DE102007030994A1

DE102007030994A1 - Micromechanical component and method for vibrational excitation of a vibration element of a micromechanical device

Info

Publication number: DE102007030994A1
Application number: DE200710030994
Authority: DE
Inventors: Robert Sattler; Matthias Maute
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-07-04
Filing date: 2007-07-04
Publication date: 2009-01-08
Also published as: WO2009003803A2; WO2009003803A3

Abstract

Es werden ein mikromechanisches Bauelement und ein Verfahren zur Schwingungsanregung eines Schwingungselements eines mikromechanischen Bauelements vorgeschlagen, wobei das mikromechanische Bauelement einen äußeren Rahmen, welcher mit dem Trägersubstrat verbunden und gegenüber dem Trägersubstrat schwingungsfähig ist, und ein Schwingungselement, welches mit dem äußeren Rahmen verbunden und um eine erste Achse in einer Haupterstreckungsebene des Trägersubstrats und/oder um eine zur ersten Achse senkrecht stehenden zweiten Achse in der Haupterstreckungsebene verkippbar ist, aufweist und wobei das mikromechanische Bauelement in einer zur Haupterstreckungsebene parallelen Ebene wenigstens eine Elektrode aufweist, wobei die wenigstens eine Elektrode in einer zur Haupterstreckungsebene senkrechten Richtung mit dem äußeren Rahmen zumindest teilweise überlappend vorgesehen ist. Das Verfahren zur Schwingungsanregung des Schwingungselements des mikromechanischen Bauelements umfasst eine Anregung des Schwingungselements durch eine elektrostatische Kraft zwischen dem äußeren Rahmen und wenigstens der einen Elektrode, wobei das Schwingungselement mit dem äußeren Rahmen gekoppelt ist.It be a micromechanical device and a method for vibrational excitation proposed a vibration element of a micromechanical device, wherein the micromechanical device has an outer Frame, which is connected to the carrier substrate and opposite the carrier substrate is capable of vibration, and a Vibration element, which with the outer frame connected and about a first axis in a main extension plane of the carrier substrate and / or perpendicular to the first axis tilting stationary second axis in the main extension plane is, and wherein the micromechanical device in a to the main plane of extension parallel plane has at least one electrode, wherein the at least one electrode is in a direction to the main plane of extension vertical direction with the outer frame at least partially overlapping provided. The procedure for Vibration excitation of the vibration element of the micromechanical Component comprises an excitation of the vibration element by an electrostatic force between the outer frame and at least one of the electrodes, wherein the vibrating element is coupled to the outer frame.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht von einem mikromechanischen Bauelement nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aus.The Invention is based on a micromechanical component according to the preamble of claim 1.

