DE102018220422A1 - Actuation device for a micromechanical component, micromechanical component and method for producing a micromechanical component - Google Patents

Actuation device for a micromechanical component, micromechanical component and method for producing a micromechanical component Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft eine Aktuationseinrichtung (1) für ein mikromechanisches Bauelement (2) umfassend einen Aufhängerahmen (3); eine Mehrzahl von Biegebalken (4) mit einem Federmaterial (FM), wobei die Biegebalken (4) jeweils mit dem Aufhängerahmen (3) mechanisch verbunden sind und sich lateral von diesem wegerstrecken; eine Mehrzahl von Aktoreinrichtungen (4a), wobei die Aktoreinrichtungen (4a) mit den Biegebalken (4) mechanisch verbunden sind; ein Ringelement (5) oder Rahmenelement, welches mit den Biegebalken (4) mechanisch verbunden ist und vom Aufhängerahmen (3) lateral beabstandet ist und eine geringere Biegbarkeit aufweist als die Biegebalken (4); eine Mehrzahl von Federelementen (6), welche mit dem Ringelement (5) mechanisch verbunden sind und sich von dem Ringelement (5) auf einer dem Aufhängerahmen (3) abgewandten Seite lateral wegerstrecken; und ein zu bewegendes Zentralsegment (7), wobei die Federelemente (6) das Zentralsegment (7) mit dem Ringelement (5) mechanisch verbinden.The invention relates to an actuation device (1) for a micromechanical component (2) comprising a suspension frame (3); a plurality of bending beams (4) with a spring material (FM), the bending beams (4) each being mechanically connected to the suspension frame (3) and extending laterally therefrom; a plurality of actuator devices (4a), the actuator devices (4a) being mechanically connected to the bending beams (4); a ring element (5) or frame element which is mechanically connected to the bending beams (4) and is laterally spaced from the suspension frame (3) and has a lower flexibility than the bending beams (4); a plurality of spring elements (6) which are mechanically connected to the ring element (5) and laterally extend away from the ring element (5) on a side facing away from the suspension frame (3); and a central segment (7) to be moved, the spring elements (6) mechanically connecting the central segment (7) to the ring element (5).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Aktuationseinrichtung für ein mikromechanisches Bauelement, ein mikromechanisches Bauelement und ein Verfahren zum Herstellen eines mikromechanisches Bauelements.The present invention relates to an actuation device for a micromechanical component, a micromechanical component and a method for producing a micromechanical component.

Stand der TechnikState of the art

Betreffend Anwendungen beweglicher mikromechanischer Bauelemente, beispielsweise Spiegel, ist für viele Anwendungen eine bewegliche und dabei möglichst planare (Spiegel-)Oberfläche eine wichtige Voraussetzung für gute Leistungseigenschaften, wobei eine innere mechanische Spannung möglichst gering sein soll. Üblicherweise kann ein (Spiegel-) Funktionselement sehr dick und damit biegesteif ausgeführt sein. Zwischen einen solchen biegesteifen Element und dessen äußerer Aufhängung kann eine weiche Membran angeordnet sein, um dennoch mit beispielsweise einem Piezoaktor bei möglichst niedrigen angelegten Spannungen eine möglichst große Auslenkung erreichen zu können.With regard to applications of movable micromechanical components, for example mirrors, a movable and as planar (mirror) surface as possible is an important prerequisite for good performance properties for many applications, with an internal mechanical tension being as low as possible. Usually, a (mirror) functional element can be made very thick and thus rigid. A soft membrane can be arranged between such a rigid element and its outer suspension, in order nevertheless to be able to achieve the greatest possible deflection with, for example, a piezo actuator with the lowest possible voltages applied.

In der US 9,250,418 B2 wird ein Fabry-Perot-Interferometer mit Piezoaktoren beschrieben, welche einen Spiegel bewegen können, wobei der Spiegel an einem Rahmen befestigt ist und die Aktoren den Rahmen mit dem Spiegel verbinden.In the US 9,250,418 B2 describes a Fabry-Perot interferometer with piezo actuators which can move a mirror, the mirror being attached to a frame and the actuators connecting the frame to the mirror.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die vorliegende Erfindung schafft eine Aktuationseinrichtung für ein mikromechanisches Bauelement nach Anspruch 1, ein mikromechanisches Bauelement nach Anspruch 7 und ein Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Bauelements nach Anspruch 11.The present invention provides an actuation device for a micromechanical component according to claim 1, a micromechanical component according to claim 7 and a method for producing a micromechanical component according to claim 11.

Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.Preferred developments are the subject of the dependent claims.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, eine Aktuationseinrichtung für ein mikromechanisches Bauelement, ein mikromechanisches Bauelement und ein Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Bauelements anzugeben, welche sich durch eine verbesserte Bewegungsmöglichkeit auszeichnen, wobei eine planare Auslenkung eines Zentralsegments verbessert werden kann und die Vibrations- und Gravitationsempfindlichkeit verringert werden kann. Das MEMS-Bauelement kann sehr klein ausgeformt werden.The idea on which the present invention is based is to specify an actuation device for a micromechanical component, a micromechanical component and a method for producing a micromechanical component which are distinguished by an improved possibility of movement, wherein a planar deflection of a central segment can be improved and the vibrations - And gravitational sensitivity can be reduced. The MEMS component can be made very small.

Erfindungsgemäß umfasst die Aktuationseinrichtung für ein mikromechanisches Bauelement einen Aufhängerahmen; eine Mehrzahl von Biegebalken mit einem Federmaterial, wobei die Biegebalken jeweils mit dem Aufhängerahmen mechanisch verbunden sind und sich lateral von diesem wegerstrecken; eine Mehrzahl von Aktoren, wobei die Aktoren mit den Biegebalken mechanisch verbunden sind; ein Ringelement oder Rahmenelement, welches mit den Biegebalken mechanisch verbunden ist und vom Aufhängerahmen lateral beabstandet ist und eine geringere Biegbarkeit aufweist als die Biegebalken; eine Mehrzahl von Federelementen, welche mit dem Ringelement oder Rahmenelement mechanisch verbunden sind und sich von dem Ringelement oder Rahmenelement auf einer dem Aufhängerahmen abgewandten Seite lateral wegerstrecken; und ein zu bewegendes Zentralsegment, wobei die Federelemente das Zentralsegment mit dem Ringelement oder Rahmenelement mechanisch verbinden.According to the invention, the actuation device for a micromechanical component comprises a suspension frame; a plurality of bending beams with a spring material, the bending beams each being mechanically connected to the suspension frame and extending laterally therefrom; a plurality of actuators, the actuators being mechanically connected to the bending beams; a ring element or frame element which is mechanically connected to the bending beams and is laterally spaced from the suspension frame and has a lower flexibility than the bending beams; a plurality of spring elements which are mechanically connected to the ring element or frame element and laterally extend away from the ring element or frame element on a side facing away from the suspension frame; and a central segment to be moved, the spring elements mechanically connecting the central segment to the ring element or frame element.

