DE102016220524A1

DE102016220524A1 - Mikromechanisches Bauteil und Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil

Info

Publication number: DE102016220524A1
Application number: DE102016220524.2A
Authority: DE
Inventors: Johannes Baader; Joerg Muchow; Helmut Grutzeck
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-10-19
Filing date: 2016-10-19
Publication date: 2018-04-19
Also published as: TWI725243B; US20180105416A1; US10696542B2; JP2018099769A; JP6956586B2; TW201815660A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein mikromechanisches Bauteil mit einer Halterung (10), einer mittels eines Spulenträgers (12) gehaltene Spulenwicklung (14), und einem verstellbaren Teil (16), wobei der Spulenträger (12) und das verstellbare Teil (16) miteinander und über mindestens ein Federelement (18a, 18b) mit der Halterung (10) derart verbunden sind, dass das verstellbare Teil (16) in Bezug zu der Halterung (10) um zumindest eine Drehachse (20) verstellbar ist, und wobei an der Halterung (10) ein fest angeordneter oder ausgebildeter und von dem Spulenträger (12) zumindest teilweise umrahmten Anschlagträger (22) vorliegt mit mindestens einem an einer Fläche des Anschlagträgers (22) hervorstehenden ersten Anschlagbereich (24), mittels welchem eine Relativbewegung zumindest des Spulenträgers (12) in mindestens eine Richtung in Bezug zu der Halterung (10) durch einen Kontakt des mindestens einen ersten Anschlagbereichs (24) mit dem Spulenträger (12) begrenzt ist. Ebenso betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil.

Description

Die Erfindung betrifft ein mikromechanisches Bauteil. Ebenso betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil.
Stand der Technik
In der DE 10 2014 207 891 A1 sind Spiegelanordnungen beschrieben, welche jeweils eine mittels eines Spulenträgers gehaltene Spulenwicklung und einen mit dem Spulenträger verbundenen Spiegel aufweisen, wobei der Spulenträger und der damit verbundene Spiegel jeweils über vier weiche Federn so mit einer Halterung verbunden sind, dass der Spiegel durch ein Bestromen der Spulenwicklung und ein Bewirken eines äußeren Magnetfelds um eine Drehachse in Bezug zu der Halterung verstellbar ist.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung schafft ein mikromechanisches Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 12.
Vorteile der Erfindung
Die vorliegende Erfindung verbessert eine Robustheit, insbesondere eine Fallrobustheit, von mikromechanischen Bauteilen, indem zumindest der mindestens eine erste Anschlagbereich bei einem Anstoßen oder Fallen des damit ausgebildeten mikromechanischen Bauteils eine Relativbewegung zumindest des Spulenträgers in Bezug zu der Halterung begrenzt. Zumindest der mindestens eine erste Anschlagbereich wirkt somit als „Stoppelement“, welches durch die Begrenzung der Relativbewegung zumindest des Spulenträgers in Bezug zu der Halterung ein Beschädigungsrisiko reduziert. Die vorliegende Erfindung trägt somit zur Schaffung robusterer mikromechanischer Bauteile bei, welche im Vergleich mit dem Stand der Technik größeren Krafteinwirkungen und höhere Fallhöhen aushalten können. Durch die mittels der vorliegenden Erfindung gesteigerte Robustheit/Fallrobustheit eines mikromechanischen Bauteils kann das mikromechanische Bauteil, ein damit ausgestatteter Aktor oder ein damit ausgestatteter Sensor vielseitiger eingesetzt werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils ist der mindestens eine erste Anschlagbereich konvex geformt. Ein Auftreffen des Spulenträgers an einer Kante des mindestens einen konvex geformten ersten Anschlagbereichs (während eines Anstoßens oder Fallens des damit ausgebildeten mikromechanischen Bauteils) muss somit nicht befürchtet werden.
Vorzugsweise ist mindestens ein dem mindestens einen ersten Anschlagbereich zugeordneter Kontaktbereich des Spulenträgers konkav geformt. Während eines Anstoßens oder Fallens des jeweiligen mikromechanischen Bauteils wird eine entsprechende Relativbewegung zumindest des Spulenträgers in Bezug zu der Halterung durch einen Kontakt des mindestens einen ersten Anschlagbereichs mit dem ihm zugeordneten Kontaktbereich begrenzt, wobei aufgrund der gekrümmten Ausbildungen des mindestens einen ersten Anschlagbereichs und des mindestens einen ihm zugeordneten Kontaktbereichs und der damit gesteigerten Gesamt-Kontaktfläche ein herkömmliches Risiko von Ausbrüchen reduziert ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der mindestens eine erste Anschlagbereich an mindestens einem elastisch verbiegbaren Teilbereich des Anschlagträgers ausgebildet. Ein Kontakt des Spulenträgers mit dem mindestens einen ersten Anschlagbereich führt somit zu einer elastischen Verformung des mindestens einen zugeordneten elastisch verbiegbaren Teilbereichs des Anschlagträgers, wodurch kinetische Energie (Fallenergie) auffangbar ist. Man kann dies auch damit umschreiben, dass die (unerwünschte) Relativbewegung zumindest des Spulenträgers in Bezug zu der Halterung mittels der elastischen Verformung des mindestens einen elastisch verbiegbaren Teilbereichs des Anschlagträgers abbremsbar ist.
