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Die Erfindung betrifft ein mikromechanisches Bauteil.
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Stand der Technik
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In der
DE 10 2009 026 501 A1 sind ein mikromechanisches Bauteil und ein Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil beschrieben. Das jeweilige mikromechanische Bauteil hat eine Halterung und ein in Bezug zu der Halterung um eine erste Drehachse und eine zweite Drehachse verstellbares Element. Das verstellbare Element ist über zwei entlang der ersten Drehachse verlaufende Innenfedern mit einem Innenrahmen verbunden. Der Innenrahmen ist über zwei entlang der zweiten Drehachse verlaufende Außenfedern an der Halterung aufgehängt.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung schafft ein mikromechanisches Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Vorteile der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung schafft mikromechanische Bauteile mit einer verbesserten Federeinrichtung. Durch die Verwendung von Blattfedern für die Federeinrichtung kann eine Wärmeübertragung zwischen dem verstellbaren Teil und der Halterung, insbesondere zwischen dem verstellbaren Teil und einer Kühlfläche der Halterung, verbessert werden. Blattfedern können mit einer sehr dünnen Schichtdicke erzeugt werden. Dadurch kann die wärmeübertragende Fläche im Vergleich zu anderen Federkonzepten stark erhöht werden.
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Außerdem geht bei einer Blattfeder eine Dicke der Blattfeder in der dritten Potenz in eine einer Verformung der Blattfeder entgegenwirkenden Kraft ein. Aufgrund der vergleichsweise dünnen Herstellbarkeit der Blattfedern ist somit das verstellbare Teil in Bezug zu der Halterung bereits mittels einer signifikant reduzierten Verstellkraft verstellbar.
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Die Ausstattung der Federeinrichtung mit Blattfedern erleichtert auch das Führen von Leitungen über die Federeinrichtung. Aufgrund ihrer flächigen Ausbildung kann eine große Anzahl von elektrischen Leitungen über Blattfedern geführt werden. Auf weitere Vorteile des mikromechanischen Bauteils wird unten noch genauer eingegangen.
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Unter einer Blattfeder ist im Weiteren eine Feder zu verstehen, welche blattförmig ausgebildet ist. Eine derartige Blattfeder weist eine vergleichsweise geringe Dicke in Bezug zu ihrer räumlichen Ausdehnung auf. Insbesondere ist eine derartige Blattfeder teilweise/scharnierartig „zusammenklappbar“.
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Erfindungsgemäß sind die ersten Blattfedern alle aus einer ersten Halbleiter- oder Metallschicht herausstrukturiert. Die ersten Blattfedern können somit alle eine vorteilhaft geringe Schichtdicke haben.
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Vorzugsweise umfasst die Aktoreinrichtung an der Halterung befestigte und aus einer ersten Elektrodenmaterialschicht herausstrukturierte erste Elektrodenfinger und benachbart zu den ersten Elektrodenfingern angeordnete und aus einer zwischen Restbereichen der ersten Elektrodenmaterialschicht und der ersten Halbleiter- oder Metallschicht liegenden ersten Zwischenschicht herausstrukturierte erste Gegenelektrodenfinger des verstellbaren Teils. Als Alternative oder als Ergänzung dazu kann die Aktoreinrichtung an der Halterung befestigte zweite Elektrodenfinger und benachbart zu den zweiten Elektrodenfingern angeordnete zweite Gegenelektrodenfinger des verstellbaren Teils umfassen, wobei die zweiten Gegenelektrodenfinger aus einer zweiten Elektrodenmaterialschicht herausstrukturiert sind und die zweiten Elektrodenfinger aus einer zwischen Restbereichen der zweiten Elektrodenmaterialschicht und der ersten Halbleiter- oder Metallschicht liegenden zweiten Zwischenschicht herausstrukturiert sind. Ebenso kann die Aktoreinrichtung an dem Zwischenteil befestigte zweite Elektrodenfinger und benachbart zu den zweiten Elektrodenfingern angeordnete zweite Gegenelektrodenfinger des verstellbaren Teils umfassen, wobei die zweiten Gegenelektrodenfinger aus der zweiten Elektrodenmaterialschicht herausstrukturiert sind und die zweiten Elektrodenfinger aus der zwischen Restbereichen der zweiten Elektrodenmaterialschicht und der ersten Halbleiter- oder Metallschicht liegenden zweiten Zwischenschicht herausstrukturiert sind. In allen hier beschriebenen Fällen ist die Aktoreinrichtung vergleichsweise einfach und kostengünstig herstellbar.
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Erfindungsgemäß ist jede der ersten Blattfedern an dem auf der zweiten Seite der ersten Drehachse liegenden zweiten Federendabschnitt an dem Zwischenteil angebunden, wobei die Federeinrichtung zusätzlich mehrere zweite Blattfedern umfassen kann, über welche das Zwischenteil mit der Halterung verbunden ist. Wie unten genauer ausgeführt wird, kann mittels der Ausstattung der Federeinrichtung mit den zusätzlichen zweiten Blattfedern eine Verstellbarkeit des verstellbaren Teils in Bezug zu der Halterung gesteigert werden.