Eine solche Ausführung mit einem Ringelement/Rahmenelement und einem Zentralsegment kann vorteilhaft eine maximale Planarität des Zentralelements ermöglichen, ohne dabei eine übermäßige Vibrations- und Gravitationsempfindlichkeit der Aktuationseinrichtung und des gesamten mikromechanischen Bauelements in Kauf nehmen zu müssen. Üblicherweise wird zur Erreichung einer möglichst hohen Planarität des Zentralelements die Dicke erhöht, um die Biegesteifigkeit zu vergrößern. Eine Erhöhung der Dicke geht mit einer Massenzunahme einher, wodurch sich eine Eigenfrequenz des Systems verringern würde, weshalb es dann eine erhöhte Vibrations- und Gravitationsempfindlichkeit besitzen kann.Such an embodiment with a ring element / frame element and a central segment can advantageously enable maximum planarity of the central element without having to accept excessive vibration and gravity sensitivity of the actuation device and of the entire micromechanical component. Usually, the thickness is increased in order to achieve the highest possible planarity of the central element in order to increase the bending stiffness. An increase in thickness is accompanied by an increase in mass, which would reduce the natural frequency of the system, which is why it can then have an increased sensitivity to vibration and gravity.

Unter dem Ringelement oder Rahmenelement kann eine im Wesentlichen planare, in sich geschlossener Form bzw. ein Polygonzug verstanden werden, welche kreisförmig sein kann aber auch andere Formen, etwa quadratische, umfassen kann.The ring element or frame element can be understood to mean an essentially planar, self-contained shape or a polygon, which can be circular but can also include other shapes, for example square.

Generell können bei den meisten Teilkomponenten bei deren Schichten stets geringe Schichtdicken ausgeformt werden, wodurch eine parasitäre Absorption von Licht vorteilhaft verringerbar sein kann. Wird das mikromechanische Bauelement als eine Fabry-Perot-Interferometereinrichtung ausgeformt, kann eine Lichtabsorption im Substrat durch geringe Substratdicken verringert werden. Ein solches MEMS-Bauelement kann vorteilhaft sehr kleinskalig ausgeformt werden und eine Spiegelfläche am Zentralsegment von hoher Planarität umfassen, also die Verwölbung einer Spiegeleinrichtung auf dem Zentralsegment verringert werden. Des Weiteren kann eine niedrige Aktuierungsspannung zum Bewegen des Zentralsegments ausreichend sein und die Bewegung des Zentralsegments dennoch eine höhere Eigenfrequenz umfassen als dies bei solchen Zentralsegmenten der Fall wäre, welche zur erhöhten Steifigkeit in deren Dicke vergrößert sein müssten. Durch die Federelemente kann des Weiteren noch ein verbesserter Ausgleich von etwaigen Verkippungen des Zentralsegments, etwa im Fabry-Perot-Interferometer, erzielt werden, womit eine erreichbare optische Auflösung der Filterwirkung erhöht werden kann.In general, small layer thicknesses can always be formed in the case of most subcomponents in their layers, as a result of which parasitic absorption of light can advantageously be reduced. If the micromechanical component is shaped as a Fabry-Perot interferometer device, light absorption in the substrate can be reduced by small substrate thicknesses. Such a MEMS component can advantageously be formed on a very small scale and include a mirror surface on the central segment of high planarity, that is, the curvature of a mirror device on the central segment can be reduced. Furthermore, a low actuation voltage can be sufficient to move the central segment and the movement of the central segment can nevertheless comprise a higher natural frequency than would be the case with those central segments which would have to be increased in thickness to increase rigidity. The spring elements can furthermore an improved compensation of any tilting of the central segment, for example in the Fabry-Perot interferometer, can be achieved, with which an achievable optical resolution of the filter effect can be increased.

Der Aufhängerahmen kann auf einem Substrat aufgebracht sein oder selbst ein Substrat umfassen, wobei die Biegebalken dann an dem Substrat befestigt sein können. Die Aktoren können jeweils einem eigenen Biegelbalken zugeordnet sein.The suspension frame can be applied to a substrate or can itself comprise a substrate, in which case the bending beams can then be attached to the substrate. The actuators can each be assigned to a separate bending beam.

Das Ringelement kann eine Mehrzahl von Biegebalken miteinander verbinden.The ring element can connect a plurality of bending beams to one another.

Das Ringelement kann beidseitig Einschnitte in radialer Richtung aufweisen, was eine Expansion bei Aktuierung erleichtern kann.The ring element can have incisions in the radial direction on both sides, which can facilitate expansion upon actuation.

Der oder die Aktoren können zumindest einen elektrostatischen und/oder piezoelektrischen (Biege-)Aktor umfassen, wobei beide Ausführungsformen vorteilhaft nur wenig Leistung zur Aktuierung benötigen können. Die Biegebalken können sowohl am aufhängerahmenseitigen als auch am ringelementseitigen Ende Aktoren aufweisen, was eine Aktuierung in zwei Richtungen ermöglichen kann.The actuator or actuators can comprise at least one electrostatic and / or piezoelectric (bending) actuator, both embodiments advantageously being able to require only little power for actuation. The bending beams can have actuators on both the end of the suspension frame and the end of the ring element, which can enable actuation in two directions.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Aktuationseinrichtung umfasst das Zentralsegment eine planare Ausdehnung und ist mittels der Aktoren über die Biegebalken und über die Federelemente senkrecht zur planaren Ausdehnung bewegbar oder rotierbar.According to a preferred embodiment of the actuation device, the central segment comprises a planar extension and can be moved or rotated perpendicular to the planar extension by means of the actuators via the bending beams and via the spring elements.

Eine solche Anordnung eignet sich vorteilhaft für ein Interferometer, wenn das Zentralsegment einen Spiegel umfasst.Such an arrangement is advantageously suitable for an interferometer if the central segment comprises a mirror.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Aktuationseinrichtung umfassen die Biegebalken und die Federelemente das gleiche Federmaterial.According to a preferred embodiment of the actuation device, the bending beams and the spring elements comprise the same spring material.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Aktuationseinrichtung umfassen das Ringelement und das Zentralsegment ein gleiches Material.According to a preferred embodiment of the actuation device, the ring element and the central segment comprise the same material.

Mittels der Verstärkungsschicht kann das Ringelement und das Zentralsegment starrer ausgebildet werden als der Federbereich und der Bereich der Biegebalken.By means of the reinforcement layer, the ring element and the central segment can be made more rigid than the spring area and the area of the bending beams.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Aktuationseinrichtung umfassen das Ringelement und das Zentralsegment das gleiche Federmaterial, wie die Biegebalken und die Federelemente und eine Verstärkungsschicht.According to a preferred embodiment of the actuation device, the ring element and the central segment comprise the same spring material as the bending beams and the spring elements and a reinforcing layer.

Die Biegebalken und die Federelemente können vorteilhaft im Wesentlichen die gleiche Dicke umfassen.The bending beams and the spring elements can advantageously have essentially the same thickness.

Weiterhin können das Zentralsegment und das Ringelement starr sein und im Wesentlichen dieselbe Dicke aufweisen.Furthermore, the central segment and the ring element can be rigid and have essentially the same thickness.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Aktuationseinrichtung umfasst das Zentralsegment einen mit den Federelementen verbundenen Spannrahmen und eine innere Membran.According to a preferred embodiment of the actuation device, the central segment comprises a clamping frame connected to the spring elements and an inner membrane.

