DE102019218468A1 - Mikromechanisches Bauteil und Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil - Google Patents

Mikromechanisches Bauteil und Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil Download PDF

Info

Publication number
DE102019218468A1
DE102019218468A1 DE102019218468.5A DE102019218468A DE102019218468A1 DE 102019218468 A1 DE102019218468 A1 DE 102019218468A1 DE 102019218468 A DE102019218468 A DE 102019218468A DE 102019218468 A1 DE102019218468 A1 DE 102019218468A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
meander
adjustable part
holder
axis
spring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102019218468.5A
Other languages
English (en)
Inventor
Frank Schatz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE102019218468.5A priority Critical patent/DE102019218468A1/de
Priority to US17/083,227 priority patent/US20210165211A1/en
Publication of DE102019218468A1 publication Critical patent/DE102019218468A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/0816Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements
    • G02B26/0833Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD
    • G02B26/0858Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD the reflecting means being moved or deformed by piezoelectric means
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10Scanning systems
    • G02B26/105Scanning systems with one or more pivoting mirrors or galvano-mirrors
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/20Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/20Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
    • H10N30/204Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators using bending displacement, e.g. unimorph, bimorph or multimorph cantilever or membrane benders
    • H10N30/2041Beam type
    • H10N30/2042Cantilevers, i.e. having one fixed end
    • H10N30/2044Cantilevers, i.e. having one fixed end having multiple segments mechanically connected in series, e.g. zig-zag type

