KR101765343B1 - 미세기계 부품 및 미세기계 부품의 제조 방법 - Google Patents

미세기계 부품 및 미세기계 부품의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 적어도 스프링(12)에 의해 홀더(16)에 연결된 조정 가능한 부재와, 제1 기계적 응력에 대한 제1 센서 신호를 제공하며 하나 이상의 제1 압전 저항 센서 요소(76b 내지 82b)를 구비한 제1 센서 장치(22)와[이때, 제1 압전 저항 센서 요소(76b 내지 82b)는 스프링(12) 상에 또는 상기 스프링 내에, 그리고/또는 스프링(12)의 고정 영역에 배치된다], 제2 기계적 응력에 대한 제2 센서 신호를 제공하며 하나 이상의 제2 압전 저항 센서 요소(96b 내지 102b)를 구비한 제2 센서 장치(24)를 구비한 미세기계 부품에 관한 것이며, 상기 제2 압전 저항 센서 요소(96b 내지 102b)는 스프링(12) 상에 또는 상기 스프링 내에, 그리고/또는 스프링(12)의 고정 영역에 배치된다. 또한, 본 발명은 미세기계 부품의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

미세기계 부품 및 미세기계 부품의 제조 방법{MICROMECHANICAL COMPONENT, AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF}
본 발명은 제1항의 전제부에 따른 미세기계 부품에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 미세기계 부품의 제조 방법에 관한 것이다.
미세기계 부품은 미세기계 부품의 홀더와 관련하여 조정 가능한 부재를 종종 포함한다. 추가로, 미세기계 부품은 홀더와 관련하여 조정 가능한 부재의 현재 위치에 관한 정보를 산출하도록 설계된 분석 장치를 포함할 수 있다.
종래의 분석 장치는 조정 가능한 부재의 반사면에 배향된 광선을 방사하기 위한 광원과 반사면에서 반사된 광선의 충돌점을 검출하기 위한 검출기를 포함하는, 예컨대 광학 센서를 포함한다. 그러나, 이러한 광학 센서는 비교적 고가이며 비교적 넓은 조립 공간을 필요로 한다. 더욱이, 광학 센서에 의해 제공된 값을 분석하기 위한 분석 방법은 비교적 번거롭다.
상기 분석 장치는 광학 센서에 대한 대안으로, 용량성 센서를 포함할 수도 있다. 이 경우, 조정 가능한 부재는 제1 전극을 포함한다. 제1 전극과, 홀더에 고정 배치된 제2 전극 사이의 커패시턴스는 홀더와 관련하여 조정 가능한 부재의 현재 위치를 추론할 수 있도록 한다. 그러나, 이러한 용량성 센서를 구비한 분석 장치는 장애 신호의 필터링을 위한 복잡한 전자 부품을 필요로 한다. 더욱이, 홀더와 관련하여 조정 가능한 부재의 조정을 위해 인가된 전기 구동기의 전압은 용량성 센서의 측정 에러를 초래할 수 있다.
종래 기술에는, 조정 가능한 부재를 홀더에 연결하는 스프링에 압전 저항 센서 요소를 장착하는 측정 방법이 또한 공지되어 있다. 이 경우 홀더와 관련하여 조정 가능한 부재가 조정됨으로써 압전 저항 요소에 기계적 응력이 종종 야기된다. 압전 저항 요소에 의해 제공된 센서 신호는 기계적 응력에 의해 변동한다.
그러나, 이러한 측정 방법이 실행되려면 스프링 상에 또는 스프링 내에 배치된 압전 저항 센서 요소가 전기 공급 라인 및/또는 검출 라인에 의해 전기 접속되어야 한다. 이는 특히, 조정 가능한 부재의 현재 위치의 변동을 2개 이상의 공간 방향에서 검출하기 위해 2개 이상의 압전 저항 센서 요소들을 사용할 경우 종종 문제를 일으킨다. 종래 기술에 따르면, 이러한 유형의 측정 방법의 경우 제1 압전 저항 센서 요소는 제1 스프링 상에 또는 상기 제1 스프링 내에 배치되고 제2 압전 저항 센서 요소는 제2 스프링 상에 또는 상기 제2 스프링 내에 배치된다. 통상, 제1 스프링은 조정 가능한 부재가 제1 회전축을 중심으로 조정될 때 비틀린다. 이에 상응하게, 제2 스프링은 홀더와 관련하여 조정 가능한 부재가 제2 회전축을 중심으로 조정되는 즉시 비틀린다.
제1 스프링이 외측 스프링으로서 형성되고 제2 스프링은 내측 스프링으로서 형성되는 한, 제2 압전 저항 센서 요소의 공급 라인 및/또는 검출 라인은 제1 스프링에 의해 안내되어야 한다. 이는 특히 50㎛ 미만의 폭을 갖는 좁은 스프링의 경우에 거의 구현되지 못한다. 추가로, 제2 압전 저항 센서 요소의 공급 라인 및/또는 검출 라인은 (특히 상기 라인들이 알루미늄으로 구성될 때) 제1 스프링이 휠 경우에 손상될 수 있다. 더욱이, 제1 스프링에 의해 안내되는 제2 압전 저항 센서 요소의 공급 라인 및/또는 검출 라인은 조정 가능한 부재가 제1 회전축을 중심으로 조정 될 수 있는 가능성을 일반적으로 감소시킨다.
본 발명은 제1항, 제7항 및 제8항의 특징을 갖는 미세기계 부품과, 제10항의 특징을 갖는 미세기계 부품의 제조 방법을 제공한다.
스프링의 제1 고정 영역 및/또는 스프링의 제2 고정 영역은 예컨대 홀더의 영역 및/또는 조정 가능한 부재의 영역이며, 상기 영역들은 스프링에 접촉하거나 스프링에 인접한다. 바람직하게, 스프링이 비틀리거나 휠 경우 하나 이상의 고정 영역에서 기계적 응력이 발생하도록, 스프링은 제1 고정 영역에 의해 홀더의 하나 이상의 서브 유닛에 연결되고 제2 고정 영역에 의해서는 조정 가능한 부재의 하나 이상의 서브 유닛에 연결된다.
제1 압전 저항 센서 요소와 제2 압전 저항 센서 요소가 공통의 스프링 상에 또는 상기 스프링 내에 배치되거나 하나 이상의 고정 영역에 배치됨으로써, 예컨대 제1 압전 저항 센서 요소 및 제2 압전 저항 센서 요소의 하나 이상의 공통 라인이 형성될 수 있다. 공통의 라인은 제1 압전 저항 센서 요소와 제2 압전 저항 센서 요소에 접촉하는 라인을 의미한다. 이러한 방식으로, 두 압전 저항 센서 요소들을 하나의 공통 스프링 상에 배치할 경우 두 압전 저항 센서 요소들의 전기 접속에 필요한 라인들의 수가 감소할 수 있다. 필요한 라인들의 수가 감소함으로써, 홀더에 대한 조정 가능한 부재의 조정 가능성이 향상될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 제2 압전 저항 센서 요소는 제1 압전 저항 센서 요소와 동일한 스프링 상에 또는 상기 스프링 내에 배치된다. 이 경우, 스프링이 비틀리거나 휠 경우 두 센서 요소들 중 하나 이상의 센서 요소에 비교적 큰 기계적 응력이 가해진다.
바람직하게, 두 센서 장치들은 제2 센서 요소에 작용하는 제1 기계적 응력을 제1 센서 장치가 측정/검출하지 않고, 제1 센서 요소에 작용하는 기계적 응력을 제2 센서 장치가 측정/검출하지 않도록 설계된다.
특히, 두 압전 저항 센서 요소들을 구비한 스프링은 외측 스프링으로서 형성될 수 있다. 이 경우, 두 압전 저항 센서 요소들을 구비한 상기 스프링은 홀더와 직접 접촉하도록 설계된다. 이로써 종래와 같이 하나 이상의 스프링에 의해 라인들이 안내될 경우 발생하는 문제들도 배제된다. 특히 하나의 스프링에 의해 안내된 라인의 손상 위험은 방지된다.
더욱이, 특정 변형예의 경우 실제 구동을 위한 2개의 전위(대지 전위와 수백 V의 범위에서 가변적인 신호)를 하나의 외측 스프링에 의해 안내하는 것이 요구된다. 이러한 높은 전압은 종래와 같이 선택 신호에 장애를 줄 수 있다. 따라서 바람직하게는, 하나의 외측 스프링 상에서 검출이 실행된다.
전 단락에서 설명한 미세기계 부품의 장점은 미세기계 부품의 상응하는 제조 방법에서도 보장된다.
본 발명의 추가의 특징들과 장점들은 도면을 기초로 이하에서 설명된다.
도 1은 미세기계 부품의 제1 실시예의 횡단면도이다.
도 2는 미세기계 부품의 제2 실시예의 스프링의 도면이다.
도 3a 내지 3c는 미세기계 부품의 압전 저항 센서 요소를 위한 배치 가능성을 나타내기 위한 좌표계이다.
