具有通過繞兩個旋轉軸的壓電致動傾斜的結構的微機電設備的制作方法
具有通過繞兩個旋轉軸的壓電致動傾斜的結構的微機電設備
1.優先權聲明
2.本技術要求于2020年9月29日提交的意大利專利申請第102020000022978號的優先權，其內容在法律允許的最大范圍內通過引用全部并入本文。
技術領域
3.本公開涉及一種具有可通過圍繞兩個旋轉軸的壓電致動而傾斜的結構的微機電設備(采用mems-微機電系統-技術制造)。
背景技術：
4.下文將參考微機電反射鏡設備，其中可傾斜結構在其頂表面上承載反射或反射鏡表面，但這并不意味著失去一般性。
5.以已知方式，在便攜式裝置(例如，智能手機或平板電腦)中使用微機電反射鏡設備，特別是向量掃描儀類型(所謂的mems向量掃描儀)，用于以一定距離投影圖像，以及在三維(3d)傳感應用中使用，用于增加視野(fov)和投影分辨率或者用于創建期望圖案。由于尺寸減小，這些設備能夠滿足有關空間占用(面積和厚度方便)的嚴格要求。
6.這些微機電反射鏡設備通常包括反射鏡結構，該反射鏡結構從半導體材料的本體開始制造，并且在腔體上方被彈性支撐以便可移動(例如，利用傾斜或旋轉離開主延伸的相應平面的移動)，用于以期望方式引導入射光束。
7.通常，期望入射光束沿兩個軸偏轉，這可以通過雙軸類型的單個微機電反射鏡設備來獲得，即，反射鏡結構可圍繞兩個旋轉軸傾斜。
8.圖1a示意性示出了向量掃描儀類型的反射鏡結構1，其以一定距離將入射圖像(或點圖案)2朝向屏幕4投影。
9.反射鏡結構1可以被驅動，以便分別圍繞由a1和a2指定的第一旋轉軸和第二旋轉軸進行旋轉，特別是根據上述旋轉假設四個不同的準靜態位置，以便將入射光束2引導到屏幕4上的投影區域5。有利地，所述投影區域5比由入射光束2限定的區域大四倍，因此與前述入射光束2的特性相比，所提供的投影分辨率高四倍，并且視野也大四倍。
10.圖1b示出了反射鏡結構1的進一步使用，在這種情況下，反射鏡結構1用于通過反射由激光源6生成的入射光束7在屏幕上生成4個簡單圖案8，例如，本例中示出的箭頭、指示、帶有少量字母的文字等。在這種情況下，可以通過執行準靜態線性移動來再次驅動反射鏡結構1圍繞第一和第二旋轉軸a1和a2旋轉，以便在屏幕4上生成期望圖案8。
11.大多數已知的微機電反射鏡設備設想靜電或電磁類型的致動來實施反射鏡結構的旋轉。靜電致動系統通常使用高操作電壓，而電磁致動系統通常需要高功耗。
12.因此，已經提出了基于壓電致動的方法，特別是通過由pzt(鋯鈦酸鉛)制造的致動器，而且基于通過壓阻(pzr)傳感器元件檢測反射鏡結構的移動程度。壓電致動反射鏡設備通常具有使用致動電壓和功耗水平低于靜電或電磁致動設備的優點。
13.例如，美國專利申請公開第2020/0192199號(對應于歐洲專利第3,666,727a1號)
公開了一種微機電結構，其設置有可通過具有改進的機械和電氣特性的壓電致動傾斜的結構，該申請的內容通過引用并入本文。
14.上述微機電結構包括：固定結構，限定腔體；可傾斜結構，彈性地懸置在腔體中，并且在水平面中具有主延伸部；壓電驅動的致動結構，可被偏置以引起可傾斜結構至少圍繞與水平面的第一水平軸平行的第一旋轉軸旋轉，致動結構介于可傾斜結構和固定結構之間。具體地，致動結構包括至少第一對驅動臂，它們承載相應的壓電材料區域并且通過相應的彈性解耦元件在第一旋轉軸的相對側彈性地耦合到可傾斜結構，其中彈性解耦元件對于離開水平面的移動是剛性的并且順從圍繞第一旋轉軸的扭轉。
15.前述微機電反射鏡結構被配置為利用共振移動圍繞第一水平軸旋轉，以便生成快速水平掃描；如參考文件中所述，可傾斜結構還可利用線性或準靜態移動(即，以遠低于共振移動頻率的頻率)圍繞第二水平軸驅動，以便生成緩慢垂直掃描(例如，鋸齒型)。