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Auch die zweiten Blattfedern sind erfindungsgemäß alle aus einer zweiten Halbleiter- oder Metallschicht herausstrukturiert sein. Deshalb können auch die zweiten Blattfedern so dünn ausgebildet werden, dass einer Verformung der zweiten Blattfedern nur eine vergleichsweise geringe Kraft entgegenwirkt.
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In einer möglichen Ausführungsform ist das Zwischenteil in Bezug zu der Halterung um die erste Drehachse oder um eine zweite Drehachse verstellbar, wobei die zweiten Blattfedern während eines Verstellens des Zwischenteils um die erste Drehachse oder um die zweite Drehachse in Bezug zu der Halterung scharnierartig biegbar sind. Mittels der zusätzlichen Verstellbarkeit des Zwischenteils in Bezug zu der Halterung um die erste Drehachse oder um die zweite Drehachse ist die Verstellbarkeit des verstellbaren Teils steigerbar.
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Beispielsweise kann das Zwischenteil in Bezug zu der Halterung um die parallel zu der ersten Drehachse ausgerichtete zweite Drehachse verstellbar sein. Auf diese Weise ist ein Gesamt-Drehwinkel des in Bezug zu der Halterung um die erste Drehachse verstellten verstellbaren Teils steigerbar.
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In einer alternativen Ausführungsform ist das Zwischenteil in Bezug zu der Halterung um die geneigt zu der ersten Drehachse ausgerichtete zweite Drehachse verstellbar. Das verstellbare Teil ist in dieser Ausführungsform somit um verschiedene Drehachsen verstellbar.
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Figurenliste
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:
- 1a bis 1i schematische Darstellungen einer ersten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils, wobei die 1a bis 1c Flächenaufsichten und die 1d bis 1i Querschnitte entlang der jeweils in die 1a eingetragenen Linien A-A', B-B' und C-C' wiedergeben;
- 2a bis 2c schematische Darstellungen einer zweiten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils, wobei 2a einen Querschnitt und 2b und 2c Flächenaufsichten wiedergeben;
- 3a bis 3c schematische Darstellungen einer dritten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils, wobei 3a einen Querschnitt und 3b und 3c Flächenaufsichten wiedergeben;
- 4a bis 4d schematische Darstellungen einer vierten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils, wobei die 4c und 4d Querschnitte entlang der Linien EE' und FF' der 4a wiedergeben; und
- 5 ein Flussdiagramm zum Erläutern einer Ausführungsform eines nicht erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens für ein mikromechanisches Bauteil.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1a bis 1i zeigen schematische Darstellungen einer ersten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils, wobei die 1a bis 1c Flächenaufsichten und die 1d bis 1i Querschnitte entlang der jeweils in die 1a eingetragenen Linien A-A', B-B' und C-C' wiedergeben.
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Das mittels der 1a bis 1i schematisch wiedergegebene mikromechanische Bauteil umfasst eine Halterung 10 und ein verstellbares Teil 12, welches über eine Federeinrichtung mit der Halterung 10 verbunden ist. Die Federeinrichtung umfasst mehrere (erste) Blattfedern 14 (siehe 1b). Jede der (ersten) Blattfedern 14 ist an je einem ersten Federendabschnitt 14a an dem verstellbaren Teil 12 angebunden (siehe 1d bis 1i). Außerdem ist jede der (ersten) Blattfedern 14 an je einem zweiten Federendabschnitt 14b an der Halterung 10 befestigt. Bevorzugter Weise liegt jeweils ein mechanischer Kontakt zwischen jedem ersten Federendabschnitt 14a und dem verstellbaren Teil 12 und/oder zwischen jedem zweiten Federendabschnitt 14b und der Halterung 10 vor.
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Das mikromechanische Bauteil hat auch eine Aktoreinrichtung, welche derart betreibbar ist, dass mittels der betriebenen Aktoreinrichtung das verstellbare Teil 12 in Bezug zu der Halterung 10 zumindest eine erste Drehachse 16 verstellbar ist. Während die ersten Federendabschnitten 14a aller (erster) Blattfedern 14 auf einer ersten Seite der ersten Drehachse 16 liegen, sind die zweiten Federendabschnitte 14b aller (erster) Blattfedern 14 auf einer zweiten Seite der ersten Drehachse 16 angeordnet/ausgebildet. Insbesondere kann die erste Drehachse 16 alle (ersten) Blattfedern 14 mittig schneiden.
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Das verstellbare Teil 12 ist derart zumindest über die (ersten) Blattfedern 14 mit der Halterung 10 verbunden, dass die (ersten) Blattfedern 14 während eines Verstellens des verstellbaren Teils 12 um die erste Drehachse 16 in Bezug zu der Halterung 10 scharnierartig biegbar sind. Man kann dies auch so umschreiben, dass während des Verstellens des verstellbaren Teils 12 um die erste Drehachse 16 in Bezug zu der Halterung 10 die (ersten) Blattfedern 14 derart zusammengebogen werden, dass ein erster Federendabschnitt 14a jeder der (ersten) Blattfedern 14 dem zweiten Federendabschnitt 14b der gleichen (ersten) Blattfeder 14 angenähert wird. Mittels des scharnierartigen Biegens der (ersten) Blattfedern 14 nimmt somit ein Abstand a zwischen dem ersten Federendabschnitt 14a und dem zweiten Federendabschnitt 14b der gleichen (ersten) Blattfeder 14 ab. Dies unterscheidet das scharnierartige Biegen der (ersten) Blattfedern 14 gegenüber einer Torsion der (ersten) Blattfedern 14, wobei während der Torsion einer (ersten) Blattfeder 14 der Abstand a zwischen den Federendabschnitten 14a und 14b der jeweiligen (ersten) Blattfeder 14 konstant bleibt.