도 4는 미세기계 부품의 제3 실시예의 스프링의 도면이다.
도 5는 미세기계 부품의 제4 실시예의 스프링의 도면이다.
도 6은 미세기계 부품의 제5 실시예의 스프링의 도면이다.
도 7은 미세기계 부품의 제6 실시예의 스프링의 도면이다.
도 1에는 미세기계 부품의 제1 실시예의 횡단면도가 도시되어 있다.
도시된 미세기계 부품의 횡단면은 미세기계 부품의 조정 가능한 부재(14)를 홀더(16)에 연결하는 스프링(12)의 종축(10)을 따라 연장된다. 스프링(12)은 단결정 실리콘 재료에서 구조화될 수 있다. 스프링(12)을 위한 바람직한 재료는 실리콘이다. 바람직하게, 스프링(12)의 종축(10)은 단결정 실리콘 재료의 110 결정 방향을 따라 연장된다. 이하에서 더 정확하게 설명되는 바와 같이, 상기 유형의 스프링(12)은 휘트스톤 브릿지 및/또는 트랜스듀서가 쉽게 실행되도록 한다. 특히 상기의 경우, 휘트스톤 브릿지 또는 트랜스듀서의 압전 저항 센서 요소는 바람직하게 배향될 수 있다. 특히, 스프링(12)은 홀더(16) 및/또는 조정 가능한 부재(14)의 하나 이상의 서브 유닛에 일부재로 형성될 수 있다.
도시된 실시예에서, 홀더(16)에 인접한 스프링(12)의 제1 단부 섹션은 스프링(12)을 제1 레그와, (미도시된) 제2 레그와, 연결 웨브로 분할하는 연속형 리세스를 포함한다. 스프링(12)의 이와 같은 구성의 장점은 계속해서 하기에서 구체적으로 언급된다.
미세기계 부품은 조정 가능한 부재(14)를 홀더(16)에 연결하는 하나 이상의 추가의 스프링을 스프링(12) 외에 더 포함할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 외측 스프링으로서 형성된 스프링(12)은 내측 스프링으로서 형성된 하나 이상의 추가의 스프링에 홀더(16)를 연결하는 반면, 하나 이상의 내측 스프링은 스프링(12)과 조정 가능한 부재(14) 사이에 배치된다. 미세기계 부품은 외측 스프링으로서 형성된 스프링(12) 외에 추가의 외측 스프링을 더 포함할 수 있다. 계속해서 설명되는, 본 발명에 따른 기술은 하나 이상의 추가의 스프링을 필요로 하지 않는다. 따라서 본원에 설명되는 실시예는 하나 이상의 추가의 스프링 또는 하나 이상의 추가의 스프링의 특정 구성에 국한되지 않는다.
조정 가능한 부재(14)는 예컨대 (미도시된) 미러판을 포함할 수 있다. 그러나, 미세기계 부품이 마이크로 미러로서의 구성에 국한되지 않는다는 점을 언급해둔다.
도시된 실시예에서, 미세기계 부품은 조정 가능한 부재(14)에 배치된 액추에이터-빗형 전극(18)과, 홀더(16)에 고정 연결된 고정자-빗형 전극(20)을 포함한다. 빗형 전극들(18, 20)은 홀더(16)와 관련하여 조정 가능한 부재(14)를 조정하도록 설계된 정전 구동기의 서브 유닛이다. 물론, 상기 유형의 정전 구동기에 미세기계 부품이 국한되는 것은 아니다. 빗형 전극들(18, 20)에 대한 대안예 또는 보충예로서, 미세기계 부품은 하나 이상의 추가의 전기 및/또는 자기 구동 부품을 포함할 수 있다.
바람직하게, 미세기계 부품의 구동기는 홀더(16)와 관련하여 조정 가능한 부재(14)가 스프링(12)의 종방향(10)을 중심으로 조정되고 상기 종방향(10)에 대해 비평행하게 배향된 회전축을 중심으로 조정되도록 설계된다. 이 경우, 2축으로 서스펜션된 조정 가능한 부재(14)도 관련될 수 있다.
도시된 미세기계 부품은 (미도시된) 제1 압전 저항 센서 요소를 구비한 제1 센서 장치(22)와, (미도시된) 제2 압전 저항 센서 요소를 구비한 제2 센서 장치(24)를 포함한다. 제1 압전 저항 센서 요소와 제2 압전 저항 센서 요소는 스프링(12) 상에 또는 상기 스프링 내에 배치된다. 스프링(12) 상에 또는 상기 스프링 내에 압전 저항 센서 요소가 배치되는 것은 예컨대, 홀더(16)에 대한 스프링(12)의 제1 연결면(26)과 조정 가능한 부재(14)에 대한 스프링(12)의 제2 연결면(28) 사이에 놓인 압전 저항 센서 요소의 위치들을 의미한다. 연결면들(26, 28)은 가상의 면들[즉, 스프링(12)의 최소 단부 섹션] 및/또는 스프링(12)의 고정 영역들일 수도 있다. 센서 장치(22, 24)의 압전 저항 센서 요소들에 대한 바람직한 실시예 및 위치는 계속해서 이하에서 더 정확하게 언급된다.
미세기계 부품에서는, 센서 장치들(22, 24) 중 하나 이상의 센서 장치 및/또는 구동기의 전기 접속을 위한 라인들이 코팅층(30)과 도펀트층(32) 상에 형성될 수 있다. 스프링(12) 제조 방법 및, 빗형 전극(18, 20)을 구비한 구동기의 제조 방법과, 도 1에 기초한 코팅층(30) 및 도펀트층(32)으로 이루어진 라인의 제조 방법은 당업자에게 제안되어 있으므로, 본원에 언급되지 않는다.
도 2에는 미세기계 부품의 제2 실시예의 스프링이 도시되어 있다.
도시된 스프링(12)에 부하가 제공되지 않으면, 스프링(12)은 초기 위치(실선)에 존재한다. 예를 들어, 이는 미세기계 부품의 조정 가능한 부재의 조정을 위한 구동기가 작동하지 않는 경우에 해당한다. 초기 위치에서 스프링(12)은 상기 스프링의 종축(10)을 따라 연장된다.
(미도시된) 조정 가능한 부재는 도시된 스프링(12)에 의해, (부분적으로만 도시된) 홀더(16)에 조정 가능하도록 연결된다. 바람직하게, 조정 가능한 부재는 종축(10)과, 상기 종축(10)에 대해 비평행하게 배향된 회전축을 중심으로 조정될 수 있다. 바람직하게 상기 회전축은 종축(10)에 대해 수직으로 배향된다. 종축(10) 및/또는 회전축을 중심으로 하는 조정 가능한 부재의 조정 운동은 스프링(12)의 상응하는 휨 운동(파선)을 일으킨다.
조정 가능한 부재가 예컨대 종축(10)을 중심으로 회전하면, 이로써 스프링(12)은 종축(10)을 중심으로 비틀리게 된다. 종축(10)을 중심으로 하는 스프링(12)의 비틀림은 이하에서 스프링(12)의 변형을 의미하며, 이러한 변형 시 조정 가능한 부재 쪽 스프링(12)의 제2 단부 섹션은 홀더(16)에 인접한 스프링(12)의 제1 단부 섹션에 대해 종축(10)을 중심으로 회전한다. 종축(10)을 중심으로 스프링(12)의 이와 같이 비틀릴 경우, 특히 스프링(12)의 제1 단부 섹션에서는 기계적 응력이 발생한다.
마찬가지로 종축(10)에 대해 비평행하게 배향된 회전축을 중심으로 하는 조정 가능한 부재의 조정은 스프링(12)의 변형을 일으키며, 이하에서 상기 변형은 회전축을 중심으로 하는 스프링(12)의 휨으로 지칭된다. 회전축을 중심으로 스프링(12)이 휠 경우 제2 단부 섹션은 제1 단부 섹션에 대해 회전축을 중심으로 조정된다. 이와 같이 스프링(12)이 휠 경우 제1 단부 섹션에서 기계적 응력이 발생한다.
계속해서 이하에서 더 정확하게 설명되는 바와 같이, 미세기계 부품은 각각 하나 이상의 압전 저항 센서 요소를 구비한 2개의 (미도시된) 센서 장치들을 포함한다. 2개 이상의 압전 저항 센서 요소는, 종축(10)을 중심으로 스프링(12)이 비틀릴 경우 및/또는 회전축을 중심으로 스프링(12)이 휠 경우에 발생하는 기계적 응력이 하나 이상의 압전 저항 센서 요소에 작용하도록, 스프링(12) 상에 또는 상기 스프링 내에 배치된다. 센서 장치들 각각은 해당 압전 저항 센서 요소에 기계적 응력이 작용할 경우 상응하는 센서 신호가 미세기계 부품의 (미도시된) 분석 장치에 제공되도록 설계된다. 센서 장치로부터 제공된 센서 신호들은 전압, 전압 변동, 저항 및/또는 저항 변동을 포함할 수 있다.
