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Die Erfindung betrifft ein mikromechanisches Bauteil. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil.
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Stand der Technik
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In der
DE 10 2008 001 896 A1 sind ein mikromechanisches Bauteil und ein Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil beschrieben. Eine Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils umfasst einen Zentralrahmen, auf welchem ein inneres Spulensystem angeordnet ist. Der Zentralrahmen umrahmt eine Biegeplatte, welche über zwei Torsionsfedern mit dem Zentralrahmen verbunden ist. Außerdem ist der Zentralrahmen über zwei weitere Torsionsfedern an einem den Zentralrahmen umrahmenden inneren Rahmen angebunden. Der Zentralrahmen soll mittels einer Wechselwirkung eines durch das innere Spulensystem geleiteten Stroms und eines Magnetfelds so anregbar sein, dass die Biegeplatte in eine Drehbewegung um eine den Zentralrahmen mittig schneidende Drehachse versetzbar ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung schafft ein mikromechanisches Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 15.
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Vorteile der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung ermöglicht ein Schwingsystem, bei welchem der Antriebskörper und das Stellelement zwei Massen bilden, welche mittels eines Bestromens der mindestens einen Spuleneinrichtung in einem äußeren Magnetfeld in unterschiedliche Bewegungen versetzbar sind. Dies bietet den Vorteil, dass das Stellelement-Schwingsystem und das Antriebskörper-Schwingsystem separat optimierbar sind. Insbesondere ist eine Trägheit des Stellelement-Schwingsystems kleiner als eine herkömmliche Trägheit eines Gesamtschwingsystems aus einem Antriebskörper und einem unverstellbar zu dem Antriebskörper angebunden Stellelement. Wie nachfolgend genauer beschrieben wird, kann diese vorteilhafte geringere Trägheit des Stellelement-Schwingsystems dazu genutzt werden, seine Eigenfrequenzen zu optimieren. Dies kann zu einem geringeren mechanischen Stress führen, wodurch ein unerwünschtes Verformen des Stellelements und/oder des Antriebskörpers während der Auslenkbewegung des Stellelements unterbindbar ist.
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Insbesondere gewährleistet die vorliegende Erfindung eine vorteilhafte Anordnung/Ausrichtung des Antriebskörpers bezüglich des Stellelements. Da der Schwerpunkt des Antriebskörpers außerhalb der Drehachse liegt, um welche das Stellelement in eine Drehbewegung versetzbar ist, greift die durch das Bestromen der mindestens einen Spuleneinrichtung auslösbare Lorenzkraft in einem größeren Abstand zu der Drehachse an, und bewirkt somit ein höheres Drehmoment. Somit kann die Wirkung der erzeugten Lorenzkraft vorteilhaft gesteigert werden.
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Vorzugsweise sind der Antriebskörper und das Stellelement über das mindestens eine Verbindungselement so zueinander angeordnet, dass der Antriebskörper asymmetrisch zu der Drehachse ausgerichtet ist. Man kann dies auch als eine bezüglich der Drehachse exzentrische Massenverteilung des Antriebskörpers umschreiben. Auf diese Weise kann eine Wirkung der mittels des Bestromens der mindestens einen Spuleneinrichtung bewirkten Lorenzkraft gesteigert werden.
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Das Stellelement kann ein Spiegel und/oder ein Filter sein. Somit kann das mikromechanische Bauteil vorteilhaft für eine Vielzahl von optischen Anwendungen eingesetzt werden.
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Bevorzugter Weise verläuft die Drehachse mittig durch das Stellelement. Dies gewährleistet eine vorteilhafte geringe Trägheit des Stellelement-Schwingsystems, wodurch eine Eigenfrequenz zwischen 10 kHz bis 50 kHz erreichbar ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die mindestens eine Feder eine S-förmig verbiegbare Biegefeder. Wie unten genauer ausgeführt wird, ist bei einer derartigen Ausbildung der mindestens einen Antriebsfeder eine vorteilhaft hohe Eigenfrequenz des Stellelement-Schwingsystems gewährleistet.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst die mindestens eine Feder mindestens eine leitungslose Antriebsfeder und mindestens eine zuleitungs-tragende Zuleitungsfeder. Durch die Anbindung des Antriebskörpers an die Halterung mittels der mindestens einen leitungslosen Antriebsfeder und der mindestens einen zuleitungs-tragende Zuleitungsfeder können die verschiedenen Federn hinsichtlich ihres Verwendungszwecks unabhängig voneinander optimiert werden.