Der Spannrahmen kann als Ring einen Außenrand des Zentralsegments darstellen und eine Membran im Innenbereich spannen. Die Membran kann selbst ein spiegelndes Element sein oder es kann ein solches auf der Membran angeordnet sein.The stenter frame can represent an outer edge of the central segment as a ring and can tension a membrane in the inner region. The membrane can itself be a reflective element or it can be arranged on the membrane.

Erfindungsgemäß umfasst das mikromechanische Bauelement eine erfindungsgemäße Aktuationseinrichtung; und ein erstes Substrat, wobei der Aufhängerahmen auf dem ersten Substrat befestigt ist oder das erste Substrat selbst den Aufhängerahmen darstellt und die Biegebalken lateral umläuft.According to the invention, the micromechanical component comprises an actuation device according to the invention; and a first substrate, wherein the suspension frame is attached to the first substrate or the first substrate itself represents the suspension frame and laterally rotates the bending beams.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des mikromechanischen Bauelements umfasst das Aktuationselement vorteilhaft eine erste Spiegeleinrichtung.According to a preferred embodiment of the micromechanical component, the actuation element advantageously comprises a first mirror device.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des mikromechanischen Bauelements umfasst dieses ein zweites Substrat mit einer zweiten Spiegeleinrichtung, wobei das zweite Substrat auf dem ersten Substrat angeordnet ist und die erste Spiegeleinrichtung der zweiten Spiegeleinrichtung gegenüberliegend angeordnet ist.According to a preferred embodiment of the micromechanical component, the latter comprises a second substrate with a second mirror device, the second substrate being arranged on the first substrate and the first mirror device being arranged opposite the second mirror device.

Das mikromechanische Bauelement kann mit den zwei Spiegeleinrichtungen als ein Fabry-Perot-Interferometer ausgebildet sein.The micromechanical component can be designed with the two mirror devices as a Fabry-Perot interferometer.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des mikromechanischen Bauelements ist dieses als eine Spektrometereinrichtung ausgeformt und umfasst eine lichtempfindliche Detektoreinrichtung, welche der ersten Spiegeleinrichtung und der zweiten Spiegeleinrichtung in einer Lichtabstrahlrichtung nachgeordnet ist.According to a preferred embodiment of the micromechanical component, it is designed as a spectrometer device and comprises a light-sensitive detector device which is arranged downstream of the first mirror device and the second mirror device in a light emission direction.

Durch die Detektoreinrichtung kann Licht bestimmter Wellenlängen welches durch den Resonator, welche die beiden Spiegeleinrichtungen für bestimmte Abstände darstellen können, transmittiert wird, detektiert werden.The detector device can detect light of specific wavelengths which is transmitted through the resonator, which the two mirror devices can represent for specific distances.

Erfindungsgemäß erfolgt bei dem Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Bauelements ein Bereitstellen eines ersten Substrats; ein Aufbringen einer Isolatorschicht auf dem ersten Substrat und ein Strukturieren der Isolatorschicht in Bereiche für einen Federgraben, welcher ein Zentralsegment lateral umläuft und einen Aktorgraben, welcher den Federgraben in einer bestimmten Distanz umläuft und ein Ringelement zwischen Federgraben und Aktorgraben umläuft; ein Aufbringen eines Federmaterials auf dem ersten Substrat und auf der Isolatorschicht sowie eines Spiegelmaterials für eine erste Spiegeleinrichtung auf dem Zentralsegment; ein Einbringen eines Federgrabens und eines Aktorgrabens in das erste Substrat bis zur Isolatorschicht; und ein Entfernen der Isolatorschicht im Federgraben und im Aktorgraben.According to the invention, a first substrate is provided in the method for producing a micromechanical component; a Applying an insulator layer on the first substrate and structuring the insulator layer into areas for a spring trench which laterally runs around a central segment and an actuator trench which runs around the spring trench at a certain distance and runs around a ring element between the spring trench and the actuator trench; applying a spring material on the first substrate and on the insulator layer and a mirror material for a first mirror device on the central segment; introducing a spring trench and an actuator trench into the first substrate up to the insulator layer; and removing the insulator layer in the spring trench and in the actuator trench.

Das Verfahren kann sich weiterhin auch durch die bereits in Verbindung mit der Aktuationseinrichtung und dem mikromechanischen Bauelement genannten Merkmale und deren Vorteile auszeichnen und umgekehrt.The method can also be characterized by the features already mentioned in connection with the actuation device and the micromechanical component and their advantages, and vice versa.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens erfolgt ein Aufbringen einer Piezoaktorschicht auf dem Federmaterial über dem Aktorgraben und ein Bereitstellen eines zweiten Substrats mit einer zweiten Spiegeleinrichtung und Anordnen des zweiten Substrats über dem ersten Substrat, so dass die zweite Spiegeleinrichtung der ersten Spiegeleinrichtung gegenüberliegt, sowie ein Bereitstellen eines Sockelsubstrats erfolgt, welches eine Kavität umfasst, über welcher das erste Substrat angeordnet wird.According to a preferred embodiment of the method, a piezo actuator layer is applied to the spring material above the actuator trench and a second substrate is provided with a second mirror device and the second substrate is arranged above the first substrate so that the second mirror device is opposite the first mirror device and is provided of a base substrate, which comprises a cavity over which the first substrate is arranged.

Der Aktorgraben und der Federgraben können schon als Bereiche im Substrat gekennzeichnet (strukturiert) werden, etwa belichtet, bevor eine tatsächliche Entfernung des Substratmaterials erfolgt, bevor die weiteren Elemente (Federmaterial, Aktorschichten usw.) über diesen Bereichen ausgeformt werden. Trotzdem kann im Rahmen dieser Beschreibung schon von Aktorgraben und Federgraben gesprochen werden, tatsächlich kann es sich vorerst um die für diese Gräben vorgesehenen Bereiche handeln.The actuator trench and the spring trench can already be marked (structured) as areas in the substrate, for example exposed before an actual removal of the substrate material takes place, before the further elements (spring material, actuator layers, etc.) are formed over these areas. Nevertheless, in the context of this description, one can already speak of actuator trenches and spring trenches; in fact, for the time being, these can be the areas provided for these trenches.

Die Reihenfolge der Verfahrensschritte kann auch von der genannten Reihenfolge abweichen. Beim Aufbringen des Spiegelmaterials am Zentralsegment können weiterhin auch die Bondverbindungen und Zuleitungen aufgebracht werden, die Zuleitungen können alternativ auch schon in vorhergehenden Schritten (vor dem Aufbringen des Federmaterials) angeordnet werden. Das Anordnen des ersten Substrats auf dem Sockelsubstrat kann vor oder nach dem Verbinden des ersten und des zweiten Substrats erfolgen. Vor dem Aufbringen des zweiten Substrats kann das Federmaterial über dem Federgraben in die Form der Federelemente strukturiert werden. Nachträglich, etwa nach dem Verbinden aller Substrate, können Zuleitungen oder Bondpads, etwa durch Sägen, freigelegt werden.The order of the process steps can also differ from the order mentioned. When the mirror material is applied to the central segment, the bond connections and supply lines can also be applied; alternatively, the supply lines can also be arranged in previous steps (before the spring material is applied). The arrangement of the first substrate on the base substrate can take place before or after the connection of the first and the second substrate. Before the second substrate is applied, the spring material can be structured into the shape of the spring elements above the spring trench. Subsequent, for example after all substrates have been connected, leads or bond pads can be exposed, for example by sawing.