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Die an dem mikromechanischen Bauteil ausgebildete Aufhängung des verstellbaren Teils 12 über die (ersten) Blattfedern 14 an der Halterung 10 weist eine hohe (Quer-)Stabilität auf, wodurch parasitäre Schwingmoden stark unterdrückt werden.
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Jede der (ersten) Blattfedern 14 bietet ausreichend Fläche zum Führen von Leitungen zwischen dem verstellbaren Teil 12 und der Halterung 10. Die Ausstattung des mikromechanischen Bauteils mit den (ersten) Blattfedern 14 erleichtert somit eine Spannungs-, Strom- und/oder Signalübertragung zwischen der Halterung 10 und dem verstellbaren Teil 12. Zusätzlich wird darauf hingewiesen, dass elektrische Signale über die (ersten) Blattfedern 14 führbar sind, ohne deren Federsteifigkeit (signifikant) zu beeinflussen. Außerdem können die (ersten) Blattfedern 14 so strukturiert sein, dass eine gesteigerte Anzahl von elektrischen Signalen über diese übertragbar ist. Die Anzahl der (ersten) Blattfedern 14 kann dazu relativ frei gewählt werden.
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Da bei dem mikromechanischen Bauteil die Verstellbarkeit des verstellbaren Teils 12 um die erste Drehachse 16 in Bezug zu der Halterung 10 auf einem Scharnierprinzip beruht, ist auch eine Querempfindlichkeit verringert.
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Aufgrund der vergleichsweise großen Fläche der (ersten) Blattfedern 14 ist eine größere Wärmeabfuhr möglich. Die Ausstattung des mikromechanischen Bauteils mit den (ersten) Blattfedern 14 verbessert deshalb auch eine Wärmeabstrahlung/Wärmeabführung des mikromechanischen Bauteils gegenüber herkömmlichen Bauteilen mit Torsionsfedern. Insbesondere kann auf diese Weise die Wärmeübertragung zwischen dem verstellbaren Teil 12 und einer an der Halterung 10 angeordneten/ausgebildeten Kühlfläche so optimiert werden, dass eine bevorzugte (niedrige) Temperatur an zumindest einem Teilbereich des verstellbaren Teils 12 verlässlich gewährleistbar ist.
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An dem verstellbaren Teil 12 kann beispielsweise mindestens ein optisches Element, wie z.B. eine reflektierende Fläche, ein Filter, ein Strahlteiler oder ein Prisma, angeordnet/ausgebildet sein. Insbesondere kann mittels des Verstellens des verstellbaren Teils 12 um zumindest die erste Drehachse 16 in Bezug zu der Halterung 10 ein auf die reflektierende Fläche des verstellbaren Teils 12 gerichteter Lichtstrahl (Laserstrahl) ablenkbar sein. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die hier beschriebene Verwendungsmöglichkeit der Verstellbarkeit des verstellbaren Teils 12 in Bezug zu der Halterung 10 nur beispielhaft zu interpretieren ist.
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Die (ersten) Blattfedern 14 sind bei der Ausführungsform der 1a bis 1i alle aus einer ersten Halbleiter- oder Metallschicht 18 herausstrukturiert. Die erste Halbleiter- oder Metallschicht 18 kann beispielsweise eine (dünne) Siliziumschicht sein. Insbesondere kann die erste Halbleiter- oder Metallschicht 18 eine Schichtdicke unter 5 µm (Mikrometer), speziell unter 1 µm, haben. Die (ersten) Blattfedern 14 können somit auf einfache Weise sehr dünn strukturiert werden. Da eine Schichtdicke der (ersten) Blattfedern 14 in dritter Potenz in einen mittels einer bestimmten Kraft erreichbaren Biegewinkels beim scharnierartigen Biegen der (ersten) Blattfedern 14 eingeht, ist bei einer vergleichsweise dünnen Ausbildung der (ersten) Blattfedern 14 relativ wenig Verstellkraft zum Verstellen des verstellbaren Teils 12 um die erste Drehachse 16 in Bezug zu der Halterung 10 nötig. Damit kann das mikromechanische Bauteil mit einer vergleichsweise einfachen und kostengünstigen Aktoreinrichtung ausgestattet sein, wobei dennoch eine gute Verstellbarkeit des verstellbaren Teils 12 in Bezug zu der Halterung 10 mittels des scharnierartigen Biegens der (ersten) Blattfedern 14 gewährleistet ist.
