[发明专利]微机械系统以及用于制造微机械系统的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微机械系统以及一种用于制造微机械系统的方法。

背景技术

经常也称为微系统或者MEMS（Micro-Electro-Mechanical- System）的微机械系统尤其由于其微小的尺寸、其较小的价格以及其较高的可靠性而越来越得到推广。这比如涉及将微机械系统用作致动器或者传感器这个方面，所述传感器比如构造为用于检测声发射的传感器、固体声传感器、加速度传感器和斜度传感器、旋转速率传感器或者压力传感器的形式。

在英语语言中称为“Acoustic Emission（AE）”的“声发射”通常是指一种现象，对于该现象来说由于能量的突然释放通过冲击式的激励在固体的内部产生弹性波。相应的以固体声的形式在固体中传播的声发射信号通常在大约20kHz到大约1MHz的频率范围内出现。在此，声发射信号关于固体或者物体的机械损伤具有很高的敏感性。因此将用于检测声发射的微机械的传感器（Acoustic Emission Sensors）尤其用于对机械的构件比如滚动轴承进行磨损监控。相应的传感器通常具有有振动能力的系统，该系统则具有悬挂或者固定在弹簧元件上的激振质量。外部的力或者加速度引起所述激振质量的相对于比如固定的悬挂的形式的固定的锚定点的偏移。对这种相对运动进行分析，其中为获取信号而经常使用电容的原理。在此，所述激振质量具有电极装置，所述电极装置比如可以构造为梳状并且与固定的配对电极一起形成可变的电容。通过对所述电容的数值或其变化的检测，在此可以探测到声发射。

本发明涉及一种具有有振动能力的系统的微机械系统，所述有振动能力的系统具有激振质量以及至少两个弹簧元件，其中所述弹簧元件分别一方面在外面连接到所述激振质量上并且另一方面连接到所述微机械系统的固定的锚定点上，从而能够实现所述激振质量的沿运动方向的振动。在此“沿运动方向”意味着，所述有振动能力的系统刚好具有一个线性的自由度，也就是说在所述微机械系统的运行中只沿一个方向也就是运动方向设置了所述有振动能力的系统的运动。

这样的微机械系统从2003年Springer出版社Ananthasuresh G.K.（Hrsg.）的“Optimal Synthesis Methode for MEMS”中的第297-316页的章节“System-Level Synthesis”中得到公开。

目前出现追求微机械系统的越来越高的固有频率的趋势。这不仅适用于宽带的应用情况，而且也适用于谐振的也就是在谐振中运行的系统。除了已经提到的用于检测声发射的传感器之外，这里作为其它的实例也列举用于高频范围的微机械的滤波器以及混合器。

具有有振动能力的系统的微机械系统经常在谐振频率的范围内运行，也就是说在通过相应的固有频率确定的固有模式的范围内运行。在此，所述频率或者与该频率相关联的振动形式也称为有效模式，所述有振动能力的系统关于其运行构造或者设置用于所述频率或者与该频率相关联的振动形式。对于谐振的运行来说，所述有效模式由此是所述有振动能力的系统的一种固有模式通常是第一固有模式。具有较高的固有频率的振动模式在此会导致不受欢迎的效应，比如叠加的干扰信号或者敏感性的降低。出于这个原因，通常所述有振动能力的系统的有效模式与其它的振动模式尤其其它的固有模式之间的较大的频率间隔即模式分离是值得追求的。

对于比如用于那些用于检测声发射信号的传感器的谐振的微机械系统来说，通常要求所述有振动能力的系统沿运动方向或者有效方向具有较高的刚度。除此以外，为避免从所设置的运动方向中偏离出来的运动，一般追求明显更高的横向于运动方向的刚度。另一方面需要大面积的电极或者电极系统，用于得到所述微机械系统的足够大的敏感性。但是，现在相应的电极导致对微机械系统的动态特性产生影响并且存在着这样的危险，即所述有振动能力的系统的其它固有模式已经在相对于有效模式（其如前面已经提到的一样通常相当于主要模式也就是第一固有模式）的较小的频率间隔中出现。在此，具有相应的较高的振动模式的优先方向不仅可以处于通过所述微机械系统形成的平面内部而且可以离开该平面。最后提到的类型的振动模式尤其在平面结构上出现并且通常称为“膜片模式（Membran-Moden）”或者“平面外模式（Out-of-Plane-Moden）”。

原则上一项用于扩大所述微机械系统的有振动能力的系统的振动模式之间的频率间隔的措施可能在于，扩大所述微机械系统的结构厚度。但是用已知的干蚀工艺不能容易地做到这一点。除此以外，由此只能改进所述有振动能力的系统的“平面外模式”与“平面内模式”的分离。