DE4315160A1

DE4315160A1 - Mounting for microsystems

Info

Publication number: DE4315160A1
Application number: DE19934315160
Authority: DE
Inventors: Klaus Langner
Original assignee: Bodenseewerk Geratetechnik GmbH
Current assignee: Bodenseewerk Geratetechnik GmbH
Priority date: 1993-05-07
Filing date: 1993-05-07
Publication date: 1994-11-17

Abstract

For mechanical stress reduction of microsystems, the microsystem is elastically suspended from a support (40) via a spring structure (42). The spring structure (42) for mounting is directly formed from the substrate (29). The spring structure (42) in this case exhibits different stiffness in various directions. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Halterung für Mikrosysteme.The invention relates to a holder for microsystems.

"Mikrosysteme" können mikro-mechanische mikro-elektrische oder mikro-optische Bauteile sein, die auf einem Substrat angeordnet sind. Auf solche Mikrosysteme können durch unterschiedliche thermische Ausdehnungen zwischen Substrat und Träger oder Gehäuse mechanische Spannungen übertragen werden. Solche mechanischen Spannungen können die Funktion z. B. eines mikro-mechanischen Systems erheblich beeinträchtigen. Man könnte versuchen, solche mechanischen Spannungen durch weichelastisches Einkleben in ein Gehäuse zu vermeiden. Eine solche undefinierte Spannungs-Entlastung würde beispielsweise bei einem mikro-mechanischen Beschleunigungsmesser zu ungenauen Meßergebnissen führen."Microsystems" can be micro-mechanical micro-electrical or micro-optical components that are on a substrate are arranged. Such microsystems can by different thermal expansions between substrate and Carrier or housing mechanical stresses are transmitted. Such mechanical stresses can function z. B. one significantly affect the micro-mechanical system. Man could try through such mechanical stresses to avoid soft elastic gluing into a housing. A such undefined voltage relief would be, for example with a micro-mechanical accelerometer too lead to inaccurate measurement results.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für ein Mikrosystems mit einem Substrat eine spannungsmindernde Halterung vorzusehen.The invention is therefore based on the object for a Microsystems with a substrate a stress reliever Provide bracket.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Mikrosystem über eine Federstruktur gegenüber einem Träger elastisch aufgehängt ist.According to the invention this object is achieved in that the Microsystem over a spring structure opposite a carrier is suspended elastically.

Eine solche Federstruktur zeigt eine genau bestimmte Elastizität. Durch eine solche Federstruktur können thermische oder mechanische Spannungen von dem Mikrosystem ferngehalten werden. Das ist besonders wichtig, wenn das Mikrosystem Mikrosensorik oder Mikroaktorik enthält.Such a spring structure shows a precisely determined one Elasticity. Such a spring structure allows thermal or mechanical stresses are kept away from the microsystem become. This is particularly important if the microsystem Contains microsensors or microactuators.

Die Federstruktur für die Halterung kann vorteilhafterweise unmittelbar aus dem Substrat der Mikrostruktur herausgearbeitet sein.The spring structure for the holder can advantageously directly from the substrate of the microstructure be worked out.

Weiter ist es möglich, daß die Federstruktur in verschiedenen Richtungen unterschiedliche Federkonstanten zeigt.It is also possible that the spring structure in different Directions shows different spring constants.

Die Federstruktur kann eine geringere Dicke als die übrigen Teile des Substrats besitzen.The spring structure can have a smaller thickness than the rest Have parts of the substrate.

Wenn das Mikrosystem elektronische Funktionsgruppen enthält, können elektrische Leiterbahnen als Zuleitungen auf den Federstegen verlaufen. Die elektrischen Übergabepunkte sind dann Stehbolzen, die auch die mechanische Verbindung zum Träger des Mikrosystems darstellen.If the microsystem contains electronic functional groups, can use electrical conductor tracks as leads on the Spring bars run. The electrical transfer points are then studs, which are also the mechanical connection to the Represent microsystem carrier.

Zur Dämpfung können die Zwischenräume zwischen den Federstegen der Federstruktur mit einer elastischen, schwingungsdämpfenden Masse gefüllt sein.The spaces between the spring bars can be used for damping the spring structure with an elastic, vibration-damping Mass be filled.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, daß die Federstege mit einem piezoelektrischen, z. B. piezoresistivem, Material beschichtet sind, das Belastungen der Federstege in elektrische Signale umsetzt. Die Federstege können aber auch mit einem piezoelektrischen Material beschichtet sein, durch das mittels angelegter elektrischer Signale Bewegungen der Federstege erzeugbar sind.Another possibility is that the spring bars with a piezoelectric, e.g. B. piezoresistive, material are coated, the loads on the spring bars in converts electrical signals. The spring bars can also be coated with a piezoelectric material, by the movements of the by means of applied electrical signals Spring bars can be generated.