Alternativ kann für das erste Substrat in analoger Weise ein SOI-Substrat (silicon on insulator) verwendet werden, das bereits eine Isolator- und eine Federmaterialschicht umfasstAlternatively, an SOI substrate (silicon on insulator) can be used in an analogous manner for the first substrate, which already comprises an insulator and a spring material layer

Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.Further features and advantages of embodiments of the invention will become apparent from the following description with reference to the accompanying drawings.

FigurenlisteFigure list

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand des in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiels näher erläutert.The present invention is explained in more detail below with reference to the embodiment shown in the schematic figures of the drawing.

Es zeigen:

  • 1 eine schematische Ansicht einer Aktuationseinrichtung in einem mikromechanischen Bauelement gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
  • 2 eine schematische Ansicht einer Aktuationseinrichtung gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
  • 3 eine schematische Seitenansicht eines mikromechanischen Bauelements gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung; und
  • 4 eine schematische Draufsicht eines mikromechanischen Bauelements gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung; und
  • 5 eine schematische Blockdarstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines mikromechanischen Bauelements gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
Show it:
  • 1 a schematic view of an actuation device in a micromechanical component according to an embodiment of the present invention;
  • 2nd a schematic view of an actuation device according to an embodiment of the present invention;
  • 3rd a schematic side view of a micromechanical component according to an embodiment of the present invention; and
  • 4th a schematic plan view of a micromechanical component according to an embodiment of the present invention; and
  • 5 is a schematic block diagram of a method for producing a micromechanical component according to an embodiment of the present invention.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente.In the figures, the same reference symbols designate the same or functionally identical elements.

1 zeigt eine schematische Ansicht einer Aktuationseinrichtung in einem mikromechanischen Bauelement gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. 1 shows a schematic view of an actuation device in a micromechanical component according to an embodiment of the present invention.

In der 1 wird ein Teilstück der Aktuationseinrichtung 1 gezeigt, welche beispielsweise ein Teilsegment einer kreisförmigen Aktuationseinrichtung 1, etwa gemäß der 2, umfassen kann.In the 1 becomes a part of the actuation device 1 shown which, for example, a sub-segment of a circular actuation device 1 , approximately according to the 2nd , may include.

Die Aktuationseinrichtung 1 für ein mikromechanisches Bauelement umfasst einen Aufhängerahmen 3; eine Mehrzahl von Biegebalken 4 mit einem Federmaterial FM, wobei die Biegebalken 4 jeweils mit dem Aufhängerahmen 3 mechanisch verbunden sind und sich lateral von diesem wegerstrecken; eine Mehrzahl von Aktoren 4a, wobei die Aktoren 4a mit den Biegebalken 4 mechanisch verbunden sind; ein Ringelement 5, welches mit den Biegebalken 4 mechanisch verbunden ist und vom Aufhängerahmen 3 lateral beabstandet ist und eine geringere Biegbarkeit aufweist als die Biegebalken 4; eine Mehrzahl von Federelementen 6, welche mit dem Ringelement 5 mechanisch verbunden sind und sich von dem Ringelement 5 auf einer dem Aufhängerahmen 3 abgewandten Seite lateral wegerstrecken; und ein zu bewegendes Zentralsegment 7, wobei die Federelemente 6 das Zentralsegment 7 mit dem Ringelement 5 mechanisch verbinden.The actuation device 1 for a micromechanical component comprises a suspension frame 3rd ; a plurality of bending beams 4th with a spring material FM , the bending beam 4th each with the hanging frame 3rd are mechanically connected and extend laterally from it; a plurality of actuators 4a , the actuators 4a with the bending beams 4th are mechanically connected; a ring element 5 which with the bending beam 4th is mechanically connected and from the hanging frame 3rd is laterally spaced and has less flexibility than the bending beams 4th ; a plurality of spring elements 6 which with the ring element 5 are mechanically connected and separate from the ring element 5 on one of the hanging frames 3rd laterally extend away from the opposite side; and a central segment to be moved 7 , the spring elements 6 the central segment 7 with the ring element 5 connect mechanically.

Durch die vorliegende Ausgestaltung kann eine Aktuationseinrichtung 1 mit geringer Baugröße erzielt werden. Die Federelemente 6 können einen rechteckigen Rahmen mit jeweils zwei schmalen Verbindungsstücken VS umfassen, wobei sich ein Verbindungsstück zum Zentralsegment 7 und das andere Verbindungsstück zum Rahmenelement 5 erstrecken kann.The present embodiment enables an actuation device 1 can be achieved with a small size. The spring elements 6 can have a rectangular frame with two narrow connectors each VS include, with a connector to the central segment 7 and the other connector to the frame member 5 can extend.

2 zeigt eine schematische Ansicht einer Aktuationseinrichtung gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. 2nd shows a schematic view of an actuation device according to an embodiment of the present invention.

Die innere mechanische Spannung des Biegebalkens kann sich vorteilhaft radial nach innen zu dem zugehörigen Federelement 6 fortsetzen, jedoch über das Rahmenelement 5 an allen Federelementen 6 ausgeglichen werden. Mit anderen Worten kann durch den Biegebalken 4 radial nach innen ein mechanisches Biegemoment erzeugt werden. Da die Biegebalken über das steife Rahmenelement 5 miteinander verbunden sind, und die Biegewirkung aller Biegebalken auf den Hub des Rahmenelements transferiert werden kann, kann an den Federelementen eine gleiche Auslenkungsamplitude des Randes des Zentralsegments 7 erzielt werden und das Zentralsegment 7 mit einer hohen Parallelität bezüglich der Ruhelage bewegt (aktuiert) werden. Die Biegebalken sind vorteilhaft an einem ringförmigen Aufhängerahmen 3 befestigt, welcher mit einem ersten Substrat 9 verbunden sein kann oder selbst ein erstes Substrat 9 umfassen kann.The internal mechanical tension of the bending beam can advantageously extend radially inwards to the associated spring element 6 continue, but over the frame element 5 on all spring elements 6 be balanced. In other words, through the cantilever 4th a mechanical bending moment is generated radially inwards. Since the bending beam over the rigid frame element 5 are connected to one another, and the bending effect of all the bending beams can be transferred to the stroke of the frame element, the same deflection amplitude of the edge of the central segment can be achieved on the spring elements 7 be achieved and the central segment 7 are moved (actuated) with a high degree of parallelism with respect to the rest position. The bending beams are advantageous on an annular suspension frame 3rd attached, which with a first substrate 9 can be connected or even a first substrate 9 may include.

