静电驱动MEMS器件制造技术

本申请涉及静电驱动MEMS器件。MEMS器件具有经由接合臂对由支撑区域支撑的支撑物体。一种耦合到接合臂的静电驱动系统具有耦合到彼此的移动电极和固定电极。静电驱动系统由布置在相应的接合臂的相对侧上并且通过连接元件连接到接合臂的两对致动组件形成。每个致动组件横向延伸到悬挂物体并且具有支撑相应的多个移动电极的附属臂。每个附属臂平行于接合臂。连接元件可以是刚性的或者由联动装置形成。

MEMS device driven by electrostatic force

The application relates to an electrostatic driven MEMS device. The MEMS device has a supporting object supported by the supporting area through the engaging arm. An electrostatic drive system coupled to the engaging arm has a moving electrode and a fixed electrode coupled to each other. The electrostatic drive system is formed by two pairs of actuating components arranged on the opposite side of the corresponding engagement arm and connected to the engagement arm through the connecting element. Each actuating component extends horizontally to the suspended object and has an auxiliary arm supporting a corresponding plurality of moving electrodes. Each auxiliary arm is parallel to the engaging arm. The connecting elements can be rigid or formed by linkage devices.

【技术实现步骤摘要】
静电驱动MEMS器件本申请为申请日为2015年1月30日、申请号为201510049858.1、题为“静电驱动MEMS器件”的专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术涉及具有静电类型的驱动结构的微机电(MEMS)器件。
技术介绍
众所周知，已经提出具有MEMS微反射镜对的微型投影机，每个微反射镜被驱动用于绕自己的旋转轴旋转。例如，在图1和图2示意性地图示的系统中，光源1，通常为激光源，生成光束2(通常包括三个单色光束，每个用于一个基本色)，其穿过仅示意性地图示的光学器件3，由MEMS反射镜对5、6反射。例如，第一MEMS反射镜5可以是谐振类型的水平微反射镜，其绕第一周A(图2)旋转并且生成快速水平扫描，并且第二MEMS反射镜6可以是垂直微反射镜，其绕特别地垂直于第一轴A的第二横轴B旋转，并且生成慢速垂直扫描，通常为锯齿扫描。两个MEMS反射镜5、6的移动的组合使得光束2执行完整的二维扫描移动并且，一旦投影在投影屏幕7上，在其上生成二维图形。例如在WO2010/067354中描述了这样的系统，其也被公布为US2011/0234898，该专利为所有目的在此通过引用整体并入本文。对于图像的理想投影，需要以恒定的速率执行垂直扫描。因此，已经提出通过导致其绕相应的轴B的控制旋转的静电驱动系统控制至少垂直微反射镜6的移动。例如，垂直微反射镜6可以如图3所示而制成。这里，裸片10包括悬挂在衬底(不可见)上并且由成对的臂12支撑的反射表面11。臂12在反射表面11的相对侧上延伸并且限定垂直微反射镜6的旋转轴B。臂12经由使得臂12绕轴B旋转的扭转弹簧14连接到裸片的固定的外围部分13。臂12被进一步耦合到由两个静电类型的致动组件18形成的驱动结构，一个用于每一个臂。这里每个致动组件18包括两组移动电极19，面对同样多组的固定电极20。详细地讲，移动电极19相对于臂12固定并且像梳指一样与固定电极20交错排列用于生成电容性耦合。固定电极20由支撑区域21支撑，通常相对于裸片10的衬底(不可见)固定。由于电极19、20的布置，驱动结构也被称为“梳式驱动结构”。可以在裸片10的不同层中形成移动电极和固定电极20以便延伸在不同的高度，如例如在WO2010/137009(也被公布为US2010/0062973)中所描述的那样，并且如图4的放大细节中所图示的那样，该专利为所有目的在此通过引用整体并入本文。通过在移动电极19和固定电极20之间应用合适的电压，有可能在它们之间生成吸引或排斥力，用于引起移动电极19相对于固定电极20的旋转，臂12绕轴B的扭转，并因而反射表面11的相应的控制的旋转(图5)。然而，所描述的结构与目前的日益增加的大反射镜的需求形成对比。