Solche Federstrukturen können mit verschiedenen bekannten Verfahren hergestellt werden, beispielsweise durch photolitographische Erzeugung einer Lackmaske und Naßätzen oder Plasmaätzen. Such spring structures can be made with various known ones Processes are produced, for example by photolithographic generation of a resist mask and wet etching or plasma etching.

Die Federstrukturen können je nach den Erfordernissen verschiedene Formen haben.The spring structures can vary depending on the requirements have different shapes.

Einige Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen spannungsmindernden Halterung sind nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.Some embodiments of an inventive voltage reducing bracket are below Reference to the accompanying drawings explained in more detail.

Fig. 1 zeigt in Draufsicht eine Federstruktur von spiraliger Grundform zur elastischen Halterung eines Mikrosystems auf einem Substrat. Fig. 1 shows in plan view a spiral spring structure of basic form of elastic support of a micro-system on a substrate.

Fig. 2 zeigt in übertriebener Form die Wirkung einer auf die Federstruktur wirkenden Zugspannung. Fig. 2 shows the effect of a force acting on the tension spring structure in exaggerated form.

Fig. 3 ist eine zugehörige Seitenansicht. Fig. 3 is a side view thereof.

Fig. 4 zeigt an einem Substrat in Draufsicht eine Federstruktur mit mäanderförmig angeordneten Federleisten. Fig. 4 shows a substrate in plan view a spring structure with meandering spring slats.

Fig. 5 ist eine zugehörige Seitenansicht. Figure 5 is an associated side view.

Fig. 6 zeigt in Draufsicht eine andere Ausführung einer mäanderförmigen Federstruktur, die in einer Ecke eines Substrats angebracht ist. Fig. 6 shows in plan view another embodiment of a meander-shaped spring structure which is mounted in a corner of a substrate.

Fig. 7 zeigt in Draufsicht eine weitere Federstruktur, die ebenfalls in einer Ecke des Substrats angebracht ist. FIG. 7 shows a top view of another spring structure, which is also attached in a corner of the substrate.

Fig. 8 zeigt in Draufsicht eine weitere Ausführung einer mäanderförmigen Federstruktur, bei welcher der Federsteg gleichzeitig eine Leiterbahn aufnimmt. Fig. 8 shows another embodiment in plan view of a meander-shaped spring structure in which the spring bar receives a conductor simultaneously.

Fig. 9 zeigt in Draufsicht eine Ausführung einer Federstruktur ähnlich der von Fig. 1 mit einem Federsteg von spiraliger Grundform, bei welcher der Federsteg ebenfalls eine Leiterbahn aufnimmt. FIG. 9 shows a top view of an embodiment of a spring structure similar to that of FIG. 1 with a spring bar of a spiral basic shape, in which the spring bar also receives a conductor track.

Fig. 10 zeigt in Draufsicht eine Ausführung einer Federstruktur, bei welcher eine das Substrat elastisch kardanisch aufgehängt ist. Fig. 10 is an exemplary shows a plan view of a spring structure in which a substrate is elastically suspended on gimbals.

Fig. 11 zeigt in Draufsicht eine Ausführung, bei welcher in dem Substrat durch Einschnitte ein Bereich gebildet ist, der senkrecht zur Fläche des Substrats federt. FIG. 11 shows a top view of an embodiment in which an area is formed in the substrate by incisions that springs perpendicular to the surface of the substrate.

In Fig. 1 bis 3 ist mit 20 ein Substrat aus Silizium bezeichnet, das ein Mikrosystem wie einen mikro-elektronischen Baustein trägt. Das Substrat 20 hat in Draufsicht rechteckige Grundform. Zwei Kanten 22 und 24 bilden eine Ecke 26 des Substrats 20. Diese Ecke 26 des Substrats 20 ist frei und enthält keine Schaltungselemente.In Figs. 1 to 3 is denoted by 20 is a substrate made of silicon, which carries a micro system such as a micro-electronic component. The substrate 20 has a rectangular basic shape in plan view. Two edges 22 and 24 form a corner 26 of the substrate 20 . This corner 26 of the substrate 20 is free and contains no circuit elements.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, ist in das Substrats 20 im Bereich der Ecke 26 von der Seite her ein Spalt 28 eingeätzt. Der Spalt 28 trennt einen im Vergleich zur Dicke des Substrats 20 dünnen Federteil 30 von einem Befestigungsblock 32. Der Befestigungsblock 32 ist mit dem Substrat 20 aus einem Stück gefertigt und mit dem Federteil 26 durch einen freigeätzten Stehbolzen 34 verbunden. Die Unterseite 36 des Befestigungsblocks 32 steht etwas über die Unterseite 38 des übrigen Teils des Substrats 20 vor. Die Unterseite des Befestigungsblocks 32 ist mit einem Gehäuseboden 40 durch Kleben oder Löten verbunden.As can be seen from FIG. 3, a gap 28 is etched into the substrate 20 in the area of the corner 26 from the side. The gap 28 separates a spring part 30, which is thin compared to the thickness of the substrate 20, from a fastening block 32 . The fastening block 32 is made in one piece with the substrate 20 and is connected to the spring part 26 by means of an etched stud 34 . The underside 36 of the mounting block 32 protrudes slightly above the underside 38 of the remaining part of the substrate 20 . The underside of the mounting block 32 is connected to a housing base 40 by gluing or soldering.