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Vorzugsweise weist die mindestens eine Zuleitungsfeder eine Zuleitungsfederkonstante auf, welche kleiner als eine Antriebsfederkonstante der mindestens einen Antriebsfeder ist. Dies ist vorteilhaft, da die Antriebsfeder leitungslos ausgebildet ist und damit ein in der mindestens einen Antriebsfeder auftretender hoher mechanischer Stress zu keiner Leitungsbeschädigung führen kann. Gleichzeitig kann mittels einer vergleichsweise großen Antriebsfederkonstante eine Gesamt-Federkonstante des Federsystems zum Anbinden des Antriebskörpers an die Halterung gesteigert werden. Mittels der gesteigerten Gesamt-Federkonstante kann die Eigenfrequenz des Antriebskörper-Schwingsystems ebenfalls in einem Bereich zwischen 10 kHz bis 50 kHz festgelegt werden.
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Beispielsweise kann die Zuleitungsfederkonstante kleiner als ein Drittel der Antriebsfederkonstante sein. Somit ist der während einer Bewegung des Antriebskörpers in Bezug zu der Halterung in der mindestens einen Zuleitungsfeder auftretende mechanische Stress vergleichsweise klein und kann kaum zu einer Beschädigung der darüber geführten Leitungskomponente beitragen. Auf diese Weise ist eine vorteilhaft lange Funktionsfähigkeit der mindestens einen über die mindestens eine Zuleitungsfeder geführten Leitungskomponente gewährleistbar.
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Außerdem kann die mindestens eine Zuleitungsfeder aus einer ersten Schicht mit einer ersten Schichtdicke herausstrukturiert sein, und die mindestens eine Antriebsfeder kann aus einer zweiten Schicht mit einer zweiten Schichtdicke größer als der ersten Schichtdicke herausstrukturiert sein. Dies gewährleistet das vorteilhafte Verhältnis zwischen der Zuleitungsfederkonstante und der demgegenüber signifikant gesteigerten Antriebsfederkonstante.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die mindestens eine Zuleitungsfeder mäanderförmig und/oder spiralförmig ausgebildet. Durch die mäanderförmige und/oder spiralförmige Ausbildung der mindestens einen Zuleitungsfeder kann deren Länge gesteigert werden, was eine Reduzierung einer Zuleitungsfederkonstante der mindestens einen Zuleitungsfeder bewirkt. Da der bei einer Bewegung des Antriebskörpers in der mindestens einen Zuleitungsfeder auftretende mechanische Stress proportional zu der Zuleitungsfederkonstante ist, kann mittels der reduzierten Zuleitungsfederkonstante einer Beschädigung der mindestens einen Leitungskomponente während einer Bewegung des Antriebskörpers in Bezug zu der Halterung entgegengewirkt werden.
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Als Alternative oder als Ergänzung dazu kann die mindestens eine Zuleitungsfeder ausschließlich aus mindestens einem leitfähigen Material gebildet sein, welches mindestens einen zwischen dem Antriebskörper und der Halterung liegenden Spalt freitragend überspannt. Man kann dies auch als eine Ausbildung der mindestens einen Zuleitungsfeder als der mindestens einen Leitungskomponente umschreiben. Durch die ausschließliche Verwendung des mindestens einen leitfähigen Materials zum Bilden der mindestens einen Zuleitungsfeder ist eine vorteilhaft niedrige Zuleitungsfederkonstante für diese gewährleistet.
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Beispielsweise kann die mindestens eine Leitungskomponente aus Kupfer, Aluminium, Silber und/oder Gold gebildet sein. Aufgrund der realisierbaren niedrigen Zuleitungsfederkonstante können die hier genannten Materialien, welche eine gute Leitfähigkeit bewirken, verwendet werden, ohne dass eine Beschädigung der Leitungskomponente aufgrund eines mechanischen Stresses bei einer Bewegung des Antriebskörpers in Bezug zu der Halterung zu befürchten ist.
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Außerdem kann das mindestens eine Verbindungselement ein Stellelement umfassen, welches senkrecht zu einer Spulenträgerfläche des Antriebskörpers ausgerichtet ist. Das Stellelement kann an der Spulenträgerfläche hervorragend ausgebildet sein. Wie nachfolgend genauer ausgeführt wird, kann somit ein Spalt zwischen dem Stellelement und der Spulenträgerfläche zur Anordnung verschiedener Komponenten genutzt werden.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung sind der Antriebskörper und das Stellelement innerhalb einer Verkapselung angeordnet, wobei ein Magnet außerhalb der Verkapselung an einer zu der Spulenträgerfläche des Antriebskörpers benachbarten Seitenwand befestigt ist. Auf diese Weise kann eine vorteilhaft hohe magnetische Feldstärke im Bereich der mindestens einen Spuleneinrichtung sichergestellt werden.
