DE102024203334A1

DE102024203334A1 - MEMS-Vorrichtung

Info

Publication number: DE102024203334A1
Application number: DE102024203334.0A
Authority: DE
Inventors: Peter Engelhart; Jens Schindele; Alexander Sorger; Maximilian Sommer; Anton Melnikov; Andreas Winden
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2024-04-11
Filing date: 2024-04-11
Publication date: 2025-10-16
Also published as: CN120825662A; US20250320112A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine MEMS-Vorrichtung (1) umfassend mindestens ein beweglich gelagertes Element (2), welches relativ zu einem weiteren Element (3) der MEMS-Vorrichtung (1) eine Nutzbewegung entlang einer Nutzrichtung (4) ausführt, wobei das bewegliche Element (2) zur Wechselwirkung mit einem Fluid, wie einem Gas oder einer Flüssigkeit, vorgesehen ist, wobei das bewegliche Element (2) einen ersten Abschnitt (5) und einen zweiten Abschnitt (9) aufweist, wobei das weitere Element (3) einen weiteren ersten Abschnitt (8) und einen weiteren zweiten Abschnitt (11) aufweist, wobei der erste Abschnitt (5) des beweglichen Elements (2) in einer Störungsrichtung (7) des beweglichen Elements (2) einen ersten Spaltabstand (6) zu dem weiteren ersten Abschnitt (8) des weiteren Elements (3) aufweist, wobei der zweite Abschnitt (9) des beweglichen Elements (2) in der Störungsrichtung (7) des beweglichen Elements (2) einen zweiten Spaltabstand (10) zu dem weiteren zweiten Abschnitt (11) des weiteren Elements (3) aufweist, wobei eine Bewegung des beweglich gelagerten Elements (2) entlang der Störungsrichtung (7) durch eine externe Belastung, wie einen externen Stoß, verursacht wird, wobei der erste Spaltabstand (6) kleiner ist als der zweite Spaltabstand (10), wobei der erste Abschnitt (5) und der weitere erste Abschnitt (8) einen Kontaktbereich (12) zwischen dem beweglichen Element (2) und dem weiteren Element (3) bilden, indem bei einer Auslenkung entlang der Störungsrichtung (7) in einer ersten Kontaktposition der erste Abschnitt (5) des beweglichen Elements (2) in Kontakt mit dem weiteren ersten Abschnitt (8) des weiteren Elements (3) gelangt, wobei der zweite Spaltabstand (10) einen Schutzbereich (13) zwischen dem beweglichen Element (2) und dem weiteren Element (3) bildet, innerhalb dessen ein Kontakt zwischen dem beweglichen Element (2) und dem weiteren Element (3) auch während des Kontakts im Kontaktbereich (12) vermieden wird.

Description

Stand der Technik
Der Stand der Technik umfasst MEMS-Lautsprecher, die meist als planare Strukturen ausgeführt sind, mit einer schwingfähigen Membran, die eine Verdrängung oder Kompression des Fluids vertikal zur Membranebene ermöglicht. Einige Konzepte im Stand der Technik bieten statt einer einzelnen vertikal schwingenden Membran mehrere lateral oder horizontal bewegliche Elemente, die sich in vertikaler Richtung ausdehnen können.
WO2017215809A1 offenbart ein mikroelektromechanisches Mikrofon mit einer Substratplatte und einer über der Substratplatte angeordneten piezoelektrischen Membran. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines solchen mikroelektromechanischen Mikrofons.
DE202022100038U1 offenbart einen MEMS-Schallwandler zum Erzeugen und/oder Erfassen von Schallwellen, insbesondere im hörbaren Wellenlängenspektrum mit einem Membranträger, mit einer Membran, die in ihrem Randbereich mit dem Membranträger verbunden ist und gegenüber dem Membranträger entlang einer Hubachse schwingen kann, und mit einer MEMS-Einheit, die zumindest eine entlang der Hubachse auslenkbare Wandlerstruktur aufweist, wobei die Wandlerstruktur mit der Membran verbunden ist und zumindest eine piezoelektrische Schicht umfasst.
Ein Nachteil ist, dass stoßartige Belastungen oder äußere fluidische Druckbelastungen dazu führen können, dass einzelne elektronische Elemente ungewollt in Kontakt kommen, was zu Beschädigungen, Partikelgenerierung oder Pull-In führen kann.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt daher darin, eine MEMS-Vorrichtung bereitzustellen, die eine möglichst kompakte Bauweise aufweist und auch bei externer Belastung, wie bei externen Stößen, zuverlässig funktioniert.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine MEMS-Vorrichtung, umfassend mindestens ein beweglich gelagertes Element, welches relativ zu einem weiteren Element der MEMS-Vorrichtung eine Nutzbewegung entlang einer Nutzrichtung ausführt, wobei das bewegliche Element zur Wechselwirkung mit einem Fluid, wie einem Gas oder einer Flüssigkeit, vorgesehen ist, wobei das bewegliche Element einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt aufweist, wobei das weitere Element einen weiteren ersten Abschnitt und einen weiteren zweiten Abschnitt aufweist, wobei der erste Abschnitt des beweglichen Elements in einer Störungsrichtung des beweglichen Elements einen ersten Spaltabstand zu dem weiteren ersten Abschnitt des weiteren Elements aufweist, wobei der zweite Abschnitt des beweglichen Elements in der Störungsrichtung des beweglichen Elements einen zweiten Spaltabstand zu dem weiteren zweiten Abschnitt des weiteren Elements aufweist, wobei eine Bewegung des beweglich gelagerten Elements entlang der Störungsrichtung durch eine Belastung, wie einen externen Stoß, verursacht wird, wobei der erste Spaltabstand kleiner ist als der zweite Spaltabstand, wobei der erste Abschnitt und der weitere erste Abschnitt einen Kontaktbereich zwischen dem beweglichen Element und dem weiteren Element bilden, indem bei einer Auslenkung entlang der Störungsrichtung in einer ersten Kontaktposition der erste Abschnitt des beweglichen Elements in Kontakt mit dem weiteren ersten Abschnitt des weiteren Elements gelangt, wobei der zweite Spaltabstand einen Schutzbereich zwischen dem beweglichen Element und dem weiteren Element bildet, innerhalb dessen ein Kontakt zwischen dem beweglichen Element und dem weiteren Element auch während des Kontakts im Kontaktbereich vermieden wird.
Die MEMS (Microelectromechanical systems) -Vorrichtung kann eine beliebige mikroelektronische Vorrichtung, wie ein Lautsprecher, ein Mikrofon oder eine Pumpe zum Pumpen eines Fluids, wie Gas oder Flüssigkeit, sein.