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In der Ausführungsform der 1a bis 1i umfasst die Aktoreinrichtung an der Halterung 10 befestigte und aus einer ersten Elektrodenmaterialschicht 20 herausstrukturierte erste Elektrodenfinger 22. Benachbart zu den ersten Elektrodenfingern 22 liegen erste Gegenelektrodenfinger 24, welche an dem verstellbaren Teil 12 ausgebildet/angeordnet sind. Die ersten Gegenelektrodenfinger 24 der Aktoreinrichtung sind aus einer ersten Zwischenschicht 26 zwischen Restbereichen der ersten Elektrodenmaterialschicht 20 und der ersten Halbleiter- oder Metallschicht 18 herausstrukturiert. Sofern zwischen den ersten Elektrodenfingern 22 und den ersten Gegenelektrodenfingern 24 keine Spannung (ungleich Null) anliegt, werden die ersten Gegenelektrodenfinger 24 aus einer Ebene der ersten Elektrodenfinger 22 /der ersten Elektrodenmaterialschicht 20 herausgehalten (siehe 1e). Demgegenüber bewirkt das Anlegen einer Spannung U (ungleich Null) zwischen den ersten Elektrodenfingern 22 und den ersten Gegenelektrodenfingern 24, dass die ersten Gegenelektrodenfinger 24 teilweise in die Ebene der ersten Elektrodenfinger 22 /der ersten Elektrodenmaterialschicht 20 hineingezogen werden, wodurch das verstellbare Teil 12 mittels des scharnierartigen Biegens der (ersten) Blattfedern 14 um die erste Drehachse 16 in Bezug zu der Halterung 10 verstellt wird (siehe 1h).
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Als optionale Weiterbildung umfasst das mikromechanische Bauteil in der hier beschriebenen Ausführungsform auch noch an der Halterung 10 befestigte zweite Elektrodenfinger 28 und benachbart zu den zweiten Elektrodenfingern 28 liegende zweite Gegenelektrodenfinger 30, welche an dem verstellbaren Teil 12 angeordnet/ausgebildet sind. Die zweiten Gegenelektrodenfinger 30 sind aus einer zweiten Elektrodenmaterialschicht 32 herausstrukturiert. Die zweiten Elektrodenfinger 28 sind aus einer zweiten Zwischenschicht 34 zwischen Restbereichen der zweiten Elektrodenmaterialschicht 32 und der ersten Halbleiter- oder Metallschicht 18 herausstrukturiert. Auch für die hier beschriebenen Komponenten der Aktoreinrichtung gilt, dass die zweiten Gegenelektrodenfinger 30 des verstellbaren Teils 12 aus einer Ebene der zweiten Elektrodenfinger 28 der Halterung 10 herausgehalten werden, solange keine Spannung (ungleich Null) zwischen den zweiten Elektrodenfingern 28 und den zweiten Gegenelektrodenfingern 30 anliegt (siehe 1d und 1f). Demgegenüber bewirkt das Anlegen einer Spannung U (ungleich Null) zwischen den zweiten Elektrodenfingern 28 und den zweiten Gegenelektrodenfingern 30 ein teilweises Hineinziehen der zweiten Gegenelektrodenfinger 30 des verstellbaren Teils 12 in die Ebene der zweiten Elektrodenfinger 28 der Halterung 10, wodurch das verstellbare Teil 12 mittels des scharnierartigen Biegens der (ersten) Blattfedern 14 in Bezug zu der Halterung 10 um die erste Drehachse 16 verstellt wird (siehe 1g und 1e).
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Das mikromechanische Bauteil der 1a bis 1i weist somit (entlang einer Richtung) den folgenden Schichtaufbau auf: Die erste Elektrodenmaterialschicht 20 (mit den daraus herausstrukturierten ersten Elektrodenfingern 22), die ersten Zwischenschicht 26 (mit den daraus herausstrukturierten ersten Gegenelektrodenfingern 24), die erste Halbleiter- oder Metallschicht 18 (mit den daraus gebildeten ersten Blattfedern 14), die zweite Zwischenschicht 34 (mit den daraus herausstrukturierten zweiten Elektrodenfingern 28) und die zweite Elektrodenmaterialschicht 32 (mit den daraus herausstrukturierten zweiten Gegenelektrodenfingern 30). Die erste Halbleiter- oder Metallschicht 18 liegt sandwichartig zwischen der ersten Zwischenschicht 26 und der zweiten Zwischenschicht 34. Ein derartiger Schichtaufbau erleichtert die Ausbildung des mikromechanischen Bauteils.
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Der Schichtaufbau des mikromechanischen Bauteils erlaubt auch eine Ausstattung des mikromechanischen Bauteils mit vergleichsweise vielen Elektrodenfingern 22, 24, 28 und 30 der Aktoreinrichtung. Gleichzeitig ist die Aktoreinrichtung relativ platzsparend ausbildbar, da mehrere Ebenen zur Ausbildung der Elektrodenfinger 22, 24, 28 und 30 nutzbar sind. Mittels des Anlegens der Spannung U zwischen den Elektrodenfingern 22, 24, 28 und 30 sind insbesondere auch große Kräfte zum Verstellen des verstellbaren Teils 12 um die erste Drehachse 16 in Bezug zu der Halterung 10 bewirkbar.