Optionalerweise weist der mindestens eine elastisch verbiegbare Teilbereich des Anschlagträgers mit dem mindestens einen ersten Anschlagbereich jeweils eine Metallbeschichtung auf. Die jeweilige Metallbeschichtung kann bei einer starken Belastung des jeweiligen elastisch verbiegbaren Teilbereichs des Anschlagträgers dämpfend wirken.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des mikromechanischen Bauteils umfasst die Halterung einen den Spulenträger mit der Spulenwicklung, das verstellbare Teil und/oder mindestens eine Verbindungskomponente, über welche der Spulenträger mit dem verstellbaren Teil verbunden ist, zumindest teilweise umrahmenden Rahmen, wobei an dem Rahmen mindestens ein an einer Innenfläche des Rahmens hervorstehender zweiter Anschlagbereich ausgebildet ist, mittels welchem eine Relativbewegung zumindest des Spulenträgers, des verstellbaren Teils und/oder der mindestens einen Verbindungskomponente in mindestens eine Richtung in Bezug zu der Halterung durch einen Kontakt des mindestens einen zweiten Anschlagbereichs mit dem Spulenträger, dem verstellbaren Teil und/oder der mindestens einen Verbindungskomponente begrenzbar ist. Auch die Ausbildung des mindestens einen zweiten Anschlagbereichs trägt zur gewünschten Steigerung der Robustheit/Fallrobustheit bei dieser Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils bei.
Insbesondere kann auch der mindestens eine zweite Anschlagbereich konvex geformt sein. Vorzugsweise ist in diesem Fall mindestens ein dem mindestens einen zweiten Anschlagbereich zugeordneter Kontaktbereich des Spulenträgers, des verstellbaren Teils und/oder der mindestens einen Verbindungskomponente konkav geformt. Damit ist auch ein Kontakt des mindestens einen zweiten Anschlagbereichs mit dem mindestens einen zugeordneten Kontaktbereich vergleichsweise großflächig ausgebildet, wodurch ein herkömmliches Risiko von Ausbrüchen reduziert ist.
Bevorzugter Weise ist der mindestens eine zweite Anschlagbereich an mindestens einem elastisch verbiegbaren Teilbereich des Rahmens ausgebildet. Mittels einer elastischen Verformung des mindestens einen elastisch verbiegbaren Teilbereichs des Rahmens kann somit kinetische Energie (Fallenergie) absorbiert werden. Damit trägt auch die Ausbildung des mindestens einen zweiten Anschlagbereichs an dem mindestens einen elastisch verbiegbaren Teilbereich des Rahmens zur Dämpfung einer unerwünschten Relativbewegung des Spulenträgers, des verstellbaren Teils und/oder der mindestens einen Verbindungskomponente in Bezug zu der Halterung bei.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils weist der mindestens eine elastisch verbiegbare Teilbereich des Rahmens mit dem mindestens einen zweiten Anschlagbereich jeweils eine Metallbeschichtung auf. Auch in diesem Fall kann die mindestens eine Metallbeschichtung des mindestens einen elastisch verbiegbaren Teilbereichs des Rahmens mit dem mindestens einen zweiten Anschlagbereich zur Dämpfung einer Belastung beitragen.
Beispielsweise kann das mikromechanische Bauteil ein Mikrospiegel mit einer verstellbaren Spiegelplatte als dem verstellbaren Teil sein. Das mikromechanische Bauteil ist somit vielseitig einsetzbar. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass eine Ausbildbarkeit des mikromechanischen Bauteils nicht auf einen Mikrospiegel limitiert ist.
Die vorausgehend beschriebenen Vorteile sind auch bei einem Ausführen eines korrespondierenden Herstellungsverfahrens für ein mikromechanisches Bauteil realisiert. Es wird darauf hingewiesen, dass das Herstellungsverfahren gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen des mikromechanischen Bauteils weiterbildbar ist.
Figurenliste
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils;
2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils;
3 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils;
4 eine schematische Teildarstellung einer vierten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils;
5 eine schematische Teildarstellung einer fünften Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils;
6 eine schematische Teildarstellung einer sechsten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils;
7 eine schematische Teildarstellung einer siebten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils; und
8 ein Flussdiagramm zum Erläutern einer Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für ein mikromechanisches Bauteil.

Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils.
Das in 1 schematisch wiedergegebene mikromechanische Bauteil weist zumindest eine Halterung 10 (z.B. ein Gehäuse), eine mittels eines Spulenträgers 12 gehaltene Spulenwicklung 14 und ein verstellbares Teil 16 auf. Der Spulenträger 12 und das verstellbare Teil 16 sind miteinander verbunden. Außerdem sind der Spulenträger 12 und das verstellbare Teil 16 über mindestens ein Federelement 18a und 18b mit der Halterung 10 derart verbunden, dass das verstellbare Teil 16 in Bezug zu der Halterung 10 um zumindest eine Drehachse 20 verstellbar ist. In der Ausführungsform der 1 ist das mikromechanische Bauteil beispielhaft ein Mikrospiegel mit einer verstellbaren Spiegelplatte 16 als dem verstellbaren Teil 16. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass eine derartige Ausbildung des mikromechanischen Bauteils nur beispielhaft zu interpretieren ist.
