ITMI20072048A1 - Componente micromeccanico comprendente un dispositivo micro-oscillante ed utilizzo di un componente - Google Patents

Description

Descrizione

Stato dell'arte

L'invenzione prende le mosse da un componente micromeccanico del genere di cui alla rivendicazione principale. Dal brevetto d'invenzione europeo EP 1212650 B1 è noto un dispositivo micro-oscillatore nel quale è realizzata una particolare tipologia della sospensione del dispositivo micro-oscillatore. Svantaggioso nel noto dispositivo microoscillatore, rispettivamente nella tipologia della sua sospensione è il fatto che per la realizzazione dì molle di torsione si ha un ingombro relativamente elevato, così che i noti dispositivi dì micro-oscillazione sono di fabbricazione relativamente costosa.

Illustrazione dell'invenzione

Il componente micromeccanico conforme all'invenzione ed il procedimento per la taratura di un componente micromeccanico, conforme alle rivendicazioni correlate, hanno invece il vantaggio che vengono evitati o quantomeno ridotti gli inconvenienti dello stato dell'arte e che è possibile una struttura micromeccanica fabbricabile in modo relativamente compatto ed economico, specialmente in quanto l'ingombro per la sospensione del dispositivo micro-oscillatore è ridotto e viene quindi ridotta la superficie del Wafer. Vantaggioso è inoltre che per la rilevazione dell'escursione nella sospensione del dispositivo micro-oscillatore conforme all'invenzione non è necessario alcun elemento dì rilevazione, a titolo di esempio elementi piezoresistivi, dotato di una presa laterale, i cosiddetti x-ducer, così che elementi di rilevazione sulla prima e sulla seconda parte della sospensione, specialmente realizzate sotto forma di molle flettenti, possono essere collegati in qualità di circuito a ponte compensato.

Secondo l'invenzione si preferisce che la prima parte della sospensione e la seconda parte della sospensione si estendano in modo sostanzialmente parallelo all'asse di rotazione, rispettivamente siano realizzate sotto forma di molle flettenti. In seguito a ciò, secondo l'invenzione, è vantaggiosamente possìbile che le forze di richiamo sostanziali vengano esercitate dalla prima, rispettivamente dalla seconda parte della sospensione, per cui, nella banda di frequenze, la modalità in fase (modalità di oscillazione pianoparallela) e la modalità in contro-fase (modalità di oscillazione torsionale) del dispositivo microoscillatore vengono nettamente separate l'una dall'altra dalle molle flettenti, eccentriche nell'allocazione di frequenza.

Secondo l'invenzione è inoltre preferito che il dispositivo micro-oscillatore sia un microspecchio. In seguito a ciò è vantaggiosamente possibile che applicazioni ottiche del componente micromeccanico diventino possibile con mezzi semplici, in special modo applicazioni in ambito automobilistico, come procedimenti, rispettivamente apparecchi per misurare le distanze o simili.

Secondo l'invenzione si preferisce inoltre che la prima parte della sospensione e la seconda parte della sospensione siano realizzate sotto forma di molla piegata. Nel contesto della presente invenzione si intende per una molla piegata una struttura che non si sviluppa esclusivamente nella lunghezza, vale a dire, a tìtolo dì esempio, una barra flettente, rispettivamente una molla di flessione che è per esempio piegata al centro. Per effetto di una tale conformazione della prima, rispettivamente seconda parte della sospensione può essere conseguito un ulteriore risparmio di spazio.

Secondo l'invenzione si preferisce inoltre che tra la prima e la seconda parte della sospensione, in special modo sostanzialmente parallelamente all'asse dì rotazione, sia prevista una terza parte della sospensione. In seguito a ciò l'asse di rotazione del dispositivo micro-oscillatore può essere fissato in maniera particolarmente semplice e precisa.

Secondo l'invenzione si preferisce inoltre che almeno un elemento sensore piezoresistivo sia previsto sul lato superiore e/oppure sul lato inferiore della prima e/oppure della seconda parte della sospensione, rispettivamente che una molteplicità di elementi sensori sul lato superiore e/oppure sul lato inferiore della prima e/oppure seconda parte della sospensione siano collegati in modo da formare un circuito a ponte. Per effetto di una tale configurazione è possibile disporre gli elementi sensori, in special modo resistenze peizoresistive, longitudinalmente sulle molle di flessione - vale a dire o sul lato superiore, oppure sul lato inferiore, oppure tanto sul superiore che su quello inferiore -, cosi che questi possano rilevare le tensioni principali, qui pre-esistentì, delle molle di flessione. In special modo può in seguito a ciò essere evitata una disposizione laterale, per cui l'ingombro risulta essere nettamente minore, così che le molle di flessione possono essere realizzate più strette ed esistono maggiori libertà nella configurazione del componente. Gli elementi sensori, disposti sul lato superiore, rispettivamente sul lato inferiore delle molle di flessione, possono in maniera nota essere collegati insieme in modo da formare un ponte di Wheatstone, che è assai ben tarabile e conserva questa proprietà su un ampio intervallo di temperature .