Wie aus Fig. 1 erkennbar ist, ist in dem Federteil 30 eine Federstruktur 42 angebracht. Die Federstruktur 42 wird dadurch erzeugt, daß auf photolithographischem Wege eine Lackschicht auf die Oberfläche des Federteils 30 aufgebracht wird. Die Lackschicht läßt wegzuätzende Partien frei. Diese Partien werden dann durch Naß- oder Plasmaätzen entfernt. Dann wird die Lackschicht abgelöst. As can be seen from FIG. 1, a spring structure 42 is attached in the spring part 30 . The spring structure 42 is produced in that a lacquer layer is applied to the surface of the spring part 30 in a photolithographic manner. The lacquer layer leaves areas to be etched free. These areas are then removed by wet or plasma etching. Then the paint layer is removed.

Bei der Ausführung nach Fig. 1 bis 3 ist in den Federteil 30 auf diese Weise ein Schlitz 44 eingeätzt worden. Der Schlitz 44 weist einen geraden Abschnitt 46 auf, der senkrecht zu der Kante 22 verläuft, einen daran rechtwinklig anschließenden Abschnitt 48 und einen daran wieder rechtwinklig anschließenden Abschnitt 50. Der Abschnitt 50 ist kürzer als der Abschnitt 46. An den Abschnitt 50 schließt sich rechtwinklig, parallel zu dem Abschnitt 48 ein Abschnitt 52 an, der wieder kürzer als der Abschnitt 48 ist. An Abschnitt 52 schließt sich rechtwinklig ein Abschnitt 54 an, der parallel zu dem Abschnitt 46 im Abstand von diesem verläuft. Der Abschnitt 54 ist kürzer als der Abschnitt 46. An den Abschnitt 54 schließt sich wieder rechtwinklig ein Abschnitt 56 des Schlitzes 44 an, der parallel zu dem Abschnitt 48 und zu der Kante 22 verläuft. Der Abschnitt 56 ist kürzer als der Abschnitt 48 des Schlitzes 44. Auf diese Weise wird ein Federsteg 58 von spiraliger Grundform gebildet. Der Federsteg 58 erstreckt sich von dem Randteil 60 des Federteils 30 mit einem Abschnitt 62 senkrecht zu der Kante 22 zwischen den Abschnitten 46 und und 54. An den Abschnitt 62 des Federstegs 58 schließt sich rechtwinklig ein Abschnitt 64 zwischen den Schlitzen 48 und 56 an. Der Abschnitt 62 ist über ein Verbindungsstück 66 zwischen dem Abschnitt 50 des Schlitzes 44 und der Stirnfläche des Abschnitts 56 mit einem etwa quadratischen Flächenteil 68 verbunden. Unter dem Flächenteil 68 sitzt, wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, der Stehbolzen 34.In the embodiment of FIGS. 1 to 3, a slot has been etched 44 in the spring member 30 in this way. The slot 44 has a straight section 46 which extends perpendicular to the edge 22 , a section 48 adjoining it at right angles and a section 50 adjoining it again at right angles. Section 50 is shorter than section 46 . Section 50 is adjoined at right angles, parallel to section 48, by a section 52 which is again shorter than section 48 . Section 52 is adjoined at right angles by a section 54 which runs parallel to section 46 at a distance therefrom. Section 54 is shorter than section 46 . A section 56 of the slot 44 adjoins the section 54 at right angles, which runs parallel to the section 48 and to the edge 22 . Section 56 is shorter than section 48 of slot 44 . In this way, a spring bar 58 of a spiral basic shape is formed. The spring bar 58 extends from the edge part 60 of the spring part 30 with a section 62 perpendicular to the edge 22 between the sections 46 and 54 . A section 64 between the slots 48 and 56 adjoins the section 62 of the spring web 58 at right angles. The section 62 is connected via a connecting piece 66 between the section 50 of the slot 44 and the end face of the section 56 to an approximately square surface part 68 . As can be seen from FIG. 3, the stud 34 sits under the surface part 68 .

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist der Schlitz 44 mit eine elastischen, schwingungsdämpfenden Masse 70 ausgefüllt. Die Masse 70 kann Silikonkautschuk sein. Statt dessen kann auch der Federsteg nur mit Silikonkautschuk beschichtet sein.As can be seen from FIG. 1, the slot 44 is filled with an elastic, vibration-damping mass 70 . The mass 70 can be silicone rubber. Instead, the spring bar can only be coated with silicone rubber.

Fig. 2 zeigt in übertriebener Darstellung die Verformung der Federstruktur beim Angriff einer parallel zu der Kante 22 wirkenden Kraft. Fig. 2 shows in an exaggerated manner, the deformation of the spring structure in the attack of a force acting parallel to the edge 22 force.