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Micromachines (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein mikromechanisches Bauteil (1a) mit einer Halterung (10a), einem verstellbaren Teil (2a) und einer mänderförmigen Feder (3a). Diese Feder (3a) ist an einem äußeren Ende (23a) der mäanderförmigen Feder (3a) direkt oder indirekt an der Halterung (10a) und an einem inneren Ende (23b) der mäanderförmigen Feder (3a) direkt oder indirekt an dem verstellbaren Teil (2a) angebunden. An einer äußeren Oberfläche der mäanderförmigen Feder (3a) und/oder in der mäanderförmigen Feder (3a) ist eine Aktoreinrichtung (20a) derart ausgebildet, dass mittels der Aktoreinrichtung (20a) periodische Verformungen der mäanderförmigen Feder (3a) anregbar sind, wodurch das verstellbare Teil (2a) in Bezug zu der Halterung (10a) um eine Drehachse (30b) des verstellbaren Teils (2a) verstellbar ist. Zusätzlich weist das Bauteil (1a) eine Torsionsfeder (6a) auf, welche gegenüber einer, zu der Drehachse (30b) des verstellbaren Teils (2a) im Wesentlichen senkrechten Ebene (9a), auf einer der mänderförmigen Feder (3a) gegenüberliegenden Seite angeordnet ist und sich zumindest abschnittweise entlang der Drehachse (30b) erstreckt und an einem äußeren Ende der Torsionsfeder (6a) direkt oder indirekt an der Halterung (10a) und an einem inneren Ende (26a) der Torsionsfeder (6a) direkt oder indirekt an dem verstellbaren Teil (2a) angebunden ist. Die mäanderförmige Feder (3a) ist abschnittsweise auf der Drehachse (30b) angeordnet.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein mikromechanisches Bauteil. Ebenso betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil.
  • Stand der Technik
  • In der JP 2009-223165 A ist ein verstellbarer Mikrospiegel beschrieben, welcher mittels zweier mäanderförmiger Federn mit Teilabschnitten, die jeweils mit mindestens einem piezoelektrischen Material abgedeckt sind, in Bezug zu einer Halterung des verstellbaren Mikrospiegels verstellbar sein soll. Insbesondere soll durch Anlegen mindestens einer Spannung an das mindestens eine piezoelektrische Material abwechselnd eine Biege- oder Zugspannung auf die Teilabschnitte der beiden mäanderförmigen Federn so ausbildbar sein, dass der verstellbare Mikrospiegel mittels einer bewirkten spiegelsymmetrischen Verformung der beiden mäanderförmigen Federn in Bezug zu seiner Halterung verstellt wird.
  • Der Erfindung liegt davon ausgehend die Aufgabe zugrunde, ein vereinfachtes mikromechanisches Bauteil zu entwickeln.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Zur Lösung der Aufgabe wird ein mikromechanisches Bauteil mit einer Halterung, einem verstellbaren Teil und einer mäanderförmigen Feder vorgeschlagen. Die mäanderförmige Feder ist hierbei an einem äußeren Ende der mäanderförmigen Feder direkt oder indirekt an der Halterung und an einem inneren Ende der mäanderförmigen Feder direkt oder indirekt an dem verstellbaren Teil angebunden. An einer äußeren Oberfläche der mäanderförmigen Feder und/oder in der mäanderförmigen Feder ist eine Aktoreinrichtung derart ausgebildet, dass mittels der Aktoreinrichtung periodische Verformungen der mäanderförmigen Feder anregbar sind, wodurch das verstellbare Teil in Bezug zu der Halterung um eine Drehachse des verstellbaren Teils verstellbar ist. Zusätzlich weist das mechanische Bauelement eine Torsionsfeder auf. Diese Torsionsfeder ist bezüglich einer Ebene, welche senkrecht zu der Drehachse des verstellbaren Teils angeordnet ist, auf einer der mänderförmigen Feder gegenüberliegenden Seite angeordnet. Die Drehachse steht also im Wesentlichen orthogonal auf dieser Ebene. Diese Ebene entspricht insbesondere einer Symmetrieebene des verstellbaren Teils, insbesondere eines Mikrospiegels. Die Torsionsfeder erstreckt sich zumindest abschnittweise entlang der Drehachse und ist an einem äußeren Ende der Torsionsfeder direkt oder indirekt an der Halterung und an einem inneren Ende der Torsionsfeder direkt oder indirekt an dem verstellbaren Teil angebunden. Die mäanderförmige Feder, die sich auf der anderen Seite der Ebene befindet, ist abschnittsweise auf der Drehachse angeordnet.
  • Der Antrieb des verstellbaren Teils wird somit durch nur einen einzigen Mäanderantrieb geschaffen. Gegenüberliegend zu dem Mäanderantrieb ist eine passive Torsionsfeder angeordnet, welche zur Aufhängung des verstellbaren Teils an der Halterung dient. Durch diese Torsionsfeder lässt sich einfach die Auslenkung des verstellbaren Teils bestimmen, da bei einer Torsionsfeder ohne Antrieb der Auslenkwinkel proportional zu der an der Torsionsfeder gemessenen Belastung ist. Ein weiterer Vorteil dieses mechanischen Bauteils ist, dass die Torsionsfeder weniger Platz benötigt als ein zweiter Mäanderantrieb. Platz kann somit eingespart werden.
  • Vorzugsweise erstreckt sich die mäanderförmige Feder abschnittsweise entlang der Drehachse. Somit ergibt sich eine relativ symmetrische Aufhängung des verstellbaren Teils an der Halterung.