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Die oben genannten Vorteile sind auch bei einem entsprechenden Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil gewährleistet.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils;
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2a bis 2c zwei Draufsichten und einen Querschnitt einer zweiten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils;
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3a und 3b eine schematische Darstellung und einen Querschnitt einer dritten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils; und
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4a und 4b eine schematische Darstellung und einen Querschnitt einer vierten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils.
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Das in 1 schematisch dargestellte mikromechanische Bauteil hat eine Halterung 10, einen Antriebskörper 12 und ein Stellelement 14, welches beispielsweise ein Spiegel und/oder ein Filter ist. Die Halterung 10 kann beispielsweise als ein äußerer Rahmen aus vier Stegelementen 10a bis 10d ausgebildet sein, welcher zumindest den Antriebskörper 12 und das Stellelement 14 umrahmt. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die Ausbildbarkeit des mikromechanischen Bauteils nicht auf eine bestimmte Form der Halterung 10 festgelegt ist.
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Mindestens eine Spuleneinrichtung 16 ist auf und/oder in dem Antriebskörper 12 angeordnet. Die mindestens eine Spuleneinrichtung 16 kann beispielsweise auf einer Spulenträgerfläche 18 des Antriebskörpers 12 ausgebildet sein. Der Antriebskörper 12 ist über mindestens eine Feder 20 mit der Halterung 10 verbunden. Bevorzugter Weise ist der Antriebskörper 12 über mindestens zwei symmetrisch bezüglich einer Symmetrieachse 15 ausgebildete Federn 20 mit der Halterung 10 verbunden. Die mindestens eine Feder 20 kann als eine S-förmig verbiegbare Biegefeder ausgebildet sein. Wie unten jedoch genauer ausgeführt wird, ist die Ausbildung der mindestens einen Feder 20 nicht auf das hier angegebene Beispiel limitiert.
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Über die mindestens eine Feder 20 ist mindestens eine Leitungskomponente 22 so geführt, dass ein Strom über die mindestens eine Leitungskomponente 22 durch die mindestens eine Spuleneinrichtung 16 leitbar ist. Außerdem ist der Antriebskörper 12 aufgrund einer Wechselwirkung des durch die mindestens eine Spuleneinrichtung 16 geleiteten Stroms und eines an der mindestens einen Spuleneinrichtung 16 vorliegenden Magnetfelds mit Magnetfeldlinien 24 in eine Antriebsbewegung versetzbar. Beispielsweise kann der Antriebskörper 12 aufgrund der magnetischen Wechselwirkung zumindest in eine um eine Antriebsachse 26 gerichtete Antriebsdrehbewegung versetzbar sein. Vorzugsweise ist die Antriebsachse 26 senkrecht zu der Symmetrieachse 15 ausgerichtet.
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Der Antriebskörper 12 kann einen (annähernd rahmenförmigen) Spulenträger 12a aufweisen, welcher vergleichsweise breit ausgelegt ist, um Platz für die Ausbildung einer hohen Anzahl von Windungen bereitzustellen. Somit kann auch bei einer Ausstattung des mikromechanischen Bauteils mit lediglich einer auf dem Spulenträger 12a angeordneten Spuleneinrichtung 16 eine ausreichend große Kraft zum Verstellen des Stellelements 14 mittels eines Bestromens der lediglich einen Spuleneinrichtung 16 bewirkt werden.
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Das Stellelement 14 ist über mindestens ein Verbindungselement 28 und 30 so mit dem Antriebskörper 12 verbunden, dass das Stellelement 14 mittels des in die Antriebsbewegung versetzten Antriebskörpers 12 in eine Auslenkbewegung mit zumindest einer um eine Drehachse 32 gerichteten Bewegungskomponente versetzbar ist. Insbesondere kann das Stellelement 14 in eine reine Drehbewegung, welche um die Drehachse 32 gerichtet ist, versetzbar sein. Bevorzugter Weise verläuft die Drehachse 32 mittig durch das Stellelement 14. Dies gewährleistet ein vorteilhaftes geringes Drehmoment des Stellelements 14 in Bezug auf die Drehachse 32.