Solche mikromechanischen Bauelemente sind allgemein bekannt. Beispielsweise ist aus der Druckschrift DE 603 08 752 T2 eine Mikrospiegeleinheit bekannt, wobei der Mikrospiegel um zwei Achsen beweglich befestigt ist und mittels eines Kammantriebs zum Schwingen um zwei senkrechte Achse angeregt wird. Der Kammantrieb weist zwei sich gegenüberliegende kammähnliche Elektroden auf, welche derart angeordnet sind, dass die kammartigen Ausbildungen ineinander greifen. Eine solche Anordnung bewirkt im Falle einer zwischen den Elektroden anliegenden elektrischen Potentialdifferenz eine im Wesentlichen konstante elektrostatische Kraft zwischen den Elektroden, da die Auslenkung des Mikrospiegels eine lineare Änderung der effektiven Elektrodenfläche erzeugt. Eine Anregung des Mikrospiegels zu Schwingungen mit größerer Amplitude würde folglich eine ebenso größere Potentialdifferenz zwischen den Elektroden erfordern und ist damit, aufgrund der vergleichsweise geringen schaltbaren und realisierbaren elektrischen Spannungen auf einem Halbleiterbaustein nicht oder nur unter großem Aufwand realisierbar.Such micromechanical components are well known. For example, from the document DE 603 08 752 T2 a micromirror unit is known, wherein the micromirror is movably mounted about two axes and is excited by means of a comb drive for oscillating about two vertical axis. The comb drive has two opposing comb-like electrodes, which are arranged such that the comb-like formations interlock. Such an arrangement, in the case of an electrical potential difference applied between the electrodes, causes a substantially constant electrostatic force between the electrodes, since the deflection of the micromirror produces a linear change in the effective electrode area. An excitation of the micromirror to oscillations with a larger amplitude would consequently require an equally greater potential difference between the electrodes and is thus not feasible or can only be realized at great expense because of the comparatively low switchable and realizable electrical voltages on a semiconductor component.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Das erfindungsgemäße mikromechanische Bauelement und das Verfahren zur Schwingungsanregung eines Schwingungselements eines mikromechanischen Bauelements gemäß den nebengeordneten Ansprüchen haben den Vorteil, dass eine gegenüber dem Stand der Technik deutlich höhere elektrostatische Krafterzeugung mit geringerer elektrischer Spannungsdifferenz zwischen den Elektroden erzielt wird und folglich eine deutlich größere Schwingungsamplitude des Schwingungselements mit geringerem Energieaufwand möglich ist. Die Anordnung der wenigstens einen Elektrode in einer zur Haupterstreckungsebene parallelen Ebene, wobei die wenigstens eine Elektrode in einer zur Haupterstreckungsebene senkrechten Richtung mit dem äußeren Rahmen zumindest teilweise überlappend vorgesehen ist, bildet zusammen mit dem äußeren Rahmen einen Plattenkondensatorantrieb, welcher eine im wesentlichen reziproke quadratische Abhängigkeit der elektrostatischen Kraft zwischen der Elektrode und dem äußeren Rahmen von deren Abstand zueinander aufweist. Diese Abhängigkeit erlaubt eine vergleichsweise große Krafterzeugung, da die Struktur des mikromechanischen Bauelements sehr geringe Elektrodenabstände zulässt. Die Richtung des elektrischen Feldes im Plattenkondensatorantrieb ist im Wesentlichen an jedem Ort zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode senkrecht zu den Elektrodenoberflächen und parallel zur gewünschten Kraftwirkung, wodurch der Antrieb eine deutlich höhere Effizienz als ein Kammantrieb aufweist. Durch die räumliche Trennung der Antriebselektroden des äußeren Rahmens von dem Schwingungselement lassen sich resonante Schwingungen des Schwingungselements um die erste und/oder um die zweite Achse mit größtmöglicher Amplitude trotz geringem Abstand zwischen den Antriebselektroden anregen. Der äußere Rahmen ist insbesondere über Biegefedern an das Trägersubstrat angebunden. Erfindungsgemäß weist das mikromechanische Bauelement bevorzugt jeweils zwei Elektroden für eine Schwingung des Schwingungselements um die erste und um die zweite Achse auf, wodurch eine Schwingungsanregung mit minimalen Energieaufwand begünstigt wird. Die Anregung einer Schwingung des Schwingungselements um die erste oder um die zweite Achse ist jedoch auch mittels einer einzigen jeweiligen Elektrode möglich. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist das mikromechanische Bauelement einen inneren Rahmen auf, wobei der innere Rahmen gegenüber dem äußeren Rahmen verkippbar ist und wobei eine Verbindung des inneren Rahmens mit dem äußeren Rahmen über ein zweites Aufhängungselement, insbesondere über Torsionsfedern, vorgesehen ist. Eine solche Anordnung ermöglicht eine einfach zu implementierende Aufhängung des inneren Rahmens, welcher durch die Kopplung mit dem äußeren Rahmen im Falle einer Schwingungsanregung des äußeren Rahmens durch die Elektroden zu Schwingungen um die erste Achse angeregt wird.The Micromechanical component according to the invention and the method for vibrational excitation of a vibration element a micromechanical device according to the sibling claims have the advantage that a significantly higher compared to the prior art electrostatic force generation with lower electrical voltage difference between the electrodes is achieved and consequently a clear greater vibration amplitude of the vibration element is possible with less energy. The order the at least one electrode in a direction to the main plane of extension parallel plane, wherein the at least one electrode in a for Main extension plane vertical