Mikroelektromechanische Vorrichtungen, d.h. MEMS-Bauelemente, können mehrschichtige Schichtstrukturen sein. Derartige MEMS-Bauelemente können beispielsweise durch Prozessieren von Hableitermaterial auf Wafer-Level erhalten werden, was auch eine Kombination mehrerer Wafer und/oder die Abscheidung von Schichten auf Wafer-Ebenen beinhalten kann. Hierin beschriebene Ausführungsbeispiele können sich auf Schichtstapel mit mehreren Schichten beziehen. In diesem Zusammenhang beschriebene Schichten sind möglicherweise aber nicht notwendigerweise eine einzige Schicht, sondern können in Ausführungsbeispielen ohne weiteres zwei, drei oder mehrere Schichten aufweisen und als Schichtverbund verstanden werden. So können sowohl Schichten, aus deren Material ein bewegliches Element gebildet wird mehrschichtig gebildet sein als auch Schichten, zwischen denen ein bewegliches Element angeordnet ist, die bspw. als zumindest ein Teil eines Wafers ausgestaltet sein können und mehrere Materialschichten aufweisen können, etwa zur Implementierung von physikalischen, chemischen und /oder elektrischen Funktionen. Manche der hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele werden im Zusammenhang mit einer Lautsprecher-Konfiguration oder einer Lautsprecher-Funktion eines entsprechenden MEMS-Bauelements beschrieben. Es versteht sich, dass diese Ausführungen mit Ausnahme der alternativen oder zusätzlichen Funktion einer sensorischen Auswertung des MEMS-Bauelements bzw. der Bewegung oder Position beweglicher Elemente hiervon auf eine Mikrofon-Konfiguration bzw. Mikrofon-Funktion des MEMS-Bauelements übertragbar sind, so dass derartige Mikrofone ohne Einschränkungen weiterer Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung darstellen. Des Weiteren sind auch andere Einsatzgebiete von MEMS im Rahmen hierin beschriebener Ausführungsbeispiele, etwa Mikropumpen, Ultraschallwandler oder anderweitige MEMS-basierten Anwendungen die auf ein Bewegen von Fluid bezogen sind. Bspw. können Ausführungsbeispiele auf eine Bewegung von Aktoren bezogen sein, die unter anderem mit einem Fluid interagieren können. Ausführungsbeispiele können sich auch auf eine Anwendung elektrostatischer Kräfte für eine Auslenkung eines beweglichen Elements beziehen. Die beschriebenen Ausführungsbeispiele können aber ohne Weiteres auch unter Verwendung anderer Antriebsprinzipien implementiert werden, etwa eine elektromagnetische Krafterzeugung oder Sensierung. Die auslenkbaren Elemente können bspw. elektrostatische, piezoelektrische und/oder thermomechanische Elektroden sein, die basierend auf einem angelegten Potential eine Verformung bereitstellen.
Die Belastung kann beispielsweise eine externe Belastung sein, die durch einen externen Stoß verursacht wird. Die Belastung kann jedoch auch durch eine interne Kraft verursacht werden, beispielsweise durch eine elektrostatische Kraft auf das bewegliche Element, die zu einem sogenannten „Pull“ führt.
Das bewegliche Element kann dabei eine Bewegung entlang einer Nutzrichtung relativ zum weiteren Element, welches starr oder elastisch ausgebildet sein kann, ausführen. Diese Nutzbewegung kann beispielsweise die Vibration einer Membran zum Erzeugen von Schallwellen bei einem Lautsprecher oder die Vibration einer Membran zum Aufnehmen von Schallwellen bei einem Mikrofon oder eine Bewegung eine mechanischen Pumpvorrichtung zum Pumpen eines Fluids sein.
Die Nutzbewegung kann beispielsweise durch eine elektromagnetische Kraft angetrieben sein, wobei beispielsweise ein Dauermagnet, welches am beweglichen Element angeordnet sein kann, durch ein wechselndes Magnetfeld von Elektroden angetrieben sein kann, die am weiteren Element angebracht sein können.
Das bewegliche Element kann relativ zum weiteren Element auch entlang der Störungsrichtung, beispielsweise durch einen externen Stoß verursacht bewegt werden. Dabei kann das bewegliche Element mit dem weiteren Element innerhalb des Kontaktbereichs in Kontakt gelangen, sodass der Kontaktbereich als Anschlag dient. Der zweite Spaltabstand ist jedoch größer als der erste Spaltabstand vorgesehen, sodass innerhalb des Schutzbereichs ein Kontakt des beweglichen Elements mit dem weiteren Element zum Schutz der darin befindlichen elektronischen Bauteile und/oder Elektroden vermieden wird.
Dadurch wird eine sichere Funktionsweise auch bei externen Stößen gewährleistet.
Ein Vorteil dieser MEMS-Vorrichtung besteht darin, dass durch den Kontaktbereich eine integrierte Anschlagfunktion gewährleistet wird, ohne zusätzliche Stopper-Elemente vorzusehen, um ein Anstoßen des beweglichen Elements an das weitere Element zu verhindern. Dies reduziert die Anzahl der Designelemente, verringert die Gesamtmasse der MEMS-Vorrichtung und senkt den Herstellungsaufwand.
Durch die geringere Gesamtmasse des beweglichen Elements kann auch eine totale harmonische Verzerrung der Nutzbewegung verringert werden. Bei einer als Lautsprecher ausgeführten MEMS-Vorrichtung kann durch die geringere Masse des beweglichen Elements auch eine akustische Leistung des Lautsprechers verbessert werden.
Vorteilhafterweise kann die MEMS-Vorrichtung ein Lautsprecher, ein Mikrofon oder eine Pumpe zum Pumpen des Fluids sein.
Dadurch kann das erfinderische Grundprinzip der vorliegenden MEMS-Vorrichtung für unterschiedliche mikroelektromechanische Systeme, wie Lautsprecher, Mikrofone und Pumpen, verwendet werden.
Vorteilhafterweise kann der weitere zweite Abschnitt des weiteren Elements und/oder der zweite Abschnitt des beweglichen Elements elektronische Elemente beinhalten, die vor Kontakt und/oder vor Beschädigungen geschützt werden.
Die geschützten elektronischen Elemente im Schutzbereich können beispielsweise elektronische Bauteile, Mikrochips und/oder Elektroden sein. Innerhalb des Schutzbereiches wird folglich der Kontakt zwischen dem beweglichen Element und dem weiteren Element verhindert, sodass Beschädigungen durch mechanische Stöße oder durch Kurzschluss vermieden werden.
Vorteilhafterweise kann die Bewegungsrichtung des beweglichen Elements relativ zum weiteren Element eine Nutzrichtung bei einer normalen Funktionsweise der MEMS-Vorrichtung und eine ungewollte Störungsrichtung aufweisen, die beispielsweise bei einem externen Stoß auftritt, wobei vorzugsweise die Störungsrichtung im Wesentlichen senkrecht zur Nutzrichtung, vorzugsweise durch entsprechende Führungsmittel, ausgerichtet sein kann.
