WO2024017739A1 - Mems-vorrichtung und verfahren zur herstellung der mems-vorrichtung - Google Patents

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WO2024017739A1
WO2024017739A1 PCT/EP2023/069376 EP2023069376W WO2024017739A1 WO 2024017739 A1 WO2024017739 A1 WO 2024017739A1 EP 2023069376 W EP2023069376 W EP 2023069376W WO 2024017739 A1 WO2024017739 A1 WO 2024017739A1
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WO
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mems structure
actuator
functional layer
mems
effective functional
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PCT/EP2023/069376
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Frank Senger
Stephan Marauska
Ulrich Hofmann
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OQmented GmbH
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    • B81C2203/01—Packaging MEMS
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Definitions

  • the present disclosure relates to a MEMS device and a method of manufacturing the MEMS device.
  • MEMS devices are among the microsystems that usually have several sensors and actuators as well as electronics for controlling them, which are arranged on a substrate and have very small dimensions in the range of a few millimeters to sometimes sub-millimeters.
  • the movable parts of the MEMS device are operated in a translational manner, oscillating or oscillating, along a spatial axis and/or rotationally around a spatial axis, often in the range of the respective resonance frequency.
  • MEMS systems which are used, for example, to deflect electromagnetic radiation (for example a laser) by means of a mirror and the mirror oscillates or oscillates along or around several spatial axes
  • electromagnetic radiation for example a laser
  • the resonance frequencies of the individual movements of the mirror are coordinated with one another and have a specific resonance frequency ratio.
  • MEMS systems or parts of MEMS systems are also subject to certain fluctuations in production, which have a negative impact on the predetermined and constructively implemented resonance frequencies and thus on the resonance frequency ratio in the form of a certain scattering of the intended ones Frequencies and frequency ratios can affect.
  • changing environmental influences such as changing temperatures, humidity and air pressure can also have a negative impact on the intended
  • the present disclosure relates to a MEMS device and a method of manufacturing the MEMS device.
  • a MEMS device according to independent claim 1 and a method for producing the MEMS device according to independent claim 24 are proposed.
  • the dependent claims relate to some exemplary preferred embodiments.
  • a MEMS device is proposed, with: a MEMS structure which has a mechanically effective functional layer, the mechanically effective functional layer having at least one section which is designed to be oscillatingly movable in at least one dimension, and at least an actuator that is in operative connection with the MEMS structure and is designed to introduce mechanical tension into the MEMS structure through expansion or contraction MEMS structure, which surrounds the at least one oscillating movable section of the mechanically effective functional layer.
  • a MEMS device with a MEMS structure that has a mechanically effective functional layer with an oscillatingly movable section, for example a mirror, and at least one actuator can make it possible to have a defined mechanical tension in to impress the MEMS structure that surrounds the oscillating movable section and advantageously to cause a targeted influence or shift (detuning) of the resonance frequencies of the oscillating movable section by an actively controllable actuator, in particular without impairing the oscillation amplitude of the oscillating movable section (as for example a loss of amplitude).
  • the mechanical tension specifically impressed into the MEMS structure and in particular into the MEMS structure that surrounds the movable section by an actively controllable actuator advantageously enables the natural frequencies or resonance frequencies of the axes, which are due to the oscillation of the oscillating movable to influence or shift (detune) the section involved.
  • a resonance frequency ratio present in several axes and thus several different resonance frequencies can also be advantageously changed and optimized as a result, which, for example, in a multi-axis MEMS mirror system, leads to improved illumination of the surface that is illuminated by the mirror reflection of the MEMS mirror , or can lead to improved projection density.
  • the MEMS device may include one or more actuators in different positions relative to the MEMS structure and/or different shapes of the actuator.
  • the active and targeted influence or shift of the corresponding resonance frequencies of the oscillatingly movable section can be further enhanced and/or the efficiency of the influence or shift of the resonance frequencies can be optimized, which is particularly important with regard to possible, very broad areas of application of a MEMS system can be extremely advantageous.
  • the mechanically effective functional layer of the MEMS structure can be designed as a resonator, and the at least one actuator can be designed to act by introducing mechanical stress into the MEMS structure. Structure to actively detune the resonance frequency of the at least one oscillating movable section.
  • the mechanically effective functional layer of the MEMS structure can be designed as a resonator such that the at least one oscillatingly movable section of the mechanically effective functional layer can be oscillatingly movable along or about at least two oscillation axes that are aligned essentially perpendicular to one another, wherein each oscillation axis of the at least one oscillatingly movable section can have a specific resonance frequency, and the at least one actuator can be set up to actively detune the resonance frequency ratio of the at least two oscillating axes of the at least one oscillatingly movable section by introducing the mechanical stress into the MEMS structure .
  • the at least one actuator can further be set up to actively control the resonance frequency of the at least one oscillatingly movable section or the resonance frequency ratio of the at least two oscillating axes of the at least one oscillatingly movable section in a targeted stepwise or continuous manner by introducing the mechanical tension into the MEMS structure to detune, in particular on the basis of a controllable control signal from a control unit for controlling the at least one actuator.
  • the MEMS device may include a housing that surrounds the MEMS structure and is configured to be in operative connection with the MEMS structure, the at least one actuator being in operative connection with the MEMS structure , can be arranged between the MEMS structure and the housing in such a way that the at least one actuator can also be in operative connection with the housing and can be set up to introduce a mechanical tension into the at least one movable section of the mechanically by expansion or by contraction MEMS structure surrounding the effective functional layer, which surrounds the at least one oscillatingly movable section of the mechanically effective functional layer.
  • the at least one actuator which can be in operative connection with the MEMS structure and the housing, can be on the side of the mechanically effective functional layer of the MEMS structure or on the side of the MEMS structure. Structure that lies opposite the mechanically effective functional layer can be arranged between the MEMS structure and the housing.
  • the MEMS device may have at least two actuators, which may be in operative connection with the MEMS structure and the housing and may be configured to introduce a mechanical stress into the MEMS structure by expansion or by contraction at least one oscillating movable section of the mechanically effective functional layer surrounds, one of the actuators on the side of the mechanically effective functional layer of the MEMS structure and another of the actuators on the side of the MEMS structure that is opposite the mechanically effective functional layer, between the MEMS structure and housing can be arranged.
  • the at least one actuator which can be in operative connection with the MEMS structure and the housing, can be arranged laterally from the mechanically effective functional layer between the MEMS structure and the housing.
  • the MEMS device may have at least two actuators, which may be in operative connection with the MEMS structure and the housing and may be configured to introduce, by expansion or contraction, a mechanical stress into the MEMS structure that is at least to initiate an oscillatingly movable section of the mechanically effective functional layer, wherein the at least two actuators can be arranged laterally from the mechanically effective functional layer and opposite each other in relation to the MEMS structure between the MEMS structure and the housing.
  • the MEMS device may have at least four actuators, which may be in operative connection with the MEMS structure and the housing and may be configured to introduce, by expansion or contraction, a mechanical stress into the MEMS structure that is at least an oscillatingly movable section of the mechanically effective functional layer surrounds, wherein a first actuator of the at least four actuators on the side of the mechanically effective functional layer of the MEMS structure, a second actuator of the at least four actuators on the side of the MEMS structure, which is mechanically effective functional layer is opposite, a third and a fourth actuator of at least four actuators to the side of the mechanical effective functional layer and can be arranged opposite between the MEMS structure and the housing in relation to the MEMS structure.
  • the first and second actuators can be set up to introduce a mechanical stress into the MEMS structure that surrounds the at least one oscillatingly movable section of the mechanically effective functional layer through expansion
  • the third and fourth actuators can be set up to do so , to introduce a mechanical tension into the MEMS structure, which surrounds the at least one oscillating movable section of the mechanically effective functional layer, by contraction
  • the first and the second actuator can be set up to introduce a mechanical tension into the MEMS structure through contraction the at least one oscillatingly movable section of the mechanically effective functional layer surrounds
  • the third and fourth actuators can be set up to introduce a mechanical tension into the MEMS structure, which surrounds the at least one oscillatingly movable section of the mechanically effective functional layer, by expansion.
  • the actuator in operative connection with the MEMS structure, which can be arranged on the side of the MEMS structure that is opposite the mechanically effective functional layer and/or which can be arranged laterally from the mechanically effective functional layer, with essentially the be in contact with the entire surface of the respective side of the MEMS structure or at least be in contact with a part of the surface of the respective side of the MEMS structure.
  • the actuator in operative connection with the MEMS structure which can be arranged on the side of the MEMS structure that is opposite the mechanically effective functional layer and/or which can be arranged laterally from the mechanically effective functional layer, can consist of at least two partial actuators be educated.
  • the surface of the actuator, with which the actuator is in contact with the MEMS structure may have a rectangular, in particular a square, or a round, in particular an annular shape.
  • the at least one actuator which is in operative connection with the MEMS structure, can be annular and on the side of the mechanically effective functional layer between the MEMS structure and the housing be arranged, and the housing has a substantially curved surface on the side that is opposite the mechanically effective functional layer, wherein the curved surface of the housing can be designed to be connected to the side of the MEMS structure that is opposite the mechanically effective functional layer, to form a point support, so that by expanding the actuator, in addition to introducing a mechanical tension into the MEMS structure that surrounds the at least one oscillatingly movable section of the mechanically effective functional layer, a deformation of the MEMS structure can also be caused.
  • the MEMS device can have a cover that can cover the mechanically effective functional layer, wherein the actuator, which is arranged on the side of the mechanically effective functional layer of the MEMS structure, can be annular and designed to expand or contraction to introduce the mechanical tension via an edge section of the cover into the MEMS structure which surrounds the at least one oscillatingly movable section of the mechanically effective functional layer.
  • the cover can cover the mechanically effective functional layer in such a way that a vacuum can be provided in the area of the oscillatingly movable section of the mechanically effective functional layer.
  • the MEMS structure which has the mechanically effective functional layer, can have a substantially round outer contour
  • the actuator in operative connection with the MEMS structure can be annular, arranged on the round outer contour of the MEMS structure and can be set up to introduce a mechanical tension via contraction via the round outer contour of the MEMS structure into the MEMS structure, which surrounds the at least one oscillating movable section of the mechanically effective functional layer.
  • the annular actuator operatively connected to the MEMS structure may include an air gap.
  • a housing may surround the MEMS structure and the annular actuator operatively connected to the MEMS structure.
  • the at least one actuator can be a piezo actuator, in particular a PZT actuator.
  • the section that can be moved in at least one dimension can have a mirrored surface in order to reflect electromagnetic radiation impinging thereon.
  • the MEMS structure may further be configured to perform Lissajous scanning movements.
  • a method for producing a MEMS device with: - Providing a MEMS structure that can have a mechanically effective functional layer, wherein the mechanically effective functional layer can have at least one section which is in at least one Dimension can be oscillatingly movable, providing at least one expandable or contractible actuator, and creating an operative connection between the MEMS structure and the at least one actuator, so that by expansion or contraction of the actuator a mechanical tension in the MEMS structure, which is at least an oscillating movable section of the mechanically effective functional layer surrounds, can be initiated.
  • the method may include providing a housing that may be configured to surround the MEMS structure and the at least one actuator and to enter into operative connection with the MEMS structure and the at least one actuator, arranging the MEMS structure and the at least one actuator in the housing, and generating the operative connections between the housing and the MEMS structure and between the housing and the at least one actuator, so that a mechanical tension is created in the MEMS structure by expansion or contraction of the actuator , which surrounds the at least one oscillatingly movable section of the mechanically effective functional layer, can be initiated.
  • the method can include potting the MEMS structure and the at least one actuator, which can be arranged in the housing and can be in operative connection with itself and the housing, in the housing by means of a potting material, in particular an adhesive-like potting material .
  • FIG. 1 shows an exemplary MEMS device in cross section, in which a MEMS structure is surrounded by a housing and in which an actuator is arranged between the MEMS structure and the housing,
  • FIG. 2 shows a further exemplary embodiment of the exemplary MEMS device in cross section, the actuator for impressing a mechanical tension into the MEMS structure being arranged laterally from the mechanically effective functional layer or the MEMS structure between the housing and the MEMS structure,
  • 3a shows a further exemplary embodiment of the exemplary MEMS device in cross section, with actuators for impressing a mechanical tension into the MEMS structure opposite the MEMS structure and to the side of the mechanically effective functional layer or the MEMS structure between the housing and MEMS structure are arranged,
  • 3b shows a further exemplary embodiment of the exemplary MEMS device in cross section, with actuators for impressing a mechanical tension into the MEMS structure now on the side of the mechanically effective functional layer and on the side of the MEMS structure that is opposite the mechanically effective functional layer , arranged between the housing and the MEMS structure,
  • 3c shows a further exemplary embodiment of the exemplary MEMS device in cross section, with the actuators for impressing a mechanical tension into the MEMS structure now as a combination of the exemplary embodiments according to FIGS. 3a and 3b are arranged
  • 4a now shows a further exemplary embodiment of the exemplary MEMS device in cross section, the actuator being designed to impress a mechanical tension into the MEMS structure over the entire surface
  • FIG. 6a now shows a further exemplary embodiment of the exemplary MEMS device in cross section, whereby the actuator is shaped like a ring in order to impress a mechanical tension into the MEMS structure
  • Fig. b now shows a further exemplary embodiment of the exemplary MEMS device in cross section, in which the actuator for impressing a mechanical tension into the MEMS structure is also shaped like a ring, but is now arranged on the side of the mechanically effective functional layer,
  • FIGS. 6a and 6b now shows a further exemplary embodiment of the exemplary MEMS device in cross section, with the actuators as a combination of the exemplary embodiments of FIGS. 6a and 6b are arranged on the MEMS structure,
  • FIG. 7a now shows a further exemplary embodiment of the exemplary MEMS device, in which the actuator for impressing a mechanical tension into the MEMS structure is shaped like a ring, with the mechanically effective functional layer now as angular, in particular as a square layer and, for example, only has one axis of oscillation,
  • the actuator for impressing a mechanical tension into the MEMS structure is shaped like a ring, the mechanically effective functional layer being shaped as a substantially round layer and, for example, having only one axis of oscillation ,
  • the actuator for impressing a mechanical tension into the MEMS structure is shaped essentially in a ring shape with an air gap, the mechanically effective functional layer now being shaped as a round layer and the actuator is arranged on the outside of the MEMS structure,
  • the actuator for impressing/introducing a mechanical stress into the MEMS structure is, for example, shaped like a ring (closed ring), the mechanically effective functional layer being shaped as a round layer and the actuator is, for example, arranged on the outside of the MEMS structure,
  • Fig. 9a now shows a further exemplary embodiment of the exemplary MEMS device in cross section, in which the actuator for impressing a mechanical tension into the MEMS structure is shaped in a ring and is arranged on the side of the mechanically effective functional layer, with the housing on the mechanically The side opposite the effective functional layer has a substantially curved surface,
  • FIG. 9b now shows a further exemplary embodiment of the exemplary MEMS device in cross section, which is constructed essentially like the MEMS device according to FIG. 9a, with an actuator pressing comparatively pointwise on the surface of the MEMS structure instead of the curved surface of the housing , which lies opposite the mechanically effective functional layer,
  • FIG. 10 now shows a further exemplary embodiment of the exemplary MEMS device as a Lissajous scanner, whereby the MEMS device can have at least two oscillation axes for this purpose, 11 shows an exemplary method for manufacturing the MEMS device.
  • FIG. 1 shows an exemplary MEMS device 100 in cross section, in which, for example, a MEMS structure 10 is surrounded by a housing 30 and in which an actuator 50 is arranged between the MEMS structure 10 and the housing 30 in a first form.
  • the MEMS structure 10 shown here has, for example, a mechanically effective functional layer 11, of which at least one section 12 can be moved in an oscillating manner in at least one dimension (along at least one spatial direction and/or around at least one spatial axis), for example translationally or rotationally.
  • the oscillatingly movable section 12 of the functional layer 11 can also carry out a combined movement of, for example, translational and rotational movement, the rotational movement also, for example, including a combined/superimposed movement of the section 12 about two axes (for example oscillating axes of the oscillatingly movable section 12).
  • excitation actuators 40 are used, for example are able to excite the oscillating movable section 12 in one or more dimensions essentially at the respective resonance frequency of the oscillating movable section 12 along (translatory) or about the respective axis (rotational), so that the MEMS device 100, for example, as a or multi-dimensional mechanical resonator can be operated.
  • These excitation actuators 40 are, for example, arranged essentially on the surface of the mechanically effective functional layer 11 and can be designed, for example, as piezo actuators, but also as electromagnetic or electrostatic actuators.
  • the MEMS structure 10 can, for example, have an optically transparent or transparent cover 20 of the mechanically effective functional layer 11, so that the oscillatingly movable section 12 of the mechanically effective layer 11 could, for example, be essentially in a vacuum and operate therein (for example as Vacuum encapsulation of the oscillatingly movable section 12 of the mechanically effective functional layer 11).
  • the transparent cover 20 can be designed, for example, dome-shaped (hemispherical) or flat.
  • the cover 20 can also have any other shape that allows the covered, oscillating section 12 to oscillate in dimensions, for example as a planar window or as an inclined window.
  • the cover 20, which is, for example, three-dimensionally shaped or flat, can be made, for example, from optically transparent material such as Borofloat BF33.
  • Such exemplary structures of MEMS structures 10 are particularly advantageous for systems that deflect electromagnetic radiation, such as those used, for example, in LBS systems (laser beam scanning systems), in particular for multidimensionally deflecting MEMS mirrors (for example 2D MEMS mirrors for for example Lissajous scans), in which case the movable section 12 can, for example, also have a reflective surface (a mirror or comparable elements or layers) for deflecting the electromagnetic radiation.
  • a reflective surface a mirror or comparable elements or layers
  • gold can be advantageous for reflecting electromagnetic radiation in the infrared spectrum or aluminum or silver for reflecting electromagnetic radiation in the spectrum visible to humans.
  • a certain frequency ratio of the resonance frequencies of the translational and/or rotational movements of the movable section 12 to one another can be advantageous, for example in order to achieve good illumination of the area illuminated by the deflected light or a good projection density.