분석 장치는, 제공된 센서 신호들을 고려하면서, 종축(10)을 중심으로 하는 조정 가능한 부재 및/또는 스프링(12)의 제1 조정 운동 및/또는 휨 운동에 대한 제1 정보와, 회전축을 중심으로 하는 조정 가능한 부재 및/또는 스프링(12)의 제2 조정 운동 및/또는 휨 운동에 대한 제2 정보를 산출하도록 설계된다. 제1 정보 및/또는 제2 정보는 예컨대, 조정 가능한 부재 및/또는 스프링(12)이 종축(10)을 중심으로 회전하는 제1 조정각 및/또는, 조정 가능한 부재 및/또는 스프링(12)이 회전축을 중심으로 회전하는 제2 조정각을 포함할 수 있다. 제1 정보 및/또는 제2 정보는 조정각에 대한 대안예 또는 보충예로서, 홀더와 관련하여 조정 가능한 부재의 현재 위치 및/또는 현재 위치의 변동을 설명하는 하나 이상의 추가의 변수를 포함할 수도 있다. 압전 저항 센서 요소의 특히 바람직한 실시예, 위치 및, 분석 장치의 구성은 이하에서 더 정확하게 언급된다.
여기서는, 서로 비평행한 2개의 축들을 중심으로 하는 조정 가능한 부재 및/또는 스프링(12)의 조정 운동 및/또는 휨 운동에 대한 정보를 검출 또는 산출하기 위해 2개의 센서 장치들의 2개 이상의 압전 저항 센서 요소들을 단 하나의 스프링(12) 상에 또는 상기 스프링 내에 할당하는 것이 충분한 점이 언급된다. 2개 이상의 압전 저항 센서 요소들의 배치를 위해 추가의 스프링을 사용하지 않고도 2개의 센서 장치들의 2개 이상의 압전 저항 센서 요소들을 스프링(12) 상에 또는 상기 스프링 내에 배치하는 장점은, 이하에서 구체적으로 언급된다.
도 3a 내지 도 3c에는 미세기계 부품의 압전 저항 센서 요소를 위한 배치 가능성들을 나타내기 위한 좌표계가 도시되어 있다. 도시된 좌표계의 횡좌표는 단결정 실리콘의 100 결정 방향에 상응한다. 종좌표는 단결정 실리콘의 010 결정 방향을 나타낸다.
도 3a에 개략적으로 나타난 압전 저항 센서 요소는 트랜스듀서로서 형성된 센서 장치의 p 도핑된 압전(34a)이다. p 도핑된 압전(34a)으로서 형성된 센서 요소는 단결정 실리콘에 형성된다. p 도핑된 압전(34a)을 구비한 트랜스듀서를 단결정 실리콘층에 제조하기 위한 방법은 당업자에게 공지되어 있으므로, 이에 대해서는 더 언급되지 않는다.
트랜스듀서는 p 도핑된 압전(34a)에 대한 기계적 응력이 전압 변동을 일으키도록 형성된다. 전류(j)가 p 도핑된 압전(34a)을 통해 안내되면, p 도핑된 압전(34a)에서 전압(U)이 인출됨으로써 전압 변동이 산출될 수 있다. p 도핑된 압전(34a)이 단결정 실리콘층의 100 결정 방향으로 놓이고 p 도핑된 압전(34a)에 작용하는 기계적 응력이 단결정 실리콘층의 100 결정 방향에 대해 평행하게 또는 수직으로 배향될 때 최대 전압 변동이 존재한다.
따라서, 센서 장치의 신뢰할만한 기능을 위해 p 도핑된 압전(34a)은 100 결정 방향을 따라 배향된다. p 도핑된 압전(34a)이 이와 같이 배향되는 경우, 전류(j)는 바람직하게 100 결정 방향을 따라 p 도핑된 압전(34a)을 통해 안내된다. p 도핑된 압전(34a)에서는 전류(j)에 대해 수직으로 전압(U)이 인출된다.
도 3b에는 p 도핑된 저항(34b), 하프 브릿지 및/또는, 휘트스톤 브릿지로서 형성된 센서 장치의 바람직한 배향이 나타나 있다. 휘트스톤 브릿지는 압전 저항 센서 요소로서 형성된 p 도핑된 4개의 저항들(34b)을 포함할 수 있다.
바람직하게 휘트스톤 브릿지의 p 도핑된 저항(34b)은, p 도핑된 저항(34b)이 단결정 실리콘의 110 결정 방향을 따라 배향되고 전류(j)가 p 도핑된 저항(34b)을 통해 상기 110 결정 방향을 따라 안내되도록 단결정 실리콘 내에 매립된다. p 도핑된 4개의 저항들(34b)에서 저항(R)/저항 변동이 휘트스톤 브릿지의 센서 신호로서 인출된다. 바람직하게 저항(R)/저항 변동의 인출은 p 도핑된 하나 이상의 저항(34b)의 배향에 대해 수직으로 실행된다.
도 3c에 도시된 센서 장치는 저항, 하프 브릿지 및/또는, 휘트스톤 브릿지로서 상호 연결된 n 도핑된 4개의 저항들(34c)을 포함한다. n 도핑된 4개의 저항들(34c)이 단결정 실리콘의 100 결정 방향으로 배향되고 기계적 응력이 상기 100 결정 방향에 대해 평행하게 또는 수직으로 n 도핑된 4개의 저항들(34c)에 작용할 때 상기 유형의 휘트스톤 브릿지에서는 최대 저항 변동이 존재한다.
따라서 휘트스톤 브릿지는, n 도핑된 저항들(34c) 중 하나 이상이 100 결정 방향을 따라 배향되고 전류(j)가 n 도핑된 저항(34c)을 통해 100 결정 방향을 따라 안내되도록 단결정 실리콘 상에 또는 상기 실리콘 내에 배치된다. 이 경우 n 도핑된 저항들(34c)에서 저항(R)/저항 변동이 측정될 수 있다. n 도핑된 저항들(34c)이 이와 같이 바람직하게 배향됨으로써, n 도핑된 저항들(34c)에 가해진 기계적 응력은 최대 저항 변동을 일으킨다. 바람직하게, 저항(R)/저항 변동은 전류(j)에 대해 수직으로 n 도핑된 저항들(34c)에서 측정된다.
p 도핑된 하나 이상의 압전(34a)을 구비한 센서 장치(22 또는 24) 및/또는 4개의 저항들(34b 또는 34c)을 구비한 휘트스톤 브릿지는 비용면에서 유리하고 비교적 쉽게 제조될 수 있다. p 도핑된 하나 이상의 압전(34a), p 도핑된 저항(34b) 및/또는 n 도핑된 저항(34c)을 미세기계 부품의 스프링(12) 상에 배치하기 위한 추가의 바람직한 실시예는 이하에서 더 정확하게 설명된다.
도 4에는 미세기계 부품의 제3 실시예의 스프링이 도시되어 있다.
도시된 스프링(12)은, (초기 위치)에서 단결정 실리콘의 110 결정 방향을 따라 스프링(12)의 종방향(10)이 연장되도록 단결정 실리콘에서 구조화된다. 스프링(12)에 의해, (미도시된) 조정 가능한 부재가 홀더(16)에 연결된다.
스프링(12)의 평균 폭은 50㎛ 미만일 수 있다. 예를 들어, 스프링(12)의 평균 폭은 10㎛ 내지 30㎛이다. 홀더(16)에 인접하게 배치된 스프링(12)의 제1 단부 섹션(40)의 최대 폭은 조정 가능한 부재 쪽으로 배향된 제2 단부 섹션(42)의 최대 폭보다 크다. 마찬가지로 제1 단부 섹션(40)의 최대 폭은 제1 단부 섹션(40)으로부터 제2 단부 섹션(42)으로 연장된 스프링(12)의 중간 섹션(43)의 최대 폭보다 크다. 이는 스프링(12)의 제2 단부 섹션(42) 및/또는 중간 섹션(43)과 비교하여, 제1 단부 섹션(40)의 확장부로도 지칭될 수 있다.
바람직하게, 제1 단부 섹션(40)의 폭은 중간 섹션(43)으로부터 홀더(16)까지의 방향을 따라 일정하게 증가한다. 이는 홀더(16)에 대한, 스프링(12)의 고정된 V자형 스프링 연결부로 지칭될 수도 있다.
제1 단부 섹션(40) 상에 또는 상기 제1 단부 섹션 내에는 트랜스듀서로서 형성된 제1 센서 장치(22)의 p 도핑된 제1 압전(34a)과 트랜스듀서로서 형성된 제2 센서 장치(24)의 p 도핑된 제2 압전(34a)이 배치된다. 센서 장치(22, 24)로서 기능하는 트랜스듀서 각각은, 전류(j)가 통과해서 안내되는 p 도핑된 해당 압전(34a)에 기계적 응력이 야기되고 전류(j)에 대해 수직으로 배향된 전압(U)이 변동하도록 설계된다. 바람직하게, 전압(U)의 변동은 전류(j)에 대해 수직으로 측정된다.