direction with the outer Frame is provided at least partially overlapping, forms together with the outer frame a plate capacitor drive, which is a substantially reciprocal quadratic dependence the electrostatic force between the electrode and the outer Frame of their distance from each other. This dependence allows a comparatively large power generation, as the Structure of the micromechanical device very small electrode distances allows. The direction of the electric field in the plate capacitor drive is essentially in every place between the electrode and the Counter electrode perpendicular to the electrode surfaces and parallel to the desired force, causing the drive a significantly higher efficiency than a comb drive has. Due to the spatial separation of the drive electrodes of the outer Frame of the vibration element can be resonant vibrations of the vibration element about the first and / or about the second axis with the greatest possible amplitude despite the small distance between the drive electrodes. The outer one Frame is in particular via bending springs to the carrier substrate tethered. According to the invention, the micromechanical Component preferably each two electrodes for a vibration of the Vibration element about the first and about the second axis, thereby encourages vibration excitation with minimal energy consumption becomes. The excitation of a vibration of the vibration element to the however, first or about the second axis is also by means of a single one respective electrode possible. According to one preferred development has the micromechanical device an inner frame with the inner frame opposite the outer frame is tiltable and wherein a Connection of the inner frame with the outer one Frame via a second suspension element, in particular via Torsion springs, is provided. Such an arrangement allows an easy-to-implement suspension of the inner frame, which by the coupling with the outer frame in the case of a vibration excitation of the outer Frame through the electrodes to oscillate about the first axis is stimulated.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist das Schwingungselement, welches insbesondere ein Mikrospiegel ist, gegenüber dem inneren Rahmen verkippbar und weist eine Verbindung mit dem inneren Rahmen über ein drittes Aufhängungselement auf, insbesondere über weitere Torsionsfedern. Das Schwingungselements ist folglich durch ein einfaches Kopplungs- und Aufhängungssystem um die erste und die zweite Achse verkippbar und eine Anregung des äußeren Rahmens durch die Elektroden führt zu eine Schwingungsanregung des Schwingungselements um die erste und/oder die zweite Achse.According to one Another preferred development is the vibration element, which in particular, a micromirror is opposite the inner frame tiltable and has a connection with the inner frame over a third suspension element, in particular via more torsion springs. The vibration element is thus by a simple coupling and suspension system around the first and the second axis tiltable and an excitation of the outer Frame through the electrodes leads to a vibration excitation of the vibration element about the first and / or the second axis.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist in einem gemeinsamen Ausdehnungsbereich des inneren Rahmens und des Schwingungselements in einer zur Haupterstreckungsrichtung senkrechten und dem Trägersubstrat zugewandten Richtung eine Ausnehmung im Trägersubstrat ausgebildet. Diese Ausnehmung verhindert einen Kontakt zwischen dem inneren Rahmen und dem Trägersubstrat oder dem Schwingungselement und dem Trägersubstrat, so dass eine im Wesentlichen harmonische Schwingung des inneren Rahmens und/oder des Schwingungselements mit größtmöglicher Schwingungsamplitude ermöglicht wird.According to a further preferred refinement, a recess is formed in the carrier substrate in a common expansion region of the inner frame and the vibration element in a direction perpendicular to the main extension direction and facing the carrier substrate. This recess prevents contact between the inner frame and the carrier substrate or the vibration element and the carrier substrate, so that a substantially harmonic oscillation of the inner frame and / or the vibration element is made possible with the greatest possible vibration amplitude.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Schwingungsanregung eines Schwingungselements eines mikromechanischen Bauelements, wobei das Schwingungselement durch eine elektrostatische Kraft zwischen dem äußeren Rahmen und wenigstens der einen Elektrode in Schwingung versetzt wird. Die Anregung des äußeren Rahmens über eine elektrostatische Kraft zwischen den Elektroden und eine Kopplung des Schwingungselements mit dem äußeren Rahmen ermöglicht eine doppelt-resonante Anregung des Schwingungselement um die erste und/oder die zweite Achse mit geringem Energieaufwand, da der Abstand zwischen der anregenden Elektrode und dem äußeren Rahmen bzw. der Gegenkatode gleichzeitig minimal bleibt. Insbesondere eine Anregung des inneren Rahmens und des Schwingungselements mit der Resonanzfrequenz des inneren Rahmens bezüglich der Schwingung um die erste Achse und der Resonanzfrequenz des Schwingungselements um die zweite Achse vorgesehen, wobei das erste, zweite und dritte Aufhängungselement, sowie die Trägheitsmomente des äußeren Rahmens, des inneren Rahmens und des Schwingungselements sind derart dimensioniert vorgesehen, dass die Resonanzfrequenzen der Schwingungen des äußeren Rahmens um die erste und die zweite Achse vergleichsweise weit entfernt von der Resonanzfrequenz der Schwingung des inneren Rahmens um erste Achse