事实上，在光学系统中，投影的图像的像素的数目正比于反射表面11的直径。由此得出在微型投影仪的领域中，需要具有日益增加的大尺寸的微反射镜，以便增加投影图像的分辨率并且满足市场需要，从而前往高清标准(720像素；1080像素)。特别地，在二维微型投影仪中，水平微反射镜的直径决定分辨率。另一方面，由于其上更大的扫描点轨迹，水平微反射镜的尺寸的增加也决定垂直微反射镜的尺寸的剧烈增加。为了提供更大尺寸的反射表面11，可以使用更高的致动电压，因为谐振频率由系统的条件和约束设置。特别地，在所考虑类型的静电梳式驱动的情况下，这需要操作电压的修改以及因此电极数目的增加。在图3至图5的结构的情况下，反射表面11的尺寸的增加导致整个裸片10的尺寸在旋转轴B方向上的显著增加，因为不仅反射表面11的长度在该方向上增加，而且梳指式电极19、20对的数目也增加。上文的增加与目前朝向小型化的趋势形成对比，并且需要相当大的成本，特别在中等生成规模的应用的情况下，其中不需要开发大规模生产的潜能。另一方面，除了上文所涉及的类型之外，该问题也存在于其他类型的MEMS器件中。
技术实现思路
本专利技术的一个或者多个实施例可以提供具有克服现有技术的一个或者多个缺点的扭转驱动结构的MEMS器件。一个或者多个实施例涉及例如可以安装在微型投影仪中的可旋转微反射镜。另一实施例涉及惯性类型的MEMS结构，例如用于探测运动参数的元件，诸如加速计、陀螺仪等，或者驱动元件，诸如微发动机、微致动器或旋转运动到平移运动的转换器。在又一实施例中，MEMS结构使用平移运动被应用。一个实施例涉及MEMS器件，包括具有反射表面的悬挂物体、支撑区域；以及将悬挂物体耦合到支撑区域的接合臂。MEMS器件进一步包括连接元件和静电驱动系统。静电驱动系统包括布置在接合臂的相对侧上并且由连接元件耦合到接合臂的第一致动组件和第二致动组件。第一致动组件和第二致动组件中每个致动组件包括交错布置的移动电极和固定电极。附图说明为了更好地理解本专利技术，现在仅仅通过非限制性示例的方式参考附图描述其优选的实施例，其中：图1是微型投影仪的示意透视图；图2是图1的微型投影仪的微反射镜的转向移动的示意图；图3是图1的垂直微反射镜的实施例的示意图；图4是图3的微反射镜的细节的放大的透视图；图5是图3的微反射镜的部分的截面图；图6是本专利技术的MEMS结构的实施例的简化顶视平面视图；图7是图6的MEMS结构的驱动原理的示意图；图8是本专利技术的MEMS结构的另一实施例的简化顶视平面视图；图9是图8的MEMS结构的驱动原理的示意图；图10是在旋转位置中的图8的MEMS结构的简化透视图；图11是图8的MEMS结构的部分的放大的顶视平面视图；图12和图13是本专利技术的MEMS结构的其他实施例的简化顶部平面视图；图14是本专利技术的MEMS结构的细节的放大的顶部平面视图；图15是图14的细节的放大的透视图；图16是包括本专利技术的MEMS结构的部分的半导体裸片的截面；以及图17示出了不同的实施例。具体实施方式图6至图7示出了MEMS器件100，这里形成用于图1和图2所图示的类型的微型投影仪的微反射镜。MEMS器件100包括悬挂物体31，这里反射表面具有大体矩形形状，由两个接合臂32支撑。接合臂32彼此对准在悬挂物体31的沿着旋转轴B的相对侧上延伸并且在它们的端部处通过第一扭转弹簧35约束到MEMS器件100的固定区域33。致动组件36通过连接元件30被连接到接合臂32，并且控制其绕旋转轴B的旋转(与相对于其固定的悬挂物体31的旋转一起)。这里连接元件30由刚性臂34形成，刚性臂34从其每侧从每个接合臂32的中间部分在相对于接合臂32的横向(基本上垂直的)方向上延伸并且每个刚性壁34支撑相应的附属臂37。附属臂37在相对于刚性壁34横向的(基本上垂直的)并因此基本上平行于接合臂32的方向上延伸。在图示的示例中，这四个刚性壁34和四个附属臂37被示出。附属臂37支撑相应的移动电极38，移动电极38在其每侧在相对于附属臂37的横向(具体地，基本垂直)方向上延伸。此外，移动电极38在在基本上对称的配置中的刚性壁34的两侧上延伸。移动电极38面对相应的固定电极39，并且与相应的固定电极39成梳指式排列，这里固定电极39由固定区域40支撑并且经由固定区域40连接起来。因此，移动电极38被电容性耦合到相应的固定电极39并且形成多个移动电极38/固定电极39对。在一些实施例中，出于对称性和压力均匀性的考虑，每个致动组件36包括相等本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种MEMS器件，包括：悬置块；支撑区域；接合臂，具有耦合到所述悬置块的第一端和耦合到所述支撑区域的第二端，所述接合臂具有从所述第一端延伸到所述第二端的纵轴，所述接合臂具有相对于所述纵轴而彼此相对的相对侧，所述接合臂和所述悬置块被配置为围绕所述纵轴旋转；连接元件，从所述接合臂的所述相对侧延伸；以及静电驱动系统，包括第一致动组件和第二致动组件，所述第一致动组件和所述第二致动组件布置在所述接合臂的所述相对侧上并且分别通过所述连接元件被耦合到所述接合臂，所述第一致动组件和所述第二致动组件中的每个致动组件包括交错布置的移动电极和固定电极。