Durch die im Wesentlichen senkrechte Ausrichtung der Nutzrichtung zur Störungsrichtung wird folglich eine sichere Funktionsweise bei normalem Betrieb gewährleistet, wobei bei einer Störung, wie durch einen externen Stoß, der Kontaktbereich als ein Anschlag dient und folglich Bauteile innerhalb des Schutzbereichs vor Beschädigungen geschützt werden.
Vorteilhafterweise können das bewegliche Element und/oder das weitere Element auf einem Substrat angeordnet sein, wobei das bewegliche Element und/oder das weitere Element und/oder das Substrat als Schichtstapel ausgeführt sein können.
Durch die Herstellung der MEMS-Vorrichtung mit einem Schichtstapel kann das Herstellungsverfahren automatisiert werden, indem zunächst eine Substratschicht mittels einer entsprechenden Vorrichtung aufgetragen wird und anschließend das bewegliche Element und/oder das weitere Element darauf angebracht wird. Die Substratschicht kann vorteilhafterweise nichtleitend sein, sodass vorzugsweise eine quaderförmige Erhöhung des weiteren Elements gegenüber Elektroden elektrisch isoliert wird, die beispielsweise als streifenförmige Elektroden auf einer unteren Fläche eines plattenförmigen Trägers des weiteren Elements angeordnet sein können. Dadurch kann insbesondere bei hoher Feuchtigkeit ein Kurzschluss verhindert werden.
Vorteilhafterweise kann das bewegliche Element und/oder das weitere Element elastisch ausgeführt sein, sodass in der Kontaktposition das bewegliche Element eine Druckkraft auf das weitere Element ausübt, sodass dies zu einer elastischen Verformung des beweglichen Elements und/oder des weiteren Elements führt.
Der Unterschied zwischen dem zweiten Spaltabstand und dem ersten Spaltabstand ist dabei so groß gewählt, dass auch bei einer elastischen Verformung des beweglichen Elements und/oder des weiteren Elements bei einem externen Stoß der physische Kontakt im Schutzbereich verhindert wird. Die elastische Verformung des beweglichen Elements und/oder des weiteren Elements bei einer externen Belastung, wie einem externen Stoß, führt dabei zu einem Abfedern und folglich zur Übertragung von geringeren Kräften innerhalb des Kontaktbereichs im Vergleich zu einem starren Zusammenstoß des beweglichen Elements mit dem weiteren Element.
Vorteilhafterweise kann der erste Abschnitt des beweglichen Elements und/oder der weitere erste Abschnitt des weiteren Elements eine Erhöhung aufweisen, die als Anschlag in der Kontaktposition dient, wobei die Erhöhung vorzugsweise die Form eines Rechtecks oder die Form einer Halbkugel aufweisen kann.
Durch diese Erhöhung innerhalb des Kontaktbereichs wird ein punktförmiger und definierter Anschlag gewährleistet. Die Erhöhung kann dabei einteilig als Bestandteil des beweglichen Elements und/oder des weiteren Elements ausgeführt sein.
Vorteilhafterweise kann die Bewegung des beweglichen Elements relativ zum weiteren Element nicht nur durch die erste Kontaktposition sondern auch in einer entgegengesetzten Richtung bei einer zweiten Kontaktposition begrenzt sein, wobei ein dritter Spaltabstand einen definierten zweiten Kontaktbereich zwischen dem beweglichen Element und dem weiteren Element bildet innerhalb dessen in der zweiten Kontaktposition das bewegliche Element in Kontakt mit dem weiteren Element gelangt, wobei ein vierter Spaltabstand einen definierten zweiten Schutzbereich zwischen dem beweglichen Element und dem weiteren Element bildet, innerhalb dessen ein Kontakt zwischen dem beweglichen Element und dem weiteren Element auch in der zweiten Kontaktposition vermieden wird, wobei der dritte Spaltabstand kleiner als der vierte Spaltabstand sein kann.
Dadurch wird die Bewegung des beweglichen Elements entlang der Störungsrichtung auch in der entgegengesetzten Richtung in der zweiten Kontaktposition begrenzt. Innerhalb des zweiten Schutzbereichs können ebenfalls elektronische Bauteile und/oder Elektroden angeordnet sein, die vor Beschädigung geschützt werden sollen.
Vorteilhafterweise kann das bewegliche Element wenigstens einen elektrisch leitenden Bereich aufweisen, wobei das weitere Element wenigstens eine Elektrode aufweisen kann, wobei das bewegliche Element durch Anlegen einer Spannung an die Elektrode zum Schwingen entlang einer Nutzrichtung anregbar ist, wobei der durch den zweiten Spaltabstand definierte Schutzbereich so gewählt ist, dass die Elektroden im Schutzbereich vor Kontakt mit dem beweglichen Element geschützt sind.
Dadurch wird das bewegliche Element durch das Anlegen einer Wechselspannung an den Elektroden durch eine elektromagnetische Kraft angetrieben und dabei ein Kurzschluss auch bei einem externen Stoß verhindert, da die streifenförmigen Elektroden innerhalb des definierten Schutzbereichs angeordnet werden.
Vorteilhafterweise kann das bewegliche Element einen I-, T- oder Doppel-T-förmigen Träger aufweisen, wobei das weitere Element mindestens eine Elektrode aufweisen kann, die innerhalb des durch den zweiten Spaltabstand definierten Schutzbereichs angeordnet ist, um einen Kontakt zwischen der Elektrode und dem I-, T- oder Doppel-T-förmigen Träger zu verhindern.
Bei einem I- oder Doppel-T-förmigen Träger kann ein oberer T-förmiger Abschnitt des Trägers mit dem ersten Kontaktbereich für die Begrenzung der Bewegung des beweglichen Elements entlang der Störungsrichtung in einer oberen Richtung und durch einen unteren T-förmigen Abschnitt des Trägers mit den zweiten Kontaktbereich in der entgegengesetzten Richtung begrenzt werden.
Vorteilhafterweise kann das bewegliche Element in Form eines T-förmigen Trägers ausgeführt sein, wobei das bewegliche Element in einem Randbereich eine Ausnehmung aufweisen kann, wobei das weitere Element eine Erhöhung, vorzugsweise in Form eines Quaders, aufweisen kann. Die Erhöhung des weiteren Elements kann dabei in der Ausnehmung des beweglichen Elements aufgenommen sein, wobei während einer Bewegung entlang der Nutzrichtung die Erhöhung einen Abstand zur Ausnehmung aufweisen kann, sodass ein Kontakt vermieden wird, wobei bei einer Bewegung entlang der Störungsrichtung, beispielsweise durch einen externen Stoß, die Erhöhung des weiteren Elements gegen eine Wand der Ausnehmung anstoßen kann und in dieser ersten Kontaktposition innerhalb des durch den zweiten Spaltabstand definierten ersten Schutzbereichs ein Kontakt zwischen dem beweglichen Element und dem weiteren Element verhindert werden kann und somit insbesondere eine Beschädigung von Elektroden und/oder elektronischen Bauteilen innerhalb des ersten Schutzbereichs verhindert wird.