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Optionaler Weise können aus der ersten Zwischenschicht 26 noch erste Stützbereiche 36 herausstrukturiert sein, welche einen von der ersten Halbleiter- oder Metallschicht 18 nicht ausgefüllten Zwischenraum zwischen den zweiten Elektrodenfingern 28 und der ersten Elektrodenmaterialschicht 20 ausfüllen. Entsprechend können auch aus der zweiten Zwischenschicht 34 noch zweite Stützbereiche 38 herausstrukturiert sein, mit welchen ein von der ersten Halbleiter- oder Metallschicht 18 unausgefüllter Zwischenraum zwischen den ersten Gegenelektrodenfingern 24 und der zweiten Elektrodenmaterialschicht 32 gefüllt ist. Dies verbessert eine Stabilität des mikromechanischen Bauteils. Die ersten Federendabschnitte 14a können somit die zweiten Stützbereiche 38 und die ersten Gegenelektrodenfinger 24 kontaktieren. Entsprechend können die zweiten Federendabschnitte 14b die zweiten Elektrodenfinger 28 und die ersten Stützbereiche 36 kontaktieren.
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Die Halterung 10 kann somit die erste Elektrodenmaterialschicht 20 (mit den daraus herausstrukturierten ersten Elektrodenfingern 22), die ersten Stützbereiche 36 aus der ersten Zwischenschicht 26, die zweiten Elektrodenfinger 28 aus der zweiten Zwischenschicht 34 und zwischen den ersten Stützbereichen 36 und den zweiten Elektrodenfingern 28 liegende Restbereiche der ersten Halbleiter- oder Metallschicht 18 umfassen. Das verstellbare Teil 12 kann aus der zweiten Elektrodenmaterialschicht 32 (mit den daraus herausstrukturierten zweiten Gegenelektrodenfingern 30), den zweiten Stützbereichen 38 aus der zweiten Zwischenschicht 34, den ersten Gegenelektrodenfingern 24 aus der ersten Zwischenschicht 26 und aus zwischen den zweiten Stützbereichen 38 und den ersten Gegenelektrodenfingern 24 liegenden Restbereichen der ersten Halbleiter- oder Metallschicht 18 zusammengesetzt sein. Ein derartiger Schichtaufbau der Halterung 10 und des verstellbaren Teils 12 erleichtert deren Herstellbarkeit.
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Die (ersten) Blattfedern 14 können einen in der ersten Zwischenschicht 26 hineinstrukturierten ersten Spalt 40 und/oder einen in die zweite Zwischenschicht 34 hineinstrukturierten zweiten Spalt 42 überspannen. Die Federendabschnitte 14a und 14b können gleichmäßig an den Grenzflächen der Spalte 40 und 42 verteilt sein, um eine gleichmäßige Wärmeabfuhr zu gewährleisten. Eine derartige Positionierung der (ersten) Blattfedern 14 erlaubt auch eine gleichmäßige Verstellbarkeit des verstellbaren Teils 12 in Bezug zu der Halterung 10 um die erste Drehachse 16.
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Das mikromechanische Bauteil der 1a bis 1i ist auch als Grundmodul 44 für die Ausbildung von Weiterbildungen verwendbar, wobei jedes Grundmodul 44 die Schichten 18, 20, 26, 32 und 34 (in der oben beschriebenen Reihenfolge) umfasst. Das Grundmodul 44 weist eine von der ersten Halbleiter- oder Metallschicht 18 weg gerichtete Fläche der ersten Elektrodenmaterialschicht 20 als erste maximale Fläche 46 und eine von der ersten Halbleiter- oder Metallschicht 18 weg gerichtete Fläche der zweiten Elektrodenmaterialschicht 32 als zweite maximale Fläche 48 auf. Auf die Verwendungsmöglichkeiten für das Grundmodul 44 wird im Weiteren eingegangen.
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2a bis 2c zeigen schematische Darstellungen einer zweiten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils, wobei 2a einen Querschnitt und 2b und 2c Flächenaufsichten wiedergeben.
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Bei dem mikromechanischen Bauteil der 2a bis 2c ist das verstellbare Teil 12 über die ersten Blattfedern 14 an einem mit der Halterung 10 verbundenen Zwischenteil 50 derart angebunden, dass jede der ersten Blattfedern 14 an je einem auf der ersten Seite der ersten Drehachse 16 liegenden ersten Federendabschnitt 14a an dem verstellbaren Teil 12 und an je einem auf der zweiten Seite der ersten Drehachse 16 liegenden zweiten Federendabschnitt 14b an dem Zwischenteil 50 angebunden ist. Deshalb sind die ersten Blattfedern 14 während des Verstellens des verstellbaren Teils 12 um die erste Drehachse 14 in Bezug zu der Halterung 10 (und dem Zwischenteil 50) scharnierartig biegbar.
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Die Federeinrichtung des mikromechanischen Bauteils der 2a bis 2c umfasst zusätzlich mehrere zweite Blattfedern 52, über welche das Zwischenteil 50 mit der Halterung 10 verbunden ist. Außerdem sind die zweiten Blattfedern 52 und die Aktoreinrichtung derart ausgebildet, dass das Zwischenteil 50 in Bezug zu der Halterung 10 um die erste Drehachse 16 oder um eine zweite Drehachse 54 verstellbar ist, wobei die zweiten Blattfedern 52 während eines Verstellens des Zwischenteils 50 um die erste Drehachse 16/die zweite Drehachse 54 scharnierartig biegbar sind. Jede der zweiten Blattfedern 52 ist vorzugsweise an je einem auf einer ersten Seite der ersten Drehachse 16/der zweiten Drehachse 54 liegenden ersten Federendabschnitt 52a an dem Zwischenteil 50 und an je einem auf einer zweiten Seite der ersten Drehachse 16/der zweiten Drehachse 54 liegenden zweiten Federendabschnitt 52b an der Halterung 10 angebunden. Auch die zweiten Blattfedern 52 können von der ersten Drehachse 16/der zweiten Drehachse 54 mittig geschnitten werden.