  • Bevorzugt entspricht eine Ausdehnung der mäanderförmigen Feder in Richtung einer zu der Drechachse im Wesentlichen senkrechten Achse wenigstens 50% einer Ausdehung des verstellbaren Teils in Richtung der zu der Drechachse im Wesentlichen senkrechten Achse. Bei der zu der Drechachse im Wesentlichen senkrechten Achse handelt es sich insbesondere um eine Querachse des verstellbaren Teils, insbesondere eines Mikrospiegels. Da das mikromechanische Bauteil nur einen einzigen Mäanderantrieb auf einer Seite des verstellbaren Teils aufweist, kann dieser Mäanderantrieb breiter ausgelegt werden und somit ein größerer Auslenkwinkel des verstellbaren Teils bei Auslenkung erreicht werden. Bevorzugt entspricht die Ausdehnung der mäanderförmigen Feder in Richtung der zu der Drechachse im Wesentlichen senkrechten Achse der Ausdehung des verstellbaren Teils in Richtung der zu der Drechachse im Wesentlichen senkrechten Achse. Der Mäanderantrieb nutzt somit die volle Breite des Mikrospiegels. Damit kann der größtmögliche Auslenkwinkel des verstellbaren Teils durch nur einen einzigen Mäanderantrieb erreicht werden.
  • Vorzugsweise ist die mäanderförmige Feder zentrisch in der Drehachse des verstellbaren Teils direkt oder indirekt an dem verstellbaren Teil angebunden. Somit ergibt sich eine symmetrische Aufhängung des verstellbaren Teils an der Halterung.
  • Bevorzugt ist das verstellbare Teil als Mikrospiegel ausgebildet. Die Spiegelfläche des Mikrospiegels ist hierbei insbesondere rechteckförmig oder kreisrund ausgebildet. Somit weist der Mikrospiegel bzw. dessen Spiegelfläche zwei senkrecht zueinander angeordnete Symmetrieebenen auf.
  • Vorzugsweise weist die Torsionsfeder eine Höhe und eine Breite auf, wobei die Höhe der Torsionsfeder größer ausgebildet ist als die Breite der Torsionsfeder. Insbesondere entspricht eine Abmessung der Höhe gegenüber einer Abmessung der Breite der Torsionsfeder wenigstens einem Verhätlnis von 1,2:1. Somit ergibt sich eine vergleichsweise hohe und schmaleTorsionsfeder, die hinsichtlich der Torsionsverformung vergleichsweise weich ausgebildet ist. Somit muss der Mäanderantrieb keine große Kraft aufbringen, um die Torsionsfeder auszulenken. Dadurch kann wiederum ein großer Auslenkwinkel des verstellbaren Teils beibehalten werden. In z-Richtung ist eine solch ausgebildete Torsionsfeder jedoch vergleichsweise steif ausgebildet. Die z-Mode oder auch Hubmode genannt, verschiebt sich durch diese in z-Richtung steife Torsionsfeder zu höheren Frequenzen, was Vorteile für die Regelung des verstellbaren Teils, insbesondere des Mikrospiegels, mit sich bringt.
  • Vorzugsweise ist die Torsionsfeder als mäandrierte Torsionsfeder ausgebildet. Dies spart gegenüber einer geraden Torsionsfeder Platz und das mikromechanische Bauteil kann somit insgesamt kleiner ausgebildet werden.
  • Bevorzugt umfassst das mikromechanische Bauteil zumindest eine Sensoreinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, mindestens ein zu einer Auslenkung des verstellbaren Teils aus seiner Ruhestellung in Bezug zu der Halterung korrespondierendes Sensorsignal auszugeben oder bereitzustellen.
  • Die Sensoreinrichtung ist über mindestens eine an einer äußeren Oberfläche der Torsionsfeder und/oder in der Torsionsfeder ausgebildete Signalleitung mit einer auf der Halterung ausgebildeten Auswerteelektronik oder einem auf der äußeren Oberfläche der Halterung ausgebildeten Auswerteelektronik-Anbindungskontakt verbunden. Für eine elektrische Kontaktierung der Sensoreinrichtung kann somit auf eine an der äußeren Oberfläche und/oder in den mindestens zwei mäanderförmigen Federn ausgebildete Signalleitung gemäß dem Stand der Technik verzichtet werden. Die elektrische Kontaktierung der Sensoreinrichtung ist somit mit keinen Nebeneffekten auf eine gewünschte gute Verbiegbarkeit der mäanderförmigen Feder verbunden. Alternativ ist die Sensoreinrichtung bevorzugt an dem äußeren Ende der Torsionsfeder angeordnet und über mindestens eine an einer äußeren Oberfläche der Halterung und/oder in der Halterung ausgebildete Signalleitung mit einer auf der Halterung ausgebildeten Auswerteelektronik oder einem auf der äußeren Oberfläche der Halterung ausgebildeten Auswerteelektronik-Anbindungskontakt verbunden. Somit kann auch die Führung der Signalleitung über die Torsionsfeder entfallen.
  • Vorzugweise umfasst die Aktoreinrichtung wenigstens eine piezoelektrische Aktorschicht aus mindestens einem piezoelektrischen Material, welche an der äußeren Oberfläche und/oder in mehreren Teilabschnitten der zugeordneten mäanderförmigen Feder ausgebildet ist. Die Aktoreinrichtung umfasst zusätzlich wenigstens eine elektrische Leitung, welche an der äußeren Oberfläche und/oder in der mäanderförmigen Feder derart ausgebildet ist, dass mindestens ein Spannungssignal an die piezoelektrische Aktorschichteder mäanderförmigen Feder derart anlegbar ist, dass die periodischen Verformungen der mäanderförmigen Feder bewirkbar sind. Auf diese Weise können die mit der piezoelektrischen Aktorschichtausgebildeten Teilabschnitte der mäanderförmigen Feder so verbogen werden, dass das verstellbare Teil um einen relativ hohen Verstellwinkel aus seiner Ruhestellung in Bezug zu der Halterung um die Drehachse verstellt wird.