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Der Antriebskörper 12 und das Stellelement 14 sind über das mindestens eine Verbindungselement 28 und 30 so zueinander angeordnet, dass die Drehachse 32 beabstandet von einem Schwerpunkt S des Antriebskörpers 12 verläuft. Unter einer beabstandeten Lage des Schwerpunkts S des Antriebskörpers 12 von der Drehachse 32 kann verstanden werden, dass der Schwerpunkt S des Antriebskörpers 12 nicht auf der Drehachse 32 liegt. Vorzugsweise ist unter der beabstandeten Lage des Schwerpunkts S des Antriebskörpers 12 auch zu verstehen, dass der Schwerpunkt S des Antriebskörpers 12 nicht auf einer Ebene liegt, durch welche die Drehachse 32 verläuft und welche senkrecht zu der Spulenträgerfläche 18 des Antriebskörpers 12 und/oder senkrecht zu einer Ruhelage (einer Lichtauftrefffläche) des Stellelements 14 ausgerichtet ist. Unter der beabstandeten Lage des Schwerpunkts S des Antriebskörpers 12 von der Drehachse 32 ist somit nicht (nur) zu verstehen, dass die Drehachse 32 außerhalb einer Ebene der Spulenträgerfläche 18 des Antriebskörpers 12 liegt. Stattdessen weist der Schwerpunkt S des Antriebskörpers 12 auch eine parallel zu Spulenträgerfläche 18 des Antriebskörpers 12 und/oder der Ruhelage (der Lichtauftrefffläche) des Stellelements 14 ausgerichtete Abstandskomponente ungleich Null zu der Drehachse 32 auf.
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Aufgrund des außerhalb der Drehachse 32 angeordneten Schwerpunkts S bewirkt die mittels des Bestromens der mindestens einen Spuleneinrichtung 16 bewirkbare Lorenzkraft ein größeres Drehmoment auf das Stellelement 14. Man kann dies auch so umschreiben, dass ein mittlerer Abstand der parallel zu der Drehachse 32 ausgerichteten Strompfade der mindestens einen Spuleneinrichtung 16 von der Drehachse 32 durch die beabstandete Lage des Schwerpunkts S des Antriebskörpers 12 größer ist. Außerdem ist, wie unten genauer ausgeführt wird, ein Magnetfeld auf einfache Weise bewirkbar, welches an den von der Drehachse 32 beabstandeten Randbereichen eines von dem Antriebskörper 12 und dem Stellelement 14 eingenommenen Volumens eine vergleichsweise hohe magnetische Feldstärke aufweist, während die magnetische Feldstärke des Magnetfelds in einem mittig zwischen den Randbereichen liegenden Mittelbereich vergleichsweise niedrig ist. Es ist deshalb vorteilhaft, einen von der Drehachse 32 am weitesten beabstandeten Strompfad 34 in einem der Randbereiche anzuordnen und einen Abstand des von der Drehachse 32 am weitesten beabstandeten Strompfads 34 von der Drehachse 32 durch die beabstandete Lage des Schwerpunkts S des Antriebskörpers 12 zusätzlich zu steigern. Somit ist insbesondere mittels des Bestromens des von der Drehachse 32 am weitesten beabstandeten Strompfads 34 ein vorteilhaft großes Drehmoment auf das Stellelement 14 bewirkbar.
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Der Antriebskörper 12 und das Stellelement 14 können über das mindestens eine Verbindungselement 28 und 30 so zueinander angeordnet sein, dass der Antriebskörper 12 asymmetrisch zu der Drehachse 32 ausgerichtet/angeordnet ist. Dies bewirkt eine vorteilhafte Steigerung des mittels des Bestromens der mindestens einen Spuleneinrichtung 16 auf das Stellelement 14 bewirkbaren Drehmoments. Es wird auch darauf hingewiesen, dass die Ausrichtung des Antriebskörpers 12 bezüglich der Antriebsachse 24 asymmetrisch sein kann.
