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Die Erfindung betrifft ein mikromechanisches Bauteil, eine Beleuchtungsvorrichtung und ein entsprechendes Herstellungsverfahren.
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Stand der Technik
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Zur Realisierung eines Frontlichts, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, werden beispielsweise Halogen-Lampen, Gasentladungslampen oder LED-Strahler eingesetzt. Hierbei werden technologische Anstrengungen unternommen, um einen Lichtkegel zum optimalen Ausleuchten eines Sichtfelds einerseits und der Vermeidung von Blendung des Gegenverkehrs andererseits auf einfache Art und Weise zu realisieren.
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Die
US 2010/0020379 A1 betrifft ein mikroelektromechanisches System zum Antreiben eines kardanischen Elements für einen Mikrospiegel.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung schafft ein mikromechanisches Bauteil nach Anspruch 1, eine Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 11 und ein entsprechendes Herstellungsverfahren nach Anspruch 12.
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Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
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Vorteile der Erfindung
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Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee liegt darin, eine konkrete Aufbau und Verbindungstechnik bereitzustellen, um insbesondere ein Frontlicht für ein Fahrzeug durch ein Reflektieren, insbesondere dynamisches Modulieren, eines gebündelten Lichtstrahls durch einen mikromechanisch angetriebenen Spiegel – im Folgenden kurz Mikrospiegel genannt – zu realisieren. Ferner löst das mikromechanische Bauteil insbesondere das Problem, eine sich während des Betriebs bildende Wärme in dem mikromechanischen Bauteil effizient und kostengünstig abzuführen. Der im Folgenden beschriebene Mikrospiegel basiert auf einer Mikromechanik-Technologie mit Magnet- und Flussblech sowie einer Leiterplatte zur Signalübertragung zwischen dem Mikrospiegel bzw. Spiegelgehäuse und der Auswerteschaltung. Hierbei kann die Leiterplatte insbesondere in dem Spiegelgehäuse angeordnet sein.
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Bei dem im Folgenden beschriebenen mikromechanischen Bauteil handelt es sich um ein selbsttragendes in sich funktionsfähiges Bauelement, das beispielsweise als Frontlicht in einem Fahrzeug eingebaut werden kann. Ferner wird unter dem Begriff „mikromechanisches Bauteil“ auch ein mikroelektromechanisches Bauteil bzw. ein mikrooptoelektronisches Bauteil verstanden. Unter dem Begriff „Mikrospiegel“ wird auch ein Mikrospiegelaktor verstanden.
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Hierzu umfasst das mikromechanische Bauteil gemäß einem Aspekt der Erfindung einen Mikrospiegel, welcher innerhalb eines Spiegelgehäuses mit einem Lichteinfall- und/oder Lichtausfallfenster angeordnet ist und eine Auswerteschaltung mit einer Vorderseite und einer Rückseite sowie ein metallisches Kontaktelement. Das metallische Kontaktelement ist zumindest teilweise so in einer in der Auswerteschaltung ausgebildeten Aufnahmeöffnung angeordnet, dass das metallische Kontaktelement zumindest bereichsweise mit der Vorderseite und/oder der Rückseite der Auswerteschaltung in Kontakt steht, wobei an dem metallischen Kontaktelement eine von dem metallischen Kontaktelement zumindest teilweise umrahmte Öffnung ausgebildet ist. Zudem ist das Spiegelgehäuse so auf dem metallischen Kontaktelement angeordnet, dass eine das Lichteinfall- und/oder Lichtausfallfenster zumindest teilweise umrahmende Montagefläche des Spiegelgehäuses das metallische Kontaktelement kontaktiert und das Lichteinfall- und/oder Lichtausfallfenster die Öffnung zumindest teilweise abdeckt.
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Obwohl im Folgenden das mikromechanische Bauteil auf Basis eines Mikrospiegels beschrieben wird, versteht es sich von selbst, dass das mikromechanische Bauteil auch eine Vielzahl von Mikrospiegel umfassen kann.
