WO2019101410A1 - Bruchdetektionsvorrichtung - Google Patents

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WO2019101410A1
WO2019101410A1 PCT/EP2018/076984 EP2018076984W WO2019101410A1 WO 2019101410 A1 WO2019101410 A1 WO 2019101410A1 EP 2018076984 W EP2018076984 W EP 2018076984W WO 2019101410 A1 WO2019101410 A1 WO 2019101410A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
electrical
line unit
mems structure
detection device
electrical line
Prior art date
Application number
PCT/EP2018/076984
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hendrik Specht
Robert Wolf
Daniel Kreye
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Publication of WO2019101410A1 publication Critical patent/WO2019101410A1/de

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • B81C99/0035—Testing
    • B81C99/005—Test apparatus
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
    • B81B2201/04—Optical MEMS
    • B81B2201/042—Micromirrors, not used as optical switches

Definitions

  • breakage detection device for detecting a break in at least one MEMS structure, which has at least one mechanical structure, with at least one electrical line unit, proposed wor the.
  • the invention is based on a breakage detection device for detecting a breakage in at least one MEMS structure, which has at least one mechanical structure, with at least one electrical line unit.
  • the at least one electrical line unit is arranged along the at least one mechanical structure of the at least one MEMS structure and that the at least one electrical line unit has exactly two end pieces, each with a single electrical contact element.
  • the fracture detection device comprises the MEMS structure (microelectromechanical system structure).
  • the MEMS structure is designed as a MEMS actuator.
  • the MEMS actuator can use electrical energy for mechanical movement.
  • the mechanical structure of the MEMS structure is adapted to the mechanical movement.
  • the MEMS structure may preferably be made at least partially of a semiconductor, a polymer, a ceramic or another, to a person skilled in the appear appropriate material.
  • the MEMS structure is at least partially formed from a silicon.
  • the electrical line unit is in particular configured to conduct electrical current.
  • set up is to be understood in particular specially programmed, designed and / or equipped.
  • the fact that an object is set up for a specific function should in particular mean that the object fulfills and / or executes this specific function in at least one application and / or operating state.
  • the electrical Lei processing unit may preferably at least partially be formed as a metallic wire, as a metallic layer or as another, one skilled in the art seem appropriate sense electrical line unit.
  • the electrical line unit is preferably formed at least partially from a copper, from an aluminum or from another material which appears expedient to a person skilled in the art.
  • the electrical line unit In an undamaged state, the electrical line unit preferably has an electrical resistance equal to or less than 10 k ⁇ .
  • the electrical line unit in an undamaged state has an electrical resistance greater than or equal to 4 kO.
  • the electrical line unit is arranged along the mechanical structure of the MEMS structure.
  • the electrical line unit passes through the mechanical structure at least once completely.
  • the electrical line unit can pass through the mechanical structure such that the largest possible area of the mechanical structure is covered by the electrical line unit.
  • the electrical line unit in the event of damage, in particular in the event of breakage, of the MEMS structure, the electrical line unit can be damaged, in particular break. In particular, damage to the MEMS structure may arise due to movement of the mechanical structure.
  • the electrical line unit has exactly two end pieces.
  • the two end pieces limit an extension of the electrical line unit in a main direction of extension of the electrical line unit.
  • each of the two end pieces is an electrical one Contact element arranged.
  • the electrical contact elements are insbesonde re set up for electrically conductive contacting the electrical line unit.
  • an electrical voltage can be applied to the electrical line unit at the electrical contact elements.
  • the end pieces and the electrical contact elements are formed integrally with a main body of the electrical line unit.
  • the electrical line unit still further electrical con tact elements, such as a center contact in a center of the electrical rule line unit o. The like., Has.
  • the end pieces are led out of the mechanical structure.
  • the electrical contact elements outside the mechanical structure are contacted.
  • the end pieces of the electrical line unit are led out of the mechanical structure of the MEMS structure on at least one electrical interface of the MEMS structure.
  • the electrical contact elements of the electrical line unit can be arranged on the electrical interface.
  • the two electrical contact elements are arranged on at least two different electrical interfaces.
  • the electrical interfaces are arranged on at least one edge of the MEMS structure.
  • the at least one electrical interface as a bonding pad, in particular for the produc- tion of wire bonds, is formed.
  • the at least one electrical interface is formed as a ball grid.
  • the ball grid may be arranged on one side of the MEMS structure, which is different from one side of the MEMS structure on which the mechanical structure is arranged.
  • the electrical Lei processing unit via the electrical interface with other components of the fracture detection device may be electrically connected.
  • a constant electrical cal voltage can be applied to the electrical line unit via the electrical interfaces.
  • a constant electrical current can flow through the electrical line unit.
  • the electrical line unit may be damaged as a result of damage, in particular a breakage, of the MEMS device.
  • Structure of electric current change.
  • a loading damage, in particular a break, of the MEMS structure can be detected.
  • the inventive design of the fracture detection device can advantageously a fraction in a MEMS structure by means of an electrical line unit can be detected.
  • Advantageously can be dispensed with additional detection elements within the mechanical structure of the MEMS structure such as egg nen pressure sensor.
  • a user-secure and inexpensive to produce breakage detection device can be provided.
  • the at least one electrical line unit has at least two line unit sections which are mutually cross-linked.
  • the electrical Lei processing unit non-linear, in particular in curves and / or around corners, run through the mechanical structure.
  • a kaussakusteilab section between two curves, between two corners and / or between a curve and a corner is arranged.
  • the electrical line unit in a line unit section on an at least substantially linear course.
  • the electric line unit may include a plurality of line unit sections.
  • the Lei processing unit sections are formed with each other cross-link. In particular, only an electric current flow can take place along the main extension directions of the line unit sections.
  • the line unit sections are free of connections, in particular electrically conductive connections, with one another transversely to the main directions of the line unit sections.
  • a single electrical current flow through the electrical line unit can be achieved.
  • an effective fracture detection can be achieved.
  • the at least one electrical line unit is formed at least partially by a doping of at least one material of the at least one MEMS structure.
  • a "doping of a material of the MEMS structure” should in particular be understood as introducing impurities into the material of the MEMS structure.
  • Foreign atoms are in particular Atoms that do not exist in a ladder-free material of the MEMS structure.
  • the doping may in particular be formed at least partially as an n-doping and / or as a p-doping.
  • n-type doping foreign atoms having at least one bonding electron more than the atoms of the material of the MEMS structure are introduced into the material of the MEMS structure.
  • the impurities are registeredbil det as phosphorus atoms in an n-doping, especially in a formation of the MEMS structure of silicon.
  • the impurities are formed as boron atoms, in particular in a formation of the MEMS structure of silicon.
  • the impurities are arranged within a particular line-shaped volume along the mechanical structure of the MEMS structure.
  • the volume may have an extent greater than or equal to 1 ⁇ m at least substantially perpendicular to the main extension direction of the electrical line unit and at least substantially parallel to a main extension plane of the MEMS structure.
  • the volume can have an extension of at least substantially perpendicular to the main extension direction of the electrical line unit and at least substantially parallel to the main extension plane of the MEMS structure, or equal to 50 ⁇ m.
  • the volume can at least substantially perpendicular to the main extension direction of the electrical plinssein unit and at least substantially perpendicular to the main extension plane of the MEMS structure have an extent greater than or equal to 1 pm.
  • the volume can be at least substantially perpendicular to the main extension direction of the electrical line unit and at least substantially perpendicular to the main extension plane of the MEMS structure have an expansion of less than or equal to 10 pm.
  • the volume may in particular have an extension greater than or equal to 100 pm.
  • the volume can in particular have an extension less than or equal to 10 mm.
  • a "main extension plane of the MEMS structure" is to be understood, in particular, as meaning a plane which is parallel to a largest side surface of a smallest imaginary cuboid which just completely surrounds the MEMS structure, and in particular runs through the center of the cuboid.
  • a "main extension direction of the electrical line unit” is intended to mean, in particular, a course of main extension directions of the line unit sections.
  • a “main extension direction of a line unit section” is to be understood in particular a direction which runs parallel to a longest edge of a smallest geometric cuboid, which just completely surrounds the line unit section.
  • the electrical line unit may be formed as a part of the material of the MEMS structure.
  • a probability that a break occurring in the MEMS structure also separates the electric wire unit can be increased as compared with a formation of the electric wire unit as a metallic wire or as a metallic layer.
  • a reliability of fracture detection can be increased as compared to a Ausbil tion of the electrical line unit as a metallic wire or as a metallic layer.
  • the at least one electrical line unit is at least partially salicided.
  • the "electrical Lei processing unit is at least partially salicided” should be understood in particular that at least one metal layer is sintered into the electrical line unit.
  • the metal layer can preferably be formed at least partially from a tungsten, from a titanium, from a tantalum or from another metal that appears appropriate to a person skilled in the art.
  • a salicided electrical line unit has a lower electrical resistance than a similar salicidation-free electrical line unit.
  • a high electrical conductivity of the electrical line unit he will be enough.
  • the at least one electrical line unit is embedded at least partially within at least one doping region within the at least one material of the at least one MEMS structure.
  • the doping region may in particular be formed as a volume within the mechanical structure of the MEMS structure which is doped by means of impurities introduced into the material of the MEMS structure.
  • the doping region extends along a complete main extension direction of the electrical line unit.
  • the doping region at least partially surrounds the electrical line unit along the entire main direction of the electrical conductor unit, in particular like a trough.
  • the doping region encloses the electrical Lei processing unit along the entire main extension direction of the electrical line unit completely, in particular hose-like.
  • a doping of the doping region is distinguished from a doping, by which the electrical conductor unit is formed.
  • the doping of the doping region by a number and / or a type of impurities differs from the doping by which the electrical conduction unit is gebil det.
  • measurement-damaging photovoltaic currents can be derived from the electrical line unit, in particular into the material of the MEMS structure, via the doping region.
  • accuracy of fracture detection can be increased as compared to direct embedding of the electrical conduction unit within the material of the MEMS structure.
  • the breakage detection device comprises at least one evaluation circuit which is set up to detect a break of the at least one MEMS structure on the basis of a change in an electrical current flowing through the at least one electrical line unit.
  • the evaluation circuit can preferably detect the breakage of the MEMS structure based on the change in the current flowing through the electrical line unit.
  • the evaluation circuit is in particular at least partially designed as an electrical circuit.
  • the evaluation circuit is preferably removablebil det such that electrical interference can be suppressed and / or that the electrical's disturbing influences circuit technology are separated by the electrical line unit flowing through the electric current.
  • Electrical disturbances can preferably be generated by electrical control signals to the MEMS structure, in particular by PWM signals (pulse width modulated signals) to the MEMS structure. Structure, arise.
  • electrical interference can be caused by electrical interference currents, in particular photocurrents.
  • a detection of a break of the MEMS structure by the evaluation circuit is preferably carried out in less than 1 ms after the break, particularly preferably less than 1 ps after the break.
  • the evaluation circuit may preferably output an output signal with information that there is a break in the MEMS structure when detecting a break in the MEMS structure.
  • a fraction of the MEMS structure can be detected on the basis of a change in the electrical current flowing through the electrical line unit.
  • an electrical voltage can be applied directly to a first of the two electrical contact elements of the electrical line unit.
  • an electrical voltage can be adjusted by means of an operational amplifier at a second of the two electrical contact elements.
  • the evaluation circuit can be designed such that the electrical line unit remains free of the electrical interference currents.
  • the special evaluation circuit can be designed such that the electrical interference currents flow to ground.
  • the Auswer tesciens having an electrical contact element, which is connected to the doping region of the MEMS structure, in particular electrically connected, is.
  • the electrical interference currents can flow through the doping region and drain from the doping region, in particular through the material of the MEMS structure, to ground.
  • the evaluation circuit is set up to compare the electrical current with an electrical fractional reference current and to output by comparison a signal corresponding to a fraction of the MEMS structure or a signal corresponding to an intact MEMS structure.
  • the electrical voltage is adjusted at both of the electrical contact elements rule by means of an operational amplifier.
  • the two operational amplifiers are at least substantially identical.
  • the two directional sense of the electric current due to a symmetrical, in particular egg ner electrically symmetrical, arrangement of the electrical line unit within half of the mechanical structure opposite.
  • the me chanic structure may have compensation structures.
  • the compensation structures can be arranged within the mechanical structure such that a symmetrical arrangement of the electrical line unit within the mechanical structure is possible.
  • further electrical line elements may be arranged in the mechanical structure, in particular to conduct PWM control signals in the form of electrical currents.
  • a crosstalk of at least one of the wide ren electrical line elements on the electrical line unit for fracture detection electrical interference in particular in the electrical Lei processing unit can be coupled.
  • the electrical line elements for conducting PWM control signals can preferably be arranged at least partially spatially separated from the electrical line unit for breaking detection in the mechanical structure.
  • the electrical interference currents at the at the electrical contact elements of the electrical line unit a sliding chen sense of direction.
  • the evaluation circuit is adapted to separate the electrical current rule for breaking detection of the electrical interference current.
  • the evaluation circuit is preferably configured to compare the electric current for breaking detection with a reference signal and based on the Compared to output a signal corresponding to a fraction of the MEMS structure or a signal corresponding to an intact MEMS structure.
  • the at least one evaluation circuit is designed as a differential circuit.
  • a “differential circuit” is to be understood in particular an electrical circuit in which extinguish each other due to electrical symmetry of the electrical circuit electrical interference.
  • electrical disturbances on the detection of a break in the MEMS structure can be kept low.
  • the at least one evaluation circuit is set up to detect at least one electrical short circuit.
  • an electrical short circuit can make it difficult and / or prevent breakage detection.
  • the Auswer tesciens detect an electrical short circuit based on a comparison of the current flowing through the electrical line unit electrical current with an electrical short circuit reference reference rule.
  • the evaluation circuit can detect an electrical short circuit based on a comparison of the voltages applied to the electrical contact elements of the electrical line unit with an electrical short circuit reference voltage.
  • the evaluation circuit can output a signal, in particular an electrical signal, which signals the presence or absence of an electrical short circuit.
  • an incorrect detection of a break in the MEMS structure due to an electrical circuit circuit can be prevented.
  • the invention proceeds from a method for detecting a fracture in at least one MEMS structure, which has at least one mechanical structure, by means of a fracture detection device according to the invention, wherein the fracture detection device comprises at least one electrical conduction unit.
  • a constant electrical voltage can be applied to the electrical line unit by means of the evaluation circuit and / or by means of the electrical power supply. If the electrical voltage applied to the electrical line unit is constant, the electrical current flowing through the electrical line unit is preferably also constant. If, as a result of breakage of the MEMS structure, the electrical line unit is damaged, the electrical resistance of the electrical line unit preferably changes.
  • a constant electrical voltage is applied to the electrical line unit, changes in a change in the electrical resistance of the electrical line unit preferably also the electrical current flowing through the electrical line unit.
  • the electrical resistance of the electric wire unit changes, the electric current flowing through the electric wire unit changes instantaneously.
  • electrical capacitances are formed between the material of the MEMS structure and the electrical conductor unit.
  • a change in the electric voltage at a break in the MEMS structure is preferably made with a delay due to the electric capacitances between the material MEMS structure and the electrical line unit.
  • the detection of a break in the MEMS structure can be detected more quickly when a constant electrical voltage is applied than when a constant electrical current is specified by the electrical conductor unit.
  • the at least one MEMS structure breaks, a change in an electrical current flowing through the at least one electrical line unit is detected by means of at least one evaluation circuit.
  • a fraction of the MEMS structure can be detected on the basis of a change in the electric line unit through which electrical current flowing through.
  • the electric current is detected by means of at least one current measuring resistor.
  • the current measuring resistor is preferably designed as a low-resistance electrical resistance.
  • the current measuring resistor is preferably designed as a part of the evaluation circuit.
  • an electrical current flowing through the current sensing resistor causes a drop in electrical voltage across the current sense resistor, which is preferably proportional to a magnitude of the electrical current.
  • the evaluation circuit comprises two current measuring resistors.
  • a first current measuring resistor is arranged to detect an electric current flowing through the first contact element.
  • a second current measuring resistor is adapted to detect an electric current flowing through the two te contact element.
  • the electric current he be grasped and be dispensed with an ammeter.
  • the fracture detection device can be produced inexpensively.
  • the invention is based on a laser projection device with at least one breakage detection device according to the invention.
  • At least one MEMS structure is formed as part of a mirror element.
  • a "mirror element” is to be understood in particular as an electromagnetic radiation, reflective element, which is visible for electromagnetic radiation, in particular for a human eye.
  • the mirror element is reflective in a region of an electromagnetic spectrum in which the laser projection device emits electromagnetic radiation.
  • the mirror element is preferably at least partially formed of an electromagnetic radiation reflecting material gebil det.
  • the mirror element may in particular be formed at least partially from a gold, a silver, a silicon or from another material that appears useful to a person skilled in the art and that reflects electromagnetic radiation. Alternatively or additionally, it is conceivable that the mirror element has a coating reflecting electromagnetic radiation on a surface of the mirror element.
  • the coating may preferably at least partially made of a gold, a silver, a silicon or other, to those skilled appears reasonable sense, electromagnetic Be formed radiation reflective material.
  • the mirror element may additionally preferably have a polished surface, particularly preferably a highly polished surface.
  • the mirror element is preferably formed as a horizontal mirror or as a vertical mirror.
  • the laser projection device preferably also comprises further components necessary for operation of the laser projection device.
  • the laser projection device can comprise at least one radiation source for generating a laser beam and other components which are sensible to a person skilled in the art.
  • the MEMS structure is used as part of a mirror element in a laser projection device, the MEMS structure is in particular configured to deflect the laser beam, which is potentially dangerous, in particular for a human eye.
  • the Bruchdetekti onsvorraum particular breakage of the MEMS structure can be detected who the and based on the output signal of the breakage detection device, the laser projection device can be disabled.
  • a physical integrity of a user and / or a viewer can be ensured.
  • the invention proceeds from a laser projector with at least one laser projection device according to the invention.
  • the laser projector includes before further preferably necessary for operation of the laser projector parts.
  • the laser projector can comprise at least one power supply, at least one data input, at least one image processor, at least one housing and further components that appear appropriate to a person skilled in the art.
  • a user-safe laser projector can be provided.
  • the breakage detection device according to the invention, the inventive drive Ver, the laser projection device according to the invention and / or the inven tion proper laser projector should / should not be limited to the application and embodiment described above.
  • the fracture detection device according to the invention, the method according to the invention, the laser projection device according to the invention and / or the laser projector according to the invention can / can be used to fulfill a radio signal as described herein. tion wise one of a number of individual elements, components and units as well as method steps deviating number aufwei sen.
  • values lying within the limits mentioned should also be regarded as disclosed and be used as desired.
  • FIG. 3 shows a fracture detection device according to the invention in a schematic representation
  • Fig. 6 shows an alternative inventive breakage detection device in a schematic sectional view
  • Fig. 7 is an electrical circuit diagram of an alternative inventive Shen evaluation circuit. Description of the embodiments
  • FIG. 1 shows a laser projector 12a according to the invention in a perspective view.
  • the laser projector 12a comprises a La ser foremostionsvorraum 14a according to the invention with a Bruchdetektionsvor device 10a according to the invention.
  • the laser projection device 14a is arranged within a housing 16a of the laser projector 12a and indicated by a region bordered by a dashed line.
  • the laser projection device 14a is disposed on a main board 18a of the laser projector 12a.
  • FIG. 2 shows the laser projection device 14a in a schematic presen- tation.
  • the laser projection device 14a comprises a first mirror element 20a and a second mirror element 22a.
  • a MEMS structure 24a is formed as a part of the second mirror element 22a.
  • the MEMS structure 24a is formed as a part of the first mirror element 20a.
  • the laser projection device 14a also comprises a further MEMS structure and both the MEMS structure 24a and the further MEMS structure are formed as parts of the mirror elements 20a, 22a.
  • the first mirror element 20a is designed as a vertical mirror which is movably mounted about a first axis of rotation 26a.
  • the second mirror element 22a is designed as a horizontal mirror, which is movably mounted about a second axis of rotation 28a.
  • the first rotation axis 26a and the second rotation axis 28a are aligned substantially perpendicular to each other.
  • the expression "substantially perpendicularly” is intended here to define, in particular, an orientation of the first axis of rotation 26a relative to the second axis of rotation 28a, wherein the first axis of rotation 26a and the second axis of rotation 28a, in particular in one plane, seeks to enclose an angle of 90 ° and the angle has a maximum deviation from in particular less than 8 °, advantageously less than 5 ° and FITS advantageously less than 2 °.
  • the first mirror element 20a is adapted to deflect a laser beam 30a in a vertical direction.
  • a "vertical direction” is to be understood here in particular a special to the first axis of rotation 26 a at least substantially senkrech te direction.
  • the second mirror element 22a is to be directed, the deflected from the first mirror element 20a laser beam 30a in to divert a horizontal direction.
  • the second mirror element 22a is shown partially transparent.
  • a "horizontal direction” is to be understood here in particular a direction at least substantially perpendicular to the second axis of rotation 28 a.
  • the laser projection device 14a projects an image 32a onto a projection surface 34a.
  • the laser beam 30a is generated by a radiation source 36a of the laser projection device 14a.
  • the radiation source 36a is formed as a laser diode.
  • the two mirror elements 20a, 22a each have on their surfaces a reflective coating for electromagnetic radiation.
  • the reflective coating is formed of a gold.
  • the reflective coating can also be formed from a silver, a silicon, or another material that appears useful to a person skilled in the art and that has electromagnetic radiation.
  • the surfaces of the two mirror elements 20a, 22a are each polished to a high degree of reflection.
  • the laser projection device 14a includes the breakage detection device 10a.
  • an electrical line unit 38a of the breakage detection device 10a is arranged within the MEMS structure 24a and electrically conductively connected to an evaluation circuit 40a.
  • the electrical line unit 38a is shown as a linear element.
  • the breakage detection device 10a is configured to detect a break in the MEMS structure 24a.
  • the laser projection device 14a has a further breakage detection device, which is adapted to detect a break in another MEMS structure, which is formed as a part of the first Spie gelelements 20a.
  • FIG 3 shows the fracture detection device 10a in a schematic presen- tation.
  • the breakage detection device 10a includes the MEMS structure 24a and the electrical line unit 38a.
  • the MEMS structure 24a is designed as a MEMS actuator.
  • the MEMS structure 24a is formed of a silicon.
  • the MEMS structure 24a has a mechanical structure 42a.
  • the electric Conduction unit 38a is arranged along the mechanical structure 42a.
  • the electrical line unit 38a has a first end piece 44a and a second end piece 46a.
  • the electrical line unit 38a has exactly two end pieces 44a, 46a.
  • a first electrical Kontak telement 48a is arranged at the first end piece 44a.
  • a second electrical cal contact element 50 a is arranged.
  • the two end pieces 44a, 46a and the two electrical contact elements 48a, 50a are formed integrally with a base body of the electrical line unit 38a.
  • the end pieces 44a, 46a are led out of the mechanical structure 42a.
  • the first electrical contact element 48a is arranged on a first electrical interface 52a of the MEMS structure 24a.
  • the second electrical contact element 50a is arranged on a second electrical interface 54a of the MEMS structure 24a.
  • the MEMS structure 24a also has further electrical interfaces 56a.
  • the first electrical interface 52a, the second electrical interface 54a and the other electrical interfaces 56a are formed as bond pads.
  • the first electrical interface 52a, the second electrical interface 54a and the further electrical interfaces 56a are arranged on an edge 58a of the MEMS structure 24a.
  • the electrical line unit 38a is via the first electrical interface 52a and via the second electrical interface 54a electrically conductively connected to the evaluation circuit 40a not shown ver.
  • the electric line unit 38a has a plurality of line unit sections.
  • a first line unit section 60a and a second line unit section 62a are identified by way of example.
  • the first line unit section 60a extends between a first corner 64a and a second corner 66a, around which the electrical line unit 38a extends.
  • the second line unit section 62a extends between the second corner 66a and a third corner 68a, around which the electrical line unit 38a runs.
  • the line unit sections are formed with each other cross-free.
  • the electrical line unit 38a is formed by a doping of a material of the MEMS structure 24a.
  • the electrical line unit 38a is formed by a doping of a silicon.
  • the material of the MEMS structure 24a is n-doped.
  • the material of the MEMS structure 24a is doped by phosphorous atoms.
  • the electric line unit 38a is salicided.
  • the electric line unit 38a is salicided by sintering in a tungsten. Salicidation reduces electrical resistance of the electrical lead unit 38a compared to a same unsalicided electrical lead unit 38a.
  • the electrical line unit 38a is partially embedded within a doping region 70a within the material of the MEMS structure 24a.
  • the doping region 70a is formed by a doping of the material of the MEMS structure 24a.
  • the doping region 70a is formed by a doping of a silicon.
  • the doping region 70a is formed by a doping ver different from the doping of the electrical line unit 38a.
  • the doping region 70a surrounds the electrical conductor unit 38a in a trough-shaped manner.
  • FIG. 4 shows the fracture detection device 10a in a schematic sectional representation.
  • the electrical line unit 38a is shown as a linear element. An illustration of the first electrical interface 52a and the second electrical interface 54a has been omitted.
  • the electrical line unit 38a is electrically connected to the first electrical contact element 48a of the first end piece 44a of the electrical line unit 38a with a first connection element 72a of the evaluation circuit 40a.
  • the electrical line unit 38a is connected to the second electrical rule contact element 50a of the second end portion 46a of the electrical Lei processing unit 38a electrically connected to a second connection element 74a of the evaluation circuit 40a.
  • the electric line unit 38a is disposed inside the doping area 70a.
  • the doping region 70a is disposed within the mechanical structure 42a of the MEMS structure 24a.
  • the drive line element 76a is set up to drive the mechanical structure 42a by means of a PWM signal.
  • An electrical measuring current 78a flows through the electrical line unit 38a.
  • a current sense of the electrical measuring current 78a at the first End element 72a differs from a direction of current sense of the electrical measuring current 78a on the second connection element 74a.
  • Due to a spatial proximity of the drive line element 76a to the electrical line unit 38a an electrical interference current 80a is coupled into the electrical line unit 38a from the drive line element 76a.
  • the electrical interference current 80a flows through the electrical line unit 38a.
  • a current direction sense of the electrical interference current 80a at the first connection element 72a is equal to a direction of current sense of the electrical interference current 80a at the second connection element 74a.
  • the evaluation circuit 40a is formed such that the measuring electric current 78a whose direction of current sense at the first terminal 72a differs from the direction of the second terminal 74a thereof from the parasitic current 80a, whose direction of current sense at the first terminal 72a is the same as its sense of current direction the second terminal 74a is disconnected (see Fig. 5). Despite a disturbance coupling of the electrical interference current 80a, a breakage of the electrical conduction unit 38a as a result of a break in the MEMS structure 24a can be detected.
  • FIG. 5 shows an electrical circuit diagram of the evaluation circuit 40a.
  • the electrical line unit 38a is connected via the first electrical contact element 48a to the first electrical connection element 72a and connected via the second electrical contact element 50a to the second electrical connection element 74a.
  • An electrical voltage on the first electrical contact element 48a is adjusted by means of a first operational amplifier 82a.
  • An electrical voltage at the second electrical contact element 50a is set by means of a second operational amplifier 84a.
  • the second operational amplifier 84a is formed identical to the first operational amplifier 82a.
  • An electric current through the electric line unit 38a is detected at the first terminal element 72a by means of a first current measuring resistor 86a.
  • the electric current through the electric line unit 38a is detected at the second connection element 74a by means of a second current measuring resistor 88a.
  • the first current measuring resistor 86a is formed identically to the second current measuring resistor 88a.
  • the current measuring resistors 86a, 88a are designed as low-resistance electrical resistors. If an electric current flows through the current measuring resistors 86a, 88a, an electric current falls see voltage proportional to the electrical current across the current measuring resistors 86a, 88a from.
  • An electrical voltage drop across the first current sense resistor 86a is compared to a first short circuit electrical reference voltage 92a by a first shorting operational amplifier 90a.
  • the first short-circuit electrical reference voltage 92a is generated by means of a first voltage source 94a.
  • An electric signal corresponding to a presence of an electric short circuit or an electric signal corresponding to an absence of an electric short circuit is outputted.
  • An electrical voltage drop across the second current sensing resistor 88a is compared to a second short circuit electrical reference voltage 98a by a second shorting operational amplifier 96a.
  • the second short-circuit electrical reference voltage 98a is generated by means of a second voltage source 100a. As a result of a comparison, an electric signal corresponding to an electric short circuit or an electric signal corresponding to an absence of an electric short circuit is output.
  • the evaluation circuit 40a For detection of an interruption of the electrical line unit 38a, the evaluation circuit 40a separates a measurement signal of the electrical measurement current 78a from an interference signal of the electrical interference current 80a.
  • the measurement signal is compared by means of a fractional operational amplifier 102a with an electrical Bruchrefe renzschreib 104a.
  • the electrical break reference voltage 104a is generated by means of a first break reference voltage source 106a and a second break reference voltage source 108a. As a result of comparison, an electric signal corresponding to a presence of a break of the MEMS structure 24a or an electric signal corresponding to a nonexistent one of the break of the MEMS structure 24a is output.
  • FIGS. 6 and 7 another embodiment of the invention is GE shows.
  • the following descriptions and the drawings are essentially limited to the differences between the embodiments, with respect to the same designated components, in particular with respect to compo le with the same reference numerals, in principle, to the drawings and / or the description of the other embodiments, in particular of Figures 1 to 5, can be referenced.
  • To distinguish the embodiments of the letter a is the reference numerals of the embodiment in the figures 1 to 5 adjusted.
  • the letter a is replaced by the letter b.
  • FIG. 6 shows a fracture detection device 10b according to the invention in a schematic sectional illustration.
  • an electrical line unit 38b is shown as a linear element. A depiction of a first electrical interface 52b and a second electrical interface 54b has been dispensed with.
  • the electrical line unit 38b is electrically connected to a first electrical contact element 48b of a first end section 44b of the electrical line unit 38b and to a first connection element 72b of an evaluation circuit 40b.
  • the electrical line unit 38b is electrically conductively connected to a second connection element 74b of the evaluation circuit 40b at a second electrical contact element 50b of a second end section 46b of the electrical line unit 38b.
  • the electrical line unit 38b is net angeord within a doping region 70b.
  • the doping region 70b is disposed within a mechanical structure 42b of a MEMS structure 24b.
  • the first connection element 72b is electrically conductively connected directly to the doping region 70b via a contact point 110b.
  • an electrical current photocurrent 112b flows in addition to an electrical measuring current 78b.
  • the electric photocurrent 112b is passed via the contact point 110b in the doping region 70b.
  • the electric photocurrent 112b flows at least substantially parallel to the electrical measuring current 78b and gradually flows off into a material of a mechanical structure 42b of the MEMS structure 24b. Only the electrical measuring current 78b flows in the electrical line unit 38b.
  • a break in the electrical line unit 38b may be detected as a result of breakage of the MEMS structure 24b.
  • FIG. 7 shows an electrical circuit diagram of the evaluation circuit 40b.
  • the electrical cal line unit 38 b is via the first electrical contact element 48 b with connected to the first electrical connection element 72b and connected via the second electrical contact element 50b with the second electrical connection element 74b.
  • An electrical voltage on the first electrical contact element 48b is adjusted by means of a DC voltage source 114b.
  • An electrical voltage on the second electrical contact element 50b is adjusted by means of a further operational amplifier 116b.
  • the evaluation circuit 40b compares the electrical measuring current 78b through the electrical line unit 38b with a threshold electric current 118b.
  • the threshold electric current 118b is generated by means of a first current source 120b.
  • an electric signal corresponding to a presence of a break of the MEMS structure 24b or an electric signal corresponding to an absence of a break of the MEMS structure 24b is output.
  • the evaluation circuit 40b compares the electrical measurement current 78b through the electrical line unit 38b with a sum of the threshold electrical current 118b and an electrical clamp current 122b.
  • the electrical clamp current 122b is generated by means of a second current source 124b. As a result of a comparison, an electrical signal corresponding to a presence of an electric short circuit or an electric signal will accordingly be output from an absence of an electric short circuit.
  • a constant electrical voltage is applied to the electrical line unit 38a, 38b of the breakage detection device 10a, 10b.
  • a change in the electrical current flowing through the electrical conductor unit 38a, 38b is detected by means of the evaluation circuit 40a, 40b. If the electrical line unit 38a, 38b is damaged as a result of breakage of the MEMS structure 24a, 24b, the electrical resistance of the electrical line unit 38a, 38b changes. Since a constant electrical voltage is applied to the electrical line unit 38a, 38b. is set, changes of the electric line unit 38 a, 38 b flowing through electric current. The change in the electric current is detected by means of the evaluation circuit 40a, 40b. In at least one further method step, the electric current is detected by means of a current measuring resistor 86a, 88a.

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Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Bruchdetektionsvorrichtung zu einer Detektion eines Bruchs in zumindest einer ME MS -Struktur (24a; 24b), welche zumindest eine mechanische Struktur (42a; 42b) aufweist, mit zumindest einer elektrischen Leitungseinheit (38a; 38b). Es wird vorgeschlagen, dass die zumindest eine elektrische Leitungseinheit (38a; 38b) entlang der zumindest einen mechanischen Struktur (42a; 42b) der zumindest einen MEMS-Struktur (24a; 24b) angeordnet ist und dass die zumindest eine elektrische Leitungseinheit (38a, 38b) genau zwei Endstücke (44a, 46a; 44b, 46b) mit jeweils einem einzelnen elektrischen Kontaktelement (48a, 50a; 48b, 50b) aufweist.

Description

Beschreibung
Bruchdetektionsvorrichtung
Stand der Technik
Es ist bereits eine Bruchdetektionsvorrichtung zu einer Detektion eines Bruchs in zumindest einer MEMS-Struktur, welche zumindest eine mechanische Struktur aufweist, mit zumindest einer elektrischen Leitungseinheit, vorgeschlagen wor den.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung geht aus von einer Bruchdetektionsvorrichtung zu einer Detektion eines Bruchs in zumindest einer MEMS-Struktur, welche zumindest eine mecha nische Struktur aufweist, mit zumindest einer elektrischen Leitungseinheit.
Es wird vorgeschlagen, dass die zumindest eine elektrische Leitungseinheit ent lang der zumindest einen mechanischen Struktur der zumindest einen MEMS- Struktur angeordnet ist und dass die zumindest eine elektrische Leitungseinheit genau zwei Endstücke mit jeweils einem einzelnen elektrischen Kontaktelement aufweist.
Insbesondere umfasst die Bruchdetektionsvorrichtung die MEMS-Struktur (Mik roelektromechanische System-Struktur). Bevorzugt ist die MEMS-Struktur als ein MEMS-Aktuator ausgebildet. Vorzugsweise kann der MEMS-Aktuator elektrische Energie zu einer mechanischen Bewegung nutzen. Vorzugsweise ist die mecha nische Struktur der MEMS-Struktur zu der mechanischen Bewegung eingerichtet. Die MEMS-Struktur kann vorzugsweise zumindest teilweise aus einem Halbleiter, einem Polymer, einer Keramik oder aus einem anderen, einem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Material gebildet sein. Besonders bevorzugt ist die MEMS-Struktur zumindest teilweise aus einem Silizium gebildet.
Die elektrische Leitungseinheit ist insbesondere dazu eingerichtet, elektrischen Strom zu leiten. Unter„eingerichtet“ soll insbesondere speziell programmiert, ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion eingerichtet ist, soll insbesondere verstanden wer den, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwen- dungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt. Die elektrische Lei tungseinheit kann vorzugsweise zumindest teilweise als ein metallischer Draht, als eine metallische Schicht oder als eine andere, einem Fachmann als sinnvoll erscheinende elektrische Leitungseinheit ausgebildet sein. Bevorzugt ist die elektrische Leitungseinheit zumindest teilweise aus einem Kupfer, aus einem Aluminium oder aus einem anderen, einem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Material gebildet. Die elektrische Leitungseinheit weist in einem unbeschädigten Zustand bevorzugt einen elektrischen Widerstand gleich oder kleiner 10 kO auf. Bevorzugt weist die elektrische Leitungseinheit in einem unbeschädigten Zustand einen elektrischen Widerstand größer oder gleich 4 kO auf.
Vorzugsweise ist die elektrische Leitungseinheit entlang der mechanischen Struktur der MEMS-Struktur angeordnet. Insbesondere durchläuft die elektrische Leitungseinheit die mechanische Struktur zumindest einmal vollständig. Vor zugsweise kann die elektrische Leitungseinheit die mechanische Struktur derart durchlaufen, dass durch die elektrische Leitungseinheit eine möglichst große Fläche der mechanischen Struktur abgedeckt ist. Vorzugsweise kann bei einer Beschädigung, insbesondere bei einem Bruch, der MEMS-Struktur die elektri sche Leitungseinheit beschädigt werden, insbesondere brechen. Insbesondere kann eine Beschädigung der MEMS-Struktur durch eine Bewegung der mechani schen Struktur entstehen.
Vorzugsweise weist die elektrische Leitungseinheit genau zwei Endstücke auf. Insbesondere begrenzen die zwei Endstücke eine Ausdehnung der elektrischen Leitungseinheit in einer Haupterstreckungsrichtung der elektrischen Leitungsein heit. Vorzugsweise ist an jedem der beiden Endstücke jeweils ein elektrisches Kontaktelement angeordnet. Die elektrischen Kontaktelemente sind insbesonde re zu einer elektrisch leitenden Kontaktierung der elektrischen Leitungseinheit eingerichtet. Vorzugsweise kann an den elektrischen Kontaktelementen eine elektrische Spannung an die elektrische Leitungseinheit angelegt werden. Vor zugsweise sind die Endstücke und die elektrischen Kontaktelemente einstückig mit einem Grundkörper der elektrischen Leitungseinheit ausgebildet. Zusätzlich ist vorstellbar, dass die elektrische Leitungseinheit noch weitere elektrische Kon taktelemente, wie beispielsweise einen Mittenkontakt in einer Mitte der elektri schen Leitungseinheit o. dgl., aufweist.
Bevorzugt sind die Endstücke aus der mechanischen Struktur herausgeführt. Vorzugsweise sind die elektrischen Kontaktelemente außerhalb der mechani schen Struktur kontaktiert. Vorzugsweise sind die Endstücke der elektrischen Leitungseinheit aus der mechanischen Struktur der MEMS-Struktur auf zumin dest eine elektrische Schnittstelle der MEMS-Struktur herausgeführt. Insbeson dere können die elektrischen Kontaktelemente der elektrischen Leitungseinheit auf der elektrischen Schnittstelle angeordnet sein. Vorzugsweise sind die beiden elektrischen Kontaktelemente auf zumindest zwei verschiedenen elektrischen Schnittstellen angeordnet. Bevorzugt sind die elektrischen Schnittstellen an zu mindest einer Kante der MEMS-Struktur angeordnet. Vorzugsweise ist die zu mindest eine elektrische Schnittstelle als ein Bondpad, insbesondere zur Herstel lung von Drahtbondverbindungen, ausgebildet. Alternativ ist vorstellbar, dass die zumindest eine elektrische Schnittstelle als ein Kugelgitter ausgebildet ist. Insbe sondere kann das Kugelgitter auf einer Seite der MEMS-Struktur angeordnet sein, welche verschieden ist von einer Seite der MEMS-Struktur, auf welcher die mechanische Struktur angeordnet ist. Vorzugsweise kann die elektrische Lei tungseinheit über die elektrische Schnittstelle mit weiteren Bauteilen der Bruch detektionsvorrichtung elektrisch leitend verbunden sein.
Vorzugsweise kann über die elektrischen Schnittstellen eine konstante elektri sche Spannung an die elektrische Leitungseinheit angelegt sein. Insbesondere kann aufgrund der konstanten elektrischen Spannung ein konstanter elektrischer Strom durch die elektrische Leitungseinheit fließen. Vorzugsweise kann sich bei einer Beschädigung, insbesondere bei einem Bruch, der elektrischen Leitungs einheit in Folge einer Beschädigung, insbesondere eines Bruchs, der MEMS- Struktur der elektrische Strom verändern. Vorzugsweise kann anhand einer Än derung des elektrischen Stroms durch die elektrische Leitungseinheit eine Be schädigung, insbesondere ein Bruch, der MEMS-Struktur detektiert werden.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Bruchdetektionsvorrichtung kann vorteilhaft ein Bruch in einer MEMS-Struktur mittels einer elektrischen Leitungs einheit detektiert werden. Vorteilhaft kann auf zusätzliche Detektionselemente innerhalb der mechanischen Struktur der MEMS-Struktur wie beispielsweise ei nen Drucksensor verzichtet werden. Vorteilhaft kann eine benutzersichere und kostengünstig herstellbare Bruchdetektionsvorrichtung bereitgestellt werden.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die zumindest eine elektrische Leitungsein heit zumindest zwei Leitungseinheitsteilabschnitte aufweist, die untereinander querverbindungsfrei ausgebildet sind. Vorzugsweise kann die elektrische Lei tungseinheit nichtlinear, insbesondere in Kurven und/oder um Ecken, durch die mechanische Struktur verlaufen. Vorzugsweise ist ein Leitungseinheitsteilab schnitt zwischen zwei Kurven, zwischen zwei Ecken und/oder zwischen einer Kurve und einer Ecke angeordnet. Insbesondere weist die elektrische Leitungs einheit in einem Leitungseinheitsteilabschnitt einen zumindest im Wesentlichen linearen Verlauf auf. Vorzugsweise kann die elektrische Leitungseinheit eine Mehrzahl von Leitungseinheitsteilabschnitten aufweisen. Bevorzugt sind die Lei tungseinheitsteilabschnitte untereinander querverbindungsfrei ausgebildet. Ins besondere kann lediglich ein elektrischer Stromfluss entlang der Haupterstre ckungsrichtungen der Leitungseinheitsteilabschnitte stattfinden. Insbesondere sind die Leitungseinheitsteilabschnitte frei von Verbindungen, insbesondere elektrisch leitenden Verbindungen, untereinander quer zu den Haupterstre ckungsrichtungen der Leitungseinheitsteilabschnitte. Vorteilhaft kann ein einziger elektrischer Stromfluss durch die elektrische Leitungseinheit erreicht werden. Vorteilhaft kann eine effektive Bruchdetektion erreicht werden.
Zudem wird vorgeschlagen, dass die zumindest eine elektrische Leitungseinheit zumindest teilweise durch eine Dotierung zumindest eines Materials der zumin dest einen MEMS-Struktur gebildet ist. Unter einer„Dotierung eines Materials der MEMS-Struktur“ soll insbesondere ein Einbringen von Fremdatomen in das Mate rial der MEMS-Struktur verstanden werden. Fremdatome sind insbesondere Atome, welche in einem leiterfreien Material der MEMS-Struktur nicht Vorkom men. Die Dotierung kann insbesondere zumindest teilweise als eine n-Dotierung und/oder als eine p-Dotierung ausgebildet sein. Insbesondere werden bei einer n-Dotierung Fremdatome mit zumindest einem Bindungselektron mehr als die Atome des Materials der MEMS-Struktur in das Material der MEMS-Struktur ein gebracht. Insbesondere werden bei einer p-Dotierung Fremdatome mit zumindest einem Bindungselektron weniger als die Atome des Materials der MEMS-Struktur in das Material der MEMS-Struktur eingebracht. Unter„Bindungselektronen“ sol len insbesondere Elektronen eines Atoms verstanden werden, welche an einer Bindung des Atoms mit zumindest einem weiteren Atom beteiligt sind. Vorzugs weise sind bei einer n-Dotierung die Fremdatome als Phosphoratome ausgebil det, insbesondere bei einer Ausbildung der MEMS-Struktur aus Silizium. Bevor zugt sind bei einer p-Dotierung die Fremdatome als Boratome ausgebildet, ins besondere bei einer Ausbildung der MEMS-Struktur aus Silizium.
Vorzugsweise sind die Fremdatome innerhalb eines insbesondere linienförmigen Volumens entlang der mechanischen Struktur der MEMS-Struktur angeordnet. Insbesondere kann das Volumen zumindest im Wesentlichen senkrecht zu der Haupterstreckungsrichtung der elektrischen Leitungseinheit und zumindest im Wesentlichen parallel zu einer Haupterstreckungsebene der MEMS-Struktur eine Ausdehnung größer oder gleich 1 pm aufweisen. Insbesondere kann das Volu men zumindest im Wesentlichen senkrecht zu der Haupterstreckungsrichtung der elektrischen Leitungseinheit und zumindest im Wesentlichen parallel zu der Haupterstreckungsebene der MEMS-Struktur eine Ausdehnung kleiner oder gleich 50 pm aufweisen. Insbesondere kann das Volumen zumindest im Wesent lichen senkrecht zu der Haupterstreckungsrichtung der elektrischen Leitungsein heit und zumindest im Wesentlichen senkrecht zu der Haupterstreckungsebene der MEMS-Struktur eine Ausdehnung größer oder gleich 1 pm aufweisen. Insbe sondere kann das Volumen zumindest im Wesentlichen senkrecht zu der Haupt erstreckungsrichtung der elektrischen Leitungseinheit und zumindest im Wesent lichen senkrecht zu der Haupterstreckungsebene der MEMS-Struktur eine Aus dehnung kleiner oder gleich 10 pm aufweisen. Entlang der Haupterstreckungs richtung der elektrischen Leitungseinheit kann das Volumen insbesondere eine Ausdehnung größer oder gleich 100 pm aufweisen. Entlang der Haupterstre ckungsrichtung der elektrischen Leitungseinheit kann das Volumen insbesondere eine Ausdehnung kleiner oder gleich 10 mm aufweisen. Unter einer„Haupter streckungsebene der MEMS-Struktur“ soll insbesondere eine Ebene verstanden werden, welche parallel zu einer größten Seitenfläche eines kleinsten gedachten Quaders ist, welcher die MEMS-Struktur gerade noch vollständig umschließt, und insbesondere durch den Mittelpunkt des Quaders verläuft. Unter einer„Haupter streckungsrichtung der elektrischen Leitungseinheit“ soll insbesondere ein Ver lauf von Haupterstreckungsrichtungen der Leitungseinheitsteilabschnitte verstan den werden. Unter einer„Haupterstreckungsrichtung eines Leitungseinheitsteil abschnitts“ soll insbesondere eine Richtung verstanden werden, welche parallel zu einer längsten Kante eines kleinsten geometrischen Quaders verläuft, welcher den Leitungseinheitsteilabschnitt gerade noch vollständig umschließt. Vorteilhaft kann die elektrische Leitungseinheit als ein Teil des Materials der MEMS-Struktur ausgebildet sein. Vorteilhaft kann eine Wahrscheinlichkeit, dass ein in der MEMS-Struktur auftretender Bruch auch die elektrische Leitungseinheit durch trennt, im Vergleich zu einer Ausbildung der elektrischen Leitungseinheit als ein metallischer Draht oder als eine metallische Schicht erhöht werden. Vorteilhaft kann eine Zuverlässigkeit einer Brucherkennung im Vergleich zu einer Ausbil dung der elektrischen Leitungseinheit als ein metallischer Draht oder als eine metallische Schicht erhöht werden.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die zumindest eine elektrische Leitungs einheit zumindest teilweise salizidiert ist. Darunter, dass die„elektrische Lei tungseinheit zumindest teilweise salizidiert ist“, soll insbesondere verstanden werden, dass zumindest eine Metallschicht in die elektrische Leitungseinheit ein gesintert ist. Die Metallschicht kann vorzugsweise zumindest teilweise aus einem Wolfram, aus einem Titan, aus einem Tantal oder aus einem anderen, einem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Metall gebildet sein. Insbesondere weist eine salizidierte elektrische Leitungseinheit einen geringeren elektrischen Wider stand als eine gleiche, salizidationsfreie elektrische Leitungseinheit auf. Vorteil haft kann eine hohe elektrische Leitfähigkeit der elektrischen Leitungseinheit er reicht werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die zumindest eine elektrische Leitungseinheit zumindest teilweise innerhalb zumindest eines Dotierungsbereichs innerhalb des zumindest einen Materials der zumindest einen MEMS-Struktur eingebettet ist. Der Dotierungsbereich kann insbesondere als ein Volumen innerhalb der mecha nischen Struktur der MEMS-Struktur ausgebildet sein, welches mittels in das Ma terial der MEMS-Struktur eingebrachter Fremdatome dotiert ist. Vorzugsweise verläuft der Dotierungsbereich entlang einer kompletten Haupterstreckungsrich tung der elektrischen Leitungseinheit. Insbesondere umschließt der Dotierungs bereich die elektrische Leitungseinheit entlang der kompletten Haupterstre ckungsrichtung der elektrischen Leitungseinheit zumindest teilweise, insbesonde re wannenartig. Bevorzugt umschließt der Dotierungsbereich die elektrische Lei tungseinheit entlang der kompletten Haupterstreckungsrichtung der elektrischen Leitungseinheit vollständig, insbesondere schlauchartig. Insbesondere unter scheidet sich eine Dotierung des Dotierungsbereichs von einer Dotierung, durch die die elektrische Leitungseinheit gebildet ist. Vorzugsweise unterscheidet sich die Dotierung des Dotierungsbereichs durch eine Anzahl und/oder eine Art von Fremdatomen von der Dotierung, durch die die elektrische Leitungseinheit gebil det ist. Vorteilhaft können über den Dotierungsbereich messungsschädliche Pho toströme von der elektrischen Leitungseinheit abgeleitet, insbesondere in das Material der MEMS-Struktur, abgeleitet werden. Vorteilhaft kann eine Genauig keit einer Bruchdetektion im Vergleich zu einer direkten Einbettung der elektri schen Leitungseinheit innerhalb des Materials der MEMS-Struktur erhöht werden.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Bruchdetektionsvorrichtung zumindest eine Auswerteschaltung umfasst, welche dazu eingerichtet ist, anhand einer Än derung eines die zumindest eine elektrische Leitungseinheit durchfließenden elektrischen Stroms einen Bruch der zumindest einen MEMS-Struktur zu detek- tieren. Vorzugsweise ändert sich bei einem Bruch der MEMS-Struktur der die elektrische Leitungseinheit durchfließende elektrische Strom. Die Auswerteschal tung kann vorzugsweise anhand der Änderung des die elektrische Leitungsein heit durchfließenden Stroms den Bruch der MEMS-Struktur detektieren. Die Auswerteschaltung ist insbesondere zumindest teilweise als eine elektrische Schaltung ausgebildet. Die Auswerteschaltung ist vorzugsweise derart ausgebil det, dass elektrische Störeinflüsse unterdrückt werden und/oder dass die elektri schen Störeinflüsse schaltungstechnisch von dem die elektrische Leitungseinheit durchfließenden elektrischen Strom getrennt werden. Elektrische Störeinflüsse können vorzugsweise durch elektrische Steuersignale an die MEMS-Struktur, insbesondere durch PWM-Signale (pulsweitenmodulierte Signale) an die MEMS- Struktur, entstehen. Insbesondere können elektrische Störeinflüsse durch elektri sche Störströme, insbesondere Photoströme, entstehen. Eine Detektion eines Bruchs der MEMS-Struktur durch die Auswerteschaltung erfolgt bevorzugt in we niger als 1 ms nach dem Bruch, besonders bevorzugt in weniger als 1 ps nach dem Bruch. Vorzugsweise kann die Auswerteschaltung bei der Detektion eines Bruchs der MEMS-Struktur ein Ausgangssignal mit einer Information, dass ein Bruch der MEMS-Struktur vorliegt, ausgeben. Vorteilhaft kann ein Bruch der MEMS-Struktur anhand einer Änderung des die elektrische Leitungseinheit durchfließenden elektrischen Stroms detektiert werden.
Vorzugsweise kann an einem ersten der beiden elektrischen Kontaktelemente der elektrischen Leitungseinheit direkt eine elektrische Spannung angelegt sein. Insbesondere kann an einem zweiten der beiden elektrischen Kontaktelemente eine elektrische Spannung mittels eines Operationsverstärkers eingestellt sein. An dem ersten der beiden elektrischen Kontaktelemente können die Bruchdetek tion störende elektrische Störströme, insbesondere elektrische Photoströme, flie ßen. Vorzugsweise kann die Auswerteschaltung derart ausgebildet sein, dass die elektrische Leitungseinheit frei von den elektrischen Störströmen bleibt. Insbe sondere kann die Auswerteschaltung derart ausgebildet sein, dass die elektri schen Störströme gegen Masse abfließen. Insbesondere kann die Auswer teschaltung ein elektrisches Kontaktelement aufweisen, welches mit dem Dotie rungsbereich der MEMS-Struktur verbunden, insbesondere elektrisch leitend verbunden, ist. Vorzugsweise können die elektrischen Störströme durch den Do tierungsbereich fließen und von dem Dotierungsbereich, insbesondere durch das Material der MEMS-Struktur, gegen Masse abfließen. Vorzugsweise wird durch eine Strommessung lediglich der elektrische Strom zur Bruchdetektion gemes sen. Insbesondere ist die Auswerteschaltung dazu eingerichtet, den elektrischen Strom mit einem elektrischen Bruchreferenzstrom zu vergleichen und anhand eines Vergleichs ein Signal entsprechend einem Bruch der MEMS-Struktur oder ein Signal entsprechend einer intakten MEMS-Struktur auszugeben.
Alternativ ist vorstellbar, dass die elektrische Spannung an beiden der elektri schen Kontaktelemente jeweils mittels eines Operationsverstärkers eingestellt ist. Vorzugsweise sind die beiden Operationsverstärker zumindest im Wesentlichen identisch ausgebildet. Insbesondere ist ein Richtungssinn des elektrischen Stroms an dem ersten elektrischen Kontaktelement der elektrischen Leitungsein heit entgegengesetzt zu einem Richtungssinn des elektrischen Stroms an dem zweiten elektrischen Kontaktelement. Insbesondere sind die beiden Richtungs sinne des elektrischen Stroms aufgrund einer symmetrischen, insbesondere ei ner elektrisch symmetrischen, Anordnung der elektrischen Leitungseinheit inner halb der mechanischen Struktur entgegengesetzt. Vorzugsweise kann die me chanische Struktur Ausgleichsstrukturen aufweisen. Insbesondere können die Ausgleichsstrukturen derart innerhalb der mechanischen Struktur angeordnet sein, dass eine symmetrische Anordnung der elektrischen Leitungseinheit inner halb der mechanischen Struktur möglich ist.
Insbesondere können in der mechanischen Struktur weitere elektrische Leitungs elemente angeordnet sein, insbesondere um PWM-Steuersignale in Form elektri scher Ströme, zu leiten. Durch ein Übersprechen von zumindest einem der weite ren elektrischen Leitungselemente auf die elektrische Leitungseinheit zur Bruch detektion können insbesondere elektrische Störströme in die elektrische Lei tungseinheit eingekoppelt werden. Zumindest zu einer Reduktion des Überspre chens können die elektrischen Leitungselemente zur Leitung von PWM- Steuersignalen vorzugsweise zumindest teilweise räumlich getrennt von der elektrischen Leitungseinheit zur Bruchdetektion in der mechanischen Struktur angeordnet sein. Vorzugsweise weisen die elektrischen Störströme an den bei den elektrischen Kontaktelementen der elektrischen Leitungseinheit einen glei chen Richtungssinn auf. Darunter, dass die„elektrischen Störströme an den bei den elektrischen Kontaktelementen der elektrischen Leitungseinheit einen glei chen Richtungssinn aufweisen“, soll insbesondere verstanden werden, dass die elektrischen Richtungssinne der elektrischen Störströme an den beiden elektri schen Kontaktelementen der elektrischen Leitungseinheit jeweils aus der elektri schen Leitungseinheit hinaus zeigen oder jeweils in die elektrische Leitungsein heit hinein zeigen. Vorzugsweise ist eine Unterscheidung zwischen dem elektri schen Störstrom und dem elektrischen Strom zur Bruchdetektion, welcher an den beiden elektrischen Kontaktelementen verschiedene Richtungssinne aufweist, möglich. Insbesondere ist die Auswerteschaltung dazu eingerichtet, den elektri schen Strom zur Bruchdetektion von dem elektrischen Störstrom zu trennen. Die Auswerteschaltung ist vorzugsweise dazu eingerichtet, den elektrischen Strom zur Bruchdetektion mit einem Referenzsignal zu vergleichen und anhand des Vergleichs ein Signal entsprechend einem Bruch der MEMS-Struktur oder ein Signal entsprechend einer intakten MEMS-Struktur auszugeben.
Zudem wird vorgeschlagen, dass die zumindest eine Auswerteschaltung als eine differentielle Schaltung ausgebildet ist. Unter einer„differentiellen Schaltung“ soll insbesondere eine elektrische Schaltung verstanden werden, in welcher sich auf grund einer elektrischen Symmetrie der elektrischen Schaltung elektrische Stö reinflüsse gegenseitig auslöschen. Vorteilhaft können elektrische Störeinflüsse auf die Detektion eines Bruchs der MEMS-Struktur gering gehalten werden.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die zumindest eine Auswerteschaltung dazu eingerichtet ist, zumindest einen elektrischen Kurzschluss zu detektieren. Insbesondere kann ein elektrischer Kurzschluss eine Bruchdetektion erschweren und/oder verhindern. Insbesondere besteht die Möglichkeit, dass aufgrund eines elektrischen Kurzschlusses eine Detektion eines Bruchs in der MEMS-Struktur durch die Auswerteschaltung schwer möglich ist. Vorzugsweise kann die Auswer teschaltung einen elektrischen Kurzschluss anhand eines Vergleichs des durch die elektrische Leitungseinheit fließenden elektrischen Stroms mit einem elektri schen Kurzschlussreferenzstrom detektieren. Alternativ ist vorstellbar, dass die Auswerteschaltung einen elektrischen Kurzschluss anhand eines Vergleichs der an den elektrischen Kontaktelementen der elektrischen Leitungseinheit anliegen den Spannungen mit einer elektrischen Kurzschlussreferenzspannung detektie ren kann. Vorzugsweise kann die Auswerteschaltung ein Signal, insbesondere ein elektrisches Signal, ausgeben, welches ein Vorliegen oder ein Nichtvorhan densein eines elektrischen Kurzschlusses signalisiert. Vorteilhaft kann eine Fehl detektion eines Bruchs in der MEMS-Struktur aufgrund eines elektrischen Kur schlusses verhindert werden.
Ferner geht die Erfindung aus von einem Verfahren zu einer Detektion eines Bruchs in zumindest einer MEMS-Struktur, welche zumindest eine mechanische Struktur aufweist, mittels einer erfindungsgemäßen Bruchdetektionsvorrichtung, wobei die Bruchdetektionsvorrichtung zumindest eine elektrische Leitungseinheit umfasst. Es wird vorgeschlagen, dass, insbesondere in zumindest einem Verfahrens schritt, an die zumindest eine elektrische Leitungseinheit der Bruchdetektionsvor richtung eine konstante elektrische Spannung angelegt wird. Insbesondere kann an die elektrische Leitungseinheit mittels der Auswerteschaltung und/oder mittels der elektrischen Spannungsversorgung eine konstante elektrische Spannung angelegt werden. Ist die an die elektrische Leitungseinheit angelegte elektrische Spannung konstant, ist vorzugsweise auch der die elektrische Leitungseinheit durchfließende elektrische Strom konstant. Kommt es in Folge eines Bruchs der MEMS-Struktur zu einer Beschädigung der elektrischen Leitungseinheit, ändert sich vorzugsweise der elektrische Widerstand der elektrischen Leitungseinheit.
Da eine konstante elektrische Spannung an der elektrischen Leitungseinheit an gelegt ist, ändert sich bei einer Änderung des elektrischen Widerstands der elektrischen Leitungseinheit vorzugsweise auch der elektrische Strom, welcher durch die elektrische Leitungseinheit fließt. Insbesondere ändert sich bei einer Änderung des elektrischen Widerstands der elektrischen Leitungseinheit der elektrische Strom, welcher durch die elektrische Leitungseinheit fließt, instantan. Bei einem Bruch in der MEMS-Struktur bilden sich insbesondere elektrische Ka pazitäten zwischen dem Material der MEMS-Struktur und der elektrischen Lei tungseinheit. Wird ein konstanter elektrischer Strom durch die elektrische Lei tungseinheit geschickt und eine Änderung der an der elektrischen Leitungseinheit anliegenden Spannung detektiert, erfolgt eine Änderung der elektrischen Span nung bei einem Bruch in der MEMS-Struktur vorzugsweise mit einer Verzögerung aufgrund der elektrischen Kapazitäten zwischen dem Material der MEMS- Struktur und der elektrischen Leitungseinheit. Vorteilhaft kann die Detektion eines Bruchs in der MEMS-Struktur bei einem Anlegen einer konstanten elektrischen Spannung schneller detektiert werden als bei einer Vorgabe eines konstanten elektrischen Stroms durch die elektrische Leitungseinheit.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass, insbesondere in zumindest einem Verfah rensschritt, bei einem Bruch der zumindest einen MEMS-Struktur eine Änderung eines durch die zumindest eine elektrische Leitungseinheit fließenden elektri schen Stroms mittels zumindest einer Auswerteschaltung detektiert wird. Vorteil haft kann ein Bruch der MEMS-Struktur anhand einer Änderung des die elektri sche Leitungseinheit durchfließenden elektrischen Stroms detektiert werden. Zudem wird vorgeschlagen, dass, insbesondere in zumindest einem Verfahrens schritt, der elektrische Strom mittels zumindest eines Strommesswiderstands erfasst wird. Der Strommesswiderstand ist vorzugsweise als ein niederohmiger elektrischer Widerstand ausgebildet. Der Strommesswiderstand ist vorzugsweise als ein Teil der Auswerteschaltung ausgebildet. Insbesondere verursacht ein durch den Strommesswiderstand fließender elektrischer Strom einen Abfall einer elektrischen Spannung an dem Strommesswiderstand, welcher bevorzugt pro portional zu einer Stärke des elektrischen Stroms ist. Vorzugsweise umfasst die Auswerteschaltung zwei Strommesswiderstände. Vorzugsweise ist ein erster Strommesswiderstand dazu eingerichtet, einen elektrischen Strom, der durch das erste Kontaktelement fließt, zu erfassen. Vorzugsweise ist ein zweiter Strom messwiderstand dazu eingerichtet, einen elektrischen Strom, der durch das zwei te Kontaktelement fließt, zu erfassen. Vorteilhaft kann der elektrische Strom er fasst werden und auf ein Strommessgerät verzichtet werden. Vorteilhaft kann die Bruchdetektionsvorrichtung kostengünstig hergestellt werden.
Des Weiteren geht die Erfindung aus von einer Laserprojektionsvorrichtung mit zumindest einer erfindungsgemäßen Bruchdetektionsvorrichtung.
Es wird vorgeschlagen, dass zumindest eine MEMS-Struktur als ein Teil eines Spiegelelements ausgebildet ist. Unter einem„Spiegelelement“ soll insbesondere ein für elektromagnetische Strahlung, insbesondere für ein menschliches Auge sichtbare elektromagnetische Strahlung, reflektives Element verstanden werden. Insbesondere ist das Spiegelelement in einem Bereich eines elektromagneti schen Spektrums reflektiv, in dem die Laserprojektionsvorrichtung elektromagne tische Strahlung aussendet. Das Spiegelelement ist vorzugsweise zumindest teilweise aus einem elektromagnetische Strahlung reflektierenden Material gebil det. Das Spiegelelement kann insbesondere zumindest teilweise aus einem Gold, einem Silber, einem Silizium oder aus einem anderen, einem Fachmann als sinnvoll erscheinenden, elektromagnetische Strahlung reflektierenden Materi al gebildet sein. Alternativ oder zusätzlich ist denkbar, dass das Spiegelelement eine elektromagnetische Strahlung reflektierende Beschichtung auf einer Ober fläche des Spiegelelements aufweist. Die Beschichtung kann vorzugsweise zu mindest teilweise aus einem Gold, einem Silber, einem Silizium oder aus einem anderen, einem Fachmann als sinnvoll erscheinenden, elektromagnetische Strahlung reflektierenden Material gebildet sein. Für einen besonders hohen Re flexionsgrad kann das Spiegelelement zusätzlich bevorzugt eine polierte Oberflä che, besonders bevorzugt eine hochglanzpolierte Oberfläche aufweisen. Das Spiegelelement ist vorzugsweise als ein Horizontalspiegel oder als ein Vertikal spiegel ausgebildet.
Die Laserprojektionsvorrichtung umfasst vorzugsweise noch weitere, für einen Betrieb der Laserprojektionsvorrichtung notwendige Bauteile. Insbesondere kann die Laserprojektionsvorrichtung zumindest eine Strahlungsquelle zu einer Erzeu gung eines Laserstrahls sowie weitere, einem Fachmann als sinnvoll erschei nende Bauteile umfassen. Wird die MEMS-Struktur als ein Teil eines Spie gelelements in einer Laserprojektionsvorrichtung eingesetzt, ist die MEMS- Struktur insbesondere dazu eingerichtet, den, insbesondere für ein menschliches Auge, potentiell gefährlichen Laserstrahl abzulenken. Mittels der Bruchdetekti onsvorrichtung kann insbesondere ein Bruch der MEMS-Struktur detektiert wer den und anhand des Ausgangssignals der Bruchdetektionsvorrichtung die Laser projektionsvorrichtung deaktiviert werden. Vorteilhaft kann eine körperliche Un versehrtheit eines Benutzers und/oder eines Betrachters sichergestellt werden.
Ferner geht die Erfindung aus von einem Laserprojektor mit zumindest einer er findungsgemäßen Laserprojektionsvorrichtung. Der Laserprojektor umfasst vor zugsweise noch weitere, für einen Betrieb des Laserprojektors notwendige Bau teile. Insbesondere kann der Laserprojektor zumindest eine Energieversorgung, zumindest einen Dateneingang, zumindest einen Bildprozessor, zumindest ein Gehäuse sowie weitere, einem Fachmann als sinnvoll erscheinende Bauteile umfassen. Vorteilhaft kann ein benutzersicherer Laserprojektor bereitgestellt werden.
Die erfindungsgemäße Bruchdetektionsvorrichtung, das erfindungsgemäße Ver fahren, die erfindungsgemäße Laserprojektionsvorrichtung und/oder der erfin dungsgemäße Laserprojektor sollen/soll hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere können/kann die erfindungsgemäße Bruchdetektionsvorrichtung, das erfindungsgemäße Ver fahren, die erfindungsgemäße Laserprojektionsvorrichtung und/oder der erfin dungsgemäße Laserprojektor zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funk- tionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten sowie Verfahrensschritten abweichende Anzahl aufwei sen. Zudem sollen bei den in dieser Offenbarung angegebenen Wertebereichen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als offenbart und als be liebig einsetzbar gelten.
Zeichnung
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeich nung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch ein zeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen:
Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Laserprojektor in einer perspektivi schen Darstellung,
Fig. 2 eine erfindungsgemäße Laserprojektionsvorrichtung in einer schematischen Darstellung,
Fig. 3 eine erfindungsgemäße Bruchdetektionsvorrichtung in einer schematischen Darstellung,
Fig. 4 die Bruchdetektionsvorrichtung in einer schematischen Schnitt darstellung,
Fig. 5 ein elektrisches Schaltbild einer erfindungsgemäßen Auswer teschaltung,
Fig. 6 eine alternative erfindungsgemäße Bruchdetektionsvorrichtung in einer schematischen Schnittdarstellung und
Fig. 7 ein elektrisches Schaltbild einer alternativen erfindungsgemä ßen Auswerteschaltung. Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Figur 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Laserprojektor 12a in einer perspektivi schen Darstellung. Der Laserprojektor 12a umfasst eine erfindungsgemäße La serprojektionsvorrichtung 14a mit einer erfindungsgemäßen Bruchdetektionsvor richtung 10a. Die Laserprojektionsvorrichtung 14a ist innerhalb eines Gehäuses 16a des Laserprojektors 12a angeordnet und durch einen mit einer gestrichelten Linie umrandeten Bereich angedeutet. Die Laserprojektionsvorrichtung 14a ist auf einer Hauptplatine 18a des Laserprojektors 12a angeordnet.
Figur 2 zeigt die Laserprojektionsvorrichtung 14a in einer schematischen Darstel lung. Die Laserprojektionsvorrichtung 14a umfasst ein erstes Spiegelelement 20a und ein zweites Spiegelelement 22a. Eine MEMS-Struktur 24a ist als ein Teil des zweiten Spiegelelements 22a ausgebildet. Alternativ ist vorstellbar, dass die MEMS-Struktur 24a als ein Teil des ersten Spiegelelements 20a ausgebildet ist. Grundsätzlich ist denkbar, dass die Laserprojektionsvorrichtung 14a noch eine weitere MEMS-Struktur umfasst und sowohl die MEMS-Struktur 24a als auch die weitere MEMS-Struktur als Teile der Spiegelelemente 20a, 22a ausgebildet sind. Das erste Spiegelelement 20a ist als ein Vertikalspiegel ausgebildet, welcher um eine erste Drehachse 26a bewegbar gelagert ist. Das zweite Spiegelelement 22a ist als ein Horizontalspiegel ausgebildet, welcher um eine zweite Drehachse 28a bewegbar gelagert ist. Die erste Drehachse 26a und die zweite Drehachse 28a sind im Wesentlichen senkrecht zueinander ausgerichtet. Der Ausdruck„im We sentlichen senkrecht“ soll hier insbesondere eine Ausrichtung der ersten Dreh achse 26a relativ zu der zweiten Drehachse 28a definieren, wobei die erste Drehachse 26a und die zweite Drehachse 28a, insbesondere in einer Ebene be trachtet, einen Winkel von 90° einschließen und der Winkel eine maximale Ab weichung von insbesondere kleiner als 8°, vorteilhaft kleiner als 5° und beson ders vorteilhaft kleiner als 2° aufweist.
Das erste Spiegelelement 20a ist dazu eingerichtet, einen Laserstrahl 30a in eine vertikale Richtung abzulenken. Unter einer„vertikalen Richtung“ soll hier insbe sondere eine zu der ersten Drehachse 26a zumindest im Wesentlichen senkrech te Richtung verstanden werden. Das zweite Spiegelelement 22a ist dazu einge richtet, den von dem ersten Spiegelelement 20a abgelenkten Laserstrahl 30a in eine horizontale Richtung abzulenken. Zu einer klaren Darstellung einer Funkti onsweise des zweiten Spiegelelements 22a, ist das zweite Spiegelelement 22a teiltransparent dargestellt. Unter einer„horizontalen Richtung“ soll hier insbeson dere eine zu der zweiten Drehachse 28a zumindest im Wesentlichen senkrechte Richtung verstanden werden. Mit dem von den beiden Spiegelelementen 20a, 22a abgelenkten Laserstrahl 30a projiziert die Laserprojektionsvorrichtung 14a ein Bild 32a auf eine Projektionsfläche 34a. Der Laserstrahl 30a wird von einer Strahlungsquelle 36a der Laserprojektionsvorrichtung 14a erzeugt. Die Strah lungsquelle 36a ist als eine Laserdiode ausgebildet.
Die beiden Spiegelelemente 20a, 22a weisen auf ihren Oberflächen jeweils eine für elektromagnetische Strahlung reflektive Beschichtung auf. Die reflektive Be schichtung ist aus einem Gold gebildet. Alternativ kann die reflektive Beschich tung auch aus einem Silber, einem Silizium oder aus einem anderen, einem Fachmann als sinnvoll erscheinenden, elektromagnetische Strahlung reflektie renden Material gebildet sein. Die Oberflächen der beiden Spiegelelemente 20a, 22a sind für einen hohen Reflexionsgrad jeweils hochglanzpoliert.
Die Laserprojektionsvorrichtung 14a umfasst die Bruchdetektionsvorrichtung 10a. Zur Detektion eines Bruchs in der MEMS-Struktur 24a ist eine elektrische Lei tungseinheit 38a der Bruchdetektionsvorrichtung 10a innerhalb der MEMS- Struktur 24a angeordnet und elektrisch leitend mit einer Auswerteschaltung 40a verbunden. Der Übersichtlichkeit halber ist die elektrische Leitungseinheit 38a als ein lineares Element dargestellt. Die Bruchdetektionsvorrichtung 10a ist dazu eingerichtet, einen Bruch in der MEMS-Struktur 24a zu detektieren. Grundsätz lich ist vorstellbar, dass die Laserprojektionsvorrichtung 14a eine weitere Bruch detektionsvorrichtung aufweist, welche dazu eingerichtet ist, einen Bruch in einer weiteren MEMS-Struktur zu detektieren, welche als ein Teil des ersten Spie gelelements 20a ausgebildet ist.
Figur 3 zeigt die Bruchdetektionsvorrichtung 10a in einer schematischen Darstel lung. Die Bruchdetektionsvorrichtung 10a umfasst die MEMS-Struktur 24a und die elektrische Leitungseinheit 38a. Die MEMS-Struktur 24a ist als ein MEMS- Aktuator ausgebildet. Die MEMS-Struktur 24a ist aus einem Silizium gebildet. Die MEMS-Struktur 24a weist eine mechanische Struktur 42a auf. Die elektrische Leitungseinheit 38a ist entlang der mechanischen Struktur 42a angeordnet. Die elektrische Leitungseinheit 38a weist ein erstes Endstück 44a und ein zweites Endstück 46a auf. Die elektrische Leitungseinheit 38a weist genau zwei Endstü cke 44a, 46a auf. An dem ersten Endstück 44a ist ein erstes elektrisches Kontak telement 48a angeordnet. An dem zweiten Endstück 46a ist ein zweites elektri sches Kontaktelement 50a angeordnet. Die beiden Endstücke 44a, 46a und die beiden elektrischen Kontaktelemente 48a, 50a sind einstückig mit einem Grund körper der elektrischen Leitungseinheit 38a ausgebildet. Die Endstücke 44a, 46a sind aus der mechanischen Struktur 42a hinausgeführt. Das erste elektrische Kontaktelement 48a ist auf einer ersten elektrischen Schnittstelle 52a der MEMS- Struktur 24a angeordnet. Das zweite elektrische Kontaktelement 50a ist auf einer zweiten elektrischen Schnittstelle 54a der MEMS-Struktur 24a angeordnet. Die MEMS-Struktur 24a weist noch weitere elektrische Schnittstellen 56a auf. Die erste elektrische Schnittstelle 52a, die zweite elektrische Schnittstelle 54a und die weiteren elektrischen Schnittstellen 56a sind als Bondpads ausgebildet. Die erste elektrische Schnittstelle 52a, die zweite elektrische Schnittstelle 54a und die weiteren elektrischen Schnittstellen 56a sind an einer Kante 58a der MEMS- Struktur 24a angeordnet. Die elektrische Leitungseinheit 38a ist über die erste elektrische Schnittstelle 52a und über die zweite elektrische Schnittstelle 54a elektrisch leitend mit der nicht weiter dargestellten Auswerteschaltung 40a ver bunden.
Die elektrische Leitungseinheit 38a weist eine Mehrzahl von Leitungseinheitsteil abschnitten auf. Ein erster Leitungseinheitsteilabschnitt 60a und ein zweiter Lei tungseinheitsteilabschnitt 62a sind exemplarisch gekennzeichnet. Der erste Lei tungseinheitsteilabschnitt 60a erstreckt sich zwischen einer ersten Ecke 64a und einer zweiten Ecke 66a, um die die elektrische Leitungseinheit 38a verläuft. Der zweite Leitungseinheitsteilabschnitt 62a erstreckt sich zwischen der zweiten Ecke 66a und einer dritten Ecke 68a, um die die elektrische Leitungseinheit 38a ver läuft. Die Leitungseinheitsteilabschnitte sind untereinander querverbindungsfrei ausgebildet.
Die elektrische Leitungseinheit 38a ist durch eine Dotierung eines Materials der MEMS-Struktur 24a ausgebildet. Die elektrische Leitungseinheit 38a ist durch eine Dotierung von einem Silizium gebildet. Das Material der MEMS-Struktur 24a ist n-dotiert. Das Material der MEMS-Struktur 24a ist durch Phosphoratome do tiert.
Die elektrische Leitungseinheit 38a ist salizidiert. Die elektrische Leitungseinheit 38a ist durch ein Einsintern eines Wolframs salizidiert. Durch eine Salizidation ist ein elektrischer Widerstand der elektrischen Leitungseinheit 38a im Vergleich zu einer gleichen unsalizidierten elektrischen Leitungseinheit 38a reduziert.
Die elektrische Leitungseinheit 38a ist teilweise innerhalb eines Dotierungsbe reichs 70a innerhalb des Materials der MEMS-Struktur 24a eingebettet. Der Do tierungsbereich 70a ist durch eine Dotierung des Materials der MEMS-Struktur 24a ausgebildet. Der Dotierungsbereich 70a ist durch eine Dotierung von einem Silizium ausgebildet. Der Dotierungsbereich 70a ist durch eine Dotierung ver schieden von der Dotierung der elektrischen Leitungseinheit 38a ausgebildet. Der Dotierungsbereich 70a umgibt die elektrische Leitungseinheit 38a wannenförmig.
Figur 4 zeigt die Bruchdetektionsvorrichtung 10a in einer schematischen Schnitt darstellung. Der Übersichtlichkeit halber ist die elektrische Leitungseinheit 38a als ein lineares Element dargestellt. Auf eine Darstellung der ersten elektrischen Schnittstelle 52a und der zweiten elektrischen Schnittstelle 54a wurde verzichtet. Die elektrische Leitungseinheit 38a ist an dem ersten elektrischen Kontaktele ment 48a des ersten Endstücks 44a der elektrischen Leitungseinheit 38a elektrisch leitend mit einem ersten Anschlusselement 72a der Auswerteschaltung 40a verbunden. Die elektrische Leitungseinheit 38a ist an dem zweiten elektri schen Kontaktelement 50a des zweiten Endstücks 46a der elektrischen Lei tungseinheit 38a elektrisch leitend mit einem zweiten Anschlusselement 74a der Auswerteschaltung 40a verbunden. Die elektrische Leitungseinheit 38a ist inner halb des Dotierungsbereichs 70a angeordnet. Der Dotierungsbereich 70a ist in nerhalb der mechanischen Struktur 42a der MEMS-Struktur 24a angeordnet.
Quer zu der elektrischen Leitungseinheit 38a verläuft ein Ansteuerleitungsele ment 76a. Das Ansteuerleitungselement 76a ist zu einer Ansteuerung der me chanischen Struktur 42a mittels eines PWM-Signals eingerichtet.
Durch die elektrische Leitungseinheit 38a fließt ein elektrischer Messstrom 78a. Ein Stromrichtungssinn des elektrischen Messstroms 78a an dem ersten An- Schlusselement 72a unterscheidet sich von einem Stromrichtungssinn des elektrischen Messstroms 78a an dem zweiten Anschlusselement 74a. Aufgrund einer räumlichen Nähe des Ansteuerleitungselements 76a zu der elektrischen Leitungseinheit 38a wird aus dem Ansteuerleitungselement 76a ein elektrischer Störstrom 80a in die elektrische Leitungseinheit 38a eingekoppelt. Der elektri sche Störstrom 80a fließt durch die elektrische Leitungseinheit 38a. Ein Strom richtungssinn des elektrischen Störstroms 80a an dem ersten Anschlusselement 72a ist gleich zu einem Stromrichtungssinn des elektrischen Störstroms 80a an dem zweiten Anschlusselement 74a. Die Auswerteschaltung 40a ist derart aus gebildet, dass der elektrische Messstrom 78a, dessen Stromrichtungssinn an dem ersten Anschlusselement 72a sich von dessen Stromrichtungssinn an dem zweiten Anschlusselement 74a unterscheidet, von dem elektrischen Störstrom 80a, dessen Stromrichtungssinn an dem ersten Anschlusselement 72a gleich zu dessen Stromrichtungssinn an dem zweiten Anschlusselement 74a ist, getrennt wird (vgl. Figur 5). Trotz einer Störeinkopplung des elektrischen Störstroms 80a kann ein Bruch der elektrischen Leitungseinheit 38a in Folge eines Bruchs in der MEMS-Struktur 24a detektiert werden.
Figur 5 zeigt ein elektrisches Schaltbild der Auswerteschaltung 40a. Die elektri sche Leitungseinheit 38a ist über das erste elektrische Kontaktelement 48a mit dem ersten elektrischen Anschlusselement 72a verbunden und über das zweite elektrische Kontaktelement 50a mit dem zweiten elektrischen Anschlusselement 74a verbunden. Eine elektrische Spannung an dem ersten elektrischen Kontakte lement 48a ist mittels eines ersten Operationsverstärkers 82a eingestellt. Eine elektrische Spannung an dem zweiten elektrischen Kontaktelement 50a ist mit tels eines zweiten Operationsverstärkers 84a eingestellt. Der zweite Operations verstärker 84a ist identisch zu dem ersten Operationsverstärker 82a ausgebildet. Ein elektrischer Strom durch die elektrische Leitungseinheit 38a wird an dem ersten Anschlusselement 72a mittels eines ersten Strommesswiderstands 86a erfasst. Der elektrische Strom durch die elektrische Leitungseinheit 38a wird an dem zweiten Anschlusselement 74a mittels eines zweiten Strommesswider stands 88a erfasst. Der erste Strommesswiderstand 86a ist identisch zu dem zweiten Strommesswiderstand 88a ausgebildet. Die Strommesswiderstände 86a, 88a sind als niederohmige elektrische Widerstände ausgebildet. Fließt ein elektrischer Strom durch die Strommesswiderstände 86a, 88a, fällt eine elektri- sehe Spannung proportional zu dem elektrischen Strom über den Strommesswi derständen 86a, 88a ab.
Ein elektrischer Spannungsabfall über dem ersten Strommesswiderstand 86a wird mittels eines ersten Kurzschlussoperationsverstärkers 90a mit einer ersten elektrischen Kurzschlussreferenzspannung 92a verglichen. Die erste elektrische Kurzschlussreferenzspannung 92a wird mittels einer ersten Spannungsquelle 94a erzeugt. Als Ergebnis eines Vergleichs wird ein elektrisches Signal entspre chend eines Vorliegens eines elektrischen Kurzschlusses oder ein elektrisches Signal entsprechend eines Nichtvorhandenseins eines elektrischen Kurzschlus ses ausgegeben. Ein elektrischer Spannungsabfall über dem zweiten Strom messwiderstand 88a wird mittels eines zweiten Kurzschlussoperationsverstärkers 96a mit einer zweiten elektrischen Kurzschlussreferenzspannung 98a verglichen. Die zweite elektrische Kurzschlussreferenzspannung 98a wird mittels einer zwei ten Spannungsquelle 100a erzeugt. Als Ergebnis eines Vergleichs wird ein elekt risches Signal entsprechend eines Vorliegens eines elektrischen Kurzschlusses oder ein elektrisches Signal entsprechend eines Nichtvorhandenseins eines elektrischen Kurzschlusses ausgegeben.
Zu einer Erkennung einer Unterbrechung der elektrischen Leitungseinheit 38a trennt die Auswerteschaltung 40a ein Messsignal des elektrischen Messstroms 78a von einem Störsignal des elektrischen Störstroms 80a. Das Messsignal wird mittels eines Bruchoperationsverstärkers 102a mit einer elektrischen Bruchrefe renzspannung 104a verglichen. Die elektrische Bruchreferenzspannung 104a wird mittels einer ersten Bruchreferenzspannungsquelle 106a und einer zweiten Bruchreferenzspannungsquelle 108a erzeugt. Als Ergebnis eines Vergleichs wird ein elektrisches Signal entsprechend eines Vorliegens eines Bruchs der MEMS- Struktur 24a oder ein elektrisches Signal entsprechend eines Nichtvorhandens eins eines Bruchs der MEMS-Struktur 24a ausgegeben.
In den Figuren 6 und 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ge zeigt. Die nachfolgenden Beschreibungen und die Zeichnungen beschränken sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen, wobei bezüglich gleich bezeichneter Bauteile, insbesondere in Bezug auf Bautei le mit gleichen Bezugszeichen, grundsätzlich auch auf die Zeichnungen und/oder die Beschreibung der anderen Ausführungsbeispiele, insbesondere der Figuren 1 bis 5, verwiesen werden kann. Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele ist der Buchstabe a den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels in den Figuren 1 bis 5 nachgestellt. In den Ausführungsbeispielen der Figuren 6 und 7 ist der Buchstabe a durch den Buchstaben b ersetzt.
Figur 6 zeigt eine erfindungsgemäße Bruchdetektionsvorrichtung 10b in einer schematischen Schnittdarstellung. Der Übersichtlichkeit halber ist eine elektri sche Leitungseinheit 38b als ein lineares Element dargestellt. Auf eine Darstel lung einer ersten elektrischen Schnittstelle 52b und einer zweiten elektrischen Schnittstelle 54b wurde verzichtet. Die elektrische Leitungseinheit 38b ist an ei nem ersten elektrischen Kontaktelement 48b eines ersten Endstücks 44b der elektrischen Leitungseinheit 38b elektrisch leitend mit einem ersten Anschlus selement 72b einer Auswerteschaltung 40b verbunden. Die elektrische Leitungs einheit 38b ist an einem zweiten elektrischen Kontaktelement 50b eines zweiten Endstücks 46b der elektrischen Leitungseinheit 38b elektrisch leitend mit einem zweiten Anschlusselement 74b der Auswerteschaltung 40b verbunden. Die elekt rische Leitungseinheit 38b ist innerhalb eines Dotierungsbereichs 70b angeord net. Der Dotierungsbereich 70b ist innerhalb einer mechanischen Struktur 42b einer MEMS-Struktur 24b angeordnet.
Das erste Anschlusselement 72b ist über einen Kontaktpunkt 110b elektrisch leitend direkt mit dem Dotierungsbereich 70b verbunden. In dem ersten An schlusselement 72b fließt neben einem elektrischen Messstrom 78b ein elektri scher Photostrom 112b. Der elektrische Photostrom 112b wird über den Kontakt punkt 110b in den Dotierungsbereich 70b geleitet. In dem Dotierungsbereich 70b fließt der elektrische Photostrom 112b zumindest im Wesentlichen parallel zu dem elektrischen Messstrom 78b und fließt nach und nach in ein Material einer mechanischen Struktur 42b der MEMS-Struktur 24b ab. In der elektrischen Lei tungseinheit 38b fließt lediglich der elektrische Messstrom 78b. Trotz des elektri schen Photostroms 112b kann ein Bruch der elektrischen Leitungseinheit 38b in Folge eines Bruchs der MEMS-Struktur 24b detektiert werden.
Figur 7 zeigt ein elektrisches Schaltbild der Auswerteschaltung 40b. Die elektri sche Leitungseinheit 38b ist über das erste elektrische Kontaktelement 48b mit dem ersten elektrischen Anschlusselement 72b verbunden und über das zweite elektrische Kontaktelement 50b mit dem zweiten elektrischen Anschlusselement 74b verbunden. Eine elektrische Spannung an dem ersten elektrischen Kontakte lement 48b ist mittels einer Gleichspannungsquelle 114b eingestellt. Eine elektri sche Spannung an dem zweiten elektrischen Kontaktelement 50b ist mittels ei nes weiteren Operationsverstärkers 116b eingestellt.
Die Auswerteschaltung 40b vergleicht den elektrischen Messstrom 78b durch die elektrische Leitungseinheit 38b mit einem elektrischen Schwellenstrom 118b. Der elektrische Schwellenstrom 118b wird mittels einer ersten Stromquelle 120b er zeugt. Als Ergebnis eines Vergleichs wird ein elektrisches Signal entsprechend eines Vorliegens eines Bruchs der MEMS-Struktur 24b oder ein elektrisches Sig nal entsprechend eines Nichtvorhandenseins eines Bruchs der MEMS-Struktur 24b ausgegeben.
Weiterhin vergleicht die Auswerteschaltung 40b den elektrischen Messstrom 78b durch die elektrische Leitungseinheit 38b mit einer Summe aus dem elektrischen Schwellenstrom 118b und einem elektrischen Klammerstrom 122b. Der elektri sche Klammerstrom 122b wird mittels einer zweiten Stromquelle 124b erzeugt. Als Ergebnis eines Vergleichs wird ein elektrisches Signal entsprechend eines Vorliegens eines elektrischen Kurzschlusses oder ein elektrisches Signal ent sprechend eines Nichtvorhandenseins eines elektrischen Kurzschlusses ausge geben.
Im Folgenden wird ein Verfahren zu einer Detektion eines Bruchs in der MEMS- Struktur 24a, 24b mittels der Bruchdetektionsvorrichtung 10a, 10b beschrieben.
In zumindest einem Verfahrensschritt wird an die elektrische Leitungseinheit 38a, 38b der Bruchdetektionsvorrichtung 10a, 10b eine konstante elektrische Span nung angelegt. In zumindest einem weiteren Verfahrensschritt wird bei einem Bruch der MEMS-Struktur 24a, 24b eine Änderung des durch die elektrische Lei tungseinheit 38a, 38b fließenden elektrischen Stroms mittels der Auswerteschal tung 40a, 40b detektiert. Bei einer Beschädigung der elektrischen Leitungseinheit 38a, 38b in Folge eines Bruchs der MEMS-Struktur 24a, 24b ändert sich der elektrische Widerstand der elektrischen Leitungseinheit 38a, 38b. Da an die elektrische Leitungseinheit 38a, 38b eine konstante elektrische Spannung ange- legt wird, ändert sich der die elektrische Leitungseinheit 38a, 38b durchfließende elektrische Strom. Die Änderung des elektrischen Stroms wird mittels der Aus werteschaltung 40a, 40b detektiert. In zumindest einem weiteren Verfahrens schritt wird der elektrische Strom mittels eines Strommesswiderstands 86a, 88a erfasst.
Hinsichtlich weiterer Verfahrensschritte des Verfahrens zur Detektion eines Bruchs in der MEMS-Struktur 24a, 24b mittels der Bruchdetektionsvorrichtung 10a, 10b darf auf die vorhergehende Beschreibung der Bruchdetektionsvorrich- tung 10a, 10b verwiesen werden, da diese Beschreibung analog auch auf das
Verfahren zu lesen ist und somit alle Merkmale hinsichtlich der Bruchdetektions vorrichtung 10a, 10b auch in Bezug auf das Verfahren zur Detektion eines Bruchs in der MEMS-Struktur 24a, 24b mittels der Bruchdetektionsvorrichtung 10a, 10b als offenbart gelten.

Claims

Ansprüche
1. Bruchdetektionsvorrichtung zu einer Detektion eines Bruchs in zumindest einer MEMS-Struktur (24a; 24b), welche zumindest eine mechanische Struktur (42a; 42b) aufweist, mit zumindest einer elektrischen Leitungsein heit (38a; 38b), dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine elekt rische Leitungseinheit (38a; 38b) entlang der zumindest einen mechani schen Struktur (42a; 42b) der zumindest einen MEMS-Struktur (24a; 24b) angeordnet ist und dass die zumindest eine elektrische Leitungseinheit (38a; 38b) genau zwei Endstücke (44a, 46a; 44b, 46b) mit jeweils einem einzelnen elektrischen Kontaktelement (48a, 50a; 48b, 50b) aufweist.
2. Bruchdetektionsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine elektrische Leitungseinheit (38a) zumindest zwei Leitungseinheitsteilabschnitte (60a, 62a) aufweist, die untereinander quer verbindungsfrei ausgebildet sind.
3. Bruchdetektionsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine elektrische Leitungseinheit (38a; 38b) zumindest teilweise durch eine Dotierung zumindest eines Materials der zumindest einen MEMS-Struktur (24a; 24b) gebildet ist.
4. Bruchdetektionsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine elektrische Leitungseinheit (38a; 38b) zumindest teilweise salizidiert ist.
5. Bruchdetektionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine elektrische Leitungs einheit (38a; 38b) zumindest teilweise innerhalb zumindest eines Dotie rungsbereichs (70a; 70b) innerhalb des zumindest einen Materials der zu mindest einen MEMS-Struktur (24a; 24b) eingebettet ist.
6. Bruchdetektionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest eine Auswerteschaltung (40a; 40b), welche dazu eingerichtet ist, anhand einer Änderung eines die zumindest eine elektrische Leitungseinheit (38a; 38b) durchfließenden elektrischen Stroms einen Bruch der zumindest einen MEMS-Struktur (24a; 24b) zu de- tektieren.
7. Bruchdetektionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Auswerteschaltung (40a) als eine differentielle Schaltung ausgebildet ist.
8. Bruchdetektionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Auswerteschaltung (40a; 40b) dazu eingerichtet ist, zumindest einen elektrischen Kurzschluss zu detektieren.
9. Verfahren zu einer Detektion eines Bruchs in zumindest einer MEMS- Struktur (24a; 24b), welche zumindest eine mechanische Struktur (42a;
42b) aufweist, mittels einer Bruchdetektionsvorrichtung (10a; 10b) nach ei nem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bruchdetektionsvorrichtung (10a; 10b) zumindest eine elektrische Leitungseinheit (38a; 38b) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass an die zumindest eine elektrische Lei tungseinheit (38a; 38b) der Bruchdetektionsvorrichtung (10a; 10b) eine konstante elektrische Spannung angelegt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Bruch der zumindest einen MEMS-Struktur (24a; 24b) eine Änderung eines durch die zumindest eine elektrische Leitungseinheit (38a; 38b) fließenden elektrischen Stroms mittels zumindest einer Auswerteschaltung (40a; 40b) detektiert wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der elektri sche Strom mittels zumindest eines Strommesswiderstands (86a, 86b) er fasst wird.
12. Laserprojektionsvorrichtung mit zumindest einer Bruchdetektionsvorrich tung (10a; 10b) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine MEMS-Struktur (24a) als ein Teil eines Spiegelelements (20a, 22a) ausgebildet ist.
13. Laserprojektor mit zumindest einer Laserprojektionsvorrichtung (14a) nach Anspruch 12.
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US20060289415A1 (en) * 2004-07-28 2006-12-28 Richard Muehlheim Micromechanical device having integrated heating
DE102013217094A1 (de) * 2013-08-28 2015-03-05 Robert Bosch Gmbh Mikromechanisches Bauelement und entsprechendes Prüfverfahren für ein mikromechanisches Bauelement

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