  • the drive frequencies of the excitation actuators 40 can be actively adjusted to the respective resonance frequency (closed-loop control)
  • this procedure does not enable active and targeted adjustment of the resonance frequencies of the movable section 12 itself, for example in an advantageous manner to achieve the fixed possible frequency ratio to generate and, above all, maintain the resonance frequencies.
  • the MEMS device 100 shown in FIG. 1 has, for example, the actuator 50, which in the case of the MEMS device 100 1 on the side of the MEMS structure 10 that lies opposite the functional layer 11 of the MEMS structure 10.
  • the actuator 50 can, for example, create an individually adjustable mechanical tension by means of expansion or contraction initiate/impress the MEMS structure 10, in particular the structure of the MEMS structure 10 surrounding the oscillating movable section 12 being subjected to mechanical stress or a “tension stress”.
  • the MEMS structure 10, which surrounds the at least one movable section 12 of the mechanically effective functional layer 11, is understood to be, by way of example, all mechanical structures that form the MEMS structure 10 (all layers of the layer structure of a MEMS ) as well as the mechanically effective functional layer 11 (or the silicon base material) itself, which may also include the movable section 12 itself and any elements applied to it (for example a mirror or reflective surfaces/layers). As indicated in Fig.
  • a specifically adjustable pressure force Foruck can be generated, which is applied to the MEMS structure 10 and thus to the mechanically effective functional layer 11 can act and impress an individual mechanical tension, whereby, for example, a specific shift / change in the resonance frequencies of the existing oscillation axes 13 (see for example FIGS. 7a to 8b) can be specifically caused.
  • the mechanically effective functional layer 11 can act and impress an individual mechanical tension, whereby, for example, a specific shift/change in the resonance frequencies of the existing oscillation axes 13 (see, for example, FIGS. 7a to 8b) can also be specifically caused.
  • the shift or detuning of the resonance frequencies can be actively and specifically changed or adjusted step by step or continuously due to the defined mechanical tension that is impressed into the MEMS structure 10 by the actuator 50.
  • the resonance frequency of the at least one oscillatingly movable section 12 and the resonance frequency of the axes/oscillating axes is always the resonance frequency of the oscillating system (having the at least one oscillating movable section 12 and the axes/oscillating axes).
  • Both types of stress imprinting can be applied to the MEMS structure 10 and lead to the same extent of resonance frequency shift of the different oscillation axes 13 of the mechanically effective functional layer 11.
  • different degrees of influences on the resonance frequency of the different ones can also occur Oscillation axes 13 (see for example FIGS. 7a to 8b) of the mechanically effective functional layer 11 may be possible.
  • the detuning of the resonance frequency shift can be in the range 10 Hz to approximately 30 Hz.
  • This introduced mechanical tension can, for example due to the stiffness k changing due to the imposed tensile or compressive stress, lead to a softening or hardening of the resilient sections of the various oscillation axes 13 or their spring constants, which in turn influences/changes the resonance frequencies of the oscillating movable section 12 of the mechanically effective functional layer 11 can bring about.
  • the targeted introduction of a mechanical tension at one point of the MEMS structure 10 can lead to a change in the resonance frequency of several axes (and thus, for example, also to a change in a resonance frequency ratio of the different oscillation axes 13 to one another) of the oscillating movable section 12.
  • the introduction of mechanical tension can lead to the different resonance frequencies of the different axes being influenced to different degrees in the case of multi-axis MEMS structures 10 (for example at least two-axis MEMS structures 10), so that a change in the frequency ratio of the resonance frequencies of the respective axes is very sensitive can react to the voltage impression.
  • the MEMS device 100 which can be operated, for example, as a mechanical resonator, can, for example, have an actuator 50 in addition to a MEMS structure 10 with an oscillating, for example mirrored, section 12, the resonance frequencies of the oscillating section 12 being active and can be specifically shifted so that the resonance frequencies of the oscillating movable section 12 and thus a ratio of the resonance frequencies in multi-axis MEMS devices 100 are optimized and, for example when the MEMS device 100 is configured as a MEMS mirror, an improved projection density can be achieved.
  • a potting material 70 can be cast in or at least partially cast in (for example with a type of adhesive or a comparable material).
  • the potting material can have different hardness or different elasticity, so that the MEMS device 100 can be adaptable for different applications.
  • An active connection between MEMS structure 10 and actuator 50 or actuators 50 does not necessarily mean direct contact, nor does it mean mechanical fixation, but it can include it.
  • An active connection between MEMS structure 10 and actuator 50 can mean, for example, direct contact or contact via several other intermediate elements/elements.
  • an active connection can be a mechanical fixation (for example non-positively, positively, cohesively; by screw, by soldering or gluing, etc.), or simply by the MEMS structure 10 being in contact with the actuator 50, or the MEMS structure 10 being in contact with the housing 30 and/or the actuator 50 on the housing 30.
  • the housing 30 itself can, for example, be made from different materials, for example from different metals.
  • the housing 30 can, for example, already have the printed circuit board (PCB) in addition to the metal areas/elements.
  • the housing 30 can also be designed as a mold compound (for example bulk molding compound or sheet molding compound).
  • the housing 30 can advantageously consist of at least two parts, for example a base body 30a, which can be designed, for example, in the shape of a “trough”, and a cover 30b, wherein the cover 30b can also have a small opening through which a electrical connection to the bond pads of the MEMS structure 10 (for example to control the MEMS structure 10) from outside the MEMS device 100 is possible.
  • a base body 30a which can be designed, for example, in the shape of a “trough”
  • cover 30b can also have a small opening through which a electrical connection to the bond pads of the MEMS structure 10 (for example to control the MEMS structure 10) from outside the MEMS device 100 is possible.
  • housing 30 which includes the base body 30a and the cover 30b, unless explicitly stated otherwise.
  • the housing 30, for example, on the side that faces the mechanically effective functional layer 11, has an opening (for example in the cover 30b of the housing 30) through which, for example when using the MEMS structure 10 as a uniaxial or in particular multi-axis MEMS mirror, the incident electromagnetic radiation (for example a laser beam) can strike the oscillatingly movable section 12 designed as a mirror, reflect there again and be deflected by the oscillating movements of the section 12, which has the mirror.
  • the oscillatingly movable section 12 designed as a mirror can not only reflect electromagnetic radiation in the spectrum that is visible to humans, but also outside of it, for example in the infrared spectrum/range, such as in 3D sensing applications.
  • an active connection (for example by means of a mechanical stop 60) can be provided between the housing 30 and the MEMS structure 10, on the side of the MEMS structure 10 opposite the actuator 50, on which the MEMS structure 50 is located, for example when the actuator 50 expands relative to the housing 30 or the MEMS structure 10 remains in contact with the housing 30 via this active connection when the actuator 50 is contracted (for example by soldering or gluing the MEMS structure 10 to the housing 30).
  • the force circuit formed via the actuator 50, the MEMS structure 10, the active connection (for example as a mechanical stop 60) and the housing 30 for introducing the mechanical tension into the MEMS structure 10 can be closed.
  • a mechanical stop 60 can, for example, be a section of the housing 30 against which the actuator 50 or the MEMS structure 10, which has the mechanically effective functional layer 11, presses, or from which the actuator 50 or the MEMS structure 10, which has the mechanically effective Functional layer 11, wants to move away, but cannot be understood due to an exemplary active connection.
  • the actuator 50 itself can have various embodiments, for example as a piezo actuator (for example made of AIN, ALScN, PZT, etc.), as an electromagnetic or electrostatic actuator, etc., in particular if the actuator is able to actuate or Activation essentially causes a change in volume. It can be advantageous for use as an actuator 50 in the MEMS device 100 described if the actuator 50 can act/track quickly (for example in the range of less than 10 ms, in particular less than 1 ms) can enable, for example, to be able to adapt the resonance frequency ratio accordingly quickly.
  • a piezo actuator for example made of AIN, ALScN, PZT, etc.
  • an electromagnetic or electrostatic actuator etc.
  • the actuator 50 can act/track quickly (for example in the range of less than 10 ms, in particular less than 1 ms) can enable, for example, to be able to adapt the resonance frequency ratio accordingly quickly.
  • the actuator 50 in particular an actuator 50 designed as a piezo actuator, can have electrodes (see thick black lines above and below the actuator 50), by means of which an electric field can be generated in the piezo actuator and the actuator 50 expands or contracts due to this.
  • electrical contacts or cables can be provided on the electrodes, which, for example, as shown in FIG. 1, pass laterally through the housing 30 (for example through the wall of the base body 30a ) through to the outside of the MEMS device 100. It should be noted that the cables of the actuator 50 can also be routed elsewhere on the housing 30.
  • actuators 50 described and/or shown in the figures below also have electrodes and corresponding cables for controlling the electrodes, even if these are not explicitly shown and/or described. In these cases, reference is made to FIG. 1 and the associated description as an example.
  • the at least one actuator 50 can be connected to a control unit 58 via the electrical contacts or cables, wherein the control unit 58 can control the at least one actuator 50 in a defined manner by applying a controllable control signal.
  • the controllable control signal designed as a voltage signal can be output to the at least one actuator 50 as a constant voltage or as an alternating voltage (partly in the kHz range).
  • Fig. 2 shows a further exemplary embodiment of the exemplary MEMS device 100 in cross section, here the actuator 50 for impressing/introducing a mechanical tension into the MEMS structure 10, for example, to the side of the mechanically effective functional layer 11 or the MEMS structure 10 between Housing 30 and MEMS structure 10 is arranged.
  • the areas outside the MEMS structure 10 are to be understood as being on the side of the MEMS structure 10 or on the side of the mechanically effective functional layer 11, which are between the side of the mechanically effective functional layer 11 and the side of the MEMS structure 10, which is the mechanically effective functional layer 11 is opposite.
  • the actuator 50 can, for example, act on the MEMS structure 10 from the side (laterally) by, for example, expanding or contracting the mechanical structure of the MEMS structure 10, for example in order to create mechanical tension (for example pressure or tension) parallel to the surface to initiate/impress the mechanically effective functional layer 11 and thereby change the ratio of the resonance frequencies of the axes of the mechanically effective functional layer 11 or to shift the resonance frequencies of the axes of the mechanically effective functional layer 11.
  • mechanical tension for example pressure or tension
  • the housing side which is located on the side of the MEMS structure 10 opposite the actuator 50, can serve, for example, as a type of mechanical stop, so that, for example, a closed force circuit again via the housing 30, the actuator 50 and the MEMS structure 10 can be trained.
  • FIG 3a shows a further exemplary embodiment of the exemplary MEMS device 100 in cross section, with exemplary actuators 50 for impressing/introducing a mechanical tension into the MEMS structure 10 lying opposite the MEMS structure 10 and to the side of the mechanically effective functional layer 11 or the MEMS structure 10 can be arranged between the housing 30 and the MEMS structure 10.
  • a significantly higher mechanical tension can be introduced into the MEMS structure 10 by means of several (for example two or more) individually controllable actuators 50 that are opposite one another relative to the MEMS structure 10 than with a single actuator 50 of the same size from one side the MEMS structure 10 would be possible.
  • the effect on the change in the resonance frequency can be correspondingly and/or the ratio of the resonance frequencies of the oscillatingly movable section 12 can be correspondingly more pronounced, which can be used advantageously, for example, for a very wide range of application areas of MEMS systems.
  • 3b shows a further exemplary embodiment of the exemplary MEMS device 100 in cross section, with actuators 50 for impressing/introducing a mechanical tension into the MEMS structure 10, for example, now on the side of the mechanically effective functional layer 11 and on the side of the MEMS structure 10, which lies opposite the mechanically effective functional layer 11, can be arranged between the housing 30 and the MEMS structure 10 in such a way that the MEMS structure 10 is arranged between the actuators 50.
  • a structure according to FIG. 3b can be more advantageous for certain areas of application of the MEMS device 100 than providing the actuators 50 on the side of the mechanically effective functional layer 11 or the MEMS structure 10, as described in FIG. 3a.
  • FIG. 3c shows a further exemplary embodiment of the exemplary MEMS device 100 in cross section, with the actuators 50 for impressing/introducing a mechanical tension into the MEMS structure 10 now, for example, as a combination of the exemplary embodiments according to FIGS. 3a and 3b are arranged.
  • Actuators 50 can be provided both on the side of the MEMS structure 10 and on the side of the mechanically effective functional layer 11 and on the side of the MEMS structure 10 that lies opposite the mechanically effective functional layer 11, which introduce a defined mechanical tension into the MEMS. Bring in structure 10.
  • all actuators 50 can jointly introduce a mechanical tensile stress into the MEMS structure 10 through actively controlled contraction or a defined mechanical compressive stress into the MEMS structure 10 through actively controlled expansion, for example to increase the shift in the resonance frequencies of the movable section 12.
  • actuators 50 may also be possible for actuators 50 to act in pairs, so that, for example, one pair of actuators introduces a mechanical tensile stress through actively controlled contraction and the other pair of actuators introduces a mechanical compressive stress into the MEMS structure 10 through actively controlled expansion .
  • actuators 50 can be advantageous.
  • FIG. 4a now shows a further exemplary embodiment of the exemplary MEMS device 100 in cross section, whereby the actuator 50 can, for example, be designed over the entire surface for impressing/introducing a mechanical tension into the MEMS structure 10.
  • the actuator 50 can, for example, cover the entire surface of the MEMS structure 10, which is located on the side opposite the mechanically effective functional layer 11 (be in contact with the essentially entire surface of the MEMS structure 10) and accordingly when expanded ( Expansion) / contraction (contraction) impress the mechanical tension over the entire surface from the side opposite the mechanically effective functional layer 11.
  • the actuator 50 is only designed over part of the area for impressing/introducing a mechanical stress into the MEMS structure 10.
  • the actuator 50 can, for example, cover only a part of the surface of the MEMS structure 10, which is located on the side opposite the mechanically effective functional layer 11 (be in contact with a part of the surface of the MEMS structure 10) and accordingly when expanded (Expansion)/contraction (contraction) the mechanical tension from the side opposite the mechanically effective functional layer 11 according to its partial coverage of this side of the MEMS structure 10.
  • FIG. 4c now shows a further exemplary embodiment of the exemplary MEMS device 100 in cross section, wherein the actuator 50 for impressing/introducing a mechanical tension into the MEMS structure 10 is formed, for example, from segments or is formed by several partial actuators 55/actuator segments 55 .
  • the actuator 50 can, for example, due to the segmentation by the partial actuators 55 / actuator segments 55, cover different (partial) surfaces of the MEMS structure 10, which are located on the side that is opposite the mechanically effective functional layer 11, and accordingly when expanded ( Expansion) / contraction (contraction) the mechanical tension from the side that is opposite the mechanically effective functional layer 11 is actively controlled and specifically impressed in accordance with its partial coverage of this side of the MEMS structure 10.
  • FIG. 5a now shows a further exemplary embodiment of the exemplary MEMS device 100, wherein the actuator 50 for impressing/introducing a mechanical tension into the MEMS structure 10 is shaped, for example, rectangular.
  • the representation of the MEMS device 100 shown here is an example of a top view of the MEMS device 100, in which the MEMS structure 10 has been omitted and only indicated by a dashed line.
  • the rectangular shaped actuator 50 (left illustration), for example, can completely or partially cover the side of the MEMS structure 10, which is located opposite the mechanically effective functional layer 11, and accordingly impress the mechanical tension during expansion/contraction .
  • the actuator 50 can also be shaped square (right illustration), for example as a special form of the rectangular shape, which is particularly advantageous if the surface of the MEMS structure 10, that of the mechanically effective Functional layer 11 is opposite, also square (see an example of this in Fig. 7a), optionally with essentially the same edge lengths as the square actuator 50.
  • the aforementioned shapes (rectangular/square) of the actuator 50 can of course also be used on the side of the mechanically effective functional layer 11 or on the side of the MEMS structure 10. They are not limited to use on the surface of the MEMS structure 10 that lies opposite the mechanically effective functional layer 11.
  • FIG. 5b now shows a further exemplary embodiment of the exemplary MEMS device 100, wherein the actuator 50 is shaped, for example, round for impressing/introducing a mechanical tension into the MEMS structure 10.
  • the representation of the MEMS device 100 shown here is also an example of a top view of the MEMS device 100, in which the MEMS structure 10 has been omitted and only indicated by a dashed line.
  • the round-shaped actuator 50 can, for example, cover the entire surface of the side of the MEMS structure 10, which is opposite the mechanically effective functional layer 11, and accordingly impress the mechanical tension during expansion/contraction.
  • the surface of the MEMS structure 10, which lies opposite the mechanically effective functional layer 11, is also round, possibly with essentially the same diameter as the round actuator 50.
  • the aforementioned shape (round) of the actuator 50 can of course also be used on the side of the mechanically effective functional layer 11 or on the side of the MEMS structure 10. It is not limited to the application on the surface of the MEMS structure 10 that lies opposite the mechanically effective functional layer 11.
  • FIG. 6a now shows a further exemplary embodiment of the exemplary MEMS device 100 in cross section, with the actuator 50 being shaped, for example, in a ring shape for impressing/introducing a mechanical stress into the MEMS structure 10.
  • the annularly shaped actuator 50 can, for example, over the side of the MEMS structure 10 which is opposite the mechanically effective functional layer 11 is located, the mechanical tension is impressed in a defined manner through expansion (expansion) / contraction (contraction).
  • An advantage of this exemplary embodiment may be that the volume change generated in the actuator 50 (for example in a piezo actuator by applying a voltage) is very effective for impressing the mechanical tension into the MEMS structure 10 compared to other configurations (for example full Slight shape) of the actuator 50 can be used.
  • the actuator 50 can have a slot/air gap 51, which is not shown here in cross section and reference is made to FIG. 8a as an example.
  • FIG. 6b now shows a further exemplary embodiment of the exemplary MEMS device 100 in cross section, in which the actuator 50 for impressing/introducing a mechanical tension into the MEMS structure 10 is also shaped like a ring, but now on the side of the mechanically effective functional layer 11 can be arranged.