스프링(12)의 종축(10)이 단결정 실리콘의 110 결정 방향에 따르는 경우, 종축(10)에 대해 45°의 각으로 전류(j)가 배향되도록, p 도핑된 압전(34a)을 통해 전류(j)가 안내되는 것이 바람직하다. 이로써, p 도핑된 압전(34a)을 통과하는 전류(j)는 100 결정 방향을 따라 배향된다.
전류(j)의 이러한 바람직한 배향은, 두 전류 공급 라인들(44, 46) 사이의 최소 거리가 100 결정 방향을 따라 연장되도록 제1 전류 공급 라인(44)과 제2 전류 공급 라인(46)이 제1 센서 장치(22)의 p 도핑된 압전(34a)에 접촉함으로써, 제1 센서 장치(22)의 p 도핑된 압전(34a)에서 구현될 수 있다. 추가로, 두 전류 공급 라인들(46, 48) 사이의 최단 거리가 100 결정 방향을 따라 배향되도록 제2 전류 공급 라인(46)과 제3 전류 공급 라인(48)이 제2 센서 장치(24)의 p 도핑된 압전(34a)에 접촉할 수 있다. 전류 공급 라인들(44 내지 48)이 전류원에 적합하게 연결됨으로써 두 센서 장치들(22, 24)의 p 도핑된 압전(34a)을 통과하는 충분한 전류(j)가 보장된다. 예컨대, 전류 공급 라인(44, 48)은 전류원의 양극에, 전류 공급 라인(46)은 전류원의 음극에 연결될 수 있다. 물론, 당업자에게는 도 4의 전류 공급 라인들(44 내지 48)의 추가의 가능한 극성도 제안되어 있다.
공통의 제2 전류 공급 라인(46)을 통해 두 센서 장치들(22, 24)의 p 도핑된 2개의 압전들(34a)이 접촉함으로써, 두 센서 장치들(22, 24)의 p 도핑된 2개의 압전들(34a)의 전류 공급을 위한 전류 공급 라인들(44 내지 48)의 수가 비교적 적을 수 있다. 이로써 두 센서 장치들(22, 24)의 p 도핑된 2개의 압전들(34a)을 구비한 스프링(12)의 스프링 강성은 전류 공급 라인들(44 내지 48)의 영향을 적은 정도로만 받는다. 이는 p 도핑된 2개의 압전들(34a)을 2개의 스프링에 배치할 경우 p 도핑된 2개의 압전들(34a)의 전류 공급에 더 많은 수의 전류 공급 라인들이 필요한 종래 기술과 비교할 때, 본원에 설명된 실시예의 실질적인 장점이다. 단결정 실리콘은 높은 기계적 안정성을 갖지만, 반도체보다 비교적 높은 저항을 갖는다. 이러한 저항을 낮게 유지하기 위해서는, 스프링(12)을 거쳐 가급적 적은 수의 전류 공급 라인(44 내지 48)을 안내하는 것이 추가로 바람직하다.
제1 센서 장치(22)의 p 도핑된 압전(34a)에는 2개의 전압 인출 라인들(50, 52)이 연결된다. 바람직하게, 두 전압 인출 라인들(50, 52)의 위치는 두 전압 인출 라인들(50, 52) 사이의 최소 거리가 단결정 실리콘의 010 결정 방향을 따라 배향되도록 선택된다. 이에 상응하게 2개의 전압 인출 라인들(54, 56)은, 두 전압 인출 라인들(54, 56) 사이의 최소 거리가 마찬가지로 010 결정 방향을 따라 연장되도록 제2 센서 장치(24)의 p 도핑된 압전(34a)에 접촉할 수 있다. 이로써, 전압(U) 인출을 위해 형성된 전압 인출 라인들(50 내지 56)은 010 결정 방향을 따라 전압(U)이 인출되도록 형성된다. 이는 2개의 센서 장치들(22, 24)의 p 도핑된 두 압전들(34a)에 작용하는 기계적 응력을 검출하거나, 조정 가능한 부재 및/또는 스프링(12)의 조정 운동 및/또는 휨 운동에 대한 정보를 계속해서 설명되는 방식에 의해 산출하는데 2개의 센서 장치들(22, 24)의 p 도핑된 두 압전들(34a)이 최적으로 사용되도록 보장한다.
제1 단부 섹션(40)이 V자형으로 형성되는 경우, 2개의 센서 장치들(22, 24)의 p 도핑된 2개의 압전들(34a)과 라인들(44 내지 56)을 위해 충분한 장착면이 보장된다. 라인들(44 내지 56)이 제1 단부 섹션(40)을 벗어나서 스프링(12)을 따라 안내되는 것이 아니기 때문에, 상기 라인들은 스프링(12)의 스프링 강성을 저하시키지 않는다.
2개의 센서 장치들(22, 24)의 p 도핑된 2개의 압전들(34a)은 스프링(12)과 홀더(16) 사이의 (가상의) 연결면(26)에 대해 동일한 거리를 둘 수 있다. 마찬가지로, 2개의 센서 장치들(22, 24)의 p 도핑된 2개의 압전들(34a)은 바람직하게 종축(10)에 놓인 중점(60)에 대해 동일한 거리를 둘 수 있다. 2개의 센서 장치들(22, 24)의 p 도핑된 2개의 압전들(34a)이 상기와 같이 배치될 경우, 스프링(12)이 종축(10)에 대해 비평행하게 배향된 회전축을 중심으로 휘거나 조정 가능한 부재가 상기 회전축을 중심으로 조정될 경우 p 도핑된 2개의 압전들(34a)에 가해진 기계적 응력은 거의 동일하다. 이에 반해, p 도핑된 2개의 압전들(34a)이 상기와 같이 배치될 경우 종축(10)을 중심으로 하는 스프링(12)의 비틀림 또는 종축(10)을 중심으로 하는 조정 가능한 부재의 조정은 2개의 센서 장치들(22, 24)의 p 도핑된 2개의 압전들(34a)에 상이한 기계적 응력을 유도한다. 상기의 두 경우들에서, 기계적 응력은 110 결정 방향으로 방해 전압을 포함한다.
바람직하게, 2개의 센서 장치들(22, 24)의 p 도핑된 2개의 압전들(34a)이 상기와 같이 배치될 경우 (미도시된) 분석 장치는, 제1 센서 신호로서 제공된 제1 센서 장치(22)의 제1 전압 신호와 제2 센서 신호로서 제공된 제2 센서 장치(22)의 제2 전압 신호의 차이를 고려하면서, 종축(10)을 중심으로 하는 조정 가능한 부재 및/또는 스프링(12)의 제1 조정 운동 및/또는 휨 운동에 대한 제1 정보를 산출하도록 설계된다. 추가로, 상기 분석 장치는 제1 전압 신호와 제2 전압 신호의 평균값을 고려하면서, 종축(10)에 대해 비평행한 회전축을 중심으로 하는 조정 가능한 부재 및/또는 스프링(12)의 제2 조정 운동 및/또는 휨 운동에 대한 제2 정보를 산출하도록 설계된다. 상기의 방식으로, 신뢰할만한 제1 정보와 신뢰할만한 제2 정보를 산출하기 위한 비용은 비교적 낮을 수 있다.
대안적 실시예에서 스프링(12)은, 스프링(12)의 종방향(10)이 (초기 위치에서) 스프링 재료(바람직하게는 실리콘)의 100 결정 방향을 따라 배향되도록 형성될 수도 있다. 바람직하게, 스프링(12)이 이와 같이 형성될 경우 스프링(12)의 100 결정 방향 또는 종방향(10)에 대해 평행하게 배향된 각각 하나의 트랜스듀서가 2개의 센서 장치들(22, 24)을 위해 사용된다. 2개의 센서 장치들(22, 24)이 n 도핑된 저항들을 포함하면, 상기 저항들은 도 4에 도시된 방식으로 바람직하게 배향된다. 2개의 센서 장치들(22, 24)을 위해 p 도핑된 저항들이 사용될 경우, 저항들의 배향은 바람직하게 45°만큼 회전된다. 본원에 열거된 모든 실시예들의 경우, 2개의 센서 장치들(22, 24)의 압전 저항 요소들은 100 결정 방향을 따라 형성된 스프링(12)의 영역들에 배치되며, 상기 영역들에서는 스프링(12)의 휨 및/또는 비틀림 시 최대 기계적 응력이 발생한다.
도 5에는 미세기계 부품의 제4 실시예의 스프링이 도시되어 있다.
도시된 스프링(12)의 경우, 도 4의 실시예에 대한 보충예로서 연속형 리세스(62)가 제1 단부 섹션(40) 내부에 형성되며, 상기 리세스는 제1 단부 섹션(40)을 제1 레그(64)와 제2 레그(66)로 분할한다. 바람직하게, 두 레그들(64, 66)은 V자형 구조를 형성한다.