  • Die vorausgehend beschriebenen Vorteile sind auch gewährleistet bei einem Ausführen eines korrespondierenden Herstellungsverfahrens für ein derartiges mikromechanisches Bauteil. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass das Herstellungsverfahren so weitergebildet werden kann, dass alle oben erläuterten mikromechanischen Bauteile damit hergestellt werden können.
  • Figurenliste
    • 1a zeigt eine erste Ausführungsform eines mikromechanischen Bauteils.
    • 1b zeigt eine zweite Ausführungsform eines mikromechanischen Bauteils.
    • 1c zeigt eine dritte Ausführungsform eines mikromechanischen Bauteils.
    • 2 zeigt einen Ablauf eines Herstellungsverfahrens für ein mikromechanisches Bauteil.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • 1a zeigt eine schematische Gesamtdarstellung einer ersten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils 1a.
  • Das mikromechanische Bauteil 1a umfasst eine Halterung 10a, ein verstellbares Teil 2a und eine mäanderförmige Feder 3a. Die mäanderförmige Feder 3a ist hierbei an einem äußeren Ende 23a der mäanderförmigen Feder 3a direkt an der Halterung 10a und an einem inneren Ende 23b der mäanderförmigen Feder 3a direkt an dem verstellbaren Teil 2a angebunden. In diesem ersten Ausführungsbeispiel ist die mäanderförmige Feder 3a an dem inneren Ende 23b der mäanderförmigen Feder 3a zentrisch in der Drehachse 30b des verstellbaren Teils 2a direkt an dem verstellbaren Teil 2a angebunden. In der mäanderförmigen Feder 3a ist eine Aktoreinrichtung 20a und 20b in Form einer Piezoschicht derart ausgebildet, dass mittels der Aktoreinrichtung 20a und 20b periodische Verformungen der mäanderförmigen Feder 3a anregbar sind, wodurch das verstellbare Teil 2a in Bezug zu der Halterung 10a um eine Drehachse 30b des verstellbaren Teils 2a verstellbar ist. Zusätzlich weist das mechanische Bauelement 1a eine Torsionsfeder 6a auf. Diese Torsionsfeder 6a ist hierbei als gerade Torsionsfeder ausgebildet. Die Torsionsfeder ist bezüglich einer Ebene 9a, welche im Wesentlichen senkrecht zu der Drehachse 30b des verstellbaren Teils 2a angeordnet ist, auf einer der mänderförmigen Feder 3a gegenüberliegenden Seite angeordnet. Die Drehachse 30b steht also im Wesentlichen orthogonal auf dieser Ebene. Das verstellbare Teil 2a ist hierbei beispielhaft als Mikrospiegel mit einer rechteckförmigen Spiegelfläche ausgebildet. Das verstellbare Teil 2a weist somit in dieser Ausführungsform zwei senkrecht zueinander angeordnete Symmetrieebenen auf. Die senkrecht zu der Drehachse 30b des verstellbaren Teils 2a angeordnete Ebene 9a entspricht in diesem Zusammenhang einer ersten Symmetrieebene des verstellbaren Teils 2a. Die Drehachse 30b verläuft in Richtung der zweiten Symmetrieebene 8a des verstellbaren Teils 2a.
  • Die Torsionsfeder 6a erstreckt sich in diesem Ausführungsbeispiel in dem Abschnitt 7a vollständig entlang der Drehachse 30b und ist an einem äußeren Ende 26b direkt an der Halterung 10a angebunden. An einem inneren Ende der Torsionsfeder 6a ist die Torsionsfeder 6a direkt an dem verstellbaren Teil 2a angebunden. Die Torsionfeder 6a trägt einerseits zur Stabilisierung der gewünschten Drehbewegung des verstellbaren Teils 2a um die Drehachse 30b bei. Insbesondere erhöht die Torsionsfeder 6a eine Steifigkeit des mikromechanischen Bauteils 1a gegenüber einer unerwünschten Verstellbewegung des verstellbaren Teils 2a in eine senkrecht Drehachse 30 ausgerichteten Achse 30a. Andererseits lässt sich über die Torsionsfeder 6a auch einfach die Auslenkung des verstellbaren Teils bestimmen, da bei einer Torsionsfeder ohne Antrieb der Auslenkwinkel proportional zu der an der Torsionsfeder gemessenen Belastung ist.
  • Die mäanderförmige Feder 3a, die sich auf der anderen Seite der Ebene 9a befindet, ist hingegen nur in Teilabschnitten 4a, 23a und 23b auf der Drehachse 30b angeordnet. Während die mäanderförmige Feder 3a in den Teilabschnitten 4a die Drehachse 30b lediglich kreuzt, erstreckt sich die mäanderförmige Feder 3a in den Teilabschnitten 23a und 23b entlang der Drehachse 30b.
  • Aufgrund ihrer mäanderförmigen Form kann die mäanderförmige Feder 3a vergleichsweise lang ausgebildet sein, ohne dass die Einzellänge der mäanderförmige Feder 3a zu einer signifikanten Vergrößerung des mikromechanischen Bauteils 1a beiträgt. Eine Einzellänge der mäanderförmigen Feder 3a kann beispielsweise größer-gleich 200 µm, insbesondere größer gleich 500 µm, speziell größer-gleich 1 mm (Millimeter), sein.
