本發(fā)明涉及mems換能器(mems：mikroelektromechanisches?system，微機(jī)械系統(tǒng)，mikrosystem，微系統(tǒng))、尤其是mems執(zhí)行器。此外，本發(fā)明涉及一種用于運(yùn)行mems執(zhí)行器的方法。

背景技術(shù)：

1、在市場(chǎng)上可得的許多電子產(chǎn)品、尤其是日常生活所需的電子產(chǎn)品依賴于適合的傳感器或執(zhí)行器，用以實(shí)施其功能。微型化的全球趨勢(shì)要求采用新的生產(chǎn)方法，尤其是始終存在對(duì)如下傳感器或執(zhí)行器的需求：所述傳感器或執(zhí)行器在例如結(jié)構(gòu)尺寸、靈敏度、能量消耗、力和/或振幅方面可以滿足日益增長(zhǎng)的要求。近年來，用于多種應(yīng)用情況的mems技術(shù)已被證明是一種大有前途的用于制造這樣的微型化的系統(tǒng)、傳感器和執(zhí)行器的關(guān)鍵技術(shù)。

2、因此，例如，us10,457,544b2描述一種mems換能器，其尤其用于與流體的體積流相互作用。mems換能器包括能夠橫向變形的元件，其中，元件沿著橫向運(yùn)動(dòng)方向的變形與流體的體積流具有因果關(guān)系。

3、然而，可以產(chǎn)生具有高振幅和/或高力作用的偏移的mems執(zhí)行器的制造始終仍然是一種挑戰(zhàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的任務(wù)在于，給出一種具有改進(jìn)的作用原理的mems執(zhí)行器，該作用原理要求能夠產(chǎn)生具有高振幅的偏移。

2、上述任務(wù)通過根據(jù)本發(fā)明的主題來解決。本發(fā)明的有利的構(gòu)型方案在下面給出。

3、mems執(zhí)行器包括在主延伸平面中面狀地構(gòu)造的、能夠彈性變形的至少一個(gè)彈簧元件和至少一個(gè)平面的驅(qū)動(dòng)器，該平面的驅(qū)動(dòng)器設(shè)立為用于，在主延伸平面中橫向地壓縮彈簧元件。該彈簧元件尤其在如下意義上是面狀的：該彈簧元件在主延伸平面中的尺寸大于該彈簧元件的垂直于主延伸平面的尺寸。彈簧元件構(gòu)造為用于，在橫向壓縮的情況下至少局部地尤其凸?fàn)畹鼗蛘甙紶畹卦诖怪庇谥餮由炱矫娴姆较蛏瞎扒_切地說這樣構(gòu)造，使得在主延伸平面中的橫向壓縮引起該彈簧元件的垂直于主延伸平面的偏移，該偏移相對(duì)于橫向壓縮增大。

4、在此所提出的執(zhí)行器原理利用能夠彈性變形的彈簧元件，以便將橫向壓縮轉(zhuǎn)換為與此垂直的偏移。該原理的優(yōu)點(diǎn)在于，相對(duì)小的橫向壓縮可以根據(jù)彈簧元件的尺寸引起在垂直于主延伸平面的方向上的明顯增大的偏移。在該意義上，彈簧元件用作一種微機(jī)械傳動(dòng)裝置，該微機(jī)械傳動(dòng)裝置構(gòu)造為用于，也借助驅(qū)動(dòng)器類型實(shí)現(xiàn)高偏移，所述高偏移本身可以產(chǎn)生在橫向方向上的小的移動(dòng)路程。一種應(yīng)用尤其適合與平面的驅(qū)動(dòng)器相結(jié)合，所述平面的驅(qū)動(dòng)器構(gòu)造為用于在小的橫向運(yùn)動(dòng)的情況下產(chǎn)生高的力，這借助彈簧元件相應(yīng)地被轉(zhuǎn)換為具有較大振幅的、垂直于主延伸平面的偏移。