Durch diese besonders vorteilhafte Ausgestaltungsform wird das bewegliche Element durch das Anlegen einer Wechselspannung an die streifenförmigen Elektroden angetrieben. Die Erhöhung des weiteren Elements wird dabei in der Ausnehmung des beweglichen Elements mit einem Abstand aufgenommen, sodass bei einem externen Stoß die Erhöhung an eine Wand innerhalb der Ausnehmung als Anschlag anstößt, wobei zwischen dem beweglichen Element und der unteren Fläche des weiteren Elements in Form der länglichen Platte ausgeführt ein Kontakt verhindert wird und dadurch der Schutzbereich gebildet wird.
Diese Ausführungsform ermöglicht eine kompakte Bauweise bei einer hohen mechanischen Leistung.
Vorteilhafterweise können an einer unteren Fläche des weiteren Elements, vorzugsweise ausgeführt in Form einer länglichen Platte, mindestens zwei streifenförmige Elektroden angebracht sein, wobei die quaderförmige Erhöhung mittels einer vorzugsweise nichtleitenden Substratschicht mit der unteren Fläche der länglichen Platte verbunden sein kann.
Durch die Verwendung einer nicht leitenden Substratschicht zum Verbinden der quaderförmigen Erhöhung mit der länglichen Platte kann der Herstellungsprozess automatisiert werden, indem zunächst eine Substratschicht automatisch aufgetragen wird und darauf die Erhöhung angeordnet wird.
Vorteilhafterweise kann die Erhöhung und/oder die Substratschicht zwischen den mindestens zwei streifenförmigen Elektroden angeordnet sein.
Dadurch werden die beiden streifenförmigen Elektroden durch die isolierende Substratschicht getrennt, um einen möglichen Kurzschluss zwischen den Elektroden beispielsweise bei höherer Feuchtigkeit zu verhindern.
Vorteilhafterweise kann eine erste Substratschicht an einem Ende der Erhöhung und eine zweite Substratschicht an einem gegenüberliegenden Ende der Erhöhung die untere Fläche des weiteren Elements mit der quaderförmigen Erhöhung verbinden, wobei die mindestens zwei Elektroden zwischen den beiden Substratschichten angeordnet sein können.
Durch diese Anordnung der beiden Elektroden zwischen den beiden Substratschichten wird eine mechanisch stabile Montage der Erhöhung auf der unteren Fläche der Platte ermöglicht.
Vorteilhafterweise kann eine erste Substratschicht an einem Ende der Erhöhung und eine zweite Substratschicht an einem gegenüberliegenden Ende der Erhöhung die untere Fläche des weiteren Elements mit der quaderförmigen Erhöhung verbinden, wobei nur eine Elektrode zwischen den beiden Substratschichten angeordnet sein kann, wobei die mindestens eine übrige Elektrode neben einer der Substratschichten angeordnet sein kann.
Diese Anordnung hat den Vorteil, dass die beiden Elektroden durch eine Substratschicht getrennt sind, sodass die Wahrscheinlichkeit für einen Kurzschluss vermindert wird.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird anhand der folgenden Zeichnungen erläutert:

1 eine schematische Darstellung einer MEMS-Vorrichtung;
2 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der MEMS-Vorrichtung;
3 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der MEMS-Vorrichtung mit einem zweiten Kontaktbereich;
4 die MEMS-Vorrichtung aus 3 in einer entlang der Störungsrichtung nach oben ausgelenkten ersten Kontaktposition;
5 die MEMS-Vorrichtung aus 3 in einer entlang der Störungsrichtung nach unten ausgelenkten zweiten Kontaktposition;
6 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der MEMS-Vorrichtung mit einem elastischen Element;
7 eine schematische Darstellung von weiteren Ausführungsformen der MEMS-Vorrichtung mit Anschlägen;
8 die Ausführungsformen aus Fig .7 in einer ausgelenkten Kontaktposition;
9 eine schematische Darstellung von weiteren Ausführungsformen der MEMS-Vorrichtung mit Anschlägen am weiteren Element;
10 die Ausführungsformen aus 9 in einer ausgelenkten Kontaktposition;
11 eine schematische Darstellung von weiteren Ausführungsformen der MEMS-Vorrichtung mit zwei Anschlägen;
12 weitere Ausführungsformen mit unterschiedlich geformten Erhöhungen;
13 eine weitere Ausführungsform der MEMS-Vorrichtung, wie in 6, mit einem elastischen Element und einem zweiten Kontaktbereich;
14 weitere Ausführungsformen der MEMS-Vorrichtung mit zwei Kontaktbereichen;
15 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der MEMS-Vorrichtung;
16 Schnittdarstellungen entlang der Ebenen AA, BB und CC aus 16;
17 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der MEMS-Vorrichtung;
18 Schnittdarstellungen entlang der Ebenen AA, BB und CC aus 17;
19 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der MEMS-Vorrichtung,
20 Schnittdarstellungen entlang der Ebenen AA, BB und CC aus 19;
21 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der MEMS-Vorrichtung;
22 Schnittdarstellungen entlang der Ebenen AA, BB und CC aus 21;
23 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der MEMS-Vorrichtung mit mehreren beweglichen Elementen;
24 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der MEMS-Vorrichtung mit einer zusätzlichen Elektrode;
25 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der MEMS-Vorrichtung mit seitlichen Anschlägen.