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In der Ausführungsform der 2a bis 2c verläuft die zweite Drehachse 54 parallel zu der ersten Drehachse 16. Zusammenfassend ist das verstellbare Teil 12 in Bezug zu der Halterung 10 somit sowohl um die erste Drehachse 16 als auch um die (parallel zu der ersten Drehachse 16 ausgerichtete) zweite Drehachse 54 verstellbar. Somit sind doppelt so große Verstellwinkel des verstellbaren Teils 12 in Bezug zu der Halterung 10 mittels der hier beschriebenen Ausführungsform erreichbar, ohne dass dazu Modifikationen an den Blattfedern 16 und 52 auszuführen sind.
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Die signifikante Steigerung der Verstellbarkeit des verstellbaren Teils 12 in Bezug zu der Halterung 10 wird bei der Ausführungsform der 2a bis 2c durch eine Verdoppelung des oben beschriebenen Schichtaufbaus erreicht. Das mikromechanische Bauteil der 2a bis 2c weist somit zusätzlich zu den oben schon beschriebenen (Rest-)Schichten 18, 20, 26, 32 und 34 noch eine zweite Halbleiter- und Metallschicht 18a, eine dritte Elektrodenmaterialschicht 20a, eine dritte Zwischenschicht 26a, eine vierte Elektrodenmaterialschicht 32a und eine vierte Zwischenschicht 34a auf. Die zweiten Blattfedern 52 sind alle aus der zweiten Halbleiter- oder Metallschicht 18a herausstrukturiert. Aus der dritten Elektrodenmaterialschicht 20a sind (in 2a bis 2c nicht skizzierte) dritte Elektrodenfinger 22a herausstrukturiert, welche benachbart zu dritten Gegenelektrodenfingern 24a aus der dritten Zwischenschicht 26a liegen. Aus der zwischen Restbereichen der zweiten Halbleiter- oder Metallschicht 18a und der dritten Elektrodenmaterialschicht 20a liegenden dritten Zwischenschicht 26a sind auch dritte Stützbereiche 36a herausstrukturiert.
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Vierte Elektrodenfinger 28a sind aus der vierten Zwischenschicht 34a gebildet. Benachbart zu den vierten Elektrodenfingern 28a liegen (nicht dargestellte) vierte Gegenelektrodenfinger 30a aus der vierten Elektrodenmaterialschicht 32a. Zusätzlich sind aus der zwischen Restbereichen der zweiten Halbleiter- oder Metallschicht 18a und der vierten Elektrodenmaterialschicht 32a liegenden vierten Zwischenschicht 34a vierte Stützbereiche 38a herausstrukturiert.
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Das mikromechanische Bauteil der 2a bis 2c weist somit (entlang einer Richtung) den folgenden Schichtaufbau auf: Die dritte Elektrodenmaterialschicht 20a, die dritte Zwischenschicht 26a, die zweite Halbleiter- oder Metallschicht 18a, die vierte Zwischenschicht 34a, die vierte Elektrodenmaterialschicht 32a, die erste Elektrodenmaterialschicht 20, die ersten Zwischenschicht 26, die erste Halbleiter- oder Metallschicht 18, die zweite Zwischenschicht 34 und die zweite Elektrodenmaterialschicht 32. Es wird darauf hingewiesen, dass die jeweils in die Schichten 18a, 20a, 26a, 32a und 34a hineinstrukturierten Vertiefungen/Aussparungen identisch mit den jeweiligen Vertiefungen/Aussparungen in den Schichten 18, 20, 26, 32 und 34 sein können (vergleiche 2b und 2c).
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In der Ausführungsform der 2a bis 2c ist das verstellbare Teil 12 aus der zweiten Elektrodenmaterialschicht 32 (mit den daraus herausstrukturierten zweiten Gegenelektrodenfingern 30), den zweiten Stützbereichen 38 aus der zweiten Zwischenschicht 34, den ersten Gegenelektrodenfingern 24 aus der ersten Zwischenschicht 26 und aus zwischen den zweiten Stützbereichen 38 und den ersten Gegenelektrodenfingern 24 liegenden Restbereichen der ersten Halbleiter- oder Metallschicht 18 zusammengesetzt. Das Zwischenteil 50 umfasst die erste Elektrodenmaterialschicht 20 (mit den daraus herausstrukturierten ersten Elektrodenfingern 22), die ersten Stützbereiche 36 aus der ersten Zwischenschicht 26, die zweiten Elektrodenfinger 28 aus der zweiten Zwischenschicht 34, zwischen den ersten Stützbereichen 36 und den zweiten Elektrodenfingern 28 liegende Restbereiche der ersten Halbleiter- oder Metallschicht 18, die vierte Elektrodenmaterialschicht 32a (mit den daraus herausstrukturierten vierten Gegenelektrodenfingern 30a), die dritten Gegenelektrodenfinger 24a, die vierten Stützbereiche 38a und zwischen den dritten Gegenelektrodenfingern 24a und den vierten Stützbereichen 38a liegende Restbereich der zweiten Halbleiter- oder Metallschicht 18a. Die Halterung 10 ist aus der dritten Elektrodenmaterialschicht 20a (mit den daraus herausstrukturierten dritten Elektrodenfingern 22a), den dritten Stützbereichen 36a aus der dritten Zwischenschicht 26a, den vierten Elektrodenfingern 28a aus der vierten Zwischenschicht 34a und den zwischen den dritten Stützbereichen 36a und den vierten Elektrodenfingern 28a liegenden Restbereichen der zweiten Halbleiter- oder Metallschicht 18a zusammengesetzt.