und der Resonanzfrequenz der Schwingung des Schwingungselements um die zweite Achse im Frequenzraum liegt. Bei einer resonanten Anregung des inneren Rahmens und des Schwingungselements sind daher besonders vorteilhaft die Schwingungsamplituden des äußeren Rahmens klein im Vergleich zu den Schwingungsamplituden des inneren Rahmens und des Schwingungselements, so dass ein annähernd konstanter Abstand zwischen den Elektroden und dem äußeren Rahmen ermöglicht und ein mechanischer Kontakt zwischen den Elektroden und dem äußeren Rahmen verhindert wird.One Another object of the present invention is a method for the vibration excitation of a vibration element of a micromechanical Component, wherein the vibration element by an electrostatic Force between the outer frame and at least which is caused to vibrate one electrode. The suggestion of the outside Frame via an electrostatic force between the electrodes and a coupling of the vibrating element with the outer Frame allows a double-resonant excitation of the vibration element around the first and / or the second axis with low energy consumption, because the distance between the stimulating electrode and the outer Frame or the counter-cathode simultaneously remains minimal. Especially an excitation of the inner frame and the vibration element with the resonant frequency of the inner frame with respect to Oscillation about the first axis and the resonant frequency of the vibration element provided around the second axis, wherein the first, second and third Suspension element, as well as the moments of inertia the outer frame, the inner frame and the Vibration element are provided dimensioned such that the Resonant frequencies of the vibrations of the outer frame comparatively far away from the first and second axes from the resonant frequency of the vibration of the inner frame around first Axis and the resonance frequency of the vibration of the vibration element around the second axis in frequency space. In a resonant Excitation of the inner frame and the vibration element are therefore particularly advantageous the vibration amplitudes of the outer Frame small compared to the vibration amplitudes of the inner Frame and the vibration element, so that an approximate constant distance between the electrodes and the outer Frame allows and mechanical contact between the Electrodes and the outer frame is prevented.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung wird durch die Schwingungsanregung des äußeren Rahmens der innere Rahmen in Schwingung versetzt. Eine solche Schwingungskopplung ermöglicht die Anregung des inneren Rahmens, welcher keine Elektroden aufweisen muss und an welchem folglich keine anregenden elektrostatische Kräfte direkt wirken müssen.According to one preferred development is by the vibration excitation of the outer frame the inner frame is set in vibration. Such a vibration coupling allows the excitation of the inner frame, which no electrodes and therefore no stimulating electrostatic Forces must act directly.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird durch die Schwingungsanregung des äußeren Rahmens und/oder des inneren Rahmens das Schwingungselement in Schwingung um die erste und/oder um die zweite Achse versetzt. Eine derartige Schwingungskopplung ermöglicht die Schwingungsanregung des Schwingungselements, welches keine Elektroden aufweisen muss und an welchem keine anregenden elektrostatischen Kräfte direkt wirken müssen.According to one Another preferred embodiment is by the vibration excitation the outer frame and / or the inner frame the Vibration element in oscillation around the first and / or the second Axle offset. Such a vibration coupling allows the vibration excitation of the vibration element, which no electrodes and no stimulating electrostatic Forces must act directly.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung erfolgt die Schwingungsanregung des Schwingungselements um die erste und/oder die zweite Achse in Resonanz. Im Resonanzbereich ist die effizienteste Schwingungsanregung eines Schwingers möglich, daher erzielt das Schwingungselement bei resonanter Anregung eine größtmögliche Amplitude mit vergleichsweise geringem Anregungsenergieaufwand.According to one Another preferred development is the vibration excitation of the vibration element about the first and / or the second axis in Resonance. In the resonance range is the most efficient vibration excitation a vibrator possible, therefore achieves the vibration element with resonant excitation a maximum possible Amplitude with comparatively low excitation energy expenditure.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung erfolgt die Schwingungsanregung des äußeren Rahmens durch die Elektrode mittels einer Kraft, welche eine reziproke quadratische Abhängigkeit vom Abstand des äußeren Rahmens zur Elektrode aufweist. Dieser Kraftverlauf ermöglicht unter Verwendung von geringen Elektrodenabständen ein große elektrostatische Kraftwirkung zwischen den Elektroden und folglich eine Schwingungsanregung mit vergleichsweise geringem Energieaufwand.According to one Another preferred development is the vibration excitation of the outer frame by means of the electrode a force that has a reciprocal quadratic dependence on Has distance of the outer frame to the electrode. This force curve allows using low Electrode distances a large electrostatic Force action between the electrodes and thus a vibration excitation with comparatively low energy consumption.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.embodiments The invention is illustrated in the drawings and in the following Description explained in more detail.

