DE102020208667A1 - Spring, micromechanical system, method for producing a micromechanical system, method for operating a micromechanical system - Google Patents

Spring, micromechanical system, method for producing a micromechanical system, method for operating a micromechanical system Download PDF

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Abstract

Es wird eine Feder zur Aufhängung einer beweglichen Masse für ein mikromechanisches System beansprucht, umfassend eine Feder zur Aufhängung einer beweglichen Masse, wobei die Feder eine erste Federschenkelstruktur, eine zweite Federschenkelstruktur und eine Federkopfstruktur aufweist, wobei die erste und zweite Federschenkelstruktur mithilfe der Federkopfstruktur verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Federkopfstruktur derart ausgebildet ist,-- dass eine Federsteifigkeit der Feder bei zunehmender Auslenkung der Feder konstant ist, oder-- dass eine Änderung einer Federsteifigkeit der Feder bei zunehmender Auslenkung der Feder auf einen festlegbaren Wert eingestellt ist.A spring for suspending a movable mass for a micromechanical system is claimed, comprising a spring for suspending a movable mass, the spring having a first spring leg structure, a second spring leg structure and a spring head structure, the first and second spring leg structures being connected using the spring head structure , characterized in that the spring head structure is designed such that the spring stiffness of the spring is constant with increasing deflection of the spring, or a change in the spring stiffness of the spring with increasing deflection of the spring is set to a definable value.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht aus von einer Feder nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention is based on a spring according to the preamble of claim 1.

Mikromechanische Systeme, wie Sensoren oder Aktoren, sind allgemein bekannt und umfassen häufig Feder-Masse-Systeme. Dabei werden Federn verwendet, um mehrere bewegliche Massen zu koppeln und/oder bewegliche Verbindungen von Massen an Substratanbindungen zu realisieren. Diese Federn werden häufig als U- oder S-Federn aufgebaut. Die Federn werden dabei so gestaltet, dass bestimmte Bewegungsformen (sogenannte Nutzmoden) bevorzugt ermöglicht werden, während andere Bewegungsformen (sogenannte Störmoden) erschwert oder unterdrückt werden. Um dieses Verhalten zu ermöglichen, können an den Federenden besondere Versteifungen verwendet werden, die beispielsweise Querbewegungen unterdrücken sollen.Micromechanical systems such as sensors or actuators are well known and often include spring-mass systems. In this case, springs are used in order to couple a plurality of movable masses and/or to realize movable connections of masses to substrate connections. These springs are often constructed as U or S springs. The springs are designed in such a way that certain forms of movement (so-called useful modes) are preferably enabled, while other forms of movement (so-called interference modes) are made more difficult or suppressed. In order to enable this behavior, special reinforcements can be used at the spring ends, which are intended to suppress lateral movements, for example.

In der Gesamtheit einer solchen typischen Feder ergibt sich jedoch ein meist unerwünschtes nichtlineares Verhalten, was bedeutet, dass sich die Federsteifigkeit bei zunehmender Auslenkung verändert. Die Folge ist, dass die Eigenfrequenz des Feder-Masse-Systems abhängig wird von der Auslenkung der Feder (sog. „Duffing“). Wenn es sich dabei um die Frequenzänderung der Antriebsmode handelt, wird die nichtlineare Frequenzänderung auch als „Eigen-Duffing“ bezeichnet. Handelt es sich dabei um andere Moden, wird die nichtlineare Frequenzänderung auch als „Cross-Duffing“ bezeichnet.In the entirety of such a typical spring, however, there is a mostly undesirable non-linear behavior, which means that the spring stiffness changes with increasing deflection. The consequence is that the natural frequency of the spring-mass system becomes dependent on the deflection of the spring (so-called "duffing"). If this is the frequency change of the drive mode, the non-linear frequency change is also known as "self-duffing". If other modes are involved, the non-linear frequency change is also referred to as "cross-duffing".

Dieses unerwünschte nichtlineare Verhalten kann sich negativ auf die Funktion und Stabilität von mikromechanischen Systemen auswirken. Ferner sind mikromechanische Systeme häufig empfindlich bezüglich Frequenzverschiebungen aufgrund von Substratverbiegungen.This undesirable non-linear behavior can have a negative impact on the function and stability of micromechanical systems. Furthermore, micromechanical systems are often sensitive to frequency shifts due to substrate bending.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Feder bereitzustellen, mit deren Hilfe eine verbesserte Funktionalität und/oder Stabilität für ein mikromechanisches System erzielbar ist. Ferner ist es eine Aufgabe, ein mikromechanisches System mit verbesserter Funktionalität und/oder Stabilität bereitzustellen.It is an object of the present invention to provide a spring that can be used to achieve improved functionality and/or stability for a micromechanical system. Furthermore, it is an object to provide a micromechanical system with improved functionality and/or stability.

Die erfindungsgemäße Feder gemäß dem Hauptanspruch hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass ein nichtlineares Verhalten der Feder mithilfe der Federkopfstruktur bzw. einer topologischen und/oder geometrischen Ausprägung der Federkopfstruktur minimiert werden kann oder einen definierten Wert annimmt.The spring according to the main claim has the advantage over the prior art that a non-linear behavior of the spring can be minimized or assume a defined value with the help of the spring head structure or a topological and/or geometric characteristic of the spring head structure.

Entsprechend ist es ein Kern der Erfindung, dass die Biegesteifigkeit der Federkopfstruktur, bevorzugt durch geeignete Wahl der Feder-Topologie sowie der zugehörigen Geometrieparameter, so eingestellt ist, dass die Biegesteifigkeit der Federkopfstruktur in Kombination mit den Steifigkeiten der Federschenkelstrukturen zu einer definiert einstellbaren Nichtlinearitäts-Charakteristik führt.Accordingly, it is a core of the invention that the flexural rigidity of the spring head structure, preferably through a suitable selection of the spring topology and the associated geometric parameters, is adjusted in such a way that the flexural rigidity of the spring head structure in combination with the rigidity of the spring leg structures results in a defined, adjustable non-linearity characteristic leads.