5、在本說明書的框架中，橫向壓縮尤其被理解為在主延伸平面中對(duì)彈簧元件的力影響，在該力影響的情況下，彈簧元件的至少兩個(gè)對(duì)置的端部或者區(qū)段橫向地在主延伸平面內(nèi)朝向彼此運(yùn)動(dòng)，其中，在彈簧元件的位于所述端部或者區(qū)段之間的區(qū)域構(gòu)造凸?fàn)畹幕蛘甙紶畹墓扒?。為了?gòu)造該壓縮，在構(gòu)型中尤其可以設(shè)置，在空間上固定所述端部或者區(qū)段中的一個(gè)端部或者區(qū)段。替代于此地，彈簧元件的至少兩個(gè)對(duì)置的端部或者區(qū)段以可運(yùn)動(dòng)的方式受到支承。

6、在此提出的驅(qū)動(dòng)概念能夠?qū)崿F(xiàn)，成熟的橫向驅(qū)動(dòng)概念可以用于垂直的偏移。尤其是，現(xiàn)有的執(zhí)行器原理的移動(dòng)路程可以成倍增加，在該意義上，彈簧元件提供一種機(jī)械放大系數(shù)。彈簧元件可以設(shè)有不同結(jié)構(gòu)，這在整體上能夠?qū)崿F(xiàn)所提出的驅(qū)動(dòng)概念在不同領(lǐng)域中的應(yīng)用。尤其是，能夠?qū)崿F(xiàn)具有高填充系數(shù)的微機(jī)電陣列的制造。

7、優(yōu)選地，mems執(zhí)行器用于提供微光學(xué)陣列、光學(xué)交換機(jī)、光學(xué)轉(zhuǎn)接設(shè)備(optischenweichen)、光學(xué)分路器(splitter)或者微機(jī)電揚(yáng)聲器。

8、在構(gòu)型中，彈簧元件設(shè)立為用于，生成和/或影響流體的垂直于主延伸平面的體積流。例如，mems執(zhí)行器設(shè)立為用于，改變體積流或者尤其生成聲波。所提出的驅(qū)動(dòng)概念特別適合用于制造具有高振幅或音量的mems揚(yáng)聲器。

9、由彈簧元件提供的機(jī)械放大系數(shù)可以通過該彈簧元件在主延伸平面中的長(zhǎng)度來調(diào)設(shè)。尤其是，如果彈簧元件明顯比橫向壓縮長(zhǎng)，則可以將該橫向壓縮轉(zhuǎn)換為在彈簧元件的中央?yún)^(qū)域中的明顯更大的、尤其是豎直的偏移。例如，借助在主延伸平面中的1μm的壓縮和大約～100μm長(zhǎng)的彈簧元件能夠?qū)崿F(xiàn)垂直于主延伸平面的、大約～4μm的偏移。在有利的構(gòu)型中，彈簧元件具有這樣的尺寸，使得偏移與橫向壓縮的比例是至少一個(gè)為1.5或者更大的系數(shù)、優(yōu)選大約為4的系數(shù)。

10、彈簧元件的彈簧常數(shù)可以通過彈簧厚度、彈簧寬度、彈簧材料、彈簧設(shè)計(jì)或者相似特性尤其特定于應(yīng)用地根據(jù)需要來調(diào)設(shè)或預(yù)給定。優(yōu)選地，彈簧元件由單晶材料、特別優(yōu)選地由單晶硅構(gòu)成。

11、平面的驅(qū)動(dòng)器可以尤其借助已知的且成熟的微機(jī)械制造方法來制造。在有利的構(gòu)型中，平面的驅(qū)動(dòng)器構(gòu)造為單向的或者多向的平面的驅(qū)動(dòng)器。平面的驅(qū)動(dòng)器例如是壓電驅(qū)動(dòng)器或者靜電驅(qū)動(dòng)器、尤其是靜電梳狀驅(qū)動(dòng)器。與靜電驅(qū)動(dòng)器相結(jié)合地優(yōu)選設(shè)置，平面的驅(qū)動(dòng)器的至少一個(gè)可運(yùn)動(dòng)的電極構(gòu)造在彈簧元件上。

12、在構(gòu)型中，平面的驅(qū)動(dòng)器構(gòu)造為用于，使彈簧元件從基本上平坦的靜止位態(tài)中偏移和/或返回到靜止位態(tài)中。在平面的驅(qū)動(dòng)器不構(gòu)造為用于使彈簧元件返回到靜止位態(tài)中的構(gòu)型中，該彈簧元件優(yōu)選如此構(gòu)造，使得該彈簧元件獨(dú)立地基于其自身應(yīng)力返回到靜止位態(tài)中。

