Микромеханический компонент с раздельной, гальванически изолированной активной структурой и способ эксплуатации такого компонента - заявка 2016131410 на патент на изобретение в РФ

1. Микромеханический компонент (1), включающий в себя:
подложку (11, 15) и
активную структуру (20), которая выполнена с возможностью отклонения относительно подложки (11, 15) по меньшей мере в одном направлении и которая имеет по меньшей мере один первый участок (22) и второй участок (23), причем первый участок (22) и второй участок (23) электропроводны и физически жестко соединены друг с другом вдоль первой оси (X) и электрически изолированы друг от друга посредством изолирующего участка (24), компонент по п. 1, включающий в себя, кроме того:
первый электрод (221), который проходит наружу от первого участка (22) вдоль второй оси (Y) в первом направлении, и второй электрод (222), который проходит наружу от первого участка (22) вдоль второй оси (Y) во втором направлении, причем вторая ось (Y) расположена перпендикулярно первой оси (Х), а второе направление противоположно первому направлению, и
третий электрод (231), который проходит наружу от второго участка (23) вдоль второй оси (Y) в первом направлении, и четвертый электрод (232), который проходит наружу от второго участка (23) вдоль второй оси (Y) во втором направлении.
2. Компонент по п. 1, включающий в себя, кроме того:
пятый электрод (41), прочно соединенный с подложкой (11, 15) и проходящий наружу от подложки (11, 15) вдоль второй оси (Y) во втором направлении и расположенный между первым электродом (221) и третьим электродом (231).
3. Компонент по п. 2, отличающийся тем, что
пятый электрод (41) соединен с усилителем (60) заряда.
4. Компонент по одному из пп. 1-3, дополнительно включающий в себя:
шестой электрод (51), прочно соединенный с подложкой (11, 15) и проходящий наружу от подложки (11, 15) вдоль второй оси (Y) в первом направлении и расположенный между вторым электродом (222) и четвертым электродом (232).
5. Компонент по п. 4, дополнительно включающий в себя:
седьмой электрод (52) и
восьмой электрод (53),
причем седьмой электрод (52) и восьмой электрод (53) прочно соединены с подложкой (11, 15) и проходят наружу от подложки (11, 15) вдоль второй оси (Y) в первом направлении и
причем седьмой электрод (52) и восьмой электрод (53) расположены таким образом, что второй электрод (222) расположен между шестым электродом (51) и седьмым электродом (52), а четвертый электрод (232) расположен между шестым электродом (51) и восьмым электродом (53).
6. Компонент по п. 5, отличающийся тем, что
компонент содержит блок (80) управления, который соединен с шестым электродом (51), седьмым электродом (52) и восьмым электродом (53) и который предназначен для расчета сигналов управления вторым напряжением (U1), приложенным к шестому электроду (51), и управления третьим напряжением (U2), приложенным к седьмому электроду (52) и восьмому электроду (53), исходя от первого напряжения (U0), приложенного к первому участку (22), из заданной возвратной силы (F) и из заданного коэффициента (К) жесткости пружины.
7. Компонент по п. 5, отличающийся тем, что
между вторым электродом (222) и четвертым электродом (232) расположены первый шестой электрод (511) и второй шестой электрод (512),
причем второй электрод (222) расположен между первым шестым электродом (511) и седьмым электродом (52), а четвертый электрод (232) расположен между вторым шестым электродом (512) и восьмым электродом (53).
8. Компонент по одному из пп. 2-3 и 5-7, отличающийся тем, что
между первым электродом (221) и третьим электродом (231) расположены первый пятый электрод (411) и второй пятый электрод (412),
компонент дополнительно содержит девятый электрод (42) и десятый электрод (43), причем девятый электрод (42) и десятый электрод (43) прочно соединены с подложкой (11, 15) и проходят наружу от подложки (11, 15) во втором направлении вдоль второй оси (Y) и расположены таким образом, что первый электрод (221) находится между первым пятым электродом (411) и девятым электродом (42), а третий электрод (231) находится между вторым пятым электродом (412) и десятым электродом (43).
9. Компонент по п. 8, отличающийся тем, что
первый пятый электрод (411) и девятый электрод (42) соединены с первым блоком (71) обработки сигнала и
второй пятый электрод (412) и десятый электрод (43) соединены со вторым блоком (72) обработки сигнала.