Entsprechend ist es mithilfe einer erfindungsgemäßen Feder möglich, dass eine Auslenkungsabhängigkeit der Eigenfrequenz für ein mikromechanisches System verschwindet oder einen definierten Wert annimmt. Zusätzlich oder alternativ kann erfindungsgemäß mithilfe der Federkopfstruktur die Performance bezüglich Cross-Duffing sowie die Empfindlichkeit bzgl. Frequenzverschiebungen aufgrund von Substratverbiegungen verbessert werden. Somit kann die Funktionalität eines mikromechanischen Systems für eine Vielzahl verschiedener Anwendungen verbessert werden. Insbesondere kann ein verbessertes Verhalten auch für vergleichsweise große Schwingungsamplituden erzielt werden.Accordingly, it is possible with the help of a spring according to the invention that a deflection dependency of the natural frequency for a micromechanical system disappears or assumes a defined value. Additionally or alternatively, according to the invention, the performance with regard to cross-duffing and the sensitivity with regard to frequency shifts due to substrate bending can be improved with the help of the spring head structure. The functionality of a micromechanical system can thus be improved for a large number of different applications. In particular, improved behavior can also be achieved for comparatively large vibration amplitudes.

Die Auslenkung der Feder betrifft insbesondere die Auslenkung der Feder bei einer Schwingung der Masse entsprechend einer Schwindungsmode des mikromechanischen Systems bzw. der Masse im Vergleich zu einer Ruhelage der Feder. Die Federsteifigkeit der Feder bezieht sich dabei insbesondere auf die Federsteifigkeit der Feder für diese Schwingungsmode. Es ist besonders bevorzugt denkbar, dass die Schwingungsmode eine Antriebsmode des mikromechanischen Systems bzw. der beweglichen Masse ist. Somit ist es erfindungsgemäß denkbar, ein Eigen-Duffing-Verhalten definiert einzustellen und/oder zu minimieren. Alternativ oder zusätzlich kann es sich bei der oder den Schwingungsmoden um eine oder mehrere Nicht-Antriebsmoden handeln, sodass ein Verhalten des mikromechanischen Systems bezüglich Cross-Duffing verbessert werden kann.The deflection of the spring relates in particular to the deflection of the spring when the mass oscillates in accordance with a shrinkage mode of the micromechanical system or of the mass compared to a rest position of the spring. The spring stiffness of the spring refers in particular to the spring stiffness of the spring for this vibration mode. It is particularly preferred that the vibration mode is a drive mode of the micromechanical system or the movable mass. It is thus conceivable according to the invention to set and/or minimize a self-duffing behavior in a defined manner. Alternatively or additionally, the vibration mode(s) can be one or more non-drive modes, so that a behavior of the micromechanical system with regard to cross-duffing can be improved.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es denkbar, dass eine Änderung der Federsteifigkeit der Feder bei hohen Auslenkungen durch die Federkopfstruktur vermieden und/oder ausgeglichen und/oder kompensiert wird. Somit ist es möglich, dass sich die Federsteifigkeit der Feder bei zunehmender Auslenkung nicht ändert, sondern konstant bleibt. Alternativ ist es möglich, dass die Änderung der Federsteifigkeit der Feder bei zunehmender Auslenkung auf einen festlegbaren und insbesondere konstanten Wert ungleich null eingestellt ist. Der festlegbare Wert kann auch relativ zur Federsteifigkeit der Feder in der Ruhelage festgelegt sein.According to the present invention, it is conceivable that a change in the spring stiffness of the spring at high deflections is avoided and/or compensated for and/or compensated for by the spring head structure. It is thus possible that the spring stiffness of the spring does not change as the deflection increases, but rather remains constant. Alternatively, it is possible for the change in the spring stiffness of the spring to be set to a definable and, in particular, constant value that is not equal to zero as the deflection increases. The value that can be set can also be set relative to the spring stiffness of the spring in the rest position.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.Advantageous configurations and developments of the invention can be found in the subclaims and the description with reference to the drawings.

Dadurch, dass gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die erste Federschenkelstruktur eine erste Federsteifigkeit aufweist, wobei die zweite Federschenkelstruktur eine zweite Federsteifigkeit aufweist, wobei die Federkopfstruktur eine dritte Federsteifigkeit aufweist, wobei die Federkopfstruktur, insbesondere eine geometrische Ausbildung der Federkopfstruktur, derart ausgebildet ist,

  • -- dass die Federsteifigkeit der Feder bei einer Änderung der ersten und/oder zweiten Federsteifigkeit mit zunehmender Auslenkung der Feder mithilfe einer Änderung der dritten Federsteifigkeit (bzw. einer Änderung des Beitrags der dritten Federsteifigkeit) konstant gehalten wird, oder
  • -- dass die Änderung der Federsteifigkeit der Feder bei einer Änderung der ersten und/oder zweiten Federsteifigkeit mit zunehmender Auslenkung der Feder durch eine Änderung der dritten Federsteifigkeit (bzw. einer Änderung des Beitrags der dritten Federsteifigkeit) auf den festlegbaren Wert eingestellt ist, ist es besonders vorteilhaft möglich, Nichtlinearitäten zu unterbinden und ein vorteilhaftes Schwingungsverhalten zu erzielen. Es ist erfindungsgemäß denkbar, dass die erste Federsteifigkeit, die dritte Federsteifigkeit und die zweite Federsteifigkeit bezüglich einer Schwingungsmode des mikromechanischen Systems bzw. bezüglich einer Schwingung der beweglichen Masse entsprechend dieser Schwingungsmode in Reihe geschaltet sind. Die Federsteifigkeit der gesamten Feder hängt somit von den in Reihe geschalteten ersten, zweiten und dritten Federsteifigkeiten ab. Die Federkopfstruktur ist vorteilhafterweise derart ausgebildet, dass die dritte Federsteifigkeit eine Änderung der ersten und/oder zweiten Federsteifigkeit derart kompensiert, dass die Federsteifigkeit der gesamten Feder auch bei vergleichsweise hohen Auslenkungen konstant bleibt, oder dass sich die Federsteifigkeit der gesamten Feder in Abhängigkeit der Auslenkung mit einem festen Wert ändert.
The fact that, according to one embodiment of the present invention, the first spring leg structure has a first spring stiffness, the second spring leg structure has a second spring stiffness, the spring head structure has a third spring stiffness, the spring head structure, in particular a geometric configuration of the spring head structure, is designed in such a way
  • -- that the spring stiffness of the spring is kept constant during a change in the first and/or second spring stiffness with increasing deflection of the spring using a change in the third spring stiffness (or a change in the contribution of the third spring stiffness), or
  • -- that the change in the spring stiffness of the spring when the first and/or second spring stiffness changes with increasing deflection of the spring due to a change in the third spring stiffness (or a change in the contribution of the third spring stiffness) is set to the definable value, it is particularly advantageous possible to prevent non-linearities and to achieve an advantageous vibration behavior. It is conceivable according to the invention that the first spring stiffness, the third spring stiffness and the second spring stiffness are connected in series with regard to a vibration mode of the micromechanical system or with regard to a vibration of the movable mass according to this vibration mode. The spring stiffness of the entire spring thus depends on the first, second and third spring stiffnesses connected in series. The spring head structure is advantageously designed in such a way that the third spring stiffness compensates for a change in the first and/or second spring stiffness in such a way that the spring stiffness of the entire spring remains constant even at comparatively high deflections, or that the spring stiffness of the entire spring changes as a function of the deflection changes to a fixed value.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass die erste Federschenkelstruktur mindestens einen oder mindestens zwei erste Federschenkel umfasst, und/oder dass die zweite Federschenkelstruktur mindestens einen oder mindestens zwei zweite Federschenkel umfasst. Hierdurch können sowohl einschenklige als auch n-fache Federschenkelstrukturen realisiert werden, wobei n eine natürliche Zahl ist. Die Anzahl der Federschenkel pro Federschenkelstruktur ist dementsprechend nicht auf zwei beschränkt, sondern kann auch drei, vier, fünf oder mehr betragen. Federschenkelstrukturen mit zwei oder mehr Federschenkeln haben dabei den Vorteil, dass die Steifigkeit von Moden mit out-of-plane Bewegungsanteilen deutlich steifer ist als bei Federn mit Einfachschenkeln. Hierdurch sind Störmoden hochfrequenter.According to one embodiment of the present invention, it is provided that the first spring leg structure comprises at least one or at least two first spring legs and/or that the second spring leg structure comprises at least one or at least two second spring legs. In this way, both single-leg and n-fold spring leg structures can be realized, where n is a natural number. Accordingly, the number of spring legs per spring leg structure is not limited to two, but can also be three, four, five or more. Spring leg structures with two or more spring legs have the advantage that the stiffness of modes with out-of-plane movement components is significantly stiffer than in springs with single legs. As a result, spurious modes are more high-frequency.

