren Stirnseiten des auslenkbaren Elements (1) und komplementär dazu am Rahmenteil (9) ineinander greifende Elektrodenfinger (6 und 7) ausgebildet sind, die durch Gräben (5) voneinander getrennt sind.
  3. Bauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenfinger (6, 7) von einander trennenden Gräben (5) ein größeres Spaltmaß aufweisen als Gräben (13, 14, 18, 19, 20) eines Wegbegrenzungselementes.
  4. Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Rahmenteil (9) ein gegenüber diesem elektrisch isolierter Zusatzanker (15) angebracht ist, der mit einem am auslenkbaren Element (1) vorhandenen Anschlag (17) ein Wegbegrenzungselement bildet.
  5. Bauelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Zusatzanker (15) und Anschlag (17) zumindest in einer Achsrichtung ein kleineres Spaltmaß, als das Spaltmaß von weiteren Gräben (5, 8, 11) eingehalten ist.
  6. Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Wegbegrenzungselemente bildende Gräben in einem schräg geneigten Winkel in Bezug zur Längsachse von Federn (2) ausgerichtet sind.
  7. Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich in berührendem Kontakt befindende Bereiche an Wegbegrenzungselementen (13, 14, 18, 19, 20) eine elektrisch hochohmige Verbindung darstellen.
  8. Bauelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die hochohmige Verbindung mit lokal ausgebildeten Schichten aus einem elektrisch nicht leitenden oder einen sehr hohen elektrischen Widerstand aufweisenden Stoff gebildet ist.
  9. Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder(n) (2) in Richtung Rahmenteil (9) in einen Anker (3) münden, der mittels einer Isolation (4) e lektrisch gegenüber dem Rahmenteil (9) isoliert ist.
  10. Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzanker mittels einer Isolation (4) gegenüber dem Rahmenteil (9) elektrisch isoliert ist.
  11. Bauelement nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolation mit einem offenen Graben gebildet ist.
  12. Bauelement nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolation (4) durch zumindest teilweise Befüllung eines Grabens zwischen Anker (3) und/oder Zusatzanker (15) und dem Rahmenteil (9) mit einem elektrisch isolierenden Stoff gebildet ist.
  13. Bauelement nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzanker (15) an das elektrische Spannungspotential des auslenkbaren Elements (1) angeschlossen ist.
  14. Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit Gräben (13, 14) eines Wegbegrenzungselementes am auslenkbaren Element (1) ein Anschlag (12) gebildet ist.
  15. Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Wegbegrenzungselemente im Bereich der Feder(n) (2) und/oder im Bereich der Elektrodenfinger (6, 7) angeordnet sind.
  16. Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es symmetrisch in Bezug zur Längsachse der Feder(n) (2) ausgebildet ist.
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