Ausführungsbeispiele
1 zeigt eine schematische Darstellung einer MEMS-Vorrichtung 1 umfassend ein beweglich gelagertes Element 2, welches relativ zu einem weiteren Element 3 eine Nutzbewegung entlang einer Nutzrichtung 4 ausführt, die im vorliegenden Fall in die Zeichenebene zeigt. Die Nutzbewegung kann dabei eine Schwingbewegung sein. Die MEMS-Vorrichtung 1 kann beispielsweise als ein Lautsprecher, ein Mikrofon oder eine Pumpe für ein Fluid, wie ein Gas oder eine Flüssigkeit, ausgeführt sein, welches zwischen dem beweglichen Element 2 und dem weiteren Element 3 angeordnet ist. Das bewegliche Element 2 weist dabei einen ersten Abschnitt 5 mit einem ersten Spaltabstand 6 entlang einer Störungsrichtung 7 zu einem weiteren ersten Abschnitt 8 des weiteren Elements 3. Darüber hinaus weist das bewegliche Element 2 einen zweiten Abschnitt 9 mit einem zweiten Spaltabstand 10 zu einem weiteren zweiten Abschnitt 11 des weiteren Elements 3 entlang der Störungsrichtung 7 auf, die beispielsweise durch einen externen Stoß verursacht werden kann. Der erste Spaltabstand 6 ist dabei kleiner als der zweite Spaltabstand 10. Die linke Darstellung stellt die MEMS- Vorrichtung 1 in einem nicht ausgelenkten Zustand dar. Die rechte Darstellung stellt die MEMS- Vorrichtung 1 in einem ausgelenkten Zustand in einer ersten Kontaktposition dar, wobei der erste Abschnitt 5 des beweglichen Elements 2 mit dem weiteren ersten Abschnitt 8 des weiteren Elements 3 in Kontakt gelangt und dadurch ein Kontaktbereich 12 zwischen dem beweglichen Element 2 und dem weiteren Element 3 gebildet wird. Zwischen den zweiten Abschnitt 9 des beweglichen Elements 2 und dem weiteren zweiten Abschnitt 11 des weiteren Elements 3 wird dabei durch den zweiten Spaltabstand 10 ein definierter Schutzbereich 13 gebildet, innerhalb dessen ein Kontakt vermieden wird. Innerhalb des Schutzbereichs 13 sind dabei elektronische Bauteile 14 und Elektroden 15 angeordnet, die vor Beschädigung durch den externen Stoß geschützt werden sollen.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der MEMS-Vorrichtung 1, wobei das bewegliche Element 2 als ein Doppel-T - förmiger Träger ausgeführt ist. Die linke Darstellung zeigt die MEMS-Vorrichtung 1 in einem nicht ausgelenkten Zustand und die rechte Darstellung zeigt die MEMS-Vorrichtung 1 in einem ausgelenkten Zustand, wobei der erste Abschnitt 5 des beweglichen Elements 2 mit dem weiteren ersten Abschnitt 8 des weiteren Elements 3 in Kontakt gelangt und dadurch der Kontaktbereich 12 gebildet wird, wobei zwischen dem zweiten Abschnitt 9 und dem weiteren zweiten Abschnitt 11 der Schutzbereich 13 gebildet wird.
3 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der MEMS-Vorrichtung 1, wobei das bewegliche Element 2 als ein Doppel-T - förmiger Träger ausgeführt ist. Die Bewegung des beweglichen Elements 2 entlang der Störungsrichtung 7 ist dabei nicht nur nach oben begrenzt, sondern auch nach unten begrenzt. Ein dritter Spaltabstand 20 bildet dabei einen zweiten Kontaktbereich 21, wobei ein vierter Spaltabstand 22 einen zweiten Schutzbereich 23 bildet.
4 zeigt die MEMS-Vorrichtung 1 aus 3 in einer entlang der Störungsrichtung 7 nach oben ausgelenkten ersten Kontaktposition, sodass innerhalb des ersten Kontaktbereichs 12 das bewegliche Element 2 in Kontakt mit dem weiteren Element 3 gelangt, wobei innerhalb des ersten Schutzbereichs 13 ein Kontakt vermieden wird.
5 zeigt die MEMS-Vorrichtung 1 aus 3 in einer entlang der Störungsrichtung 7 nach unten ausgelenkten zweiten Kontaktposition, sodass innerhalb des zweiten Kontaktbereichs 21 das bewegliche Element 2 in Kontakt mit dem weiteren Element 3 gelangt, wobei innerhalb des zweiten Schutzbereichs 23 ein Kontakt vermieden wird.
6 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der MEMS-Vorrichtung 1, wobei das bewegliche Element 2 als ein Doppel-T - förmiger Träger ausgeführt ist. Das weitere Element 3 weist dabei einen Rahmen auf und ein elastisches Element 30 auf. In der linken Darstellung ist die MEMS-Vorrichtung 1 in einer nicht ausgelenkten Position dargestellt. In der rechten Darstellung ist die MEMS-Vorrichtung 1 in einer ausgelenkten Position dargestellt, wobei innerhalb des ersten Kontaktbereichs 12 das bewegliche Element 2 punktförmig mit dem weiteren Element 3 in Kontakt gelangt und das elastisches Element 30 des weiteren Elements 3 nach oben verformt wird. Die Elastizität des elastischen Elements 30 sowie der zweite Spaltabstand 10 sind dabei so gewählt, dass die durch den externen Stoß verursachte elastische Verformung des elastischen Elements 30 nicht zum Kontakt innerhalb des Schutzbereichs 13 führt, sodass die darin angeordneten elektronischen Elemente und Elektroden geschützt sind. Der dritte Spaltabstand 20 und der vierte Spaltabstand 22 sind entsprechend auch so gewählt, dass die Bewegung entlang der Störungsrichtung 7 auch in der entgegengesetzten Richtung begrenzt ist und ein zweiter Schutzbereich gebildet wird.
7 zeigt eine schematische Darstellung von weiteren Ausführungsformen der MEMS-Vorrichtung 1, wobei in der linken Darstellung das bewegliche Element 2 innerhalb des ersten Kontaktbereichs 12 eine Erhöhung 40 als Anschlag in der Kontaktposition in Form eines Quaders aufweist, wobei in der mittleren Darstellung das bewegliche Element 2 innerhalb des ersten Kontaktbereichs 12 eine Erhöhung 40 als Anschlag in der Form einer Halbkugel aufweist, wobei in der rechten Darstellung das bewegliche Element 2 innerhalb des ersten Kontaktbereichs 12 eine Erhöhung 40 als Anschlag in der Form eines abgerundeten Quaders aufweist.
8 zeigt die Ausführungsformen aus Fig .7 in einer ausgelenkten Kontaktposition, sodass die Erhöhung 40 einen punktförmigen definierten Kontakt als Anschlag ermöglicht.
9 zeigt eine schematische Darstellung von weiteren Ausführungsformen der MEMS-Vorrichtung 1, wobei in der linken Darstellung das weitere Element 3 innerhalb des ersten Kontaktbereichs 12 eine Erhöhung 40 als Anschlag in der Kontaktposition in Form eines Quaders aufweist, wobei in der mittleren Darstellung das weitere Element 3 innerhalb des ersten Kontaktbereichs 12 eine Erhöhung 40 als Anschlag in der Form einer Halbkugel aufweist, wobei in der rechten Darstellung das weitere Element 3 innerhalb des ersten Kontaktbereichs 12 eine Erhöhung 40 als Anschlag in der Form eines abgerundeten Quaders aufweist.