  • the actuator 50 is shaped in a ring, since, for example, a single actuator 50 around the cover 20 (for example a round cover 20) transfers the mechanical tension, for example via an edge section of the cover 20, into the MEMS Structure 10, in particular in the MEMS structure 10, which surrounds the at least one oscillatingly movable section 12 of the mechanically effective functional layer 11, can initiate in a defined manner.
  • the actuator 50 can have a slot/air gap 51 (not shown here), as described in FIG. 6a.
  • FIG. 6c now shows a further exemplary embodiment of the exemplary MEMS device 100 in cross section, with the actuators 50 exemplified as a combination of the exemplary embodiments of FIGS. 6a and 6b are arranged on the MEMS structure 10.
  • the actuators 50 can be arranged, for example, on the mechanically effective functional layer 11 and on the side of the MEMS structure 10 that is opposite the mechanically effective functional layer 11, such that the MEMS structure 10 is provided between the two actuators 50.
  • the mechanical stress can be effectively introduced into the MEMS structure 10, which surrounds the at least one oscillatingly movable section 12 of the mechanically effective functional layer 11, in a defined manner, furthermore due to the exemplary double number of actuators 50 , the mechanical tension introduced can be higher than with a single actuator 50 of the same dimension.
  • Both or only one of the actuators 50 can have a slot/an air gap 51, as already described by way of example in FIG. 6a.
  • FIG. 7a now shows a further exemplary embodiment of the exemplary MEMS device 100 (however without the housing 30) as a top view of the MEMS structure 10, in which the actuator 50 for impressing/introducing a mechanical tension into the MEMS structure 10 is, for example, annular can be shaped, wherein the mechanically effective functional layer 11 can now be shaped as an angular, in particular as a square layer and, for example, can only have one oscillation axis 13.
  • the mechanically effective functional layer 11 has an oscillatingly movable section 12, which can move in rotation about the oscillation axis 13, for example, together with the annular actuator 50, which is on the side of the mechanically effective Functional layer 11 is arranged (actuator 50 can also have an air gap 51 as shown by way of example in FIG. 8a), shown without housing 30.
  • This exemplary rectangular or square shape of the functional layer 11 is a common shape and can be produced by the exemplary manufacturing method using a sawing process when separating the MEMS structures 10 from a previously connected multitude of MEMS structures 10.
  • the mechanically effective functional layer 11 can have several axes, for example two rotational and one translational axes. This can, for example, depend in particular on the application for which the respective MEMS system is to be used.
  • FIG. 7b now shows a further exemplary embodiment of the exemplary MEMS device 100 (however without the housing 30) as a top view of the MEMS structure 10, in which the actuator 50 is used to impress/introduce a mechanical tension into the MEMS structure.
  • Structure 10 can be shaped, for example, in a ring shape (actuator 50 can also have an air gap 51 as shown by way of example in FIG. 8a), wherein the mechanically effective functional layer 11 can be shaped as a substantially round layer and, for example, can have only one oscillation axis 13.
  • This form of the functional layer 11 can be produced, for example, using a laser structuring process or an etching process.
  • the mechanical structure of the mechanically effective functional layer 11 is made, for example, from glass (instead of, for example, silicon), the round shape of the functional layer 11 can be created comparatively very easily using laser structuring.
  • the individual axis/oscillation axis 13 of the mechanically effective functional layer 11 shown here is only an example.
  • the mechanically effective functional layer 11 can have several axes, for example two rotational and one translational axis, for example depending on the respective application.
  • the actuator 50 for impressing/introducing a mechanical tension into the MEMS structure 10 is, for example, essentially annularly shaped with an air gap 51, the mechanically effective functional layer 11 ( as well as the remaining MEMS structure 10 underneath is now formed as a round layer (with a round outer contour) and the actuator 50 is arranged, for example, on the outside of the MEMS structure 10.
  • the actuator 50 can have an air gap 51, which makes it possible for the actuator 50 to reduce its inner diameter in particular through active control (for example by contracting the actuator 50) and thereby, for example, via the active connection with which the actuator 50 is connected to the outer contour of the MEMS structure 10 can be connected to introduce a targeted and defined mechanical tension into the MEMS structure 10. This can be done particularly advantageously if the annular actuator 50 is arranged, for example, at the level of the mechanically effective functional layer 11 and thus the mechanical tension in the MEMS structure 10 in the immediate vicinity of the oscillating movable section 12, which has the at least one oscillating movable section 12 the mechanically effective functional layer 11 surrounds, could introduce.
  • a defined pressure force can be generated, for example by contracting the actuator 50, which can, for example, act on the MEMS structure 10 and thus on the mechanically effective functional layer 11 and impress a mechanical tension, whereby, for example a shift/change (detuning) of the resonance frequencies of the existing oscillation axes 13 (only one shown here) can be caused.
  • a defined tensile force Fyak can be generated, for example by expanding the actuator 50, which can also act, for example, on the MEMS structure 10 and thus on the mechanically effective functional layer 11 and impress a mechanical tension, whereby, for example, a shift/change (detuning) of the resonance frequencies of the existing oscillation axes 13 (only one shown here) can be caused.
  • both types of voltage imprinting can be applied to the MEMS structure 10 and lead to the same extent of resonance frequency shift of the different oscillation axes 13 of the mechanically effective functional layer 11 .
  • different degrees of influence on the resonance frequency of the different oscillation axes 13 of the mechanically effective functional layer 11 may also be possible.
  • this MEMS device 100 basically does not need a housing (see the previously described exemplary embodiments in FIGS. 1 to 6c) in order to create a closed force circuit for introducing the mechanical tension into the MEMS structure 10 to provide.
  • the MEMS structure 10 and the annular actuator 50 for example provided with an air gap 51, can be sufficient for this.
  • FIG. 8b now shows a further exemplary embodiment of the exemplary MEMS device 100 (comparable to that shown in FIG. 8a), whereby the actuator 50 is shaped, for example, in a ring shape (closed ring) for impressing/introducing a mechanical stress into the MEMS structure 10 and the mechanically effective functional layer 11 (as well as the remaining MEMS structure 10 underneath) as a round layer (with round Outer contour) is formed and the actuator 50 is arranged, for example, on the outside of the MEMS structure 10.
  • the actuator 50 is shaped, for example, in a ring shape (closed ring) for impressing/introducing a mechanical stress into the MEMS structure 10 and the mechanically effective functional layer 11 (as well as the remaining MEMS structure 10 underneath) as a round layer (with round Outer contour) is formed and the actuator 50 is arranged, for example, on the outside of the MEMS structure 10.
  • the actuator 50 can now be designed as a closed ring.
  • This ring-shaped actuator 50 can now also reduce its inner diameter (for example by contraction) or increase its inner diameter (for example by expansion; comparable to the ciliary muscle of the human eye) through active control and so, for example, via the active connection with which the actuator 50 with the outer contour the MEMS structure 10 can be connected, a targeted and defined mechanical tension can be introduced into the MEMS structure 10.
  • the annular actuator 50 is arranged, for example, at the level of the mechanically effective functional layer 11 and so in the immediate vicinity of the oscillating movable section 12 the mechanical tension in the MEMS structure 10, which has the at least one oscillating movable section 12 surrounding the mechanically effective functional layer 11 could introduce.
  • the actuator 50 for impressing/introducing a mechanical stress into the MEMS structure 10 is, for example, shaped like a ring and is arranged on the side of the mechanically effective functional layer 11, wherein the housing 30 has, for example, not a flat surface on the side that is opposite the mechanically effective functional layer 11, but rather, for example, a substantially curved surface (for example, essentially in the middle of the surface of the housing 30), so that at this point the MEMS -Structure 10 could have a kind of point support with the housing 30.
  • FIG. 9b now shows a further exemplary embodiment of the exemplary MEMS device 100 in cross section, which can be constructed essentially like the MEMS device 100 according to FIG Surface of the MEMS structure 10, which lies opposite the mechanically effective functional layer 11, could press, wherein the mechanically effective functional layer 11 could be arranged on the housing 30, for example with mechanical stops 60.
  • an expansion of the actuator 50 could lead to an additional deformation of the MEMS structure 10, so that, for example, an amplification of the change in the resonance frequencies or the frequency ratio of the resonance frequencies of the different axes of the mechanically effective functional layer 11 and further, for example, the effect of the anyway the mechanical tension introduced by the actuator 50 could be further increased.
  • FIG. 10 now shows a further exemplary embodiment of the exemplary MEMS device 100 as a Lissajous scanner, whereby the MEMS device 100 can have at least two oscillation axes 13a, 13b for this purpose.
  • the at least two oscillation axes 13a, 13b can in particular be designed as at least two rotational and perpendicular oscillation axes 13a, 13b.
  • the excitation actuators 40 (shown here cross-hatched) can now be controlled by means of a corresponding frequency ratio (in particular a specific resonance frequency ratio) of the excitation signals of the at least two oscillation axes 13a, 13b to one another in such a way that the at least one oscillating movable section 12 (shown horizontally hatched) of the mechanically effective functional layer 11 carries out a Lissajous scanning movement.
  • the excitation signals can be output to the excitation actuators 40, for example by a control unit 45, which can model the excitation frequencies and corresponding frequency ratios accordingly.
  • the targeted and active detuning of the resonance frequencies or Resonance frequency ratio of the oscillation axes 13a, 13b to one another by means of one or more actuators 50 can be extremely advantageous, as this increases the line density when deflecting the beam (for example the deflection of a laser -Beam) can be increased and at the same time a loss of amplitude of the oscillation of the at least one oscillating movable section 12 can be avoided.
  • control unit 45 described here for controlling the excitation actuators 40 can of course also be used in the exemplary embodiments of the MEMS device 100 described so far.
  • FIG. 11 shows an exemplary method for producing the MEMS device 100, in particular for producing a MEMS device 100 according to the aforementioned exemplary embodiments of a MEMS device 100.
  • a MEMS structure 10 which has a mechanically effective functional layer 11, can first be provided in a step S101, the mechanically effective functional layer 11, for example, having at least one oscillatingly movable section 12, which can be moved in at least one dimension (along at least one spatial direction and/or is movable around at least one spatial axis), and in a step S102, for example, the provision of, for example, at least one expandable or contractible actuator 50.
  • This actuator 50 can, for example, be annular, but can also have other shapes.
  • an active connection could now be created between the MEMS structure 10 and the at least one actuator 50, so that, for example, a defined mechanical tension can be specifically introduced into the MEMS structure 10 by expansion or contraction of the actuator 50 which surrounds at least one oscillatingly movable section 12 of the mechanically effective functional layer 11, can be initiated.
  • the actuator 50 for impressing/introducing a mechanical stress into the MEMS structure 10 is, for example, essentially annular and can have, for example, an air gap 51 (see FIG. 8a), wherein the mechanically effective functional layer 11 (as well as the remaining MEMS structure 10 underneath) can be formed as a round layer (with a round outer contour) and the actuator 50 can be arranged on the outside of the MEMS structure 10.
  • a housing 30 can now be provided, which can be set up, for example, to surround the MEMS structure 10 and the at least one actuator 50 and to have an operative connection with the MEMS structure 10 and, for example, the at least one actuator 50 to enter.
  • step S105 for example, the arrangement of the MEMS structure 10 and the at least one actuator 50 in the housing 30 could take place, and in step S106, for example, the creation of the active connections between the housing 30 and the MEMS structure 10 and between the housing 30 and the at least one actuator 50, so that, for example, by expansion or contraction of the actuator 50, a defined mechanical tension can be introduced into the MEMS structure 10, which surrounds the at least one oscillatingly movable section 12 of the mechanically effective functional layer 11.
  • a further step S107 for example, the casting of the MEMS structure 10 and the at least one actuator 50, which could be arranged in the housing 30, for example, and could each be in operative connection with themselves and the housing 30, in the housing 30 by means of a casting material 70 to form a package, in particular for example by means of an adhesive-like potting material.
  • Another possibility may be to provide a film (for example die-attach film) with adhesive properties on both sides (for example on the back of the MEMS structure 10) and thereby connect the MEMS structure 10 or the actuator 50 to the housing 30 Glue and, if necessary, then carry out casting according to step S107.
  • a film for example die-attach film
  • adhesive properties on both sides (for example on the back of the MEMS structure 10)

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Abstract

Die vorliegende Offenbarung betrifft eine MEMS-Vorrichtung (100) und ein Verfahren zur Herstellung der MEMS-Vorrichtung (100). Die MEMS-Vorrichtung (100), die beispielsweise als mechanischer Resonator betrieben werden kann, weist neben einer MEMS-Struktur (10) mit schwingend bewegbarem, beispielsweise verspiegeltem Abschnitt (12), einen Aktuator (50) auf, wobei die Resonanzfrequenzen des schwingend bewegbaren Abschnitts (12) derart aktiv und gezielt verschoben werden können, dass die Resonanzfrequenzen des schwingend bewegbaren Abschnitts (12) und damit ein Verhältnis der Resonanzfrequenzen bei mehrachsigen MEMS-Vorrichtungen (100) optimiert und dabei, beispielsweise wenn die MEMS-Vorrichtung (100) als MEMS-Spiegel konfiguriert ist, eine verbesserte Projektionsdichte erreicht werden kann.

Description

MEMS-VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG DER MEMS-VORRICHTUNG
Beschreibung
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine MEMS-Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung der MEMS-Vorrichtung.
Hintergrund
MEMS-Vorrichtungen zählen zu den Mikrosystemen, die üblicherweise mehrere Sensoren und Aktuatoren sowie Elektronik zur Steuerung dieser, die auf einem Substrat angeordnet sind, aufweisen und dabei sehr kleine Abmessungen im Bereich weniger Millimeter bis teilweise Sub-Millimeterbereich haben.
Dabei werden für die verschiedensten Anwendungsmöglichkeiten von Mikrosystemen bzw. MEMS-Vorrichtungen die beweglichen Teile der MEMS-Vorrichtung translatorisch entlang einer Raumachse und/oder rotatorisch um eine Raumachse herum oszillierend bzw. schwingend betrieben, oftmals dabei im Bereich der jeweiligen Resonanzfrequenz.
Insbesondere bei MEMS-Systemen, die beispielsweise der Ablenkung einer elektromagnetischen Strahlung (beispielsweise eines Lasers) mittels eines Spiegels dienen und dabei der Spiegel entlang oder um mehrere Raumachsen herum oszilliert bzw. schwingt, kann es vorteilhaft sein, dass die Resonanzfrequenzen der einzelnen Bewegungen des Spiegels aufeinander abgestimmt sind und ein bestimmtes Resonanzfrequenzverhältnis aufweisen.
Jedoch unterliegen auch MEMS-Systeme bzw. Teile von MEMS-Systemen, wie jedes andere zu fertigende Bauteil auch, gewissen Schwankungen in der Herstellung, die sich auf die vorbestimmten und konstruktiv umgesetzten Resonanzfrequenzen und damit auf das Resonanzfrequenzverhältnis negativ in Form einer gewissen Streuung der beabsichtigten Frequenzen und Frequenzverhältnisse auswirken können. Aber auch sich ändernde Umwelteinflüsse wie veränderliche Temperaturen, Luftfeuchtigkeit und Luftdrücke können sich negativ auf die beabsichtigten
Resonanzfrequenzen auswirken.
Eine prozesstechnische Kompensation derartiger Einflüsse kann dabei nur mit sehr viel Mühe und Aufwand realisiert werden.
Es ist zwar aus dem Stand der Technik bekannt, dass für zwei- bzw. mehrdimensional angetriebene MEMS-Spiegel-Systeme die Frequenzen der einzelnen Antriebe aktiv auf die jeweiligen Resonanzfrequenzen des Spiegels nachgestellt werden (Closed-Loop-Regelung) können, jedoch bietet diese Regelung keine Möglichkeit, aktiv auf die Resonanzfrequenzen des MEMS-Spiegel-Systems selbst Einfluss zu nehmen.
Im Hinblick auf die vorstehend beschriebenen Nachteile ist es ausgehend von dem vorstehend beschriebenen Stand der Technik eine Aufgabe der vorliegenden Anmeldung, eine verbesserte MEMS-Vorrichtung bereitzustellen, bei der eine aktive Nachstellung der Resonanzfrequenzen und damit des Resonanzfrequenzverhältnisses ermöglicht wird.
Zusammenfassung
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine MEMS-Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung der MEMS-Vorrichtung.
Insbesondere werden zur Lösung der vorstehend genannten Aufgabe eine MEMS- Vorrichtung gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 und ein Verfahren zur Herstellung der MEMS-Vorrichtung gemäß dem unabhängigen Anspruch 24 vorgeschlagen. Die abhängigen Ansprüche betreffen einige beispielhafte bevorzugte Ausführungsformen.
Gemäß einem ersten Aspekt wird in einigen Ausführungsbeispielen eine MEMS- Vorrichtung vorgeschlagen, mit: einer MEMS-Struktur, die eine mechanisch wirksame Funktionsschicht aufweist, wobei die mechanisch wirksame Funktionsschicht zumindest einen Abschnitt aufweist, der in zumindest einer Dimension schwingend bewegbar ausgebildet ist, und zumindest einen Aktuator, der in Wirkverbindung mit der MEMS-Struktur ist und dazu eingerichtet ist, durch Expansion oder durch Kontraktion eine mechanische Spannung in die MEMS-Struktur, die den mindestens einen schwingend bewegbaren Abschnitt der mechanisch wirksamen Funktionsschicht umgibt, einzuleiten.