Kurze Beschreibung der ZeichnungShort description of the drawing

Es zeigenIt demonstrate

1 eine schematische Aufsicht eines erfindungsgemäßen mikromechanischen Bauelements gemäß einer ersten Ausführungsform und 1 a schematic plan view of a micromechanical device according to the invention according to a first embodiment and

2 einen Querschnitt des erfindungsgemäßen mikromechanischen Bauelements gemäß der ersten Ausführungsform entlang einer in 1 dargestellten Querschnittslinie 300. 2 a cross section of the micromechanical device according to the invention according to the first embodiment along a in 1 illustrated cross-sectional line 300 ,

Ausführungsform(en) der ErfindungEmbodiment (s) of the invention

In 1 ist eine schematische Aufsicht eines erfindungsgemäßen mikromechanischen Bauelements gemäß einer ersten Ausführungsform dargestellt. Die Darstellung zeigt ein beispielhaftes mikromechanisches Bauelement 1, wobei das mikromechanische Bauelement 1 einen äußeren Rahmen 2 aufweist, wobei der äußere Rahmen 2 über ein erstes Aufhängeelement 6, welches insbesondere aus Biegefedern besteht, eine Verbindung mit einem Trägersubstrat 3 aufweist und der äußere Rahmen 2 somit gegenüber dem Trägersubstrat 3 schwingungsfähig ist. Ferner weist das mikromechanische Bauelement 1 einen mit dem äußeren Rahmen 2 verbundenen inneren Rahmen 9 auf, wobei der innere Rahmen 9 eine Verbindung mit dem äußeren Rahmen 2 über ein zweites Aufhängungselement 8 aufweist, welches insbesondere aus Torsionsfedern besteht, und der innere Rahmen 9 gegenüber dem äußeren Rahmen 2 um eine erste Achse 100 in einer Haupterstreckungsebene 10 des Trägersubstrats 3 verkippbar ist. Ferner weist das mikromechanische Bauelement 1 ein Schwingungselement 4 auf, welches insbesondere ein Mikrospiegel ist, wobei das Schwingungselement 4 eine Verbindung mit dem inneren Rahmen 9 über ein drittes Aufhängungselement 8', welches insbesondere aus weiteren Torsionsfedern besteht, aufweist und das Schwingungselement 4 um eine zur ersten Achse 100 senkrecht stehende zweite Achse 110 in der Haupterstreckungsebene 10 verkippbar ist. Folglich ist das Schwingungselement 4 um die erste und/oder die zweite Achse 100, 110 verkippbar. Ferner weist das mikromechanische Bauelement 1 im Ausführungsbeispiel in einer zur Haupterstreckungsrichtung 10 parallelen Ebene eine Mehrzahl von Elektroden 5 auf, wobei die Elektroden 5 in einer zur Haupterstreckungsrichtung 10 senkrechten Richtung mit dem äußeren Rahmen 2 zumindest teilweise überlappen. Der äußere Rahmen 2 weist im Überlappungsbereich mit den Elektroden 5 eine Gegenelektrode auf oder fungiert im Überlappungsbereich der Elektroden 5 insbesondere selbst als Gegenelektrode, so dass das Anlegen einer elektrischen Potentialdifferenz zwischen den Elektroden 5 und den Gegenelektroden eine Schwingungsanregung des äußeren Rahmens 2 durch elektrostatische Kräfte zwischen den Elektroden und den Gegenelektroden bewirkt. Durch die Schwingungskopplungen 8, 8' zwischen dem äußeren Rahmen 2 und dem inneren Rahmen 9, sowie dem inneren Rahmen 9 und dem Schwingungselement 4 bewirkt die Schwingungsanregung des äußeren Rahmens 2 eine Schwingungsanregung des inneren Rahmens 9 um die erste Achse 100 und eine Schwingungsanregung des Schwingungselements 4 um die erste und/oder die zweite Achse 100, 110. Die Anregung der Elektroden 5 erfolgt mit der Resonanzfrequenz des inneren Rahmens 9 bezüglich einer Schwingung um die erste Achse 100 und der Resonanzfrequenz des Schwingungselements 4 um die zweite Achse 110 erfolgt. Das erste, zweite und dritte Aufhängungselement 6, 8, 8', sowie die Trägheitsmomente des äußeren Rahmens 2, des inneren Rahmens 9 und des Schwingungselements 4 sind derart dimensioniert vorgesehen, dass die Resonanzfrequenzen der Schwingungen des äußeren Rahmens 2 um die erste und die zweite Achse 100, 110 vergleichsweise weit entfernt von der Resonanzfrequenz der Schwingung des inneren Rahmens 9 um erste Achse 100 und der Resonanzfrequenz der Schwingung des Schwingungselements 4 um die zweite Achse 110 im Frequenzraum liegt. Bei einer resonanten Anregung des inneren Rahmens 9 und des Schwingungselements 4 sind daher die Schwingungsamplituden des äußeren Rahmens 2 klein im Vergleich zu den