In Fig. 1 bis 3 ist nur eine Ecke 26 des Substrats dargestellt. Tatsächlich ist das in Draufsicht rechteckige Substrat 20 in allen vier Ecken in gleicher Weise abgestützt. Statt dessen kann das Substrat 20 aber auch in weniger als vier Ecken oder an anderen Stellen als den Ecken abgestützt sein.In Fig. 1 to 3 only one corner 26 is shown of the substrate. In fact, the substrate 20 , which is rectangular in plan view, is supported in the same way in all four corners. Instead, the substrate 20 can also be supported in fewer than four corners or at locations other than the corners.

Bei der Ausführung nach Fig. 4 und 5 bildet die Federstruktur jeweils einen mäanderförmigen Federsteg.In the embodiment of Fig. 4 and 5, the spring structure in each case forms a meander-shaped spring bar.

In Fig. 4 und 5 ist mit 72 ein Substrat bezeichnet. Das Substrat 72 weist längs seiner gesamten Schmalseite 74 eine Federstruktur 76. Zu diesem Zweck sind in dem Substrat 72 Schlitze angebracht, die senkrecht zu Längskanten 78 und 80 des Substrats 72 verlaufen. Schlitze 82 und 84 gehen von der in Fig. 4 unteren Längskante 80 aus und enden im Abstand von der in Fig. 4 oberen Längskante 78. Dazwischen gehen Schlitze 86 und 88 von der Längskante 78 aus und enden im Abstand von der Längskante 80. Auf diese Weise entsteht ein sich über die gesamte Breite des Substrats 72 erstreckender, mäanderförmiger Federsteg 90. Der Federsteg 90 trägt eine Endleiste 92 längs der Kante 74. Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, ist die Endleiste 92 durch Kleben oder Löten mit einer Trägerleiste 94 verbunden. Auch hier trägt das Substrat 72 mikro-mechanische oder mikro-elektronische Elemente.In Figs. 4 and 5 is denoted by 72 is a substrate. The substrate 72 has a spring structure 76 along its entire narrow side 74 . For this purpose, slots 72 are made in the substrate, which are perpendicular to the longitudinal edges 78 and 80 of the substrate 72 . Slots 82 and 84 start from the lower longitudinal edge 80 in FIG. 4 and end at a distance from the upper longitudinal edge 78 in FIG. 4. In between, slots 86 and 88 extend from the longitudinal edge 78 and end at a distance from the longitudinal edge 80 . In this way, a meandering spring bar 90 extends over the entire width of the substrate 72 . The spring bar 90 carries an end bar 92 along the edge 74 . 5 is as shown in FIG., The end bar 92 is connected by gluing or soldering with a carrier strip 94. Here too, the substrate 72 carries micro-mechanical or micro-electronic elements.

Bei der Ausführung nach Fig. 6 ist der mäanderförmige Federsteg in einem Eckbereich eines rechteckigen Substrats vorgesehen, wobei sich gerade Abschnitte des Federstegs senkrecht zu einer Winkelhalbierenden zwischen den die Ecke bildenden Kanten des Substrats erstrecken und zu der Ecke hin kürzer werden.In the embodiment of FIG. 6 of the meander-shaped spring bar is provided in a corner area of a rectangular substrate, whereby straight sections of the spring bar extending perpendicularly to a bisector between the corner edges forming the substrate and to the corner toward shorter be.

Die Ecke des Substrats wird von zwei Kanten 96 und 98 gebildet. Die Winkelhalbierende zwischen den beiden die Ecke bildenden Kanten 96 und 98 ist in Fig. 6 mit 100 bezeichnet. senkrecht zu dieser Winkelhalbierenden verlaufen Schlitze, die abwechselnd von der Kante 96 und von der Kante 98 ausgehen und sich bis kurz vor die jeweils andere Kante erstrecken. The corner of the substrate is formed by two edges 96 and 98 . The bisector between the two edges 96 and 98 forming the corner is designated 100 in FIG. 6. Slits run perpendicular to this bisector, which alternate from the edge 96 and the edge 98 and extend to just before the other edge.

Schlitze 102 und 104 gehen von der Kante 96 aus. Dazwischen gehen Schlitze 106 und 108 von der Kante 98 aus. Dadurch entsteht ein Federsteg 110, der mäanderförmig mit immer kürzeren Windungen innerhalb einer von den Kanten 96 und 98 begrenzten, trapezförmigen Fläche verläuft. Der Federsteg 110 trägt an seinem freien Ende ein dreieckiges Eckstück 112. An dem Eckstück 112 ist ein Stehbolzen 114 angebracht. In Seitenansicht sieht die Halterung von Fig. 6 ähnlich aus wie Fig. 3.Slots 102 and 104 extend from edge 96 . In between, slots 106 and 108 extend from edge 98 . This creates a spring bar 110 which runs in a meandering shape with ever shorter turns within a trapezoidal area delimited by the edges 96 and 98 . The spring bar 110 carries a triangular corner piece 112 at its free end. A stud 114 is attached to the corner piece 112 . 6, the holder from FIG. 6 looks similar to FIG. 3.

Die Halterung von Fig. 7 ist ähnlich der Halterung von Fig. 6. Auch hier ist die Federstruktur in einem Eckbereich des Substrats durch Einschnitte gebildet, die sich senkrecht zur Winkelhalbierenden zwischen den die Ecke bildenden Kanten des Substrats erstrecken. Dabei erstreckt sich abwechselnd ein Paar von fluchtenden Einschnitten von den beiden Kanten bis zu einem zwischen diesen Einschnitten gebildeten Steg, oder ein einziger, durchgehender Einschnitt erstreckt sich bis zu Stegen im Bereich der Kanten.The holder of FIG. 7 is similar to the holder of FIG. 6. Here, too, the spring structure is formed in a corner region of the substrate by incisions which extend perpendicular to the bisector between the edges of the substrate forming the corner. Here, a pair of aligned cuts alternately extends from the two edges to a web formed between these cuts, or a single, continuous cut extends to webs in the region of the edges.

Das Substrat ist in Fig. 7 mit 116 bezeichnet. Das Substrat hat rechteckige Grundform mit zwei Kanten 118 und 120, die eine Ecke bilden. In der Ecke sind senkrecht zu der Winkelhalbierenden 122 zwischen den beiden Kanten 118 und 120 zwei parallele durchgehende Einschnitte oder Schlitze 124 und 126 angebracht. Die Einschnitte 124 und 126 erstrecken sich bis zu Stegen 128,130 bzw. 132,134, im Bereich der Kanten. Zwischen den beiden Einschnitten 124 und 126 sind zwei von den Kanten 118 und 120 ausgehende Einschnitte 136 bzw. 138 vorgesehen. Die beiden Einschnitte 136 und 138 fluchten und verlaufen ebenfalls senkrecht zu der Winkelhalbierenden 122. Die Einschnitte 136 und 138 erstrecken sich einwärts bis zu einem zwischen den Einschnitten 136, 138 gebildeten Steg 140. Zu der Ecke zu sind zwei weitere von den Kanten 118 und 120 ausgehende, fluchtende und senkrecht zu der Winkelhalbierenden 122 verlaufende, gerade Einschnitte 142 und 144 angebracht. The substrate is designated 116 in FIG. 7. The substrate has a rectangular basic shape with two edges 118 and 120 which form a corner. In the corner, perpendicular to the bisector 122 between the two edges 118 and 120, two parallel through cuts or slots 124 and 126 are made. The incisions 124 and 126 extend up to webs 128, 130 and 132 , 134 in the region of the edges. Between the two incisions 124 and 126 , two incisions 136 and 138 starting from the edges 118 and 120 are provided. The two incisions 136 and 138 are aligned and also run perpendicular to the bisector 122 . The cuts 136 and 138 extend inward to a web 140 formed between the cuts 136 , 138 . To the corner there are two more straight cuts 142 and 144, starting from the edges 118 and 120 , aligned and perpendicular to the bisector 122 .

Die Einschnitte 142 und 144 erstrecken sich einwärts bis zu einem zwischen den Einschnitten gebildeten Steg 146.The cuts 142 and 144 extend inward to a web 146 formed between the cuts.

Auch hier ergibt sich eine trapezförmige Federstruktur. Diese Federstruktur trägt ein dreieckiges Eckstück 148. An das Eckstück 148 ist ein Stehbolzen 150 angeformt.Here too there is a trapezoidal spring structure. This spring structure carries a triangular corner piece 148 . A stud 150 is formed on the corner piece 148 .

Bei der Halterung von Fig. 8 ist das Mikrosystem von einem mikro-elektronischen Bauteil gebildet. Dabei verlaufen elektrische Leiterbahnen als Zuleitungen für den mikro elektronischen Bauteil auf den Federstegen.In the holder of Fig. 8, the microsystem is formed by a micro-electronic component. Here, electrical conductor tracks run as feed lines for the microelectronic component on the spring bars.

In Fig. 8 ist mit 152 ein Substrat bezeichnet. Das Substrat 152 hat zwei Kanten 154 und 156. Von der Kante 154 erstreckt sich ein gerader Schlitz 158 einwärts. Von dem Schlitz 158 zweigt in dessen Mittelbereich ein Schlitz 160 senkrecht ab. Von der Kante 156 gehen senkrecht zu der Kante 156 zwei Schlitze 162 und 164 aus. Die Schlitze 162 und 164 erstrecken sich parallel zu dem Schlitz 160 im Abstand zu beiden Seiten dieses Schlitzes 160. Auf diese Weise entsteht ein mäanderförmiger Federsteg 166. An dem freien Ende des mäanderförmigen Federsteges 166 sitzt wieder ein angeformter Stehbolzen 168.In Fig. 8, 152 denotes a substrate. The substrate 152 has two edges 154 and 156 . A straight slot 158 extends inward from the edge 154 . A slot 160 branches off vertically from the slot 158 in the central region thereof. Two slots 162 and 164 extend from the edge 156 perpendicular to the edge 156 . The slots 162 and 164 extend parallel to the slot 160 spaced on either side of this slot 160 . In this way, a meandering spring bar 166 is created . At the free end of the meandering spring bar 166 , a molded stud bolt 168 is seated again.

Auf dem Federsteg 166 verläuft eine Leiterbahn 170. Über diese Leiterbahn erfolgt die elektrische Kontaktierung des auf dem Substrat 152 gebildeten mikro-elektronischen Bauteils.A conductor track 170 runs on the spring bar 166 . The electrical contacting of the microelectronic component formed on the substrate 152 takes place via this conductor track.

Fig. 9 zeigt eine Halterung mit einer Federstruktur, die im wesentlichen der Federstruktur von Fig. 1 entspricht. Entsprechende Teile sind in Fig. 9 mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in Fig. 1. Bei der Halterung nach Fig. 9 ist ebenfalls, wie bei Fig. 8 eine Leiterbahn 172 zur Kontaktierung des mikro-elektronischen Bauteils auf dem Federsteg 58 vorgesehen. FIG. 9 shows a holder with a spring structure which essentially corresponds to the spring structure of FIG. 1. Corresponding parts are given the same reference numerals in FIG. 9 as in FIG. 1. In the holder according to FIG. 9, as in FIG. 8, a conductor track 172 is also provided for contacting the microelectronic component on the spring bar 58 .

Bei der Halterung nach Fig. 10 ist die Federstruktur durch ineinander angeordnete, um 90° gegeneinander winkelversetzte Paare von u-förmigen Einschnitten gebildet. Dabei sind die offenen Seiten der "Us" bei jedem Paar einander zugewandt. Die Schenkel der "Us" fluchten miteinander.In the holder according to FIG. 10, the spring structure is formed by pairs of u-shaped incisions arranged one inside the other and offset by 90 ° relative to one another. The open sides of the "Us" face each other in each pair. The legs of the "Us" are aligned.

In Fig. 10 ist mit 174 ein Substrat bezeichnet. An irgendeiner Stelle des Substrats 174, nicht notwendig in einer Ecke, ist durch Schlitze eine Federstruktur 176 gebildet. Die Federstruktur wird von zwei eckig-u-förmigen, äußeren Schlitzen 178, 180 und zwei eckig-u-förmigen, inneren Schlitzen 182 und 184 bestimmt. Die äußeren Schlitze sind mit den offenen Seiten der "Us" einander zugewandt. Die Schenkel der Us fluchten miteinander. Zwischen diesen Schenkeln sind Stege 186 und 188 gebildet. Die inneren Schlitze 182, 184 sind kleiner als die äußeren Schlitze 178, 180. Die inneren Schlitze 182, 184 sind von den äußeren Schlitzen 178, 180 umschlossen. Auch die inneren Schlitze 182 und 184 sind mit den offenen der Us einander zugewandt. Die Schenkel der Us fluchten miteinander und bilden dazwischen Stege 190 und 192. Die inneren Schlitze 182 und 184 und die Stege 190 und 192 sind gegenüber den äußeren Schlitzen 178, 180 und den Stegen 186, 188 um 90° winkelversetzt. Zwischen den äußeren und inneren Schlitzen 178, 180 bzw. 182, 184 ist ein quadratischer Außenrahmen 194 gebildet. Innerhalb der inneren Schlitze 182, 184 ist ein quadratisches Flächenstück 196 gebildet. An dem Flächenstück 196 sitzt ein Stehbolzen 198.A substrate is designated by 174 in FIG. 10. At any point on the substrate 174 , not necessarily in a corner, a spring structure 176 is formed by slots. The spring structure is determined by two square-u-shaped outer slots 178 , 180 and two square-u-shaped inner slots 182 and 184 . The outer slots face each other with the open sides of the "Us". The legs of the Us are aligned. Crosspieces 186 and 188 are formed between these legs. The inner slots 182 , 184 are smaller than the outer slots 178 , 180 . The inner slots 182 , 184 are enclosed by the outer slots 178 , 180 . The inner slots 182 and 184 also face each other with the open slots of the US. The legs of the Us are aligned with one another and form webs 190 and 192 between them . The inner slots 182 and 184 and the webs 190 and 192 are angularly offset by 90 ° with respect to the outer slots 178 , 180 and the webs 186 , 188 . A square outer frame 194 is formed between the outer and inner slots 178 , 180 and 182 , 184 , respectively. A square sheet 196 is formed within the inner slots 182 , 184 . A stud 198 sits on the surface piece 196 .

Diese Federstruktur wirkt wie eine elastische kardanische Halterung mit dem Außenrahmen 194 und dem als "Innenrahmen" wirkenden Flächenstück 196, die über federnde Lager in Form der Stege 186, 188 bzw. 190, 192 gelagert sind. Dadurch ist eine elastische Winkelausrichtung des Substrats 174 relativ zu dem Stehbolzen 198 möglich.This spring structure acts like an elastic gimbal bracket with the outer frame 194 and the surface piece 196 acting as an "inner frame", which are supported by resilient bearings in the form of the webs 186 , 188 and 190 , 192 . This enables an elastic angular alignment of the substrate 174 relative to the stud 198 .