바람직하게, 제1 센서 장치(22)의 p 도핑된 압전(34a)은 제1 레그(64) 상에 또는 제1 레그 내에 배치되고, 제2 센서 장치(24)의 p 도핑된 압전(34a)은 제2 레그(66) 상에 또는 제2 레그 내에 배치된다. 이 경우 연속형 리세스(62)가 단부 섹션(40) 내부에 형성됨으로써, 종축(10)을 중심으로 그리고/또는 상기 종축(10)에 대해 비평행한 추가의 회전축을 중심으로 조정 가능한 부재가 조정될 경우 2개의 센서 장치들(22, 24)의 p 도핑된 2개의 압전들(34a)에 작용하는 기계적 응력이 강화된다. 이로써, 2개의 센서 장치들(22, 24)의 p 도핑된 2개의 압전들(34a)은 회전축을 중심으로 스프링(12)이 비틀릴 경우 그리고/또는 스프링(12)이 휠 경우 비교적 높은 기계적 응력을 갖는 스프링 섹션들에 목표한 대로 배치된다. 상기의 방식으로 제1 정보와 제2 정보가 더 정확하게 산출될 수 있다.
도 6에는 미세기계 부품의 제5 실시예의 스프링이 도시되어 있다.
도시된 스프링(12)은 단결정 실리콘의 110 결정 방향을 따라 종축(10)이 배향되도록 단결정 실리콘에서 구조화된다. 조정 가능한 (미도시된) 요소는 스프링(12)에 의해 홀더(16)에 연결된다. 바람직하게 스프링(12)은 홀더(16)의 하나 이상의 서브 유닛 및/또는 조정 가능한 부재의 서브 유닛에 일부재로 형성된다.
홀더(16)에 인접하게 배치된 스프링(12)의 제1 단부 섹션(40)은 조정 가능한 부재 쪽으로 배향된 제2 단부 섹션(42) 및/또는 중간 섹션(43)에 대해 확장부를 포함한다. 도시된 도 6의 실시예의 경우 제2 단부 섹션(42)과 중간 섹션(43)은 10㎛ 내지 20㎛의 평균 폭을 갖는다. 이에 반해, 제1 단부 섹션(40)의 두 외측면들은 서로 80㎛ 내지 150㎛의 거리를 두고 놓여 있다.
제1 단부 섹션(40)에는 제1 단부 섹션(40)을 제1 레그(70), 제2 레그(72) 및 연결 웨브(74)로 분할하는 (연속형) 리세스(62)가 형성된다. 바람직하게, 연결 웨브(74)는 U자형 구조가 형성되도록 제2 레그(72)에 제1 레그(70)를 연결한다. 특히 제1 레그(70)는 제2 레그(72)에 대해 평행하게 배향될 수 있다.
도시된 스프링(12)의 경우 제1 센서 장치(22)는 적어도 부분적으로 제1 레그(70)에 형성된다. 제1 센서 장치(22)는 p 도핑된 4개의 저항들(76b 내지 82b)을 구비한 휘트스톤 브릿지이다. p 도핑된 제1 저항(76b)과 p 도핑된 제2 저항(78b)은 제1 레그(70)에 배치된다. p 도핑된 제3 저항(80b)과 p 도핑된 제4 저항(82b)은, 제1 레그(70)의 고정 영역 내부에 또는 이에 근접하게 상기 저항들이 놓이도록 바람직하게 홀더(16)에 배치된다.
제1 전류 공급 라인(84)은 제1 센서 장치(22)의 p 도핑된 제1 저항(76b)에 접촉한다. 추가로, p 도핑된 제1 저항(76b)은 측정 라인(86)에 의해 제1 센서 장치(22)의 p 도핑된 제3 저항(80b)에 연결된다. 제1 센서 장치(22)의 p 도핑된 제3 저항(80b)에는 제2 전류 공급 라인(88)도 연결된다. 제1 전류 공급 라인(84)과 제2 전류 공급 라인(88)은, 제1 센서 장치(22)의 p 도핑된 제1 저항(76b)과 p 도핑된 제3 저항(80b)을 통해 110 결정 방향을 따라 즉, 스프링(12)의 종축(10)에 대해 평행하게 또는 수직으로 전류(j)가 흐르도록, 제1 센서 장치(22)의 p 도핑된 제1 저항(76b)과 p 도핑된 제3 저항(80b)에 접촉한다.
제1 센서 장치(22)의 p 도핑된 제2 저항(78b)은 제3 전류 공급 라인(90)과 제2 측정 라인(92)에 연결된다. 제2 측정 라인(92)은 제4 전류 공급 라인(94)도 연결되어 있는 제1 센서 장치(22)의 p 도핑된 제4 저항(82b)에 p 도핑된 제2 저항(78b)을 연결한다. 제3 전류 공급 라인(90)과 제4 전류 공급 라인(94)은, 제1 센서 장치(22)의 p 도핑된 제2 저항(78b)과 p 도핑된 제4 저항(82b)을 통해 스프링(12)의 종축(10)에 대해 평행하게 또는 수직으로 전류(j)가 흐르도록, 제1 센서 장치(22)의 p 도핑된 제2 저항(78b) 또는 p 도핑된 제4 저항(82b)에 접촉한다. 이로써, 단결정 실리콘의 110 결정 방향을 따라 전류(j)가 안내될 수 있다.
예컨대, 제1 전류 공급 라인(84)은 전류원의 양극에, 제2 전류 공급 라인(88)은 전류원의 음극에 연결된다. 이 경우 바람직하게, 제3 전류 공급 라인(90)은 전류원의 음극에, 제4 전류 공급 라인(94)은 전류원의 양극에 연결된다.
제1 측정 라인(86)과 제2 측정 라인(92)은 제1 센서 장치(22)의 p 도핑된 4개의 저항들(76b 내지 82b)에서 저항(R) 또는 저항 변동을 제1 센서 신호로서 인출하도록 설계된다. p 도핑된 4개의 저항들(76b 내지 82b)을 구비한 휘트스톤 브릿지의 기능 방식은 당업자에게 공지되어 있으므로, 본원에서는 더 정확하게 언급되지 않는다.
스프링(12)에는 p 도핑된 4개의 저항들(96b 내지 102b)을 구비한 휘트스톤 브릿지로서 형성된 제2 센서 장치(24)도 배치된다. 바람직하게 제2 센서 장치(24)의 p 도핑된 4개의 저항들(96b 내지 102b)은 적어도 부분적으로 연결 웨브(74)에 놓인다. 특히 p 도핑된 제1 저항(96b)과 p 도핑된 제2 저항(98b)은 종축(10)의 제1 측면에 놓일 수 있다. 이 경우 p 도핑된 제3 저항(100b)과 p 도핑된 제4 저항(102b)은 바람직하게 종축(10)의 제2 측면에 배치된다.
도시된 실시예에서, 제2 센서 장치(24)의 p 도핑된 제1 저항(96b)은 제1 전류 공급 라인(84)과 제3 측정 라인(104)에 의해 접촉된다. 제3 측정 라인(104)은 제2 센서 장치(24)의 p 도핑된 제3 저항(100b)에 p 도핑된 제1 저항(96b)을 연결한다. p 도핑된 제3 저항(100b)에는 제5 전류 공급 라인(106)이 연결된다. 바람직하게 제1 전류 공급 라인(84)과 제5 전류 공급 라인(106)은 제2 센서 장치(24)의 p 도핑된 저항(96b, 100b)을 통해 종축(10)에 대해 수직으로 전류(j)가 흐르도록, p 도핑된 제1 저항(96b) 또는 p 도핑된 제3 저항(100b)에 접촉한다. 이 경우, p 도핑된 저항(96b, 100b)을 통과하는 전류(j)는 스프링(12)의 단결정 실리콘의 110 결정 방향을 따라 배향된다. 제1 전류 공급 라인(84)이 양극에 연결되는 한, 제5 전류 공급 라인(106)은 전류원의 음극에 연결된다.
또한, 제3 전류 공급 라인(90)은 제4 측정 라인(108)에 추가로 연결된 제2 센서 장치(24)의 p 도핑된 제2 저항(98b)에 접촉한다. 제4 측정 라인(108)은 제2 센서 장치(24)의 p 도핑된 제4 저항(102b)에 p 도핑된 제2 저항(98b)을 연결한다. 추가로, 제6 전류 공급 라인(110)은 제2 센서 장치(24)의 p 도핑된 제4 저항(102b)으로부터 전류원까지 연장된다. 제3 전류 공급 라인(90)이 음극에 접촉되는 한, 제6 전류 공급 라인(110)은 전류원의 양극에 연결된다.
제3 전류 공급 라인(90)과 제6 전류 공급 라인(110) 역시, p 도핑된 저항(98b, 102b)을 통해 전류(j)가 110 결정 방향을 따라 연장되도록, 상기 전류 공급 라인들에 할당된 제2 센서 장치(24)의 p 도핑된 저항(98b, 102b)에 접촉한다. 상기의 방식으로, 휘트스톤 브릿지로서 형성된 제2 센서 장치(24)의 바람직한, 신뢰할만 작동이 보장된다. 제3 측정 라인(104)과 제4 측정 라인(108)에 의해서도, p 도핑된 저항들(96b 내지 102b)에서 저항(R)/저항 변동이 제2 센서 신호로서 측정될 수 있다.