  • In dem Beispiel der 1 umfasst die Aktoreinrichtung 20a und 20b jeweils wenigstens eine hier nicht dargestellte piezoelektrische Aktorschicht aus mindestens einem piezoelektrischen Material. Das piezoelektrische Material kann beispielsweise PZT sein. Die piezoelektrische Aktorschicht kann z.B. eine Schichtdicke zwischen 0,5 µm (Mikrometer) bis 2 µm (Mikrometer) haben. Zum Zusammenwirken mit der piezoelektrischen Aktorschicht weist die Aktoreinrichtung 20a und 20b auch mindestens eine (nicht dargestellte) elektrische Leitung, welche an einer äußeren Oberfläche und/oder in der mäanderförmigen Feder 3a ausgebildet ist, auf. Damit kann mindestens ein Spannungssignal an die piezoelektrische Aktorschicht derart angelegt werden, dass zumindest die periodischen Verformungen der mäanderförmigen Feder 3a bewirkbar sind/bewirkt werden. Eine derartige Ausbildung der Aktoreinrichtung 20a und 20b als piezoelektrische Aktoreinrichtung zeichnet sich durch hohe Verstellkräfte, jedoch nur geringe Stellwege, aus. Vorzugsweise erfolgt ein Verstellen des verstellbaren Teils 2a um die Drehachse 30b mittels der hier beschriebenen piezoelektrischen Aktoreinrichtungen 20a und 20b nicht resonant. Wird keine Spannung an die piezoelektrischen Aktorschicht angelegt, so liegt das verstellbare Teil 2a in seiner sogenannten Ruhestellung in Bezug zu der Halterung 10a vor.
  • Als vorteilhafte Weiterbildung kann das mikromechanische Bauteil noch zumindest eine Sensoreinrichtung 15a umfassen, welche dazu ausgelegt ist, mindestens ein zu einer Auslenkung des verstellbaren Teils 2a aus seiner Ruhestellung in Bezug zu der Halterung 10a korrespondierendes Sensorsignal auszugeben oder bereitzustellen. Die Sensoreinrichtung 15a kann beispielsweise eine piezoelektrische oder piezoresistive Sensoreinrichtung 15a sein. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Sensoreinrichtung 15a auf einem „Verankerungsbereich“ der Torsionsfeder 6a an der Halterung 10a ausgebildet. Die Ausbildung der Sensoreinrichtung 15a an dem äußeren Ende der Torsionsfeder 6aermöglicht eine eindeutige Detektion/Erkennung einer Auslenkung des verstellbaren Teils 2a aus seiner Ruhestellung um die Drehachse 30b in Bezug zu der Halterung 10a. Insbesondere ist eine derartige Ausbildung der Sensoreinrichtung 15a vorteilhafter als die herkömmliche Positionierung einer Sensorik an einer der mäanderförmigen Feder 3a, welche oft keine sichere Korrelation zur Auslenkung des verstellbaren Teils 2a erlaubt und des Weiteren zu dem Nachteil führt, dass Störmoden des mikromechanischen Bauteils 1a fälschlicherweise als die gewünschte Auslenkung des verstellbaren Teils 2a aus seiner Ruhestellung um die Drehachse 30b gedeutet werden.
  • Vorteilhafterweise ist die Sensoreinrichtung 15a außerdem über mindestens eine an der äußeren Oberfläche der Halterung 10a ausgebildete (nicht skizzierte) Signalleitung mit einer auf der Halterung 10a ausgebildeten Auswerteelektronik oder einem auf der Halterung 10a ausgebildeten Auswerteelektronik-Anbindungskontakt verbunden. Auf eine Ausbildung der mindestens einen Signalleitung an der äußeren Oberfläche und/oder in der mäanderförmigen Feder 3a kann somit problemlos verzichtet werden. Eine Biegesteifigkeit der mäanderförmigen Feder 3a wird somit nicht durch die über die Torsionsfeder 6a geführte Signalleitung beeinträchtigt. Des Weiteren wird die Signalleitung weder durch die konvex/konkave Verbiegung der mäanderförmigen Feder 3a beeinflusst, noch stören sich die elektrischen Signale der Aktor- und Sensorsignalleitu ng.
  • In dieser ersten Ausführungsform weist die mäanderförmige Feder 3a eine Ausdehnung 14a in Richtung einer zu der Drechachse 30b im Wesentlichen senkrechten Achse 30a auf, die wenigstens 50% einer Ausdehung 12a des verstellbaren Teils 2a in Richtung der zu der Drechachse 30b im Wesentlichen senkrechten Achse 30a entspricht. Bei der Ausdehung der mäanderförmigen Feder 3a handelt es sich hierbei um eine Länge der gebogenen Federabschnitte in die entsprechende Richtung. Bei der Ausdehnung des verstellbaren Teils 2a handelt es ich in diesem Zusammenhang um eine Breite des verstellbaren Teils 2a.
  • Die Torsionsfeder 6a weist hierbei eine in dieser Darstellung nicht gezeigte Höhe und eine Breite 17a auf. Die Höhe der Torsionsfeder ist größer ausgebildet, als die Breite 17a der Torsionsfeder 6a.
  • 1b zeigt eine schematische Gesamtdarstellung einer zweiten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils 1b.
  • Hierbei entspricht die Ausdehnung 14b der mäanderförmigen Feder 3b in Richtung der zu der Drechachse 30b im Wesentlichen senkrechten Achse 30a im Unterschied zu der ersten Ausführungsform der Ausdehung 12a des verstellbaren Teils 2a in Richtung der zu der Drechachse 30b im Wesentlichen senkrechten Achse 30a. Somit wird der maximale Auslenkwinkel des verstellbaren Teils 2a erzielt.
  • 1c zeigt eine schematische Gesamtdarstellung einer drittenAusführungsform des mikromechanischen Bauteils 1c.
  • Hierbei ist die Torsionsfeder 6c im Unterschied zu der zweiten Ausführungsform als mäandrierte Torsionsfeder ausgebildet. Die mäandrierte Torsionsfeder 6c erstreckt sich auf Teilabschnitten 7c auf der Drehachse 30b und ist an einem äußeren Ende 26d der Torsionsfeder 6c direkt an der Halterung 2a und an einem inneren Ende 26c der Torsionsfeder 6c direkt an dem verstellbaren Teil 2a angebunden.