Vorteilhaft wurde hierbei erkannt, dass das Bereitstellen einer MEMS-Vorrichtung gemäß Ausführungsbeispielen mit einer MEMS-Struktur, die eine mechanisch wirksame Funktionsschicht mit einem schwingend bewegbaren Abschnitt, beispielsweise einen Spiegel, aufweist, und zumindest einem Aktuator es ermöglichen kann, eine definierte mechanische Spannung in die MEMS-Struktur, die den schwingend bewegbaren Abschnitt umgibt, einzuprägen und vorteilhaft eine gezielte Beeinflussung bzw. Verschiebung (Verstimmung) der Resonanzfrequenzen des schwingend bewegbaren Abschnitts durch einen aktiv steuerbaren Aktuator hervorzurufen, insbesondere ohne dabei die Schwingamplitude des schwingend bewegbaren Abschnitts zu beeinträchtigen (wie beispielsweise einen Amplitudenverlust). Die in die MEMS-Struktur und insbesondere in die MEMS-Struktur, die den beweglichen Abschnitt umgibt, durch einen aktiv steuerbaren Aktuator gezielt eingeprägte mechanische Spannung ermöglicht es in vorteilhafter Weise, die Eigenfrequenzen bzw. Resonanzfrequenzen der Achsen, die an der Schwingung des schwingend bewegbaren Abschnitts beteiligt sind, zu beeinflussen bzw. zu verschieben (zu verstimmen). Hierdurch kann weiterhin in vorteilhafter Weise ein, bei mehreren Achsen und damit mehreren verschiedenen Resonanzfrequenzen vorliegendes Resonanzfrequenzverhältnis verändert und im Ergebnis optimiert werden, was beispielsweise bei einem mehrachsigen MEMS-Spiegelsystem zu einer verbesserten Ausleuchtung der Fläche, die durch die Spiegelreflektion des MEMS-Spiegels beleuchtet wird, bzw. zu einer verbesserten Projektionsdichte führen kann.
In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann die MEMS-Vorrichtung einen oder mehrere Aktuatoren in verschiedenen Positionen relativ zur MEMS-Struktur und/oder verschiedene Ausformungen des Aktuators aufweisen.
Hierdurch kann die aktive und gezielte Beeinflussung bzw. die Verschiebung der entsprechenden Resonanzfrequenzen des schwingend beweglichen Abschnitts weiter verstärkt werden und/oder die Effizienz der Beeinflussung bzw. der Verschiebung der Resonanzfrequenzen optimiert werden, was insbesondere im Hinblick auf mögliche, sehr breit gefächerte Einsatzgebiete eines MEMS-Systems überaus vorteilhaft sein kann.
In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann die mechanisch wirksame Funktionsschicht der MEMS-Struktur als Resonator ausgebildet sein, und der zumindest eine Aktuator dazu eingerichtet sein, durch Einleitung der mechanischen Spannung in die MEMS- Struktur aktiv die Resonanzfrequenz des zumindest einen schwingend bewegbaren Abschnitts gezielt zu verstimmen.
In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann die mechanisch wirksame Funktionsschicht der MEMS-Struktur als Resonator derart ausgebildet sein, dass der zumindest eine schwingend bewegbare Abschnitt der mechanisch wirksamen Funktionsschicht entlang oder um zumindest zwei Schwingachsen, die im Wesentlichen senkrecht zueinander ausgerichtet sind, schwingend bewegbar sein kann, wobei jede Schwingachse des zumindest einen schwingend bewegbaren Abschnitts eine spezifische Resonanzfrequenz aufweisen kann, und der zumindest eine Aktuator dazu eingerichtet sein, durch Einleitung der mechanischen Spannung in die MEMS-Struktur aktiv das Resonanzfrequenzverhältnis der zumindest zwei Schwingachsen des zumindest einen schwingend bewegbaren Abschnitts gezielt zu verstimmen.
In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann der zumindest eine Aktuator ferner dazu eingerichtet sein, durch Einleitung der mechanischen Spannung in die MEMS-Struktur aktiv die Resonanzfrequenz des zumindest einen schwingend bewegbaren Abschnitts oder das Resonanzfrequenzverhältnis der zumindest zwei Schwingachsen des zumindest einen schwingend bewegbaren Abschnitts gezielt schrittweise oder kontinuierlich zu verstimmen, insbesondere auf Basis eines regelbaren Ansteuersignals einer Ansteuereinheit zur Ansteuerung des zumindest einen Aktuators.
In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann die MEMS-Vorrichtung ein Gehäuse aufweisen, das die MEMS-Struktur umgibt und dazu eingerichtet ist, in einer Wirkverbindung mit der MEMS-Struktur zu stehen, wobei der zumindest eine Aktuator, der mit der MEMS-Struktur in Wirkverbindung steht, zwischen der MEMS-Struktur und dem Gehäuse derart angeordnet sein kann, dass der zumindest eine Aktuator ferner in Wirkverbindung mit dem Gehäuse sein kann und dazu eingerichtet sein kann, durch Expansion oder durch Kontraktion eine mechanische Spannung in die den mindestens einen bewegbaren Abschnitt der mechanisch wirksamen Funktionsschicht umgebende MEMS-Struktur einzuleiten, die den mindestens einen schwingend bewegbaren Abschnitt der mechanisch wirksamen Funktionsschicht umgibt.
In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann der zumindest eine Aktuator, der mit der MEMS-Struktur und dem Gehäuse in Wirkverbindung stehen kann, an der Seite der mechanisch wirksamen Funktionsschicht der MEMS-Struktur oder an der Seite der MEMS- Struktur, die der mechanisch wirksamen Funktionsschicht gegenüberliegt, zwischen MEMS- Struktur und Gehäuse angeordnet sein.
In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann die MEMS-Vorrichtung zumindest zwei Aktuatoren aufweisen, die in Wirkverbindung mit der MEMS-Struktur und dem Gehäuse sein können und dazu eingerichtet sein können, durch Expansion oder durch Kontraktion eine mechanische Spannung in die MEMS-Struktur einzuleiten, die den mindestens einen schwingend bewegbaren Abschnitt der mechanisch wirksamen Funktionsschicht umgibt, wobei einer der Aktuatoren an der Seite der mechanisch wirksamen Funktionsschicht der MEMS-Struktur und ein anderer der Aktuatoren an der Seite der MEMS-Struktur, die der mechanisch wirksamen Funktionsschicht gegenüberliegt, zwischen MEMS-Struktur und Gehäuse angeordnet sein können.
In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann der zumindest eine Aktuator, der mit der MEMS-Struktur und dem Gehäuse in Wirkverbindung stehen kann, seitlich von der mechanisch wirksamen Funktionsschicht zwischen MEMS-Struktur und Gehäuse angeordnet sein.
In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann die MEMS-Vorrichtung zumindest zwei Aktuatoren aufweisen, die in Wirkverbindung mit der MEMS-Struktur und dem Gehäuse sein können und dazu eingerichtet sein können, durch Expansion oder durch Kontraktion eine mechanische Spannung in die MEMS-Struktur, die den mindestens einen schwingend bewegbaren Abschnitt der mechanisch wirksamen Funktionsschicht umgibt, einzuleiten, wobei die zumindest zwei Aktuatoren seitlich von der mechanisch wirksamen Funktionsschicht und sich in Bezug auf die MEMS-Struktur gegenüberliegend zwischen MEMS-Struktur und Gehäuse angeordnet sein können.
In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann die MEMS-Vorrichtung zumindest vier Aktuatoren aufweisen, die in Wirkverbindung mit der MEMS-Struktur und dem Gehäuse sein können und dazu eingerichtet sein können, durch Expansion oder durch Kontraktion eine mechanische Spannung in die MEMS-Struktur, die den mindestens einen schwingend bewegbaren Abschnitt der mechanisch wirksamen Funktionsschicht umgibt, einzuleiten, wobei ein erster Aktuator der zumindest vier Aktuatoren an der Seite der mechanisch wirksamen Funktionsschicht der MEMS-Struktur, ein zweiter Aktuator der zumindest vier Aktuatoren an der Seite der MEMS-Struktur, die der mechanisch wirksamen Funktionsschicht gegenüberliegt, ein dritter und ein vierter Aktuator der zumindest vier Aktuatoren seitlich von der mechanisch wirksamen Funktionsschicht und sich in Bezug auf die MEMS-Struktur gegenüberliegend zwischen MEMS-Struktur und Gehäuse angeordnet sein können.
In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann der erste und der zweite Aktuator dazu eingerichtet sein, durch Expansion eine mechanische Spannung in die MEMS-Struktur, die den mindestens einen schwingend bewegbaren Abschnitt der mechanisch wirksamen Funktionsschicht umgibt, einzuleiten und der dritte und der vierte Aktuator dazu eingerichtet sein, durch Kontraktion eine mechanische Spannung in die MEMS-Struktur, die den mindestens einen schwingend bewegbaren Abschnitt der mechanisch wirksamen Funktionsschicht umgibt, einzuleiten, oder der erste und der zweite Aktuator dazu eingerichtet sein, durch Kontraktion eine mechanische Spannung in die MEMS-Struktur, die den mindestens einen schwingend bewegbaren Abschnitt der mechanisch wirksamen Funktionsschicht umgibt, einzuleiten und der dritte und der vierte Aktuator dazu eingerichtet sein, durch Expansion eine mechanische Spannung in die MEMS-Struktur, die den mindestens einen schwingend bewegbaren Abschnitt der mechanisch wirksamen Funktionsschicht umgibt, einzuleiten.
In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann der in Wirkverbindung mit der MEMS-Struktur befindliche Aktuator, der an der Seite der MEMS-Struktur, die der mechanisch wirksamen Funktionsschicht gegenüberliegt, und/oder der seitlich von der mechanisch wirksamen Funktionsschicht angeordnet sein kann, mit im Wesentlichen der gesamten Fläche der jeweiligen Seite der MEMS-Struktur in Kontakt sein oder zumindest mit einem Teil der Fläche der jeweiligen Seite der MEMS-Struktur in Kontakt sein.
In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann der in Wirkverbindung mit der MEMS-Struktur befindliche Aktuator, der an der Seite der MEMS-Struktur, die der mechanisch wirksamen Funktionsschicht gegenüberliegt, und/oder der seitlich von der mechanisch wirksamen Funktionsschicht angeordnet sein kann, aus zumindest zwei Teilaktuatoren gebildet sein.
In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann die Fläche des Aktuators, mit der der Aktuator in Kontakt mit der MEMS-Struktur ist, eine rechteckige, insbesondere eine quadratische, oder eine runde, insbesondere eine ringförmige Form aufweisen.
In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann der zumindest eine Aktuator, der mit der MEMS-Struktur in Wirkverbindung steht, ringförmig ausgebildet sein und an der Seite der mechanisch wirksamen Funktionsschicht zwischen MEMS-Struktur und Gehäuse angeordnet sein, und das Gehäuse an der Seite, die der mechanisch wirksamen Funktionsschicht gegenüberliegt, eine im Wesentlichen gewölbte Fläche aufweisen, wobei die gewölbte Fläche des Gehäuses dazu eingerichtet sein kann, mit der Seite der MEMS-Struktur, die der mechanisch wirksamen Funktionsschicht gegenüberliegt, eine Punktauflage zu bilden, so dass durch Expansion des Aktuators neben der Einleitung einer mechanischen Spannung in die MEMS-Struktur, die den mindestens einen schwingend bewegbaren Abschnitt der mechanisch wirksamen Funktionsschicht umgibt, zusätzlich eine Verformung der MEMS- Struktur hervorrufbar sein kann.
In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann die MEMS-Vorrichtung eine Abdeckung aufweisen, die die mechanisch wirksame Funktionsschicht abdecken kann, wobei der Aktuator, der an der Seite der mechanisch wirksamen Funktionsschicht der MEMS-Struktur angeordnet ist, ringförmig ausgebildet und dazu eingerichtet sein kann, durch Expansion oder Kontraktion die mechanische Spannung über einen Randabschnitt der Abdeckung in die MEMS-Struktur, die den mindestens einen schwingend bewegbaren Abschnitt der mechanisch wirksamen Funktionsschicht umgibt, einzuleiten.
In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann die Abdeckung die mechanisch wirksame Funktionsschicht derart abdecken, dass im Bereich des schwingend bewegbaren Abschnitts der mechanisch wirksamen Funktionsschicht ein Vakuum vorsehbar ist.
In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann die MEMS-Struktur, die die mechanisch wirksame Funktionsschicht aufweist, eine im Wesentlichen runde Außenkontur aufweisen, wobei der in Wirkverbindung mit der MEMS-Struktur befindliche Aktuator ringförmig ausgebildet sein kann, an der runden Außenkontur der MEMS-Struktur angeordnet und dazu eingerichtet sein kann, durch Kontraktion eine mechanische Spannung über die runde Außenkontur der MEMS-Struktur in die MEMS-Struktur, die den mindestens einen schwingend bewegbaren Abschnitt der mechanisch wirksamen Funktionsschicht umgibt, einzuleiten.
In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann der ringförmige Aktuator, der in Wirkverbindung mit der MEMS-Struktur ist, einen Luftspalt aufweisen.
In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann ein Gehäuse die MEMS-Struktur und den ringförmigen Aktuator, der in Wirkverbindung mit der MEMS-Struktur ist, umgeben. In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann der zumindest eine Aktuator ein Piezo-Aktuator, insbesondere ein PZT-Aktuator sein.
In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann der zumindest in eine Dimension schwingend bewegbare Abschnitt eine verspiegelte Oberfläche aufweisen, um darauf auftreffende elektromagnetische Strahlung zu reflektieren.
In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann die MEMS-Struktur ferner eingerichtet sein, Lissajous-Scan-Bewegungen auszuführen.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird in einigen Ausführungsbeispielen ein Verfahren zur Herstellung einer MEMS-Vorrichtung vorgeschlagen, mit: - Bereitstellen einer MEMS-Struktur, die eine mechanisch wirksame Funktionsschicht aufweisen kann, wobei die mechanisch wirksame Funktionsschicht zumindest einen Abschnitt aufweisen kann, der in zumindest einer Dimension schwingend bewegbar sein kann, Bereitstellen zumindest eines expandierbaren oder kontrahierbaren Aktuators, und Erzeugen einer Wirkverbindung zwischen der MEMS- Struktur und dem zumindest einen Aktuator, so dass durch Expansion oder durch Kontraktion des Aktuators eine mechanische Spannung in die MEMS-Struktur, die den mindestens einen schwingend bewegbaren Abschnitt der mechanisch wirksamen Funktionsschicht umgibt, einleitbar sein kann.
In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann das Verfahren ein Bereitstellen eines Gehäuses, das dazu eingerichtet sein kann, die MEMS-Struktur und den zumindest einen Aktuator zu umgeben und eine Wirkverbindung mit der MEMS-Struktur und dem zumindest einen Aktuator einzugehen, ein Anordnen der MEMS-Struktur und des zumindest einen Aktuators in dem Gehäuse, und ein Erzeugen der Wirkverbindungen zwischen dem Gehäuse und der MEMS-Struktur und zwischen dem Gehäuse und dem zumindest einen Aktuator aufweisen, so dass durch Expansion oder durch Kontraktion des Aktuators eine mechanische Spannung in die MEMS-Struktur, die den mindestens einen schwingend bewegbaren Abschnitt der mechanisch wirksamen Funktionsschicht umgibt, einleitbar sein kann.
In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann das Verfahren ein Vergießen der MEMS-Struktur und des zumindest einen Aktuators, die in dem Gehäuse angeordnet sein können und mit sich und dem Gehäuse jeweils in Wirkverbindung stehen können, in dem Gehäuse mittels eines Vergussstoffs aufweisen, insbesondere eines kleberartigen Vergussstoffs. Weitere Aspekte und deren Vorteile als auch Vorteile und speziellere Ausführungsmöglichkeiten der vorstehend beschriebenen Aspekte und Merkmale werden aus den folgenden, jedoch in keinster Weise einschränkend aufzufassenden Beschreibungen und Erläuterungen zu den angehängten Figuren beschrieben.
Kurzbeschreibung der Figuren
Fig. 1 zeigt eine beispielhafte MEMS-Vorrichtung im Querschnitt, bei der eine MEMS-Struktur von einem Gehäuse umgeben ist und bei der ein Aktuator zwischen der MEMS-Struktur und dem Gehäuse angeordnet ist,
Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der beispielhaften MEMS-Vorrichtung im Querschnitt, wobei der Aktuator zur Einprägung einer mechanischen Spannung in die MEMS-Struktur seitlich von der mechanisch wirksamen Funktionsschicht bzw. der MEMS-Struktur zwischen Gehäuse und MEMS-Struktur angeordnet ist,
Fig.3a zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der beispielhaften MEMS-Vorrichtung im Querschnitt, wobei Aktuatoren zur Einprägung einer mechanischen Spannung in die MEMS-Struktur sich in Bezug auf die MEMS-Struktur gegenüberliegend und seitlich der mechanisch wirksamen Funktionsschicht bzw. der MEMS-Struktur zwischen Gehäuse und MEMS-Struktur angeordnet sind,
Fig. 3b zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der beispielhaften MEMS-Vorrichtung im Querschnitt, wobei Aktuatoren zur Einprägung einer mechanischen Spannung in die MEMS-Struktur nun an der Seite der mechanisch wirksamen Funktionsschicht und an der Seite der MEMS-Struktur, die der mechanisch wirksamen Funktionsschicht gegenüberliegt, zwischen Gehäuse und MEMS-Struktur angeordnet sind,
Fig. 3c zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der beispielhaften MEMS-Vorrichtung im Querschnitt, wobei die Aktuatoren zur Einprägung einer mechanischen Spannung in die MEMS-Struktur nun als Kombination der Ausführungsbeispiele gemäß Figs. 3a und 3b angeordnet sind, Fig. 4a zeigt nun ein weiteres Ausführungsbeispiel der beispielhaften MEMS-Vorrichtung im Querschnitt, wobei der Aktuator zur Einprägung einer mechanischen Spannung in die MEMS-Struktur vollfläch ig ausgebildet ist,
Fig. 4b zeigt nun ein weiteres Ausführungsbeispiel der beispielhaften MEMS-Vorrichtung im Querschnitt, wobei der Aktuator zur Einprägung einer mechanischen Spannung in die MEMS-Struktur nur teilfläch ig ausgebildet ist,
Fig. 4c zeigt nun ein weiteres Ausführungsbeispiel der beispielhaften MEMS-Vorrichtung im Querschnitt, wobei der Aktuator zur Einprägung/Einleitung einer mechanischen Spannung in die MEMS-Struktur aus Segmenten gebildet ist bzw. durch mehrere Teilaktuatoren gebildet ist,
Fig. 5a zeigt nun ein weiteres Ausführungsbeispiel der beispielhaften MEMS-Vorrichtung, wobei der Aktuator zur Einprägung/Einleitung einer mechanischen Spannung in die MEMS-Struktur rechteckig ausgeformt ist,
Fig. 5b zeigt nun ein weiteres Ausführungsbeispiel der beispielhaften MEMS-Vorrichtung, wobei der Aktuator zur Einprägung/Einleitung einer mechanischen Spannung in die MEMS-Struktur nun rund ausgeformt ist,
Fig. 6a zeigt nun ein weiteres Ausführungsbeispiel der beispielhaften MEMS-Vorrichtung im Querschnitt, wobei der Aktuator zur Einprägung einer mechanischen Spannung in die MEMS-Struktur ringförmig ausgeformt ist,
Fig. b zeigt nun ein weiteres Ausführungsbeispiel der beispielhaften MEMS-Vorrichtung im Querschnitt, bei dem der Aktuator zur Einprägung einer mechanischen Spannung in die MEMS-Struktur auch ringförmig ausgeformt ist, jedoch nun an der Seite der mechanisch wirksamen Funktionsschicht angeordnet ist,
Fig. 6c zeigt nun ein weiteres Ausführungsbeispiel der beispielhaften MEMS-Vorrichtung im Querschnitt, wobei die Aktuatoren als eine Kombination der Ausführungsbeispiele der Figs. 6a und 6b an der MEMS-Struktur angeordnet sind,
Fig. 7a zeigt nun ein weiteres Ausführungsbeispiel der beispielhaften MEMS-Vorrichtung, bei dem der Aktuator zur Einprägung einer mechanischen Spannung in die MEMS-Struktur ringförmig ausgeformt ist, wobei die mechanisch wirksame Funktionsschicht nun als eckige, insbesondere als quadratische Schicht ausgeformt ist und beispielhaft nur eine Schwingungsachse aufweist,
Fig. 7b zeigt nun ein weiteres Ausführungsbeispiel der beispielhaften MEMS-Vorrichtung, bei dem der Aktuator zur Einprägung einer mechanischen Spannung in die MEMS-Struktur ringförmig ausgeformt ist, wobei die mechanisch wirksame Funktionsschicht als im Wesentlichen runde Schicht ausgeformt ist und beispielhaft nur eine Schwingungsachse aufweist,
Fig. 8a zeigt nun ein weiteres Ausführungsbeispiel der beispielhaften MEMS-Vorrichtung, bei dem der Aktuator zur Einprägung einer mechanischen Spannung in die MEMS-Struktur im Wesentlichen ringförmig mit Luftspalt ausgeformt ist, wobei die mechanisch wirksame Funktionsschicht nun als runde Schicht ausgeformt ist und der Aktuator außen an der MEMS-Struktur anliegend angeordnet ist,
Fig. 8b zeigt nun ein weiteres Ausführungsbeispiel der beispielhaften MEMS-Vorrichtung, bei dem der Aktuator zur Einprägung/Einleitung einer mechanischen Spannung in die MEMS-Struktur beispielhaft ringförmig (geschlossener Ring) ausgeformt ist, wobei die mechanisch wirksame Funktionsschicht als runde Schicht ausgeformt ist und der Aktuator beispielhaft außen an der MEMS-Struktur anliegend angeordnet ist,
Fig. 9a zeigt nun ein weiteres Ausführungsbeispiel der beispielhaften MEMS-Vorrichtung im Querschnitt, bei dem der Aktuator zur Einprägung einer mechanischen Spannung in die MEMS-Struktur ringförmig ausgeformt und an der Seite der mechanisch wirksamen Funktionsschicht angeordnet ist, wobei das Gehäuse an der der mechanisch wirksamen Funktionsschicht gegenüberliegenden Seite eine im Wesentlichen gewölbte Fläche aufweist,
Fig. 9b zeigt nun ein weiteres Ausführungsbeispiel der beispielhaften MEMS-Vorrichtung im Querschnitt, die im Wesentlichen wie die MEMS-Vorrichtung gemäß Fig. 9a aufgebaut ist, wobei statt der gewölbten Fläche des Gehäuses ein Aktuator vergleichsweise punktförmig auf die Fläche der MEMS-Struktur drückt, die der mechanisch wirksamen Funktionsschicht gegenüberliegt,
Fig. 10 zeigt nun ein weiteres Ausführungsbeispiel der beispielhaften MEMS-Vorrichtung als Lissajous-Scanner, wobei die MEMS-Vorrichtung hierfür zumindest zwei Schwingachsen aufweisen kann, Fig. 11 zeigt ein beispielhaftes Verfahren zur Herstellung der MEMS-Vorrichtung.
Detaillierte Beschreibung der Figuren und bevorzugter Ausführungsbeispiele
Im Folgenden werden Beispiele bzw. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung detailliert unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben. Gleiche bzw. ähnliche Elemente in den Figuren können hierbei mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sein, manchmal allerdings auch mit unterschiedlichen Bezugszeichen.
Es sei hervorgehoben, dass die Gegenstände der vorliegenden Offenbarung jedoch in keinster Weise auf die im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele und deren Ausführungsmerkmale begrenzt bzw. eingeschränkt sind, sondern weiterhin Modifikationen der Ausführungsbeispiele mit einschließt, insbesondere diejenigen, die durch Modifikationen der Merkmale der beschriebenen Beispiele bzw. durch Kombination einzelner oder mehrerer der Merkmale der beschriebenen Beispiele im Rahmen des Schutzumfanges der unabhängigen Ansprüche mit eingeschlossen sind.
Fig. 1 zeigt eine beispielhafte MEMS-Vorrichtung 100 im Querschnitt, bei der beispielhaft eine MEMS-Struktur 10 von einem Gehäuse 30 umgeben ist und bei der ein Aktuator 50 zwischen der MEMS-Struktur 10 und dem Gehäuse 30 in einer ersten Form angeordnet ist.
Die hier gezeigte MEMS-Struktur 10 weist beispielhaft eine mechanisch wirksame Funktionsschicht 11 auf, von dieser mindestens ein Abschnitt 12 in zumindest einer Dimension (entlang zumindest einer Raumrichtung und/oder um zumindest eine Raumachse herum) schwingend bewegbar ist, beispielsweise translatorisch oder rotatorisch. Darüber hinaus kann der schwingend bewegbare Abschnitt 12 der Funktionsschicht 11 auch eine kombinierte Bewegung von beispielsweise translatorischer und rotatorischer Bewegung durchführen, wobei die rotatorische Bewegung beispielhaft auch eine kombinierte/überlagerte Bewegung des Abschnitts 12 um zwei Achsen (beispielsweise Schwingachsen des schwingend bewegbaren Abschnitts 12) mit einschließen kann, die beispielsweise im Wesentlichen parallel zur Oberfläche der mechanisch wirksamen Funktionsschicht 11 liegen.
Für die Bewegung des schwingend bewegbaren Abschnitts 12 der mechanisch wirksamen Funktionsschicht 11 werden beispielhaft Anregungsaktuatoren 40 verwendet, die in der Lage sind, den schwingend bewegbaren Abschnitt 12 in einer oder mehreren Dimensionen im Wesentlichen in jeweiliger Resonanzfrequenz des schwingend bewegbaren Abschnitts 12 entlang (translatorisch) oder um die jeweilige Achse (rotatorisch) anzuregen, so dass die MEMS-Vorrichtung 100 beispielsweise als ein- oder mehrdimensionaler mechanischer Resonator betrieben werden kann. Diese Anregungsaktuatoren 40 werden beispielhaft im Wesentlichen auf der Oberfläche der mechanisch wirksamen Funktionsschicht 11 angeordnet und können beispielsweise als Piezo-Aktuatoren, aber auch als elektromagnetische oder elektrostatische Aktuatoren ausgebildet sein.
Darüber hinaus kann die MEMS-Struktur 10 beispielhaft eine optisch durchlässige bzw. transparente Abdeckung 20 der mechanisch wirksamen Funktionsschicht 11 aufweisen, so dass sich der schwingend bewegbare Abschnitt 12 der mechanisch wirksamen Schicht 11 beispielhaft im Wesentlichen im Vakuum befinden und darin operieren könnte (beispielsweise als Vakuumverkapselung des schwingend bewegbaren Abschnitts 12 der mechanisch wirksamen Funktionsschicht 11). Dies kann zu einem sehr hohen Gütefaktor (sehr geringe Dämpfung) der Schwingungen des schwingend bewegbaren Abschnitts 12 sowie zu einer sehr sensitiven Reaktion auf Änderungen der Umgebungsbedingungen führen. Dabei kann die transparente Abdeckung 20 beispielsweise kuppelförmig (halbkugelförmig) oder auch flach ausgestaltet sein. Selbstverständlich kann die Abdeckung 20 auch jegliche Andere Form aufweisen, die es dem abgedeckten, schwingend bewegbaren Abschnitt 12 ermöglicht, in den Dimensionen zu schwingen bzw. zu oszillieren, beispielsweise als planares Fenster oder als schräg angestelltes Fenster. Zudem kann die beispielhaft als dreidimensional ausgeformte oder flach ausgebildete Abdeckung 20 beispielsweise aus optisch transparentem Material wie beispielsweise Borofloat BF33 hergestellt sein.
Derartige beispielhafte Aufbauten von MEMS-Strukturen 10 sind besonders vorteilhaft für elektromagnetische Strahlung ablenkende Systeme, wie sie beispielsweise bei LBS- Systemen (Laser-Beam-Scanning-Systemen) verwendet werden, insbesondere für mehrdimensional ablenkende MEMS-Spiegel (beispielsweise 2D MEMS-Spiegel für beispielsweise Lissajous-Scans), wobei in diesem Fall der bewegliche Abschnitt 12 beispielhaft ferner eine spiegelnde Oberfläche (einen Spiegel oder vergleichbare Elemente bzw. Schichten) zur Ablenkung der elektromagnetischen Strahlung aufweisen kann. Beispielsweise kann für die spiegelnden Oberflächen Gold für die Reflektion von elektromagnetischer Strahlung im infraroten Spektrum oder aber Aluminium bzw. Silber für die Reflektion von elektromagnetischer Strahlung im für den Menschen sichtbaren Spektrum vorteilhaft sein. Vorteilhaft kann dabei in derartigen Systemen ein bestimmtes Frequenzverhältnis der Resonanzfrequenzen der translatorischen und/oder rotatorischen Bewegungen des beweglichen Abschnitts 12 zueinander sein, um beispielsweise eine gute Ausleuchtung des durch das abgelenkte Licht beleuchteten Fläche bzw. eine gute Projektionsdichte zu erzielen.
Dabei können beispielsweise zwar die Antriebsfrequenzen der Anregungsaktuatoren 40 aktiv auf die jeweilige Resonanzfrequenz nachgestellt werden (CLosed-Loop-Regelung), jedoch ermöglicht dieses Vorgehen keine aktive und gezielte Einstellung der Resonanzfrequenzen des beweglichen Abschnitts 12 selbst, um beispielsweise in vorteilhafter Weise ein möglichst festen Frequenzverhältnis der Resonanzfrequenzen zu erzeugen und vor allem auch beizubehalten.
Ein Bedarf, dieses Verhältnis der Resonanzfrequenzen aktiv einstellbar zu gestalten, rührt beispielsweise aus dem Umstand, dass herstellungsbedingt Abweichungen von dem ursprünglich geplanten und „designten" Frequenzverhältnis auftreten oder schlicht veränderliche Umweltbedingungen wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Druck sich negativ auf das voreingestellte Frequenzverhältnis auswirken können. Ist dieses Resonanzfrequenzverhältnis also nicht optimal abgestimmt, kann es angezeigt sein, dieses gezielt durch eine aktiv ansteuerbare Einrichtung nachstellen zu können. Dazu weist die in Fig. 1 dargestellte MEMS-Vorrichtung 100 beispielhaft den Aktuator 50 auf, der im Fall der MEMS- Vorrichtung 100 gemäß Fig. 1 an der Seite der MEMS-Struktur 10, die der Funktionsschicht 11 der MEMS-Struktur 10 gegenüberliegt, angeordneten sein kann. Dabei kann der Aktuator 50 beispielhaft mittels Ausdehnung (Expansion) oder Zusammenziehen (Kontraktion) eine individuell einstellbare mechanische Spannung in die MEMS-Struktur 10 einleiten/einprägen, wobei insbesondere die den schwingend bewegbaren Abschnitt 12 umgebende Struktur der MEMS-Struktur 10 mechanisch belastet bzw. einem „Spannungsstress" ausgesetzt wird.
An dieser Stelle soll darauf hingewiesen werden, dass als die MEMS-Struktur 10, die den mindestens einen bewegbaren Abschnitt 12 der mechanisch wirksamen Funktionsschicht 11 umgibt, werden beispielhaft alle mechanischen Strukturen verstanden, die zur MEMS-Struktur 10 (sämtliche Schichten des Schichtaufbaus eines MEMS) gehören sowie die mechanisch wirksame Funktionsschicht 11 (bzw. das Silizium-Basismaterial) selbst, wobei hierunter auch teilweise der bewegbare Abschnitt 12 selbst sowie eventuell auf ihm applizierte Elemente (beispielsweise ein Spiegel oder spiegelnde Oberflächen / Schichten) fallen kann. Wie in Fig. 1 angedeutet, kann beispielsweise durch Ausdehnung (Expansion; durch eine gestrichelte Linie knapp oberhalb des Aktuators 50 dargestellt) des Aktuators 50 eine gezielt einstellbare Druckkraft Foruck erzeugt werden, die auf die MEMS-Struktur 10 und damit auf die mechanisch wirksame Funktionsschicht 11 einwirken und eine individuelle mechanische Spannung einprägen kann, wodurch beispielsweise eine spezifische Verschiebung / Veränderung der Resonanzfrequenzen der vorhandenen Schwingachsen 13 (siehe hierfür beispielsweise Figs. 7a bis 8b) gezielt hervorgerufen werden kann.
Darüber hinaus kann, wie in Fig. 1 ebenfalls angedeutet, beispielsweise durch Zusammenziehen (Kontraktion; durch eine gestrichelte Linie innerhalb des Aktuators 50 dargestellt) des Aktuators 50 eine gezielt einstellbare Zugkraft Fzug erzeugt werden, die ebenfalls auf die MEMS-Struktur 10 und damit auf die mechanisch wirksame Funktionsschicht 11 einwirken und eine individuelle mechanische Spannung einprägen kann, wodurch beispielsweise ebenfalls eine spezifische Verschiebung / Veränderung der Resonanzfrequenzen der vorhandenen Schwingachsen 13 (siehe hierfür beispielsweise Figs. 7a bis 8b) gezielt hervorgerufen werden kann.
Insbesondere kann die Verschiebung bzw. Verstimmung der Resonanzfrequenzen aufgrund der definierten mechanischen Spannung, die durch den Aktuator 50 in die MEMS- Struktur 10 eingeprägt wird, aktiv und gezielt schrittweise oder kontinuierlich verändert bzw. eingestellt werden.
Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass unter der Resonanzfrequenz des zumindest einen schwingend bewegbaren Abschnitts 12 und unter der Resonanzfrequenz der Achsen / Schwingachsen (beispielsweise Schwingachsen 13 oder 13a, 13b; siehe hierfür beispielhaft Figs. 7a bis 8b, 10) stets die Resonanzfrequenz des schwingenden Systems (aufweisend den zumindest einen schwingend bewegbaren Abschnitt 12 und die Achsen / Schwingachsen) zu verstehen ist.
Dabei können beide Arten der Spannungseinprägung (Expansion und Kontraktion) in die MEMS-Struktur 10 angewendet werden und zu einem gleichen Ausmaß an Resonanzfrequenzverschiebung der verschiedenen Schwingachsen 13 der mechanisch wirksamen Funktionsschicht 11 führen. Es können aber auch, je nach Art der Spannungseinprägung und beispielsweise je nach Auslegung des MEMS-Designs (beispielsweise der Spiegel-Felder-Aufhängungs-Geometrie bei MEMS-Spiegeln), unterschiedliche Ausmaße an Einflüssen auf die Resonanzfrequenz der verschiedenen Schwingachsen 13 (siehe hierfür beispielsweise Figs. 7a bis 8b) der mechanisch wirksamen Funktionsschicht 11 möglich sein. Beispielsweise kann dabei die Verstimmung der Resonanzfrequenzverschiebung im Bereich 10 Hz bis ca. 30 Hz liegen.
Diese eingebrachte mechanische Spannung kann, beispielsweise aufgrund der durch den eingeprägten Zug- oder Druckstress veränderlichen Steifigkeit k, zu einer Erweichung oder Verhärtung der federnden Abschnitte der verschiedenen Schwingachsen 13 bzw. deren Federkonstanten führen, was wiederum eine Beeinflussung/Änderung der Resonanzfrequenzen des schwingend bewegbaren Abschnitts 12 der mechanisch wirksamen Funktionsschicht 11 herbeiführen kann. Dabei kann die gezielte Einleitung einer mechanischen Spannung an einer Stelle der MEMS-Struktur 10 zur Änderung der Resonanzfrequenz mehrerer Achsen (und damit beispielhaft auch zur Änderung eines Resonanzfrequenzverhältnisses der verschiedenen Schwingachsen 13 zueinander) des schwingend bewegbaren Abschnitts 12 führen.
Zudem kann die Einbringung der mechanischen Spannung dazu führen, dass bei mehrachsigen MEMS-Strukturen 10 (beispielsweise mindestens zweiachsigen MEMS- Strukturen 10) die verschiedenen Resonanzfrequenzen der verschiedenen Achsen unterschiedlich stark beeinflusst werden, so dass eine Veränderung des Frequenzverhältnisses der Resonanzfrequenzen der jeweiligen Achsen sehr sensitiv auf die Spannungseinprägung reagieren kann.
Zusammenfassend kann somit die MEMS-Vorrichtung 100, die beispielsweise als mechanischer Resonator betrieben werden kann, beispielhaft neben einer MEMS-Struktur 10 mit schwingend bewegbewegbarem, beispielsweise verspiegeltem Abschnitt 12, einen Aktuator 50 aufweisen, wobei die Resonanzfrequenzen des schwingend bewegbaren Abschnitts 12 derart aktiv und gezielt verschoben werden können, dass die Resonanzfrequenzen des schwingend bewegbaren Abschnitts 12 und damit ein Verhältnis der Resonanzfrequenzen bei mehrachsigen MEMS-Vorrichtungen 100 optimiert und dabei, beispielsweise wenn die MEMS-Vorrichtung 100 als MEMS-Spiegel konfiguriert ist, eine verbesserte Projektionsdichte erreicht werden kann.
Wie in Fig. 1 beispielhaft dargestellt, kann der Aktuator 50 großflächig in Kontakt bzw. in Wirkverbindung mit der MEMS-Struktur 10 ausgebildet sein, wobei für eine Fixierung der Lage der MEMS-Struktur 10, des Aktuators 50 und des Gehäuses 30 zueinander der Aktuator 50 mit der MEMS-Struktur 10 in dem Gehäuse 30 beispielhaft mittels eines Vergussstoffs 70 eingegossen bzw. zumindest partiell eingegossen sein kann (beispielsweise mit einer Kleberart oder einem vergleichbaren Material). Dabei kann beispielsweise der Vergussstoff eine unterschiedliche Härte bzw. eine unterschiedliche Elastizität aufweisen, so dass die MEMS- Vorrichtung 100 für verschiedene Anwendungen anpassbar sein kann.
Dabei ist unter einer Wirkverbindung zwischen MEMS-Struktur 10 und Aktuator 50 bzw. Aktuatoren 50 beispielhaft nicht zwingend ein direkter Kontakt zu verstehen, auch keine mechanische Fixierung, kann es aber mit einschließen. Eine Wirkverbindung zwischen MEMS- Struktur 10 und Aktuator 50 kann beispielsweise einen direkten Kontakt oder aber auch einen Kontakt über mehrere andere Zwischen-/Elemente bedeuten. Ferner kann eine Wirkverbindung eine mechanische Fixierung (beispielsweise kraftschlüssig, formschlüssig, stoffschlüssig; per Schraube, durch Löten oder Kleben etc.), oder aber ein bloßes Anliegen der MEMS-Struktur 10 an dem Aktuator 50, der MEMS-Struktur 10 an dem Gehäuse 30 und/oder des Aktuators 50 an dem Gehäuse 30 mit einschließen.
Das Gehäuse 30 selbst kann dabei beispielhaft aus verschiedenen Materialien gefertigt sein, beispielsweise aus verschiedenen Metallen. Darüber hinaus kann das Gehäuse 30 beispielsweise neben den metallenen Bereichen / Elementen bereits das Printed Circuit Board (PCB) aufweisen. Weiterhin kann das Gehäuse 30 ebenfalls als Mold Compound (beispielsweise Bulk Molding Compound oder Sheet Molding Compound) ausgebildet sein.
Dabei kann vorteilhaft das Gehäuse 30 aus zumindest zwei Teilen bestehen, beispielsweise aus einem Grundkörper 30a, der beispielsweise in der Form einer „Wanne" ausgebildet sein kann, und einer Abdeckung 30b, wobei die Abdeckung 30b ferner eine kleine Öffnung aufweisen kann, durch die eine elektrische Verbindung mit den Bondpads der MEMS- Struktur 10 (beispielsweise zur Ansteuerung der MEMS-Struktur 10) von außerhalb der MEMS- Vorrichtung 100 möglich ist.
Im Folgenden wird nur noch der Begriff des Gehäuses 30 verwendet, wobei damit der Grundkörper 30a und die Abdeckung 30b eingeschlossen sind, es sei denn, es ist explizit etwas anderes angegeben.
Darüber hinaus weist das Gehäuse 30 beispielhaft an der Seite, die der mechanisch wirksamen Funktionsschicht 11 zugewandt ist, eine Öffnung (beispielsweise in der Abdeckung 30b des Gehäuses 30) auf, durch die, beispielsweise bei der Verwendung der MEMS-Struktur 10 als einachsiger oder insbesondere mehrachsiger MEMS-Spiegel, die einfallende elektromagnetische Strahlung (beispielsweise ein Laser-Strahl) auf den als Spiegel ausgebildeten schwingend bewegbaren Abschnitt 12 auftreffen, dort wieder reflektieren und durch die Schwingungsbewegungen des Abschnitts 12, der den Spiegel aufweist, abgelenkt werden kann. Dabei kann der als Spiegel ausgebildete schwingend bewegbare Abschnitt 12 nicht nur elektromagnetische Strahlung im für den Menschen sichtbaren Spektrum reflektieren, sondern auch außerhalb dessen, beispielsweise im infraroten Spektrum / Bereich, wie beispielsweise bei 3D-Sensing-Anwendungen.
Vorteilhaft kann beispielhaft zudem zwischen dem Gehäuse 30 und der MEMS-Struktur 10, auf der dem Aktuator 50 gegenüberliegenden Seite der MEMS-Struktur 10, eine Wirkverbindung (beispielsweise mittels eines mechanischen Anschlags 60) vorgesehen sein, an dem sich die MEMS-Struktur 50 beispielsweise bei Ausdehnung des Aktuators 50 gegenüber dem Gehäuse 30 abstützt oder über diese Wirkverbindung beim Zusammenziehen des Aktuators 50 die MEMS-Struktur 10 in Kontakt mit dem Gehäuse 30 verbleibt (beispielsweise durch Verlöten oder Verkleben der MEMS-Struktur 10 mit dem Gehäuse 30). Dadurch kann der über den Aktuator 50, der MEMS-Struktur 10, der Wirkverbindung (beispielsweise als mechanischer Anschlag 60) und dem Gehäuse 30 gebildete Kraftkreis zur Einbringung der mechanischen Spannung in die MEMS-Struktur 10 geschlossen werden.
Unter einer Wirkverbindung zwischen MEMS-Struktur 10 und Gehäuse 30 bzw. zwischen Aktuator 50 bzw. Aktuatoren 50 und Gehäuse 30 gilt das vorgenannte zur Wirkverbindung zwischen MEMS-Struktur 10 und Aktuator 50 gleichermaßen.
Ein mechanischer Anschlag 60 kann dabei beispielhaft als Abschnitt des Gehäuses 30, gegen den der Aktuator 50 oder die MEMS-Struktur 10, die die mechanisch wirksame Funktionsschicht 11 aufweist, drückt oder wovon der Aktuator 50 oder die MEMS-Struktur 10, die die mechanisch wirksame Funktionsschicht 11 aufweist, sich wegbewegen möchte, aufgrund einer beispielhaft vorliegenden Wirkverbindung das aber nicht kann, verstanden werden.
Darüber hinaus kann der Aktuator 50 selbst beispielhaft verschiedene Ausgestaltungen aufweisen, beispielsweise als Piezo-Aktuator (beispielsweise aus AIN, ALScN, PZT etc.), als elektromagnetischer oder elektrostatischer Aktuator, etc., insbesondere wenn der Aktuator in der Lage ist, durch Ansteuerung bzw. Aktivierung im Wesentlichen eine Volumenänderung herbeizuführen. Vorteilhaft für den Einsatz als Aktuator 50 in der beschriebenen MEMS- Vorrichtung 100 kann es sein, wenn der Aktuator 50 ein schnelles Agieren/Nachführen (beispielsweise im Bereich kleiner 10 ms, insbesondere kleiner 1 ms) ermöglichen kann, um beispielsweise das Resonanzfrequenzverhältnis entsprechend schnell anpassen zu können.
Darüber hinaus kann der Aktuator 50, insbesondere einer als Piezo-Aktuator ausgebildeter Aktuator 50, Elektroden (siehe dicke schwarze Linien ober- und unterhalb des Aktuators 50) aufweisen, mittels dieser ein elektrisches Feld in dem Piezo-Aktuator erzeugt werden kann und der Aktuator 50 aufgrund dessen expandiert oder kontrahiert. Zudem können an den Elektroden elektrische Kontaktierungen bzw. Kabel (siehe beispielhafte geschwungene schwarze Linien an der rechten Seite des Grundkörpers 30a) vorgesehen sein, die beispielsweise, wie in Fig. 1 gezeigt, seitlich durch das Gehäuse 30 (beispielsweise durch die Wandung des Grundkörpers 30a) hindurch zur Außenseite der MEMS-Vorrichtung 100 führen. Es sei angemerkt, dass die Durchführung der Kabel des Aktuators 50 auch an anderer Stelle des Gehäuses 30 erfolgen kann.
Weiterhin sei angemerkt, dass die im Folgenden in den Figuren beschriebenen und/oder gezeigten Aktuatoren 50 ebenfalls Elektroden und entsprechende Kabel zur Ansteuerung der Elektroden aufweisen, auch wenn diese nicht explizit gezeigt und/oder beschrieben werden. In diesen Fällen sei beispielhaft auf die Fig. 1 und die dazugehörige Beschreibung verwiesen.
Über die elektrischen Kontaktierungen bzw. Kabel kann der zumindest eine Aktuator 50 mit einer Ansteuereinheit 58 verbunden sein, wobei die Ansteuereinheit 58 durch Aufbringung eines regelbaren Ansteuersignals den zumindest einen Aktuator 50 definiert ansteuern kann. Im Falle eines als Piezo-Aktuators ausgebildeten Aktuators 50 kann dabei das als Spannungssignal ausgebildete, regelbare Ansteuersignal als konstante Spannung oder als Wechselspannung (teilweise im kHz-Bereich) an den zumindest einen Aktuator 50 ausgegeben werden. Darüber hinaus kann es möglich sein, den Piezo-Aktuator quasistatisch oder resonant zu betreiben.
Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die hier beschriebene Ansteuereinheit 58, auch wenn sie in den folgenden Figuren nicht weiter explizit gezeigt oder beschrieben ist, sie sehr wohl bei allen Formen und Konfigurationen der Aktuatoren 50, insbesondere bei denen, die nachfolgend beispielhaft beschrieben werden, sowie bei allen beispielhaft beschriebenen MEMS-Vorrichtungen 100 verwendet werden kann. Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der beispielhaften MEMS-Vorrichtung 100 im Querschnitt, wobei hier der Aktuator 50 zur Einprägung/Einleitung einer mechanischen Spannung in die MEMS-Struktur 10 beispielhaft seitlich von der mechanisch wirksamen Funktionsschicht 11 bzw. der MEMS-Struktur 10 zwischen Gehäuse 30 und MEMS-Struktur 10 angeordnet ist.
Als seitlich von der MEMS-Struktur 10 bzw. seitlich von der mechanisch wirksamen Funktionsschicht 11 sind die Bereiche außerhalb der MEMS-Struktur 10 zu verstehen, die sich zwischen der Seite der mechanisch wirksamen Funktionsschicht 11 und der Seite der MEMS- Struktur 10, die der mechanisch wirksamen Funktionsschicht 11 gegenüberliegt, befinden.
Dabei kann der Aktuator 50 beispielhaft von der Seite (seitlich) auf die MEMS-Struktur 10 durch beispielsweise eine Ausdehnung oder ein Zusammenziehen auf die mechanische Struktur der MEMS-Struktur 10 einwirken, um so beispielsweise mechanische Spannung (beispielsweise Druck oder Zug) parallel zur Oberfläche der mechanisch wirksamen Funktionsschicht 11 einzuleiten/einzuprägen und dadurch das Verhältnis der Resonanzfrequenzen der Achsen der mechanisch wirksamen Funktionsschicht 11 abzuändern bzw. die Resonanzfrequenzen der Achsen der mechanisch wirksamen Funktionsschicht 11 zu verschieben.
Dabei kann die Gehäuseseite, die sich auf der dem Aktuator 50 gegenüberliegenden Seite der MEMS-Struktur 10 befindet, beispielsweise als eine Art mechanischer Anschlag dienen, so dass beispielhaft wieder über das Gehäuse 30, den Aktuator 50 und der MEMS- Struktur 10 ein geschlossener Kraftkreis ausgebildet werden kann.
Fig. 3a zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der beispielhaften MEMS-Vorrichtung 100 im Querschnitt, wobei beispielhaft Aktuatoren 50 zur Einprägung/Einleitung einer mechanischen Spannung in die MEMS-Struktur 10 sich in Bezug auf die MEMS-Struktur 10 gegenüberliegend und seitlich der mechanisch wirksamen Funktionsschicht 11 bzw. der MEMS-Struktur 10 zwischen Gehäuse 30 und MEMS-Struktur 10 angeordnet sein können.
Dabei kann beispielsweise durch mehrere (beispielsweise zwei oder mehr) einzeln ansteuerbare, sich relativ zur MEMS-Struktur 10 gegenüberliegende Aktuatoren 50 eine deutlich höhere mechanische Spannung in die MEMS-Struktur 10 eingeleitet werden, als es mit einem einzelnen Aktuator 50 gleicher Baugröße von einer Seite der MEMS-Struktur 10 möglich wäre. Entsprechend kann die Auswirkung auf die Veränderung der Resonanzfrequenz und/oder des Verhältnisses der Resonanzfrequenzen des schwingend bewegbaren Abschnitts 12 entsprechend ausgeprägter sein, was beispielsweise vorteilhaft für sehr breit gefächerte Anwendungsbereiche von MEMS-Systemen genutzt werden kann.
Darüber hinaus können, beispielsweise bei rechteckiger Ausformung der mechanisch wirksamen Funktionsschicht 11 und damit entsprechend der MEMS-Struktur 10, nicht nur zwei, sondern beispielsweise auch vier einzeln ansteuerbare Aktuatoren 50 vorgesehen sein, die jeweils paarweise sich relativ zur MEMS-Struktur 10 gegenüberliegend angeordnet sein können, so dass von vier Seiten der MEMS-Struktur seitlich eine definierte mechanische Spannung in die MEMS-Struktur 10 eingebracht werden kann, was zu einer weiteren Erhöhung der eingetragenen mechanischen Spannung und damit zu einer zusätzlich verstärkten Abänderung der Resonanzfrequenz und/oder des Frequenzverhältnisses der Resonanzfrequenzen des schwingend bewegbaren Abschnitts 12 der mechanisch wirksamen Funktionsschicht 11 führen kann.
Fig. 3b zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der beispielhaften MEMS-Vorrichtung 100 im Querschnitt, wobei Aktuatoren 50 zur Einprägung/Einleitung einer mechanischen Spannung in die MEMS-Struktur 10 beispielhaft nun an der Seite der mechanisch wirksamen Funktionsschicht 11 und an der Seite der MEMS-Struktur 10, die der mechanisch wirksamen Funktionsschicht 11 gegenüberliegt, zwischen Gehäuse 30 und MEMS-Struktur 10 derart angeordnet sein können, dass die MEMS-Struktur 10 zwischen den Aktuatoren 50 angeordnet ist.
Auch hier kann im Vergleich zum einfachen Aktuator 50, wie in Fig. 1 beschrieben, bei der Verwendung mehrerer Aktuatoren 50 gezielt zusätzliche mechanische Spannung in die MEMS-Struktur 10 eingebracht werden.
Dabei kann beispielsweise ein Aufbau gemäß Fig. 3b für bestimmte Anwendungsbereiche der MEMS-Vorrichtung 100 vorteilhafter sein, als die Aktuatoren 50 seitlich der mechanisch wirksamen Funktionsschicht 11 bzw. der MEMS-Struktur 10 vorzusehen, wie in Fig. 3a beschrieben.
Fig. 3c zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der beispielhaften MEMS-Vorrichtung 100 im Querschnitt, wobei die Aktuatoren 50 zur Einprägung/Einleitung einer mechanischen Spannung in die MEMS-Struktur 10 beispielhaft nun als Kombination der Ausführungsbeispiele gemäß Figs. 3a und 3b angeordnet sind. Dabei können sowohl seitlich der MEMS-Struktur 10 als auch an der Seite der mechanisch wirksamen Funktionsschicht 11 und der Seite der MEMS-Struktur 10, die der mechanisch wirksamen Funktionsschicht 11 gegenüberliegt, Aktuatoren 50 vorgesehen sein, die eine definierte mechanische Spannung in die MEMS-Struktur 10 einbringen.
Beispielhaft können hierbei alle Aktuatoren 50 gemeinsam durch aktiv gesteuertes Zusammenziehen (Kontraktion) eine mechanische Zugspannung oder durch aktiv gesteuertes Ausdehnen (Expansion) eine definierte mechanische Druckspannung in die MEMS-Struktur 10 einleiten, um beispielsweise die Verschiebung der Resonanzfrequenzen des beweglichen Abschnitts 12 zu verstärken. Ferner kann es aber auch möglich sein, dass Aktuatoren 50 paarweise agieren, so dass beispielsweise ein Aktuatorenpaar durch aktiv gesteuertes Zusammenziehen (Kontraktion) eine mechanische Zugspannung und das andere Aktuatorenpaar durch aktiv gesteuertes Ausdehnen (Expansion) eine mechanische Druckspannung in die MEMS-Struktur 10 einleitet.
Je nach Anwendungsfall, gewünschtem Umfang der Einflussmöglichkeit auf die Resonanzfrequenz bzw. auf das Frequenzverhältnis der Resonanzfrequenzen des schwingend bewegbaren Abschnitts 12 der mechanisch wirksamen Funktionsschicht 11 und bevorzugtem Energieverbrauch können zusätzliche oder aber auch weniger Aktuatoren 50 vorteilhaft sein.
Fig. 4a zeigt nun ein weiteres Ausführungsbeispiel der beispielhaften MEMS- Vorrichtung 100 im Querschnitt, wobei der Aktuator 50 zur Einprägung/Einleitung einer mechanischen Spannung in die MEMS-Struktur 10 beispielhaft vollflächig ausgebildet sein kann.
Dabei kann der Aktuator 50 beispielhaft die gesamte Fläche der MEMS-Struktur 10, welche sich auf der der mechanisch wirksamen Funktionsschicht 11 gegenüberliegenden Seite befindet, überdecken (mit der im Wesentlichen gesamten Fläche der MEMS-Struktur 10 in Kontakt sein) und entsprechend bei Ausdehnung (Expansion) / Zusammenziehen (Kontraktion) die mechanische Spannung vollflächig von der der mechanisch wirksamen Funktionsschicht 11 gegenüberliegenden Seite einprägen.
Fig. 4b zeigt nun ein weiteres Ausführungsbeispiel der beispielhaften MEMS- Vorrichtung 100 im Querschnitt, wobei der Aktuator 50 zur Einprägung/Einleitung einer mechanischen Spannung in die MEMS-Struktur 10 nur teilflächig ausgebildet ist. Dabei kann der Aktuator 50 beispielhaft nur ein Teil der Fläche der MEMS-Struktur 10, welche sich auf der der mechanisch wirksamen Funktionsschicht 11 gegenüberliegenden Seite befindet, überdecken (mit einem Teil der Fläche der MEMS-Struktur 10 in Kontakt sein) und entsprechend bei Ausdehnung (Expansion)/Zusammenziehen (Kontraktion) die mechanische Spannung von der der mechanisch wirksamen Funktionsschicht 11 gegenüberliegenden Seite entsprechend seiner teilflächigen Überdeckung dieser Seite der MEMS-Struktur 10 einprägen.
Fig. 4c zeigt nun ein weiteres Ausführungsbeispiel der beispielhaften MEMS- Vorrichtung 100 im Querschnitt, wobei der Aktuator 50 zur Einprägung/Einleitung einer mechanischen Spannung in die MEMS-Struktur 10 beispielhaft aus Segmenten gebildet ist bzw. durch mehrere Teilaktuatoren 55 / Aktuatorsegmente 55 gebildet ist.
Dabei kann der Aktuator 50 beispielhaft aufgrund der Segmentierung durch die Teilaktuatoren 55 / Aktuatorsegmente 55 verschiedene (Teil-)Flächen der MEMS-Struktur 10, welche sich auf der Seite, die der mechanisch wirksamen Funktionsschicht 11 gegenüberliegt, befinden, überdecken und entsprechend bei Ausdehnung (Expansion) / Zusammenziehen (Kontraktion) die mechanische Spannung von der Seite, die der mechanisch wirksamen Funktionsschicht 11 gegenüberliegt, entsprechend seiner teilflächigen Überdeckung dieser Seite der MEMS-Struktur 10 aktiv gesteuert und gezielt einprägen.
Fig. 5a zeigt nun ein weiteres Ausführungsbeispiel der beispielhaften MEMS- Vorrichtung 100, wobei der Aktuator 50 zur Einprägung/Einleitung einer mechanischen Spannung in die MEMS-Struktur 10 beispielhaft rechteckig ausgeformt ist.
Die hier gezeigte Darstellung der MEMS-Vorrichtung 100 ist beispielhaft eine Draufsicht auf die MEMS-Vorrichtung 100, bei der die MEMS-Struktur 10 weggelassen und nur durch eine gestrichelte Linie angedeutet wurde.
Dabei kann der rechteckig ausgeformte Aktuator 50 (linke Darstellung) beispielsweise vollflächig oder teilflächig die Seite der MEMS-Struktur 10, welche sich gegenüber der mechanisch wirksamen Funktionsschicht 11 befindet, überdecken und entsprechend bei Ausdehnung (Expansion) / Zusammenziehen (Kontraktion) die mechanische Spannung einprägen.
Darüber hinaus kann der Aktuator 50 beispielhaft als Sonderform der rechteckigen Ausformung auch quadratisch (rechte Darstellung) ausgeformt sein, was insbesondere dann vorteilhaft ist, wenn die Fläche der MEMS-Struktur 10, die der mechanisch wirksamen Funktionsschicht 11 gegenüberliegt, ebenfalls quadratisch (siehe beispielhaft hierfür Fig. 7a) ausgebildet ist, gegebenenfalls mit im Wesentlichen gleichen Kantenlängen wie der quadratische Aktuator 50.
Zudem können die genannten Formen (rechteckig / quadratisch) des Aktuators 50 natürlich auch seitlich der mechanisch wirksamen Funktionsschicht 11 bzw. seitlich der MEMS- Struktur 10 Anwendung finden. Sie sind nicht auf die Anwendung auf der Fläche der MEMS- Struktur 10, die der mechanisch wirksamen Funktionsschicht 11 gegenüberliegt, limitiert.
Fig. 5b zeigt nun ein weiteres Ausführungsbeispiel der beispielhaften MEMS- Vorrichtung 100, wobei der Aktuator 50 zur Einprägung/Einleitung einer mechanischen Spannung in die MEMS-Struktur 10 beispielhaft rund ausgeformt ist.
Die hier gezeigte Darstellung der MEMS-Vorrichtung 100 ist ebenfalls beispielhaft eine Draufsicht auf die MEMS-Vorrichtung 100, bei der die MEMS-Struktur 10 weggelassen und nur durch eine gestrichelte Linie angedeutet wurde.
Dabei kann der rund ausgeformte Aktuator 50 beispielsweise vollflächig die Seite der MEMS-Struktur 10, welche sich gegenüber der mechanisch wirksamen Funktionsschicht 11 befindet, überdecken und entsprechend bei Ausdehnung (Expansion) / Zusammenziehen (Kontraktion) die mechanische Spannung einprägen.
Insbesondere kann das vorteilhaft sein, wenn die Fläche der MEMS-Struktur 10, die der mechanisch wirksamen Funktionsschicht 11 gegenüberliegt, ebenfalls rund, gegebenenfalls mit im Wesentlichen gleichem Durchmesser wie der runde Aktuator 50 ausgebildet ist.
Auch hier kann die genannte Form (rund) des Aktuators 50 natürlich auch seitlich der mechanisch wirksamen Funktionsschicht 11 bzw. seitlich der MEMS-Struktur 10 Anwendung finden. Sie ist nicht auf die Anwendung auf der Fläche der MEMS-Struktur 10, die der mechanisch wirksamen Funktionsschicht 11 gegenüberliegt, limitiert.
Fig. 6a zeigt nun ein weiteres Ausführungsbeispiel der beispielhaften MEMS- Vorrichtung 100 im Querschnitt, wobei der Aktuator 50 zur Einprägung/Einleitung einer mechanischen Spannung in die MEMS-Struktur 10 beispielhaft ringförmig ausgeformt ist.
Dabei kann der ringförmig ausgeformte Aktuator 50 beispielsweise über die Seite der MEMS-Struktur 10, welche sich gegenüber der mechanisch wirksamen Funktionsschicht 11 befindet, durch Ausdehnung (Expansion) / Zusammenziehen (Kontraktion) die mechanische Spannung definiert einprägen.
Ein Vorteil bei diesem Ausführungsbeispiel kann darin liegen, dass die beim Aktuator 50 erzeugte Volumenänderung (beispielsweise bei einem Piezo-Aktuator durch Anlegen einer Spannung) für die Einprägung der mechanischen Spannung in die MEMS-Struktur 10 sehr effektiv im Vergleich zu anderen Ausformungen (beispielsweise vollf Läch iger Ausformung) des Aktuators 50 genutzt werden kann.
Darüber hinaus kann der Aktuator 50 einen Schlitz / Luftspalt 51 aufweisen, der hier im Querschnitt nicht gezeigt ist und hierfür beispielhaft auf die Fig. 8a verwiesen wird.
Fig. 6b zeigt nun ein weiteres Ausführungsbeispiel der beispielhaften MEMS- Vorrichtung 100 im Querschnitt, bei dem der Aktuator 50 zur Einprägung/Einleitung einer mechanischen Spannung in die MEMS-Struktur 10 beispielhaft auch ringförmig ausgeformt ist, jedoch nun an der Seite der mechanisch wirksamen Funktionsschicht 11 angeordnet sein kann.
Insbesondere in diesem Ausführungsbeispiel kann es von Vorteil sein, wenn der Aktuator 50 ringförmig ausgeformt ist, da beispielsweise ein einzelner Aktuator 50 um die Abdeckung 20 (beispielsweise eine runde Abdeckung 20) herum die mechanische Spannung beispielsweise über einen Randabschnitt der Abdeckung 20 in die MEMS-Struktur 10, insbesondere in die MEMS-Struktur 10, die den mindestens einen schwingend bewegbaren Abschnitt 12 der mechanisch wirksamen Funktionsschicht 11 umgibt, definiert einleiten kann.
Auch hier kann der Aktuator 50, wie in Fig. 6a beschrieben, einen Schlitz / Luftspalt 51 (hier nicht gezeigt) aufweisen.
Fig. 6c zeigt nun ein weiteres Ausführungsbeispiel der beispielhaften MEMS- Vorrichtung 100 im Querschnitt, wobei die Aktuatoren 50 beispielhaft als eine Kombination der Ausführungsbeispiele der Fis. 6a und 6b an der MEMS-Struktur 10 angeordnet sind.
Insbesondere können die Aktuatoren 50 beispielhaft derart an der mechanisch wirksamen Funktionsschicht 11 und an der Seite der MEMS-Struktur 10, die der mechanisch wirksamen Funktionsschicht 11 gegenüberliegt, angeordnet sein, dass die MEMS-Struktur 10 zwischen den beiden Aktuatoren 50 vorgesehen ist. Dadurch kann aufgrund der ringförmigen Ausformung der Aktuatoren 50 effektiv die mechanische Spannung in die MEMS-Struktur 10, die den mindestens einen schwingend bewegbaren Abschnitt 12 der mechanisch wirksamen Funktionsschicht 11 umgibt, definiert eingebracht werden, wobei ferner, aufgrund der beispielhaften doppelten Anzahl an Aktuatoren 50, die eingebrachte mechanische Spannung höher sein kann, als bei einem einzelnen Aktuator 50 gleicher Dimension.
Beide oder nur einer von den Aktuatoren 50 kann einen Schlitz / einen Luftspalt 51 aufweisen, wie es beispielhaft bereits in Fig. 6a beschrieben ist.
Fig. 7a zeigt nun ein weiteres Ausführungsbeispiel der beispielhaften MEMS- Vorrichtung 100 (allerdings ohne das Gehäuse 30) als Draufsicht auf die MEMS-Struktur 10, bei dem der Aktuator 50 zur Einprägung/Einleitung einer mechanischen Spannung in die MEMS- Struktur 10 beispielhaft ringförmig ausgeformt sein kann, wobei die mechanisch wirksame Funktionsschicht 11 nun als eckige, insbesondere als quadratische Schicht ausgeformt sein kann und beispielhaft nur eine Schwingungsachse 13 aufweisen kann.
Dabei ist beispielhaft, im Gegensatz zu den bisherigen Figuren 1 bis 6c, die mechanisch wirksame Funktionsschicht 11 mit schwingend bewegbaren Abschnitt 12, der sich beispielsweise um die Schwingachse 13 rotatorisch bewegen kann, zusammen mit dem ringförmigen Aktuator 50, der an der Seite der mechanisch wirksamen Funktionsschicht 11 angeordnet ist (Aktuator 50 kann zudem einen Luftspalt 51 wie beispielhaft in Fig. 8a gezeigt aufweisen), ohne Gehäuse 30 dargestellt. Diese beispielhafte rechteckige bzw. quadratische Form der Funktionsschicht 11 ist eine gängige Form und durch das beispielhafte Herstellungsverfahren mittels Sägeprozess bei der Vereinzelung der MEMS-Strukturen 10 aus einer bis dato zusammenhängenden Vielzahl von MEMS-Strukturen 10 herstellbar.
Es versteht sich dabei, dass die hier gezeigte einzelne Achse/Schwingachse 13 der mechanisch wirksamen Funktionsschicht 11 nur beispielhaft ist. Die mechanisch wirksame Funktionsschicht 11 kann über mehrere Achsen, beispielsweise zwei rotatorische und eine translatorische Achse verfügen. Dies kann beispielsweise insbesondere abhängig davon sein, für welche Anwendung das jeweilige MEMS-System genutzt werden soll.
Fig. 7b zeigt nun ein weiteres Ausführungsbeispiel der beispielhaften MEMS- Vorrichtung 100 (allerdings ohne das Gehäuse 30) als Draufsicht auf die MEMS-Struktur 10, bei dem der Aktuator 50 zur Einprägung/Einleitung einer mechanischen Spannung in die MEMS- Struktur 10 beispielhaft ringförmig ausgeformt (Aktuator 50 kann zudem einen Luftspalt 51 wie beispielhaft in Fig. 8a gezeigt aufweisen) sein kann, wobei die mechanisch wirksame Funktionsschicht 11 als im Wesentlichen runde Schicht ausgeformt sein kann und beispielhaft nur eine Schwingachse 13 aufweisen kann.
Diese Form der Funktionsschicht 11 kann beispielhaft mittels eines Laserstrukturierungsverfahrens oder eines Ätzverfahrens hergestellt werden. Insbesondere wenn die mechanische Struktur der mechanisch wirksamen Funktionsschicht 11 beispielhaft aus Glas (anstatt beispielsweise aus Silizium) gefertigt wird, kann mittels Laserstrukturierung die runde Form der der Funktionsschicht 11 vergleichsweise sehr einfach erzeugt werden.
Auch hier versteht es sich, dass die hier gezeigte einzelne Achse/Schwingachse 13 der mechanisch wirksamen Funktionsschicht 11 nur beispielhaft ist. Die mechanisch wirksame Funktionsschicht 11 kann über mehrere Achsen, beispielsweise zwei rotatorische und eine translatorische Achse verfügen, beispielsweise in Abhängigkeit zum jeweiligen Anwendungsfall.
Fig. 8a zeigt nun ein weiteres Ausführungsbeispiel der beispielhaften MEMS- Vorrichtung 100, bei dem der Aktuator 50 zur Einprägung/Einleitung einer mechanischen Spannung in die MEMS-Struktur 10 beispielhaft im Wesentlichen ringförmig mit Luftspalt 51 ausgeformt ist, wobei die mechanisch wirksame Funktionsschicht 11 (sowie die darunter Liegende restliche MEMS-Struktur 10) nun als runde Schicht (mit runder Außenkontur) ausgeformt ist und der Aktuator 50 beispielhaft außen an der MEMS-Struktur 10 anliegend angeordnet ist.
Dabei kann der Aktuator 50 einen Luftspalt 51 aufweisen, wodurch es dem Aktuator 50 ermöglicht wird, durch aktive Ansteuerung insbesondere seinen Innendurchmesser zu verkleinern (beispielhaft durch Kontraktion des Aktuators 50) und dadurch beispielsweise über die Wirkverbindung, mit der der Aktuator 50 mit der Außenkontur der MEMS-Struktur 10 in Verbindung stehen kann, eine gezielte und definierte mechanische Spannung in die MEMS- Struktur 10 einzubringen. Besonders vorteilhaft kann dies erfolgen, wenn der ringförmige Aktuator 50 dabei beispielsweise auf Höhe der mechanisch wirksamen Funktionsschicht 11 angeordnet ist und so in unmittelbarer Nähe des schwingend bewegbaren Abschnitts 12 die mechanische Spannung in die MEMS-Struktur 10, die den mindestens einen schwingend bewegbaren Abschnitt 12 der mechanisch wirksamen Funktionsschicht 11 umgibt, einbringen könnte. Dabei kann, vergleichbar mit der Bewegung einer greifenden Hand, beispielsweise durch Kontraktion des Aktuators 50 eine definierte Druckkraft Füruck erzeugt werden, die beispielsweise auf die MEMS-Struktur 10 und damit auf die mechanisch wirksame Funktionsschicht 11 einwirken und eine mechanische Spannung einprägen kann, wodurch beispielsweise eine Verschiebung / Veränderung (Verstimmung) der Resonanzfrequenzen der vorhandenen Schwingachsen 13 (hier nur eine gezeigt) hervorgerufen werden kann.
Darüber hinaus kann, vergleichbar mit der Bewegung einer loslassenden Hand, beispielsweise durch Expansion des Aktuators 50 eine definierte Zugkraft Fzug erzeugt werden, die ebenfalls beispielsweise auf die MEMS-Struktur 10 und damit auf die mechanisch wirksame Funktionsschicht 11 einwirken und eine mechanische Spannung einprägen kann, wodurch beispielsweise eine Verschiebung / Veränderung (Verstimmung) der Resonanzfrequenzen der vorhandenen Schwingachsen 13 (hier nur eine gezeigt) hervorgerufen werden kann.
Dabei können, vergleichbar mit den Auswirkungen der Spannungseinprägung wie in Fig. 1 beschrieben, beide Arten der Spannungseinprägung (Expansion und Kontraktion) in die MEMS-Struktur 10 angewendet werden und zu einem gleichen Ausmaß an Resonanzfrequenzverschiebung der verschiedenen Schwingachsen 13 der mechanisch wirksamen Funktionsschicht 11 führen. Es können aber auch, je nach Art der Spannungseinprägung, unterschiedliche Ausmaße an Einflüssen auf die Resonanzfrequenz der verschiedenen Schwingachsen 13 der mechanisch wirksamen Funktionsschicht 11 möglich sein.
Ein wesentlicher Vorteil von dieser Art der Spannungseinbringung könnte darin bestehen, dass es bei dieser MEMS-Vorrichtung 100 grundsätzlich kein Gehäuse (siehe die bisher beschriebenen Ausführungsbeispiele der Figs. 1 bis 6c) braucht, um einen geschlossenen Kraftkreis für die Einbringung der mechanischen Spannung in die MEMS-Struktur 10 bereitzustellen. Dafür können bereits die MEMS-Struktur 10 und der ringförmige, beispielsweise mit einem Luftspalt 51 versehene Aktuator 50 ausreichen.
Fig. 8b zeigt nun ein weiteres Ausführungsbeispiel der beispielhaften MEMS- Vorrichtung 100 (vergleichbar mit der in Fig. 8a gezeigten), wobei der Aktuator 50 zur Einprägung/Einleitung einer mechanischen Spannung in die MEMS-Struktur 10 beispielhaft ringförmig (geschlossener Ring) ausgeformt ist und die mechanisch wirksame Funktionsschicht 11 (sowie die darunter liegende restliche MEMS-Struktur 10) als runde Schicht (mit runder Außenkontur) ausgeformt ist und der Aktuator 50 beispielhaft außen an der MEMS-Struktur 10 anliegend angeordnet ist.