도 6에 기초해서 당업자가 인지하고 있는 바와 같이, 두 센서 장치들(22, 24)을 동일한 스프링(12)에 적어도 부분적으로 배치함으로써, p 도핑된 저항들(76b 내지 82b, 96b 내지 102b)의 전류 공급을 위해 비교적 적은 수의 전류 공급 라인(84, 88, 90, 94, 106 및 110)이 요구된다는 장점이 제공된다. 상기의 방식으로, 스프링(12)의 휨 강도뿐만 아니라 조정 가능한 부재의 양호한 조정 가능성이 전류 공급 라인(84, 88, 90, 94, 106 및 110)에 의해 거의 영향을 받지 않는 것이 보장된다. 마찬가지로, 스프링(12), 특히 제2 단부 섹션(42) 및/또는 중간 섹션(43)의 휨 및/또는 조정 가능한 부재의 조정은 경우에 따라 압전 저항식으로도 반응하는 전류 공급 라인(84, 88, 90, 94, 106 및 110)에 거의 영향을 미치지 않거나 적은 정도로만 영향을 미칠 수 있다. 이러한 방식으로, 전류 공급 라인(84, 88, 90, 94, 106 및 110)의 형성을 위한 작업 비용이 추가로 감소할 수 있다.
후속해서는, 제1 센서 장치(22)의 제1 센서 신호와 제2 센서 장치(24)의 제2 센서 신호를 고려하면서, 스프링(12) 및/또는 조정 가능한 부재의 조정 운동 및/또는 휨 운동에 대한 정보를 적은 비용으로 신뢰성 있게 어떻게 산출할 수 있는지가 설명되어 있다:
제1 단부 섹션(40)의 연속형 리세스(62)에 기초해서, 스프링(12)의 휨은 두 레그들(70, 72)과 연결 웨브(74)에서의 기계적 응력을 강화한다. 종축(10)을 중심으로 스프링(12)이 비틀릴 경우, 연결 웨브(74)에서는 비교적 높은 기계적 응력이 발생하는 반면, 두 레그들(70, 72)에서 야기된 기계적 응력은 비교적 낮게 유지된다. 이로써, 종축(10)을 중심으로 스프링(12)이 비틀릴 경우 발생하는 기계적 응력은 무엇보다 제2 센서 장치(24)의 제2 센서 신호에 영향을 미친다. 따라서 미세기계 부품의 (미도시된) 분석 장치는, 종축(10)을 중심으로 하는 스프링(12) 및/또는 조정 가능한 부재의 제1 조정 운동 및/또는 휨 운동(비틀림)에 대한 제1 정보를 제2 센서 신호를 기초로 산출하도록 바람직하게 설계된다.
조정 가능한 부재가 종축(10)에 대해 비평행한 회전축을 중심으로 조정되고, 이에 따라 스프링(12)이 상기 회전축을 중심으로 휠 경우, 레그(70, 72)의 기계적 응력은 연결 웨브(74)의 기계적 응력에 비해 강화된다. 특히, 상기 회전축이 종축(10)에 대해 수직으로 배향되면, 회전축을 중심으로 하는 스프링(12)의 휨은 레그(70, 72)에 비교적 높은 기계적 응력을 일으키는 반면, 연결 웨브(74)에 유도된 기계적 응력은 비교적 낮게 유지된다.
이로써, 종축(10)을 중심으로 하는 스프링(12)의 비틀림이 제2 센서 신호에 의해 양호하게 검출될 수 있도록 스프링(12)에 제2 센서 장치(24)가 배치되는 동안, 제1 레그(70) 상에 또는 제1 레그 내에는 제1 센서 장치(22)가 적어도 부분적으로 배치됨으로써, 종축(10)을 중심으로 하는 스프링(12)의 비틀림은 p 도핑된 4개의 저항들(76b 내지 82b)에 기계적 응력을 거의 일으키지 않지만, 회전축을 중심으로 하는 스프링(12)의 휨은 제1 센서 장치(22)의 p 도핑된 4개의 저항들(76b 내지 82b)에 비교적 높은 기계적 응력을 일으킨다. 따라서, 상기 분석 장치는 회전축을 중심으로 하는 스프링(12) 및/또는 조정 가능한 부재의 조정 운동 및/또는 휨 운동에 대한 제2 정보를 제1 센서 신호를 기초로 산출하도록 바람직하게 설계된다.
스프링(12)의 대안적 구성에서, 종축(10)은 100 결정 방향을 따라 배향될 수 있다. 이 경우 바람직하게 센서 장치들(22, 24)은 도 6에 도시된 배치와 배향을 갖는 n 도핑된 저항들을 포함한다. 센서 장치들(22, 24)을 위해, p 도핑된 각각 4개의 저항들(76b 내지 82b, 96b 내지 102b)이 제공되는 한, 상기의 배향은 p 도핑된 저항들(76b 내지 82b, 96b 내지 102b)에 맞게 조정된다.
도 7에는 미세기계 부품의 제6 실시예의 스프링이 도시되어 있다.
도시된 스프링(12)은 110 결정 방향을 따라 스프링(12)의 종축(10)이 연장되도록 단결정 실리콘에서 구조화된다. 홀더(16)에 인접하게 형성된 스프링(12)의 제1 단부 섹션(40)의 최소 폭은 조정 가능한 부재 쪽으로 배향된 스프링(12)의 제2 단부 섹션(42) 및/또는 중간 섹션(43)의 최소 폭보다 크다. 예컨대, 제2 단부 섹션(42) 및/또는 중간 섹션(43)은 10㎛ 내지 20㎛의 평균 폭을 갖는다. 이에 반해, 제1 단부 섹션(40)의 폭은 홀더(16)로부터의 거리가 멀어질수록 일정하게 감소할 수 있으며, 이때 상기 폭은 특히 50㎛ 내지 150㎛의 범위에 있다.
제1 단부 섹션(40)에는, 제1 단부 섹션(40)을 제1 레그(64)와 제2 레그(66)로 분할하는 연속형 리세스(62)가 형성된다. 바람직하게 두 레그들(64, 66)은 V자형 구조를 형성한다.
도시된 스프링(12)에는 제1 센서 장치(22)와, 제2 센서 장치(24)와, 전류 공급 라인(84, 88, 90, 94, 106 및 110) 및 측정 라인(86, 92, 104 및 108)이 적어도 부분적으로 형성된다. 그러나, 전술한 실시예와 달리 센서 장치(22, 24)는 n 도핑된 각각 4개의 저항들(76c 내지 82c 또는 96c 내지 102c)을 구비한 휘트스톤 브릿지로서 형성된다.
전류 공급 라인(84, 88, 90, 94, 106 및 110)은, 저항들(76c 내지 82c, 96c 내지 102c) 각각을 통과하는 전류(j)가 110 결정 방향을 따라 배향된 스프링(12)의 종축(10)에 대해 45°의 각으로 연장되도록, 상기 전류 공급 라인에 할당된 저항들(76c 내지 82c, 96c 내지 102c)에 접촉한다. 이로써, 저항들(76c 내지 82c, 96c 내지 102c)을 통과하는 전류(j)의 이러한 배향은 도 3c의 바람직한 배향에 상응한다. 이에 상응하게, 측정 라인(86, 92, 104 및 108) 역시 저항(R)/저항 변동의 측정이 종축(10) 또는 110 결정 방향에 대해 45°의 각으로 실행되도록 형성된다. 전류 공급 라인(84, 88, 90, 94, 106 및 110)과 측정 라인(86, 92, 104 및 108)은 앞서 이미 설명한 기능들을 충족시킨다. 따라서, 여기서 전류 공급 라인(84, 88, 90, 94, 106 및 110)과 측정 라인(86, 92, 104 및 108)의 추가적 설명은 생략하기로 한다.
제1 단부 섹션(40)의 V자형 구조에 의해, n 도핑된 저항들(76c 내지 82c, 96c 내지 102c)이 100 결정 방향으로 바람직하게 배향됨에 따라, n 도핑된 저항들(76c 내지 82c)을 제1 레그(64)에 장착하고 n 도핑된 저항들(96c 내지 102c)을 제2 레그(66)에 장착하기 위한 장착면들이 충분히 제공될 수 있다. 또한, 전류 공급 라인(84, 88, 90, 94, 106 및 110)과 측정 라인(86, 92, 104 및 108)을 형성하기 위한 충분히 큰 장착면이 보장된다.
스프링(12)이 종축(10)을 중심으로 비틀릴 경우, n 도핑된 저항들(76c 내지 82c)에 작용하는 기계적 응력은 n 도핑된 저항들(96c 내지 102c)에 가해진 기계적 응력과 뚜렷이 다르다. 이러한 근거를 토대로, 제1 센서 신호와 제2 센서 신호사이의 차이는, 종축(10)을 중심으로 하는 스프링(12) 및/또는 조정 가능한 부재의 제1 조정 운동 및/또는 휨 운동에 대한 제1 정보를 산출하기에 특히 적합하다. 이에 반해, 회전축을 중심으로 하는 스프링(12)의 휨은 n 도핑된 저항들(76c 내지 82c, 96c 내지 102c)에 거의 동일한 기계적 응력을 일으킨다.