Die Biegung kann sich über das Ringelement 5 weiter radial nach innen fortsetzen und die Federelemente 6 auslenken und das Zentralsegment 7 im Wesentlichen parallel zur Grundebene auslenken, oder verkippen, nach oben oder unten, je nach Anordnung der Aktorelemente auf den Biegebalken. Zur Auslenkung können die Aktoren an den Biegebalken an der Seite des Aufhängerahmens und/oder an der Seite des Ringelements angeordnet sein (nicht gezeigt).The bend can go over the ring element 5 continue radially inward and the spring elements 6 deflect and the central segment 7 deflect or tilt essentially parallel to the base plane, up or down, depending on the arrangement of the actuator elements on the bending beam. For deflection, the actuators can be arranged on the bending beams on the side of the suspension frame and / or on the side of the ring element (not shown).

Das Zentralsegment 7 kann einen mit den Federelementen 6 verbundenen Spannrahmen 7a und eine innere Membran 7b umfassen. Durch die Ausführung mit einem Spannrahmen kann etwa bei optisch transmissiven MEMS-Bauelementen eine Spiegelschicht als Membran freistehen, sodass Absorption in Federmaterial und Verstärkungsschicht wie beim starren Zentralsegment 7 keine Rolle spielt. Weiterhin kann es optisch vorteilhaft sein, wenn dadurch eine solche Spiegelschicht beidseitig an Luft, Vakuum oder einem Gas anstelle eines Festkörpers angrenzt.The central segment 7 can one with the spring elements 6 connected stenter 7a and an inner membrane 7b include. Due to the design with a tenter frame, for example in the case of optically transmissive MEMS components, a mirror layer can stand free as a membrane, so that absorption in the spring material and reinforcement layer as in the rigid central segment 7 doesn't matter. Furthermore, it can be optically advantageous if such a mirror layer adjoins air, vacuum or a gas instead of a solid on both sides.

Nach der 2 können die Biegebalken 4 eine Anordnung von nebeneinander liegenden und eine Kreisform beschreibenden Streifen bilden, welche den Aufhängerahmen 3 mit dem Ringelement 5 verbinden, und das Ringelement 5 schon aus einer Grundebene gehoben oder gesenkt halten können. Der Aufhängerahmen 3 kann so als Verankerung der Biegebalken dienen. Das Ringelement 5 kann so als Fixierung für die ringelementseitigen Enden der Biegebalken dienen, wodurch beispielsweise Fertigungstoleranzen bezüglich piezoelektrischer Schichten des Aktors teilweise ausgleichbar sein können. Das Ringelement 5 kann weiterhin auch eine Fixierung für weitere Aktoren darstellen. Des Weiteren kann das Ringelement 5 in einem Zusammenhang mit den Biegebalken 4 und den Federelementen 6 als ein Designelement dienen, um neben Designeigenschaften auch zur Beeinflussung der Biegelinie vom Aufhängerahmen 3 bis zum Zentralsegment 7 zu dienen. Da das Ringelement 5 eine hohe Verwindungssteifigkeit aufweisen kann, kann vorteilhaft das Biegemoment auf das Zentralsegment 7 verringert sein, wodurch eine verringerte Verwölbung des Zentralsegments 7 erzielt werden kann. Das Ringelement 5 kann auch eine mechanische Entkopplung des Zentralsegments 7, des Ringelements selbst und des Bereichs mit den angebrachten Aktoren bewirken. Dadurch kann vorteilhaft ein zu starkes Absinken der Eigenfrequenz der Aktuatoreinrichtung und deren Elemente verringert oder verhindert werden, was Vibrations- und Gravitationsempfindlichkeit der Aktuationseinrichtung zur Folge hätte.After 2nd can use the bending beams 4th an arrangement of strips lying side by side and describing a circular shape, which form the hanging frame 3rd with the ring element 5 connect, and the ring element 5 can already be raised or lowered from a basic level. The hanging frame 3rd can serve as anchoring of the bending beams. The ring element 5 can thus serve as a fixation for the ends of the bending beams on the ring element side, as a result of which, for example, manufacturing tolerances with regard to piezoelectric layers of the actuator can be partially compensated for. The ring element 5 can also represent a fixation for other actuators. Furthermore, the ring element 5 in connection with the bending beam 4th and the spring elements 6 serve as a design element to influence the bending line of the hanging frame in addition to design properties 3rd to the central segment 7 to serve. Because the ring element 5 can have a high torsional stiffness, the bending moment on the central segment can advantageously 7 be reduced, thereby reducing the warpage of the central segment 7 can be achieved. The ring element 5 can also mechanical decoupling of the central segment 7 , cause the ring element itself and the area with the attached actuators. As a result, an excessive decrease in the natural frequency of the actuator device and its elements can advantageously be reduced or prevented, which would result in vibration and gravitational sensitivity of the actuator device.

Die Federelemente 6 können zum Ringelement 5 hin und auch zum Zentralsegment 7 hin jeweils eine einzige schmale Verbindungsstelle VS umfassen und dazwischen eine Rahmenform beispielsweise mit einer Rechtecks- oder Quadratform aufweisen. Das sich nach innen fortsetzende Biegemoment kann im Innenbereich durch die Torsion und/oder Biegung der Federelemente 6 zwischen Ringelement 5 und Zentralsegment 7 abgefedert werden, wobei auch die schmale bzw. kleinflächige Verbindungsstelle(n) eine Verwölbung des Zentralsegments 7 verringern oder vermeiden kann. Da die Federelemente 6 und die Biegebalken 4 während dem Aktuieren deformiert werden, weisen diese vorteilhaft eine geringere Biegesteifigkeit in Aktuierungsrichtung auf als das Ringelement, der Aufhängerahmen und das Zentralsegment, wobei die Federelemente 6 und die Biegebalken 4 vorteilhaft dasselbe Material und insbesondere dasselbe Federmaterial umfassen können. Eine Biegesteifigkeit der Federelemente und Biegebalken sollte allerdings ausreichend hoch sein, damit die Eigenfrequenz des mechanischen Systems (Elemente der Aktuatoreinrichtung) nicht zu gering werden und dieses gegenüber Vibration und Neigung empfindlich werden kann. Typische Eigenfrequenzen für ein robustes Gesamtsystem liegen hierbei im Bereich mehrerer kHz. Die Biegesteifigkeit ergibt sich aus den mechanischen Materialeigenschaften und der gewählten Dicke. Eine vorteilhafte Dicke für polySi (PolySilizium) könnte daher bei ca. 10-50µm liegen. Somit können sich das Ringelement und das Zentralsegment 7 während dem Aktuieren vorteilhaft nur geringfügig oder gar nicht verbiegen.The spring elements 6 can to the ring element 5 towards and also towards the central segment 7 one narrow connection point each VS comprise and in between have a frame shape, for example with a rectangular or square shape. The bending moment that continues inwards can occur in the interior due to the torsion and / or bending of the spring elements 6 between ring element 5 and central segment 7 are cushioned, the narrow or small-area connection point (s) also warping the central segment 7 can reduce or avoid. Because the spring elements 6 and the bending beams 4th are deformed during actuation, they show advantageously a lower bending stiffness in the actuation direction than the ring element, the suspension frame and the central segment, the spring elements 6 and the bending beams 4th can advantageously comprise the same material and in particular the same spring material. A bending stiffness of the spring elements and bending beams should, however, be sufficiently high so that the natural frequency of the mechanical system (elements of the actuator device) does not become too low and this can become sensitive to vibration and inclination. Typical natural frequencies for a robust overall system are in the range of several kHz. The bending stiffness results from the mechanical material properties and the chosen thickness. An advantageous thickness for polySi (PolySilicon) could therefore be approx. 10-50µm. Thus, the ring element and the central segment 7 only bend slightly or not at all during actuation.

