具有覆盖驱动的MEMS及其操作方法与流程

本发明涉及一种mems装置及其操作方法。更特定而言，本发明涉及一种具有用于在平面内驱动可移动组件之覆盖驱动的mems。

背景技术：

1、mems换能器已为人所知，其由基板形成且由于受限的纵横比(例如，bosch法)而具有有限的几何尺寸或纵横比。若要增大mems装置之体积，则此可例如经由更深的蚀刻来实现。然而，同时，不可能在邻近电极之间实现小的电极间距，这是因为此间距亦会由于蚀刻方法而增大。因此，至少难以开发一种换能器，其一方面可与大量周围流体相互作用且另一方面可施加必要力或包含对应的小电极距离。

2、因此，需要具有大的纵横比以便能够在实现小电极间距的同时移动大的流体体积的mems换能器。

技术实现思路

1、因此，本发明之目标为提供具有高纵横比之mems装置。

2、此目标通过独立权利要求之主题来解决。

3、本发明之核心想法为已认识到，可移动组件之平面内致动亦可基于垂直于移动方向布置之电极布置，此使得可例如借助于蚀刻来提取大的可移动组件，且同时允许垂直于移动方向之小间隙距离，这是因为此等间隙距离可独立于所使用的蚀刻制程。

4、根据一个实施例，mems装置包括层堆栈，该层堆栈具有沿着层堆栈方向布置之多个mems层。另外，提供形成于第一mems层中且布置于层堆栈之第二mems层与第三mems层之间之可移动组件。该mems装置包括驱动单元，该驱动单元具有以机械方式固定连接至可移动组件之第一驱动结构及以机械方式固定连接至第二mems层之第二驱动结构，此情形允许在两个驱动结构之间施加力。该驱动单元被配置为在可移动组件上产生垂直于层堆栈方向之驱动力，其中该驱动力被配置为使可移动组件偏转，特定而言利用垂直于层堆栈方向之分量，该偏转可包含旋转移动、扭转移动和/或平移移动。

5、根据一个实施例，第一驱动结构与第二驱动结构由间隙间隔开且彼此相对地布置。间隙沿着层堆栈方向之尺寸通过例如接合制程调整。接合制程使得能够允许小间隙距离，使得可例如使用静电或电动驱动力产生大的力。

6、根据一个实施例，可移动组件被配置为使得其包括由接合制程接合之多个层。此使得可获得大的可移动组件且因此获得高纵横比，使得可藉由可移动组件移动大量流体。

7、根据一个实施例，第二驱动结构为结构化电极结构，该结构化电极结构至少具有一个第一电极组件及与之电气绝缘之一个第二电极组件。该mems装置被配置为将第一电位施加至第一电极组件且将不同的第二电位施加至第二电极组件。该mems装置进一步被配置为将第三电位施加至第一驱动结构，以在第三电位与第一电位或第二电位的协作下产生驱动力。举例而言，就往复移动而言，此允许可移动组件之双向且可能的线性偏转，此为有利的。

8、根据一个实施例，第一电极组件及第二电极组件由电极间隙彼此电气绝缘。在可移动组件之静止位置中，可移动组件对称和/或不对称地布置成与电极间隙)相对。虽然至少区域地对称布置使得能够实现已在低电压下的偏转和/或对称偏转，但较佳的方向和/或机械预偏转可借助于至少区域地不对称布置来实施。

9、根据一个实施例，第二驱动结构之电极沿着垂直于层堆栈方向之轴向路径具有垂直于轴向方向之恒定或可变的侧向尺寸。换言之，电极可提供例如具有可变条带宽度之条带。可变扩张允许考虑和/或补偿可由电极变形诱发之机械应力。

10、根据一个实施例，驱动单元包含以机械方式固定连接至第三mems层之第三驱动结构。第一间隙布置于第一驱动结构与第二驱动结构之间，且第二间隙布置于第一驱动结构与第三驱动结构之间。该驱动单元被配置为基于第一驱动结构与第二驱动结构之间的第一相互作用且基于第一驱动结构与第三驱动结构之间的第二相互作用而提供驱动力。此使得使可移动部件偏转之力能够进一步增大和/或使得可移动部件能够精确移动。