  • 2 zeigt ein Flussdiagramm zum Erläutern einer Ausführungsform des Herstellungsverfahrens.
  • Alle oben beschriebenen mikromechanischen Bauteile können mittels des im Weiteren beschriebenen Herstellungsverfahrens hergestellt werden. Eine Ausführbarkeit des Herstellungsverfahrens ist jedoch nicht auf das Herstellen der oben beschriebenen mikromechanischen Bauteile beschränkt.
  • Anbinden eines verstellbaren Teils an eine Halterung über zumindest eine mäanderförmige Feder, welche abschnittsweise auf einer Drehachse des verstellbaren Teils angeordnet ist, wobei ein äußeres Ende der mäanderförmigen Feder direkt oder indirekt an der Halterung und ein inneres Ende der mäanderförmigen Feder direkt oder indirekt an dem verstellbaren Teil angebunden werden; und
    Ausbilden einer Aktoreinrichtung an einer äußeren Oberfläche der mäanderförmigen Feder und/oder in der mäanderförmigen Feder derart, dass bei einem Betrieb des späteren mikromechanischen Bauteils mittels der Aktoreinrichtung periodische Verformungen der mäanderförmigen Feder angeregt werden, wodurch das verstellbare Teil in Bezug zu der Halterung um die Drehachse des verstellbaren Teils verstellt wird;
    gekennzeichnet durch den Schritt:
    • Ausbilden einer Torsionsfeder, welche sich zumindest abschnittsweise entlang der Drehachse des verstellbaren Teils erstreckt, wobei ein äußeres Ende der Torsionsfeder direkt oder indirekt an der Halterung und ein inneres Ende der Torsionsfeder direkt oder indirekt an dem verstellbaren Teil so angebunden werden, dass das verstellbare Teil mittels zumindest der periodischen Verformungen der mäanderförmigen Feder in Bezug zu der Halterung um die Drehachse verstellt wird.
  • In einem Verfahrensschritt 50 wird ein verstellbares Teil an eine Halterung über zumindest eine mäanderförmige Feder angebunden. Die mäanderförmige Feder ist hierbei abschnittsweise auf einer Drehachse des verstellbaren Teils angeordnet. Ein äußeres Ende der mäanderförmigen Feder wird hierbei direkt oder indirekt an der Halterung angebunden und ein inneres Ende der mäanderförmigen Feder wird direkt oder indirekt an dem verstellbaren Teil angebunden. In einem folgenden Verfahrensschritt 51 wird eine Aktoreinrichtung an einer äußeren Oberfläche der mäanderförmigen Feder und/oder in der mäanderförmigen Feder derart ausgebildet, dass bei einem Betrieb des späteren mikromechanischen Bauteils mittels der Aktoreinrichtung periodische Verformungen der mäanderförmigen Feder angeregt werden. Durch diese angeregten, periodischen Verformungen wird das verstellbare Teil in Bezug zu der Halterung verstellt.
  • In einem folgenden Verfahrensschritt 52 wird eine Torsionsfeder ausgebildet, welche sich zumindest abschnittsweise entlang der Drehachse des verstellbaren Teils erstreckt. Ein äußeres Ende der Torsionsfeder wird hierbei direkt oder indirekt an der Halterung angebunden und ein inneres Ende der Torsionsfeder wird direkt oder indirekt an dem verstellbaren Teil angebunden. Dies bewirkt, dass das verstellbare Teil mittels zumindest der periodischen Verformungen der mäanderförmigen Feder in Bezug zu der Halterung um die Drehachse verstellt wird. Damit bewirkt auch das hier beschriebene Herstellungsverfahren die oben erläuterten Vorteile. Zum Ausführen der Verfahrensschritte 50 und 52 können die jeweiligen Komponenten beispielsweise aus monokristallinen, polykristallinen oder epi-polykristallinen Silizium, speziell aus einer Siliziumschicht eines SOI-Substrats (Silicon-On-Isolator-Substrat) herausstrukturiert werden.
  • Als optionale Weiterbildung kann das Herstellungsverfahren noch die Verfahrensschritte 53 und 54 umfassen. In dem Verfahrensschritt 53 wird eine Sensoreinrichtung zum Bereitstellen oder Ausgeben mindestens eines zu einer Auslenkung des verstellbaren Teils aus seiner Ruhestellung in Bezug zu der Halterung korrespondierenden Sensorsignals ausgebildet. In dem Verfahrensschritt 54 wird die Sensoreinrichtung über mindestens eine an einer äußeren Oberfläche der Torsionsfeder und/oder in der Torsionsfeder ausgebildeten Signalleitung mit einer auf der Halterung ausgebildeten Auswerteelektronik oder einem auf der Halterung ausgebildeten Auswerteelektronik-Anbindungskontakt verbunden. Alternativ zu diesem Schritt wird die Sensoreinrichtung über mindestens eine an einer äußeren Oberfläche der Halterung und/oder in der Halterung ausgebildeten Signalleitung mit einer auf der Halterung ausgebildeten Auswerteelektronik oder einem auf der Halterung ausgebildeten Auswerteelektronik-Anbindungskontakt verbunden. Auch weitere Komponenten der oben beschriebenen mikromechanischen Bauteile können mittels entsprechender Verfahrensschritte ausgebildet werden. Die oben beschriebenen mikromechanischen Bauteile sind technologisch auf einfache Weise realisierbar.
  • Die Verfahrensschritte 50 bis 54 können in beliebiger Reihenfolge, zeitig überlappend oder gleichzeitig ausgeführt werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2009223165 A [0002]