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Trotz der vielen Schichten der Komponenten 10, 12 und 50 ist das mikromechanische Bauteil der 2a bis 2c leicht herstellbar, indem zwei Grundmodule 44 und 44a zusammengesetzt werden. Dabei entspricht jedes Grundmodul 44 und 44a der Ausführungsform der 1a bis 1i. Zum Herstellen des mikromechanischen Bauteils der 2a bis 2c ist lediglich die erste maximale Fläche 46 des ersten Grundmoduls 44 an der zweiten maximalen Fläche 48a des zweiten Grundmoduls 44a zu befestigen. In der Ausführungsform der 2a bis 2d ist die Befestigung der beiden Grundmodule 44 und 44a so ausgeführt, dass die erste Drehachse 16 des ersten Grundmoduls 44 parallel zu der zweiten Drehachse 52 des zweiten Grundmoduls 44a ausgerichtet ist. Somit kann durch eine Kombination von zwei oder mehr Grundmodulen 44 und 44a ein maximal erreichbarer Verstellwinkel des verstellbaren Teils 12 in Bezug zu der Halterung 10 vergrößert werden.
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3a bis 3c zeigen schematische Darstellungen einer dritten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils, wobei 3a einen Querschnitt und 3b und 3c Flächenaufsichten wiedergeben.
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Bei dem mikromechanischen Bauteil der 3a bis 3c ist das Zwischenteil 50 in Bezug zu der Halterung 10 um eine geneigt zu der ersten Drehachse 16 ausgerichtete zweite Drehachse 60 verstellbar, wobei die zweiten Blattfedern 52 während des Verstellens des Zwischenteils 50 um die zweite Drehachse 60 in Bezug zu der Halterung 10 scharnierartig biegbar sind. Die Drehachsen 16 und 60 können insbesondere senkrecht zueinander ausgerichtet sein.
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Die vorteilhafte Ausbildung der zwei Drehachsen 16 und 60 an dem mikromechanischen Bauteil ist realisierbar durch ein Zusammensetzen des mikromechanischen Bauteils der 3a bis 3c aus den beiden zuvor schon beschriebenen Grundmodulen 44 und 44a. Dabei ist die erste maximale Fläche 46 des ersten Grundmoduls 44 derart an der zweiten maximalen Fläche 48a des zweiten Grundmoduls 44a befestigt, dass die zweite Drehachse 60 des zweiten Grundmoduls 44a senkrecht zu der ersten Drehachse 16 des ersten Grundmoduls 44 ausgerichtet ist. (Auch wenn sich die beiden Drehachsen 16 und 60 nicht überschneiden, kann von einer senkrechten Ausrichtung der beiden Drehachsen 16 und 60 gesprochen werden.) Mittels einer Kombination von zwei oder mehr Grundmodulen 44 und 44a ist somit auch mindestens eine zusätzliche (zweite) Drehachse 60 des mikromechanischen Bauteils, welche geneigt zu der ersten Drehachse 16 ausgerichtet ist, auf kostengünstige Weise realisierbar.
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Es wird darauf hingewiesen, dass immer das gleiche Grundmodul 44 und 44a zum Ausführen der verschiedenen Ausführungsformen der 2 und 3 verwendbar ist. Selbst bei einer Stapelung von mehreren Grundmodulen 44 und 44a kann eine große Anzahl von elektrischen Leitungen von der Halterung 10 zu dem verstellbaren Teil 12 geführt werden, da die flächigen Blattfedern 14 und 52 ausreichend Ausbildfläche/Anordfläche für die Leitungen zur Verfügung stellen. Gleiche Grundmodulwafer können zur Herstellung des Grundmoduls 44 und 44a verwendet werden, so dass ein einziger Maskensatz ausreichend ist.
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4a bis 4d zeigen schematische Darstellungen einer vierten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils, wobei die 4c und 4d Querschnitte entlang der Linien EE' und FF' der 4a wiedergeben.
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Die Ausführungsform der 4a bis 4d ist eine Weiterbildung des zuvor beschriebenen mikromechanischen Bauteils. Auch das mikromechanische Bauteil der 4a bis 4d ist aus zwei gleichen Grundmodulen 62 und 62a zusammengebaut, wobei die beiden Grundmodule 62 und 62a an ihren ersten maximalen Flächen 48 und 48a derart aneinander gefügt sind, dass die erste Drehachse 16 des ersten Grundmoduls 62 senkrecht zu der zweiten Drehachse 60 des zweiten Grundmoduls 62a ausgerichtet ist.