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Beispielsweise kann sich das metallische Kontaktelement von der Vorderseite bis zu der Rückseite durch die Auswerteschaltung erstrecken und die Öffnung an dem metallischen Kontaktelement kann sich ebenfalls von der Vorderseite bis zu der Rückseite erstrecken. Ebenso kann das Kontaktelement jedoch auch als eine flache Platte ausgebildet sein, welches die Auswerteschaltung nur auf einer ihrer zwei Seiten kontaktiert.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist das Spiegelgehäuse mittels des metallischen Kontaktelements auf der Vorderseite der Auswerteschaltung angeordnet. Somit kann Licht über die Öffnung in das Lichteinfall- und/oder Lichtausfallfenster von der Rückseite der Auswerteschaltung besonders einfach einstrahlen und der Mikrospiegel ist durch die Auswerteschaltung vor äußeren Einflüssen geschützt, da der Mikrospiegel auf einer der Rückseite abgewandten Seite angeordnet ist, wobei die Rückseite insbesondere als Abstrahlseite des mikromechanischen Bauteils fungiert.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung bedeckt das metallische Kontaktelement die Rückseite der Auswerteschaltung zumindest zu 50%. Insbesondere kann das metallische Kontaktelement die Rückseite der Auswerteschaltung vollkommen bedecken. Alternativ bedeckt das metallische Kontaktelement die Rückseite der Auswerteschaltung relativ zur Gesamtfläche der Rückseite betrachtet zu 75% oder 90%. Durch eine entsprechende Ausdehnung des metallischen Kontaktelements auf der Rückseite der Auswerteschaltung kann während des Betriebs des mikromechanischen Bauteils Wärme besonders effizient über die Rückseite abgeführt werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist das Spiegelgehäuse mittels eines wärmeleitenden Ein-Komponentenklebstoffs mit dem metallischen Kontaktelement verbunden. So lässt sich Spiegelgehäuse mit dem Mikrospiegel besonders einfach und kostengünstig auf dem metallischen Kontaktelement anordnen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung umfasst der wärmeleitende Ein-Komponentenklebstoff ein metallisches Granulat. So lässt sich das Entwärmen bzw. das Abführen der im Betrieb entstehenden Wärme besonders effizient und kostengünstig durchführen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung nimmt ein Durchmesser der Öffnung des metallischen Kontaktelements in Richtung von der Rückseite zu der Vorderseite ab. So lässt sich Licht im Betrieb über das Lichteinfall- und/oder Lichtausfallfenster des mikromechanischen Bauteils auf eine besonders große Fläche reflektieren und/oder projizieren.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist an dem Spiegelgehäuse und der Auswerteschaltung jeweils mindestens ein Bondpad angebunden, wobei mindestens ein Bonddraht zwischen dem mindestens einen Bondpad der Auswerteschaltung und dem mindestens einen Bondpad des Spiegelgehäuses verläuft. So lässt sich eine einfache Vorderseitenmontage des Mikrospiegels mit einer geringen Montagehöhe realisieren.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist das metallische Kontaktelement aus mindestens einem Metall mit einer hohen spezifischen Wärmeleitfähigkeit gebildet. So lässt sich für spezifische Anwendungen des mikromechanischen Bauteils ein Material des metallischen Kontaktelements einsparen. Beispielsweise umfasst das metallische Kontaktelement Kupfer oder eine Kupferlegierung.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist der Mikrospiegel mittels einer magnetischen, elektrostatischen und/oder piezoelektrischen Aktoreinrichtung um mindestens eine Drehachse verstellbar. So lässt sich das eingestrahlte Licht auf einfache Art und Weise hinsichtlich eines gewünschten Sichtfeldes oder einer zu beleuchtenden Fläche steuern.