Die Mehrzahl der Biegebalken 4 kann beispielsweise in gleichmäßigen Abständen um das Zentralsegment 7 herum angeordnet sein. Andererseits ist es auch möglich, dass die Biegebalken nur konzentriert an zwei gegenüberliegenden Bereichen um das Zentralsegment 7 angeordnet sein können (nicht gezeigt).The majority of the bending beams 4th can, for example, at regular intervals around the central segment 7 be arranged around. On the other hand, it is also possible that the bending beam is only concentrated in two opposite areas around the central segment 7 can be arranged (not shown).

3 zeigt eine schematische Seitenansicht eines mikromechanischen Bauelements gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. 3rd shows a schematic side view of a micromechanical component according to an embodiment of the present invention.

Die erste Spiegeleinrichtung SP1 kann als ein Mikrospiegel, vorteilhaft als zumindest eine oder mehrere Spiegelschichten auf dem Zentralsegment 7 angeordnet sein und in MEMS-Bauweise ausgeführt sein. Die zweite Spiegeleinrichtung SP2 kann ebenso eine oder mehrere Spiegelschichten umfassen, wobei das mikromechanische Bauelement 2 in diesem Fall einen durchstimmbaren optischen Filter etwa ein Fabry-Perot-Interferometer, bilden kann.The first mirror device SP1 can be used as a micromirror, advantageously as at least one or more mirror layers on the central segment 7 be arranged and be carried out in MEMS design. The second mirror device SP2 can also comprise one or more mirror layers, the micromechanical component 2nd in this case a tunable optical filter such as a Fabry-Perot interferometer.

Weiterhin ist es möglich, dass das mikromechanische Bauelement 2 ein Sockelsubstrat S umfasst, auf welchem das erste Substrat mit der Aktuationseinrichtung 1 angeordnet ist. Die Substrate können vorteilhaft mit einem Bondverfahren aufeinander gebondet werden. So kann beispielsweise das zweite Substrat 10 auf dem ersten Substrat 9 angeordnet sein. Wenn das erste und das zweite Substrat über einen Bondrahmen B mit einem Sockelsubstrat S verbunden sind, kann zwischen dem Sockelsubstrat S, dem ersten Substrat 9 und dem zweiten Substrat 10 eine vorteilhaft hermetisch versiegelte Kaverne durch die Substrate geformt werden. Durch die Verkapselung können die Spiegeleinrichtungen vorteilhaft gegenüber Umwelteinflüssen geschützt werden. In der Verkapselung kann vorteilhaft ein Innendruck eingeschlossen werden und eine Dämpfung des Systems eingestellt werden. Das Sockelsubstrat S kann eine Kavität umfassen.Furthermore, it is possible for the micromechanical component 2nd a base substrate S on which the first substrate with the actuation device 1 is arranged. The substrates can advantageously be bonded to one another using a bonding method. For example, the second substrate 10th on the first substrate 9 be arranged. If the first and second substrates over a bond frame B with a base substrate S can be connected between the base substrate S , the first substrate 9 and the second substrate 10th an advantageously hermetically sealed cavern is formed by the substrates. The encapsulation advantageously allows the mirror devices to be protected against environmental influences. An internal pressure can advantageously be enclosed in the encapsulation and damping of the system can be set. The base substrate S can include a cavity.

Die Aktuationseinrichtung 1 kann vorteilhaft in der Kaverne eingekapselt sein. Die Detektoreinrichtung D kann auf oder in dem Zentralsegment 7 oder auf dem zweiten Substrat 10 oder auf dem Sockelsubstrat S oder in diesen integriert sein, vorteilhaft in einem Lichtpfad im Bereich über oder unter dem Zentralsegment 7. Die Detektoreinrichtung D kann vorteilhaft lichtempfindlich sein und Messdaten für eine transmittierte Lichtintensität für Zwecke etwa der Spektroskopie liefern.The actuation device 1 can advantageously be encapsulated in the cavern. The detector device D can be on or in the central segment 7 or on the second substrate 10th or on the base substrate S or be integrated into this, advantageously in a light path in the area above or below the central segment 7 . The detector device D can advantageously be light-sensitive and provide measurement data for a transmitted light intensity for purposes such as spectroscopy.

Das Ringelement 5 und das Zentralsegment 7 könnte auch aus einer Schicht des Federmaterials und einer Verstärkungsschicht 8 bestehen, wodurch eine Biegesteifigkeit dieser Designelemente erhöht werden kann. Eine Gesamtdicke des Zentralsegments 7 und/oder des Ringelements 5 kann beispielsweise 50 um aufweisen. Die Aktoren 4a können elektrostatisch oder piezoelektrisch sein. Im Fall der piezoelektrischen Aktoren können diese vorteilhaft über dem Federmaterial angeordnet sein. Im Falle eines elektrostatischen Aktors kann dieser mit Kammstrukturen in dem Federmaterial und/oder der Verstärkungsschicht 8 ausgeprägt sein (nicht gezeigt). Die Biegebalken 4 können sowohl an der Seite des Aufhängerahmens 3 als auch an der Seite des Ringelements 5 Aktoren 4a aufweisen, was eine Aktuierung in zwei Richtungen ermöglichen kann. Auf diese Weise kann ein größerer Verfahrbereich für die Bewegung des Zentralsegments 7 erzielt werden. Eine solche bidirektionale Aktuierung kann ungewünschte, fertigungsbedingte Vorauslenkungen des Zentralsegments ausgleichen. Durch die Aktoren und die Federelemente kann eine vertikale Auslenkung (Translation) des Zentralsegments 7 erfolgen, wobei alle Aktoren 4a gleich angesteuert werden können und die Biegebalken 4 gleich auslenken können. Es ist ebenfalls möglich, dass das Zentralsegment 7 verkippt oder rotiert werden kann, wobei die Aktoren 4a in diesem Fall unterschiedlich angesteuert/aktiviert werden können und sich eine unterschiedliche Auslenkung der Biegebalken ergeben kann.The ring element 5 and the central segment 7 could also consist of a layer of spring material and a reinforcement layer 8th exist, whereby a bending stiffness of these design elements can be increased. A total thickness of the central segment 7 and / or the ring element 5 can for example 50 to have. The actuators 4a can be electrostatic or piezoelectric. In the case of the piezoelectric actuators, these can advantageously be arranged above the spring material. In the case of an electrostatic actuator, this can have comb structures in the spring material and / or the reinforcement layer 8th be pronounced (not shown). The bending beams 4th can both on the side of the hanging frame 3rd as well as on the side of the ring element 5 Actuators 4a have what can enable actuation in two directions. In this way, a larger travel range for the movement of the central segment 7 be achieved. Such bidirectional actuation can compensate for undesired, production-related pre-deflections of the central segment. The actuators and the spring elements allow a vertical deflection (translation) of the central segment 7 done with all actuators 4a can be controlled and the bending beams 4th can deflect immediately. It is also possible that the central segment 7 can be tilted or rotated, the actuators 4a in this case can be controlled / activated differently and a different deflection of the bending beam can result.