Claims (12)

  1. Mikromechanisches Bauteil (1a, 1b, 1c) mit: einer Halterung (10a); einem verstellbaren Teil (2a); und einer mäanderförmigen Feder (3a, 3b), welche an einem äußeren Ende (23a) der mäanderförmigen Feder (3a, 3b) direkt oder indirekt an der Halterung (10a) und an einem inneren Ende (23b) der mäanderförmigen Feder (3a, 3b) direkt oder indirekt an dem verstellbaren Teil (2a) angebunden ist; wobei an einer äußeren Oberfläche der mäanderförmigen Feder (3a, 3b) und/oder in der mäanderförmigen Feder (3a, 3b) eine Aktoreinrichtung (20a) derart ausgebildet ist, dass mittels der Aktoreinrichtung (20a) periodische Verformungen der mäanderförmigen Feder (3a, 3b) anregbar sind, wodurch das verstellbare Teil (2a) in Bezug zu der Halterung (10a) um eine Drehachse (30b) des verstellbaren Teils (2a) verstellbar ist; gekennzeichnet durch eine Torsionsfeder (6a, 6c), welche gegenüber einer, zu der Drehachse (30b) des verstellbaren Teils (2a) im Wesentlichen senkrechten Ebene (9a), auf einer der mänderförmigen Feder (3a, 3b) gegenüberliegenden Seite angeordnet ist und sich zumindest abschnittweise entlang der Drehachse (30b) erstreckt und an einem äußeren Ende (26b) der Torsionsfeder (6a, 6c) direkt oder indirekt an der Halterung (10a) und an einem inneren Ende (26a) der Torsionsfeder (6a, 6c) direkt oder indirekt an dem verstellbaren Teil (2a) angebunden ist, wobei die mäanderförmige Feder (3a, 3b) abschnittsweise auf der Drehachse (30b) angeordnet ist.
  2. Mikromechanisches Bauteil (1a, 1b, 1c) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die mäanderförmige Feder (3a, 3b) abschnittsweise entlang der Drehachse (30b) erstreckt.
  3. Mikromechanisches Bauteil (1a, 1b, 1c) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ausdehnung (14a, 14b) der mäanderförmigen Feder (3a, 3b) in Richtung einer zu der Drechachse (30b) im Wesentlichen senkrechten Achse (30a) wenigstens 50% einer Ausdehung (12a) des verstellbaren Teils (2a) in Richtung der zu der Drechachse (30b) im Wesentlichen senkrechten Achse (30a) entspricht.
  4. Mikromechanisches Bauteil (1a, 1b, 1c) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausdehnung (14a, 14b) der mäanderförmigen Feder (3a, 3b) in Richtung der zu der Drechachse (30b) im Wesentlichen senkrechten Achse (30a) der Ausdehung (12a) des verstellbaren Teils (2a) in Richtung der zu der Drechachse (30b) im Wesentlichen senkrechten Achse (30a) entspricht.
  5. Mikromechanisches Bauteil (1a, 1b) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mäanderförmige Feder (3a, 3b) zentrisch in der Drehachse (30b) des verstellbaren Teils (2a) direkt oder indirekt an dem verstellbaren Teil (2a) angebunden ist.
  6. Mikromechanisches Bauteil (1a, 1b, 1c) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das verstellbare Teil (2a) als, insbesondere rechteckförmiger oder kreisrunder, Mikrospiegel ausgebildet ist.
  7. Mikromechanisches Bauteil (1a, 1b, 1c) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Torsionsfeder (6a, 6c) eine Höhe und eine Breite (17a) aufweist, wobei die Höhe der Torsionsfeder (6a, 6c) größer ausgebildet ist als die Breite (17a) der Torsionsfeder (6a, 6c).
  8. Mikromechanisches Bauteil (1a, 1b, 1c) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Torsionsfeder (6a, 6c) als mäandrierte Torsionsfeder ausgebildet ist.
  9. Mikromechanisches Bauteil (1a, 1b, 1c) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das mikromechanische Bauteil (1a, 1b, 1c) zumindest eine Sensoreinrichtung (15a) umfasst, welche dazu ausgelegt ist, mindestens ein zu einer Auslenkung des verstellbaren Teils (2a) aus seiner Ruhestellung in Bezug zu der Halterung (10a) korrespondierendes Sensorsignal auszugeben oder bereitzustellen, und wobei die Sensoreinrichtung (15a) über mindestens eine an einer äußeren Oberfläche der Halterung (10a) und/oder in der Halterung (10a) ausgebildeten Signalleitung mit einer auf der Halterung (10a) ausgebildeten Auswerteelektronik oder einem auf der äußeren Oberfläche der Halterung (10a) ausgebildeten Auswerteelektronik-Anbindungskontakt verbunden ist.
  10. Mikromechanisches Bauteil (1a, 1b, 1c) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktoreinrichtung (20a) wenigstens eine piezoelektrische Aktorschicht aus mindestens einem piezoelektrischen Material aufweist, welche an der äußeren Oberfläche und/oder in mehreren Teilabschnitten der zugeordneten mäanderförmigen Feder (3a, 3b) ausgebildet ist, und mindestens eine elektrische Leitung, welche an der äußeren Oberfläche und/oder in der mäanderförmigen Feder (3a, 3b) ausgebildet ist, so umfasst, dass mindestens ein Spannungssignal an die piezoelektrische Aktorschicht der mäanderförmigen Feder (3a, 3b) derart anlegbar ist, dass die periodischen Verformungen der mäanderförmigen Feder (3a, 3b) bewirkbar sind.
  11. Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil (1a, 1b, 1c) mit den Schritten: Anbinden (50) eines verstellbaren Teils (2a) an eine Halterung (10a) über zumindest eine mäanderförmige Feder (3a, 3b), welche abschnittsweise auf einer Drehachse (30b) des verstellbaren Teils (2a) angeordnet ist, wobei ein äußeres Ende (23a) der mäanderförmigen Feder (3a, 3b) direkt oder indirekt an der Halterung (10a) und ein inneres Ende (23b) der mäanderförmigen Feder (3a, 3b) direkt oder indirekt an dem verstellbaren Teil (2a) angebunden werden; und Ausbilden (51) einer Aktoreinrichtung (20a) an einer äußeren Oberfläche der mäanderförmigen Feder (3a, 3b) und/oder in der mäanderförmigen Feder (3a, 3b) derart, dass bei einem Betrieb des späteren mikromechanischen Bauteils (1a, 1b, 1c) mittels der Aktoreinrichtung (20a) periodische Verformungen der mäanderförmigen Feder (3a, 3b) angeregt werden, wodurch das verstellbare Teil (2a) in Bezug zu der Halterung (10a) um die Drehachse (30a) des verstellbaren Teils (2a) verstellt wird; gekennzeichnet durch den Schritt: Ausbilden (52) einer Torsionsfeder (6a, 5c), welche sich zumindest abschnittsweise entlang der Drehachse (30b) des verstellbaren Teils (2a) erstreckt, wobei ein äußeres Ende (26b) der Torsionsfeder (6a, 6c) direkt oder indirekt an der Halterung (10a) und ein inneres Ende (26a) der Torsionsfeder (6a, 6c) direkt oder indirekt an dem verstellbaren Teil (2a) so angebunden werden, dass das verstellbare Teil (2a) mittels zumindest der periodischen Verformungen der mäanderförmigen Feder (3a, 3b) in Bezug zu der Halterung (10a) um die Drehachse (30b) verstellt wird.
  12. Herstellungsverfahren nach Anspruch 11 mit den zusätzlichen Schritten: Ausbilden (53) einer Sensoreinrichtung (15a) zum Bereitstellen oder Ausgeben mindestens eines zu einer Auslenkung des verstellbaren Teils (2a) aus seiner Ruhestellung in Bezug zu der Halterung (10a) korrespondierenden Sensorsignals; und Verbinden (54) der Sensoreinrichtung (15a) über mindestens eine an einer äußeren Oberfläche der Halterung (10) und/oder in der Halterung (10a) ausgebildete Signalleitung mit einer auf der Halterung (10a) ausgebildeten Auswerteelektronik oder einem auf der Halterung (10a) ausgebildeten Auswerteelektronik-Anbindungskontakt.
DE102019218468.5A 2019-11-28 2019-11-28 Mikromechanisches Bauteil und Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil Pending DE102019218468A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019218468.5A DE102019218468A1 (de) 2019-11-28 2019-11-28 Mikromechanisches Bauteil und Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil
US17/083,227 US20210165211A1 (en) 2019-11-28 2020-10-28 Micromechanical component and manufacturing method for a micromechanical component