Das mikromechanische Bauteil weist auch einen an der Halterung 10 fest angeordneten oder ausgebildeten Anschlagträger 22 auf. Unter der festen Anordnung oder Ausbildung des Anschlagträgers 22 an der Halterung 10 ist zu verstehen, dass eine Position und eine Stellung des Anschlagträgers 22 in Bezug zu einem (nicht skizzierten) Schwerpunkt der Halterung 10 während eines Betriebs des mikromechanischen Bauteils in der Regel (ohne eine Beschädigung des mikromechanischen Bauteils) unverändert bleibt. Nur mittels einer Beschädigung des mikromechanischen Bauteils sind die Position und die Stellung des Anschlagträgers 22 in Bezug zu dem Schwerpunkt der Halterung 10 veränderbar. Der Anschlagträger 22 kann insbesondere als Teil der Halterung 10 bezeichnet werden.
Der Anschlagträger 22 ist zumindest teilweise von dem Spulenträger 12 umrahmt. Außerdem ist der Anschlagträger 22 mit mindestens einem an einer Fläche des Anschlagträgers 22 hervorstehenden ersten Anschlagbereich 24 ausgebildet. Mittels des mindestens einen ersten Anschlagbereichs 24 ist eine Relativbewegung zumindest des Spulenträgers 12 in mindestens eine Richtung (z.B. parallel zu der Drehachse 20 oder senkrecht zu der Drehachse 20) in Bezug zu der Halterung 10 durch einen Kontakt des mindestens einen ersten Anschlagbereichs 24 mit dem Spulenträger 12 begrenzt. Erfährt die Halterung 10 beispielsweise einen Stoß (z.B. bei einem Herunterfallen des mikromechanischen Bauteils), so begrenzt der Kontakt des mindestens einen ersten Anschlagbereichs 24 mit dem Spulenträger 12 die Relativbewegung zumindest des Spulenträgers 12 in Bezug zu der Halterung 10, wodurch vor allem ein zu starkes Verbiegen des mindestens einen Federelements 18a und 18b (aufgrund einer zu großen Relativbewegung zumindest des Spulenträgers 12 in Bezug zu der Halterung 10) unterbunden ist. Somit muss kein Brechen des mindestens einen Federelements 18a und 18b aufgrund einer zu hohen Belastung bei einem Anstoßen der Halterung 10 befürchtet werden.
Die Ausbildung des Anschlagträgers 22 mit dem mindestens einen ersten Anschlagbereich 24 erhöht somit die Robustheit, insbesondere die Fallrobustheit, des mikromechanischen Bauteils der 1. Das mikromechanische Bauteil der 1 kann deshalb während seines Betriebs vielseitiger eingesetzt werden. Auch während einer Fertigung des mikromechanischen Bauteils weist dieses ab der Ausbildung des Anschlagträgers 22 mit dem mindestens einen ersten Anschlagbereich 24 die höhere Robustheit auf, so dass viele Fertigungsprozesse, wie beispielweise ein Handling oder ein Pick-and-Place-Prozess, risikofreier ausführbar sind.
Als vorteilhafte Weiterbildung umfasst die Halterung 10 der hier dargestellten Ausführungsform auch einen den Spulenträger 12 (mit der Spulenwicklung 14), das verstellbare Teil 16 und/oder mindestens eine Verbindungskomponente 30, über welche der Spulenträger 12 mit dem verstellbaren Teil 16 verbunden ist, zumindest teilweise umrahmenden Rahmen 26. An dem Rahmen 26 ist mindestens ein an einer Innenfläche des Rahmens 26 hervorstehender zweiter Anschlagbereich 28 ausgebildet. Auch mittels des mindestens einen zweiten Anschlagbereichs 28 ist eine Relativbewegung zumindest des Spulenträgers 12, des verstellbaren Teils 16 und/oder der mindestens einen Verbindungskomponente 30 in mindestens eine Richtung (z.B. parallel zu der Drehachse 20 oder senkrecht zu der Drehachse 20) in Bezug zu der Halterung 10 durch einen Kontakt des mindestens einen zweiten Anschlagbereichs 28 mit dem Spulenträger 12, dem verstellbaren Teil 16 und/oder der mindestens einen Verbindungskomponente 30 begrenzbar/begrenzt. Somit verkürzt auch der mindestens eine zweite Anschlagbereich 28 an dem Rahmen 26 eine Beschleunigungsstrecke bei einem Anstoßen der Halterung 10, bzw. einem Fallen des mikromechanischen Bauteils. Auch die Ausbildung des mindestens einen zweiten Anschlagbereichs 28 an dem Rahmen 26 trägt somit zur Verringerung einer Belastung des mindestens einen Federelements 18a und 18b bei.
Das mikromechanische Bauteil der 1 weist als die mindestens eine Verbindungskomponente 30 einen U-förmigen Teilrahmen 30 auf, mit welchem der Spulenträger 12 einstückig ausgebildet ist. Der U-förmige Teilrahmen 30 umrahmt einen Sockelbereich 32, an welchem das verstellbare Teil 16 verankert ist. Der Sockelbereich 32 ist (kardanisch) zwischen zwei sich entlang der Drehachse 20 erstreckenden Stegelementen 34 aufgehängt. Jedes von dem Sockelbereich 32 weg gerichtete Ende der beiden Stegelemente 34 ist über je zwei schlaufenförmige Federn 36 mit dem U-förmigen Teilrahmen 30 verbunden. Beispielhaft sind die schlaufenförmigen Federn 36 spiegelsymmetrisch bezüglich der Drehachse 20 ausgebildet. Außerdem sind die beiden auf einer gleichen Seite der Drehachse 20 liegenden schlaufenförmigen Federn 36 über je einen Verbindungssteg 38 miteinander verbunden. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die in 1 schematisch wiedergegebene Anbindung des verstellbaren Teils 16 an den U-förmigen Teilrahmen 30 nur beispielhaft zu interpretieren ist.
Auch die Ausbildung des mindestens einen Federelements 18a und 18b des mikromechanischen Bauteils der 1 ist nur beispielhaft zu verstehen. Das mikromechanische Bauteil weist als das mindestens eine Federelement 18a und 18b je zwei erste Federelemente 18a und je zwei zweite Federelemente 18b auf, welche jeweils den U-förmigen Teilrahmen 30 mit dem Rahmen 26 verbinden. Die ersten Federelemente 18a haben jeweils eine Stegform und verlaufen parallel zur Drehachse 20. Die ersten Federelemente 18a sind an je einem Ende an einem offenen Ende des U-förmigen Teilrahmens 30 und je an einem anderen Ende an einem Vorsprung des Rahmens 26 verankert. Die zweiten Federelemente 18b sind Winkelfedern und umrahmen jeweils den Spulenträger 12 teilweise. Die zweiten Federelemente 18b sind an je einem Ende an einem von dem offenen Ende weg gerichteten Ende des U-förmigen Teilrahmens 30 und je an einem anderen Ende an einem (weiteren) Vorsprung des Rahmens 26 verankert. Das mikromechanische Bauteil der 1 weist somit relativ weiche Federelemente 18a und 18b auf, deren Ausbildung noch genügend Freiraum zum Ausbilden des mindestens einen zweiten Anschlagbereichs 28 an dem Rahmen 26 erlaubt. Somit kann das mikromechanische Bauteil verhältnismäßig einfach mit einer ausreichenden Anzahl von zweiten Anschlagbereichen 28 ausgebildet werden. Außerdem ist die Spulenwicklung 14 mittels auf den zweiten Federelemente 18b geführter Leiterbahnen 40 elektrisch an der Halterung 10 angebunden.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils.
Als vorteilhafte Weiterbildung gegenüber der zuvor beschriebenen Ausführungsform ist bei dem mikromechanischen Bauteil der 2 der mindestens eine erste Anschlagbereich 24 an mindestens einem elastisch/flexibel verbiegbaren Teilbereich 22a des Anschlagträgers 22 ausgebildet. Beispielsweise ist dazu mindestens ein Trenngraben 42 so in den Anschlagträger 22 strukturiert, dass der mittels des mindestens einen Trenngrabens 42 von einem Restbereich des Anschlagträgers 22 „teilweise abgetrennte“ elastisch verbiegbare Teilbereich 22a elastisch/flexibel gegen den Restbereich drückbar ist. Man kann dies auch als eine „federnde Auslegung“, „Feder-Hinterlegung“ und/oder „Abfederung“ des mindestens einen ersten Anschlagbereichs 24 umschreiben. Der mindestens eine erste Anschlagbereich 24 ist jeweils als ein „federnder Anschlagbereich“ 24 bezeichenbar. Sofern der Spulenträger 12 stark gegen den mindestens einen ersten Anschlagbereich 24 gedrückt wird, kann mittels einer elastischen Verbiegung des mindestens einen zugeordneten elastisch verbiegbaren Teilbereichs 22a kinetische Energie absorbiert werden. Die Ausbildung des mindestens einen elastisch verbiegbaren Teilbereichs 22a mit dem mindestens einen ersten Anschlagbereich 24 verringert somit eine lokale Belastung des mikromechanischen Bauteils bei einem Anstoßen der Halterung 10 oder einem Fallen des mikromechanischen Bauteils. Sowohl bei einer Beschleunigung des mikromechanischen Bauteils parallel zu der Drehachse 20, als auch senkrecht zu der Drehachse 20 oder in einem Neigungswinkel zwischen 0° und 90° (Grad) zu der Drehachse 20 können die elastisch verbiegbaren Teilbereiche 22a des Anschlagträgers 22 zur Dämpfung der lokalen Belastung beitragen.
Als optionale Weiterbildung ist bei dem mikromechanischen Bauteil der 2 auch der mindestens eine zweite Anschlagbereich 28 an mindestens einen elastisch/flexibel verbiegbaren Teilbereich 26a des Rahmens 26 ausgebildet. Auch dies kann durch Strukturieren mindestens eines Trenngrabens 44 in den Rahmen 26 erfolgen. Die „federnde Auslegung“, „Feder-Hinterlegung“ und/oder „Abfederung“ des mindestens einen zweiten Anschlagbereichs 28 verstärkt die in dem vorausgehenden Absatz beschriebenen Vorteile. Bei einem (starken) Druck des Anschlagträgers 12, des verstellbaren Teils 16 und/oder der mindestens einen Verbindungskomponente 30 gegen den mindestens einen zweiten Anschlagbereich 28 kann mittels einer elastischen Verbiegung des mindestens einen zugeordneten elastisch verbiegbaren Teilbereichs 26a kinetische Energie absorbiert werden. Deshalb ist auch der mindestens eine zweite Anschlagbereich 28 jeweils als „federnder Anschlagbereich“ 28 bezeichenbar.
3 zeigt eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils.
Das in 3 schematisch wiedergegebene mikromechanische Bauteil ist eine Weiterbildung der Ausführungsform der 2. Um eine zu starke Verbiegung des mindestens einen elastisch verbiegbaren Teilbereichs 22a des Anschlagträgers 22 zu unterbinden, ist benachbart zu mindestens einem ersten Anschlagbereich 24 mindestens ein erster Stopper 46 ausgebildet, welcher an einer ihn umgebenden Fläche des Anschlagträgers 22 hervorragt. Eine maximale Höhe des mindestens einen ersten Stoppers 46, um welche der erste Stopper 46 von der ihn umgebenden Fläche des Anschlagträgers 22 hervorragt, liegt unter einer maximalen Höhe des benachbarten ersten Anschlagbereichs 24 (um welche der erste Anschlagbereich 24 von einer ihn umgebenden Fläche des Anschlagträgers 22 hervorragt). Bei einem Kontakt des mit dem mindestens einen ersten Stopper 46 ausgestatteten ersten Anschlagbereichs 24 mit einem zugeordneten Kontaktbereich des Spulenträgers 12 wird somit ein Teil der kinetischen Energie durch Verbiegung des zugeordneten elastisch verbiegbaren Teilbereich 22a absorbiert, jedoch verhindert der zugeordnete erste Stopper 46 eine zu starke Belastung des elastisch verbiegbaren Teilbereichs 22a. Ein Brechen des jeweiligen elastisch verbiegbaren Teilbereichs 22a ist somit verlässlich verhindert.
Auch eine zu starke Verbiegung des mindestens einen elastisch verbiegbaren Teilbereichs 26a des Rahmens 26 kann mittels mindestens eines zweiten Stoppers 48, welcher an einer ihn umgebenden Innenteilfläche des Rahmens 26 hervorragt, unterbunden sein. Vorzugsweise ragt der mindestens eine zweite Stopper 48 um eine maximale Höhe von der ihn umgebenden Innenteilfläche des Rahmens 26 hervor, welche unter einer maximalen Höhe des benachbarten zweiten Anschlagbereichs 28 liegt (um welche der zweite Anschlagbereich 28 von einer ihn umgebenden Innenteilfläche des Rahmens 22 hervorragt). Damit verhindert der mindestens eine zweite Stopper 48 ein Brechen des mindestens einen elastisch verbiegbaren Teilbereichs 26a des Rahmens 26.
4 zeigt eine schematische Teildarstellung einer vierten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils.
Wie in 4 schematisch dargestellt ist, kann der mindestens eine Trenngraben 42 oder 44 auch derart strukturiert sein/werden, dass eine Breite des jeweiligen elastisch verbiegbaren Teilbereichs 22a oder 26a des Anschlagträgers 22 oder des Rahmens 26 entlang des Trenngrabens 42 oder 44 ausgehend von einer Mündung 44a des Trenngrabens 42 oder 44 exponentiell zunimmt. Ein Übergang des elastisch verbiegbaren Teilbereichs 22a oder 26a zu dem Anschlagträger 22 oder dem Rahmen 26 ist somit gekrümmt ausgebildet. Dies reduziert eine Stressbelastung des Übergangs bei einer elastischen Verformung des jeweiligen elastisch verbiegbaren Teilbereichs 22a oder 26a und verhindert damit dessen Brechen.
Bezüglich weiterer Merkmale des mikromechanischen Bauteils der 4 wird auf die zuvor beschriebenen Ausführungsformen verwiesen.
5 zeigt eine schematische Teildarstellung einer fünften Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils.
Bei der mittels der 5 schematisch wiedergegebenen Ausführungsform weist der mindestens eine (nicht dargestellte) elastisch verbiegbare Teilbereich 22a des Anschlagträgers 22 mit dem mindestens einen ersten Anschlagbereich 24 jeweils eine Metallbeschichtung auf. Dargestellt ist in 5 jedoch lediglich eine (weitere) Metallbeschichtung 50, welche der mindestens eine elastisch verbiegbare Teilbereich 26a des Rahmens 26 mit dem mindestens einen zweiten Anschlagbereich 28 aufweist. Die jeweilige Metallbeschichtung 50 des mindestens einen elastisch verbiegbaren Teilbereichs 22a und 26a des Anschlagträgers 22 und/oder des Rahmens 26 ist vorzugsweise aus mindestens einem duktilen Metall (wie beispielsweise Kupfer und/oder Aluminium). Die jeweilige Metallbeschichtung 50 des mindestens einen elastisch verbiegbaren Teilbereichs 22a und 26a des Anschlagträgers 22 und/oder des Rahmens 26 trägt zur Dämpfung einer Belastung des jeweiligen elastisch verbiegbaren Teilbereichs 22a oder 26a des Anschlagträgers 22 oder des Rahmens 26 bei. Insbesondere dämpft die jeweilige Metallbeschichtung 50 des mindestens einen elastisch verbiegbaren Teilbereichs 22a und 26a des Anschlagträgers 22 und/oder des Rahmens 26 ein hochfrequentes Schwingen des jeweiligen elastisch verbiegbaren Teilbereichs 22a oder 26a des Anschlagträgers 22 oder des Rahmens 26 (selbst bei dessen starker Belastung). Mittels der jeweiligen Metallbeschichtung 50 kann somit insbesondere ein extrem schnelles Aufeinanderschlagen des jeweiligen Anschlagbereichs 24 oder 28 Anschlagträgers 22 und/oder des Rahmens 26 mit der ihm zugeordneten Kontaktfläche des Spulenträgers 12, des verstellbaren Teils 16 und/oder der mindestens einen Verbindungskomponente 30 verhindert werden, was Ausbrüche unterbindet
Bezüglich weiterer Merkmale des mikromechanischen Bauteils der 5 wird auf die zuvor beschriebenen Ausführungsformen verwiesen.
6 zeigt eine schematische Teildarstellung einer sechsten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils.
Bei dem mikromechanischen Bauteil der 6 ist der mindestens eine (nicht dargestellte) erste Anschlagbereich 24 konvex geformt. Zu erkennen ist, dass auch der mindestens eine zweite Anschlagbereich 28 konvex geformt ist.
Vorteilhafter Weise weist der mindestens eine konvex geformte erste Anschlagbereich 24 auf einer zu einer Mündung des benachbarten Trenngrabens 42 ausgerichteten Seite eine stark gekrümmte Form auf, während der gleiche erste Anschlagbereich 24 auf einer von der Mündung des benachbarten Trenngrabens 42 weg gerichteten Seite mit einer schwächer gekrümmten Form (abgeflacht) ausgebildet ist. Ein Flächeninhalt F einer Kontaktfläche des jeweiligen ersten Anschlagbereichs 24 mit dem Spulenträger 12 (bei einem Kontakt des jeweiligen ersten Anschlagbereichs 24 mit dem Spulenträger 12) nimmt damit mit zunehmender Auslenkung des Spulenträgers 12 (bzw. zunehmender Verbiegung des zugeordneten elastisch verbiegbaren Teilbereichs 22a des Anschlagträgers 22) zu. Dies kann auch als ein „Anschmiegen“ des zugeordneten elastisch verbiegbaren Teilbereichs 22a des Anschlagträgers 22 bei zunehmender Auslenkung des Spulenträgers 12 umschrieben werden. Eine „flexible Länge“ des jeweiligen elastisch verbiegbaren Teilbereichs 22a des Anschlagträgers 22 reduziert sich damit bei zunehmender Auslenkung des Spulenträgers 12, wodurch eine (der Verbiegung des zugeordneten elastisch verbiegbaren Teilbereichs 22a des Anschlagträgers 22 entgegen wirkende) Federkraft entsprechend gesteigert wird. Dies ist insbesondere bei starken Fallbelastungen von Vorteil.
Auch der der mindestens eine konvex geformte zweite Anschlagbereich 28 kann auf einer zu einer Mündung 44a des benachbarten Trenngrabens 44 ausgerichteten Seite eine stark gekrümmte Form haben, während der gleiche zweite Anschlagbereich 28 auf einer von der Mündung 44a des benachbarten Trenngrabens 44 weg gerichteten Seite mit einer schwächer gekrümmten Form (abgeflacht) ausgebildet ist. Auch eine derartige Ausbildung des mindestens einen zweiten Anschlagbereichs 28 ist bei starken Fallbelastungen vorteilhaft.
7 zeigt eine schematische Teildarstellung einer siebten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils.
Ergänzend zu dem mindestens einen konvex geformten ersten Anschlagbereich 24 ist bei dem mikromechanischen Bauteil der 7 auch mindestens ein dem mindestens einen ersten Anschlagbereich 24 zugeordneter (nicht dargestellter) Kontaktbereich des Spulenträgers 12 konkav geformt. (Unter dem mindestens einen Kontaktbereich des Spulenträgers 12 kann eine Teilfläche des Spulenträgers 12 verstanden werden, welche, bei einem Kontakt des zugeordneten ersten Anschlagbereichs 24 mit dem Spulenträger 12 den zugeordneten ersten Anschlagbereich 24 berührt.) Ein Flächeninhalt F einer Kontaktfläche des jeweiligen konvex geformten ersten Anschlagbereichs 24 mit dem zugeordneten konkav geformten Kontaktbereich ist deshalb bei einem Kontakt des jeweiligen ersten Anschlagbereichs 24 mit dem Spulenträger 12 vergleichsweise groß.
Außerdem ist (passend zu dem mindestens einen konvex geformten zweiten Anschlagbereich 28) auch mindestens ein dem mindestens einen zweiten Anschlagbereich 28 zugeordneter Kontaktbereich 52 des Spulenträgers 12, des verstellbaren Teils 16 und/oder der mindestens einen Verbindungskomponente 30 konkav geformt. (Unter dem mindestens einen Kontaktbereich des Spulenträgers 12, des verstellbaren Teils 16 und/oder der mindestens einen Verbindungskomponente 30 kann eine Teilfläche des Spulenträgers 12, des verstellbaren Teils 16 und/oder der mindestens einen Verbindungskomponente 30 verstanden werden, welche, bei einem Kontakt des zugeordneten zweiten Anschlagbereichs 28 mit dem Spulenträger 12, dem verstellbaren 16 und/oder der mindestens einen Verbindungskomponente 30 den zugeordneten zweiten Anschlagbereich 28 berührt.) Auch in diesem Fall ist ein Flächeninhalt F einer Kontaktfläche des jeweiligen konvex geformten zweiten Anschlagbereichs 28 mit dem zugeordneten konkav geformten Kontaktbereich 52 bei einem Kontakt des jeweiligen zweiten Anschlagbereichs 28 mit dem Spulenträger 12, dem verstellbaren Teil 16 und/oder der mindestens einen Verbindungskomponente 30 vergleichsweise groß.
Aufgrund der gesteigerten Flächeninhalte der Kontaktflächen sind die Risiken eines lokal begrenzten Anstoßkontaktes bei dem mikromechanischen Bauteil der 7 umgangen. Ein Risiko eines Ausbrechens oder Aussplittens der in Kontakt gebrachten Komponenten 12, 16, 22, 26 und 30 muss somit nicht befürchtet werden. Dies gilt auch, wenn die in Kontakt gebrachten Komponenten 12, 16, 22, 26 und 30 aus einem vergleichsweise spröden Material, wie beispielsweise Silizium, geformt sind.
Bei allen oben beschriebenen mikromechanischen Bauteilen können die Komponenten 12, 18a, 18b, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 34, 36 und 38 aus einer Halbleiterschicht herausstrukturiert sein. Die verwendete Halbleiterschicht kann auf einer Isolierschicht, welche ein (nicht dargestelltes) Trägersubstrat abdeckt, gebildet sein. Die Halterung 10 kann z.B. zumindest aus dem Rahmen 26 und dem Trägersubstrat gebildet sein. Zusätzlich kann die Halterung 10 noch eine (nicht skizzierte) Kappe/Verkappung aufweisen, welche an dem Rahmen 26 festgebondet ist. Die Kappe/Verkappung kann einseitig (nur auf einer Seite der Halterung 10/des Rahmens 26) oder zweiseitig (auf zwei gegenüberliegenden Seiten der Halterung 10/des Rahmens 26) festgebondet sein. Optionaler Weise kann die Kappe/Verkappung auch ein optisches „Fenster“ für ein- oder ausfallende elektromagnetische Strahlung aufweisen. Der Rahmen 26 kann jedoch auch über ein anderes Gehäuse oder ein Package in einer Vorrichtung eingebaut sein.
Die oben beschriebenen mikromechanischen Bauteile können vorteilhaft in mobilen Vorrichtungen/Geräten eingesetzt werden. Beispielsweise können sie für Mikrospiegel, insbesondere für Spiegelablenksysteme oder Bildprojektoren, oder für Sensoren, wie beispielsweise Drehsensoren oder Beschleunigungssensoren, verwendet werden.
Bei allen oben beschriebenen mikromechanischen Bauteilen kann das jeweilige verstellbare Teil 16 mittels eines Bestromens der Spulenwicklung 14 und durch Bewirken eines äußeren Magnetfelds quasi-statisch oder resonant um die Drehachse 20 verstellt werden. Beispielsweise kann auf diese Weise ein Licht- oder Laserstrahl weiträumig abgelenkt werden. Da die Techniken zum Bestromen der Spulenwicklung 14 und Bewirken des äußeren Magnetfelds aus dem Stand der Technik bekannt sind, wird hier nicht genauer darauf eingegangen.
Es wird auch darauf hingewiesen, dass die Merkmale der oben beschriebenen Ausführungsformen miteinander kombinierbar sind. Somit kann ein entsprechendes mikromechanisches Bauteil auch Merkmale verschiedener Ausführungsformen aufweisen.
8 zeigt ein Flussdiagramm zum Erläutern einer Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für ein mikromechanisches Bauteil.
Das hier beschriebene Herstellungsverfahren kann beispielsweise zum Herstellen der oben beschriebenen mikromechanischen Bauteile ausgeführt werden. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass eine Ausführbarkeit des Herstellungsverfahrens nicht auf ein Herstellen der oben beschriebenen mikromechanischen Bauteile limitiert ist.
In einem Verfahrensschritt S1 werden eine mittels eines Spulenträgers gehaltene Spulenwicklung und ein verstellbares Teil an einer Halterung derart angeordnet, dass der Spulenträger und das verstellbare Teil miteinander und über mindestens ein Federelement mit der Halterung derart verbunden werden. Dabei wird sichergestellt, dass das verstellbare Teil in Bezug zu der Halterung um zumindest eine Drehachse verstellbar ist.
In einem Verfahrensschritt S2 wird Anschlagträger an der Halterung fest angeordnet oder ausgebildet, wobei der Anschlagträger mit mindestens einem an einer Fläche des Anschlagträgers hervorstehenden ersten Anschlagbereich gebildet wird. Außerdem wird der Anschlagträger von dem Spulenträger zumindest teilweise umrahmt, so dass mittels des Anschlagträgers mit dem mindestens einen hervorstehenden ersten Anschlagbereich eine Relativbewegung zumindest des Spulenträgers in mindestens eine Richtung in Bezug zu der Halterung durch einen Kontakt des mindestens einen ersten Anschlagbereichs mit dem Spulenträger begrenzt wird. Damit schafft auch das hier beschriebene Herstellungsverfahren die oben ausgeführten Vorteile.
Die Verfahrensschritte S1 und S2 können in beliebiger Reihenfolge, gleichzeitig oder zeitlich überlappend ausgeführt werden. Optionaler Weise weist das Herstellungsverfahren auch einen Verfahrensschritt S3 auf, ein Rahmen (als Teil der Halterung) gebildet wird, welcher den Spulenträger mit der Spulenwicklung, das verstellbare Teil und/oder mindestens eine Verbindungskomponente, über welche der Spulenträger mit dem verstellbaren Teil verbunden ist, zumindest teilweise umrahmt, und mit mindestens einem an einer Innenfläche des Rahmens hervorstehenden zweiten Anschlagbereich ausgebildet wird. Dies stellt sicher, dass mittels des Rahmens mit dem mindestens einen hervorstehenden zweiten Anschlagbereich eine Relativbewegung zumindest des Spulenträgers, des verstellbaren Teils und/oder der mindestens einen Verbindungskomponente in mindestens eine Richtung in Bezug zu der Halterung durch einen Kontakt des mindestens einen zweiten Anschlagbereichs mit dem Spulenträger, dem verstellbaren Teil und/oder der mindestens einen Verbindungskomponente begrenzbar wird.
