具有运动限制器的微机电器件制造技术

一种微机电器件，包括第一结构层和可移动块，该可移动块被悬挂以进行相对于第一结构层的主离面运动。在可移动块中蚀刻有悬臂式运动限制器结构，并且在第一结构层上布置有与悬臂式运动限制器结构相对的第一止挡元件。利用元件间距的优化使用来实现改进的机械鲁棒性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及微机电器件，尤其涉及在独立权利要求的前序中所限定的微机电器件。
技术介绍
可以将微机电系统或MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)定义为其中至少一些元件具有机械功能的微型化机械和机电系统。MEMS器件可以适用于快速且准确地检测物理特性的非常小的变化。通常，在MEMS器件中使用运动限制器以控制器件内的可移动结构可以位移的最大距离。运动限制器的另一目的是以可控方式消耗能量以防由于突然的大加速度事件导致可移动结构与器件内的锚固结构碰撞。这样的事件例如在器件意外跌落至生产线的地板上时可能发生。在元件测试期间设计限制也有风险。在碰撞时，运动限制器的主要目的是通过防止结构的例如尖角或窄梁的易碎点接触其它表面来保护器件免受损坏。然而，如果运动限制器自身不够鲁棒，则它也可能损坏。例如，可以通过增大接触表面之间的接触面积来增强运动限制器的鲁棒性。然而，这增大了接触表面之间的粘滞(stiction)的风险。另一常规方法是增加碰撞的柔性使得移动块的动能被转变成运动限制器结构内的势能。有效的运动限制在以下结构中特别复杂：在所述结构中，可移动块被设计成经受另外的结构层之上或之间的离面线性或旋转运动。在没有显著增大配置的尺寸或复杂性的情况下，难以创建真正鲁棒的结构。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于微机电器件的紧凑型鲁棒运动限制器配置，该微机电器件包括被设计成向其结构层的面外移动的可移动块。利用根据独立权利要求的特征部分的微机电器件来实现本专利技术的目的。权利要求限定了一种微机电器件，该微机电器件包括：第一结构层；以及可移动块，可移动块悬挂以进行相对于第一结构层的主离面运动。在可移动块中蚀刻有悬臂式运动限制器结构，并且在第一结构层上布置有第一止挡元件，第一止挡元件与悬臂式运动限制器结构相对。从属权利要求中公开了本专利技术的有益实施方式。解决方案利用元件间距的优化使用提供了改进的机械鲁棒性。利用下面的实施方式来更加详细地论述本专利技术的另外的益处。附图说明下面将参照附图结合优选实施方式来更详细地描述本专利技术，在附图中：图1示出了应用离面运动的微机电结构；图1A和图1B图示微机电器件的示例性结构；图2图示微机电器件中适用的示例性运动限制器结构；图3图示另一示例性运动限制器结构；图4图示又一示例性运动限制器结构；图5A图示包括运动限制器的示例性微机电器件的侧视图；图5B图示包括运动限制器的示例性微机电器件的顶视图；图6图示运动限制器结构和第一止挡元件的定位的示例；图7图示第二止挡元件的定位的示例；图8图示示例性两级段运动限制配置。具体实施方式下面的实施方式是示例性的。虽然说明书可能涉及“一(an)”、“一个(one)”或“一些(some)”实施方式，但这不一定意指每个这样的引用针对的是相同的实施方式或者特征仅适用于单个实施方式。不同实施方式的单个特征可以被组合以提供另外的实施方式。在下面，将利用可以在其中实现本专利技术的各个实施方式的器件架构的简单示例来描述本专利技术的特征。仅详细描述与图示实施方式有关的元件。本文中可以不具体描述本领域技术人员通常知道的微机电器件的各种实现方式。图1A和图1B图示根据本专利技术的微机电器件的示例性结构。在这里，微机电器件指的是由平面的、固体的或图案化的层构成的分层结构。因此在这里，术语面内和离面分别指的是与结构层的平面对准或与结构层的平面非对准的方向。微机电器件100包括至少一个结构层和悬挂于至少一个结构层的可移动块。图1B示出了包括第一结构层102、第二结构层104以及第三结构层106的配置。第一结构层102可以是例如衬底或处理晶圆(handle wafer)。第二结构层104可以例如是微机电器件晶粒(die)的覆盖帽晶圆(covering cap wafer)。注意，这里所使用的结构划分(例如处理晶圆、帽晶圆(cap wafer)等)仅是概念上的。对于本领域技术人员而言清楚的是，结构层可以从例如绝缘体上硅(silicon-on-insulator)衬底被单独或组合地图案化。可以将第三结构层106用作可移动块120。可移动块120可以被悬挂在第一结构层102上使得可移动块120可以经受相对于至少第一结构层102的离面运动。在图1A和图1B的配置中，离面运动是围绕第一结构层102与第二结构层104之间的面内旋转轴110的旋转运动。然而，本专利技术并非仅限于旋转运动。本专利技术的特征还可以适用于关于底层和覆盖层的离面线性运动。图1A和图1B图示当没有偏置电荷或外部加速力施加给元件时处于中间位置的该元件。在操作时，可移动块120可以例如响应于外部z方向加速度而围绕面内旋转轴110按照上下式或跷跷板式的旋转运动来移动。