Fig. 11 zeigt eine Halterung, bei welcher in dem Substrat durch Einschnitte ein Bereich gebildet ist, der senkrecht zur Fläche des Substrats federt, wobei dieser Bereich außen an die übrige Fläche des Substrats angrenzt und innen an gehäusefesten Teilen abgestützt ist. Das geschieht in der Weise, daß die federnde Fläche durch umeinandergreifende, um jeweils 90° winkelversetzte Einschnitte gebildet ist, wobei jeder dieser Einschnitte von drei sich rechtwinklig aneinander anschließenden Abschnitten abnehmender Länge gebildet ist. FIG. 11 shows a holder in which an area is formed in the substrate by incisions which springs perpendicular to the surface of the substrate, this area adjoining the remaining surface of the substrate on the outside and being supported on the inside by parts fixed to the housing. This is done in such a way that the resilient surface is formed by engaging cuts, each offset by 90 °, each of these cuts being formed by three sections of decreasing length which adjoin one another at right angles.

In Fig. 11 ist mit 200 ein Substrat bezeichnet. In dem Substrat 200 ist, ähnlich wie in Fig. 10, eine Federstruktur 202 an einer geeigneten, nicht notwendig am Rande liegenden Stelle gebildet. Die Federstruktur 202 ist durch vier um jeweils 90° winkelversetzte, einander umgreifende Schlitze 204, 206, 208 und 210 gebildet. Jeder der vier Schlitze 204, 206, 208 und 210 weist drei gerade Abschnitte abnehmender Länge auf. Der Schlitz 204 weist einen äußeren, längsten Abschnitt 212, einen mittleren, sich daran rechtwinklig anschließenden Abschnitt 214 und einen inneren, kürzesten, sich an den mittleren Abschnitt 214 rechtwinklig anschließenden Abschnitt 216 auf. Entsprechend sind die anderen Schlitze 206, 208 und 210 ausgebildet. Zwischen dem äußeren Abschnitt, z. B. 212, eines Schlitzes 204 und dem mittleren Abschnitt des nächsten, um 90° dazu winkelversetzten Schlitzes 206 ist jeweils ein Federsteg 216 gebildet. In ähnlicher Weise ist ein Federsteg zwischen dem mittleren Abschnitt 214 jedes Schlitzes z. B. 204 und dem inneren Abschnitt des dazu um 90° winkelversetzten Schlitzes 206 gebildet. Die Federstruktur 202 trägt einen zentralen Flächenteil 220, die an einem zentralen Stehbolzen 22 angeformt ist.In FIG. 11, 200 denotes a substrate. Similar to FIG. 10, a spring structure 202 is formed in the substrate 200 at a suitable point which is not necessarily on the edge. The spring structure 202 is formed by four slots 204 , 206 , 208 and 210, which are offset by 90 ° and offset from one another. Each of the four slots 204 , 206 , 208 and 210 has three straight sections of decreasing length. The slot 204 has an outer, longest section 212 , a middle section 214 adjoining it at right angles and an inner, shortest section 216 adjoining the middle section 214 at right angles. The other slots 206 , 208 and 210 are formed accordingly. Between the outer section, e.g. B. 212 , a slot 204 and the central portion of the next, by 90 ° to it angularly offset slot 206 , a spring bar 216 is formed. Similarly, a spring bar is between the central portion 214 of each slot z. B. 204 and the inner portion of the 90 ° angularly offset slot 206 is formed. The spring structure 202 carries a central surface part 220 , which is formed on a central stud 22 .

Der Stehbolzen kann, wie der Stehbolzen 34 in Fig. 3 aus dem Substrat herausgearbeitet sein. Der Stehbolzen kann aber auch nachträglich durch Leitkleben oder Löten, aber auch isolierend in die Löcher eingeführt, fixiert und kontaktiert werden, wie in die Löcher 168, 198 und 222 der Fig. 8, 10 bzw. 11. Der Stehbolzen ist dann vorzugsweise ein metallischer Stift, der entweder auf dem Träger des Mikrosystems (Gehäuse) integriert ist oder nach Fixierung im Federelement auf dem Träger fixiert wird. The stud bolt, like the stud bolt 34 in FIG. 3, can be machined out of the substrate. The stud bolt can also be subsequently inserted, fixed and contacted in the holes by conductive gluing or soldering, but also in an insulating manner, as in the holes 168 , 198 and 222 of FIGS. 8, 10 and 11, respectively. The stud bolt is then preferably a metallic one Pen that is either integrated on the support of the microsystem (housing) or is fixed on the support after being fixed in the spring element.

