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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.
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Der
Antrieb dieser Bewegung basiert in der Regel auf der Wirkung elektrostatischer
Kräfte.
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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.
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Durch
eine solche Strukturierung lassen sich auslenkbare Elemente, die
mit Federn gehalten sind, ein Rahmenteil und ggf. weitere Elemente,
wie z. B. Elektrodenfinger ausbilden.
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So
ist in
EP 1 123 526
B1 ein Aktor für
die kontinuierliche Ablenkung elektromagnetischer Strahlung beschrieben,
was insbesondere den Antrieb des Aktors betrifft.
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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.
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Insbesondere
der filigrane Aufbau solcher mikromechanischen Bauelemente bereitet
aber Probleme, die die Funktionalität beeinträchtigen und es sogar zur Zerstörung von
Bauelementen kommen kann.
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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.
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Eine
solche Berührung
kann auch mechanisch bedingt auftreten, indem auf ein mikromechanisches
Bauelement hohe mechanische Beschleunigungen wirken.
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Dadurch
können
auch im ausgeschalteten Zustand Zerstörungen oder Beschädigungen
an Teilen, wie insbesondere Elektrodenfingern hervorgerufen werden.
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Teile
von mikromechanischen Bauelementen können aber auch aneinander haften,
was auch als „sticking" bezeichnet wird.
Infolgedessen können ebenfalls
elektrische Kurzschlüsse
auftreten.
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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.
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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.
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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.
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Das
DE 197 50 134 C1 betrifft
einen kapazitiven Beschleunigungssensor mit zwei Biegefedern, die
eine damit verbundene auslenkbare Prüfmasse halten.
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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.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe mit einem mikromechanischen Bauelement, das die Merkmale
des Anspruchs 1 aufweist, gelöst.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung können mit
in den untergeordneten Ansprüchen
bezeichneten Merkmalen erreicht werden.
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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.
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Häufiger werden
jedoch mindestens zwei solcher Federn, die auf einer gemeinsamen
Achse und sich gegenüberliegend
am auslenkbaren Element angeordnet sind, eingesetzt.
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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.
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So
kann infolge wirkender elektrostatischer Kräfte, auch wie in
EP 1 123 526 B1 beschrieben, eine
Auslenkung eines Elementes initiiert werden.
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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.
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Dies
ergibt eine mechanische Trennung und auch eine elektrische Isolation
der mit den unterschiedlichen elektrischen Spannungspotentialen
beaufschlagten Teile.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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Konkreter
soll hierzu noch bei Beschreibung eines Ausführungsbeispiels nach 4 eingegangen
werden.
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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.
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Da
dieser Anker über
die Feder mit dem auslenkbaren Element verbunden ist, kann auch
dort das gleiche elektrische Spannungspotential anliegen.
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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.
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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.
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Bevorzugt
sollten die mikromechanischen Bauelemente zumindest annähernd symmetrisch
in Bezug zur Längsachse
von Federn ausgebildet sein.
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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.
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Nachfolgend
soll die Erfindung an Hand von Beispielen näher erläutert werden.
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Dabei
zeigen:
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1 ein
Beispiel eines mikromechanischen Bauelementes nach dem Stand der
Technik;
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2 ein
Beispiel eines erfindungsgemäßen mikromechanischen
Bauelementes;
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3 ein
Beispiel eines erfindungsgemäßen mikromechanischen
Bauelementes mit Zusatzanker und Anschlag im Bereich von Elektrodenfingern
und
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4 ein
erfindungsgemäßes Beispiel
mit mehreren in unterschiedlichen Abständen zur Längsachse von Federn angeordneten
Wegbegrenzungselementen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Infolge
von Adhäsionskräften können Elektrodenfinger 6 und 7 auch
ohne Spannungspotentialdifferenz aneinander haften oder gar verschweißen und
das Bauelement auch dadurch seine Funktion verlieren.
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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.
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Dies
ist aber mit der Erfindung erreichbar.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Dem
kann mit einer Ausführung
der Erfindung gemäß dem in 3 dargestellten
Beispiel entgegengetreten werden.
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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.
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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.
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Die
Teile und Finger von Anschlag 17 und Zusatzanker 15 können auch
größer dimensioniert sein,
als Elektrodenfinger 6 und 7.
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So
können
die bereits mehrfach erwähnten Nachteile
vermieden werden.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.