Schwingungsamplituden des inneren Rahmens 9 und des Schwingungselements 4, so dass ein annähernd konstanter Abstand zwischen den Elektroden 5 und dem äußeren Rahmen 2 ermöglicht und ein mechanischer Kontakt zwischen den Elektroden 5 und dem äußeren Rahmen 2 verhindert wird. Ferner weist die Darstellung eine Querschnittslinie 300 auf, wobei der Querschnitt entlang der Querschnittslinie 300 in 2 schematisch dargestellt ist.In 1 is a schematic plan view of a micromechanical device according to the invention according to a first embodiment shown. The illustration shows an exemplary micromechanical component 1 , wherein the micromechanical component 1 an outer frame 2 having, wherein the outer frame 2 via a first suspension element 6 , which consists in particular of spiral springs, a connection to a carrier substrate 3 and the outer frame 2 thus with respect to the carrier substrate 3 is capable of oscillation. Furthermore, the micromechanical component has 1 one with the outer frame 2 connected inner frame 9 on, with the inner frame 9 a connection with the outer frame 2 via a second suspension element 8th which consists in particular of torsion springs, and the inner frame 9 opposite the outer frame 2 around a first axis 100 in a main extension plane 10 of the carrier substrate 3 can be tilted. Furthermore, the micromechanical component has 1 a vibration element 4 which is in particular a micromirror, wherein the vibration element 4 a connection with the inner frame 9 via a third suspension element 8th' , which consists in particular of other torsion springs, and the vibration element 4 one to the first axis 100 vertical second axis 110 in the main extension plane 10 can be tilted. Consequently, the vibration element 4 around the first and / or the second axis 100 . 110 tiltable. Furthermore, the micromechanical component has 1 in the exemplary embodiment in a direction to the main extension direction 10 parallel plane a plurality of electrodes 5 on, with the electrodes 5 in a direction to the main extension direction 10 vertical direction with the outer frame 2 at least partially overlap. The outer frame 2 points in the overlap area with the electrodes 5 a counter electrode on or acts in the overlap region of the electrodes 5 especially even as a counter electrode, so that the application of an electric potential difference between the electrodes 5 and the counter electrodes vibrate the outer frame 2 caused by electrostatic forces between the electrodes and the counter electrodes. Through the vibration couplings 8th . 8th' between the outer frame 2 and the inner frame 9 , as well as the inner frame 9 and the vibration element 4 causes the vibration excitation of the outer frame 2 a vibration excitation of the inner frame 9 around the first axis 100 and a vibration excitation of the vibration element 4 around the first and / or the second axis 100 . 110 , The excitation of the electrodes 5 takes place at the resonant frequency of the inner frame 9 with respect to a vibration about the first axis 100 and the resonant frequency of the vibrating element 4 around the second axis 110 he follows. The first, second and third suspension elements 6 . 8th . 8th' , as well as the moments of inertia of the outer frame 2 , the inner frame 9 and the vibration element 4 are dimensioned such that the resonance frequencies of the vibrations of the outer frame 2 around the first and the second axis 100 . 110 comparatively far from the resonance frequency of the vibration of the inner frame 9 around first axis 100 and the resonance frequency of the vibration of the vibration element 4 around the second axis 110 lies in the frequency domain. For a resonant excitation of the inner frame 9 and the vibration element 4 are therefore the vibration amplitudes of the outer frame 2 small in comparison to the vibration amplitudes of the inner frame 9 and the vibration element 4 , so that an approximately constant distance between the electrodes 5 and the outer frame 2 allows and mechanical contact between the electrodes 5 and the outer frame 2 is prevented. Furthermore, the illustration has a cross-sectional line 300 on, with the cross section along the cross-sectional line 300 in 2 is shown schematically.