Bei allen beschriebenen Federstrukturen können die Federstege mit einem piezoelektrischen, z. B. piezoresistiven, Material beschichtet sein, das Belastungen der Federstege in elektrische Signale umsetzt. Die Federstege können aber auch mit einem piezoelektrischen Material beschichtet sein, durch das mittels angelegter elektrischer Signale Bewegungen der Federstege erzeugbar sind. Die Federstege wirken dann entweder als Sensoren oder, im letzteren Falle, als Aktoren.The spring bars can be used for all spring structures described with a piezoelectric, e.g. B. piezoresistive, material be coated, the loads on the spring bars in converts electrical signals. The spring bars can also be coated with a piezoelectric material, by the movements of the by means of applied electrical signals Spring bars can be generated. The spring bars then either act as sensors or, in the latter case, as actuators.

Bei den beschriebenen Ausführungen zeigt im allgemeinen die Federstruktur in verschiedenen Richtungen unterschiedliche Steifigkeit.In the described embodiments, the Spring structure different in different directions Stiffness.

Claims

1. Holder for microsystems, characterized in that the microsystem is elastically suspended from a support ( 40 ) via a spring structure ( 42 ).

2. Holder according to claim 1, characterized in that the spring structure ( 42 ) for the holder is worked out directly from a substrate ( 29 ) of the microstructure.

3. Holder according to claim 1 or 2, characterized in that the spring structure ( 42 ) is differently stiff in different directions.

4. Holder according to one of claims 1 to 3, characterized in that the spring structure ( 42 ) in each case forms a spring bar ( 58 ) of a spiral basic shape, which is formed at its outer end on the microsystem and at its inner end with a housing-fixed carrier ( 40 ) is connected.

5. Holder according to one of claims 1 to 3, characterized in that the spiral basic shape of the spring bar ( 58 ) is formed by straight, mutually adjacent sections ( 62, 64, 66 ) of decreasing length.

6. Holder according to one of claims 1 to 3, characterized in that the spring structure in each case forms a meandering spring web ( 110 ).

7. Holder according to claim 6, characterized in that the meandering spring bar ( 110 ) is provided in a corner region of a rectangular substrate, with straight sections of the spring bar perpendicular to an bisector ( 100 ) between the edges ( 96 , 98 ) forming the corner. of the substrate and become shorter towards the corner.

8. Holder according to one of claims 1 to 3, characterized in that the spring structure in a corner region of the substrate ( 116 ) is formed by incisions ( 124 , 126 ; 136 , 138 , 142 , 144 ) which are perpendicular to the bisector ( 122 ) extend between the corner-forming edges ( 118 , 120 ) of the substrate ( 116 ), with a pair of aligned cuts ( 136 , 138 ; 142 , 144 ) alternating from the two edges ( 118 , 120 ) to one between them Incisions ( 136 , 138 ; 142 , 144 ) formed web ( 140 , 146 ) or a single, continuous incision ( 124 , 126 ) extends up to webs ( 128 , 130 ; 132 , 134 ) in the region of the edges ( 118, 120 ) .

9. Holder according to claim 8, characterized in that the meandering spring bar is formed by straight sections parallel to an edge of the rectangular substrate ( 152 ) and perpendicular connecting sections.

10. Holder according to one of claims 1 to 3, characterized in that the spring structure ( 176 ) is formed by nested pairs of u-shaped incisions ( 178 , 180 ; 182 , 184 ) offset from one another by 90 °, the open ones The sides of the "Us" in each pair ( 178 , 180 ; 182 , 184 ) face each other and the legs of the "Us" are aligned.

11. Holder according to one of claims 1 to 3, characterized characterized in that by cuts in the substrate Area is formed that is perpendicular to the surface of the Substrate springs, this area on the outside to the rest Surface of the substrate adjoins and on the inside fixed to the housing Share is supported.

12. Holder according to claim 11, characterized in that the resilient surface is formed by engaging, 90 ° offset cuts ( 204 , 206 , 208 , 210 ), each of these cuts ( 204 , 206 , 208 , 210 ) of three sections ( 212 , 214 , 216 ) of decreasing length adjoining one another at right angles are formed.

13. Holder according to one of claims 1 to 12, characterized in that the spring structure ( 42 ) has a smaller thickness than the other parts of the substrate ( 20 ).

14. Holder according to one of claims 1 to 13, characterized in that

- The microsystem contains electronic components and
- Electrical conductor tracks ( 170 ; 172 ) run as leads for the electronic components on the spring bars ( 166 ; 58 ).

15. Holder according to one of claims 1 to 14, characterized in that the spaces between the spring bars of the spring structure ( 42 ) are filled with an elastic, vibration-damping mass ( 70 ).

16. Holder according to one of claims 1 to 15, characterized characterized in that the spring bars with a piezoelectric, e.g. B. piezoresistive, material are coated, the loads on the spring bars in converts electrical signals.

17. Holder according to one of claims 1 to 15, characterized characterized in that the spring bars with a piezoelectric material are coated by the by means of applied electrical signals movements of the Spring bars can be generated.