Dadurch, dass gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der oder die ersten Federschenkel balkenförmig ausgebildet sind, und/oder dass der oder die zweiten Federschenkel balkenförmig ausgebildet sind, ist es möglich, dass besonders stabile Federschenkelstrukturen ausbildbar sind, welche in vorteilhafter Weise gefertigt werden können. Die Federschenkel können gerade und/oder gekrümmte Balkenformen umfassen.Due to the fact that, according to one embodiment of the present invention, the first spring leg(s) are bar-shaped and/or the second spring leg(s) are bar-shaped, it is possible for particularly stable spring leg structures to be formed, which can be advantageously manufactured. The spring legs may include straight and/or curved beam shapes.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es denkbar, dass die Federkopfstruktur einen oder mehrere gerade Balken und/oder einen oder mehrere gekrümmte Balken umfasst. Die Geometrie der Balken der Federkopfstruktur, insbesondere die Länge, Höhe, Breite und/oder Krümmung der Balken und/oder die relative Anordnung der Balken zueinander, wird dabei insbesondere so gewählt, dass die Federkopfstruktur derart ausgebildet ist,

  • -- dass die Federsteifigkeit der Feder bei zunehmender Auslenkung der Feder konstant ist, oder
  • -- dass eine Änderung der Federsteifigkeit der Feder bei zunehmender Auslenkung der Feder auf einen festlegbaren Wert eingestellt ist.
According to an embodiment of the present invention, it is conceivable that the spring head structure comprises one or more straight beams and/or one or more curved beams. The geometry of the bars of the spring head structure, in particular the length, height, width and/or curvature of the bars and/or the arrangement of the bars relative to one another, is selected in particular in such a way that the spring head structure is designed in such a way
  • -- that the spring stiffness of the spring is constant with increasing deflection of the spring, or
  • -- that a change in the spring stiffness of the spring with increasing deflection of the spring is set to a definable value.

Dadurch, dass gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Feder als U-Feder ausgebildet ist, ist es möglich, eine besonders robuste Feder bereitzustellen, mit deren Hilfe ein gewünschtes Schwingverhalten einstellbar ist und unerwünschte Schwingungsmoden unterdrückt werden können. Die erste Federschenkelstruktur und die zweite Federschenkelstruktur sind in einer Ruhelage bevorzugt parallel zueinander angeordnet und die Federkopfstruktur verbindet die erste und zweite Federschenkelstruktur jeweils an einem Endbereich der Federschenkelstrukturen.Because, according to one embodiment of the present invention, the spring is in the form of a U-spring, it is possible to provide a particularly robust spring, with the aid of which a desired vibration behavior can be set and undesired vibration modes can be suppressed. The first spring leg structure and the second spring leg structure are preferably arranged parallel to one another in a rest position and the spring head structure connects the first and second spring leg structure in each case at an end region of the spring leg structures.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein mikromechanisches System, umfassend eine Feder gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.Another subject of the present invention is a micromechanical system comprising a spring according to an embodiment of the present invention.

Für das mikromechanische System können dabei die Vorteile und Ausgestaltungen Anwendung finden, die bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Feder oder einer Ausführungsform der Feder beschrieben worden sind.The advantages and refinements that have already been described in connection with the spring according to the invention or an embodiment of the spring can be used for the micromechanical system.

Bei dem mikromechanischen System kann es sich gemäß der vorliegenden Erfindung insbesondere um ein MEMS (mikroelektromechanisches System) handeln.According to the present invention, the micromechanical system can in particular be an MEMS (microelectromechanical system).

Bei dem mikromechanischen System kann es sich gemäß der vorliegenden Erfindung beispielsweise um einen Sensor und/oder Aktor, insbesondere einen Drehratensensor, Beschleunigungssensor, und/oder Mikrospiegel, handeln.According to the present invention, the micromechanical system can be, for example, a sensor and/or actuator, in particular a yaw rate sensor, acceleration sensor and/or micromirror.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass die Feder die bewegliche Masse mit einer weiteren beweglichen Masse und/oder mit einem Substrat verbindet. Somit kann die bewegliche Masse mithilfe der Feder am Substrat des mikromechanischen Systems und/oder einer weiteren Masse aufgehangen sein.According to one embodiment of the present invention, it is provided that the spring connects the movable mass to another movable mass and/or to a substrate. The moveable mass can thus be suspended from the substrate of the micromechanical system and/or a further mass using the spring.