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Die beiden zusammengefügten Grundmodule 62 und 62a sind von zwei Rahmenteilen 64 und 66 umgeben, wobei das erste Rahmenteil 64 den Schichtaufbau (aus den zwei Grundmodulen 62 und 62a) ausgehend von der Ebene der ersten Elektrodenmaterialschicht 20 (des ersten Grundmoduls 62) derart umgreift, dass an dem ersten Rahmenteil 64 befestigte erste Messelektroden 68 in die erste Elektrodenmaterialschicht 20 hineinragen. Entsprechend umgreift das zweite Rahmenteil 66 den Schichtaufbau ausgehend von der Ebene der dritten Elektrodenmaterialschicht 20a so, dass an dem zweiten Rahmenteil 66 befestigte zweite Messelektroden 70 in die Ebene der dritten Elektrodenmaterialschicht 20a hineinragen. Das zweite Rahmenteil 66 ist zusätzlich an einer Trägerplatte 72 fest angebunden.
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Das verstellbare Teil 12 weist aus der ersten Elektrodenmaterialschicht 20 ausgebildete erste Gegenmesselektroden 74 auf, so dass mittels eines Abgreifens der zwischen den ersten Messelektroden 68 und den ersten Gegenmesselektroden 74 anliegenden Spannung ein Verstellwinkel des verstellbaren Teils 12 um die zweite Drehachse 60 in Bezug zu der Halterung 10/der Trägerplatte 72 ermittelbar ist. Vorzugsweise sind dazu die ersten Messelektroden 68 und den ersten Gegenmesselektroden 74 senkrecht zu der zweiten Drehachse 60 ausgerichtet. Auch aus der dritten Elektrodenmaterialschicht 20a sind zweite Gegenmesselektroden 76 des Zwischenteils 50 derart ausgebildet, dass mittels eines Abgreifens der zwischen den zweiten Messelektroden 70 und den ersten Gegenmesselektroden 76 anliegenden Spannung ein Verstellwinkel des Zwischenteils 50 um die erste Drehachse 16 in Bezug zu der Halterung 10/der Trägerplatte 72 ermittelbar ist. Das mikromechanische Bauteil der 4a bis 4d erlaubt somit eine genaue Detektion der Verstellwinkel des verstellbaren Teils 12 in Bezug zu der Halterung10/der Trägerplatte 72.
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Es wird darauf hingewiesen, dass bei dem mikromechanischen Bauteil der 4a bis 4d eine Messung der realen Verstellwinkel im gleichen Bauraum möglich ist. Quereinflüsse der jeweiligen anderen Drehachse 16 und 60 können somit herauskorrigiert werden. Die Messung der realen Verstellwinkel ist auf unterschiedlichen Ebenen und ohne eine Einbuße in der Stabilität der Aufhängung des verstellbaren Teils 12 möglich.
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Bei allen oben beschriebenen mikromechanischen Bauteilen ist eine gute Wärmeabfuhr der eingestrahlten Energie gewährleistet.
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Die oben beschriebenen mikromechanischen Bauteile können beispielsweise in einem MMA, in einem Head-up-Display, in einem Scanner oder in einem Beamer eingesetzt sein. Auch andere optische Bauelemente/Vorrichtungen können mit den oben beschriebenen mikromechanischen Bauteilen ausgestattet werden.
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5 zeigt ein Flussdiagramm zum Erläutern einer Ausführungsform eines nicht erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens für ein mikromechanisches Bauteil.
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Mittels des im Weiteren beschriebenen Herstellungsverfahrens können beispielsweise die oben erläuterten mikromechanischen Bauteile hergestellt werden. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die Ausführbarkeit des Herstellungsverfahrens nicht auf das Herstellen eines derartigen mikromechanischen Bauteils limitiert ist.
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In einem Verfahrensschritt S1 wird ein verstellbares Teil des späteren mikromechanischen Bauteils über eine Federeinrichtung mit einer Halterung verbunden. Außerdem wird in einem Verfahrensschritt S2 eine Aktoreinrichtung gebildet, mittels welcher bei einem Betrieb des mikromechanischen Bauteils das verstellbare Teil in Bezug zu der Halterung zumindest um eine erste Drehachse verstellt wird.
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Das mikromechanische Bauteil kann schichtartig aufgebaut und strukturiert werden. Die Verfahrensschritte S1 und S2 können in beliebiger Reihenfolge und/oder zumindest teilweise gleichzeitig ausgeführt werden. Das Verbinden des verstellbaren Teils erfolgt in dem Verfahrensschritt S1 über mehrere erste Blattfedern als zumindest Teil der Federeinrichtung. Dabei wird das verstellbare Teil über die ersten Blattfedern derart mit der Halterung oder mit einem mit der Halterung verbundenen Zwischenteil verbunden, dass jede der ersten Blattfedern an je einem auf einer ersten Seite der ersten Drehachse liegenden ersten Federendabschnitt an dem verstellbaren Teil und an je einem auf einer zweiten Seite der ersten Drehachse liegenden zweiten Federendabschnitt an der Halterung oder an dem Zwischenteil derart angebunden wird. Danach werden die ersten Blattfedern während eines Verstellens des verstellbaren Teils um die erste Drehachse in Bezug zu der Halterung scharnierartig gebogen.
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Mittels der Verfahrensschritte S1 und S2 können insbesondere die oben beschriebenen Grundmodule hergestellt werden. Anschließend können mindestens zwei der Grundmodule, wie oben beschrieben, zu einem komplexen mikromechanischen Bauteil zusammengefügt werden.