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019218468.5A DE102019218468A1 (de) 2019-11-28 2019-11-28 Mikromechanisches Bauteil und Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102019218468A1 true DE102019218468A1 (de) 2021-06-02

Family

ID=75896481

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102019218468.5A Pending DE102019218468A1 (de) 2019-11-28 2019-11-28 Mikromechanisches Bauteil und Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20210165211A1 (de)
DE (1) DE102019218468A1 (de)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020118850A1 (en) * 2000-08-02 2002-08-29 Yeh Jer-Liang (Andrew) Micromachine directional microphone and associated method
US20120120470A1 (en) * 2010-11-16 2012-05-17 Tomofumi Kitazawa Actuator, protective cover for actuator, actuator manufacturing method, and optical deflector incorporating actuator, and two dimensional optical scanner and image projector incorporating optical scanner
US20130063800A1 (en) * 2011-09-08 2013-03-14 Fujifilm Corporation Mirror driving apparatus, method of driving same and method of manufacturing same

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7443569B2 (en) * 2003-04-24 2008-10-28 Jds Uniphase Corporation Micro-electro-mechanical-system two dimensional mirror with articulated suspension structures for high fill factor arrays
KR101359404B1 (ko) * 2012-04-19 2014-02-10 주식회사 센플러스 차량용 정보 표시 장치 및 이를 이용한 표시 방법
DE102014217799B4 (de) * 2014-09-05 2019-11-21 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Piezoelektrischer Positionssensor für piezoelektrisch angetriebene resonante Mikrospiegel

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020118850A1 (en) * 2000-08-02 2002-08-29 Yeh Jer-Liang (Andrew) Micromachine directional microphone and associated method
US20120120470A1 (en) * 2010-11-16 2012-05-17 Tomofumi Kitazawa Actuator, protective cover for actuator, actuator manufacturing method, and optical deflector incorporating actuator, and two dimensional optical scanner and image projector incorporating optical scanner
US20130063800A1 (en) * 2011-09-08 2013-03-14 Fujifilm Corporation Mirror driving apparatus, method of driving same and method of manufacturing same

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JP 2004-304856 A (Abstract mit maschineller Übersetzung durch Google-Patents) *

Also Published As

Publication number Publication date
US20210165211A1 (en) 2021-06-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2435353B1 (de) Mikromechanisches bauteil und herstellungsverfahren für ein mikromechanisches bauteil
DE102008040525B4 (de) Mikromechanisches Sensorelement
DE102011083487A1 (de) Beschleunigungssensor und Verfahren zum Betrieb eines Beschleunigungssensors
DE102009047018B4 (de) Verfahren zum Abgleich eines Beschleunigungssensors und Beschleunigungssensor
DE102009045391A1 (de) Mikromechanische Struktur und Verfahren zur Herstellung einer mikromechanischen Struktur
DE19801981C2 (de) Winkelgeschwindigkeitssensor vom Vibrationstyp
DE102006049887A1 (de) Drehratensensor mit Quadraturkompensationsstruktur
DE102016208924A1 (de) Mikromechanisches Bauteil und Verfahren zum Verstellen eines verstellbaren Teils gleichzeitig um zwei zueinander geneigte Drehachsen
DE102009045720A1 (de) Mikromechanisches Bauteil mit einer verstellbaren Komponente
EP1198695B1 (de) Verfahren zur herstellung einer torsionsfeder
DE102016210479A1 (de) Mikromechanisches Bauteil für eine Drucksensorvorrichtung
EP2435354B1 (de) Mikromechanisches bauteil und herstellungsverfahren für ein mikromechanisches bauteil
EP1535027B1 (de) Drehratensensor
EP3850419B1 (de) Mikromechanisches bauteil und herstellungsverfahren für ein mikromechanisches bauteil
DE102019218468A1 (de) Mikromechanisches Bauteil und Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil
DE102007058239B4 (de) Mikrospiegelvorrichtung
DE102010029539A1 (de) Mikromechanisches Bauteil und Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil
DE102008001038B4 (de) Mikromechanisches Bauelement mit Schrägstruktur und entsprechendes Herstellungsverfahren
DE102009045432A1 (de) Drehratensensor und Verfahren zum Betrieb eines Drehratensensors
DE102008001232A1 (de) Elektrodenkamm, mikromechanisches Bauteil und Herstellungsverfahren für einen Elektrodenkamm und für ein mikromechanisches Bauteil
DE102009045393B4 (de) Mikromechanisches Bauelement
DE102018210482B4 (de) Mikromechanisches Bauelement und Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Bauelements
DE102017220413A1 (de) Mikromechanisches Bauteil und Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil
DE102020203926A1 (de) Drehratensensor, umfassend eine erste Ringstruktur und eine zweite Ringstruktur
DE102016212703A1 (de) Mechanisches Bauteil und Verfahren zum Verstellen eines verstellbaren Teils zumindest um eine Drehachse

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified