WO2009141021A1 - Magnetjoch, mikromechanisches bauteil und herstellungsverfahren für ein magnetjoch und ein mikromechanisches bauteil - Google Patents

Magnetjoch, mikromechanisches bauteil und herstellungsverfahren für ein magnetjoch und ein mikromechanisches bauteil Download PDF

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pole pieces
current
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Stefan Pinter
Joerg Muchow
Juergen Kober
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Robert Bosch Gmbh
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    • Y10T29/49826—Assembling or joining

Definitions

  • the invention relates to a magnetic yoke. Likewise, the invention relates to a micromechanical component. Furthermore, the invention relates to a manufacturing method for a magnetic yoke and a micromechanical component.
  • Micromechanical components usually have a magnetic and / or an electrostatic drive for adjusting an actuating element.
  • a micromechanical component is, for example, a micromirror with a mirror plate which can be adjusted by two axes of rotation.
  • Examples of a magnetic drive for adjusting an actuating element of a micromechanical component are described in EP 778 657 B1 and in WO 2005/078509 A2.
  • the magnetic drives described have at least two permanent magnets, which must be arranged at a certain distance from each other. Due to the repulsive forces of the permanent magnet problems often occur when assembling the magnetic drives. Disclosure of the invention
  • the invention provides a magnetic yoke having the features of claim 1, a micromechanical component having the features of claim 4, a manufacturing method for a magnetic yoke having the features of claim 8 and a manufacturing method for a micromechanical component having the features of claim 10.
  • the present invention is based on the finding that by forming flux guide layers of a soft magnetic material, it is possible to rotate the direction of the field lines of a magnetic field.
  • the formation of a magnetic yoke having at least two pairs of pole pieces spaced apart in different directions thus enables local rotation of the direction of the field lines of a magnetic field built up by the magnetic yoke.
  • a first magnetic field is present in the first gap whose field lines are directed parallel to the first direction.
  • the second magnetic field in the second gap has field lines directed parallel to the second direction.
  • An essential advantage of the invention is that the use of a plurality of magnets can be dispensed with in order to generate a magnetic field with vertical components of the aligned field lines relative to the first direction.
  • the invention is based on the idea of locally rotating the magnetic field by means of at least two pairs of pole pieces. This makes it possible to produce a micromechanical component with such a magnet yoke in an easier and less expensive manner.
  • the invention therefore provides an easily executable option for producing a cost-effective magnetic drive, which is designed to adjust an adjusting element of a micromechanical component.
  • the first pair of pole pieces and / or the second pair of pole pieces are arranged at a distance from the yoke arms. This opens up a further simplification of the assembly, and a significantly improved adjustment accuracy, since parts of the Fluxing layers can be integrated in a process at the wafer level. In a photolithographic process, tolerances down to one micron can be achieved while normal assembly processes have a tolerance of at least 100 microns.
  • the first pair of pole pieces may have tapers at its regions adjacent to the first gap and / or the second pair of pole pieces at its regions adjacent to the second gap. This allows a local increase in the field strength of the magnetic field.
  • the micromechanical component comprises a
  • the first current path and the second current path can be connected to a total supply line, wherein the second current path is preceded by a high-pass filter.
  • the second current path is preceded by a high-pass filter.
  • first current path, the second current path, the actuating element, the first pair of pole pieces and / or the second pair of pole pieces are enclosed by an encapsulation which is arranged at least partially in the yoke opening.
  • the enclosed by the housing components are thus protected from environmental influences.
  • forming the first yoke arm and the second yoke arm may include the steps of: filling a U-profile with a non-magnetic material; and drilling and / or milling a recess in the U-profile for dividing the U-profile in metal strips, from which the two yoke arms are formed.
  • the drilling and / or milling of the recess allows a determination of the distance between the two yoke arms with high accuracy.
  • the structure of the micromechanical device can be done separately from the magnet.
  • standard machines can be used for assembly, wire bonding, etc.
  • Soft magnetic components can be used since, in this state, magnetic, easy to integrate into the assembly. Only at the end of the entire already packed micromechanical unit is placed on the magnet (with two soft magnetic pole shoes).
  • FIG. 1 shows a plan view of a first embodiment of a chip device of the micromechanical component
  • FIG. 2 shows a plan view of a second embodiment of the chip device of the micromechanical component
  • FIG. 3 shows a plan view of a third embodiment of the chip device of the micromechanical component
  • FIG. 4 shows a plan view of a fourth embodiment of the chip device of the micromechanical component
  • Fig. 5 is a schematic representation of a first embodiment of a
  • Fig. 6 is a three-dimensional view of a second embodiment of the
  • FIG. 7 shows a three-dimensional view of a third embodiment of the magnetic yoke of the micromechanical component
  • FIG. 8A and 8B show schematic representations of a further embodiment of the micromechanical component
  • 9A to 9C are schematic representations of yet another embodiment of the micromechanical component; 10A to 10E cross-sections and a side view to illustrate an embodiment of the manufacturing method for a micromechanical component.
  • FIG. 1 shows a plan view of a first embodiment of a chip device of the micromechanical component.
  • the chip device 10 has a mirror plate 12 as an adjustable adjusting element.
  • the mirror plate 12 is coated with a reflective material.
  • a respective torsion spring 14 is formed on two opposite sides of the mirror plate 12 .
  • the two torsion springs 14 extend along a first axis of rotation 16 of the mirror plate 12. Via the two torsion springs 14, the mirror plate 12 is connected to an inner frame 18.
  • the mirror plate 12 may have a mirror diameter of 1 to 2 mm.
  • the two torsion springs 14 preferably have a length of about 500 microns.
  • the extent of the inner frame 18 along the first axis of rotation 16 may be between 2 to 5 mm.
  • the extent of the inner frame 18 in the direction perpendicular to the first axis of rotation 16 may for example be between 8 to 15 mm.
  • an inner coil system is formed on the mirror plate 12, for example, on a side opposite the reflective layer.
  • the inner coil system can be produced by coating the mirror plate 12 with a conductive layer and then structuring the conductive layer.
  • the inner coil system is subdivided into current paths 20a which run parallel to the first axis of rotation 16 and into current paths 20b which are directed perpendicular to the first axis of rotation 16. The parallel to the first
  • Rotary axis 16 directed current paths 20a are often referred to as effective current paths.
  • the current paths 20b which are aligned perpendicular to the first axis of rotation 16, do not contribute to an adjustment of the mirror plate 12 about the first axis of rotation 16.
  • a magnetic field with magnetic field lines 22 be present perpendicular to the first axis of rotation 16.
  • the Lorenz force causes in this case an adjustment of the mirror plate 12 by turning the torsion springs 14.
  • the Lorenz force thus counteracts the spring force of the torsion springs 14.
  • the direction of rotation is determined by the direction of the current flowing through the inner coil system.
  • the inclination angle, by which the mirror plate 12 is adjusted relative to the inner frame 18, depends on the current intensity.
  • the inner frame 18 comprises two side plates 26, which are interconnected by means of two connecting webs 28.
  • the mirror plate 12 is arranged in a space between the two connecting webs 28.
  • the torsion springs 14 each extend between a connecting web 28 and the mirror plate 12.
  • the inner frame 18 is connected by means of two springs 30 to an outer frame (not shown). Each of the two springs 30 extends between the outer frame and an adjacent side plate 26. The two springs 30 extend along a second axis of rotation 32, which may be aligned perpendicular to the first axis of rotation 16. By rotating the springs 30, the inner frame 18 relative to the outer frame about the second axis of rotation 32 is adjustable.
  • each of the two side plates 26 has an outer coil system.
  • the two outer coil systems are connected to each other via a connecting line 34, which is guided via a connecting web 28.
  • Each of the two outer coil systems comprises current paths 36a which run parallel to the second axis of rotation 32 and current paths 36b which are directed perpendicular to the second axis of rotation 32.
  • the current paths 36a aligned parallel to the second axis of rotation 32 can be referred to as effective current paths.
  • the current paths 36b running perpendicular to the second axis of rotation 32 do not contribute to an adjustment of the inner frame 18 with respect to the outer frame. They are therefore often referred to as ineffective current paths.
  • the Lorentz force causes the inner frame 18 to rotate about the second Rotary axis 32.
  • the coupled to the inner frame 18 mirror plate 12 is also rotated about the second axis of rotation 32.
  • each of the supply lines 40 extends from the outer frame via a spring 30, a side plate 26 and a connecting web 28 to a line 24.
  • the supply lines 40 thus serve to supply power to the inner coil system.
  • the supply lines 42 are designed to allow a powering of the two outer coil systems.
  • the coil systems are designed such that the effective current paths 20a and 36a lie as far as possible from the associated axes of rotation 16 and 32.
  • the adjustment of the inner frame 18 relative to the outer frame about the axis of rotation 32 is quasi-static.
  • the frequency of the current signal, which is passed through the outer coil systems can thus be significantly lower.
  • This can be described as resonant adjustment of the mirror plate 12 about the first axis of rotation 16 and as quasistatic adjustment of the mirror plate 12 about the second axis of rotation 32.
  • the mirror plate 12 is adjusted at a resonant frequency of about 20 kHz about the first axis of rotation 16.
  • the quasi-static adjustment of the mirror plate 12 about the second axis of rotation 32 is operated at about 60 Hz.
  • the current signals are provided, for example, from a current controller (not shown) to the coil systems.
  • FIG. 2 shows a plan view of a second embodiment of the chip device of the micromechanical component.
  • the chip device 50 shown has the already described components 12, 14, 18, 20a, 20b, 24 to 30, 34, 36a and 36b.
  • only one overall feed line 52 is guided over each of the two springs 30. Via the total supply lines 52, the current signals are conducted to the two outer coil systems and to the inner coil system.
  • the mirror plate 12 is rotated about the first axis of rotation 16 via a resonant adjustment.
  • the rotation of the mirror plate 12 about the second axis of rotation 32 is carried out as a quasi-static adjustment. Since the current signals of the coil systems with the
  • the high-pass filter 54 preferably consists of the inductance and the resistance of the coil itself and an additional capacitance, which are suitably switched together.
  • the high pass filter 54 only passes high frequencies.
  • a capacitance utilized as high pass filter 54 may be realized by a combination of base / emitter, emitter / metal, polysilicon / oxide / polysilicon, polysilicon / oxide / metal, polysilicon / oxide / silicon, or metal / oxide / metal.
  • the chip device 50 thus has the advantage over the embodiment described above that only one supply line, namely the total supply line 52 is arranged on the springs 30.
  • the springs 30 can be made narrower and thus more easily bendable.
  • the flexural rigidity of the springs 30 is affected only by the one total supply line 52. Since the total supply line 52 may have the same properties as the supply lines already described above, a more advantageous flexural rigidity of the springs 30 is ensured. This allows a simpler adjustment of the inner frame 18 relative to the outer frame.
  • FIG 3 shows a plan view of a third embodiment of the chip device of the micromechanical component.
  • the chip device 100 includes the above-described components 12, 14, 18, 20a, 20b, 24 to 30, 34, 36a, 36b, 52, and 54.
  • the outer coil systems are a total outer coil system having a plurality of via the connection lands 28 guided lines 34 and formed with the current paths 36a and 36b.
  • the two connecting webs 28 have a comparatively large width in order to allow the greatest possible number of lines 34 arranged thereon.
  • the surfaces of the two side plates 26 are preferably equipped with the largest possible number of current paths 36a and 36b.
  • the lines 34 which run parallel to the second axis of rotation 32 have a comparatively large distance from the second axis of rotation 32, contribute significantly to increasing the torque for adjusting the inner frame 18 about the second axis of rotation 32 at. This facilitates the adjustment of the inner frame 18 with respect to the (not outlined) outer frame.
  • FIG. 4 shows a plan view of a fourth embodiment of the chip device of the micromechanical component.
  • the mirror plate 12 is rotated by means of a resonant adjustment about the first axis of rotation 16 and via a quasistatic adjustment of the second axis of rotation 32.
  • the highest possible natural frequency of the mirror plate 12 is advantageous.
  • the natural frequency of the mirror plate 12 for adjusting the mirror plate 12 about the first axis of rotation 16 is determined by the mass of the mirror plate 12 and the spring constant of the torsion springs 14. It is true that the square of the natural frequency is equal to the quotient of the spring constant of the torsion springs 14 through the Moment of inertia of the mirror plate 12. In order to realize the highest possible natural frequency of the mirror plate 12, it is thus advantageous if the mirror plate 12 has the smallest possible mass.
  • an inner coil system fixedly mounted on the mirror plate 12 significantly increases the total mass of inner coil system and mirror plate 12 to be vibrated.
  • the mirror plate 12 should have a minimum size so that a secure arrangement of the inner coil system is ensured thereby.
  • a spatial separation of the inner coil system of the mirror plate 12 is therefore advantageous.
  • the spatial separation of the inner coil system from the mirror plate 12 is realized by forming a central frame 152 within the inner frame 18 around the mirror plate 12.
  • the inner coil system is preferably arranged exclusively on the central frame 152.
  • the central frame 152 is rotatably attached to the connecting webs 28 by means of the torsion springs 14. Between the Central frame 152 and the mirror plate 12 extend two further torsion springs 154 along the first axis of rotation 16. The mirror plate 12 is thus rocked when adjusting about the first axis of rotation 16 on the vibrations of the central frame 152.
  • Another advantage of the chip device 150 is that the current paths 20a formed parallel to the first rotation axis 16 on the central frame 152 have a comparatively large distance from the first rotation axis 16. This allows an increase in torque.
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a first embodiment of a magnetic yoke of the micromechanical component.
  • the schematically represented magnetic yoke 200 has a hard magnet 202 with a magnetization direction 204.
  • the magnetization of the hard magnet 202 can also take place after assembly of the magnetic yoke 200.
  • the magnetization of the hard magnet 202 is performed after the mounting of the magnetic yoke 200 in the associated micromechanical component.
  • the hard magnet 202 forms the yoke core of the magnetic yoke 200.
  • the yoke core does not have to be completely formed of a hard magnetic material. Instead, only a part of the yoke core can be constructed from the hard magnet 202.
  • the magnetization direction 204 of the hard magnet 202 extends from a first side surface 206 of the hard magnet 202 to a second side surface 208 of the hard magnet 202.
  • Yoke arms 210 are attached to the two side surfaces 206 and 208.
  • soft magnets are used as yoke arms 210.
  • a mold of epoxy or other non-magnetic material may be created which is filled with a soft magnetic material.
  • the two yoke arms 210 have a distance dl from each other, which corresponds to the width of the soft magnet 202 between the two side surfaces 206 and 208.
  • the hard magnet 202 is fixed to the lower portions of the side surfaces of the yoke arms 210.
  • the two yoke arms 210 extend away from the hard magnet 202 in a direction perpendicular to the magnetization direction 204.
  • the yoke arms 210 span together with the hard magnet 202 a yoke opening.
  • the pole pieces 212 may be made of a soft magnetic material.
  • the pole pieces 212 may be formed integrally with the yoke arms 210.
  • the two pole pieces 212 form a first pair of pole pieces. They are arranged in a direction 38 a, which runs parallel to the magnetization direction 204, spaced apart so that between the two pole pieces 212, a gap 214 is located.
  • the distance d2 of the two pole shoes 212 is equal to the width of the gap 214.
  • the distance d2 is smaller than the distance dl.
  • the field lines 38 of the magnetic field extend within the gap 214 parallel to the direction 38 a and to the magnetization direction 204. They are directed counter to the magnetization direction 204.
  • the schematically reproduced magnetic field with the field lines 38 within the gap 214 serves to displace the above-described inner frame of a chip device by the second one
  • the chip device which corresponds for example to one of the chip devices described above or a combination of these, is fastened in the gap 214.
  • Rotary axis directed first axis of rotation should within the gap 214 still a partial magnetic field are built, the field lines are perpendicular to the field lines 38. Examples of generating such a magnetic field will be described in more detail below.
  • FIG. 6 shows a plan view of a second embodiment of the magnetic yoke of the micromechanical component.
  • the magnet yoke 250 shown comprises the hard magnet 202 with the magnetization direction 204 and the two yoke arms 210.
  • the magnetic yoke 250 has four poles 212.
  • Each of the four pole pieces 212 has a width b1 parallel to the top of the yoke arms 210, which is smaller than half a width b2 of a flux guide layer 210 parallel to its top.
  • the width bl of a pole piece 212 may correspond approximately to the width of a side plate of a chip device described above.
  • Each two pole pieces 212 are assigned to a flux conducting layer 210.
  • the two pole shoes 212 may be integral with their associated flux guide schient 210 be formed.
  • the flux-conducting layer not assigned to the two pole shoes 212 is spaced therefrom.
  • the two pole pieces 212 are arranged on the opposite sides of the associated flux-conducting layer 210.
  • the two pole pieces 212 thus have a distance d3 from each other in one direction 38a.
  • the magnetic yoke 250 includes two outer yokes.
  • the magnetic yoke 250 has two outer gaps 214 and a middle gap 252.
  • the dimensions of the two outer gaps 214 are the distance d2 and the width bl.
  • the dimensions of the middle gap 252 may be the distances d1 and d3.
  • the overall size of the magnetic yoke 250 with the outer yokes and inner yoke may be less than one cubic centimeter.
  • the outer gaps 214 which are assigned to the outer yokes, there is a magnetic field whose field lines 38 extend parallel to the direction 38a and to the magnetization direction 204.
  • the field lines 38 of the magnetic field are opposite to the magnetization direction 204.
  • an inner yoke with two pins 254 is formed in the gap 252.
  • the thorns form a second pair of pole pieces.
  • the two spines 254 are arranged in the inner gap 252 so that their longitudinal direction extends parallel to the magnetization direction 204.
  • the maximum length II of a dome 254 may be greater than half of the distance dl.
  • Each of the two mandrels 254 is located closer to another flux guide layer 210.
  • the two spikes 254 partially overlap in the direction 38a and have a distance d4 in a direction 22a at their overlap region.
  • the direction 22a is directed perpendicular to the direction 38a.
  • the two mandrels 254 are made of a material which has good flux conducting properties.
  • the field lines 22 are thus at an angle not equal to 0 ° and not equal to 180 ° to the field lines 38 are aligned.
  • the field lines 22 are aligned perpendicular to the field lines 38.
  • the magnetic field present between the pins 254 with the field lines 22 can be used to adjust the mirror plate of a chip device about the first axis of rotation.
  • the chip device which may be formed similarly to the chip devices described above, is secured in the magnetic yoke 250 such that the inner coil system at least partially protrudes between the pins 254.
  • the chip device is held only by the yoke of the two mandrels 254. This ensures a good thermo-mechanical decoupling.
  • the spikes 254 may be located a minimum distance from the associated flux-guiding layer 210. This improves the thermomechanical decoupling.
  • the chip device is secured by means of the pole pieces 212 against a lateral offset or a twisting.
  • gaps 214 and 252 are filled with non-magnetic materials. Examples of corresponding materials and their use will be described in more detail below.
  • FIG. 7 shows a side view of a third embodiment of the magnetic yoke of the micromechanical component.
  • the magnetic yoke 300 shown ensures increased field strengths of the magnetic fields in the gaps 214 and 246 due to a modification of the pole pieces 212. It differs from the embodiment described above by the taper of the pole shoes 212 and the spikes 254 at the ends projecting into the gaps 214. For simplicity, the tapers on the pole pieces 212 and on the spikes 254 in Fig. 7 are shown in a staircase shape.
  • the deflection angle of an adjustable mirror plate depends linearly on the field strength of the magnetic field, the number of turns of the coil system, the current intensity of the current flowing through the coil system and a mean distance of the coil system from an axis of rotation. An increased field strength is thus particularly advantageous.
  • a deflection of at least 7 ° be achieved.
  • a frame width of 6 mm With a current of 70 mA and a number of turns of 15 turns, a magnetic field of 0.4 Tesla in the outer region and a magnetic field of 0.1 Tes- Ia in the inner region can be achieved.
  • FIGS. 8A and 8B show schematic illustrations of a further embodiment of the micromechanical component, wherein soft magnets are in the encapsulation.
  • the micromechanical component has a chip device 350 which, for example, corresponds to one of the chip devices described above with reference to FIGS. 1 to 4 or a combination thereof.
  • the chip device 350 includes an adjustable actuator, an inner coil system, torsion springs and springs. For the sake of clarity, however, only the coils 352 of the outer coil systems are shown in FIGS. 8A and 8B.
  • the chip device 350 is located in a housing formed as an encapsulation, which is composed of a bottom plate 353, two side walls 354 and a glass plate 356 formed as a cover plate.
  • the chip device 350 is integrally formed with at least a portion 358 of the sidewalls 354.
  • stores- The mirror plate, the torsion springs, the springs and the sections 358 are etched out of a common silicon layer. Before or after etching out, a conductive coating may be applied to the silicon layer and patterned to produce the coils 352.
  • the soft magnets 360 fixed to the glass plate 356 can be manufactured.
  • the glass plate 356 is at least partially coated with a material having good flux-conducting properties.
  • a suitable material is, for example, iron.
  • the coating of the glass plate 356 can be structured by means of a suitable etching process such that the soft magnets 360 are present in a suitable form.
  • the glass plate 356 with the soft magnets 360 can then be attached to the side walls 354, for example via a seal glass bonding.
  • the encapsulation formed by the components 353 to 356 with the chip device 350 and the soft magnet 360 arranged therein can be fastened in a gap of a (not-shown) magnetic yoke.
  • the magnetic yoke comprises a hard magnet, yoke arms and pole shoes, which are formed such that in the areas of the outer coil systems with the coils 253 there is a magnetic field with magnetic field lines aligned in a first direction.
  • the magnetic yoke corresponds to the outer magnetic yokes described with reference to FIGS. 5 to 7.
  • a rotation of the magnetic field can be achieved.
  • the magnetic field is thereby rotated such that in the region of the inner coil system there is a magnetic field whose directives are directed in a second direction perpendicular to the first direction.
  • the soft magnets 360 are thus aligned so as to provide a smaller yoke oriented orthogonal to the outer yoke.
  • the magnetic field of a magnetic yoke is strongest at the poles, it is advantageous to bring the inner yoke as close as possible to current paths of the resonant axis of the chip device 350.
  • This is most easily possible by integrating the soft magnets 360 into a component of the encapsulation of the chip device 350. Integrating the magnets 360 on or into a component of the encapsulant improves the stability of the soft magnets 360.
  • attaching the magnets 360 to the glass plate 356 ensures bending protection for the soft magnets 360.
  • the soft magnets 360 can have a fine structure. Direct contact with the yoke is an advantage for the achievement of a maximum magnetic field, but you get in this case, sufficiently high field strengths, since the magnetic field skips most of the inner soft magnetic section.
  • the soft magnets 360 in the encapsulation composed of the components 353 to 356 ensures a lower risk of damage to the soft magnets 360.
  • the soft magnets 360 are thus protected from environmental influences.
  • the flatness and roughness requirements of the surface of the mirror plate are high.
  • temperatures that frequently occur in common semiconductor processes can affect the quality of the surface of the mirror plate. Therefore, it is advantageous if a vapor deposition of the mirror plate with a reflective layer, such as aluminum or silver, only during a later step in the process flow.
  • a vapor deposition of the mirror plate with a reflective layer such as aluminum or silver, only during a later step in the process flow.
  • 9A to 9C show a side view, a plan view and a cross section of another embodiment of the micromechanical component.
  • the illustrated micromechanical component 400 has the components already described above. A re-description of these components is therefore omitted here.
  • the illustrated chip device 10 is clamped between the two outer yokes.
  • the outer coil system is thus centered in the areas with the maximum magnetic field strength see.
  • the magnetic field has a field strength of 0.4 Tesla in the coil region. This ensures a quasistatic adjustment of the inner frame around the (not outlined) second axis of rotation.
  • the outer coil systems may have a comparatively low number of turns. This reduces the internal resistance of the outer coil systems.
  • the width of the pole pieces 212 may correspond to the dimensions of the outer coil systems. This additionally ensures a spatially constant magnetic field in the areas of the outer coil systems.
  • the magnets 254 have a triangular shape. Due to the triangular shape of the magnets 254, the magnetic field is locally in its direction by an angle greater than 0 ° up to max. Turned 90 °.
  • FIGS. 10A to 10E show cross sections and a side view for illustrating an embodiment of the manufacturing method for a micromechanical component.
  • FIG. 10A shows a cross-section through two individual parts 450 and 452 for producing the micromechanical component before it is assembled.
  • the individual parts 450 and 452 are a U-profile 450 made of a material with good flux-conducting properties and an epoxy profile 452.
  • the U-profile 450 is at least partially made of a material with good Flußleit- properties.
  • the U-profile 450 is formed of iron.
  • the epoxy profile or any non-magnetic material 452 may have a cuboid shape.
  • the epoxy profile 452 is shaped so that it has a width b3, which corresponds to the extent of the recess of the U-profile 450.
  • the width b3 is between 3 to 5 mm.
  • the epoxy profile 452 has a length perpendicular to the width b3, which is preferably significantly longer than the width b3. As will be explained in more detail below, an advantageous length of the epoxy profile 452 makes it possible to produce a plurality of magnetic yokes at the same time.
  • the profile used in place of the epoxy profile 452 may be formed of a non-magnetic material.
  • a suitable material are plastic, glass and / or ceramic (or all except Fe and Ni and a few rare earths).
  • the use of a non-conductive material allows integrating contacts 454 in the profile.
  • the two individual parts 450 and 452 are joined together.
  • the two individual parts 450 and 452 are glued together.
  • the result is shown in FIG. 10B.
  • the material used for the epoxy profile 452 can also be injected into the U-profile 450. This also ensures a firm assembly of the two items 450 and 452 to a preferred overall profile.
  • FIG. 10C shows a cross-section through the two profiles 450 and 452 after drilling and / or milling a recess 456.
  • the recess 456 extends through the connecting part of the U-profile 450 into the epoxy profile 452.
  • the U-profile 450 is divided into two free-standing metal I most 458.
  • the free-standing metal strips 458 form the poles of the magnet yoke produced in the following.
  • the recess 456 may have tapers in its lower region.
  • the recess 456 has an upper width b4, a middle width b5, and a lower width b6.
  • the constrictions of the recess 456 with the middle width b5 and the lower width b6 are preferably in the epoxy profile 452.
  • chip devices can be fixed in a further method step.
  • the upper width b4 may for example be between 0.5 and 2 mm.
  • the mean width b5 and the bottom width b6 are adjusted accordingly.
  • the distance between the poles should have the smallest possible tolerances.
  • About drilling and / or milling of the recess 456 is a setting of the distance with tolerances of at most 10 microns guaranteed.
  • by defining the distance between the two free-standing metal strips 458 via drilling and / or milling minimal production spread is ensured in the later produced magnetic yokes. At the same time a high dimensional stability and a good symmetry 10 of the recess 456 are given.
  • chip devices 460 and 462 may be fixed in the recess 456.
  • the fixing of the chip devices 460 takes place and 462 about gluing.
  • stacking of the chip devices 460 and 462 is also possible.
  • Fig. 10D In the longitudinal direction of the profile thus several systems can be constructed. The result is shown in Fig. 10D.
  • the chip device 460 may, for example, correspond to one of the chip devices described above or a combination thereof. Components for driving the chip device 460 may be integrated on the chip device 462.
  • 10E shows a side view illustrating a separation of the profiles 450 and 452 into a plurality of individual systems.
  • the formation of a sectional plane 464 takes place via the known separation methods.
  • the pole pieces are called thorns.
  • a thorn-like shape is advantageous for the pole pieces.
  • the present invention is not limited to mandrel-like pole pieces.
  • the present invention is described in the upper paragraphs with reference to an actuator designed as an adjustable mirror plate.
  • the present invention is not limited to an adjustable mirror plate.
  • the micromechanical component with the magnetic drive can also have another adjusting element.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Magnetjoch (300) mit einem Jochkern mit einem Magneten (202), an welchem ein erster Jocharm (210) und ein zweiter Jocharm (210) so ausgebildet ist, dass der Magnet (202) und die beiden Jocharme (210) eine Jochöffnung aufspannen, einem ersten Paar Polstücke (212), welche in die Jochöffnung hineinragen und in einer ersten Richtung so zueinander beabstandet angeordnet sind, dass ein erster Spalt (214) zwischen dem ersten Paar Polstücke (212) ausgebildet ist, und einem zweiten Paar Polstücke (254), welche in die Jochöffnung hineinragen und in einer senkrecht zu der ersten Richtung ausgerichteten zweiten Richtung so zueinander beabstandet angeordnet sind, dass ein zweiten Spalt (256) zwischen dem zweiten Paar Polstücke (254) ausgebildet ist. Die Erfindung betrifft auch ein mikromechanisches Bauteil mit einem derartigen Magnetjoch (300). Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren für ein Magnetjoch (300) und für ein mikromechanisches Bauteil.

Description

Beschreibung
Titel
Magnetjoch, mikromechanisches Bauteil und Herstellungsverfahren für ein Magnetjoch und ein mikromechanisches Bauteil
Die Erfindung betrifft ein Magnetjoch. Ebenso betrifft die Erfindung ein mikromechanisches Bauteil. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren für ein Magnetjoch und ein mikromechanisches Bauteil.
Stand der Technik
Mikromechanische Bauteile weisen zum Verstellen eines Stellelements meistens einen magnetischen und/oder einen elektrostatischen Antrieb auf. Ein derartiges mikromechanisches Bauteil ist beispielsweise ein Mikrospiegel mit einer um zwei Drehachsen verstellbaren Spiegelplatte.
Werden, wie bei Mikrospiegel üblich, Bewegungen aus der Ebene heraus gefordert, können in der Regel mittels eines magnetischen Antriebs höhere Drehmomente auf das Stellelement ausgeübt werden. Während für die elektrostatische Krafterzeugung zum Verstellen des Stellelements häufig Spannungen von über 100 Volt notwendig sind, benötigt ein vergleichbarer magnetischer Antrieb deutlich geringere Spannungen, die von einer Standardelektronik zur Verfügung gestellt werden können. Weitere Vorteile eines magnetischen Antriebs gegenüber einem elektrostatischen Antrieb sind die in erster Näherung lineare Krafterzeugung und die vernachlässigbaren Risiken eines Überschlags oder eines Pull-ins.
Beispiele für einen magnetische Antrieb zum Verstellen eines Stellelements eines mikromechanischen Bauteils sind in der EP 778 657 Bl und in der WO 2005/078509 A2 beschrieben. Die beschriebenen magnetischen Antriebe weisen jedoch mindestens zwei Permanentmagnete auf, welche in einem bestimmten Abstand zueinander angeordnet werden müssen. Aufgrund der abstoßenden Kräfte der Permanentmagneten treten häufig Probleme beim Zusammensetzen der magnetischen Antriebe auf. Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung schafft ein Magnetjoch mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein mikromechanisches Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 4, ein Herstellungsverfahren für ein Mag- netjoch mit den Merkmalen des Anspruchs 8 und ein Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 10.
Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass es mittels eines Ausbildens von Flussleitschichten aus einem weichmagnetischen Material möglich ist, die Richtung der FeId- linien eines Magnetfeldes zu drehen. Die Ausbildung von einem Magnetjoch mit mindestens zwei Paaren von Polstücken, welche in unterschiedlichen Richtungen voneinander beabstandet sind, ermöglicht somit eine lokale Drehung der Richtung der Feldlinien eines von dem Magnetjoch aufgebauten Magnetfeldes.
Damit liegt in dem ersten Spalt ein erstes Magnetfeld vor, dessen Feldlinien parallel zu der ersten Richtung gerichtet sind. Demgegenüber weist das zweite Magnetfeld in dem zweiten Spalt Feldlinien auf, welche parallel zu der zweiten Richtung gerichtet sind.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass zur Erzeugung eines Magnetfelds mit senkrechten Komponenten der ausgerichteten Feldlinien gegenüber der ersten Richtung auf die Verwendung von mehreren Magneten verzichtet werden kann. Somit entfallen auch die Probleme, welche sich herkömmlicherweise beim Zusammensetzen eines magnetischen Antriebs aufgrund der unterschiedlichen Polarität der Magnete und der damit verbundenen gegenseitigen Abstoßung ergeben.
Des Weiteren beruht die Erfindung auf der Idee eines lokalen Drehens des Magnetfeldes durch mindestens zwei Paare von Polstücken Dies erlaubt ein leichter und kostengünstiger auszuführendes Herstellen eines mikromechanischen Bauteils mit einem derartigen Magnetjoch.
Die Erfindung bietet deshalb eine einfach ausführbare Möglichkeit zum Herstellen eines kostengünstigen magnetischen Antriebs, welcher dazu ausgebildet ist, ein Stellelement eines mikromechanischen Bauteils zu verstellen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform sind das erste Paar Polstücke und/oder das zweite Paar Polstücke beabstandet von den Jocharmen angeordnet. Dies eröffnet eine weitere Vereinfachung der Montage, und eine deutlich verbesserte Justagegenauigkeit, da Teile der Flussleitschichten in einem Prozess auf Waferebene integriert werden können. In einem pho- tolitographischen Prozess können Toleranzen bis hinunter zu einen μm erzielt werden, während normale Montageprozesse eine Toleranz von mindestens 100 μm aufweisen.
Insbesondere kann das erste Paar Polstücke an seinen zu dem ersten Spalt benachbarten Bereichen und/oder das zweite Paar Polstücke an seinen zu dem zweiten Spalt benachbarten Bereichen Verjüngungen aufweisen. Dies erlaubt eine lokale Steigerung der Feldstärke des Magnetfeldes.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das mikromechanische Bauteil eine
Stromsteuereinrichtung, welche an den ersten Strompfad einen Strom mit einer ersten Frequenz und an den zweiten Strompfad einen Strom mit einer höheren zweiten Frequenz bereitstellt. Dies erlaubt ein resonantes Verstellen des Stellelements um eine erste Drehachse und ein quasistatisches Verstellen des Stellelements um eine zweite Drehachse.
Dabei können der erste Strompfad und der zweite Strompfad an eine Gesamtzufuhrleitung angeschlossen sein, wobei dem zweiten Strompfad ein Hochpassfilter vorgeschaltet ist. Anstelle von zwei Zufuhrleitungen muss somit nur die eine Gesamtzufuhrleitung über Federn geführt werden. Dies führt zu einer verbesserten Biegesteifigkeit der Feder.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind der erste Strompfad, der zweite Strompfad, das Stellelement, das erste Paar Polstücke und/oder das zweite Paar Polstücke von einer Verkapselung umschlossen, welche zumindest teilweise in der Jochöffnung angeordnet ist. Die von dem Gehäuse umschlossenen Komponenten sind somit vor Umwelteinflüssen geschützt.
Die in den oberen Absätzen beschriebenen Vorteile sind auch durch entsprechende Herstellungsverfahren gewährleistet. In einer vorteilhaften Ausführungsform kann das Bilden des ersten Jocharms und des zweiten Jocharms die folgenden Schritte umfassen: Füllen eines U-Profils mit einem nicht magnetischen Material; und Bohren und/oder Fräsen einer Aussparung in das U-Profil zum Unterteilen des U-Profils in Metallleisten, aus denen die zwei Jocharme gebildet werden. Das Bohren und/oder Fräsen der Aussparung erlaubt dabei ein Festlegen des Abstands zwischen den beiden Jocharmen mit hoher Genauigkeit.
Vorteilhafterweise kann der Aufbau der mikromechanischen Einrichtung getrennt von dem Magneten geschehen. Dadurch können Standardmaschinen bei Bestücken, Drahtbonden, etc verwendet werden. Weichmagnetische Anteile können, da in diesem Zustand noch un- magnetisch, leicht in die Montage integriert werden. Erst zum Ende wird die gesamte bereits verpackte mikromechanische Einheit auf den Magneten (mit zwei weichmagnetischen Polschuhen) aufgesetzt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht auf eine erste Ausführungsform einer Chipvorrichtung des mikromechanischen Bauteils;
Fig. 2 eine Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform der Chipvorrichtung des mikromechanischen Bauteils;
Fig. 3 eine Draufsicht auf eine dritte Ausführungsform der Chipvorrichtung des mikromechanischen Bauteils;
Fig. 4 eine Draufsicht auf eine vierte Ausführungsform der Chipvorrichtung des mikromechanischen Bauteils;
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines
Magnetjochs des mikromechanischen Bauteils;
Fig. 6 eine dreidimensionale Ansicht einer zweiten Ausführungsform des
Magnetjochs des mikromechanischen Bauteils;
Fig. 7 eine dreidimensionale Ansicht einer dritten Ausführungsform des Magnetjochs des mikromechanischen Bauteils;
Fig. 8A und 8B schematische Darstellungen einer weiteren Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils;
Fig. 9A bis 9C schematische Darstellungen noch einer weiteren Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils; Fig. 1OA bis 1OE Querschnitte und eine Seitenansicht zum Darstellen einer Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für ein mikromechanisches Bauteil.
Ausführungsformen der Erfindung
Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf eine erste Ausführungsform einer Chipvorrichtung des mikromechanischen Bauteils.
Die Chipvorrichtung 10 weist als verstellbares Stellelement eine Spiegelplatte 12 auf. Vorzugsweise ist die Spiegelplatte 12 mit einem reflektierenden Material beschichtet. An zwei gegenüberliegenden Seiten der Spiegelplatte 12 ist je eine Torsionsfeder 14 ausgebildet. Die beiden Torsionsfedern 14 verlaufen entlang einer ersten Drehachse 16 der Spiegelplatte 12. Über die beiden Torsionsfedern 14 ist die Spiegelplatte 12 mit einem inneren Rahmen 18 verbunden.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform kann die Spiegelplatte 12 einen Spiegeldurchmesser von 1 bis 2 mm haben. Die beiden Torsionsfedern 14 weisen vorzugsweise eine Länge von etwa 500 μm auf. Die Ausdehnung des inneren Rahmens 18 entlang der ersten Drehachse 16 kann zwischen 2 bis 5 mm betragen. Die Ausdehnung des inneren Rahmens 18 in Richtung senkrecht zu der ersten Drehachse 16 kann beispielsweise zwischen 8 bis 15 mm betragen.
Zum Verstellen der Spiegelplatte 12 gegenüber dem inneren Rahmen 18 ist auf der Spiegel- platte 12, beispielsweise auf einer der reflektierenden Schicht gegenüber liegenden Seite, ein inneres Spulensystem ausgebildet. Beispielsweise ist das innere Spulensystem durch Beschichten der Spiegelplatte 12 mit einer leitfähigen Schicht und einem anschließenden Strukturieren der leitfähigen Schicht herstellbar. Das innere Spulensystem ist unterteilbar in Strompfade 20a, welche parallel zur ersten Drehachse 16 verlaufen und in Strompfade 20b, welche senkrecht zu der ersten Drehachse 16 gerichtet sind. Die parallel zu der ersten
Drehachse 16 gerichteten Strompfade 20a werden häufig als wirksame Strompfade bezeichnet. Demgegenüber tragen die Strompfade 20b, welche senkrecht zu der ersten Drehachse 16 ausgerichtet sind, nicht zu einem Verstellen der Spiegelplatte 12 um die erste Drehachse 16 bei.
Für ein Verstellen der Spiegelplatte 12 um die erste Drehachse 16 muss während eines Stromflusses durch das innere Spulensystem ein Magnetfeld mit magnetischen Feldlinien 22 senkrecht zu der ersten Drehachse 16 vorhanden sein. Die Lorenzkraft bewirkt in diesem Fall ein Verstellen der Spiegelplatte 12 durch Verdrehen der Torsionsfedern 14. Die Lorenzkraft wirkt somit der Federkraft der Torsionsfedern 14 entgegen. Die Drehrichtung ist durch die Richtung des durch das innere Spulensystem fließenden Stroms festgelegt. Der Nei- gungswinkel, um welchen die Spiegelplatte 12 gegenüber dem inneren Rahmen 18 verstellt wird, hängt von der Stromstärke ab.
Die Bestromung des inneren Spulensystems mit den Strompfaden 20a und 20b erfolgt über Leitungen 24, welche über die Torsionsfedern 14 geführt werden. Weitere Einzelheiten zum Bestromen des inneren Spulensystems werden weiter unten noch genauer beschrieben.
Der innere Rahmen 18 umfasst zwei Seitenplatten 26, welche mittels zweier Verbindungsstege 28 miteinander verbunden sind. Die Spiegelplatte 12 ist in einem Zwischenraum zwischen den beiden Verbindungsstegen 28 angeordnet. Die Torsionsfedern 14 verlaufen je- weils zwischen einem Verbindungssteg 28 und der Spiegelplatte 12.
Der innere Rahmen 18 ist mittels zweier Federn 30 mit einem (nicht dargestellten) äußeren Rahmen verbunden. Jede der beiden Federn 30 verläuft zwischen dem äußeren Rahmen und einer benachbarten Seitenplatte 26. Die beiden Federn 30 verlaufen entlang einer zwei- ten Drehachse 32, welche senkrecht zu der ersten Drehachse 16 ausgerichtet sein kann. Durch ein Verdrehen der Federn 30 ist der innere Rahmen 18 gegenüber dem äußeren Rahmen um die zweite Drehachse 32 verstellbar.
Zum Verstellen des inneren Rahmens 18 gegenüber dem äußeren Rahmen weist jede der beiden Seitenplatten 26 ein äußeres Spulensystem auf. Die beiden äußeren Spulensysteme sind über eine Verbindungsleitung 34, welche über einen Verbindungssteg 28 geführt ist, miteinander verbunden. Jedes der beiden äußeren Spulensysteme umfasst Strompfade 36a, welche parallel zur zweiten Drehachse 32 verlaufen und Strompfade 36b, welche senkrecht zu der zweiten Drehachse 32 gerichtet sind. Die parallel zu der zweiten Drehachse 32 aus- gerichteten Strompfade 36a können als wirksame Strompfade bezeichnet werden. Demgegenüber tragen die senkrecht zu der zweiten Drehachse 32 verlaufenden Strompfade 36b nicht zu einem Verstellen des inneren Rahmens 18 gegenüber dem äußeren Rahmen bei. Sie werden deshalb häufig als unwirksame Strompfade bezeichnet.
Liegt während eines Bestromens der beiden äußeren Spulensysteme mit den Strompfaden 36a und 36b ein Magnetfeld mit senkrecht zu der zweiten Drehachse 32 verlaufenden Feldlinien 38 vor, so bewirkt die Lorenzkraft ein Drehen des inneren Rahmens 18 um die zweite Drehachse 32. Die an den inneren Rahmen 18 gekoppelte Spiegelplatte 12 wird dabei ebenfalls um die zweite Drehachse 32 gedreht.
Über jede der beiden Federn 30 sind zwei Zuleitungen 40 und 42 geführt. Jede der Zuleitun- gen 40 verläuft von dem äußeren Rahmen über eine Feder 30, eine Seitenplatte 26 und einen Verbindungssteg 28 zu einer Leitung 24. Die Zuleitungen 40 dienen damit zur Stromversorgung des inneren Spulensystems. Demgegenüber sind die Zuleitungen 42 dazu ausgebildet, ein Bestromen der beiden äußeren Spulensysteme zu ermöglichen. Vorzugsweise sind die Spulensysteme so ausgebildet, dass die wirksamen Strompfade 20a und 36a mög- liehst weit von den zugehörigen Drehachsen 16 und 32 liegen.
Es ist vorteilhaft, bei der Chipvorrichtung 10 die Spiegelplatte 12 mit einer Frequenz in Schwingungen um die Drehachse 16 zu versetzen, welche der Eigenfrequenz der Spiegelplatte 12 entspricht. Demgegenüber erfolgt das Verstellen des inneren Rahmens 18 gegen- über dem äußeren Rahmen um die Drehachse 32 quasistatisch. Die Frequenz des Stromsignals, welche durch die äußeren Spulensysteme geleitet wird, kann damit deutlich niedriger sein. Man kann dies als resonantes Verstellen der Spiegelplatte 12 um die erste Drehachse 16 und als quasistatisches Verstellen der Spiegelplatte 12 um die zweite Drehachse 32 bezeichnen. Beispielsweise wird die Spiegelplatte 12 mit einer Resonanzfrequenz von ca. 20 kHz um die erste Drehachse 16 verstellt. Das quasistatische Verstellen der Spiegelplatte 12 um die zweite Drehachse 32 wird bei ca. 60 Hz betrieben. Die Stromsignale werden beispielsweise von einer (nicht skizzierten) Stromsteuereinrichtung an die Spulensysteme bereitgestellt.
Um die Spiegelplatte 12 um die beiden Drehachsen 16 und 32 gleichzeitig zu verstellen, ist es vorteilhaft, im Bereich des inneren Spulensystems ein Magnetfeld mit senkrecht zu der ersten Drehachse 16 ausgerichteten Feldlinien 22 zu haben. Gleichzeitig sollte in den Bereichen der äußeren Spulensysteme ein Magnetfeld mit senkrecht zu der zweiten Drehachsen 32 ausgerichteten Feldlinien 38 vorliegen. Das gleichzeitige Verstellen der Spiegelplatte 12 um die beiden möglichst senkrecht zueinander ausgerichteten Drehachsen 16 und 32 erfordert somit ein Gesamtmagnetfeld, dessen Feldlinien 22 in einem inneren Bereich senkrecht zu den Feldlinien 38 zweier äußerer Bereiche ausgerichtet sind. Auf Möglichkeiten zum Aufbauen eines derartigen Gesamtmagnetfeldes mit den Feldlinien 22 und 38 wird unten noch genauer eingegangen.
Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform der Chipvorrichtung des mikromechanischen Bauteils. Die gezeigte Chipvorrichtung 50 weist die bereits beschriebenen Komponenten 12, 14, 18, 20a, 20b, 24 bis 30, 34, 36a und 36b auf. Im Gegensatz zu der anhand der Fig. 1 beschriebenen Chipvorrichtung wird über jede der beiden Federn 30 nur eine Gesamtzuleitung 52 geführt. Über die Gesamtzuleitungen 52 werden die Stromsignale an die beiden äußeren Spulensysteme und an das innere Spulensystem geleitet.
Bei der Chipvorrichtung 50 wird die Spiegelplatte 12 über ein resonantes Verstellen um die erste Drehachse 16 gedreht. Das Drehen der Spiegelplatte 12 um die zweite Drehachse 32 erfolgt als quasistatisches Verstellen. Da die Stromsignale der Spulensysteme mit den
Strompfaden 20a, 20b, 36a und 36b über die Gesamtzufuhrleitungen 52 bereitgestellt werden, ist es vorteilhaft, die schnellen Frequenzen auf der Chipvorrichtung 50 von den langsamen Frequenzen zu trennen. Dies wird über einen Hochpassfilter 54 realisiert. Der Hochpassfilter 54 besteht vorzugsweise aus der Induktivität und dem Widerstand der Spule selbst und einer zusätzlichen Kapazität, die in geeigneter Weise zusammen-geschaltet werden. Der Hochpassfilter 54 lässt nur hohe Frequenzen passieren. Beispielsweise kann eine als Hochpassfilter 54 genutzte Kapazität durch eine Kombination von Basis/Emitter, Emitter/Metall, Polysilizium/Oxid/Polysilizium, Polysilizium/Oxid/Metall, Polysilizium/Oxid/Silizium, oder Metall/Oxid/Metall realisiert werden.
Die Chipvorrichtung 50 hat somit gegenüber dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel den Vorteil, dass nur eine Zuleitung, nämlich die Gesamtzuleitung 52 auf den Federn 30 angeordnet ist. Somit können die Federn 30 schmaler und damit leichter verbiegbar ausgeführt werden. Insbesondere wird bei der Chipvorrichtung 50 die Biegesteifigkeit der Federn 30 nur von der einen Gesamtzuleitung 52 beeinträchtigt. Da die Gesamtzuleitung 52 die gleichen Eigenschaften besitzen kann, wie die oben schon beschriebenen Zuleitungen, ist eine vorteilhaftere Biegesteifigkeit der Federn 30 gewährleistet. Dies ermöglicht ein einfacheres Verstellen des inneren Rahmens 18 gegenüber dem äußeren Rahmen.
Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf eine dritte Ausführungsform der Chipvorrichtung des mikromechanischen Bauteils.
Die Chipvorrichtung 100 umfasst die oben schon beschriebenen Komponenten 12, 14, 18, 20a, 20b, 24 bis 30, 34, 36a, 36b, 52 und 54. Allerdings sind bei der Chipvorrichtung 100 die äußeren Spulensysteme als äußeres Gesamtspulensystem mit mehreren über die Verbindungsstege 28 geführten Leitungen 34 und mit den Strompfaden 36a und 36b ausgebildet. Die beiden Verbindungsstege 28 weisen eine vergleichsweise große Breite auf, um eine möglichst hohe Anzahl von darauf angeordneten Leitungen 34 zu ermöglichen. Die Flächen der beiden Seitenplatten 26 sind vorzugsweise mit einer möglichst großen Anzahl von Strompfaden 36a und 36b bestückt.
Vor allem die Leitungen 34, welche parallel zur zweiten Drehachse 32 verlaufen einen vergleichsweise großen Abstand zu der zweiten Drehachse 32 aufweisen, tragen signifikant zur Steigerung des Drehmoments zum Verstellen des inneren Rahmens 18 um die zweite Drehachse 32 bei. Dies erleichtert das Verstellen des inneren Rahmens 18 gegenüber dem (nicht skizzierten) äußeren Rahmen.
Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf eine vierte Ausführungsform der Chipvorrichtung des mikromechanischen Bauteils.
Auch bei der der Chipvorrichtung 150 wird die Spiegelplatte 12 über ein resonantes Verstellen um die erste Drehachse 16 und über ein quasistatisches Verstellen die zweite Drehachse 32 gedreht. Dabei ist eine möglichst hohe Eigenfrequenz der Spiegelplatte 12 vorteilhaft.
Die Eigenfrequenz der Spiegelplatte 12 zum Verstellen der Spiegelplatte 12 um die erste Drehachse 16 ist festgelegt durch die Masse der Spiegelplatte 12 und die Federkonstante der Torsionsfedern 14. Dabei gilt, dass das Quadrat der Eigenfrequenz gleich ist dem Quotienten aus der Federkonstante der Torsionsfedern 14 durch das Trägheitsmoment der Spiegelplatte 12. Um eine möglichst hohe Eigenfrequenz der Spiegelplatte 12 zu realisieren, ist es somit vorteilhaft, wenn die Spiegelplatte 12 eine möglichst kleine Masse aufweist.
Allerdings erhöht ein inneres Spulensystem, welches an der Spiegelplatte 12 fest angeordnet ist, die in Schwingungen zu versetzenden Gesamtmasse aus innerem Spulensystem und Spiegelplatte 12 signifikant. Zusätzlich kommt hinzu, dass die Spiegelplatte 12 eine Mindestgröße aufweisen sollte, damit ein sicheres Anordnen des inneren Spulensystems daran ge- währleistet ist.
Eine räumliche Trennung des inneren Spulensystems von der Spiegelplatte 12 ist deshalb vorteilhaft. Bei der Chipvorrichtung 150 ist die räumliche Trennung des inneren Spulensystems von der Spiegelplatte 12 realisiert, indem ein Zentralrahmen 152 innerhalb des inneren Rahmens 18 um die Spiegelplatte 12 ausgebildet ist. Das innere Spulensystem ist vorzugsweise ausschließlich an dem Zentralrahmen 152 angeordnet. Der Zentralrahmen 152 ist mittels der Torsionsfedern 14 an den Verbindungsstegen 28 drehbar befestigt. Zwischen dem Zentralrahmen 152 und der Spiegelplatte 12 verlaufen zwei weitere Torsionsfedern 154 entlang der ersten Drehachse 16. Die Spiegelplatte 12 wird somit beim Verstellen um die erste Drehachse 16 über die Schwingungen des Zentralrahmens 152 aufgeschaukelt.
Ein weiterer Vorteil der Chipvorrichtung 150 liegt darin, dass die parallel zu der ersten Drehachse 16 auf dem Zentralrahmen 152 ausgebildeten Strompfade 20a zu der ersten Drehachse 16 einen vergleichsweise großen Abstand aufweisen. Dies ermöglicht eine Steigerung des Drehmoments.
Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Magnetjochs des mikromechanischen Bauteils.
Das schematisch wiedergegebene Magnetjoch 200 weist einen Hartmagneten 202 mit einer Magnetisierungsrichtung 204 auf. Die Magnetisierung des Hartmagneten 202 kann auch nach einem Zusammensetzen des Magnetjochs 200 erfolgen. Vorzugsweise wird die Magnetisierung des Hartmagneten 202 nach der Montage des Magnetjochs 200 in dem zugehörigen mikromechanischen Bauteil durchgeführt.
Der Hartmagnet 202 bildet den Jochkern des Magnetjochs 200. Selbstverständlich muss der Jochkern nicht vollständig aus einem hartmagnetischen Material geformt sein. Stattdessen kann auch nur ein Teil des Jochkerns aus dem Hartmagneten 202 aufgebaut sein.
Die Magnetisierungsrichtung 204 des Hartmagneten 202 verläuft von einer ersten Seitenfläche 206 des Hartmagneten 202 zu einer zweiten Seitenfläche 208 des Hartmagneten 202. An den beiden Seitenflächen 206 und 208 sind Jocharme 210 befestigt. Beispielsweise werden als Jocharme 210 Weichmagnete verwendet. Ebenso kann für die Jocharme 210 eine Form aus Epoxid oder einem anderen nicht magnetischen Material erstellt werden, welche mit einem weichmagnetischen Material gefüllt wird.
Die beiden Jocharme 210 weisen zueinander einen Abstand dl auf, welcher der Breite des Weichmagneten 202 zwischen den beiden Seitenflächen 206 und 208 entspricht. Der Hartmagnet 202 ist an den unteren Bereichen der Seitenflächen der Jocharme 210 befestigt. Die beiden Jocharme 210 erstrecken sich von dem Hartmagneten 202 in einer Richtung senkrecht zu der Magnetisierungsrichtung 204 weg. Die Jocharme 210 spannen zusammen mit dem Hartmagneten 202 eine Jochöffnung auf. An jeder Oberfläche einer Flussleitschicht ist ein Pohlschuh 212 angeordnet. Beispielsweise können die Polschuhe 212 aus einem weichmagnetischen Material hergestellt sein. Die Polschuhe 212 können einstückig mit den Jocharmen 210 ausgebildet sein.
Die beiden Polschuhe 212 bilden ein erstes Paar Polstücke. Sie sind in einer Richtung 38a, welche parallel zu der Magnetisierungsrichtung 204 verläuft, so voneinander beabstandet angeordnet, dass zwischen den beiden Polschuhen 212 ein Spalt 214 liegt. Der Abstand d2 der beiden Polschuhe 212 ist gleich der Breite des Spalts 214. Vorzugsweise ist der Abstand d2 kleiner als der Abstand dl.
Innerhalb des Spalts 214 liegt ein Magnetfeld vor. Die Feldlinien 38 des Magnetfelds verlaufen innerhalb des Spalts 214 parallel zu der Richtung 38a und zu der Magnetisierungsrichtung 204. Sie sind entgegen zur Magnetisierungsrichtung 204 gerichtet. Das schematisch wiedergegebene Magnetfeld mit den Feldlinien 38 innerhalb des Spalts 214 dient zum Ver- stellen des oben beschriebenen inneren Rahmens einer Chipvorrichtung um die zweite
Drehachse. Dabei wird die Chipvorrichtung, welche beispielsweise einer der oben beschriebenen Chipvorrichtungen oder einer Kombination von diesen entspricht, in dem Spalt 214 befestigt.
Zum Verstellen eines Stellelements der Chipvorrichtung um die senkrecht zu der zweiten
Drehachse gerichtete erste Drehachse sollte innerhalb des Spaltes 214 noch ein Teilmagnetfeld aufgebaut werden, dessen Feldlinien senkrecht zu den Feldlinien 38 liegen. Beispiele zum Erzeugen eines derartigen Magnetfelds werden unten noch genauer beschrieben.
Fig. 6 zeigt eine Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform des Magnetjochs des mikromechanischen Bauteils.
Das dargestellte Magnetjoch 250 umfasst den Hartmagneten 202 mit der Magnetisierungsrichtung 204 und die beiden Jocharme 210. Zusätzlich weist das Magnetjoch 250 vier PoI- schuhe 212 auf. Jeder der vier Polschuhe 212 weist eine Breite bl parallel zur Oberseite der Jocharme 210 auf, welche kleiner als die Hälfte einer Breite b2 einer Flussleitschicht 210 parallel zu ihrer Oberseite ist. Die Breite bl eines Polschuhs 212 kann in etwa der Breite einer oben beschriebenen Seitenplatte einer Chipvorrichtung entsprechen.
Je zwei Polschuhe 212 sind einer Flussleitschicht 210 zugeordnet. Vorzugsweise liegt ein Kontakt zwischen den beiden Polschuhen 212 und der ihnen zugeordneten Flussleitschicht vor. Die beiden Polschuhe 212 können einstückig mit der ihnen zugeordneten Flussleit- schient 210 ausgebildet sein. Die den beiden Polschuhen 212 nicht zugeordnete Flussleit- schicht ist von diesen beabstandet.
Vorzugsweise sind die beiden Polschuhe 212 an den entgegen gerichteten Seiten der zuge- ordneten Flussleitschicht 210 angeordnet. Die beiden Polschuhe 212 weisen somit in einer Richtung 38a einen Abstand d3 zueinander auf.
Bei dem Magnetjoch 250 bilden zwei Polschuhe 212, welche verschiedenen Jocharmen 210 zugeordnet sind, ein äußeres Joch. Die beiden Polschuhe 212 eines äußeren Jochs liegen sich in dem Abstand d2 gegenüber. Das Magnetjoch 250 umfasst zwei äußere Joche.
Entsprechend weist das Magnetjoch 250 zwei äußere Spalte 214 und einen mittleren Spalt 252 auf. Die Ausdehnungen der beiden äußeren Spalte 214 sind der Abstand d2 und die Breite bl. Die Ausdehnungen des mittleren Spalts 252 können die Abstände dl und d3 sein. Die Gesamtgröße des Magnetjochs 250 mit den äußeren Jochen und dem inneren Joch kann unter einem Kubikzentimeter liegen.
In den äußeren Spalten 214, welche den äußeren Jochen zugeordnet sind, liegt ein Magnetfeld vor, dessen Feldlinien 38 parallel zu der Richtung 38a und zu der Magnetisierungsrich- tung 204 verlaufen. Die Feldlinien 38 des Magnetfelds sind der Magnetisierungsrichtung 204 entgegengerichtet. Mittels des Magnetfelds mit den Feldlinien 38 in den äußeren Spalten 214 kann der oben beschriebene innere Rahmen einer in den Spalten 214 und 252 befestigten Chipvorrichtung gegenüber dem äußeren Rahmen um die zweite Drehachse verstellt werden. Dazu wird die Chipvorrichtung so angeordnet, dass die äußeren Spulensysteme in die äußeren Spalten 214 zumindest hineinragen.
In dem Spalt 252 ist ein inneres Joch mit zwei Dornen 254 ausgebildet. Die Dornen bilden dabei ein zweites Paar Polstücke. Vorzugsweise sind die beiden Dornen 254 so in dem inneren Spalt 252 angeordnet, dass sich ihre Längsrichtung parallel zu der Magnetisierungsrich- tung 204 erstreckt. Dabei kann die maximale Länge Il eines Doms 254 größer als die Hälfte des Abstands dl sein. Jeder der beiden Dornen 254 ist näher an einer anderen Flussleitschicht 210 angeordnet. Die beiden Dornen 254 überlappen sich teilweise in der Richtung 38a und weisen an ihrem Überlappungsbereich einen Abstand d4 in einer Richtung 22a auf. Bevorzugterweise ist die Richtung 22a senkrecht zu der Richtung 38a gerichtet. Zwischen den beiden Dornen 254 liegt somit ein innerer Spalt 256 mit einer Breite gleich dem Abstand d4. Vorzugsweise ist der Abstand d4 deutlich kleiner als der Abstand d3. Die beiden Dornen 254 sind aus einem Material hergestellt, welches gute Flussleit- Eigenschaften aufweist. In dem inneren Spalt 256 liegt deshalb ein Magnetfeld vor, dessen Feldlinien 22 möglichst senkrecht zum Feld 214 in Richtung 22a verlaufen, wie Fig. 6 entnehmbar. Die Feldlinien 22 liegen somit in einem Winkel ungleich 0° und ungleich 180° zu den Feldlinien 38 ausgerichtet sind. Vorzugsweise sind die Feldlinien 22 senkrecht zu den Feldlinien 38 ausgerichtet. Somit ist es möglich, unter Verwendung von nur dem einen Hartmagneten 202 mit der Magnetisierungsrichtung 204 ein Gesamtmagnetfeld zu realisieren, dessen Feldlinien 22 und 38 in örtlichen begrenzten Bereichen zueinander senkrecht ausgerichtet sind. Das Gesamtmagnetfeld ist somit lokal um einen Winkel von 90° gedreht.
Das zwischen den Dornen 254 vorliegende Magnetfeld mit den Feldlinien 22 kann dazu genutzt werden, die Spiegelplatte einer Chipvorrichtung um die erste Drehachse zu verstellen. Dazu wird die Chipvorrichtung, welche ähnlich den oben beschriebenen Chipvorrichtungen ausgebildet sein kann, so in dem Magnetjoch 250 befestigt, dass das innere Spulensystem zumindest teilweise zwischen die Dornen 254 hineinragt. Vorzugsweise wird die Chipvorrichtung nur von dem Joch aus den beiden Dornen 254 gehalten. Dies gewährleistet eine gute thermomechanische Entkopplung. Zusätzlich können die Dornen 254 in einem minimalen Abstand zu der zugeordneten Flussleitschicht 210 angeordnet sein. Dies verbessert die thermomechanische Entkopplung. Gleichzeitig ist die Chipvorrichtung mittels der Polschuhe 212 vor einem lateralen Versatz oder einem Verdrehen gesichert.
Da zur Herstellung des Magnetjochs 250 mit den realisierbaren Feldlinien 22 und 38 nur der eine Hartmagnet 202 nötig ist, müssen beim Zusammensetzen des Magnetjochs 250 keine gegenseitigen Abstoßungskräfte von mehreren Magneten überwunden werden. Dies erleich- tert die Herstellung des Magnetjochs 250 gegenüber herkömmlichen magnetischen Antrieben. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, den Hartmagneten 202 in einem unmagneti- sierten Zustand in dem Magnetjoch 250 zu verbauen, und ihn erst nach der Montage in ein mikromechanisches Bauteil mittels eines äußeren Magnetfelds aufzumagnetisieren.
Zusätzlich ist es möglich, die Spalte 214 und 252 mit nicht magnetischen Materialien zu füllen. Beispiele für entsprechende Materialen und ihre Nutzung werden weiter unten noch genauer beschrieben.
Fig. 7 zeigt eine Seitenansicht einer dritten Ausführungsform des Magnetjochs des mikrome- chanischen Bauteils. Das gezeigte Magnetjoch 300 gewährleistet aufgrund einer Modifikation der Polschuhe 212 gesteigerte Feldstärken der Magnetfelder in den Spalten 214 und 246. Es unterscheidet sich von der oben beschriebenen Ausführungsform durch die Verjüngungen der Polschuhe 212 und der Dornen 254 an den in die Spalte 214 hineinragenden Enden. Zur Vereinfachung sind die Verjüngungen an den Polschuhen 212 und an den Dornen 254 in Fig. 7 treppenförmig dargestellt.