13、彈簧元件能夠從基本上平坦的靜止位態(tài)中偏移的說法尤其應(yīng)包含有如下情況：在該情況中，彈簧元件關(guān)于主延伸平面具有輕微的彎曲和/或是預(yù)張緊的。這種類型的不明顯的彎曲尤其用于，減少使彈簧元件從靜止位態(tài)中偏移所需要的慣性力耗費(fèi)。這可以在構(gòu)型中尤其借助預(yù)應(yīng)力、即到彈簧元件上的力施加或者借助處在壓應(yīng)力下的涂層實(shí)現(xiàn)。

14、有利地，平面的驅(qū)動(dòng)器布置在mems執(zhí)行器的功能層中，該功能層至少局部地被彈簧元件遮蓋，以便以優(yōu)化的方式利用所提供的襯底面。特別優(yōu)選地設(shè)置，將該平面的驅(qū)動(dòng)器完全地布置在功能層的被彈簧元件遮蓋的區(qū)域中。在mems執(zhí)行器作為mems揚(yáng)聲器的擴(kuò)展方案中，例如設(shè)置為，將彈簧元件用作用于產(chǎn)生聲的膜片或者將為此所設(shè)置的膜片布置在彈簧元件上。

15、在構(gòu)型中，在彈簧元件上設(shè)置支柱(stempel)，該支柱承載面元件。支柱這樣緊固在彈簧元件上，使得面元件在垂直于主延伸方向的豎直方向上的位置和/或面元件關(guān)于豎直方向的取向根據(jù)橫向壓縮變化。為此，支柱例如布置在彈簧元件的中央?yún)^(qū)域中，在從靜止位置中偏移時(shí)，所述中央?yún)^(qū)域基本上線性地沿著垂直主延伸平面的方向運(yùn)動(dòng)。在替代的構(gòu)型中，支柱非中央地布置在彈簧元件上，使得彈簧元件從靜止位置中的偏移引起支柱的傾斜、尤其是圍繞垂直于橫向壓縮的軸線的傾斜。

16、在有利的構(gòu)型中，面元件構(gòu)造為微鏡、尤其是微光學(xué)陣列的微鏡，或者構(gòu)造為膜片、尤其是mems揚(yáng)聲器陣列的膜片。

17、平面的驅(qū)動(dòng)器在構(gòu)型中布置在功能層中，該功能層至少局部地被面元件遮蓋。特別優(yōu)選地設(shè)置為，將平面的驅(qū)動(dòng)器完全地布置在功能層的被面元件覆蓋的區(qū)域中，以便尤其提供具有高填充系數(shù)的微機(jī)電執(zhí)行器陣列或揚(yáng)聲器陣列。在這種類型的mems揚(yáng)聲器中，膜片優(yōu)選放置在平面的驅(qū)動(dòng)器上方，以便將整個(gè)芯片面用于產(chǎn)生聲。在此，在垂直于彈簧元件的主延伸平面的豎直方向上生成聲波。

18、在用于運(yùn)行mems執(zhí)行器、尤其是上文已經(jīng)描述的mems執(zhí)行器的方法中，使在主延伸平面中面狀地構(gòu)造的、能夠彈性變形的彈簧元件借助至少一個(gè)平面的驅(qū)動(dòng)器在主延伸平面中橫向地壓縮。在主延伸平面中的橫向壓縮產(chǎn)生彈簧元件的垂直于主延伸平面的偏移，該偏移相對(duì)于橫向壓縮增大。例如，彈簧元件在橫向壓縮的情況下至少局部地尤其凹狀地或者凸?fàn)畹卦诖怪庇谥餮由炱矫娴姆较蛏瞎扒?/p>

19、根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)點(diǎn)和作用方式直接從參照mems執(zhí)行器的至此的和隨后的描述中得出，尤其是，在此提出的方法適合用于將相對(duì)較小的橫向壓縮轉(zhuǎn)換為在垂直于主延伸平面的方向上的增大的偏移。這尤其在構(gòu)型中能夠?qū)崿F(xiàn)具有高振幅的mems揚(yáng)聲器的構(gòu)造。