Die 2 zeigt den Querschnitt des erfindungsgemäßen mikromechanischen Bauelements gemäß der ersten Ausführungsform entlang der in 1 dargestellten Querschnittslinie 300. Die Darstellung zeigt das beispielhafte mikromechanische Bauelement 1, wobei das mikromechanische Bauelement 1 den äußeren Rahmen 2, das erste Aufhängungselement 6 und das Trägersubstrat 3 aufweist, wobei der äußere Rahmen 2 gegenüber dem Trägersubstrat 3 schwingungsfähig ist und mit einer beispielhaften Auslenkung um die erste Achse 100 in der Haupterstreckungsebene 10 dargestellt ist. Ferner weist das mikromechanische Bauelement 1 im Ausführungsbeispiel die Elektroden 5 auf, wobei die Elektroden 5 in einer zur Haupterstreckungsrichtung 10 senkrechten Richtung mit dem äußeren Rahmen 2 zumindest teilweise überlappen. Der äußere Rahmen 2 weist im Überlappungsbereich mit den Elektroden 5 eine Gegenelektrode auf oder fungiert im Überlappungsbereich mit den Elektroden 5 insbesondere selbst als Gegenelektrode, so dass das Anlegen einer elektrischen Potentialdifferenz zwischen den Elektroden 5 und den Gegenelektroden eine Schwingungsanregung des äußeren Rahmens 2 durch elektrostatische Kräfte zwischen den Elektroden und den Gegenelektroden bewirkt. Ferner weist das mikromechanische Bauelement 1 im Ausdehnungsbereich des inneren Rahmens 9 und des Schwingungselements 4 in einer zur Haupterstreckungsebene 10 senkrechten und dem Trägersubstrat 3 zugewandten Richtung eine Ausnehmung 40 im Trägersubstrat 3 auf.The 2 shows the cross section of the micromechanical device according to the invention according to the first embodiment along in 1 illustrated cross-sectional line 300 , The illustration shows the exemplary micromechanical component 1 , wherein the micromechanical component 1 the outer frame 2 , the first suspension element 6 and the carrier substrate 3 having, wherein the outer frame 2 opposite the carrier substrate 3 is capable of oscillation and with an exemplary deflection about the first axis 100 in the main extension plane 10 is shown. Furthermore, the micromechanical component has 1 in the exemplary embodiment, the electrodes 5 on, with the electrodes 5 in a direction to the main extension direction 10 vertical direction with the outer frame 2 at least partially overlap. The outer frame 2 points in the overlap area with the electrodes 5 a counter electrode on or acts in the overlap region with the electrodes 5 especially even as a counter electrode, so that the application of an electric potential difference between the electrodes 5 and the counter electrodes vibrate the outer frame 2 caused by electrostatic forces between the electrodes and the counter electrodes. Furthermore, the micromechanical component has 1 in the expansion area of the inner frame 9 and the vibration element 4 in a to the main extension plane 10 vertical and the carrier substrate 3 facing a recess 40 in the carrier substrate 3 on.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- DE 60308752 T2 [0002]