16.盡管上述文件中描述的結構具有若干有利特征，但其設計并非用于向量掃描儀類型的微機電鏡設備(所謂的mems向量掃描儀)，如前所述，反射鏡結構是可傾斜的，以便假設四個不同的準靜態位置。
17.本領域需要提供一種壓電型致動的微機電設備，其將允許克服上述現有技術的缺點。
技術實現要素：
18.本文公開了一種微機電設備，包括：固定結構，具有限定腔體的框架；可傾斜結構，彈性地懸置于腔體上方，并且在水平面中具有主延伸部；壓電驅動的致動結構，被配置為偏置以使可傾斜結構在水平面中圍繞第一旋轉軸和第二旋轉軸進行期望旋轉；支撐結構，與固定結構集成，并且從框架延伸到腔體中；以及杠桿元件，通過相應的彈性懸置元件在第一端處彈性地耦合到可傾斜結構，并且通過限定杠桿旋轉軸的彈性連接元件在第二端處耦合到支撐結構。杠桿元件被彈性地耦合到壓電驅動的致動結構，使得壓電驅動的致動結構的偏置由于杠桿元件圍繞杠桿旋轉軸的旋轉而引起可傾斜結構圍繞第一旋轉軸和第二旋轉軸的期望旋轉。
19.對于每個杠桿元件，壓電驅動的致動結構可包括：第一對驅動臂，通過第一彈性驅動元件彈性地耦合到杠桿元件；以及第二對驅動臂，通過第二彈性驅動元件，相對于第一彈性驅動元件在杠桿旋轉軸的相對側彈性地耦合到杠桿元件。
20.相對于沿著與水平面正交的垂直軸離開水平面的移動，第一和第二彈性驅動元件可以是剛性的，并且順從于扭轉。
21.第一和第二對驅動臂可以懸臂方式懸置于腔體上方，第一端與支撐結構集成耦合，并且第二端彈性地耦合到杠桿元件。驅動臂可在其與腔體相對的頂表面上承載相應的壓電材料區域。
22.支撐結構可包括：第一臂，從框架朝向可傾斜結構延伸；以及第二臂，具有通過相應的彈性連接元件彈性地耦合到相應的杠桿元件的第一端，并且具有與相應的一個第一臂集成的第二端；其中，第一對驅動臂的驅動臂在第二臂和框架之間被布置在第二臂的外部，并且第二對驅動臂的驅動臂在第二臂和對應的杠桿元件之間被布置在第二臂的內部。
23.微機電設備可具有相對于中心的中心對稱性；其中，第一旋轉軸是第一對稱軸，并
且第二旋轉軸是第二對稱軸，微機電設備由此相對于中心被劃分為四個象限。
24.給定象限中的第一對驅動臂的驅動臂可以與相對于中心對稱布置的象限中的第二對驅動臂的驅動臂相對應的方式偏置，并且給定象限中的第二對驅動臂的驅動臂可以與相對于中心對稱布置的象限中的第一對驅動臂的驅動臂相對應的方式偏置。第一對和第二對驅動臂的驅動臂可限定四組驅動電極，這些驅動電極被設計為偏置，以共同限定可傾斜結構圍繞第一和第二旋轉軸的期望旋轉。
25.四組驅動電極可被設計為偏置以限定可傾斜結構的四個不同的旋轉和四個對應的準靜態驅動位置。
26.可傾斜結構可在其頂部承載反射鏡表面，微機電設備提供二維向量掃描儀反射鏡設備。
27.每個象限中的第一對驅動臂的驅動臂可以對應方式偏置，并且每個象限中的第二對驅動臂的驅動臂可以相應的對應方式偏置。第一對和第二對驅動臂的驅動臂可被設計為偏置，以限定可傾斜結構沿著與水平面正交的垂直軸的線性移動。
28.微機電設備可以為揚聲器設備提供致動器。
29.對于沿著與水平面正交的垂直軸離開水平面的移動，彈性懸置元件可以是剛性的，并且可進一步配置為在可傾斜結構和杠桿元件之間能夠相對旋轉。
30.每個彈性懸置元件可包括連接到可傾斜結構的邊緣部分的第一折疊部分以及連接在第一部分與相應杠桿元件的第一端之間的第二扭轉部分。
31.可傾斜結構可通過具有沿與水平面正交的垂直軸的延伸部的連接柱被耦合到基礎部分，基礎部分形成在與壓電驅動的致動結構和支撐結構相同的水平處。
32.第一和第二旋轉軸可平行于第一和第二水平軸。
33.第一和第二旋轉軸可相對于第一和第二水平軸傾斜45
°
。
34.彈性連接元件可以是扭轉彈性連接元件。
附圖說明
35.為了更好地理解，現在僅通過非限制性示例參考附圖描述實施例，其中：