11、根据一个实施例，驱动单元被配置为基于第一相互作用而产生第一驱动力分量且基于第二相互作用而产生第二驱动力分量。该mems装置被配置为产生同相或具有相移的第一驱动力分量或相互作用及第二驱动力分量或相互作用。虽然同相控制可例如用于可移动组件之平移移位，但可能可变的相移但亦可能恒定的相移可用于可移动组件之旋转或倾斜或扭转。

12、根据一个实施例，可移动组件经由弹性区以机械方式连接至第三mems层。可移动组件被配置为在使弹性区变形的同时基于驱动力执行旋转移动。此使得能够特定地实施个别组件。

13、根据一个实施例，电极结构布置于面向第二mems层和/或面向第三mems层之侧或mems层上，且形成第一驱动结构之至少部分。此使得电气控制之电气可变性能够具有高可变性。

14、根据一个实施例，可移动部件配置于面向第二mems层之侧上和/或第二mems层配置于面向可移动部件之侧上，使得提供表面纹理以局部地改变可移动部件与第二mems层之间的距离。此使得能够基于在移动期间可变之电极间距而精确调整静电力。

15、根据一个实施例，第一驱动结构之电极和/或第二驱动结构之电极以叉指方式布置及互连。此使得能够实现低位准之电气干扰场。

16、根据一个实施例，该mems装置包含多个可移动组件，该多个可移动组件在共同mems平面中并排布置且彼此流体地耦接和/或借助于耦接组件耦接。此允许使流体高度移动。

17、根据一个实施例，具有并排布置之至少两个连接电极的驱动结构布置于可移动组件中之各者上，该至少两个连接电极中之一个电极连接至第一电位且该至少两个连接电极中之第二电极连接至不同的第二电位。邻近可移动组件之对向电极连接至第一电位及第二电位之组合。换言之，可以不同方式电气控制邻近可移动组件之电极。此使得能够视需要控制个别组件。

18、根据一个实施例，该可移动组件以可移动方式布置于mems空腔中。借助于可移动组件之移动，空腔之至少子空腔的尺寸交替地扩大及减小，其中该子空腔局部地延伸至第二mems层中。由于子空腔延伸至第二mems层中，可高效地使用对应的mems空间。

19、根据一个实施例，该可移动组件包含沿着垂直于层堆栈方向之轴向延伸方向的组件长度。第一驱动结构之电极沿着组件长度包含多个电极片段。邻近电极片段藉由电气导体彼此导电连接。沿着垂直于组件长度之方向，电气导体具有比电极片段低的机械刚性。因此，此等区域可吸收变形能量，使得电极片段之变形程度较小，其包含高效率。

20、根据一个实施例，该可移动组件被配置为提供与流体之相互作用。此可经由与流体之直接接触直接地实现，或藉由经由可移动组件移动为流体相互作用而提供之机械组件间接地实现。

21、根据一个实施例，该驱动单元包含布置于第二mems层之背离可移动组件之一侧上的第四驱动结构。其他可移动组件邻近于第四驱动结构而布置且与可移动组件形成堆栈式布置。此允许高度的流体相互作用，同时由于堆栈式布置而使用极少的芯片面积。

22、根据一个实施例，一种操作mems装置之方法包含：控制沿着层堆栈方向布置之两个驱动结构，mems装置之多个mems层沿着该层堆栈方向布置；以及通过控制在mems装置之可移动组件处产生垂直于层堆栈方向之驱动力以使mems装置偏转。

23、根据一个实施例，该方法被配置为使得可移动组件之对称和/或线性偏转借助于驱动装置之邻近电极组件通过在时间平均上相对于所施加电位而关于参考电位对称地控制电极组件来控制，所述电极组件由电极间隙彼此电气绝缘。

24、根据一个实施例，沿着相对于相反方向的致动方向在时间平均上不对称地控制可移动组件之偏转，亦即，其被不对称地控制。举例而言，此可用以补偿机械预转向或机械不对称性。

25、其他有利实施例为其他从属权利要求之主题。