Generell ist es gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung denkbar, dass das mikromechanische System zwei oder mehr erfindungsgemäße Federn umfasst.In general, it is conceivable according to embodiments of the present invention that the micromechanical system comprises two or more springs according to the invention.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Systems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei die Federkopfstruktur in einem Herstellungsschritt derart ausgebildet wird,

  • -- dass die Federsteifigkeit der Feder bei zunehmender Auslenkung der Feder konstant ist, oder
  • -- dass eine Änderung der Federsteifigkeit der Feder bei zunehmender Auslenkung der Feder auf einen festlegbaren Wert eingestellt ist.
A further subject of the present invention is a method for producing a micromechanical system according to an embodiment of the present invention, wherein the spring head structure is formed in a production step such that
  • -- that the spring stiffness of the spring is constant with increasing deflection of the spring, or
  • -- that a change in the spring stiffness of the spring with increasing deflection of the spring is set to a definable value.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, insbesondere des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines mikromechanischen Systems, ist es vorgesehen, dass die, insbesondere geometrische, Ausbildung der Federkopfstruktur in Abhängigkeit einer, insbesondere geometrischen, Ausbildung der ersten und/oder zweiten Federschenkelstruktur mithilfe einer Simulation ermittelt und/oder bestimmt wird, bevorzugt vor dem Herstellungsschritt.According to one embodiment of the invention, in particular the method according to the invention for producing a micromechanical system, it is provided that the, in particular geometric, design of the spring head structure is determined as a function of a, in particular geometric, design of the first and/or second spring leg structure using a simulation and/or or is determined, preferably before the manufacturing step.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben eines mikromechanischen Systems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei die bewegliche Masse eine Schwingung entsprechend einer Schwingungsmode des mikromechanischen Systems ausführt,

  • -- wobei eine Frequenz der Schwingungsmode bei zunehmender Auslenkung der Feder mithilfe der Federkopfstruktur konstant gehalten wird, oder
  • -- wobei eine Frequenzänderung der Schwingungsmode bei zunehmender Auslenkung der Feder mithilfe der Federkopfstruktur auf einem festlegbaren Wert gehalten wird.
Another object of the present invention is a method for operating a micromechanical system according to an embodiment of the present invention, wherein the movable mass executes an oscillation corresponding to an oscillation mode of the micromechanical system,
  • -- where a frequency of the vibration mode is kept constant with increasing deflection of the spring by means of the spring head structure, or
  • -- wherein a change in frequency of the vibration mode with increasing deflection of the spring is kept at a definable value with the help of the spring head structure.

Es ist gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung denkbar, dass die bewegliche Masse zur Schwingung gemäß einer Schwindungsmode, insbesondere einer Antriebsmode angeregt wird. Hierfür können Antriebsmittel, beispielsweise entsprechende Elektrodenstrukturen, vorhanden sein.According to one embodiment of the present invention, it is conceivable that the movable mass is excited to oscillate according to a shrinkage mode, in particular a drive mode. Drive means, for example corresponding electrode structures, can be present for this purpose.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Systems und das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines mikromechanischen Systems haben gegenüber dem Stand der Technik die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen mikromechanischen System oder einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen mikromechanischen Systems beschriebenen Vorteile. The method according to the invention for producing a micromechanical system and the method according to the invention for operating a micromechanical system have the advantages over the prior art that have already been described in connection with the micromechanical system according to the invention or an embodiment of the micromechanical system according to the invention.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Exemplary embodiments of the present invention are illustrated in the drawings and explained in more detail in the following description.

Figurenlistecharacter list

  • 1a, 1b, 1c und 1d zeigen jeweils schematisch aus dem Stand der Technik bekannte Federtopologien; 1a , 1b , 1c and 1d each show schematically spring topologies known from the prior art;
  • 2a, 2b und 2c zeigen jeweils schematische Darstellungen einer Feder und ein mechanisches Ersatzschaltbild zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung; 2a , 2 B and 2c each show schematic representations of a spring and a mechanical equivalent circuit diagram for explaining the present invention;
  • 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Feder und ein mechanisches Ersatzschaltbild gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 3 shows a schematic representation of a spring and a mechanical equivalent circuit diagram according to an embodiment of the present invention;
  • 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, 4g, 4h, 4i und 4j zeigen jeweils schematische Darstellungen einer Feder gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung; 4a , 4b , 4c , 4d , 4e , 4f , 4g , 4 hours , 4i and 4y each show schematic representations of a spring according to embodiments of the present invention;
  • 5 zeigt eine Simulation einer Frequenzverschiebung durch Nichtlinearität in Abhängigkeit einer Breite einer Federkopfstruktur für eine Federtopologie gemäß der in 4b dargestellten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 5 shows a simulation of a frequency shift due to non-linearity as a function of a width of a spring head structure for a spring topology according to FIG 4b illustrated embodiment of the present invention.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.In the various figures, the same parts are always given the same reference numbers hen and are therefore usually only named or mentioned once.

Die 1a, 1b, 1c und 1d zeigen aus dem Stand der Technik bekannte Federtopologien. Häufig sind mikromechanische Federtypen durch einen Verbund mehrerer gerader oder gekrümmter Balken aufgebaut. Bei einer klassischen bekannten Feder 10 sind beispielweise zwei jeweils einschenklige Federschenkelstrukturen 11, 12 vorhanden, die durch eine steife Federkopfstruktur 13 verbunden sind. Die Federschenkelstrukturen 11, 12 und die Federkopfstruktur 13 können eine U-Form bilden (1a und 1b). Bei den Federschenkelstrukturen 11, 12 kann es sich auch um doppelte oder n-fache Federschenkel handeln (1c und 1d). Die Federn 10 können jeweils über eine erste Anbindung 21 an eine bewegliche Masse 30 und über eine zweite Anbindung 22 an eine weitere bewegliche Masse 31 oder ein Substrat 32 angebunden sein. In den folgenden Figuren sind die bewegliche Masse 30, die weitere bewegliche Masse 31 und das Substrat 32 aus Darstellungsgründen nicht eingezeichnet.the 1a , 1b , 1c and 1d show spring topologies known from the prior art. Micromechanical spring types are often constructed from a combination of several straight or curved beams. In a classic known spring 10, for example, two single-leg spring leg structures 11, 12 are present, which are connected by a stiff spring head structure 13. The spring leg structures 11, 12 and the spring head structure 13 can form a U-shape ( 1a and 1b ). The spring leg structures 11, 12 can also be double or n-fold spring legs ( 1c and 1d ). The springs 10 can each be connected to a movable mass 30 via a first connection 21 and to a further movable mass 31 or a substrate 32 via a second connection 22 . In the following figures, the movable mass 30, the further movable mass 31 and the substrate 32 are not shown for reasons of clarity.