Claims

Micromechanical device ( 1 ), wherein the micromechanical component ( 1 ) an outer frame ( 2 ), wherein the outer frame ( 2 ) via a first suspension element ( 6 ) a connection to a carrier substrate ( 3 ) and with respect to the carrier substrate ( 3 ) is capable of oscillation and wherein the micromechanical component ( 1 ) with the outer frame ( 2 ) connected vibration element ( 4 ), which about a first axis ( 100 ) in a main extension plane ( 1 ) of the carrier substrate ( 3 ) and / or to the first axis ( 100 ) vertical second axis ( 110 ) in the main extension plane ( 10 ) is tiltable, characterized in that in one of the main extension plane ( 10 ) parallel plane at least one electrode ( 5 ), wherein the at least one electrode ( 5 ) in a to the main extension plane ( 10 ) vertical direction with the outer frame ( 2 ) is provided at least partially overlapping.

Micromechanical device ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the micromechanical component ( 1 ) an inner frame ( 9 ), wherein the inner frame ( 9 ) in relation to the outer frame ( 2 ) is tiltable and wherein a connection of the inner frame ( 9 ) with the outer frame ( 2 ) via a second suspension element ( 8th ) is provided.

Micromechanical device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the vibration element ( 4 ), which is in particular a micromirror, in relation to the inner frame ( 9 ) is tiltable and that a connection of the vibration element ( 4 ) with the inner frame ( 9 ) via a third suspension element ( 8th' ) is provided.

Micromechanical device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that in the common expansion region of the inner frame ( 9 ) and the vibration element ( 4 ) in a to the main extension plane ( 10 ) vertical and the carrier substrate ( 1 ) facing a recess ( 40 ) in the carrier substrate ( 3 ) is trained.

Method for the vibration excitation of a vibration element ( 4 ) of a micromechanical device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the vibration element ( 4 ) by an electrostatic force between the outer frame ( 2 ) and at least one electrode ( 5 ) is vibrated.

A method according to claim 6, characterized in that by the vibration excitation of the outer frame ( 2 ) an inner framework ( 9 ) is vibrated.

A method according to claim 6 or 7, characterized in that by the vibration excitation of the outer frame ( 2 ) and / or the inner frame ( 9 ) the vibration element ( 4 ) in oscillation about the first axis ( 100 ) and / or around the second axis ( 110 ).

A method according to claim 6 to 8, characterized in that the vibration excitation of the vibration element ( 4 ) about the first axis ( 100 ) and / or around the second axis ( 110 ) in each case takes place in resonance.

Method according to claim 6 to 9, characterized in that the vibration excitation of the outer frame ( 2 ) through the electrode ( 5 ) is effected by means of a force which has a reciprocal quadratic dependence on the distance of the outer frame ( 2 ) to the electrode ( 5 ) having.