10 zeigt die Ausführungsformen aus 9 in einer ausgelenkten Kontaktposition, sodass die Erhöhung 40 einen punktförmigen definierten Kontakt als Anschlag ermöglicht.
11 zeigt eine schematische Darstellung von weiteren Ausführungsformen der MEMS-Vorrichtung 1, wobei in der linken Darstellung das bewegliche Element 2 eine erste Erhöhung 40 in Form eines Quaders und das weitere Element 3 innerhalb des ersten Kontaktbereichs 12 eine zweite Erhöhung 50 als Anschlag in der Kontaktposition in Form eines Quaders aufweist, wobei in der linken Darstellung das bewegliche Element 2 eine erste Erhöhung 40 in Form einer Halbkugel und das weitere Element 3 innerhalb des ersten Kontaktbereichs 12 eine zweite Erhöhung 50 als Anschlag in der Kontaktposition in Form einer Halbkugel aufweist, wobei in der linken Darstellung das bewegliche Element 2 eine erste Erhöhung 40 in Form eines abgerundeten Quaders und das weitere Element 3 innerhalb des ersten Kontaktbereichs 12 eine zweite Erhöhung 50 als Anschlag in der Kontaktposition in Form eines abgerundeten Quaders aufweist.
12 zeigt weitere Ausführungsformen mit unterschiedlich geformten Erhöhungen 40 und 50, sodass die erste Erhöhung 40 und die zweite Erhöhung 50 einen punktförmigen definierten Kontakt als Anschlag ermöglicht.
13 zeigt eine weitere Ausführungsform der MEMS-Vorrichtung 1, wie in 6, mit einem elastischen Element 30, wobei jedoch das bewegliche Element 2 innerhalb des ersten Kontaktbereichs 12 eine Erhöhung 40 in Form einer Halbkugel und innerhalb des zweiten Kontaktbereichs 21 eine weitere Erhöhung 60 in Form einer Halbkugel als punktförmiger Anschlag aufweist. Die Erhöhungen 40 und 60 können dabei einteilig mit dem beweglichen Element 2 ausgeführt sein.
14 zeigt weitere Ausführungsformen der MEMS-Vorrichtung 1, wobei das bewegliche Element 2 in der linken Darstellung in Form eines Rahmens mit einer Ausnehmung geformt ist, wobei das bewegliche Element 2 in der rechten Darstellung aus zwei Teilen besteht, die durch nicht dargestellte Verbindungsmittel verbunden sein können. Die Bewegung entlang der Störungsrichtung 7 wird dabei nach oben durch den ersten Kontaktbereich 12 und nach unten durch den zweiten Kontaktbereich 21 begrenzt.
15 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der MEMS-Vorrichtung 1 mit Schnittdarstellungen entlang der Ebenen AA, BB und CC in 16. Die linke Darstellung in 15 zeigt eine schematische Darstellung der Elektroden 74 auf dem weiteren Element 3, wobei die rechte Darstellung in 15 eine schematische Darstellung des beweglichen Elements 2 in Form eines T-förmigen Trägers mit einem Quersteg 77 und einem Mittelsteg 78 zeigt.
In dem dargestellten Beispiel ist das bewegliche Element 2 in Form eines T-förmigen Trägers ausgeführt ist, wobei das bewegliche Element 2 in einem Randbereich, d.h. wenigstens im Quersteg 77 und vorzugsweise im Mittelsteg 78 eine Ausnehmung 70 aufweist.
Das weitere Element 3 ist beispielsweise durch eine Wand oder in in Form einer länglichen Platte ausgeführt und weist eine Erhöhung 71 auf, die in Richtung des beweglichen Elementes 2 aus dem weiteren Element 3 herausragt. Die Erhöhung 71 kann z.B. in Form eines Quaders ausgebildet sein. Die Erhöhung 71 des weiteren Elements 3 ragt bis in die Ausnehmung 70 des beweglichen Elements 2 und ist wenigstens teilweise in der Ausnehmung 70 aufgenommen. Die Erhöhung 71 weist während einer Bewegung des beweglichen Elementes 2 entlang der Nutzrichtung 4 einen Abstand 72 zum beweglichen Element 2 auf, sodass ein Kontakt vermieden wird. Bei einer Bewegung entlang der Störungsrichtung 7, d.h. in Richtung des weiteren Elements 3, beispielsweise durch einen externen Stoß, kann die Erhöhung 71 gegen eine Wand 73 der Ausnehmung 70 stoßen. In dieser Kontaktposition wird innerhalb des durch den zweiten Spaltabstand 10 definierten ersten Schutzbereichs 13 ein Kontakt zwischen dem beweglichen Element 2 und dem weiteren Element 3 verhindert und somit eine Beschädigung von Elektroden 74 innerhalb des ersten Schutzbereichs 13 verhindert.
Die beiden Elektroden 74 sind an einer unteren Fläche 75 des weiteren Elements 3 angebracht und werden zum Antreiben des beweglichen Elements 2 durch das Anlegen einer Wechselspannung verwendet. Die Erhöhung 71 ist dabei mittels einer nicht leitenden Substratschicht 76 mit der unteren Fläche 75 des weiteren Elements 3 verbunden und zwischen den Elektroden 74 angeordnet.
In der dargestellten Ausführungsform der 15 ist das bewegliche Element 2 an gegenüber liegenden Seiten, in der Figur oben und unten, an jeweils einem Element, insbesondere einer Wand, der Vorrichtung befestigt. Dadurch kann sich das bewegliche Element 2 entlang der Nutzrichtung 4 im Wesentlichen im Mittenbereich durchbiegen. Abhängig von der gewählten Ausführung kann das bewegliche Element 2 auch nur an einer Seite mit der Vorrichtung verbunden sein.
17 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der MEMS-Vorrichtung 1 mit Schnittdarstellungen entlang der Ebenen AA, BB und CC in 18, die ähnlich, wie die Ausführungsform aus 15 und 16 ausgeführt ist, wobei im Unterschied eine erste Substratschicht 80 an einem Ende 81 der Erhöhung 71 und eine zweite Substratschicht 82 an einem gegenüberliegenden Ende 83 der Erhöhung 71 die untere Fläche 75 des weiteren Elements 3 mit der quaderförmigen Erhöhung 71 verbindet, wobei die zwei Elektroden 74 zwischen den beiden Substratschichten 80, 82 angeordnet sind. Damit bildet die Erhöhung 71 eine Art Bügel oder Platte, die sich quer zur Längserstreckung der Elektroden 74 über beide Elektroden 74 erstreckt. Somit kann die Erhöhung 71 einen elastischen Anschlag für das bewegliche Element 2 darstellen.