Die 2a, 2b und 2c zeigen jeweils auf der linken Seite schematische Darstellungen einer Feder 10 zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung. Auf der rechten Seite der 2a, 2b und 2c ist jeweils ein mechanisches Ersatzschaltbild für die Feder 10 dargestellt. Die 2a, 2b und 2c zeigen jeweils eine Feder 10, die über eine erste Anbindung 21 an eine bewegliche Masse 30 und über eine zweite Anbindung 22 an eine weitere bewegliche Masse 31 oder ein Substrat 32 angebunden ist, für verschieden große Auslenkungen aus der Ruhelage.the 2a , 2 B and 2c each show on the left side schematic representations of a spring 10 to explain the present invention. On the right side of the 2a , 2 B and 2c a mechanical equivalent circuit diagram for the spring 10 is shown in each case. the 2a , 2 B and 2c each show a spring 10, which is connected to a movable mass 30 via a first connection 21 and to a further movable mass 31 or a substrate 32 via a second connection 22, for deflections of different sizes from the rest position.

Generell kann die Steifigkeit K eines Balkens bei kleinen Auslenkungen analytisch mit der folgenden Abhängigkeit beschrieben werden:

  • K ~ (B/L)3, wobei
  • B die Breite des Balkens in Biegerichtung; und
  • L die Länge des Balkens angibt.
In general, the stiffness K of a beam with small deflections can be described analytically with the following dependency:
  • K ~ (B/L) 3, where
  • B is the width of the beam in the direction of bending; and
  • L indicates the length of the beam.

Der obige analytische Zusammenhang (K ~ (B/L)3) gilt prinzipiell auch für nicht-geradlinige, sondern mehr oder weniger beliebig geformte Federlinien. Wird eine klassische Feder, beispielsweise eine U-Feder, in ihrer bestimmungsgemäßen Richtung nur wenig ausgelenkt, so werden die rechten und linken Federschenkelstrukturen 11, 12 zunächst annähernd orthogonal zu ihrer Federlinienrichtung in Ruheposition ausgelenkt ( 2a). Die Federkopfstruktur 13 hat in dieser Situation so gut wie keinen Beitrag zur Biegesteifigkeit der Feder 10, da die Federkopfstruktur 13 nur auf Zug belastet ist, während die Federschenkelstrukturen 11, 12 unter Biegelast stehen. Wenn die Feder 10 nun jedoch zunehmend stärker ausgelenkt wird, werden die Federschenkelstrukturen 11, 12 nicht mehr nur orthogonal, sondern zunehmend auch mit einer Komponente entlang der Federlinie belastet (2b und 2c). Damit kommt einerseits ein Streckungsanteil in die Federschenkelstrukturen 11, 12 und andererseits wird die effektiv wirkende Federlänge aufgrund der Auslenkung verkürzt. Unter anderem dadurch nimmt die Federsteifigkeit der gesamten Feder 10 mit zunehmender Auslenkung zu und es ergibt sich ein nichtlineares Verhalten. Im Extremfall wäre es vorstellbar, dass eine Feder 10 so weit auseinandergezogen wird, dass ihre Federschenkelstrukturen 11, 12 fast um 90° zur ursprünglichen Form aufgebogen sind. In diesem Fall würde die (sehr hohe) Steifigkeit nicht mehr aus der Biegung, sondern nur noch aus der Streckung bzw. Materialdehnung entstehen. Die Federkopfstruktur 13 hat so lange keinen signifikanten Beitrag zur Gesamtsteifigkeit, wie sie deutlich steifer als die Federschenkelstrukturen 11, 12 ist. In diesem Fall ist die Situation so, wie bei mehreren in Serie geschalteten Federn. Die Gesamtsteifigkeit der Feder 10 wird durch die weicheren Federschenkelstrukturen 11, 12 dominiert. Im mechanischen Ersatzbild der 2a, 2b und 2c sind daher nur die ersten Federsteifigkeit kla der ersten Federschenkelstruktur 11 und die zweite Federsteifigkeit klb der zweiten Federschenkelstruktur 12 in Reihe geschaltet dargestellt.The above analytical relationship (K ~ (B/L) 3 ) also applies in principle to spring lines that are not straight but more or less arbitrarily shaped. If a classic spring, for example a U-spring, is only slightly deflected in its intended direction, the right and left spring leg structures 11, 12 are initially deflected approximately orthogonally to their spring line direction in the rest position ( 2a ). In this situation, the spring head structure 13 makes almost no contribution to the flexural rigidity of the spring 10, since the spring head structure 13 is only subjected to a tensile load, while the spring leg structures 11, 12 are under a bending load. However, if the spring 10 is now increasingly deflected, the spring leg structures 11, 12 are no longer only loaded orthogonally, but increasingly also with a component along the spring line ( 2 B and 2c ). As a result, on the one hand, a proportion of stretching occurs in the spring leg structures 11, 12 and, on the other hand, the effectively acting spring length is shortened due to the deflection. As a result, among other things, the spring stiffness of the entire spring 10 increases with increasing deflection and non-linear behavior results. In the extreme case, it would be conceivable that a spring 10 is pulled apart so far that its spring leg structures 11, 12 are bent almost 90° to the original shape. In this case, the (very high) rigidity would no longer result from bending, but only from stretching or material stretching. The spring head structure 13 does not make a significant contribution to the overall rigidity as long as it is significantly stiffer than the spring leg structures 11, 12. In this case the situation is the same as with several springs connected in series. The overall stiffness of the spring 10 is dominated by the softer spring leg structures 11,12. In the mechanical equivalent of the 2a , 2 B and 2c therefore only the first spring stiffness kla of the first spring leg structure 11 and the second spring stiffness klb of the second spring leg structure 12 are shown connected in series.