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Die Merkmale für das mikromechanische Bauteil sind auch für die Beleuchtungsvorrichtung sowie das entsprechende Herstellungsverfahren offenbart wie auch umgekehrt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsformen mit Bezug auf die Figuren erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine schematische seitliche Querschnittsansicht zur Erläuterung eines mikromechanischen Bauteils und eines entsprechenden Herstellungsverfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 eine schematische Rückseitenansicht zur Erläuterung des mikromechanischen Bauteils gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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3 eine schematische Vorderseitenansicht zur Erläuterung des mikromechanischen Bauteils und des entsprechenden Herstellungsverfahrens gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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4 eine schematische Rückseitenansicht zur Erläuterung eines mikromechanischen Bauteils und eines entsprechenden Herstellungsverfahrens gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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5 ein Flussdiagramm zur Erläuterung des Herstellungsverfahrens für das mikromechanische Bauteil gemäß der ersten oder zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
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6 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer Beleuchtungsvorrichtung für ein Fahrzeug mit dem mikromechanischen Bauteil gemäß der ersten oder zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente.
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1 zeigt eine schematische seitliche Querschnittsansicht zur Erläuterung eines mikromechanischen Bauteils und eines entsprechenden Herstellungsverfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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In 1 bezeichnet Bezugszeichen 100 ein mikromechanisches Bauteil. Das mikromechanische Bauteil 100 umfasst einen Mikrospiegel 3, welcher innerhalb eines Spiegelgehäuses 2 mit einem Lichteinfall- und/oder Lichtausfallfenster 12 angeordnet ist. Das mikromechanische Bauteil umfasst ferner eine Auswerteschaltung 1 mit einer Vorderseite V1 und einer Rückseite R1 und ein metallisches Kontaktelement 5. Das metallische Kontaktelement ist in einer in der Auswerteschaltung ausgebildeten Aufnahmeöffnung A1 angeordnet. Außerdem steht das metallische Kontaktelement 5 zumindest bereichsweise mit der Vorderseite V1 und/oder der Rückseite R1 der Auswerteschaltung 1 in Kontakt. Lediglich beispielhaft erstreckt sich das metallische Kontaktelement 5 in der Ausführungsform der 1 von der Vorderseite V1 bis zu der Rückseite R1 durch die Auswerteschaltung 1. An dem metallischen Kontaktelement 5 ist eine von dem metallischen Kontaktelement 5 zumindest teilweise, hier vollständig, umrahmte Öffnung O1 ausgebildet ist. Wie in 1 erkennbar ist, kann sich die Öffnung O1 auch von der Vorderseite V1 bis zu der Rückseite R1 erstrecken.
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Wie in der 1 gezeigt, ist das Spiegelgehäuse 2 hierbei auf dem metallischen Kontaktelement 5 angeordnet, so dass eine das Lichteinfall- und/oder Lichtausfallfenster 12 zumindest teilweise umrahmende Montagefläche M1 des Spiegelgehäuses 2 das metallische Kontaktelement 5 kontaktiert und das Lichteinfall- und/oder Lichtausfallfenster 12 die Öffnung O1 zumindest teilweise abdeckt.
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Durch das Lichteinfall- und/oder Lichtausfallfenster 12 des Spiegelgehäuses 2 mit dem Mikrospiegel 3 strahlt Licht L1 durch die Öffnung O1 des metallischen Kontaktelements 5 in Richtung des Mikrospiegels 3 ein. Die ausgebildete Aufnahmeöffnung A1 der Auswerteschaltung 1 kann insbesondere als ein Loch in der Auswerteschaltung 1 ausgebildet sein, in der Aufnahmeöffnung A1 befindet sich das metallische Kontaktelement 5. Die Aufnahmeöffnung A1 der Auswerteschaltung 1 kann insbesondere in lateraler Richtung durch ein Material des metallischen Kontaktelements 5 umgeben bzw. umrahmt sein, wobei das metallische Kontaktelement selbst die Öffnung O1 aufweist. Die Öffnung O1 des metallischen Kontaktelements 5 ist in einem Einstrahlbereich des Lichts L1 frei von dem Material des metallischen Kontaktelements 5. Mit anderen Worten kann das Licht L1 ungehindert durch das Lichteinfallfenster des Spiegelgehäuses 2 auf den Mikrospiegel 3 des mikromechanischen Bauteils 100 einstrahlen und durch das Lichtausfallfenster des Spiegelgehäuses 2 zurückreflektiert bzw. projiziert werden.