Vorteilhafter ist es hingegen, an den Polschuhen 212 und an den Dornen 254 kontinuierliche Verjüngungen auszubilden. Insbesondere durch die Ausbildung von Spitzen lassen sich ge- steigerte Feldstärken für die gewünschten Magnetfelder erzielen.
Der Auslenkwinkel einer verstellbaren Spiegelplatte hängt linear von der Feldstärke des magnetischen Feldes, der Anzahl der Windungen des Spulensystems, der Stromstärke des durch das Spulensystem fließenden Stroms und einem mittleren Abstand des Spulensys- tems von einer Drehachse ab. Eine gesteigerte Feldstärke ist somit besonders vorteilhaft.
Beispielsweise kann über eine Verjüngung der Polschuhe 212 und der Dornen 254 bei einer Windungsanzahl von 30 Windungen eines Spulensystems und bei einem Strom durch das Spulensystem mit einer Stromstärke von 70 mA bei einer Gesamtbreite des inneren Rah- mens von 3 mm eine Auslenkung von mindestens 7° erzielt werden. Bei einer Rahmenbreite von 6 mm wird mit einer Stromstärke von 70 mA und einer Windungsanzahl von 15 Windungen kann ein Magnetfeld von 0,4 Tesla im äußeren Bereich und ein Magnetfeld von 0,1 Tes- Ia im inneren Bereich erzielt werden.
Fig. 8A und 8B zeigen schematische Darstellungen einer weiteren Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils, wobei Weichmagnete in der Verkapselung sind.
Das mikromechanische Bauteil weist eine Chipvorrichtung 350 auf, welche beispielsweise einer der oben anhand der Fig. 1 bis 4 beschriebenen Chipvorrichtungen oder einer Kombi- nation aus diesen entspricht. Die Chipvorrichtung 350 umfasst ein verstellbares Stellelement, ein inneres Spulensystem, Torsionsfedern und Federn. Der besseren Übersichtlichkeit wegen sind jedoch in den Fig. 8A und 8B nur die Spulen 352 der äußeren Spulensysteme dargestellt. Die Chipvorrichtung 350 befindet sich in einem als Verkapselung ausgebildeten Gehäuses, welches aus einer Bodenplatte 353, zwei Seitenwänden 354 und einer als Deckplatte ausgebildeten Glasplatte 356 zusammengesetzt ist. Vorzugsweise ist die Chipvorrichtung 350 einstückig mit zumindest einem Teilstück 358 der Seitenwände 354 ausgebildet. Beispiels- weise werden die Spiegelplatte, die Torsionsfedern, die Federn und die Teilstücke 358 aus einer gemeinsamen Siliziumschicht herausgeätzt. Vor oder nach dem Herausätzen kann eine leitfähige Beschichtung auf der Siliziumschicht aufgebracht und zum Herstellen der Spulen 352 geeignet strukturiert werden.
Vor einem Befestigen der Glasplatte 356 an den Seitenwänden 354 können die an der Glasplatte 356 befestigten Weichmagnete 360 hergestellt werden. Beispielsweise wird dazu die Glasplatte 356 mit einem Material mit guten Flussleit- Eigenschaften zumindest teilweise beschichtet. Ein geeignetes Material ist beispielsweise Eisen. Anschließend kann die Beschich- tung der Glasplatte 356 mittels eines geeigneten Ätzverfahrens so strukturiert werden, dass die Weichmagnete 360 in einer geeigneten Form vorliegen. Die Glasplatte 356 mit den Weichmagneten 360 kann anschließend an den Seitenwänden 354, beispielsweise über ein Sealglass- Bonden, befestigt werden.
Die aus den Komponenten 353 bis 356 gebildete Verkapselung mit der darin angeordneten Chipvorrichtung 350 und den Weichmagneten 360 kann in einem Spalt eines (nicht skizzierten) Magnetjochs befestigt werden. Das Magnetjoch umfasst einen Hartmagneten, Jocharme und Polschuhe, welche so ausgebildet sind, dass in den Bereichen der äußeren Spulensysteme mit den Spulen 253 ein Magnetfeld mit in einer ersten Richtung ausgerichteten Magnet- feldlinien vorliegt. Beispielsweise entspricht das Magnetjoch den anhand der Fig. 5 bis 7 beschriebenen äußeren Magnetjochen.
Über die im Inneren der Verkapselung angeordneten Weichmagnete 360 ist eine Drehung des Magnetfeldes erzielbar. Das Magnetfeld wird dabei so gedreht, dass im Bereich des in- neren Spulensystems ein Magnetfeld vorliegt, dessen Richtlinien in einer zweiten Richtung senkrecht zu der ersten Richtung gerichtet sind. Die Weichmagnete 360 sind somit so ausgerichtet, dass sie ein kleineres Joch schaffen, das orthogonal zu dem äußeren Joch ausgerichtet ist.
Da das Magnetfeld eines Magnetjoches an den Polen am stärksten ist, ist es vorteilhaft, das innere Joch möglichst dicht an Strombahnen der resonanten Achse der Chipvorrichtung 350 heranzubringen. Dies ist am einfachsten möglich, indem die Weichmagnete 360 in einen Bestandteil der Verkapselung der Chipvorrichtung 350 integriert werden. Das Integrieren der Magnete 360 an oder in einen Bestandteil der Verkapselung verbessert die Stabilität der Weichmagnete 360. Beispielsweise gewährleistet das Anbringen der Magnete 360 an der Glasplatte 356 einen Biegeschutz für die Weichmagnete 360. Somit können die Weichmagnete 360 eine feine Struktur aufweisen. Ein direkter Kontakt zu dem Joch ist zwar von Vorteil für die Erzielung eines maximalen magnetischen Feldes, man erhält aber auch in diesem Fall ausreichend hohe Feldstärken, da das Magnetfeld zum größten Teil auf die inneren weichmagnetischen Teilstück überspringt.
Zusätzlich gewährleistet eine Integration der Weichmagnete 360 in die aus den Komponenten 353 bis 356 zusammengesetzte Verkapselung ein geringeres Risiko einer Beschädigung der Weichmagnete 360. Die Weichmagnete 360 sind somit vor Umwelteinflüssen geschützt.
Häufig sind die Anforderungen an Ebenheit und Rauhigkeit der Oberfläche der Spiegelplatte hoch. Zusätzlich können Temperaturen, wie sie bei gängigen Halbleiterprozessen häufig auftreten, die Qualität der Oberfläche der Spiegelplatte beeinträchtigen. Deshalb ist es vorteilhaft, wenn ein Bedampfen der Spiegelplatte mit einer reflektierenden Schicht, beispielsweise Aluminium oder Silber, erst während eines späteren Schrittes im Prozessablauf erfolgt. Durch das Ausbilden einer Öffnung 362 in der Glasplatte 356, wie sie in Fig. 8B darge- stellt ist, besteht die Möglichkeit, das Bedampfen der an der Chipvorrichtung 350 ausgebildeten Spiegelplatte gegen Ende des Herstellungsverfahrens auszuführen. Anschließend kann die Öffnung 362 verschlossen werden, um einen definierten Druck im Inneren der Verkapselung einzustellen und die Chipvorrichtung 350 und die Weichmagnete 360 vor Umwelteinflüssen zu schützen.
Fig. 9A bis 9C zeigen eine Seitenansicht, eine Draufsicht und einen Querschnitt einer weiteren Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils.
Das dargestellte mikromechanische Bauteil 400 weist die oben schon beschriebenen Kom- ponenten auf. Auf eine erneute Beschreibung dieser Komponenten wird deshalb hier verzichtet.
Die dargestellte Chipvorrichtung 10 ist zwischen den beiden äußeren Jochen eingeklemmt. Das äußere Spulensystem liegt somit mittig in den Bereichen mit der maximalen magneti- sehen Feldstärke. Beispielsweise weist das Magnetfeld eine Feldstärke von 0,4 Tesla im Bereich der Spulen auf. Dies gewährleistet ein quasistatisches Verstellen des inneren Rahmens um die (nicht skizzierte) zweite Drehachse.
Aufgrund der hohen Feldstärke des Magnetfelds in den Spalten 214 können die äußeren Spulensysteme eine vergleichsweise niedrige Windungszahl haben. Dies reduziert den Innenwiderstand der äußeren Spulensysteme. Die Breite der Polschuhe 212 kann den Ausdehnungen der äußeren Spulensysteme entspricht. Dies gewährleistet zusätzlich ein räumlich konstantes Magnetfeld in den Bereichen der äußeren Spulensysteme.
Wie in den Fig. 9A und 9B zu erkennen ist, haben die Magnete 254 eine dreieckige Form. Durch die dreieckige Form der Magnete 254 wird das Magnetfeld lokal in seiner Richtung um einen Winkel größer 0° bis zu max. 90° gedreht.
Fig. 10A bis 10E zeigen Querschnitte und eine Seitenansicht zum Darstellen einer Ausfüh- rungsform des Herstellungsverfahrens für ein mikromechanisches Bauteil.
Fig. 10A zeigt einen Querschnitt durch zwei Einzelteile 450 und 452 zum Herstellen des mikromechanischen Bauteils vor ihrem Zusammensetzen. Bei den Einzelteilen 450 und 452 handelt es sich um ein U-Profil 450 aus einem Material mit guten Flussleit- Eigenschaften und um ein Epoxy-Profil 452.
Das U-Profil 450 besteht zumindest teilweise aus einem Material mit guten Flussleit- Eigenschaften. Beispielsweise ist das U-Profil 450 aus Eisen geformt. Das Epoxy-Profil bzw. irgendein nichtmagnetisches Material 452 kann eine quaderförmige Form haben. Vorzugs- weise ist das Epoxy-Profil 452 so geformt, dass es eine Breite b3 aufweist, welche der Ausdehnung der Aussparung des U-Profils 450 entspricht. Beispielsweise liegt die Breite b3 zwischen 3 bis 5 mm. Das Epoxy-Profil 452 weist eine Länge senkrecht zur Breite b3 auf, welche vorzugsweise deutlich länger als die Breite b3 ist. Wie weiter unten noch genauer ausgeführt wird, ermöglicht eine vorteilhafte Länge des Epoxy-Profils 452 ein Herstellen von meh- reren Magnetjochen gleichzeitig.
Anstelle des Epoxy-Profils 452 kann auch ein anderes Profil aus einem nicht magnetischen Werkstoff verwendet werden. Zusätzlich kann das anstelle des Epoxy-Profils 452 verwendete Profil aus einem nicht magnetischen Werkstoff geformt sein. Beispiele für einen entspre- chenden Werkstoff sind Kunststoff, Glas und/oder Keramik (bzw. alle außer Fe und Ni und ein paar seltenen Erden). Dabei ermöglicht die Verwendung eines nicht leitfähigen Werkstoffs das Integrieren von Kontakten 454 in dem Profil.
Die beiden Einzelteile 450 und 452 werden zusammengefügt. Beispielsweise werden die beiden Einzelteile 450 und 452 zusammengeklebt. Das Resultat ist in Fig. 1OB dargestellt. Als Alternative zu dem anhand der Fig. 1OA und 1OB beschriebenen Verfahrensschritt kann das für das Epoxy-Profil 452 verwendete Material auch in das U-Profil 450 gespritzt werden. Dies gewährleistet ebenfalls ein festes Zusammenfügen der beiden Einzelteile 450 und 452 zu einem bevorzugten Gesamtprofil.
Fig. IOC zeigt einen Querschnitt durch die beiden Profile 450 und 452 nach einem Bohren und/oder einem Fräsen einer Aussparung 456. Die Aussparung 456 erstreckt sich durch das Verbindungsteil des U-Profils 450 in das Epoxy-Profil 452. Durch das Ausbilden der Aussparung 456 wird das U-Profil 450 in zwei freistehende Metall I eisten 458 unterteilt. Die freiste- henden Metallleisten 458 bilden die Pole des im Weiteren hergestellten Magnetjochs.
Alternativ auch alle anderen Verfahren, Teile zusammenzukleben, -schweißen etc. angewendet werden, bei dem das Joch freigefräst werden kann, da durch das Fräsen die geringsten Toleranzen erzielt werden können.
Die Aussparung 456 kann in ihrem unteren Bereich Verjüngungen aufweisen. Beispielsweise hat die Aussparung 456 eine obere Breite b4, eine mittlere Breite b5 und eine untere Breite b6. Die Verjüngungen der Aussparung 456 mit der mittleren Breite b5 und der unteren Breite b6 liegen bevorzugt in dem Epoxy-Profil 452. In den Verjüngungen der Aussparung 456 kön- nen in einem weiteren Verfahrensschritt Chipvorrichtungen fixiert werden. Die obere Breite b4 kann beispielsweise zwischen 0,5 und 2 mm betragen. Die mittlere Breite b5 und die untere Breite b6 sind entsprechend angepasst.
Um die auf der Chipvorrichtung ausgebildeten Leiterbahnen möglichst nahe an den Polen des Magnetjochs anzuordnen, ist es vorteilhaft, den Abstand zwischen den Polen möglichst gut zu tolerieren und die Chipvorrichtung entsprechend vorteilhaft anzuordnen. Der Abstand zwischen den Polen sollte dabei möglichst geringe Toleranzen aufweisen. Über ein Bohren und/oder ein Fräsen der Aussparung 456 ist ein Festlegen des Abstands mit Toleranzen von höchstens 10 μm gewährleistet. Somit ist es möglich, den Abstand zwischen den zwei frei- stehenden Metallleisten 458 mit einer Genauigkeit von 10 μm festzulegen. Zusätzlich ist durch das Festlegen des Abstands zwischen den beiden freistehenden Metallleisten 458 über ein Bohren und/oder ein Fräsen eine minimale Fertigungsstreuung bei den später hergestellten Magnetjochen gewährleistet. Gleichzeitig sind eine hohe Maßhaltigkeit und eine gute Symmetrie 10 der Aussparung 456 gegeben.
Nach dem Bohren und/oder dem Fräsen können Chipvorrichtungen 460 und 462 in der Aussparung 456 fixiert werden. Beispielsweise erfolgt das Fixieren der Chipvorrichtungen 460 und 462 über ein Kleben. Dabei ist auch ein Stapeln der Chipvorrichtungen 460 und 462 möglich. In Längsrichtung des Profils können somit mehrere Systeme aufgebaut werden. Das Resultat ist in Fig. 10D dargestellt.
Die Chipvorrichtung 460 kann beispielsweise einer der oben beschriebenen Chipvorrichtungen oder einer Kombination aus diesen entsprechen. Auf der Chipvorrichtung 462 können Komponenten zum Ansteuern der Chipvorrichtung 460 integriert sein.
Fig. 10E zeigt eine Seitenansicht zum Darstellen eines Trennens der Profile 450 und 452 in mehrere Einzelsysteme. Das Ausbilden einer Schnittebene 464 erfolgt dabei über die bekannten Trennmethoden.
In den oberen Absätzen sind die Polstücke als Dornen bezeichnet. Eine dornenähnliche Form ist für die Polstücke vorteilhaft. Allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht auf dor- nenähnliche Polstücke beschränkt. Zusätzlich ist die vorliegende Erfindung in den oberen Absätzen anhand eines als verstellbare Spiegelplatte ausgebildeten Stellelements beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf eine verstellbare Spiegelplatte eingeschränkt. Anstelle der Spiegelplatte kann das mikromechanische Bauteil mit dem magnetischen Antrieb auch ein anderes Stellelement aufweisen.

Claims

Ansprüche
1. Magnetjoch (200,250,300) mit
einem Jochkern mit einem Magneten (202), an welchem ein erster Jocharm (210) und ein zweiter Jocharm (210) so ausgebildet ist, dass der Magnet (202) und die beiden Jocharme (210) eine Jochöffnung aufspannen;
einem ersten Paar Polstücke (212), welche in die Jochöffnung hineinragen und in einer ersten Richtung (38a) so zueinander beabstandet angeordnet sind, dass ein erster Spalt (214) zwischen dem ersten Paar Polstücke (212) ausgebildet ist; und
einem zweiten Paar Polstücke (254,360), welche in die Jochöffnung hineinragen und in einer senkrecht zu der ersten Richtung (38a) ausgerichteten zweiten Richtung (22a) so zueinander beabstandet angeordnet sind, dass ein zweiter Spalt (256) zwischen dem zweiten Paar PoI- stücke (254,360) ausgebildet ist.
2. Magnetjoch (200,250,300) nach Anspruch 1, wobei das erste Paar Polstücke (212) und/oder das zweite Paar Polstücke (245,360) beabstandet von den Jocharmen (210) angeordnet sind.
3. Magnetjoch (200,250,300) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das erste Paar Polstücke (212) an seinen zu dem ersten Spalt (214) benachbarten Bereichen und/oder das zweite Paar Polstücke (254,360) an seinen zu dem zweiten Spalt (256) benachbarten Bereichen Verjüngungen aufweisen.
4. Mikromechanisches Bauteil (400) mit
einem Magnetjoch (200,250,300) nach einem der Ansprüche 1 bis 3;
mindestens einem ersten Strompfad (36a), welcher so in dem ersten Spalt (214) des Magnetjochs (200,250,300) angeordnet ist, dass der erste Strompfad (36a) bei einem Strom durch den ersten Strompfad (36a) aufgrund der Lorenzkraft um eine erste Drehachse (16) gedreht wird;
mindestens einem zweiten Strompfad (20a), welcher so in dem zweiten Spalt (256) des Magnetjochs (200,250,300) angeordnet ist, dass der zweite Strompfad (20a) bei einem Strom durch den zweiten Strompfad (20a) aufgrund der Lorenzkraft um eine zweite Drehachse (16) gedreht wird; und
einem Stellelement (12), welches so an den ersten Strompfand (36a) und an den zweiten Strompfad (20a) gekoppelt ist, dass das Stellelement (12) bei dem Strom durch den ersten Strompfad (36a) um die erste Drehachse (32) gedreht wird und bei dem Strom durch den zweiten Strompfad (20a) um die zweite Drehachse (16) gedreht wird.
5. Mikromechanisches Bauteil (400) nach Anspruch 4, wobei das mikromechanische Bauteil (400) eine Stromsteuereinrichtung umfasst, welche an den ersten Strompfad (36a) einen Strom mit einer ersten Frequenz und an den zweiten Strompfad (20a) einen Strom mit einer höheren zweiten Frequenz bereitstellt.
6. Mikromechanisches Bauteil (400) nach Anspruch 5, wobei der erste Strompfad (36a) und der zweite Strompfad (20a) an einer Gesamtzufuhrleitung (52) angeschlossen sind, und wobei dem zweiten Strompfad (20a) ein Hochpassfilter (54) vorgeschaltet ist.
7. Mikromechanisches Bauteil (400) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei der erste Strompfad (36a), der zweite Strompfad (20a), das Stellelement (12), das erste Paar Polstü- cke (212) und/oder das zweite Paar Polstücke (254,360) von einer Verkapselung
(353,354,356) umschlossen sind, welche zumindest teilweise in der Jochöffnung angeordnet ist.
8. Herstellungsverfahren für ein Magnetjoch (200,250,300) mit den Schritten:
Bilden eines Jochkerns mit einem Magneten (202);
Bilden eines ersten Paares Polstücke (212), welche in die Jochöffnung hineinragen, wobei das erste Paar Polstücke (212) in einer ersten Richtung (38a) so zueinander beabstandet angeordnet werden, dass ein erster Spalt (214) zwischen dem ersten Paar Polstücke (212) ausgebildet wird; und Bilden eines zweiten Paares Polstücke (254,360), welche in die Jochöffnung hineinragen, wobei das zweite Paar Polstücke (254,360) in einer senkrecht zu der ersten Richtung (38a) ausgerichteten zweiten Richtung (22a) so zueinander beabstandet angeordnet werden, dass ein zweiten Spalt (256) zwischen dem zweiten Paar Polstücke (254,360) ausgebildet wird.
9. Herstellungsverfahren nach Anspruch 8, wobei das Bilden des Jochkerns die folgenden Schritte umfasst:
Füllen eines U-Profils (450) mit einem nicht magnetischen Material (452); und
Bohren und/oder Fräsen einer Aussparung (456) in das U-Profil (450) zum Unterteilen des U-Profils (450) in Metallleisten (458), aus denen der Jochkern gebildet wird.
10. Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil (400) mit den Schritten:
Herstellen eines Magnetjochs (200,250,300) gemäß Anspruch 8 oder 9;
Anordnen mindestens eines ersten Strompfads (36a) so in dem ersten Spalt (214) des Magnetjochs (200,250,300), dass der erste Strompfad (36a) bei einem Strom durch den ersten Strompfad (36a) aufgrund der Lorenzkraft um eine erste Drehachse (32) gedreht wird;
Anordnen mindestens eines zweiten Strompfads (20a) so in dem zweiten Spalt (256) des Magnetjochs (200, 250,300), dass der zweite Strompfad (20a) bei einem Strom durch den zweiten Strompfad (20a) aufgrund der Lorenzkraft um eine zweite Drehachse (16) gedreht wird; und
Ankoppeln eines Stellelements (12) so an den ersten Strompfad (36a) und an den zweiten Strompfad (20a), dass das Stellelement (12) bei dem Strom durch den ersten Strompfad (36a) um die erste Drehachse (32) gedreht wird und bei dem Strom durch den zweiten Strompfad (20a) um die zweite Drehachse (16) gedreht wird.
11. Mikromechanisches Bauteil, hergestellt nach dem Verfahren gemäß Anspruch 8, 9 oder 10.
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