Erfindungsgemäß ist es nun jedoch möglich, dass die Biegesteifigkeit (bzw. Federsteifigkeit k2) der Federkopfstruktur 13, insbesondere durch geeignete Wahl der Federtopologie sowie der zugehörigen Geometrieparameter, so eingestellt ist, dass die Biegesteifigkeit bzw. Federsteifigkeit k2 der Federkopfstruktur 13 in Kombination mit den Federsteifigkeit kla, klb der Federschenkelstrukturen 11, 12 zu einer definiert einstellbaren Nichtlinearitäts-Charakteristik führt. Derart ist es erfindungsgemäß möglich, dass eine Federsteifigkeit der Feder 10 bei zunehmender Auslenkung der Feder 10 aus einer Ruhelage konstant ist, oder dass eine Änderung einer Federsteifigkeit der Feder 10 bei zunehmender Auslenkung der Feder 10 aus einer Ruhelage auf einen festlegbaren Wert eingestellt ist. Dieses erfindungsgemäße Prinzip ist in der 3 dargestellt. Das mechanische Ersatzschaltbild für diesen erfindungsgemäßen Fall ist auf der rechten Seite der 3 dargestellt. According to the invention, however, it is now possible for the flexural rigidity (or spring rigidity k2) of the spring head structure 13, in particular by a suitable selection of the spring topology and the associated geometric parameters, to be adjusted in such a way that the flexural rigidity or spring rigidity k2 of the spring head structure 13 in combination with the spring rigidity kla, klb of the spring leg structures 11, 12 leads to a defined adjustable non-linearity characteristic. It is thus possible according to the invention for a spring stiffness of spring 10 to be constant as the spring 10 is deflected from a rest position, or for a change in spring stiffness of spring 10 to be set to a definable value as the spring 10 is deflected from a rest position. This inventive principle is in the 3 shown. The mechanical equivalent circuit diagram for this case according to the invention is on the right-hand side 3 shown.

Hierbei sind die Federsteifigkeit kla der ersten Federschenkelstruktur 11, die Federsteifigkeit k2 der Federkopfstruktur 13 und die zweite Federsteifigkeit klb der zweiten Federschenkelstruktur 12 in Reihe geschaltet.Here, the spring stiffness kla of the first spring leg structure 11, the spring stiffness k2 of the spring head structure 13 and the second spring stiffness klb of the second spring leg structure 12 are connected in series.

In den 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, 4g, 4h, 4i und 4j sind jeweils Federn 10 gemäß unterschiedlicher bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die erste Federschenkelstruktur 11 ist bevorzugt jeweils unmittelbar über die Anbindung 21 an einer beweglichen Masse 30 befestigt und die zweite Federschenkelstruktur 12 ist bevorzugt jeweils unmittelbar über die Anbindung 22 an einer weiteren beweglichen Masse 31 oder einem Substrat 32 befestigt. Die erste und zweite Federschenkelstruktur 11, 12 sind in einem jeweiligen Endbereich mit der Federkopfstruktur 13 verbunden, sodass die Federkopfstruktur 13 die Endbereiche der Federschenkelstrukturen 11, 12 miteinander verbindet. Die Anbindungen 21, 22 an die Masse 30 bzw. die weitere Masse 31 oder das Substrat 32 sind in den 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, 4g, 4h, 4i und 4j aus Darstellungsgründen nicht eingezeichnet.In the 4a , 4b , 4c , 4d , 4e , 4f , 4g , 4 hours , 4i and 4y are each springs 10 according to different preferred embodiments of the present invention. The first spring leg structure 11 is preferably fastened to a movable mass 30 directly via the connection 21 and the second spring leg structure 12 is preferably fastened to a further movable mass 31 or a substrate 32 directly via the connection 22 . The first and second spring leg structures 11, 12 are connected to the spring head structure 13 in a respective end region, so that the spring head structure 13 connects the end regions of the spring leg structures 11, 12 to one another. The connections 21, 22 to the mass 30 or the further mass 31 or the substrate 32 are in the 4a , 4b , 4c , 4d , 4e , 4f , 4g , 4 hours , 4i and 4y not shown for reasons of clarity.

Die 4a, 4b und 4c zeigen jeweils Ausführungsformen, in denen die erste Federschenkelstruktur 11 zwei erste Federschenkel 11', 11" umfasst und die zweite Federschenkelstruktur 12 zwei zweite Federschenkel 12', 12" umfasst. Die Federtopologien mit Doppelfederschenkeln zeichnen sich unter anderem dadurch aus, dass die Steifigkeit von Moden mit out-of-plane Bewegungsanteilen deutlich steifer ist, als bei Federn mit Einfachschenkeln. Dadurch sind Störmoden besonders hochfrequent. Die Anzahl der Federschenkel pro Federschenkelstruktur 11, 12 lässt sich beliebig erweitern, beispielsweise zu drei-, vier- bzw. n-fach-schenkligen Federschenkelstrukturen 11, 12.the 4a , 4b and 4c each show embodiments in which the first spring leg structure 11 comprises two first spring legs 11′, 11″ and the second spring leg structure 12 comprises two second spring legs 12′, 12″. The spring topologies with double spring legs are characterized, among other things, by the fact that the stiffness of modes with out-of-plane movement components is significantly stiffer than springs with single legs. As a result, spurious modes are particularly high-frequency. The number of spring legs per spring leg structure 11, 12 can be increased as desired, for example to three, four or n-fold spring leg structures 11, 12.

Für die Ausführungsformen der 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, 4g, 4h, 4i und 4j ist die Federkopfstruktur 13 jeweils derart ausgebildet,

  • -- dass eine Federsteifigkeit der Feder 10 bei zunehmender Auslenkung der Feder 10 konstant ist, oder
  • -- dass eine Änderung einer Federsteifigkeit der Feder 10 bei zunehmender Auslenkung der Feder 10 auf einen festlegbaren Wert eingestellt ist.
For the embodiments of 4a , 4b , 4c , 4d , 4e , 4f , 4g , 4 hours , 4i and 4y the spring head structure 13 is designed in such a way
  • -- that a spring stiffness of the spring 10 is constant with increasing deflection of the spring 10, or
  • - That a change in a spring stiffness of the spring 10 is set to a definable value with increasing deflection of the spring 10 .