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Wie in der 1 gezeigt, ist das Spiegelgehäuse 2 mittels eines wärmeleitenden Ein-Komponentenklebstoffs E1 auf der Vorderseite V1 der Auswerteschaltung 1 mit dem metallischen Kontaktelement 5 verbunden. Hierbei ist die Montagefläche M1 des Spiegelgehäuses 2 zumindest bereichsweise frei von dem wärmeleitenden Ein-Komponentenklebstoff E1, so dass das Licht L1 ungehindert auf den Mikrospiegel 3 einstrahlen kann oder durch den Mikrospiegel 3 reflektiert werden kann.
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Der Mikrospiegel 3 basiert auf einer Mikromechanik-Technologie mit Magnet- und Flussblech sowie einer Leiterplatte zur Signalübertragung zwischen dem Mikrospiegel 3 und der Auswerteschaltung 1. Der Mikrospiegel 3 reflektiert das eingestrahlte Licht mittels dynamischer Modulation, hierzu ist der Mikrospiegel mittels einer magnetischen, elektrostatischen und/oder piezoelektrischen Aktoreinrichtung um mindestens eine Drehachse verstellbar.
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Gemäß der 1 nimmt ein Durchmesser S1 der Öffnung O1 des metallischen Kontaktelements 5 in Richtung von der Rückseite R1 zu der Vorderseite V1 ab. So kann das Licht L1 mit einem größeren Austrittswinkel durch das Lichtausfallfenster reflektiert werden. Ferner ist das Spiegelgehäuse 2 mittels eines Bonddrahtes D1 mit der Auswerteschaltung 1 elektrisch kontaktiert, wobei an dem Spiegelgehäuse 2 und an der Auswerteschaltung 1 jeweils ein Bondpad B1 bzw. B2 angebunden ist.
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2 zeigt eine schematische Rückseitenansicht zur Erläuterung des mikromechanischen Bauteils gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Die 2 zeigt eine Rückseitenansicht R1 des mikromechanischen Bauteils 100. Der entsprechende Bereich aus der schematischen seitlichen Querschnittsansicht des mikromechanischen Bauteils 100 aus der 1 ist durch ein gestricheltes Kästchen gekennzeichnet.
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In der 2 seht das metallische Kontaktelement 5 insbesondere mit der Rückseite R1 der Auswerteschaltung 1 zumindest bereichsweise in Kontakt. Die in dem metallischen Kontaktelement 5 vorhandene Öffnung O1 ermöglicht das Einstrahlen des Lichts L1 in Richtung des Spiegelgehäuses 2 mit dem Mikrospiegel 3.
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Wie in der 2 gezeigt, ist die Öffnung O1 des metallischen Kontaktelements 5 frei von dem Material des metallischen Kontaktelements 5.
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3 zeigt eine schematische Vorderseitenansicht zur Erläuterung des mikromechanischen Bauteils und des entsprechenden Herstellungsverfahrens gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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3 zeigt eine Vorderseitenansicht des mikromechanischen Bauteils 100. Der entsprechende Bereich aus der schematischen seitlichen Querschnittsansicht des mikromechanischen Bauteils 100 aus der 1 ist durch das gestricheltes Kästchen gekennzeichnet.
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In der 3 ist die Öffnung O1 des metallischen Kontaktelements 5 durch das Spiegelgehäuse 2 mit dem Mikrospiegel 3 bedeckt. In der 3 ist das metallische Kontaktelement 5 derart ausgebildet, dass das metallische Kontaktelement 5 das Spiegelgehäuse 2 mit dem Mikrospiegel 3 in lateraler Richtung L überragt. Hierdurch kann das Spiegelgehäuse 2 mit dem Mikrospiegel 3 einfach durch eine Vorderseitenmontage auf das metallische Kontaktelement 5 angeordnet werden. Um eine stabile Kontaktierung zwischen dem Spiegelgehäuse 2 und dem metallischen Kontaktelement 5 zu erzielen, kann das Spiegelgehäuse 2 über seine zumindest teilweise umrahmende Montagefläche M1 mittels eines wärmeleitenden Ein-Komponentenklebstoffs E1 auf dem metallischen Kontaktelement 5 befestigt sein. Das Spiegelgehäuse 2 ist mittels eines Bonddrahts D1 mit der Auswerteschaltung 1 elektrisch kontaktiert, wobei das Spiegelgehäuse 2 und die Auswerteschaltung 1 jeweils ein Bondpad B1, B2 umfassen.
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4 zeigt eine schematische Rückseitenansicht zur Erläuterung eines mikromechanischen Bauteils und eines entsprechenden Herstellungsverfahrens gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Die in der 4 gezeigte Rückseitenansicht der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung basiert auf der in der 2 gezeigten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils 100 mit dem Unterschied, dass das metallische Kontaktelement 5 die Rückseite R1 der Auswerteschaltung 1 zu 90% bedeckt. Hierdurch kann die im Betrieb entstehende Wärme des mikromechanischen Bauteils besonders effizient und kostengünstig abgeführt werden.
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5 zeigt ein Flussdiagramm zur Erläuterung des Herstellungsverfahrens für das mikromechanische Bauteil gemäß der ersten oder zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Im Schritt A des Herstellungsverfahrens wird ein metallisches Kontaktelement 5 in einer an einer Auswerteschaltung 1 mit einer Vorderseite V1 und einer Rückseite R1 ausgebildeten Aufnahmeöffnung A1 angeordnet. Die Anordnung erfolgt hierbei so, dass sich das metallische Kontaktelement 5 von der Vorderseite V1 bis zu der Rückseite R1 durch die Auswerteschaltung 1 erstreckt und die Vorderseite V1 und die Rückseite R1 zumindest bereichsweise von dem metallischen Kontaktelement (5) kontaktiert werden.
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Im Schritt B wird ein Spiegelgehäuse 2 mit einem Lichteinfall- und/oder Lichtausfallfenster 12 und einem innerhalb des Spiegelgehäuses 2 ausgebildeten Mikrospiegels 3 auf dem metallischen Kontaktelement 5 so angeordnet, dass eine das Lichteinfall- und/oder Lichtausfallfenster 12 zumindest teilweise umrahmende Montagefläche M1 des Spiegelgehäuses 2 das metallische Kontaktelement 5 kontaktiert und das Lichteinfall- und/oder Lichtausfallfenster 12 eine sich von der Vorderseite V1 bis zu der Rückseite R1 erstreckende und von dem metallischen Kontaktelement 5 umrahmte Öffnung O1 zumindest teilweise abdeckt.
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6 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer Beleuchtungsvorrichtung für ein Fahrzeug mit dem mikromechanischen Bauteil gemäß der ersten oder zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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In der 6 bezeichnet Bezugszeichen 101 eine Beleuchtungsvorrichtung für beispielsweise ein Fahrzeug F1. Die Beleuchtungsvorrichtung 101 kann insbesondere ein Frontlicht umfassen, wobei mittels des mikromechanischen Bauteils 100 ein Fernlicht steuerbar sein kann. Wie in der 6 gezeigt kann das Licht L1 von einer Lichtquelle Q1 erzeugt werden, wobei das Licht L1 durch das hier beschriebene mikromechanische Bauteil 100 reflektiert bzw. dynamisch moduliert wird. Bezugszeichen Lr1 bezeichnet das durch das mikromechanische Bauteil 100 reflektierte Licht L1. Die dynamische Modulation erfolgt durch Verstellen des Mikrospiegels 3 mittels einer magnetischen, elektrostatischen und/oder piezoelektrischen Aktoreinrichtung um mindestens eine Drehachse.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt. Insbesondere sind die genannten Materialien und Topologien nur beispielhaft und nicht auf die erläuterten Beispiele beschränkt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2010/0020379 A1 [0003]