Secondo l'invenzione si preferisce inoltre che il dispositivo micro-oscillatore presenti una modalità di oscillazione torsionale ed una modalità di oscillazione piano-parallela, laddove entrambe le modalità di oscillazione sono separate l'una dall'altra per quanto concerne la frequenza. In maniera particolarmente semplice e precisa può in seguito a ciò essere fissato l'asse di rotazione del dispositivo micro-oscillatore.

Un altro oggetto della presente invenzione concerne 1'utilizzo di un componente conforme all'invenzione come sistema a microspecchio. Secondo l'invenzione è in seguito a ciò possibile che il componente conforme all'invenzione sia economicamente utilizzabile a titolo di esempio per la tecnologia dei Display, per esempio nei cosiddetti visualizzatori HUD (Head-up Display). In questi casi di applicazione il quantomeno singolo dispositivo micro-oscillatore, in alternativa anche una molteplicità di dispositivi micro-oscillatori micromeccanici, è realizzato sotto forma di microspecchio.

Esempi di realizzazione dell'invenzione sono rappresentati nel disegno ed illustrati piu in dettaglio nella descrizione che segue.

Breve descrizione dei disegni

Figura 1 fa vedere schematicamente una vista in pianta di una prima forma di realizzazione di un dispositivo micro-oscillatore quale parte di un componente micromeccanico.

Figura 2. fa vedere schematicamente una vista in pianta di una seconda forma di realizzazione di un dispositivo micro-oscillatore quale parte di un componente micromeccanico.

Figure 3a,3b, e 4 fanno vedere schematicamente di volta in volta una rappresentazione in sezione del dispositivo microoscillatore conforme alla seconda forma di realizzazione, in due differenti modalità di oscillazione.

Figura 5 fa vedere schematicamente una vista in pianta di una terza forma di realizzazione di un dispositivo micro-oscillatore quale parte di un componente micromeccanico.

Figura 6 fa vedere schematicamente una vista in pianta di una quarta forma di realizzazione di un dispositivo micro-oscillatore quale parte di un componente micromeccanico.

Figura 7 fa vedere schematicamente una vista in pianta del dispositivo microoscillatore conforme alla seconda forma di realizzazione, con una rappresentazione di elementi sensori.