10. Компонент по п. 1, отличающийся тем, что
активная структура (20) дополнительно имеет третий участок (250) и четвертый участок (260), причем третий участок (250) и четвертый
участок (260) электропроводны и физически жестко соединены вдоль первой оси (X) с первым участком (22) и со вторым участком (23), причем первый участок (22) электрически изолирован от второго участка (23) первым изолирующим участком (24а) и третий участок (250) электрически изолирован от второго участка (23) вторым изолирующим участком (24b), а от четвертого участка (260) - третьим изолирующим участком (24с).
11. Компонент по п. 10, отличающийся тем, что
третий электрод (231) проходит наружу от второго участка (23) вдоль второй оси (Y) в первом направлении, а четвертый электрод (232) проходит наружу от второго участка (23) вдоль второй оси (Y) во втором направлении,
пятый электрод (251) проходит наружу от третьего участка (250) вдоль второй оси (Y) в первом направлении, а шестой электрод (252) проходит наружу от третьего участка (250) вдоль второй оси (Y) во втором направлении, и
седьмой электрод (261) проходит наружу от четвертого участка (260) вдоль второй оси (Y) в первом направлении, а восьмой электрод (262) проходит наружу от четвертого участка (260) вдоль второй оси (Y) во втором направлении.
12. Компонент по п. 11, дополнительно включающий в себя:
девятый электрод (44), прочно соединенный с подложкой (11, 15) и проходящий наружу от подложки (11, 15) вдоль второй оси (Y) во втором направлении и расположенный между первым электродом (221) и третьим электродом (231),
десятый электрод (45), прочно соединенный с подложкой (11, 15) и проходящий наружу от подложки (11, 15) вдоль второй оси (Y) во втором направлении и расположенный между пятым электродом (251) и седьмым электродом (261),
одиннадцатый электрод (54), прочно соединенный с подложкой (11, 15) и проходящий наружу от подложки (11, 15) вдоль второй оси (Y) в первом направлении и расположенный между вторым электродом (222) и четвертым электродом (232), и
двенадцатый электрод (55), прочно соединенный с подложкой (11, 15) и проходящий наружу от подложки (11, 15) вдоль второй оси (Y) в первом направлении и расположенный между шестым электродом (252) и восьмым электродом (262).
13. Компонент по п. 12, отличающийся тем, что
девятый электрод (44) и десятый электрод (45) соединены каждый с соответствующим усилителем (60а, 60b) заряда.
14. Способ эксплуатации микромеханического компонента (1), содержащего
подложку (11, 15) и
активную структуру (20), которая выполнена с возможностью отклонения относительно подложки (11, 15) по меньшей мере в одном направлении и которая имеет по меньшей мере один первый участок (22) и второй участок (23), причем первый участок (22) и второй участок (23) электропроводны и физически жестко соединены друг с другом вдоль первой оси (X) и электрически изолированы друг от друга посредством изолирующего участка (24),
согласно которому:
прикладывают первое напряжение (U0) к первому участку (22), причем первое напряжение (U0) представляет собой постоянное напряжение, и
прикладывают отрицательное первое напряжение (-U0) ко второму участку (23).
15. Способ по п. 14, отличающийся тем, что
компонент дополнительно включает в себя:
первый электрод (221), который проходит наружу от первого участка (22) вдоль второй оси (Y) в первом направлении, и второй электрод (222), который проходит наружу от первого участка (22) вдоль второй оси (Y) во втором направлении, причем вторая ось (Y) расположена перпендикулярно первой оси (X), а второе направление противоположно первому направлению, и
третий электрод (231), который проходит наружу от второго участка (23) вдоль второй оси (Y) в первом направлении, и четвертый электрод (232), который проходит наружу от второго участка (23) вдоль второй оси (Y) во втором направлении, и
пятый электрод (41), прочно соединенный с подложкой (11, 15) и проходящий наружу от подложки (11, 15) вдоль второй оси (Y) во втором направлении и расположенный между первым электродом (221) и третьим электродом (231); и
способ включает в себя определение заряда (q), создаваемого на пятом электроде (41).
16. Способ по п. 15, отличающийся тем, что
для определения заряда используют усилитель (60) заряда, который соединен с пятым электродом.
17. Способ по п. 15 или 16, отличающийся тем, что
компонент дополнительно включает в себя шестой электрод (51), прочно соединенный с подложкой (11, 15) и проходящий наружу от подложки (11, 15) вдоль второй оси (Y) в первом направлении и расположенный между вторым электродом (222) и четвертым электродом (232); и
к шестому электроду (51) прикладывают второе напряжение (U1), которое воздействует на активную структуру (20) с усилием,
пропорциональным первому напряжению (U0) и второму напряжению (U1).