Die Federkopfstruktur 13 ist demnach jeweils derart ausgebildet, dass die Biegesteifigkeit der Federkopfstruktur 13 so konfiguriert ist, dass sie in Kombination mit den Steifigkeiten der Federschenkelstrukturen 11, 12 zu einer definiert einstellbaren Nichtlinearitäts-Charakteristik führt.The spring head structure 13 is accordingly designed in such a way that the flexural rigidity of the spring head structure 13 is configured such that, in combination with the rigidity of the spring leg structures 11, 12, it leads to a non-linearity characteristic that can be set in a defined manner.

Weitere Federtopologien lassen sich gemäß weiterer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung durch Kombinationen oder n-fache Anwendung von Einzeldetails, wie beispielsweise runder und/oder eckiger Mäandrierungen, Mehrfachschenkeln, gerader und/oder gekrümmter Balken usw., aufbauen.According to further embodiments of the present invention, further spring topologies can be constructed by combinations or n-fold application of individual details, such as round and/or angular meanderings, multiple legs, straight and/or curved beams, etc.

Die positiven Eigenschaften gemäß der vorliegenden Erfindung bezüglich Duffing sowie die Unempfindlichkeit bezüglich Frequenzverschiebungen aufgrund von Substratverbiegungen hängen insbesondere auch davon ab, wie leicht die Verformung bei gegenläufiger Verschiebung der beiden Anbindungen 21, 22 quer zur Hauptauslenkungsrichtung möglich ist.The positive properties according to the present invention with regard to duffing and the insensitivity to frequency shifts due to substrate bending also depend in particular on how easily the deformation is possible when the two connections 21, 22 are shifted in opposite directions transversely to the main deflection direction.

In 5 ist eine Simulation einer Frequenzverschiebung durch Nichtlinearität in Abhängigkeit einer Breite einer Federkopfstruktur 13 für eine Federtopologie gemäß der Ausführungsform der 4b dargestellt. Auf der x-Achse ist dabei die Breite der Federkopfstruktur 13 in Arbitrary Units [a.u.] aufgetragen. Auf der y-Achse ist die Frequenzverschiebung durch Nichtlinearität in Hertz [Hz] aufgetragen. Der eingekreiste Bereich markiert den Wert 7.2 [a.u.] für die Breite der Federkopfstruktur 13, für den in diesem Fall die Frequenzverschiebung durch Nichtlinearität 0 Hz beträgt. Für diese Breite der Federkopfstruktur 13 bleibt die Frequenz bei zunehmender Auslenkung der Feder 10 somit konstant und es gibt keine Frequenzverschiebung durch Nichtlinearität.In 5 FIG. 14 is a simulation of a frequency shift due to non-linearity as a function of a width of a spring head structure 13 for a spring topology according to the embodiment of FIG 4b shown. The width of the spring head structure 13 in arbitrary units [au] is plotted on the x-axis. The frequency shift due to non-linearity in Hertz [Hz] is plotted on the y-axis. The circled area marks the value 7.2 [au] for the width of the spring head structure 13, for which in this case the frequency shift due to non-linearity is 0 Hz. For this width of the spring head structure 13, the frequency thus remains constant with increasing deflection of the spring 10 and there is no frequency shift due to non-linearity.

Durch Variation eines oder mehrerer Geometrieparameter der Federkopfstruktur 13, können der oder die Geometrieparameter der Federkopfstruktur 13 bei einer Simulation entsprechend derart ermittelt werden, dass der Duffing-Shift bzw. die Frequenzverschiebung durch Nichtlinearität minimiert wird oder auf einen konstanten Wert eingestellt wird. Somit kann die Topologie und Geometrie einer Feder 10 derart ermittelt werden, dass eine Frequenz einer Schwingungsmode des mikromechanischen Systems (das die Feder 10 umfasst) bei zunehmender Auslenkung der Feder 10 mithilfe der Federkopfstruktur 13 konstant gehalten wird, oder eine Frequenzänderung der Schwingungsmode bei zunehmender Auslenkung der Feder 10 mithilfe der Federkopfstruktur 13 auf einem festlegbaren Wert gehalten wird.By varying one or more geometry parameters of the spring head structure 13, the geometry parameter(s) of the spring head structure 13 can be determined in a simulation in such a way that the Duffing shift or the frequency shift due to non-linearity is minimized or set to a constant value. Thus, the topology and geometry of a spring 10 can be determined in such a way that a frequency of a vibration mode of the micromechanical system (comprising the spring 10) is kept constant with increasing deflection of the spring 10 using the spring head structure 13, or a frequency change in the vibration mode with increasing deflection of the spring 10 is kept at a definable value by means of the spring head structure 13 .

Erfindungsgemäß wird die geometrische Ausbildung der Feder 10 so gestaltet, dass ein bestimmtes Verhältnis zwischen den Steifigkeitsbeiträgen der Federschenkelstrukturen 11, 12 und dem Steifigkeitsbeitrag der Federkopfstruktur 13 eingestellt wird. Dieses Verhältnis ist individuell für jede Ausgestaltung einzustellen und kann bevorzugt durch Optimierungsrechnung bestimmt werden. Für diese Art der Optimierung (der Federgeometrien) eignen sich unter anderem die in den 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, 4g, 4h, 4i und 4j dargestellten Federtopologien in besonderer Weise. Es sind jedoch auch andere Topologien möglich.According to the invention, the geometric design of the spring 10 is designed in such a way that a certain ratio between the stiffness contributions of the spring leg structures 11, 12 and the stiffness contribution of the spring head structure 13 is set. This ratio is to be set individually for each configuration and can preferably be determined by optimization calculation. For this type of optimization (of the spring geometries) are suitable, among others, in the 4a , 4b , 4c , 4d , 4e , 4f , 4g , 4 hours , 4i and 4y illustrated spring topologies in a special way. However, other topologies are also possible.