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Das Stellelement 14 kann über mindestens ein als Schwingfeder 28 ausgebildetes Verbindungselement 28 mit dem Antriebskörper 12 verbunden sein. Dies bewirkt die oben schon beschriebene vorteilhafte Unterteilung des (Gesamt-)Schwingsystems in ein Antriebskörper-Schwingsystem und in ein Stellelement-Schwingsystem. Bevorzugter Weise ist das Stellelement 14 über zwei symmetrisch bezüglich der Symmetrieachse 15 ausgebildete Schwingfedern 28 mit dem Antriebskörper 12 verbunden. Jede der beiden Schwingfedern 28 kann an einem parallel zu der Symmetrieachse 15 ausgerichteten Stegteil 12b des Antriebskörpers 12 verankert sein. Außerdem kann das mindestens eine Verbindungselement 28 und 30 ein Stegelement 30 umfassen, welches senkrecht zu der Spulenträgerfläche 18 des Antriebskörpers 12 ausgerichtet ist. Mittels des Stegelements 30 kann das Stellelement 14 in einer Position/Stellung platziert werden, in welcher es aus der Spulenträgerfläche 18 hervorragt. Dies ist vor allem bei einer flächigen Ausbildung des mindestens einen Stellelements 14, wie beispielsweise bei einem Spiegel oder einem Filter, vorteilhaft. Durch die herausragende Anordnung des Stellelements 14 kann ein Spalt zwischen dem Stellelement 14 und einer Ebene der Lichtauftrefffläche 18 zur Anordnung von weiteren Komponenten, wie beispielsweise der mindestens einen Schwingfeder 28, genutzt werden. Auf diese Weise kann ein Bauraumbedarf des mikromechanischen Bauteils signifikant reduziert werden. Außerdem ist insbesondere bei einer Ausbildung von zwei Schwingfedern 28 in dem Spalt zwischen dem Stellelement 14 und der Ebene der Spulenträgerfläche 18 gewährleistbar, dass ein in den beiden Schwingfedern 28 möglicherweise auftretender mechanischer Stress an einen zentralen Bereich des Stellelements 14 weitergeleitet wird. Somit kann der mechanische Stress kaum zu einer Deformation des Stellelements 14 beitragen. Es wird hier auch darauf hingewiesen, dass mittels der zentralen Anbindung des mindestens einen Verbindungselements 28 und 30 an das Stellelement 14 eine Reduktion des Trägheitsmoments des Stellelements 14 erzielbar ist.
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Durch die vorteilhafte Entkopplung des Stellelements 14 ist ein Zwei-Feder-Massen-System ausbildbar, welches ein Antriebskörper-Schwingsystem aufweist, bei welchem der Antriebskörper 12 unter einer Verformung zumindest der mindestens einen Feder 20 in Bezug zu der Halterung 10 schwingt, und ein Stellelement-Schwingsystem umfasst, bei welchem das Stellelement 14 in die gewünschte Drehbewegung um die Drehachse 32 in Bezug zu dem Antriebskörper 12 und/oder der Halterung 10 versetzbar ist. Dieses Zwei-Massen-System ist so realisierbar, dass verschiedene Materialien, wie Metalle und Silizium, so miteinander integrierbar sind, dass keine Bimetalleffekte auftreten, welche zu einem unerwünschten Verformen des Stellelements 14 führen können. Außerdem sind Materialien mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten bei dem hier beschriebenen mikromechanischen Bauteil nicht so abgeschieden, dass sie zu einer statischen temperaturabhängigen Verformung des Stellelements 14 beitragen können.
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Es wird darauf hingewiesen, dass aufgrund der vorteilhaften Anbindung des Stellelements 14 an den Antriebskörper 12 dieses in einer vergleichsweise großen Größe von z.B. 1,8 mm × 2,3 mm ausbildbar ist, wobei gleichzeitig eine gute Verstellbarkeit des Stellelements 14 um die Drehachse 32, beispielsweise um bis zu 9° bei einer Frequenz von 20 kHz, gewährleistet ist. Das hier realisierbare mikromechanische Bauteil weist auch einen vergleichsweise geringen Leistungsverbrauch auf. Insbesondere ist gewährleistet, dass während des Verstellens des Stellelements 14 um die Drehachse 32 keine Deformationen in diesem Auftreten, welche zu einer Erweiterung eines Lichtauftreffpunkt an dem als Spiegel ausgebildeten Stellelement 14 führen können, wodurch die Auflösung eines mittels des Spiegels bewirkten Bildes verschlechtert würde.
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2a bis 2c zeigen zwei Draufsichten und einen Querschnitt einer zweiten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils.
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Das in 2a bis 2c schematisch wiedergegebene mikromechanische Bauteil weist zwei Zuleitungsfedern 20 auf, mittels welchen der Antriebskörper 12 mit der Halterung 10 verbunden ist, und über welche jeweils mindestens eine Leitungskomponente 22 geführt ist. Außerdem hat das mikromechanische Bauteil noch mindestens eine leitungslose Antriebsfeder 36, über welche der Antriebskörper 12 mit der Halterung 10 verbunden ist. Unter der leitungslosen Ausbildung der mindestens einen Antriebsfeder 36 kann verstanden werden, dass keine Leitung/Leitungskomponente an oder in der mindestens einen Antriebsfeder 36 ausgebildet ist. Die mindestens eine leitungslose Antriebsfeder 36 ist auch nicht als Leitung/Leitungskomponente nutzbar. Bevorzugter Weise ist die mindestens eine Antriebsfeder 36 vollständig aus mindestens einem Material so gebildet, dass ein E-Modul gleich oder größer des E-Moduls von Silizium ist.
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Bevorzugter Weise ist der Antriebskörper 12 über zwei leitungslose Antriebsfedern 36 mit einem benachbart zu dem Antriebskörper 12 und von dem Stellelement 14 weg gerichteten Stegelement 10a der Halterung 10 verbunden. Die Antriebsfedern 36 sind vorzugsweise symmetrisch zu der Symmetrieachse 15 ausgebildet. Jede der beiden Antriebsfedern 36 kontaktiert dabei den Antriebskörper 12 an einer von der Symmetrieachse 15 weg gerichteten Seite. Die in 2a bis 2c wiedergegebene Anbindung des Antriebskörpers 12 an die Halterung 10 mittels genau zweier Zuleitungsfedern 20 und zweier Biegefedern 36 ist jedoch nur beispielhaft zu interpretieren. Die im Weiteren beschriebenen Vorteile gelten auch bei einer Ausstattung des mikromechanischen Bauteils mit mindestens einer Zuleitungsfeder 20 und mindestens einer Antriebsfeder 36.
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Die mindestens eine Zuleitungsfeder 20 kann eine Zuleitungsfederkonstante aufweisen, welche kleiner als eine Antriebsfederkonstante der mindestens einen Antriebsfeder 36 ist. Dies ist auf einfache Weise bewirkbar, indem die mindestens eine Zuleitungsfeder 20 mäanderförmig und/oder spiralförmig ausgebildet wird. Die auf diese Weise gesteigerte Länge der mindestens einen Zuleitungsfeder 20 bewirkt eine signifikante Reduzierung der Zuleitungsfederkonstante. Dieser Vorteil ist auch gewährleistet, sofern die mindestens eine Zuleitungsfeder ausschließlich aus mindestens einem leitfähigen Material gebildet ist, welches mindestens einen zwischen dem Antriebskörper und der Halterung liegenden Spalt freitragend überspannt. Da leitfähige Materialien in der Regel eine vergleichsweise geringe Biegesteifigkeit aufweisen, kann durch die ausschließliche Verwendung von mindestens einem leitfähigen Material für die mindestens eine Zuleitungsfeder 20 deren Zuleitungsfederkonstante vergleichsweise klein eingestellt werden. Ein vorteilhaftes Verhältnis zwischen der Zuleitungsfederkonstante und der Antriebsfederkonstante ist auch gewährleistet, wenn die mindestens eine Zuleitungsfeder 20 aus einer ersten Schicht mit einer ersten Schichtdicke herausstrukturiert ist und die mindestens eine Antriebsfeder aus einer zweiten Schicht mit einer zweiten Schichtdicke größer als der ersten Schichtdicke herausstrukturiert ist.
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Beispielsweise kann die Zuleitungsfederkonstante kleiner als ein Drittel, insbesondere kleiner als ein Fünftel, vorzugsweise kleiner als ein Achtel, der Antriebsfederkonstante sein. Mittels einer vorteilhaft geringen Festlegung der Zuleitungsfederkonstante ist gewährleistbar, dass während einer Verformung der mindestens einen Zuleitungsfeder 20 aufgrund einer Bewegung des Antriebskörpers 12 in Bezug zu der Halterung 10 kaum/keine mechanischen Spannungen in der mindestens einen Zuleitungsfeder 20 auftreten. Somit kann eine Beschädigung der mindestens einen über die jeweilige Zuleitungsfeder 20 geführten Leitungskomponente 22 durch beim Stand der Technik oft in der mindestens einen Zuleitungsfeder 20 auftretende mechanische Spannungen verhindert werden. Damit kann für die mindestens eine Leitungskomponente 22 auch mindestens ein leicht verformbares Material verwendet werden, ohne dass eine Verformung/Beschädigung der mindestens einen Leitungskomponente 22 während einer Bewegung des Antriebskörpers 12 in Bezug zu der Halterung 10 in Kauf zu nehmen ist. Die mindestens eine Leitungskomponente 22 kann beispielsweise aus Kupfer, Aluminium, Silber und/oder Gold gebildet sein. Somit können Materialien mit einer vergleichsweise guten Leitfähigkeit, welche zusätzlich auf einfache Weise auf einem Substrat aufbringbar und strukturierbar sind, zum Herstellen der mindestens einen Leitungskomponente 22 verwendet werden.
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Durch die zusätzliche Anbindung des Antriebskörpers 12 an die Halterung 10 mittels mindestens einer Antriebsfeder 36 ist außerdem eine ausreichend hohe Federsteifigkeit des aus der mindestens einen Zuleitungsfeder 20 und der mindestens einen Antriebsfeder 36 gebildeten Gesamt-Federsystems realisierbar. Mittels der mindestens einen Antriebsfeder 36 kann eine Gesamtfederkonstante des Gesamt-Federsystems insbesondere so steif ausgelegt werden, dass die Eigenfrequenz des Schwingsystems aus dem Antriebskörper 12 und dem Federsystem nahe an einer Eigenfrequenz der Drehbewegung des Stellelements 14 um die Drehachse 32 liegt. Die Eigenfrequenz der unter Verbiegung der mindestens einen Antriebsfeder 36 bewirkten Schwingmode kann beispielsweise über 20 kHz liegen. Dies gewährleistet eine gute Anregbarkeit des Antriebskörpers 12, welcher zum Antreiben der gewünschten Schwingbewegung des Stellelements 14 um die Drehachse 32 genutzt wird. Außerdem weist das hier beschriebene mikromechanische Bauteil eine vorteilhaft hohe Robustheit gegenüber ungewollten Moden auf. Die Störmoden liegen dabei oberhalb der Nutzmode und in einem vergleichsweise großen Abstand dazu. Somit können auch Fertigungsschwankungen (vom Frequenzband) zu keinen Verschiebungen der Moden gegeneinander führen.
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Die mindestens eine Antriebsfeder 36 kann so gestalten werden, dass eine Rotation des Antriebskörpers 12 um seine Antriebsachse 26, welche vorzugsweise nahe an oder auf der Drehachse 32 liegt, erzwingbar ist. Der Antriebskörper 12 bleibt gleichzeitig bei seiner Antriebsbewegung in sich starr, sodass in der mindestens einen Spuleneinrichtung 18 kaum mechanische Spannung, insbesondere keine mechanische Spannungen von mindestens 100 MPa, auftreten. Auch in der mindestens einen Antriebsfeder 36 bleibt der bei einer Bewegung des Antriebskörpers 12 in Bezug zu der Halterung 10 auftretende mechanische Stress unter einer Bruchgrenze von ca. 1 GPa.
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Vorteilhafterweise ist die mindestens eine Antriebsfeder 36 eine S-förmig verbiegbare Biegefeder. Man kann dies auch so umschreiben, dass mindestens eine Antriebsfeder 36 in ihrer Nutzmode eine S-förmige Verbiegung erfährt. Wie anhand von 2c zu erkennen ist, ermöglicht eine S-förmige Verbiegung der mindestens einen Antriebsfeder 36 eine rotatorische Bewegung des Antriebskörpers 12 um eine Antriebsachse 26, welche vergleichsweise nahe an der Drehachse 32 des Stellelements 14 liegt. Insbesondere kann die Antriebsachse 26 auf der Drehachse 32 liegen, was in 2c der besseren Übersichtlichkeit wegen jedoch nicht dargestellt ist. Somit sind ein vorteilhaftes Schwingverhalten und eine gute Anregbarkeit der gewünschten Verstellbewegung des Stellelements 14 um die Drehachse 32 gewährleistet.
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Wie anhand der 2a zusätzlich zu erkennen ist, kann mindestens eine als S-förmig verbiegbare Biegefeder ausgebildete Antriebsfeder 36 trotz ihrer vergleichsweise langen Ausbildung flächengünstig in einer Aussparung in der Halterung 10 platziert sein. Die relativ lange Ausbildung der mindestens einen Antriebsfeder 36 gewährleistet eine vorteilhafte Bewegungsfreiheit des Antriebskörpers 12, ohne dass die mindestens eine Antriebsfeder 36 hohen mechanischen Spannungen während einer Bewegung des Antriebskörpers 12 in Bezug zu der Halterung 10 ausgesetzt ist.
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2c zeigt eine optionale Weiterbildung des mikromechanischen Bauteils, bei welcher der Antriebskörper 12 und das Stellelement 14 innerhalb einer Verkapselung angeordnet sind. Die Verkapselung ist beispielsweise ausbildbar, indem zumindest eine Abdeckung 42 so an mindestens einer Anbindfläche der Halterung 10 befestigt/festgebondet wird, dass die Abdeckung 42 sich über die Spulenfläche 18 erstreckt und den Antriebskörper 12 und das Stellelement 14 überspannt. Ein Magnet 46 kann außerhalb der Verkapselung an der zu der Spulenträgerfläche 18 des Antriebskörpers 12 benachbarten Abdeckung 42 befestigt sein. Der Magnet 46 kann beispielsweise an der Abdeckung 42 festgeklebt sein. Bevorzugter Weise wird der (quaderförmige) Magnet 46 an seinen von der Abdeckung 42 nicht abgedeckten Flächen von einem bogenförmigen oder abgewinkelten Flussleiter 44 überspannt. Ein zwischen dem Magneten 46 und den dazu ausgerichteten Innenwänden 48 des Flussleiters 44 liegender Spalt kann vergleichsweise klein sein. Auf diese Weise können die Feldlinien 24 des Magnetfelds des Magneten 46 so ausgerichtet werden, dass vor allem an einem von der Drehachse 32 des Stellelements 14 beabstandeten Randbereich des verkapselten Innenraums eine hohe magnetische Felddichte vorliegt. Damit ist eine vergleichsweise große Lorenzkraft mittels eines Bestromens der in dem jeweiligen Randbereich liegenden Strompfade der mindestens einen Spuleneinrichtung 16 bewirkbar. Aufgrund des vorteilhaft großen Abstandes zwischen diesen Strompfaden und der Drehachse 32 ist ein vorteilhaft großes Drehmoment bewirkbar.
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Wie in 2c außerdem zu erkennen ist, bewirkt eine S-förmige Verbiegung der mindestens einen Antriebsfeder 36 eine Verringerung eines Abstands des Antriebskörpers 12 zu dem Magneten 46. Insbesondere bei einer großen Auslenkung des Antriebskörpers 12 ist somit eine der mindestens einen Antriebsfeder 36 entgegenwirkende vorteilhaft große Verstellkraft bewirkbar. Somit sind auch vergleichsweise große Auslenkungen des Antriebskörpers 12 aus seiner Ruhelage mittels der in 2c schematisch wiedergegebenen Weiterbildung ausführbar.
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3a und 3b zeigen eine schematische Darstellung und einen Querschnitt einer dritten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils.
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Bei der in 3a und 3b dargestellten Ausführungsform, bzw. ihrer Weiterbildung, sind die Federn 20 mit einem zu dem Stellelement 14 benachbarten und von dem Antriebskörper 12 weg gerichteten Stegelement 10c der Halterung 10 verbunden, welches über zwei Stegelemente 12b und 12d der Halterung 10 mit dem Stegelement 10a verbunden ist. Dies ist auch so umschreibbar, dass die Federn 20 mit einer Drehachsennahen Seite der Halterung 10 verbunden sind. Auch in diesem Fall ist eine vorteilhaft gute Verstellbarkeit des Stellelements 14 gewährleistet. Auch die anderen oben beschriebenen Vorteile sind mittels dieser Ausführungsform bewirkbar.
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4a und 4b zeigen eine schematische Darstellung und einen Querschnitt einer vierten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils.
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Das in 4a und 4b schematisch dargestellte mikromechanische Bauteil, bzw. seine Weiterbildung, weist einen Antriebskörper 12 auf, bei welchem die beiden Stegteile 12b an ihren von dem Spulenträger 12a beabstandeten Enden mittels eines Verbindungsstegs 12c verbunden sind. Auf diese Weise ist ein Antriebskörper 12 realisierbar, welcher zwei Spulenträger umfasst. Auf jedem der beiden Spulenträger kann eine Spuleneinrichtung 16 angeordnet werden. Somit kann das mikromechanische Bauteil auch mit mehreren Spuleneinrichtungen 16 ausgestattet sein.
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Mittels der oben beschriebenen Ausführungsformen des mikromechanischen Bauteils ist auch das vorteilhafte Herstellungsverfahren dargestellt. Auf eine genauere Beschreibung des Herstellungsverfahrens wird deshalb hier verzichtet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008001896 A1 [0002]