18. Способ по п. 17, отличающийся тем, что
компонент дополнительно включает в себя седьмой электрод (52) и восьмой электрод (53),
причем седьмой электрод (52) и восьмой электрод (53) прочно соединены с подложкой (11, 15) и проходят наружу от подложки (11, 15) вдоль второй оси (Y) в первом направлении и
причем седьмой электрод (52) и восьмой электрод (53) расположены таким образом, что второй электрод (222) находится между шестым электродом (51) и седьмым электродом (52), а четвертый электрод (232) находится между шестым электродом (51) и восьмым электродом (53); и
к седьмому и восьмому электродам (52, 53) прикладывают третье напряжение (U2), служащее для компенсации коэффициентов жесткости пружин (25, 26), посредством которых активная структура (20) подвижно соединена с подложкой (11, 15).
19. Способ по п. 18, характеризующийся тем, что
вторым напряжением (U1) и третьим напряжением (U2) управляют посредством управляющей схемы, причем управляющая схема включает в себя блок (80) управления, который на основе первого напряжения (U0), заданной возвратной силы (F) и заданного коэффициента (К) жесткости пружины рассчитывает сигналы для управления вторым напряжением (U1) и третьим напряжением (U2).
20. Способ эксплуатации микромеханического компонента (1), содержащего
подложку (11, 15) и
активную структуру (20), которая выполнена с возможностью отклонения относительно подложки (11, 15) по меньшей мере в одном направлении и которая имеет по меньшей мере один первый участок (22) и второй участок (23), причем первый участок (22) и второй участок (23) электропроводны и физически жестко соединены друг с другом вдоль первой оси (X) и электрически изолированы друг от друга посредством изолирующего участка (24),
согласно которому:
прикладывают к первому участку (22) первое напряжение (U0·cos((ω0·t)), причем первое напряжение (U0) представляет собой переменное напряжение, и
прикладывают ко второму участку (23) второе напряжение (U0·sin(ω0·t)), равное первому напряжению (U0*cos(ω0*t)) по величине, однако смещенное по времени.
21. Способ по п. 20, отличающийся тем, что
компонент дополнительно включает в себя:
первый электрод (221), который проходит наружу от первого участка (22) вдоль второй оси (Y) в первом направлении, и второй электрод (222), который проходит наружу от первого участка (22) вдоль второй оси (Y) во втором направлении, причем вторая ось (Y) расположена перпендикулярно первой оси (X), а второе направление противоположно первому направлению,
третий электрод (231), который проходит наружу от второго участка (23) вдоль второй оси (Y) в первом направлении, и четвертый электрод (232), который проходит наружу от второго участка (23) вдоль второй оси (Y) во втором направлении,
первый пятый электрод (411) и второй пятый электрод (412), которые прочно соединены с подложкой (11, 15) и проходят наружу от подложки (11, 15) вдоль второй оси (Y) во втором направлении и расположены между первым электродом (221) и третьим электродом (231),
первый шестой электрод (511) и второй шестой электрод (512), которые прочно соединены с подложкой (11, 15) и проходят наружу от подложки (11, 15) вдоль второй оси (Y) в первом направлении и расположены между вторым электродом (222) и четвертым электродом (232),
седьмой электрод (52) и восьмой электрод (53), которые прочно соединены с подложкой (11, 15) и проходят наружу от подложки (11, 15) вдоль второй оси (Y) в первом направлении и расположены таким образом, что второй электрод (222) находится между первым шестым электродом (511) и седьмым электродом (52), а четвертый электрод (232) находится между вторым шестым электродом (512) и восьмым электродом (53), и
девятый электрод (42) и десятый электрод (43), которые прочно соединены с подложкой (11, 15) и проходят наружу от подложки (11, 15) вдоль второй оси (Y) во втором направлении и расположены таким образом, что первый электрод (221) находится между первым пятым электродом (411) и девятым электродом (42), а третий электрод (231) находится между вторым пятым электродом (412) и десятым электродом (43);
к седьмому электроду (52) прикладывают третье напряжение (UR), причем третье напряжение (UR) представляет собой постоянное напряжение;
к первому шестому электроду (511) прикладывают отрицательное третье напряжение (-UR);
ко второму шестому электроду (512) прикладывают четвертое напряжение (UI), причем четвертое напряжение (UI) представляет собой постоянное напряжение; и
к восьмому электроду (53) прикладывают отрицательное четвертое напряжение (-UI).