【技术特征摘要】
2014.01.31 IT TO2014A0000771.一种MEMS器件，包括：悬置块；支撑区域；接合臂，具有耦合到所述悬置块的第一端和耦合到所述支撑区域的第二端，所述接合臂具有从所述第一端延伸到所述第二端的纵轴，所述接合臂具有相对于所述纵轴而彼此相对的相对侧，所述接合臂和所述悬置块被配置为围绕所述纵轴旋转；连接元件，从所述接合臂的所述相对侧延伸；以及静电驱动系统，包括第一致动组件和第二致动组件，所述第一致动组件和所述第二致动组件布置在所述接合臂的所述相对侧上并且分别通过所述连接元件被耦合到所述接合臂，所述第一致动组件和所述第二致动组件中的每个致动组件包括交错布置的移动电极和固定电极。2.根据权利要求1所述的MEMS器件，其中所述第一致动组件和所述第二致动组件包括具有相对侧的附属臂，其中所述移动电极从所述附属臂的所述相对侧延伸。3.根据权利要求2所述的MEMS器件，其中所述附属臂具有与所述接合臂的所述纵轴基本上平行的纵轴。4.根据权利要求2所述的MEMS器件，其中所述连接元件是刚性壁。5.根据权利要求4所述的MEMS器件，其中所述刚性壁具有分别耦合到所述接合臂的第一部分和耦合到所述附属臂的第二部分，铰链分别位于所述刚性壁的所述第一部分和所述第二部分处，所述铰链被配置为允许所述第一部分和所述第二部分在不同方向中移动。6.根据权利要求2所述的MEMS器件，其中所述连接元件每个由联动装置形成，所述联动装置包括具有分别耦合到所述接合臂和所述附属臂的第一端部以及通过铰链耦合到彼此的第二端部的杠杆对。7.根据权利要求6所述的MEMS器件，其中每个铰链由具有共同耦合并且耦合到所述杠杆对的端部的总体为U形的区域对形成。8.根据权利要求6所述的MEMS器件，进一步包括扭转弹簧和固定区域，其中所述附属臂经由相应的扭转弹簧被耦合到所述固定区域。9.根据权利要求1所述的MEMS器件，进一步包括第一结构层和第二结构层，其中对于所述第一致动组件和所述第二致动组件中的至少一个致动组件，所述移动电极在所述第一结构层中形成而所述固定电极在所述第二结构层中形成。10.根据权利要求2所述的MEMS器件，其中在每个致动组件中，第一移动电极在第一结构层中形成，第二移动电极在第二结构层中形成，其中与所述第一移动电极交错布置的所述固定电极在所述第二结构层中形成而与所述第二移动电极交错布置的所述固定电极在所述第一结构层中形成。11.根据权利要求1所述的MEMS器件，其中所述接合臂是第一接合臂并且所述支撑区域是第一支撑区域，所述MEMS器件包括：第二接合臂；以及其中所述静电驱动系统包括布置在所述第二接合臂的相对侧上的第三致动组件和第四致动组件，并且其中所述第二接合臂将所述支撑臂耦合到所述第二支撑区域。12.根据权利要求11所述的MEMS器件，包括第五致动组件和第六致动组件，每个致动组件具有至少部分由所述第一接合臂和所述第二接合臂分别支撑的移动电极。13.根据权利要求11所述的MEMS器件，其中所述致动组件中每个致动组件具有平行于彼此并且平行于所述第一接合臂的所述纵轴延伸的纵轴。...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·卡尔米纳蒂，S·康蒂，
申请(专利权)人：意法半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：意大利,IT