19 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der MEMS-Vorrichtung 1 mit Schnittdarstellungen entlang der Ebenen AA, BB und CC in 20, die ähnlich, wie die Ausführungsform aus 15 und 16 ausgeführt ist, wobei im Unterschied eine erste Substratschicht 80 an einem Ende 81 der Erhöhung 71 und eine zweite Substratschicht 82 an einem gegenüberliegenden Ende 83 der Erhöhung 71 die untere Fläche 75 des weiteren Elements 3 mit der quaderförmigen Erhöhung 71 verbindet, wobei nur eine Elektrode 74 zwischen den beiden Substratschichten 80 und 82 angeordnet ist, wobei die mindestens eine übrige Elektrode 74 neben einer der Substratschichten 80 und 82 angeordnet ist. Damit bildet die Erhöhung 71 eine Art Bügel oder Platte, die sich quer zur Längserstreckung einer Elektrode 74 über erstreckt.
21 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der MEMS-Vorrichtung 1 mit Schnittdarstellungen entlang der Ebenen AA, BB und CC in 22, die ähnlich, wie die Ausführungsform aus 15 und 16 ausgeführt ist, wobei im Unterschied die Substratschicht 76 die Erhöhung 71 direkt mit der unteren Fläche 75 des weiteren Elements 3 verbindet und dabei die Ausnehmung 70 zur Aufnahme der Erhöhung 71 seitlich offen ist, sodass beispielsweise mittels eines Detektors elektromagnetisches Potential seitlich gemessen werden kann, um die Bewegung des beweglichen Elements 2 entlang der Nutzrichtung 4 und entlang der Störungsrichtung 7 zu erfassen. In der dargestellten Ausführungsform ist das bewegliche Element 2 nur an einer Seite, in der Figur unten, an einem Element, insbesondere einer Wand, der Vorrichtung befestigt. Dadurch kann sich das bewegliche Element 2 mit dem freien Ende stärker entlang der Nutzrichtung 4 biegen.
23 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der MEMS-Vorrichtung 1, die ähnlich, wie die Ausführungsform aus 15 und 16 ausgeführt ist, wobei die linke Darstellung eine MEMS-Vorrichtung 1 zeigt, die von beiden Seiten, in der Figur oben und unten, mit der Vorrichtung verbunden ist, d.h. eingespannt ist, wobei das bewegliche Element 2 die erste Ausnehmung 70 mit der darin angeordneten ersten Erhöhung 71 des weiteren Elements 3 und eine zweite Ausnehmung 90 mit einer darin angeordneten zweiten Erhöhung 91 des weiteren Elements 3 aufweist, wobei das bewegliche Element 2 mit den beiden Ausnehmungen 70 und 90 entlang der Nutzrichtung 4 und der Störungsrichtung 7 eine Bewegung ausführen kann. In der rechten Darstellung ist eine ähnliche MEMS-Vorrichtung 1 dargestellt, die jedoch nur an einer Seite mit der Vorrichtung verbunden ist, d.h. fest eingespannt ist.
24 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der MEMS-Vorrichtung 1, die ähnlich, wie die Ausführungsform aus 17 und 18 ausgeführt ist, wobei im Unterschied zwischen den beiden Substratschichten 80 und 82 zusätzlich zu den beiden Elektroden 74 eine zusätzliche Elektrode 100 angeordnet ist.
25 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der MEMS-Vorrichtung 1, die ähnlich, wie die Ausführungsform aus 15 und 16 ausgeführt ist, wobei im Unterschied die Bewegung der Erhöhung 71 des weiteren Elements 3 entlang der Nutzrichtung 4 auch in seitlicher Richtung durch eine erste seitliche Anschlagfläche 110 und eine zweite seitliche Anschlagfläche 111 begrenzt sind. In der mittleren Darstellung sind die beiden seitlichen Anschlagfläche 110 und 111 einer Innenseite eines Rahmens 112 des beweglichen Elements 2 angeordnet, wobei in der rechten Darstellung die beiden seitlichen Anschlagfläche 110 und 111 an den äußeren Seiten eines Stegs 113 des beweglichen Elements 2 angeordnet sind. In der rechten Darstellung ist im Vergleich zu der mittleren Darstellung eine erste Substratschicht 114 an einem Ende der Erhöhung 71 und eine zweite Substratschicht 115 an einem anderen Ende der Erhöhung 71 angeordnet, wobei die seitlichen Anschlagflächen 110 und 111 an den äußeren Seiten des Stegs 113 angeordnet sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2017215809A1 [0002]
DE 202022100038U1 [0003]

Claims

MEMS-Vorrichtung (1) umfassend mindestens ein beweglich gelagertes Element (2), welches relativ zu einem weiteren Element (3) der MEMS-Vorrichtung (1) eine Nutzbewegung entlang einer Nutzrichtung (4) ausführt, wobei das bewegliche Element (2) zur Wechselwirkung mit einem Fluid vorgesehen ist, wobei das bewegliche Element (2) einen ersten Abschnitt (5) und einen zweiten Abschnitt (9) aufweist, wobei das weitere Element (3) einen weiteren ersten Abschnitt (8) und einen weiteren zweiten Abschnitt (11) aufweist, wobei der erste Abschnitt (5) des beweglichen Elements (2) in einer Störungsrichtung (7) des beweglichen Elements (2) einen ersten Spaltabstand (6) zu dem weiteren ersten Abschnitt (8) des weiteren Elements (3) aufweist, wobei der zweite Abschnitt (9) des beweglichen Elements (2) in der Störungsrichtung (7) des beweglichen Elements (2) einen zweiten Spaltabstand (10) zu dem weiteren zweiten Abschnitt (11) des weiteren Elements (3) aufweist, wobei eine Bewegung des beweglich gelagerten Elements (2) entlang der Störungsrichtung (7) durch eine Belastung verursacht wird, wobei der erste Spaltabstand (6) kleiner ist als der zweite Spaltabstand (10), wobei der erste Abschnitt (5) und der weitere erste Abschnitt (8) einen Kontaktbereich (12) zwischen dem beweglichen Element (2) und dem weiteren Element (3) bilden, indem bei einer Auslenkung entlang der Störungsrichtung (7) in einer ersten Kontaktposition der erste Abschnitt (5) des beweglichen Elements (2) in Kontakt mit dem weiteren ersten Abschnitt (8) des weiteren Elements (3) gelangt, wobei der zweite Spaltabstand (10) einen Schutzbereich (13) zwischen dem beweglichen Element (2) und dem weiteren Element (3) bildet, innerhalb dessen ein Kontakt zwischen dem beweglichen Element (2) und dem weiteren Element (3) auch während des Kontakts im Kontaktbereich (12) vermieden wird.
MEMS-Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die MEMS-Vorrichtung (1) ein Lautsprecher, ein Mikrofon oder eine Pumpe zum Pumpen des Fluids ist.