36.圖1a-圖1b是已知類型的反射鏡系統的可能使用的示意圖；
37.圖2是根據本文所述第一實施例的微機電設備的俯視圖；
38.圖3是圖2的微機電設備在對應可傾斜結構發生旋轉移動的情況下的俯視立體圖；
39.圖4是執行旋轉移動的圖3的微機電設備的一部分的示意性截面圖；
40.圖5是從soi(絕緣體上硅)晶圓開始的圖2的微機電設備的可能實施的示意性截面圖；
41.圖6是微機電設備的不同實施例的截面圖；
42.圖7是使用本微機電設備的電子裝置的總體框圖；
43.圖8是在對應可傾斜結構的垂直平移情況下的圖2的微機電設備的示意圖；
44.圖9是根據另一實施例的微機電設備的俯視圖；以及
45.圖10是圖9的微機電設備在對應可傾斜結構旋轉移動情況下的立體俯視圖。
具體實施方式
46.圖2是根據第一實施例的mems(微機電系統)設備10的示意圖，特別是向量掃描儀類型的反射鏡設備。
47.微機電設備10形成在半導體材料(尤其是硅)的管芯中，并且設置有可傾斜結構12。該可傾斜結構在水平面xy中具有主延伸部，并且可被驅動以圍繞第一旋轉軸a1和第二旋轉軸a2旋轉，其中第一旋轉軸a1平行于前述水平面xy的第一水平軸x，第二旋轉軸a2平行于水平面xy的第二水平軸y并且與第一水平軸x一起限定前述水平面xy(在所示實施例中，管芯的側面還平行于水平軸x、y)。
48.如下文將要討論的，可傾斜結構12還可以被驅動，以便沿著與水平面xy正交的垂直軸z移動。
49.第一旋轉軸a1表示微機電設備10的第一對稱中軸；并且第二旋轉軸a2表示同一微機電設備10的第二對稱中軸，其也具有相對于中心o(還表示前述可傾斜結構12的中心)的中心對稱性。
50.基本上，微機電設備10可相對于上述中心o劃分為四個象限，它們具有相同的布置和配置。
51.可傾斜結構12懸置在管芯中獲得的腔體13上方，并且在所示實施例中，在水平面xy中具有基本為圓形的形狀。可傾斜結構12在頂部處承載反射面12'，以便限定反射鏡結構。
52.可傾斜結構12彈性地耦合到形成在同一管芯中的固定結構14。具體地，固定結構14在水平面xy中限定框架14'(在該示例中具有基本為正方形的形狀)，其界定并包圍前述腔體13，并進一步包括從同一框架14'開始在腔體13內延伸的支撐結構15(下文將更詳細地描述)。
53.可傾斜結構12彈性地支撐在腔體13上方，并在每個象限中連接到相應的杠桿元件16。在所示實施例中，杠桿元件16沿對角線方向延伸，相對于第一和第二水平軸x、y傾斜45
°
，在其第一端處從可傾斜結構12的邊緣部分開始，朝向其第二端處的框架14'的頂點部分。在所示實施例中，杠桿元件16在水平面xy中具有基本上為矩形的形狀，沿上述對角線方向拉長。
54.具體地，可傾斜結構12通過相應的彈性懸置元件18在杠桿元件的第一端處彈性地耦合到每個杠桿元件16，彈性懸置元件對于離開水平面xy(沿正交軸z，橫向于所述水平面xy)的移動具有高剛度并且進一步被配置為能夠在同一可傾斜結構12和杠桿元件16之間進行相對旋轉。
55.具體地，每個彈性懸置元件18包括：折疊型的第一部分18a，連接到可傾斜結構12的上述邊緣部分；以及扭轉型的第二部分18b，由沿對角線方向布置的直線元件形成，并連接在第一部分18a和杠桿元件16的第一端之間。
56.每個杠桿元件16在其第二端處進一步彈性地耦合到上述支撐結構15，尤其是通過扭轉型的相應彈性連接元件20，其中，在杠桿元件16的相對兩側，彈性連接元件20具有基本上橫向于上述對角線方向的直線延伸部，以為杠桿元件16限定杠桿旋轉軸l。
57.如下文將要討論的，杠桿元件16被配置為繞杠桿旋轉軸l旋轉，使其第一端(耦合到可傾斜結構12)沿著垂直軸z向上移動(因此其第二端向下移動)或向下移動(因此其第二