Alternativ zur Ausführung der 3 können auch zwei erste Substrate 9 mit Biegebalken und Aktoren so übereinander gebondet/befestigt werden, dass die Spiegeleinrichtungen einander gegenüberliegend angeordnet sind. Zusätzlich kann ein Sockelsubstrat und weitere Substrate wie das zweite Substrat vorhanden sein.As an alternative to executing the 3rd can also use two first substrates 9 can be bonded / fastened one above the other with bending beams and actuators in such a way that the mirror devices are arranged opposite one another. In addition, a base substrate and further substrates such as the second substrate can be present.

In der 3 ist des Weiteren eine Isolatorschicht INS gezeigt, welche als ein Ätzstopp für das Herstellungsverfahren dienen kann, wenn ein Federgraben FG und ein Aktorgraben AG in dem ersten Substrat 9 ausgebildet werden, falls das Zentralsegment 7 und das Ringelement 5 sowie der Aufhängerahmen 3 aus dem ersten Substrat 9 hergestellt werden.In the 3rd is also an insulator layer INS shown, which can serve as an etch stop for the manufacturing process when a spring trench FG and an actuator trench AG in the first substrate 9 be trained if that Central segment 7 and the ring element 5 as well as the hanging frame 3rd from the first substrate 9 getting produced.

4 zeigt eine schematische Draufsicht eines mikromechanischen Bauelements gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. 4th shows a schematic top view of a micromechanical component according to an embodiment of the present invention.

Die Draufsicht der 4 entspricht vorteilhaft dem Bauelement aus der 3. Die Federelemente 6 können hierbei auch als eine Torsionsfeder ausgeprägt sein und ein Biegemoment eines Biegebalkens über Verbindungsstellen VS an das Zentralsegment 7 vermindern. Die Biegebalken können vorteilhaft den Aktorgraben AG überspannen und die Federelemente 6 können einen Federgraben FG überspannen.The top view of the 4th advantageously corresponds to the component from the 3rd . The spring elements 6 can also be designed as a torsion spring and a bending moment of a bending beam via connection points VS to the central segment 7 Reduce. The bending beams can advantageously the actuator trench AG span and the spring elements 6 can a trench FG spanning.

In einem Randbereich außerhalb der Aktuationseinrichtung 1 können elektrische Zuleitungen ZL für die Aktoren in dem ersten Substrat 9 oder zweiten Substrat 10 integriert eingefasst sein. Die Zuleitungen können weiterhin in der Verstärkungsschicht oder der Federschicht geführt werden (nicht gezeigt). Wenn die Zuleitungen in der Verstärkungsschicht 8 und/oder im Federmaterial geführt werden, kann die Gefahr eines Kurzschlusses mit einer etwaigen metallischen Bondung des Bondrahmens vorteilhaft verringert werden.In an edge area outside the actuation device 1 can electrical leads ZL for the actuators in the first substrate 9 or second substrate 10th be integrated. The leads can also be routed in the reinforcement layer or the spring layer (not shown). If the leads in the reinforcement layer 8th and / or in the spring material, the risk of a short circuit with any metallic bonding of the bonding frame can advantageously be reduced.

5 zeigt eine schematische Blockdarstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines mikromechanischen Bauelements gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. 5 shows a schematic block diagram of a method for producing a micromechanical component according to an embodiment of the present invention.

Bei dem Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Bauelements erfolgt ein Bereitstellen S1 eines ersten Substrats; ein Aufbringen S2 einer Isolatorschicht auf dem ersten Substrat und Strukturieren S2a der Isolatorschicht in Bereiche für einen Federgraben, welcher ein Zentralsegment lateral umläuft und einen Aktorgraben, welcher den Federgraben in einer bestimmten Distanz umläuft und ein Ringelement oder Rahmenelement zwischen Federgraben und Aktorgraben umläuft; ein Aufbringen S3 eines Federmaterials auf dem ersten Substrat und auf der Isolatorschicht sowie eines Spiegelmaterials für eine erste Spiegeleinrichtung auf dem Zentralsegment; ein Einbringen S4 eines Federgrabens und eines Aktorgrabens in das erste Substrat bis zur Isolatorschicht; und ein Entfernen S5 der Isolatorschicht INS im Federgraben und im Aktorgraben.The method for producing a micromechanical component is provided S1 a first substrate; an application S2 an insulator layer on the first substrate and patterning S2a the insulator layer in areas for a spring trench which laterally runs around a central segment and an actuator trench which runs around the spring trench at a certain distance and a ring element or frame element runs between the spring trench and the actuator trench; an application S3 a spring material on the first substrate and on the insulator layer and a mirror material for a first mirror device on the central segment; a contribution S4 a spring trench and an actuator trench in the first substrate up to the insulator layer; and a removal S5 the insulator layer INS in the spring trench and in the actuator trench.

Die bestimmte Distanz kann vorteilhaft eine Breite des Ringelements beschreiben.The determined distance can advantageously describe a width of the ring element.

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand des bevorzugten Ausführungsbeispiels vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.Although the present invention has been fully described above on the basis of the preferred exemplary embodiment, it is not restricted to this but can be modified in a variety of ways.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • US 9250418 B2 [0003]US 9250418 B2 [0003]

Claims (12)