따라서 상기 분석 장치는, 제1 센서 신호와 제2 센서 신호의 차이를 고려하면서 제1 정보를 산출하고, 제1 센서 신호와 제2 센서 신호로부터 도출된 평균값을 고려하면서 제2 정보를 결정하도록 바람직하게 설계된다.
대안적 실시예에서, 스프링(12)의 종축(10)은 스프링(12)이 구조화되는 실리콘 재료층의 100 결정 방향을 따라 서브 유닛(70 내지 74)과 함께 배향될 수 있다. 이 경우 센서 장치들(22, 24) 중 하나 이상의 센서 장치의 p 도핑된 저항들은 도 7에 상응하게 종축(10) 쪽으로 배향된다. 센서 장치들(22, 24) 중 하나 이상의 센서 장치가 n 도핑된 저항들(76c 내지 82c, 96c 내지 102c)을 포함하는 한, 상기 저항들은 도 7에 도시된 배향에 대해 45°만큼 회전하여 배치된다. 이러한 두 경우, 센서 장치들(22, 24)은 최대 기계적 응력의 범위에 배치될 수 있다.
전술한 실시예를 이용하여 산출된, 스프링(12) 및/또는 조정 가능한 부재의 조정 운동 및/또는 휨 운동에 대한 정보는 미세기계 부품의 구동기의 구동 및/또는 검사에 사용될 수 있다. 미세기계 부품의 구동기를 조절 방식으로 구동하기 위해서는 조정 가능한 부재의 현재 위치를 정확히 검출하는 것이 바람직하다. 이에 대한 대안예 또는 보충예로서, 분석 장치에 의해 산출된 정보는 조정 가능한 부재가 바람직한 위치로 신뢰성 있게 이동했는지의 여부를 검사하는데에도 이용될 수 있다. 따라서 분석 장치에 의해 제공된 정보가 분석됨으로써, 조정 가능한 부재가 바람직한 위치로 조정될 경우 정확도가 향상될 수 있다.
미세기계 부품이 센서로서 형성된 경우, 분석 장치에 의해 제공된 정보는 조정 가능한 부재에 작용하는 외력에 대한 센서 정보를 검출/산출하는 데에도 이용될 수 있다. 이로써, 본원에 설명된 미세기계 부품은 액추에이터뿐만 아니라 센서로도 사용될 수 있다.
당업자에게는, 휘트스톤 브릿지 대신에 단일 저항 및/또는 하프 브릿지가 사용되는 센서 장치(22 및/또는 24)의 구성도 전술한 두 실시예를 기초로 제안되어 있다. 또한 당업자에게는, 스프링의 고정 영역 상에 또는 고정 영역 내에 배치된 하나 이상의 압전 저항 센서 요소를 구비한 실시예가 도면들을 기초로 마찬가지로 제안되어 있다. 따라서, 센서 장치(22 및/또는 24)의 이러한 구성 및 배치 가능성에 대해서는 더 언급하지 않기로 한다.
당업자가 마찬가지로 인지하고 있는 바와 같이, 센서 장치(22 및/또는 24)는 상이한 압전 저항 센서 요소를 포함할 수도 있다. 따라서, 전술한 실시예들의 이와 같은 조합은 본원에 설명되지 않는다.

Claims (11)

  1. 홀더(16)와,
    적어도 스프링(12)에 의해 홀더(16)에 연결된 조정 가능한 부재(14)와,
    하나 이상의 제1 압전 저항 센서 요소(34a, 34b, 34c, 76b 내지 82b, 76c 내지 82c)를 구비한 제1 센서 장치(22)와,
    하나 이상의 제2 압전 저항 센서 요소(34a, 34b, 34c, 96b 내지 102b, 96c 내지 102c)를 구비한 제2 센서 장치(24)를 구비한
    미세기계 부품이며,
    이 경우, 상기 제1 센서 장치(22)는 하나 이상의 제1 압전 저항 센서 요소(34a, 34b, 34c, 76b 내지 82b, 76c 내지 82c)에 작용하는 제1 기계적 응력에 대한 제1 센서 신호(U, R)를 제공하도록 설계되고, 제1 압전 저항 센서 요소(34a, 34b, 34c, 76b 내지 82b, 76c 내지 82c)는 (i) 상기 홀더(16)에 인접한 스프링(12)의 제1 고정 영역 상의 또는 상기 제1 고정 영역 내의 위치 및 (ii) 조정 가능한 부재(14)에 인접한 스프링(12)의 제2 고정 영역 상의 또는 상기 제2 고정 영역 내의 위치 중 적어도 하나의 위치에 배치되며,
    상기 제2 센서 장치(24)는 하나 이상의 제2 압전 저항 센서 요소(34a, 34b, 34c, 96b 내지 102b, 96c 내지 102c)에 작용하는 제2 기계적 응력에 대한 제2 센서 신호(U, R)를 제공하도록 설계되고, 제2 압전 저항 센서 요소(34a, 34b, 34c, 96b 내지 102b, 96c 내지 102c)는 (i) 스프링(12)의 제1 고정 영역 상의 또는 상기 제1 고정 영역 내의 위치 및 (ii) 스프링(12)의 제2 고정 영역 상의 또는 상기 제2 고정 영역 내의 위치 중 적어도 하나의 위치에 배치되고,
    스프링(12)은 단결정 실리콘 재료에서 구조화되며, 스프링(12)의 종방향(10)은 단결정 실리콘 재료의 110 결정 방향 또는 100 결정 방향을 따라 배향되는,
    미세기계 부품.
  2. 제1항에 있어서, 제1 압전 저항 센서 요소(34a, 34b, 34c, 76b 내지 82b, 76c 내지 82c) 및 제2 압전 저항 센서 요소(34a, 34b, 34c, 96b 내지 102b, 96c 내지 102c) 중 적어도 하나는 스프링(12) 상에 또는 상기 스프링 내에 배치되는, 미세기계 부품.
  3. 제1항에 있어서, 미세기계 부품은, 제1 센서 신호(U, R)와 제2 센서 신호(U, R)를 고려하여, (i) 스프링(12)의 종축(10)을 따라 배향된 제1 회전축을 중심으로 하는 조정 가능한 부재(14)의 제1 조정 운동, 조정 가능한 부재(14)의 제1 휨 운동 및 스프링(12)의 제1 휨 운동 중 적어도 하나에 관한 제1 정보와, (ii) 상기 제1 회전축에 대해 비평행한 제2 회전축을 중심으로 하는 조정 가능한 부재(14)의 제2 조정 운동, 조정 가능한 부재(14)의 제2 휨 운동 및 스프링(12)의 제2 휨 운동 중 적어도 하나에 관한 제2 정보를 산출하도록 설계된 분석 장치를 포함하는, 미세기계 부품.
  4. 제3항에 있어서, 상기 분석 장치는 제1 센서 신호(U, R)와 제2 센서 신호(U, R)의 차이를 고려하여 제1 정보를 산출하고, 제공된 제1 센서 신호(U, R)와 제공된 제2 센서 신호(U, R)의 평균값을 고려하여 제2 정보를 산출하도록 추가로 설계된, 미세기계 부품.
  5. 제1항에 있어서, 제1 센서 장치(22) 및 제2 센서 장치(24) 중 적어도 하나는 (i) 해당 압전 저항 센서 요소(34b, 76b 내지 82b, 96b 내지 102b)로서 p 도핑된 저항(34b, 76b 내지 82b, 96b 내지 102b)을 구비한 휘트스톤 브릿지, (ii) 해당 압전 저항 센서 요소(34c, 76c 내지 82c, 96c 내지 102c)로서 n 도핑된 저항(34c, 76c 내지 82c, 96c 내지 102c)을 구비한 휘트스톤 브릿지, (iii) 해당 압전 저항 센서 요소(34a)로서 p 도핑된 압전(34a)을 구비한 트랜스듀서, 또는 (iv) 해당 압전 저항 센서 요소로서 n 도핑된 압전을 구비한 트랜스듀서 중 하나인, 미세기계 부품.
  6. 제1항에 있어서, 스프링(12)의 제1 단부 섹션(40)은 홀더(16)에 연결되고, 스프링(12)의 제1 단부 섹션(40)이 연속형 리세스(62)를 포함하며, 상기 연속형 리세스는 제1 단부 섹션(40)을 적어도 제1 레그(64, 70)와 제2 레그(66, 72)로 분할하고, 제1 압전 저항 센서 요소(34a, 76b 내지 82b, 76c 내지 82c)와 제2 압전 저항 센서 요소(34a, 96b 내지 102b, 96c 내지 102c)는 제1 단부 섹션 상에 또는 상기 제1 단부 섹션 내에 배치되는, 미세기계 부품.