端向上移動)。以對應的方式，可傾斜結構12在其耦合到杠桿旋轉元件16的上述第一端的邊緣部分處向上或向下移動。
58.更詳細地，上述支撐結構15包括：中心臂15a，在所述實施例中，沿著第一旋轉軸a1或第二旋轉軸a2，從框架14'開始朝向可傾斜結構12延伸，在相對于腔體13的中心處，終止于與同一可傾斜結構12相距一定距離處；以及連接臂15b，第一端通過相應的彈性連接元件20彈性地耦合到相應的杠桿元件16，第二端相對于相應的中心臂15a固定，在對應的第一旋轉軸a1或第二旋轉軸a2處連接到相應的中心臂15a。
59.因此，在微機電(mems)設備10的每個象限中，存在兩個連接臂15b，它們相對于對應的杠桿元件16在相對側朝向相應的中心臂15a延伸，中心臂15a分別沿第一和第二旋轉軸a1、a2延伸。
60.微機電設備10還包括致動結構22，其彈性地耦合到杠桿元件16并且被配置為引起可傾斜結構12的移動，尤其是使其圍繞第一旋轉軸a1或第二旋轉軸a2旋轉(或者如下文將要討論的，沿垂直軸z的位移)。
61.在可以劃分微機電設備10的每個象限中，致動結構22包括：第一對驅動臂22a，在相同的連接臂15b和框架14'之間(通過上述腔體13的部分隔開)布置在連接臂15b的外部；以及第二對驅動臂22b，在相同的連接臂15b和對應的杠桿元件16之間(通過上述腔體13的又一部分隔開)布置在連接臂15b的內部。在所示實施例中，驅動臂22a、22b在水平面xy中具有一般梯形(或鰭)的形狀。
62.每個驅動臂22a、22b以懸臂方式懸置在腔體13上方，并在其頂表面(與同一腔體13相對)承載相應的壓電材料區域23(尤其是pzt-鋯鈦酸鉛)，壓電材料區域在水平面xy中具有與驅動臂22a、22b基本相同的延伸部(例如，為了簡單在圖中沒有突出顯示，壓電材料區域23每側的尺寸可比下方的驅動臂22a、22b小約30μm)。
63.在一種可能的實施方式中，驅動臂22a、22b被成形為使得由于相應壓電材料區域23的偏置而提供基本相同的壓電致動區域。
64.每個驅動臂22a、22b具有固定地耦合到對應連接臂15b的相應第一端(因此，相對于框架14'固定)以及彈性地耦合到對應杠桿元件16的相應第二端。
65.具體地，第一對的驅動臂22a在其第二端處(靠近框架14')通過第一彈性驅動元件24彈性地耦合到對應的杠桿元件16，其中第一彈性驅動元件24在相同的彈性連接元件20和框架14'之間延伸到彈性連接元件20的外部；并且第二對的驅動臂22b通過第二彈性驅動元件25彈性地耦合到對應的杠桿元件16，其中第二彈性驅動元件25在相同的彈性連接元件20和可傾斜結構12之間延伸到彈性連接元件20的內部。
66.因此，第一和第二彈性驅動元件24、25相對于杠桿旋轉軸l在彈性連接元件20的相對側延伸，并且均由相應的折疊彈性元件形成，對于離開水平面xy(沿正交軸z)的移動具有高剛度并且順從扭轉(橫向于相應杠桿元件16，圍繞平行于其延伸方向的旋轉軸)。
67.在操作期間，如另一方面將要從圖2所明白的，由第一對驅動臂22a承載的壓電材料區域23的偏置(例如，具有正壓差δv)引起彈性地耦合到對應杠桿元件16的相應第二端的向上位移(沿著垂直軸z)；該位移由第一彈性驅動元件24傳遞，由此引起杠桿元件16的第二端的向上位移以及同一杠桿元件16圍繞杠桿旋轉軸l的旋轉，導致第一端的對應向下位移，由此導致可傾斜結構12的耦合邊緣部分的向下位移。
68.杠桿元件16的這種旋轉不受第二彈性驅動元件25阻礙而是被使能，而是隨著第二對驅動臂22b承載的壓電材料區域23的零偏置(例如，零壓差δv)而發生。
69.類似地，由第二對驅動臂22b承載的壓電材料區域23的偏置(例如，再次具有正壓差δv)引起彈性耦合到對應杠桿元件16的相應第二端的向上位移(沿垂直軸z)；該位移由第二彈性驅動元件25傳遞，由此引起杠桿元件16的第一端的向上位移以及同一杠桿元件16圍繞杠桿旋轉軸l的旋轉，導致第二端的對應向上位移，由此導致可傾斜結構12的耦合邊緣部分的向上位移。
70.在這種情況下，杠桿元件16的上述旋轉不受第一彈性驅動元件24的阻礙而是被使能，并且例如利用被第一對驅動臂22a承載的壓電材料區域23的零偏置(例如，零電壓差δv)發生。
71.在一個可能的實施例中，劃分微機電設備20的給定象限之一中的第一對驅動臂22a的壓電材料區域23電連接到(以未圖示的方式，通過適當的電連接元件)相對于中心o對稱布置的微機電設備10象限中的第二對驅動臂22b的壓電材料區域23。類似地，劃分微機電設備10的給定象限之一中的第二對驅動臂22b的壓電材料區域23電連接到相對于中心o對稱布置的微機電設備10象限中的第一對驅動臂22a的壓電材料區域23。
72.通過上述電連接，獲得四組驅動電極，它們在圖2中示意性地以不同的灰陰影從最暗到最亮表示為：set1、set2、set3和set4。上述驅動電極組的偏置允許獲得可傾斜結構12圍繞第一和第二旋轉軸a1、a2的期望旋轉；在可能的非限制性實施方式中，可以獲取可傾斜結構12的四種不同旋轉以及四個對應的準靜態驅動位置。
73.詳細地：將電壓差δv(例如，正極)施加到組set2和set3的驅動電極，組set1和set4的驅動電極的零偏置引起圍繞旋轉軸a1的負旋轉；將電壓差δv施加到組set1和set4的驅動電極，組set2和set3的驅動電極的零偏置引起圍繞同一旋轉軸a1的正旋轉；將電壓差δv(例如，再次為正極)施加到組set1和set3的驅動電極，組set2和set4的驅動電極的零偏置引起圍繞旋轉軸a2的負旋轉；將電壓差δv施加到組set2和set4的驅動電極，組set1和set3的驅動電極的零偏置引起圍繞同一旋轉軸a2的正旋轉。
74.作為示例，圖3示出了可傾斜結構12的后一個位置，該位置圍繞旋轉軸a2進行正旋轉，并且還示出了在相同方向上涉及的各種彈性元件的變形，如前面詳細描述的。
75.如前所述，在不同的實施方式中，四組驅動電極的偏置可以使得可傾斜結構12在其移動范圍內處于期望的位置。
76.通過示例，圖4示意性示出了微機電設備10沿圖3的截面iv-iv圍繞旋轉軸a2正旋轉的位移。在圖4中，f表示由于壓電效應而產生的驅動力，壓電效應作用于杠桿元件16與相應彈性驅動元件24、25的耦合點(實際上，被配置為將垂直軸z方向上的力傳輸至上述杠桿元件16)，引起杠桿元件16圍繞杠桿旋轉軸l的移動；并且θ表示可傾斜結構12相對于垂直軸z的后續旋轉角度。
77.如前述圖2示意性所示，微機電設備10還包括一個或多個壓阻(pzr)傳感器29，其被適當布置以提供與可傾斜結構12圍繞第一和第二旋轉軸a1、a2的旋轉相關聯的一個或多個檢測信號；這些檢測信號可以作為來自微機電設備10的輸出處的反饋而提供，允許實施適當的閉合控制回路。
78.在連接結構15的一個或多個連接臂15b上獲得(例如，通過摻雜原子的表面擴散)
上述壓阻傳感器29(然而，可以設想壓阻傳感器29的不同布置)。有利地，彈性連接元件20能夠將應力傳遞給連接臂15b，從而傳遞給壓阻傳感器29，從而能夠檢測可傾斜結構12的旋轉。
79.以未詳細描述但顯而易見的方式，可在惠斯通電橋配置中使用兩種壓阻傳感器29布置，用于檢測可傾斜結構12圍繞第一和第二旋轉軸a1、a2的旋轉(以及因此可傾斜結構12的整體旋轉)。
80.備選地，如前述文獻ep 3,666,727 a1中詳細描述的，還可以引入機械放大結構，其被設計為通過適當的杠桿機構嘗試最大化壓阻傳感器29檢測到的應力，從而最大化對應的靈敏度。
81.以未示出的方式，還可以例如通過壓電傳感器提供對可傾斜結構12的旋轉的其他類型的檢測。
82.圖5示出了微機電設備10的簡化截面圖，其中，為了簡單省略了一些元件，并且示意性地示出其他元件。
83.具體地，上述截面圖示出：框架14'在底部耦合到支撐晶圓(所謂的“處理晶圓”)31，該支撐晶圓在腔體13和可傾斜結構12下方具有凹槽32，用于使相同的可傾斜結構12能夠旋轉。
84.在該實施例中，與致動結構22類似，可傾斜結構12在soi晶圓的有源層34中制成，其支撐層35通過介電層36與有源層34分離，并在底部處耦合到上述處理晶圓31。此外，可傾斜結構12在底部處具有與反射面12'相對的表面接觸的加強元件37，其沿垂直軸z具有延伸部。
85.如圖6所示，代替地設想一種可能的變型實施例，其中，可傾斜結構12以堆疊方式形成在相對于致動結構22的更高水平處。特別地，在這種情況下，可傾斜結構12通過沿垂直軸z具有延伸部的連接柱41以堆疊方式耦合到基礎部分40，基礎部分40形成在與致動結構22(通過腔體13與基礎部分40分離)相同的水平。在這種情況下，有利地，獲得由杠桿元件16(此處未示出)實施的杠桿效應的放大，由此以更緊湊和更堅固的解決方案實現可傾斜結構12更大的傾斜角度。
86.在這種情況下，可傾斜結構12形成在半導體材料的不同晶圓中，該晶圓可例如通過制造工藝的前端階段中的晶圓結合而耦合到基礎表面40。
87.從前面的描述可以清楚本公開的優點。
88.在任何情況下，需要強調的是，所描述的實施例提供了強健和高效的微機電反射鏡設備，特別是二維向量掃描儀類型(所謂的mems向量掃描儀)。
89.所述實施例具有高線性、用于反射鏡旋轉的廣角孔徑和緊湊結構。
90.例如，如參考圖7示意性示出的，微機電設備10可有利地用于投影裝置40，投影裝置40被設計成操作性地耦合到便攜式電子裝置41。
91.投影裝置40包括：源42，被設計用于生成圖像43；微機電設備10，用作反射鏡，并被設計用于接收圖像43并將其引導向屏幕45(位于同一投影裝置40外部，并設置為相距一定距離)；第一驅動電路46，被設計用于向源42提供驅動信號，用于生成將被投影的圖像43；第二驅動電路48，被設計用于向微機電設備10的致動結構22提供驅動信號；以及通信接口49，被設計為從例如包括在便攜式電子裝置41中的外部控制單元50接收關于將被投影圖像的
信息，該信息例如為像素陣列的形式，在源42的輸入處發送來用于驅動。
92.最后，明顯地，可以對本文所述和說明的內容進行修改和變更，而不偏離本公開的范圍。
93.具體地，所述實施例和方法還可用于通過改變由第一對和第二對的驅動臂22a、22b承載的壓電材料區域23的偏置組合來為微機電揚聲器設備(所謂的μ揚聲器)提供致動器。
94.在這種情況下，第一對驅動臂22a的壓電材料區域23被電連接在一起，并且第二對驅動臂22b的壓電材料區域23被電連接在一起。
95.參考圖8，通過向第二對驅動電極22b施加相同的電壓差δv(例如，正)，第一對驅動電極22a具有零偏置，獲取沿可傾斜結構12的垂直軸z的向上位移。類似地，通過向第一對驅動電極22a施加相同的電壓差δv，第二對驅動電極22b具有零偏置，獲取沿相同可傾斜結構12的垂直軸z的向下位移。
96.基本上，可傾斜結構12實現活塞式位移，由此可將其用作致動器，例如耦合到適當的可變形膜(以未示出的方式)，用于在微機電揚聲器設備中生成聲波。
97.有利地，這允許獲得可傾斜結構12的垂直移動，具有高線性度以及針對應力和沖擊的優良耐性。
98.此外，明顯地，可以設想關于形成微機電設備10的元件的形狀和布置的變型，例如可傾斜結構12(和對應反射面12')的不同形狀。
99.關于這點，圖9示出了微機電設備10的又一實施例，其與先前所示實施例的不同之處在于，旋轉軸a1和a2相對于第一和第二水平軸x和y(即，固定結構14和對應管芯的框架14'的側面)傾斜45
°
。
100.因此，在這種情況下，杠桿元件16與前述水平軸x和y對齊，而支撐結構15的中心臂15a沿對角線方向(即，在這種情況下，沿前述旋轉軸a1和a2)定向。
101.此外，可傾斜結構12在此在水平面xy中具有基本為正方形的形狀，并且每個彈性懸置元件18的第一部分18a(再次為折疊類型)加倍并連接到可傾斜結構12的相應側的兩個端部。
102.此外，在所示實施例中，第一和第二彈性解耦元件24、25具有線性和非折疊布置，在每種情況下，對于離開水平面xy的移動是剛性的，并且順應于旋轉。
103.在其他方面，微機電設備10的配置和操作與先前針對第一實施例討論的基本上沒有區別。
104.舉例來說，圖10示出了圖9的微機電設備10的可傾斜結構12的旋轉，這種旋轉是圍繞第一旋轉軸a1的正旋轉，并且還表示在相同旋轉中涉及的各種彈性元件的變形。
技術特征：
1.一種微機電設備，包括：固定結構，具有限定腔體的框架；可傾斜結構，彈性地懸置于所述腔體上方，并且在水平面中具有主延伸部；壓電驅動的致動結構，被配置為偏置以使所述可傾斜結構在所述水平面中圍繞第一旋轉軸和第二旋轉軸進行期望旋轉；支撐結構，與所述固定結構集成，并且從所述框架延伸到所述腔體中；以及杠桿元件，通過相應的彈性懸置元件在第一端處彈性地耦合到所述可傾斜結構，并且通過限定杠桿旋轉軸的彈性連接元件在第二端處耦合到所述支撐結構；其中所述杠桿元件被彈性地耦合到所述壓電驅動的致動結構，使得所述壓電驅動的致動結構的偏置由于所述杠桿元件圍繞所述杠桿旋轉軸的旋轉而引起所述可傾斜結構圍繞所述第一旋轉軸和所述第二旋轉軸的所述期望旋轉。2.根據權利要求1所述的微機電設備，其中對于所述杠桿元件中的每個杠桿元件，所述壓電驅動的致動結構包括：第一對驅動臂，通過第一彈性驅動元件彈性地耦合到所述杠桿元件；以及第二對驅動臂，通過第二彈性驅動元件，相對于所述第一彈性驅動元件在所述杠桿旋轉軸的相對側彈性地耦合到所述杠桿元件。3.根據權利要求2所述的微機電設備，其中相對于沿著與所述水平面正交的垂直軸離開所述水平面的移動，所述第一彈性驅動元件和所述第二彈性驅動元件是剛性的，并且順從于扭轉。4.根據權利要求2所述的微機電設備，其中所述第一對驅動臂和所述第二對驅動臂以懸臂方式懸置于所述腔體上方，第一端與所述支撐結構集成耦合，并且第二端彈性地耦合到所述杠桿元件；并且其中所述驅動臂在其與所述腔體相對的頂表面上承載相應的壓電材料區域。5.根據權利要求2所述的微機電設備，其中所述支撐結構包括：第一臂，從所述框架朝向所述可傾斜結構延伸；以及第二臂，具有通過相應的彈性連接元件彈性地耦合到相應的杠桿元件的第一端，并且具有與所述第一臂中相應的一個第一臂集成的第二端；其中所述第一對驅動臂的驅動臂在所述第二臂和所述框架之間被布置在所述第二臂的外部，并且其中所述第二對驅動臂的驅動臂在所述第二臂和對應的杠桿元件之間被布置在所述第二臂的內部。6.根據權利要求2所述的微機電設備，其中所述微機電設備具有相對于中心的中心對稱性；并且其中所述第一旋轉軸是第一對稱軸，并且所述第二旋轉軸是第二對稱軸，所述微機電設備由此相對于所述中心被劃分為四個象限。7.根據權利要求6所述的微機電設備，其中給定象限中的所述第一對驅動臂的驅動臂以與相對于所述中心對稱布置的象限中的所述第二對驅動臂的驅動臂相對應的方式偏置，并且所述給定象限中的所述第二對驅動臂的驅動臂以與相對于所述中心對稱布置的象限中的所述第一對驅動臂的驅動臂相對應的方式偏置；并且其中所述第一對驅動臂和所述第二對驅動臂的驅動臂限定四組驅動電極，這些驅動電極被設計為偏置以共同限定所述可傾斜結構圍繞所述第一旋轉軸和所述第二旋轉軸的期望旋轉。
8.根據權利要求7所述的微機電設備，其中所述四組驅動電極被設計為偏置以限定所述可傾斜結構的四個不同的旋轉和四個對應的準靜態驅動位置。9.根據權利要求7所述的微機電設備，其中所述可傾斜結構在頂部承載反射鏡表面，所述微機電設備提供二維向量掃描儀反射鏡設備。10.根據權利要求6所述的微機電設備，其中每個象限中的所述第一對驅動臂的驅動臂以對應方式偏置，并且每個象限中的所述第二對驅動臂的驅動臂以相應的對應方式偏置；并且其中所述第一對驅動臂和所述第二對驅動臂的驅動臂被設計為偏置，以限定所述可傾斜結構沿著與所述水平面正交的垂直軸的線性移動。11.根據權利要求10所述的微機電設備，其中所述微機電設備為揚聲器設備提供致動器。12.根據權利要求1所述的微機電設備，其中對于沿著與所述水平面正交的垂直軸離開所述水平面的移動，所述彈性懸置元件是剛性的，并且被進一步配置為在所述可傾斜結構和所述杠桿元件之間能夠相對旋轉。13.根據權利要求12所述的微機電設備，其中每個所述彈性懸置元件包括連接到所述可傾斜結構的邊緣部分的第一折疊部分以及連接在所述第一部分與相應杠桿元件的第一端之間的第二扭轉部分。14.根據權利要求1所述的微機電設備，其中所述可傾斜結構通過連接柱被耦合到基礎部分，所述基礎部分形成在與所述壓電驅動的致動結構和所述支撐結構相同的水平處，所述連接柱具有沿與所述水平面正交的垂直軸的延伸部。15.根據權利要求1所述的微機電設備，其中所述第一旋轉軸和所述第二旋轉軸平行于所述第一水平軸和所述第二水平軸。16.根據權利要求1所述的微機電設備，其中所述第一旋轉軸和所述第二旋轉軸相對于所述第一水平軸和所述第二水平軸傾斜45
°
。17.根據權利要求1所述的微機電設備，其中所述彈性連接元件包括扭轉彈性連接元件。18.一種微機電設備，包括：固定結構，具有限定腔體的框架；可傾斜結構，彈性地懸置于所述腔體上方；壓電驅動的致動結構，被配置為偏置以引起所述可傾斜結構的期望旋轉；支撐結構，與所述固定結構集成，并且從所述框架延伸到所述腔體中；以及杠桿元件，通過相應的彈性懸置元件在第一端處彈性地耦合到所述可傾斜結構，并且通過彈性連接元件在第二端處耦合到所述支撐結構；其中所述杠桿元件彈性地耦合到所述壓電驅動的致動結構。19.根據權利要求18所述的微機電設備，其中對于所述杠桿元件中的每個杠桿元件，所述壓電驅動的致動結構包括：第一對驅動臂，通過第一彈性驅動元件彈性地耦合到所述杠桿元件；以及第二對驅動臂，通過第二彈性驅動元件，在相對側彈性地耦合到所述杠桿元件。20.根據權利要求19所述的微機電設備，其中相對于離開所述水平面的移動，所述第一彈性驅動元件和所述第二彈性驅動元件是剛性的，并且順從于扭轉。
21.根據權利要求19所述的微機電設備，其中所述第一對驅動臂和所述第二對驅動臂以懸臂方式懸置于所述腔體上方，第一端與所述支撐結構集成耦合，并且第二端彈性地耦合到所述杠桿元件。22.根據權利要求21所述的微機電設備，其中所述驅動臂在其與所述腔體相對的頂表面上承載相應的壓電材料區域。
技術總結
本公開涉及具有可通過圍繞兩個旋轉軸的壓電致動傾斜的結構的微機電設備。例如，一種微機電設備，包括：固定結構，具有限定腔體的框架；可傾斜結構，彈性地懸置于腔體上方，并且在水平面中具有主延伸部；壓電驅動的致動結構，可被偏置以使可傾斜結構圍繞第一和第二旋轉軸進行期望旋轉；以及支撐結構，與固定結構集成，并且從框架延伸到腔體中。杠桿元件通過彈性懸置元件在第一端處彈性地耦合到可傾斜結構，并且通過限定杠桿旋轉軸的彈性連接元件在第二端處耦合到支撐結構。杠桿元件被彈性地耦合到致動結構，使得它們的偏置引起可傾斜結構圍繞第一和第二旋轉軸的期望旋轉。圍繞第一和第二旋轉軸的期望旋轉。圍繞第一和第二旋轉軸的期望旋轉。