可移动块120可以从旋转轴向相反方向在平面上延伸。在所述旋转运动中，可移动块120可以围绕旋转轴转动使得可移动块的一端移动离开悬挂结构层而可移动块的另一端靠近悬挂结构层。可以利用布置至底层或覆盖层的电极108来诱导和/或检测可移动块的运动。图1A和图1B图示具有一个可移动块的示例性配置的实施方式。然而，本专利技术相应地适用于具有一个或更多个可移动块的配置，而且适用于其中运动包括振荡旋转运动或线性离面运动的配置。有益地，微机电器件的运动限制器中的至少一个是柔性运动限制器，该柔性运动限制器响应于在接触时施加给它的机械力而有助于某形式的弹性位移。图2图示在图1A和图1B的微机电器件中适用的示例性运动限制器结构200。图2的微机电器件包括至少一个运动限制器结构，其中，在可移动块120中通过局部地移除可移动块的许多材料来蚀刻出至少一个运动限制器结构。因此，运动限制器结构的元件部分至少部分地与可移动块分开，但是在处在中间位置与可移动块共用同一空间体积。如图2所示，通过蚀刻线的适当选择，可以在可移动块内提供维持与可移动块的机械连接的悬臂式运动限制器结构。图2的悬臂式运动限制器结构包括简单的细长元件202。本上下文中的细长意指元件的面上长度至少是该元件的最大面上宽度的两倍。细长元件的一端固定至可移动块120而另一端不受约束。固定端可以锚固至支持体或者经由如稍后将论述的中间结构耦接至支持体，在可移动块中蚀刻的开口206在可移动块的平面内延伸，但未在平面内贯穿可移动块的平面，而是形成至可移动块的内侧壁。图2中的细长元件202在可移动块的两个内侧壁之间延伸，并且细长元件202的一端204机械地耦接至可移动块120。在微机电器件中，细长元件随着可移动块而移动，并且细长元件的外侧端被定位成当需要控制可移动块的运动时该外侧端变成与另一元件相接触。因此，可以认为细长梁的外侧端形成了碰撞元件208。当与碰撞元件发生接触时，细长元件将力移转至可移动块中的支持体，可移动块中的支持体被相反地强加力矩(moment)和剪应力。在碰撞时，碰撞元件适于经受围绕面内旋转轴的弹性旋转运动，该面内旋转轴与细长元件耦接至可移动块的点重合。图3图示替选运动限制器结构300。图3的运动限制器结构也包括在可移动块的两个内侧壁之间延伸的细长元件302。细长元件302的一端304机械地耦接至可移动块。细长元件302的外侧端包括碰撞元件308。在图3的配置中，碰撞元件308是具有与细长元件302不同的面内宽度的形成部分。应当理本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微机电器件，包括：第一结构层；可移动块，所述可移动块被悬挂以进行相对于所述第一结构层的主离面运动；悬臂式运动限制器结构，所述悬臂式运动限制器结构被蚀刻在所述可移动块中，在所述第一结构层上的第一止挡元件，所述第一止挡元件与所述悬臂式运动限制器结构相对。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.02.26 FI 201451841.一种微机电器件，包括：第一结构层；可移动块，所述可移动块被悬挂以进行相对于所述第一结构层的主离面运动；悬臂式运动限制器结构，所述悬臂式运动限制器结构被蚀刻在所述可移动块中，在所述第一结构层上的第一止挡元件，所述第一止挡元件与所述悬臂式运动限制器结构相对。2.根据权利要求1所述的微机电器件，其特征在于：所述悬臂式运动限制器结构包括细长元件，所述细长元件的一端耦接至所述可移动块。3.根据权利要求2所述的微机电器件，其特征在于：所述细长元件在所述可移动块的两个内侧壁之间延伸。4.根据权利要求3所述的微机电器件，其特征在于：所述细长元件的外侧端形成碰撞元件。5.根据权利要求2所述的微机电器件，其特征在于：所述细长元件通过扭力元件耦接至所述可移动块，所述扭力元件提供面内扭力弹簧，所述扭力弹簧的每一端耦接至所述可移动块。6.根据权利要求5所述的微机电器件，其特征在于，所述细长元件包括：碰撞元件，耦接梁，所述耦接梁将所述扭力元件耦接至所述碰撞元件。7.根据权利要求6所述的微机电器件，其特征在于：在碰撞时，所述碰撞元件适于经受围绕面内旋转轴的弹性旋转运动。8.根据权利要求6或7所述的微机电器件，其特征在于：所述扭力元件是耦接至所述可移动块内的两个耦接点的扭力杆。9.根据前述权利要求中的任一项所述的微机电器件，其特征在于：所述第一止挡元件是从所述第一结构层局部升起的突出物。10.根据前述权利要求中的任一项所述的微机电器件，其特征在于：所述主离面运动是围绕旋转轴的旋转运动。11.根据前述权利要求中的任一项所述的微机电器件，其特征在于：所述碰撞元件在所述第一结构层上的投影与所述第一止挡元件在所述第一结构层上的投影至少部分重合。12.根据权利要求6所述的微机电器件，其特征在于：所述碰撞元件的最大宽度至少是所述耦接梁的宽度的三倍。13.根据权利要求4至12所述的微机电器件，其特征在于：所述碰撞元件的一个侧面与所述可移动块的侧面重合...

【专利技术属性】
技术研发人员：维尔·阿赫泰，维尔佩卡·吕特克宁，
申请(专利权)人：株式会社村田制作所，
类型：发明
国别省市：日本;JP