MEMS-Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der weitere zweite Abschnitt (11) des weiteren Elements (3) und/oder der zweite Abschnitt (9) des beweglichen Elements (2) elektronische Elemente (14) beinhaltet, die vor Kontakt und/oder vor Beschädigungen geschützt werden.
MEMS-Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1-3, wobei die Bewegungsrichtung des beweglichen Elements (2) relativ zum weiteren Element (3) eine Nutzrichtung (4) bei einer normalen Funktionsweise der MEMS-Vorrichtung (1) und eine ungewollte Störungsrichtung (7) aufweist, die beispielsweise bei einem externen Stoß auftritt, wobei vorzugsweise die Störungsrichtung (7) im Wesentlichen senkrecht zur Nutzrichtung (4), vorzugsweise durch entsprechende Führungsmittel, ausgerichtet ist.
MEMS-Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1-4, wobei das bewegliche Element (2) und/oder das weitere Element (3) auf einem Substrat angeordnet sind, wobei das bewegliche Element (2) und/oder das weitere Element (3) und/oder das Substrat als Schichtstapel ausgeführt sind.
MEMS-Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1-5, wobei das bewegliche Element (2) und/oder das weitere Element (3) elastisch ausgeführt sind, sodass in der Kontaktposition das bewegliche Element (2) eine Druckkraft auf das weitere Element (3) ausübt, sodass dies zu einer elastischen Verformung des beweglichen Elements (2) und/oder des weiteren Elements (3) führt.
MEMS-Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1-6, wobei der erste Abschnitt (5) des beweglichen Elements (2) und/oder der weitere erste Abschnitt (8) des weiteren Elements (3) eine Erhöhung (40, 50) aufweist, die als Anschlag in der Kontaktposition dient, wobei die Erhöhung (40, 50) vorzugsweise die Form eines Rechtecks oder die Form einer Halbkugel aufweist.
MEMS-Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1-7, wobei die Bewegung des beweglichen Elements (2) relativ zum weiteren Element (3) nicht nur durch die erste Kontaktposition sondern auch in einer entgegengesetzten Richtung bei einer zweiten Kontaktposition begrenzt ist, wobei ein dritter Spaltabstand (20) einen definierten zweiten Kontaktbereich (21) zwischen dem beweglichen Element (2) und dem weiteren Element (3) bildet innerhalb dessen in der zweiten Kontaktposition das bewegliche Element (2) in Kontakt mit dem weiteren Element (3) gelangt, wobei ein vierter Spaltabstand (22) einen definierten zweiten Schutzbereich (23) zwischen dem beweglichen Element (2) und dem weiteren Element (3) bildet, innerhalb dessen ein Kontakt zwischen dem beweglichen Element (2) und dem weiteren Element (3) auch in der zweiten Kontaktposition vermieden wird, wobei der dritte Spaltabstand (20) kleiner als der vierte Spaltabstand (22) ist.
MEMS-Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1-8, wobei das bewegliche Element (2) wenigstens einen elektrisch leitenden Bereich aufweist, wobei das weitere Element (3) wenigstens eine Elektrode (74) aufweist, wobei das bewegliche Element (2) durch Anlegen einer Spannung an der Elektrode (74) zum Schwingen entlang der Nutzrichtung (4) anregbar ist, wobei der durch den zweiten Spaltabstand (10) definierte Schutzbereich (13) so gewählt ist, dass die Elektrode (74) im Schutzbereich (13) vor Kontakt mit dem beweglichen Element (2) geschützt sind.
MEMS-Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1-9, wobei das bewegliche Element (2) einen I-, T- oder Doppel-T-förmigen Träger aufweist, wobei das weitere Element (3) mindestens eine Elektrode (74) aufweist, die innerhalb des durch den zweiten Spaltabstand (10) definierten Schutzbereichs (13) angeordnet ist, um einen Kontakt zwischen der Elektrode (74) und dem I-, T- oder Doppel-T-förmigen Träger (2) zu verhindern.
MEMS-Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1-10, wobei das bewegliche Element (2) in Form eines T, oder I -förmigen Trägers ausgeführt ist, wobei das bewegliche Element (2) in einem Randbereich eine Ausnehmung (70) aufweist, wobei das weitere Element (3) eine Erhöhung (71), vorzugsweise in Form eines Quaders, aufweist, wobei die Erhöhung (71) des weiteren Elements (3) in der Ausnehmung (70) des beweglichen Elements (2) aufgenommen ist, wobei während einer Bewegung entlang der Nutzrichtung (4) die Erhöhung (71) einen Abstand zum beweglichen Element (2) aufweist, sodass ein Kontakt vermieden wird, wobei bei einer Bewegung entlang der Störungsrichtung (7), beispielsweise durch einen externen Stoß, die Erhöhung (71) des weiteren Elements (3) gegen eine Wand (73) des beweglichen Elements (2) in der Ausnehmung (70) anstößt und in dieser Kontaktposition innerhalb des durch den zweiten Spaltabstand (10) definierten ersten Schutzbereichs (13) ein Kontakt zwischen dem beweglichen Element (2) und dem weiteren Element (3) verhindert wird und somit insbesondere eine Beschädigung von Elektroden (74) und/oder elektronischen Bauteilen (14) innerhalb des ersten Schutzbereichs (13) verhindert wird.
MEMS-Vorrichtung (1) nach Anspruch 11, wobei an einer unteren Fläche (75) des weiteren Elements (3) mindestens zwei streifenförmige Elektroden (74) angebracht sind, wobei die Erhöhung (71) mittels einer vorzugsweise nichtleitenden Substratschicht (76) mit der unteren Fläche (75) der länglichen Platte verbunden ist.
MEMS-Vorrichtung (1) nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Erhöhung (71) zwischen den mindestens zwei streifenförmigen Elektroden (74) angeordnet ist.
MEMS-Vorrichtung (1) nach Anspruch 11 oder 12, wobei eine erste Substratschicht (80) an einem Ende (81) der Erhöhung (71) und eine zweite Substratschicht (82) an einem gegenüberliegenden Ende (83) der Erhöhung (71) die untere Fläche (75) des weiteren Elements (3) mit der Erhöhung (71) verbindet, wobei die mindestens zwei Elektroden (74) zwischen den beiden Substratschichten (80, 82) angeordnet sind.
MEMS-Vorrichtung (1) nach Anspruch 11 oder 12, wobei eine erste Substratschicht (80) an einem Ende (81) der Erhöhung (71) und eine zweite Substratschicht (82) an einem gegenüberliegenden Ende der Erhöhung (71) die untere Fläche (75) des weiteren Elements (3) mit der Erhöhung (71) verbindet, wobei nur eine Elektrode (74) zwischen den beiden Substratschichten (80, 82) angeordnet ist, wobei die mindestens eine übrige Elektrode neben einer der Substratschichten (80, 82) angeordnet ist.