Claims (11)

Feder (10) zur Aufhängung einer beweglichen Masse (30) für ein mikromechanisches System, wobei die Feder (10) eine erste Federschenkelstruktur (11), eine zweite Federschenkelstruktur (12) und eine Federkopfstruktur (13) aufweist, wobei die erste und zweite Federschenkelstruktur (11, 12) mithilfe der Federkopfstruktur (13) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Federkopfstruktur (13) derart ausgebildet ist, -- dass eine Federsteifigkeit der Feder (10) bei zunehmender Auslenkung der Feder (10) konstant ist, oder -- dass eine Änderung einer Federsteifigkeit der Feder (10) bei zunehmender Auslenkung der Feder (10) auf einen festlegbaren Wert eingestellt ist.Spring (10) for suspending a movable mass (30) for a micromechanical system, the spring (10) having a first spring leg structure (11), a second spring leg structure (12) and a spring head structure (13), the first and second spring leg structure (11, 12) are connected by means of the spring head structure (13), characterized in that the spring head structure (13) is designed in such a way -- that a spring stiffness of the spring (10) is constant with increasing deflection of the spring (10), or - - That a change in a spring stiffness of the spring (10) is set to a definable value as the spring (10) is deflected to an increasing extent. Feder (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Federschenkelstruktur (11) eine erste Federsteifigkeit (kla) aufweist, wobei die zweite Federschenkelstruktur (12) eine zweite Federsteifigkeit (klb) aufweist, wobei die Federkopfstruktur (13) eine dritte Federsteifigkeit (k2) aufweist, wobei die Federkopfstruktur (13), insbesondere eine geometrische Ausbildung der Federkopfstruktur (13), derart ausgebildet ist, -- dass die Federsteifigkeit der Feder (10) bei einer Änderung der ersten und/oder zweiten Federsteifigkeit (kla, klb) mit zunehmender Auslenkung der Feder (10) mithilfe einer Änderung der dritten Federsteifigkeit (k2) konstant gehalten wird, oder -- dass die Änderung der Federsteifigkeit der Feder (10) bei einer Änderung der ersten und/oder zweiten Federsteifigkeit (kla, klb) mit zunehmender Auslenkung der Feder (10) durch eine Änderung der dritten Federsteifigkeit (k2) auf den festlegbaren Wert eingestellt ist.spring (10) after claim 1 , characterized in that the first spring leg structure (11) has a first spring stiffness (kla), the second spring leg structure (12) having a second spring stiffness (klb), the spring head structure (13) having a third spring stiffness (k2), the Spring head structure (13), in particular a geometric configuration of the spring head structure (13), is designed such that -- the spring stiffness of the spring (10) when the first and/or second spring stiffness (kla, klb) changes with increasing deflection of the spring ( 10) is kept constant with the help of a change in the third spring stiffness (k2), or -- that the change in the spring stiffness of the spring (10) with a change in the first and/or second spring stiffness (kla, klb) with increasing deflection of the spring (10 ) is set to the definable value by changing the third spring stiffness (k2). Feder (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Federschenkelstruktur (11) mindestens einen oder mindestens zwei erste Federschenkel (11', 11") umfasst, und/oder dass die zweite Federschenkelstruktur (12) mindestens einen oder mindestens zwei zweite Federschenkel (12', 12") umfasst.Spring (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the first spring leg structure (11) comprises at least one or at least two first spring legs (11', 11"), and/or that the second spring leg structure (12) comprises at least one or at least comprises two second spring legs (12', 12"). Feder (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die ersten Federschenkel (11', 11") balkenförmig ausgebildet sind, und/oder dass der oder die zweiten Federschenkel (12', 12") balkenförmig ausgebildet sind.spring (10) after claim 3 , characterized in that the first spring leg or legs (11', 11") are bar-shaped and/or that the second spring leg or legs (12', 12") are bar-shaped. Feder (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federkopfstruktur (13) einen oder mehrere gerade Balken und/oder einen oder mehrere gekrümmte Balken umfasst.Spring (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that the spring head structure (13) comprises one or more straight beams and/or one or more curved beams. Feder (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder als U-Feder ausgebildet ist.Spring (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the spring is designed as a U-spring. Mikromechanisches System, umfassend eine Feder (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.Micromechanical system, comprising a spring (10) according to one of the preceding claims. Mikromechanisches System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (10) die bewegliche Masse (30) mit einer weiteren beweglichen Masse (31) und/oder mit einem Substrat (32) verbindet.micromechanical system claim 7 , characterized in that the spring (10) connects the moving mass (30) to a further moving mass (31) and/or to a substrate (32). Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Systems gemäß einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei die Federkopfstruktur (13) in einem Herstellungsschritt derart ausgebildet wird, -- dass die Federsteifigkeit der Feder (10) bei zunehmender Auslenkung der Feder (10) konstant ist, oder -- dass eine Änderung der Federsteifigkeit der Feder (10) bei zunehmender Auslenkung der Feder (10) auf einen festlegbaren Wert eingestellt ist.Method for producing a micromechanical system according to one of Claims 7 or 8th , the spring head structure (13) being formed in one manufacturing step such that -- the spring stiffness of the spring (10) is constant as the deflection of the spring (10) increases, or -- that the spring stiffness of the spring (10) changes as the deflection increases Deflection of the spring (10) is set to a definable value. Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Systems gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die, insbesondere geometrische, Ausbildung der Federkopfstruktur (13) in Abhängigkeit einer, insbesondere geometrischen, Ausbildung der ersten und/oder zweiten Federschenkelstruktur (11, 12) mithilfe einer Simulation ermittelt und/oder bestimmt wird, bevorzugt vor dem Herstellungsschritt.According to a method for producing a micromechanical system claim 9 , characterized in that the, in particular geometric, design of the spring head structure (13) depending on a, in particular geometric, design of the first and / or second spring leg structure (11, 12) is determined and / or determined using a simulation, preferably before the manufacturing step . Verfahren zum Betreiben eines mikromechanischen Systems nach einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei die bewegliche Masse (30) eine Schwingung entsprechend einer Schwingungsmode des mikromechanischen Systems ausführt, -- wobei eine Frequenz der Schwingungsmode bei zunehmender Auslenkung der Feder (10) mithilfe der Federkopfstruktur (13) konstant gehalten wird, oder -- wobei eine Frequenzänderung der Schwingungsmode bei zunehmender Auslenkung der Feder (10) mithilfe der Federkopfstruktur (13) auf einem festlegbaren Wert gehalten wird.Method for operating a micromechanical system according to one of Claims 7 or 8th , the movable mass (30) oscillating in accordance with a vibration mode of the micromechanical system, -- a frequency of the vibration mode being kept constant as the spring (10) is deflected by means of the spring head structure (13), or -- a change in frequency of the Vibration mode is kept at a definable value with increasing deflection of the spring (10) using the spring head structure (13).
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