Der mindestens eine erste und/oder zweite Anschlag können durch ein zum Strukturieren einer Halbleiterschicht ausgeführtes Trenchverfahren leicht ausgebildet werden. Dazu kann eine auf einer Isolierschicht, welche ein (nicht dargestelltes) Trägersubstrat abdeckt, gebildete Halbleiterschicht verwendet werden. Der mindestens eine erste und/oder zweite Anschlag können mit den oben beschriebenen Formen, „federnden Ausbildung“ und Metallbeschichtung aller oben beschriebenen Ausführungsformen von mikromechanischen Bauteilen ausgebildet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014207891 A1 [0002]

Claims

Mikromechanisches Bauteil mit: einer Halterung (10); einer mittels eines Spulenträgers (12) gehaltene Spulenwicklung (14); und einem verstellbaren Teil (16); wobei der Spulenträger (12) und das verstellbare Teil (16) miteinander und über mindestens ein Federelement (18a, 18b) mit der Halterung (10) derart verbunden sind, dass das verstellbare Teil (16) in Bezug zu der Halterung (10) um zumindest eine Drehachse (20) verstellbar ist; gekennzeichnet durch einen an der Halterung (10) fest angeordneten oder ausgebildeten und von dem Spulenträger (12) zumindest teilweise umrahmten Anschlagträger (22) mit mindestens einem an einer Fläche des Anschlagträgers (22) hervorstehenden ersten Anschlagbereich (24), mittels welchem eine Relativbewegung zumindest des Spulenträgers (12) in mindestens eine Richtung in Bezug zu der Halterung (10) durch einen Kontakt des mindestens einen ersten Anschlagbereichs (24) mit dem Spulenträger (12) begrenzt ist.
Mikromechanisches Bauteil nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine erste Anschlagbereich (24) konvex geformt ist.
Mikromechanisches Bauteil nach Anspruch 2, wobei mindestens ein dem mindestens einen ersten Anschlagbereich (24) zugeordneter Kontaktbereich des Spulenträgers (12) konkav geformt ist.
Mikromechanisches Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine erste Anschlagbereich (24) an mindestens einem elastisch verbiegbaren Teilbereich (22a) des Anschlagträgers (22) ausgebildet ist.
Mikromechanisches Bauteil nach Anspruch 4, wobei der mindestens eine elastisch verbiegbare Teilbereich (22a) des Anschlagträgers (22) mit dem mindestens einen ersten Anschlagbereich (24) jeweils eine Metallbeschichtung aufweist.
Mikromechanisches Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Halterung (10) einen den Spulenträger (12) mit der Spulenwicklung (14), das verstellbare Teil (16) und/oder mindestens eine Verbindungskomponente (30), über welche der Spulenträger (12) mit dem verstellbaren Teil (16) verbunden ist, zumindest teilweise umrahmenden Rahmen (26) umfasst, und wobei an dem Rahmen (26) mindestens ein an einer Innenfläche des Rahmens (26) hervorstehender zweiter Anschlagbereich (28) ausgebildet ist, mittels welchem eine Relativbewegung zumindest des Spulenträgers (12), des verstellbaren Teils (16) und/oder der mindestens einen Verbindungskomponente (30) in mindestens eine Richtung in Bezug zu der Halterung (10) durch einen Kontakt des mindestens einen zweiten Anschlagbereichs (28) mit dem Spulenträger (12), dem verstellbaren Teil (16) und/oder der mindestens einen Verbindungskomponente (30) begrenzbar ist.
Mikromechanisches Bauteil nach Anspruch 6, wobei der mindestens eine zweite Anschlagbereich (28) konvex geformt ist.
Mikromechanisches Bauteil nach Anspruch 7, wobei mindestens ein dem mindestens einen zweiten Anschlagbereich (28) zugeordneter Kontaktbereich (52) des Spulenträgers (12), des verstellbaren Teils (16) und/oder der mindestens einen Verbindungskomponente (30) konkav geformt ist.
Mikromechanisches Bauteil nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei der mindestens eine zweite Anschlagbereich (28) an mindestens einem elastisch verbiegbaren Teilbereich (26a) des Rahmens (26) ausgebildet ist.
Mikromechanisches Bauteil nach Anspruch 9, wobei der mindestens eine elastisch verbiegbare Teilbereich (26a) des Rahmens (26) mit dem mindestens einen zweiten Anschlagbereich (28) jeweils eine Metallbeschichtung (50) aufweist.
Mikromechanisches Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das mikromechanische Bauteil ein Mikrospiegel mit einer verstellbaren Spiegelplatte (16) als dem verstellbaren Teil (16) ist.
Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil mit den Schritten: Anordnen einer mittels eines Spulenträgers (12) gehaltene Spulenwicklung (14) und eines verstellbaren Teils (16) an einer Halterung (10), wobei der Spulenträger (12) und das verstellbare Teil (16) miteinander und über mindestens ein Federelement (18a, 18b) mit der Halterung (10) derart verbunden werden, dass das verstellbare Teil (16) in Bezug zu der Halterung (10) um zumindest eine Drehachse (20) verstellbar ist (S1); gekennzeichnet durch Festes Ausbilden oder Anordnen eines Anschlagträgers (22) an der Halterung (10) mit mindestens einem an einer Fläche des Anschlagträgers (22) hervorstehenden ersten Anschlagbereich (24), welcher von dem Spulenträger (12) zumindest teilweise umrahmt wird und mittels welchem eine Relativbewegung zumindest des Spulenträgers (12) in mindestens eine Richtung in Bezug zu der Halterung (10) durch einen Kontakt des mindestens einen ersten Anschlagbereichs (24) mit dem Spulenträger (12) begrenzt wird (S2).