Forma (forme) di realizzazione dell'invenzione Un componente micromeccanico 10 conforme all'invenzione, comprendente un dispositivo microoscillatore 20 che può oscillare attorno ad un asse di rotazione 12, è rappresentato schematicamente nella figura 1, in una vista in pianta di una prima forma di realizzazione del dispositivo micro-oscillatore 20. Il componente 10 conforme all'invenzione, comprendente il dispositivo micro-oscillatore 20, è rappresentato schematicamente nella figura 2 in una vista in pianta di una seconda forma di realizzazione del dispositivo micro-oscillatore 20. Entrambe le figure vengono in appresso descritte in comune. Il componente 10 presenta specialmente un substrato 11, con il quale il dispositivo micro-oscillatore 20 è accoppiato tramite una sospensione. Il substrato 11 è specialmente previsto sotto forma dì un substrato semiconduttore, di preferenza un substrato dì silicio. Il componente 10 conforme all'invenzione può in maniera di per sé nota essere fabbricato a titolo di esempio per mezzo di procedimenti di fabbricazione che ricorrono alla micromeccanica superficiale oppure alla micromeccanica volumetrica. Il dispositivo microoscillatore 20 viene al riguardo messo a nudo a titolo di esempio per mezzo di un'incisione per via chimica del Trench e/oppure di un'incisione per via chimica dello strato da sacrificare, così che il dispositivo micro-oscillatore 20 può oscillare attorno all'asse di rotazione 12 definito dalla sospensione. Il dispositivo microoscillatore 20 è in special modo previsto sotto forma di microspecchio e viene in appresso anche chiamato microspecchio 20, Ciò che conta secondo l'invenzione non è tuttavia l'utilizzo in qualità di microspecchio, bensì qualsiasi struttura in grado di oscillare può essere utilizzata come dispositivo micro-oscillante 20. Conformemente all'invenzione è inoltre previsto specialmente che un certo numero, oppure addirittura un gran numero di dispositivi micro-oscillanti 20, rispettivamente di microspecchi 20 siano previsti nell'ambito del componente micromeccanico 10 conforme all'invenzione, a titolo di esempio per indirizzare una molteplicità di raggi luminosi in più direzioni. Per motivi di semplicità tuttavia nella figura 1 e ella figura 2 è soltanto rappresentato un dispositivo micro-oscillatore 20. La sospensione del dispositivo micro-oscillatore 20 è sostanzialmente realizzata, conformemente alla prima e conformemente alla seconda forma di realizzazione, tramite una prima parte 31 della sospensione ed una seconda parte 32 della sospensione. Nel caso della seconda forma di realizzazione, in via supplementare, a queste si aggiunge ancora una terza parte 33 della sospensione. Il dispositivo micro-oscillatore 20 sì estende sostanzialmente in due direzioni, formando una lastra, e più precisamente in una prima direzione 21, che è prevista in modo sostanzialmente parallelo all'asse di rotazione 12, ed in una seconda direzione 22 che è prevista in modo sostanzialmente perpendicolare all'asse di rotazione 12. Conformemente all'invenzione è ora previsto che la prima e la seconda parte 31, 32 della sospensione siano accoppiate di volta in volta in corrispondenza di estremità contrapposte del dispositivo micro-oscillatore 20, lungo la seconda direzione 22, con il dispositivo micro-oscillatore 20. Possibile è in seguito a ciò che nel dispositivo micro-oscillatore vengano realizzate due differenti modalità di oscillazione, vale a dire una modalità di oscillazione piano-parallela, rappresentata nelle figure 3a e 3b,ed una modalità di oscillazione torsionale rappresentata nella figura 4. Nel caso della modalità di oscillazione piano-parallela<(>figure 3a e 3b) il dispositivo micro-oscillatore 20 oscilla in maniera piano-parallela portandosi dal proprio piano di estensione principale nella sua posizione di riposo e senza eseguire una rotazione. Nel caso della modalità di oscillazione torsionale (figura 4) il dispositivo microoscillatore 20 oscilla attorno all'asse di rotazione 12, laddove il suo baricentro resta sostanzialmente nel suo piano di estensione principale della sua posizione di riposo. Nelle figure 3a e 3b, con linea continua, è allo scopo rappresentata una rappresentazione schematica in sezione del dispositivo micro-oscillatore 20 trasversalmente all'asse di rotazione 12 e più o meno al centro del dispositivo micro-oscillatore 20, in occasione di una momentanea escursione verso l'alto, e con linea tratteggiata è rappresentata la situazione nel caso di una momentanea escursione versoi 1 basso. Nelle figure 3a e 3b la freccia 25 indica il movimento del baricentro del dispositivo micro-oscillatore 20. Nella figura 4, con linea continua, rispettivamente con linea tratteggiata, è di volta in volta rappresentata un'escursione torsionale in direzioni differenti del dispositivo microoscillatore 20.

Nella prima forma di realizzazione l'asse di rotazione 12 viene definito soltanto tramite la prima, rispettivamente la seconda parte 31, 32 della sospensione, mentre nella seconda forma di realizzazione, in via supplementare, ancora viene ad aggiungersi la terza parte 33 della sospensione in qualità di elemento di torsione sostanzialmente puro. Nel caso della seconda forma di realizzazione si viene in seguito a ciò ad avere nella banda di frequenze una netta separazione delle allocazioni delle frequenze nelle due modalità di oscillazione considerate. La terza parte 33 della sospensione può al riguardo essere realizzata relativamente morbida nella sua rigidità torsionale, in quanto tramite la terza parte 33 della sospensione soltanto la frequenza dell'oscillazione in fase {si vedano le figure 3a e 3b) deve essere spostata in direzione delle frequenze più elevate, ciò che corrisponde ad una sollecitazione di trazione della terza parte 33 della sospensione realizzata sotto forma dì molla torsionale .

Nella figura 5 è rappresentata schematicamente una vista in pianta di una terza forma dì realizzazione del dispositivo micro-oscillatore 20 quale parte del componente micromeccanico 10. Nella terza forma di realizzazione è realizzata una possibilità di configurare la terza parte 33 della sospensione in modo che occupi poco spazio e sia relativamente morbida dal punto di vista di una sollecitazione di torsione. La terza parte 33 della sospensione viene in proposito realizzata sotto forma dì molla piegata, così che per effetto di una sollecitazione dì torsione della terza parte 33 della sospensione nel complesso domini una sollecitazione di flessione nella zona di una piega 33'. Contrassegni uguali, utilizzati nelle figure che precedono, corrispondono a componenti, rispettivamente elementi uguali del componente 10 di cui alla terza forma di realizzazione.

Una vista in pianta di una quarta forma di realizzazione del dispositivo micro-oscillatore 20, quale parte del componente micromecanico 10, è rappresentata schematicamente nella figura 6. Nel caso della quarta forma di realizzazione è realizzata una possibilità di configurare la prima e la seconda parte 31, 32 della sospensione in modo che occupino poco spazio e siano relativamente morbide dal punto di vista di un'escursione del dispositivo micro-oscillatore 20. In proposito, in aggiunta alla terza parte 33 della sospensione, anche la prima e la seconda parte 31, 32 della sospensione sono realizzate sottoforma di molla piegata, così che per effetto di una sollecitazione di flessione nella zona di pieghe 31', 32' le molle di flessione possono essere realizzate più morbide. Contrassegni uguali a quelli utilizzati nelle figure che precedono corrispondono a componenti, rispettivamente elementi uguali del componente 10 di cui alla quarta forma di realizzazione.

Una vista in pianta del dispositivo microoscillatore 20 di cui alla seconda forma di realizzazione è rappresentata schematicamente nella figura 7, laddove è rappresentata una possibilità di disporre elementi sensori 50 e le loro linee di collegamento 51 in maniera da in special modo da realizzare un circuito a ponte. Gli elementi sensori 50, in special modo resistenze piezoresistive, sono preferibilmente previsti nelle zone dilatate oppure ricalcate {in caso di escursione del dispositivo microoscillatore 20) della prima, rispettivamente della seconda parte 31, 32 della sospensione, così che è realizzabile una sensibilità il più possibile elevata. Gli elementi sensori 50 possono a titolo di esempio essere collegati l'uno con l'altro in modo da formare un ponte di Wheatstone, così che tramite una misurazione nei punti di presa è possibile risalire allo spostamento momentaneo del dispositivo micro-oscillatore 20.

Claims (9)

1. Rivendicazioni 1. Componente micromeccanico {10} comprendente un substrato (11) ed un dispositivo micro-oscillatore (20) che può oscillare attorno ad un asse di rotazione (12), laddove il dispositivo microoscillatore (20) è accoppiato con il substrato (11) in modo da poter oscillare, laddove il dispositivo micro-oscillatore (20) si estende, sostanzialmente in modo bidimensionale, parallelamente all'asse di rotazione (12), lungo una prima direzione (21), e perpendicolarmente all'asse di rotazione (12) lungo una seconda direzione (22), caratterizzato dal fatto che il dispositivo micro-oscillatore (20), guardando lungo la seconda direzione (22), in corrispondenza di estremità (23, 24) opposte è accoppiato con il substrato (11) tramite una prima parte (31) della sospensione ed una seconda parte (32) della sospensione .
2. 2. Componente (10) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la prima parte (31) della sospensione e la seconda parte (32) della sospensione si estendono in modo sostanzialmente parallelo all'asse di rotazione (12).
3. 3. Componente (10) secondo una delle rivendicazioni che precedono, caratterizzato dal fatto che la prima parte (31) della sospensione e la seconda parte (32) della sospensione sono rispettivamente realizzate sotto forma di molle di flessione .
4. 4. Componente (10) secondo una delle rivendicazioni che precedono, caratterizzato dal fatto che la prima parte (31) della sospensione e la seconda parte (32) della sospensione sono realizzate sotto forma di molla piegata.
5. 5. Componente (10) secondo una delle rivendicazioni che precedono, caratterizzato dal fatto che una terza parte (33) della sospensione è prevista tra la prima e la seconda parte (31, 32) della sospensione, in modo sostanzialmente parallelo all'asse di rotazione (12).
6. 6. Componente (10) secondo una delle rivendicazioni che precedono, caratterizzato dal fatto che almeno un elemento sensore (50) piezoresistivo è previsto nella zona del lato superiore e/oppure nella zona del lato inferiore della prima e/oppure della seconda parte (31, 32) della sospensione.
7. 7. Componente (10) secondo una delle rivendicazioni che precedono, caratterizzato dal fatto che un gran numero di elementi sensori (50), nella zona del lato superiore e/oppure nella zona del lato inferiore della prima e/oppure della seconda parte (31, 32) della sospensione, sono collegati in modo da formare un circuito a ponte.
8. 8. Componente (10) secondo una delle rivendicazioni che precedono, caratterizzato dal fatto che il dispositivo micro-oscillatore (20) presenta una modalità di oscillazione forsionale ed una modalità di oscillazione piano-parallela, laddove entrambe le modalità di oscillazione sono per quanto concerne le frequenze separate l'una dall'altra .
9. 9. Utilizzo di un componente (10) secondo una delle rivendicazioni che precedono, come sistema a microspecchi .