Aktuationseinrichtung (1) für ein mikromechanisches Bauelement (2) umfassend - einen Aufhängerahmen (3); - eine Mehrzahl von Biegebalken (4) mit einem Federmaterial (FM), wobei die Biegebalken (4) jeweils mit dem Aufhängerahmen (3) mechanisch verbunden sind und sich lateral von diesem wegerstrecken; - eine Mehrzahl von Aktoreinrichtungen (4a), wobei die Aktoreinrichtungen (4a) mit den Biegebalken (4) mechanisch verbunden sind; - ein Ringelement (5) oder Rahmenelement, welches mit den Biegebalken (4) mechanisch verbunden ist und vom Aufhängerahmen (3) lateral beabstandet ist und eine geringere Biegbarkeit aufweist als die Biegebalken (4) ; - eine Mehrzahl von Federelementen (6), welche mit dem Ringelement (5) mechanisch verbunden sind und sich von dem Ringelement (5) auf einer dem Aufhängerahmen (3) abgewandten Seite lateral wegerstrecken; und - ein zu bewegendes Zentralsegment (7), wobei die Federelemente (6) das Zentralsegment (7) mit dem Ringelement (5) mechanisch verbinden.Actuating device (1) for a micromechanical component (2) comprising - A hanging frame (3); - A plurality of bending beams (4) with a spring material (FM), wherein the bending beams (4) are each mechanically connected to the suspension frame (3) and extend laterally therefrom; - a plurality of actuator devices (4a), the actuator devices (4a) being mechanically connected to the bending beams (4); - A ring element (5) or frame element which is mechanically connected to the bending beam (4) and laterally spaced from the suspension frame (3) and has less flexibility than the bending beam (4); - A plurality of spring elements (6) which are mechanically connected to the ring element (5) and laterally extend away from the ring element (5) on a side facing away from the suspension frame (3); and - A central segment (7) to be moved, the spring elements (6) mechanically connecting the central segment (7) to the ring element (5). Aktuationseinrichtung (1) nach Anspruch 1, bei welcher das Zentralsegment (7) eine planare Ausdehnung umfasst und mittels der Aktoreinrichtungen (4a) über die Biegebalken (4) und die Federelemente (6) senkrecht zur planaren Ausdehnung bewegbar oder rotierbar ist.Actuating device (1) after Claim 1 , in which the central segment (7) comprises a planar extent and can be moved or rotated perpendicular to the planar extent by means of the actuator devices (4a) via the bending beams (4) and the spring elements (6). Aktuationseinrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher die Biegebalken (4) und die Federelemente (6) das gleiche Federmaterial (FM) umfassen.Actuating device (1) after Claim 1 or 2nd , in which the bending beam (4) and the spring elements (6) comprise the same spring material (FM). Aktuationseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welcher das Ringelement (5) und das Zentralsegment (7) ein gleiches Material und eine Verstärkungsschicht (8) umfassen.Actuating device (1) according to one of the Claims 1 to 3rd , in which the ring element (5) and the central segment (7) comprise the same material and a reinforcing layer (8). Aktuationseinrichtung (1) nach Anspruch 4, bei welcher das Ringelement (5) und das Zentralsegment (7) das gleiche Federmaterial (FM) umfassen, wie die Biegebalken (4) und die Federelemente (6).Actuating device (1) after Claim 4 , in which the ring element (5) and the central segment (7) comprise the same spring material (FM) as the bending beams (4) and the spring elements (6). Aktuationseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welcher das Aktuationselement (7) einen mit den Federelementen (6) verbundenen Spannrahmen (7a) und eine innere Membran (7b) umfasst.Actuating device (1) according to one of the Claims 1 to 5 , in which the actuating element (7) comprises a clamping frame (7a) connected to the spring elements (6) and an inner membrane (7b). Mikromechanisches Bauelement (2) umfassend - eine Aktuationseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6; und - ein erstes Substrat (9), wobei der Aufhängerahmen (3) auf dem ersten Substrat (9) befestigt ist oder das erste Substrat (9) selbst den Aufhängerahmen (3) darstellt und die Biegebalken (3) lateral umläuft.Micromechanical component (2) comprising - an actuation device (1) according to one of the Claims 1 to 6 ; and - a first substrate (9), the suspension frame (3) being fastened to the first substrate (9) or the first substrate (9) itself representing the suspension frame (3) and the bending beam (3) running laterally. Mikromechanisches Bauelement (2) nach Anspruch 7, bei welchem das Zentralsegment (7) eine erste Spiegeleinrichtung (SP1) umfasst.Micromechanical component (2) according to Claim 7 , in which the central segment (7) comprises a first mirror device (SP1). Mikromechanisches Bauelement (2) nach Anspruch 8, welches ein zweites Substrat (10) mit einer zweiten Spiegeleinrichtung (SP2) umfasst, wobei das zweite Substrat (10) auf dem ersten Substrat (10) angeordnet ist und die erste Spiegeleinrichtung (SP1) der zweiten Spiegeleinrichtung (SP2) gegenüberliegend angeordnet ist.Micromechanical component (2) according to Claim 8 which comprises a second substrate (10) with a second mirror device (SP2), the second substrate (10) being arranged on the first substrate (10) and the first mirror device (SP1) being arranged opposite the second mirror device (SP2). Mikromechanisches Bauelement (2) nach Anspruch 9, welches als eine Spektrometereinrichtung ausgeformt ist und eine lichtempfindliche Detektoreinrichtung (11) umfasst, welche der ersten Spiegeleinrichtung (SP1) und der zweiten Spiegeleinrichtung (SP2) in einer Lichtabstrahlrichtung (Lab) nachgeordnet ist.Micromechanical component (2) according to Claim 9 , which is designed as a spectrometer device and comprises a light-sensitive detector device (11) which is arranged downstream of the first mirror device (SP1) and the second mirror device (SP2) in a light emission direction (Lab). Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Bauelements (2) umfassend die Schritte: - Bereitstellen (S1) eines ersten Substrats (9); - Aufbringen (S2) einer Isolatorschicht (INS) auf dem ersten Substrat (9) und Strukturieren (S2a) der Isolatorschicht (INS) in Bereiche für einen Federgraben (FG), welcher ein Zentralsegment (7) lateral umläuft und einen Aktorgraben (AG), welcher den Federgraben (FG) in einer bestimmten Distanz umläuft und ein Ringelement (5) oder Rahmenelement zwischen Federgraben (FG) und Aktorgraben (AG) umläuft; - Aufbringen (S3) eines Federmaterials (FM) auf dem ersten Substrat (9) und auf der Isolatorschicht (INS) sowie eines Spiegelmaterials für eine erste Spiegeleinrichtung (SP1) auf dem Zentralsegment (7); - Einbringen (S4) eines Federgrabens (FG) und eines Aktorgrabens (AG) in das erste Substrat (9) bis zur Isolatorschicht (INS); und - Entfernen (S5) der Isolatorschicht (INS) im Federgraben (FG) und im Aktorgraben (AG).Method for producing a micromechanical component (2) comprising the steps: - Providing (S1) a first substrate (9); - Application (S2) of an insulator layer (INS) on the first substrate (9) and structuring (S2a) of the insulator layer (INS) in areas for a spring trench (FG), which laterally runs around a central segment (7) and an actuator trench (AG) , which runs around the spring trench (FG) at a certain distance and runs around a ring element (5) or frame element between the spring trench (FG) and actuator trench (AG); - Applying (S3) a spring material (FM) on the first substrate (9) and on the insulator layer (INS) and a mirror material for a first mirror device (SP1) on the central segment (7); - Introducing (S4) a spring trench (FG) and an actuator trench (AG) into the first substrate (9) up to the insulator layer (INS); and - Remove (S5) the insulator layer (INS) in the spring trench (FG) and in the actuator trench (AG). Verfahren nach Anspruch 11, bei welchem ein Aufbringen einer Piezoaktorschicht auf dem Federmaterial (FM) über dem Aktorgraben (AG) und ein Bereitstellen eines zweiten Substrats (10) mit einer zweiten Spiegeleinrichtung (SP2) und Anordnen des zweiten Substrats (10) über dem ersten Substrat (9) erfolgt, so dass die zweite Spiegeleinrichtung (SP2) der ersten Spiegeleinrichtung (SP1) gegenüberliegt, sowie ein Bereitstellen eines Sockelsubstrats (S) erfolgt, welches eine Kavität umfasst, über welcher das erste Substrat (9) angeordnet wird.Procedure according to Claim 11 , in which an application of a piezo actuator layer on the spring material (FM) over the actuator trench (AG) and provision of a second substrate (10) with a second mirror device (SP2) and arrangement of the second substrate (10) over the first substrate (9) takes place so that the second mirror device (SP2) is opposite the first mirror device (SP1), and a base substrate (S) is provided which comprises a cavity over which the first substrate (9) is arranged.
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