22. Способ по п. 21, отличающийся тем, что
первый пятый электрод (411) и девятый электрод (42) соединены с первым блоком (71) обработки сигнала и
второй пятый электрод (412) и десятый электрод (43) соединены со вторым блоком (72) обработки сигнала,
причем в первом блоке (71) обработки сигнала и во втором блоке (72) обработки сигнала определяют разность (ΔQ) соответствующих им зарядов, которая является мерой отклонения активной структуры (20).
23. Способ эксплуатации микромеханического компонента (1),
содержащего подложку (11, 15) и
активную структуру (20), которая выполнена с возможностью отклонения относительно подложки (11, 15) по меньшей мере в одном направлении и которая имеет один первый участок (22), второй участок (23), третий участок (250) и четвертый участок (260), причем первый участок (22), второй участок (23), третий участок (250) и четвертый участок (260) электропроводны и физически жестко соединены друг с другом вдоль первой оси (X) и электрически изолированы друг от друга посредством изолирующих участков (24а, 24b, 24с),
согласно которому:
прикладывают к первому участку (22) первое напряжение (U0·cos(ω0·t)), причем первое напряжение (U0) представляет собой переменное напряжение,
прикладывают ко второму участку (23) отрицательное первое напряжение (-U0·cos(ω0t)),
прикладывают к третьему участку (250) второе напряжение (U0·sin(ω0t)), равное первому напряжению (U0·cos(ω0t)) по величине, однако смещенное по времени, и
прикладывают к четвертому участку (260) отрицательное второе напряжение (-U0·sin(ω0t)).
24. Способ по п. 23, отличающийся тем, что
компонент дополнительно включает в себя:
первый электрод (221), который проходит наружу от первого участка (22) вдоль второй оси (Y) в первом направлении, и второй электрод (222), который проходит наружу от первого участка (22) вдоль второй оси (Y) во втором направлении, причем вторая ось (Y) расположена перпендикулярно первой оси (X), а второе направление противоположно первому направлению,
третий электрод (231), который проходит наружу от второго участка (23) вдоль второй оси (Y) в первом направлении, и четвертый электрод (232), который проходит наружу от второго участка (23) вдоль второй оси (Y) во втором направлении,
пятый электрод (251), который проходит наружу от третьего участка (250) вдоль второй оси (Y) в первом направлении, и шестой электрод (252), который проходит наружу от третьего участка (250) вдоль второй оси (Y) во втором направлении,
седьмой электрод (261), который проходит наружу от четвертого участка (260) вдоль второй оси (Y) в первом направлении, и восьмой электрод (262), который проходит наружу от четвертого участка (260) вдоль второй оси (Y) во втором направлении,
девятый электрод (44), прочно соединенный с подложкой (11, 15) и проходящий наружу от подложки (11, 15) вдоль второй оси (Y) во втором направлении и расположенный между первым электродом (221) и третьим электродом (231),
десятый электрод (45), прочно соединенный с подложкой (11, 15) и проходящий наружу от подложки (11, 15) вдоль второй оси (Y) во втором направлении и расположенный между пятым электродом (251) и седьмым электродом (261),
способ для определения первого заряда (QR), создаваемого на девятом электроде (44), и второго заряда (QI), создаваемого на десятом электроде (45).
25. Способ по п. 24, характеризующийся тем, что
первый заряд (QR) определяют посредством первого усилителя (60а) заряда, и
второй заряд (QI) определяют посредством второго усилителя (60b) заряда.
26. Способ по п. 24 или 25, отличающийся тем, что
компонент дополнительно включает в себя:
одиннадцатый электрод (54), прочно соединенный с подложкой (11, 15) и проходящий наружу от подложки (11, 15) вдоль второй оси (Y) в первом направлении и расположенный между вторым электродом (222) и четвертым электродом (232), и
двенадцатый электрод (55), прочно соединенный с подложкой (11, 15) и проходящий наружу от подложки (11, 15) вдоль второй оси (Y) в первом направлении и расположенный между шестым электродом (252) и восьмым электродом (262);
к одиннадцатому электроду (54) прикладывают третье напряжение (UR), причем третье напряжение (UR) представляет собой постоянное напряжение, и
к двенадцатому электроду (55) прикладывают четвертое напряжение (UI), причем четвертое напряжение (UI) представляет собой постоянное напряжение.
Наверх