  7. 홀더(16)와,
    적어도 스프링(12)에 의해 홀더(16)에 연결된 조정 가능한 부재(14)와,
    하나 이상의 제1 압전 저항 센서 요소(34a, 34b, 34c, 76b 내지 82b, 76c 내지 82c)를 구비한 제1 센서 장치(22)와,
    하나 이상의 제2 압전 저항 센서 요소(34a, 34b, 34c, 96b 내지 102b, 96c 내지 102c)를 구비한 제2 센서 장치(24)를 구비한
    미세기계 부품이며,
    이 경우, 상기 제1 센서 장치(22)는 하나 이상의 제1 압전 저항 센서 요소(34a, 34b, 34c, 76b 내지 82b, 76c 내지 82c)에 작용하는 제1 기계적 응력에 대한 제1 센서 신호(U, R)를 제공하도록 설계되고, 제1 압전 저항 센서 요소(34a, 34b, 34c, 76b 내지 82b, 76c 내지 82c)는 (i) 상기 홀더(16)에 인접한 스프링(12)의 제1 고정 영역 상의 또는 상기 제1 고정 영역 내의 위치 및 (ii) 조정 가능한 부재(14)에 인접한 스프링(12)의 제2 고정 영역 상의 또는 상기 제2 고정 영역 내의 위치 중 적어도 하나의 위치에 배치되며,
    상기 제2 센서 장치(24)는 하나 이상의 제2 압전 저항 센서 요소(34a, 34b, 34c, 96b 내지 102b, 96c 내지 102c)에 작용하는 제2 기계적 응력에 대한 제2 센서 신호(U, R)를 제공하도록 설계되고, 제2 압전 저항 센서 요소(34a, 34b, 34c, 96b 내지 102b, 96c 내지 102c)는 (i) 스프링(12)의 제1 고정 영역 상의 또는 상기 제1 고정 영역 내의 위치 및 (ii) 스프링(12)의 제2 고정 영역 상의 또는 상기 제2 고정 영역 내의 위치 중 적어도 하나의 위치에 배치되고,
    스프링(12)의 제1 단부 섹션(40)은 홀더(16)에 연결되고, 스프링(12)의 제1 단부 섹션(40)이 연속형 리세스(62)를 포함하며, 상기 연속형 리세스는 제1 단부 섹션(40)을 적어도 제1 레그(64, 70)와 제2 레그(66, 72)로 분할하고, 제1 압전 저항 센서 요소(34a, 76b 내지 82b, 76c 내지 82c)와 제2 압전 저항 센서 요소(34a, 96b 내지 102b, 96c 내지 102c)는 제1 단부 섹션 상에 또는 상기 제1 단부 섹션 내에 배치되고,
    제1 레그(64)와 제2 레그(66)는 V자형 구조를 형성하고, 제1 압전 저항 센서 요소(34a, 76c 내지 82c)는 제1 레그(64) 상에 또는 제1 레그 내에 적어도 부분적으로 배치되고, 제2 압전 저항 센서 요소(34a, 96c 내지 102c)는 제2 레그(66) 상에 또는 제2 레그 내에 적어도 부분적으로 배치되는,
    미세기계 부품.
  8. 홀더(16)와,
    적어도 스프링(12)에 의해 홀더(16)에 연결된 조정 가능한 부재(14)와,
    하나 이상의 제1 압전 저항 센서 요소(34a, 34b, 34c, 76b 내지 82b, 76c 내지 82c)를 구비한 제1 센서 장치(22)와,
    하나 이상의 제2 압전 저항 센서 요소(34a, 34b, 34c, 96b 내지 102b, 96c 내지 102c)를 구비한 제2 센서 장치(24)를 구비한
    미세기계 부품이며,
    이 경우, 상기 제1 센서 장치(22)는 하나 이상의 제1 압전 저항 센서 요소(34a, 34b, 34c, 76b 내지 82b, 76c 내지 82c)에 작용하는 제1 기계적 응력에 대한 제1 센서 신호(U, R)를 제공하도록 설계되고, 제1 압전 저항 센서 요소(34a, 34b, 34c, 76b 내지 82b, 76c 내지 82c)는 (i) 상기 홀더(16)에 인접한 스프링(12)의 제1 고정 영역 상의 또는 상기 제1 고정 영역 내의 위치 및 (ii) 조정 가능한 부재(14)에 인접한 스프링(12)의 제2 고정 영역 상의 또는 상기 제2 고정 영역 내의 위치 중 적어도 하나의 위치에 배치되며,
    상기 제2 센서 장치(24)는 하나 이상의 제2 압전 저항 센서 요소(34a, 34b, 34c, 96b 내지 102b, 96c 내지 102c)에 작용하는 제2 기계적 응력에 대한 제2 센서 신호(U, R)를 제공하도록 설계되고, 제2 압전 저항 센서 요소(34a, 34b, 34c, 96b 내지 102b, 96c 내지 102c)는 (i) 스프링(12)의 제1 고정 영역 상의 또는 상기 제1 고정 영역 내의 위치 및 (ii) 스프링(12)의 제2 고정 영역 상의 또는 상기 제2 고정 영역 내의 위치 중 적어도 하나의 위치에 배치되고,
    스프링(12)의 제1 단부 섹션(40)은 홀더(16)에 연결되고, 스프링(12)의 제1 단부 섹션(40)이 연속형 리세스(62)를 포함하며, 상기 연속형 리세스는 제1 단부 섹션(40)을 적어도 제1 레그(64, 70)와 제2 레그(66, 72)로 분할하고, 제1 압전 저항 센서 요소(34a, 76b 내지 82b, 76c 내지 82c)와 제2 압전 저항 센서 요소(34a, 96b 내지 102b, 96c 내지 102c)는 제1 단부 섹션 상에 또는 상기 제1 단부 섹션 내에 배치되고,
    연속형 리세스(62)는 제1 단부 섹션(40)을 제1 레그(70), 제2 레그(72) 및 제1 레그(70)를 제2 레그(72)에 연결하는 연결 웨브(74)로 분할하고, 제1 레그(70), 제2 레그(72) 및 연결 웨브(74)는 U자형 구조를 형성하고, 제1 압전 저항 센서 요소(76b 내지 82b)는 제1 레그(70) 상에 또는 제1 레그 내에 적어도 부분적으로 배치되며, 제2 압전 저항 센서 요소(96b 내지 102b)는 연결 웨브(74) 상에 또는 상기 연결 웨브 내에 적어도 부분적으로 배치되는,
    미세기계 부품.
  9. 제8항에 있어서, 분석 장치는 제2 센서 신호(U, R)를 고려하여 제1 정보를 산출하고, 제1 센서 신호(U, R)를 고려하여 제2 정보를 산출하도록 추가로 설계된, 미세기계 부품.
  10. 조정 가능한 부재(14)를 적어도 스프링(12)에 의해 홀더(16)에 연결하는 단계와,
    하나 이상의 제1 압전 저항 센서 요소(34a, 34b, 34c, 76b 내지 82b, 76c 내지 82c)를 구비한 제1 센서 장치(22)를 형성하는 단계와,
    하나 이상의 제2 압전 저항 센서 요소(34a, 34b, 34c, 96b 내지 102b, 96c 내지 102c)를 구비한 제2 센서 장치(24)를 형성하는 단계를 갖는 미세기계 부품 제조 방법이며,
    이 경우, 상기 제1 센서 장치(22)는 하나 이상의 제1 압전 저항 센서 요소(34a, 34b, 34c, 76b 내지 82b, 76c 내지 82c)에 작용하는 제1 기계적 응력에 대한 제1 센서 신호(U, R)를 제공하도록 설계되고, 제1 압전 저항 센서 요소(34a, 34b, 34c, 76b 내지 82b, 76c 내지 82c)는 (i) 상기 홀더(16)에 인접한 스프링(12)의 제1 고정 영역 상의 또는 상기 제1 고정 영역 내의 위치 및 (ii) 조정 가능한 부재(14)에 인접한 스프링(12)의 제2 고정 영역 상의 또는 상기 제2 고정 영역 내의 위치 중 적어도 하나의 위치에 배치되며,
    상기 제2 센서 장치(24)는 하나 이상의 제2 압전 저항 센서 요소(34a, 34b, 34c, 96b 내지 102b, 96c 내지 102c)에 작용하는 제2 기계적 응력에 대한 제2 센서 신호(U, R)를 제공하도록 설계되고, 제2 압전 저항 센서 요소(34a, 34b, 34c, 96b 내지 102b, 96c 내지 102c)는 (i) 스프링(12)의 제1 고정 영역 상의 또는 상기 제1 고정 영역 내의 위치 및 (ii) 스프링(12)의 제2 고정 영역 상의 또는 상기 제2 고정 영역 내의 위치 중 적어도 하나의 위치에 배치되고,
    스프링(12)은 단결정 실리콘 재료에서 구조화되며, 스프링(12)의 종방향(10)은 단결정 실리콘 재료의 110 결정 방향 또는 100 결정 방향을 따라 배향되는,
    미세기계 부품 제조 방법.
  11. 삭제
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