Dabei kann der Aktuator 50 nun als geschlossener Ring ausgebildet sein. Auch dieser ringförmige Aktuator 50 kann nun durch aktive Ansteuerung seinen Innendurchmesser verkleinern (beispielsweise durch Kontraktion) oder seinen Innendurchmesser vergrößern (beispielsweise durch Expansion; vergleichbar mit dem Ziliarmuskel des menschlichen Auges) und so beispielsweise über die Wirkverbindung, mit der der Aktuator 50 mit der Außenkontur der MEMS-Struktur 10 in Verbindung stehen kann, eine gezielte und definierte mechanische Spannung in die MEMS-Struktur 10 einbringen. Auch hier kann es vorteilhaft sein, wenn der ringförmige Aktuator 50 dabei beispielsweise auf Höhe der mechanisch wirksamen Funktionsschicht 11 angeordnet ist und so in unmittelbarer Nähe des schwingend bewegbaren Abschnitts 12 die mechanische Spannung in die MEMS-Struktur 10, die den mindestens einen schwingend bewegbaren Abschnitt 12 der mechanisch wirksamen Funktionsschicht 11 umgibt, einbringen könnte.
Fig. 9a zeigt nun ein weiteres Ausführungsbeispiel der beispielhaften MEMS- Vorrichtung 100 im Querschnitt, bei dem der Aktuator 50 zur Einprägung/Einleitung einer mechanischen Spannung in die MEMS-Struktur 10 beispielhaft ringförmig ausgeformt und an der Seite der mechanisch wirksamen Funktionsschicht 11 angeordnet ist, wobei das Gehäuse 30 an der Seite, die der mechanisch wirksamen Funktionsschicht 11 gegenüberliegt, beispielsweise keine ebene Fläche, sondern beispielhaft eine im Wesentlichen gewölbte Fläche aufweist (beispielsweise im Wesentlichen in der Mitte der Fläche des Gehäuses 30), so dass an dieser Stelle die MEMS-Struktur 10 eine Art Punktauflage mit dem Gehäuse 30 aufweisen könnte.
Dadurch könnte bei Ausdehnung des Aktuators 50 an der Seite der mechanisch wirksamen Funktionsschicht 11 neben einer mechanischen Spannung zusätzlich eine, wenn auch sehr leichte, Verformung der MEMS-Struktur 10 potenziell stattfinden. Die MEMS-Struktur
10 wird dabei um die Punktauflage herum gebogen.
Dies könnte beispielsweise zu einer weiteren bzw. zu einer Verstärkung der Veränderung der Resonanzfrequenzen bzw. des Frequenzverhältnisses der Resonanzfrequenzen der verschiedenen Achsen der mechanisch wirksamen Funktionsschicht
11 führen und beispielsweise ferner die Wirkung der ohnehin durch den Druck seitens des Aktuators 50 eingebrachten mechanischen Spannung potenziell weiter verstärken. Fig. 9b zeigt nun ein weiteres Ausführungsbeispiel der beispielhaften MEMS- Vorrichtung 100 im Querschnitt, die im Wesentlichen aufgebaut sein kann wie die MEMS- Vorrichtung 100 gemäß Fig. 9a, wobei statt der gewölbten Fläche des Gehäuses 30 beispielsweise ein Aktuator 50 vergleichsweise punktförmig auf die Fläche der MEMS-Struktur 10, die der mechanisch wirksamen Funktionsschicht 11 gegenüberliegt, drücken könnte, wobei die mechanisch wirksame Funktionsschicht 11 am Gehäuse 30 beispielsweise mit mechanischen Anschlägen 60 anliegend angeordnet sein könnte.
Auch hier könnte eine Ausdehnung des Aktuators 50 zu einer zusätzlichen Verformung der MEMS-Struktur 10 führen, so dass beispielsweise eine Verstärkung der Veränderung der Resonanzfrequenzen bzw. des Frequenzverhältnisses der Resonanzfrequenzen der verschiedenen Achsen der mechanisch wirksamen Funktionsschicht 11 und ferner beispielsweise die Wirkung der ohnehin durch den Druck seitens des Aktuators 50 eingebrachten mechanischen Spannung weiter verstärkt werden könnte.
Fig. 10 zeigt nun ein weiteres Ausführungsbeispiel der beispielhaften MEMS- Vorrichtung 100 als Lissajous-Scanner, wobei die MEMS-Vorrichtung 100 hierfür zumindest zwei Schwingachsen 13a, 13b aufweisen kann.
Dabei können die zumindest zwei Schwingachsen 13a, 13b insbesondere als zumindest zwei rotatorische und senkrecht zueinander stehende Schwingachsen 13a, 13b ausgebildet sein. Die Anregungsaktuatoren 40 (hier überkreuzt schraffiert dargestellt) können nun mittels eines entsprechenden Frequenzverhältnisses (insbesondere eines bestimmten Resonanzfrequenzverhältnisses) der Anregungssignale der zumindest zwei Schwingachsen 13a, 13b zueinander derart gesteuert werden, dass der zumindest eine schwingend bewegbare Abschnitt 12 (hier waagerecht schraffiert dargestellt) der mechanisch wirksamen Funktionsschicht 11 eine Lissajous-Scan-Bewegung ausführt. Darüber hinaus können die Anregungssignale beispielsweise durch eine Steuereinheit 45, die die Anregungsfrequenzen und entsprechenden Frequenzverhältnisse entsprechend modellieren kann, an die Anregungsaktuatoren 40 ausgegeben werden.
Insbesondere für MEMS-Vorrichtungen 100, die als Lissajous-Scanner betrieben werden und dabei die Anregungsfrequenzen der Anregungsaktuatoren 40 im Wesentlichen der Resonanzfrequenzen der jeweiligen Schwingsachse 13a, 13b entsprechen (Betrieb der MEMS- Vorrichtung 100 beispielsweise als zweidimensionaler mechanischer Resonator), kann das gezielte und aktive Verstimmen der Resonanzfrequenzen bzw. des Resonanzfrequenzverhältnisses der Schwingachsen 13a, 13b zueinander mittels eines oder mehrerer Aktuatoren 50 (hier nicht gezeigt, siehe beispielhaft die Ausführungsbeispiele der vorhergehenden Figuren sowie deren Beschreibungen und darin genannten Vorteile) überaus vorteilhaft sein, da hierdurch die Liniendichte bei der Strahlablenkung (beispielsweise der Ablenkung eines Laser-Strahls) erhöht werden kann und dabei gleichzeitig ein Amplitudenverlust der Schwingung des zumindest einen schwingend bewegbaren Abschnitts 12 vermieden werden kann.
Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die hier beschriebene Steuereinheit 45 zur Steuerung der Anregungsaktuatoren 40 selbstverständlich auch bei den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen der MEMS-Vorrichtung 100 verwendet werden kann.
Fig. 11 zeigt ein beispielhaftes Verfahren zur Herstellung der MEMS-Vorrichtung 100, insbesondere zur Herstellung einer MEMS-Vorrichtung 100 gemäß der vorgenannten Ausführungsbeispiele einer MEMS-Vorrichtung 100.
Dabei kann beispielsweise zunächst in einem Schritt S101 das Bereitstellen einer MEMS-Struktur 10, die eine mechanisch wirksame Funktionsschicht 11 aufweist, erfolgen, wobei die mechanisch wirksame Funktionsschicht 11 beispielsweise zumindest einen schwingend bewegbaren Abschnitt 12, der in zumindest einer Dimension (entlang zumindest einer Raumrichtung und/oder um zumindest eine Raumachse herum) bewegbar ist, aufweist, sowie in einem Schritt S102 beispielsweise das Bereitstellen beispielsweise zumindest eines expandierbaren oder kontrahierbaren Aktuators 50. Dieser Aktuator 50 kann beispielsweise ringförmig ausgebildet sein, kann aber auch andere Formen aufweisen.
In einem weiteren Schritt S103 könnte beispielsweise nun das Erzeugen einer Wirkverbindung zwischen der MEMS-Struktur 10 und dem zumindest einen Aktuator 50 erfolgen, so dass durch Expansion oder durch Kontraktion des Aktuators 50 beispielsweise gezielt eine definierte mechanische Spannung in die MEMS-Struktur 10, die den mindestens einen schwingend bewegbaren Abschnitt 12 der mechanisch wirksamen Funktionsschicht 11 umgibt, einleitbar sein kann.
Dadurch könnte beispielsweise eine MEMS-Vorrichtung 100 wie in Figs. 8a und 8b gezeigt und beschrieben hergestellt werden, bei der der Aktuator 50 zur Einprägung/Einleitung einer mechanischen Spannung in die MEMS-Struktur 10 beispielhaft im Wesentlichen ringförmig ausgeformt ist und beispielsweise einen Luftspalt 51 (siehe Fig. 8a) aufweisen kann, wobei die mechanisch wirksame Funktionsschicht 11 (sowie die darunter liegende restliche MEMS-Struktur 10) als runde Schicht (mit runder Außenkontur) ausgeformt sein kann und der Aktuator 50 außen an der MEMS-Struktur 10 anliegend angeordnet sein kann.
In einem weiteren Schritt S104 kann beispielsweise nun das Bereitstellen eines Gehäuses 30 erfolgen, das beispielsweise dazu eingerichtet sein kann, die MEMS-Struktur 10 und den zumindest einen Aktuator 50 zu umgeben und eine Wirkverbindung mit der MEMS- Struktur 10 und beispielsweise dem zumindest einen Aktuator 50 einzugehen.
In einem weiteren Schritt S105 könnte beispielsweise das Anordnen der MEMS-Struktur 10 und des zumindest einen Aktuators 50 in dem Gehäuse 30 erfolgen, und im Schritt S106 beispielsweise das Erzeugen der Wirkverbindungen zwischen dem Gehäuse 30 und der MEMS- Struktur 10 und zwischen dem Gehäuse 30 und dem zumindest einen Aktuator 50, so dass beispielsweise durch Expansion oder durch Kontraktion des Aktuators 50 beispielsweise eine definierte mechanische Spannung in die MEMS-Struktur 10, die den mindestens einen schwingend bewegbaren Abschnitt 12 der mechanisch wirksamen Funktionsschicht 11 umgibt, einleitbar sein kann.
Dabei könnte es auch vorteilhaft sein, beispielsweise zunächst das Gehäuse 30 bereitzustellen, und beispielsweise nachfolgend entweder die MEMS-Struktur 10 oder beispielsweise den zumindest einen Aktuator 50 in dem Gehäuse 30 anzuordnen und im Anschluss dann beispielsweise das jeweils andere Element (MEMS-Struktur 10 oder der zumindest eine Aktuator 50) anzuordnen und die entsprechenden Wirkverbindungen herzustellen.
In einem weiteren Schritt S107 kann beispielsweise das Vergießen der MEMS-Struktur 10 und des zumindest einen Aktuators 50, die in dem Gehäuse 30 beispielsweise angeordnet sein könnten und mit sich und dem Gehäuse 30 jeweils in Wirkverbindung stehen könnten, in dem Gehäuse 30 mittels eines Vergussstoffs 70 zu einem Package erfolgen, insbesondere beispielsweise mittels eines kleberartigen Vergussstoffs.
Dadurch könnte beispielsweise vorteilhaft die Lage der MEMS-Struktur 10 und/oder des Aktuators 50 innerhalb des Gehäuses 30 beispielsweise gegen Verrutschen oder vergleichbaren Lageänderungen gesichert werden. Dabei kann beispielsweise ein im Wesentlichen vollständiger, oder aber auch beispielsweise nur ein teilweiser Verguss mittels des Vergussstoffs 70 zu dem Package vorteilhaft sein, je nach Ausführungsbeispiel. Ferner kann es aber auch vorteilhaft sein, wenn vor dem Schritte S107 ein Verkleben der MEMS-Struktur 10 und/oder des Aktuators 50 mit dem Gehäuse 30, beispielsweise in Ergänzung zu Schritt S106 oder als Alternative zu Schritt S106 erfolgt. Dabei kann beispielsweise ein oder mehrere Dispensertropfen in das Gehäuse 30 und/oder jeweils auf die entsprechenden Bereiche der MEMS-Struktur 10 bzw. des Aktuators 50 aufgebracht werden und dann, nach dem Zusammenführen der jeweiligen Elemente miteinander, beispielsweise durch einen Wärmeeintrag ausgehärtet werden.
Eine weitere Möglichkeit kann es sein, eine Folie (beispielsweise Die-Attach-Film) mit beidseitig klebender Eigenschaft vorzusehen (beispielsweise an der Rückseite der MEMS- Struktur 10) und dadurch die MEMS-Struktur 10 bzw. den Aktuator 50 mit dem Gehäuse 30 zu verkleben und gegebenenfalls im Anschluss daran ein Vergießen gemäß Schritt S107 durchzuführen.
Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die Reihenfolge der Beschreibung der genannten Schritte S101 bis S107 oder zusätzlich erwähnten Schritte nicht gleichzusetzen mit einer eventuellen Reihenfolge der Schritte des Verfahrens selbst ist. Vielmehr können die Schritte um weitere Schritte ergänzt werden, wie aber auch um bestimmte Schritte reduziert werden.
Es sei darauf verwiesen, dass vorstehend lediglich Beispiele bzw. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung sowie technische Vorteile detailliert unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben wurden. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch in keinster Weise auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele und deren Ausführungsmerkmale bzw. deren beschriebene Kombinationen begrenzt bzw. eingeschränkt, sondern schließt weiterhin Modifikationen der Ausführungsbeispiele mit ein, insbesondere diejenigen, die durch Modifikationen der Merkmale der beschriebenen Beispiele bzw. durch Kombination bzw. Teilkombination einzelner oder mehrerer der Merkmale der beschriebenen Beispiele im Rahmen des Schutzumfanges der unabhängigen Ansprüche mit eingeschlossen sind. Liste der Bezugszeichen
10 MEMS-Struktur
11 mechanisch wirksame Funktionsschicht 12 bewegbarer Abschnitt / Spiegel
13, 13a, 13b Achse / Schwingachse
20 Abdeckung
30 Gehäuse
40 Anregungsaktuatoren 45 Steuereinheit
50 Aktuator
51 Luftspalt des Aktuators
55 Teilaktuatoren / Aktuatorsegmente
58 Ansteuereinheit 60 mechanischer Anschlag
70 Vergussstoff
100 MEMS-Vorrichtung

Claims

Patentansprüche
1. MEMS-Vorrichtung (100), mit: einer MEMS-Struktur (10), die eine mechanisch wirksame Funktionsschicht (11) aufweist, wobei die mechanisch wirksame Funktionsschicht (11) zumindest einen Abschnitt (12) aufweist, der in zumindest einer Dimension schwingend bewegbar ausgebildet ist, und zumindest einen Aktuator (50), der in Wirkverbindung mit der MEMS-Struktur (10) ist und dazu eingerichtet ist, durch Expansion oder durch Kontraktion eine mechanische Spannung in die MEMS-Struktur (10), die den mindestens einen schwingend bewegbaren Abschnitt (12) der mechanisch wirksamen Funktionsschicht (11) umgibt, einzuleiten.
2. MEMS-Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei die mechanisch wirksame Funktionsschicht (11) der MEMS-Struktur (10) als Resonator ausgebildet ist, und der zumindest eine Aktuator (50) dazu eingerichtet ist, durch Einleitung der mechanischen Spannung in die MEMS-Struktur (10) aktiv die Resonanzfrequenz des zumindest einen schwingend bewegbaren Abschnitts (12) gezielt zu verstimmen.
3. MEMS-Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei die mechanisch wirksame Funktionsschicht (11) der MEMS-Struktur (10) als Resonator derart ausgebildet ist, dass der zumindest eine schwingend bewegbare Abschnitt (12) der mechanisch wirksamen Funktionsschicht (11) entlang oder um zumindest zwei Schwingachsen (13a, 13b), die im Wesentlichen senkrecht zueinander ausgerichtet sind, schwingend bewegbar ist, wobei jede Schwingachse (13a, 13b) des zumindest einen schwingend bewegbaren Abschnitts (12) eine spezifische Resonanzfrequenz aufweist, und der zumindest eine Aktuator (50) dazu eingerichtet ist, durch Einleitung der mechanischen Spannung in die MEMS-Struktur (10) aktiv das Resonanzfrequenzverhältnis der zumindest zwei Schwingachsen (13a, 13b) des zumindest einen schwingend bewegbaren Abschnitts (12) gezielt zu verstimmen.
4. MEMS-Vorrichtung (100) nach Anspruch 2 oder 3, wobei der zumindest eine Aktuator (50) ferner dazu eingerichtet ist, durch Einleitung der mechanischen Spannung in die MEMS-Struktur (10) aktiv die Resonanzfrequenz des zumindest einen schwingend bewegbaren Abschnitts (12) oder das Resonanzfrequenzverhältnis der zumindest zwei Schwingachsen (13a, 13b) des zumindest einen schwingend bewegbaren Abschnitts (12) gezielt schrittweise oder kontinuierlich zu verstimmen, insbesondere auf Basis eines regelbaren Ansteuersignals einer Ansteuereinheit (58) zur Ansteuerung des zumindest einen Aktuators (50).
5. MEMS-Vorrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit: einem Gehäuse (30), das die MEMS-Struktur (10) umgibt und dazu eingerichtet ist, in einer Wirkverbindung mit der MEMS-Struktur (10) zu stehen, wobei der zumindest eine Aktuator (50), der mit der MEMS-Struktur (10) in Wirkverbindung steht, zwischen der MEMS-Struktur (10) und dem Gehäuse (30) derart angeordnet ist, dass der zumindest eine Aktuator (50) ferner in Wirkverbindung mit dem Gehäuse (30) ist und dazu eingerichtet ist, durch Expansion oder durch Kontraktion eine mechanische Spannung in die MEMS-Struktur (10) einzuleiten, die den mindestens einen schwingend bewegbaren Abschnitt (12) der mechanisch wirksamen Funktionsschicht (11) umgibt.
6. MEMS-Vorrichtung (100) nach Anspruch 5, wobei der zumindest eine Aktuator (50), der mit der MEMS-Struktur (10) und dem Gehäuse (30) in Wirkverbindung steht, an der Seite der mechanisch wirksamen Funktionsschicht (11) der MEMS-Struktur (10) oder an der Seite der MEMS-Struktur (10), die der mechanisch wirksamen Funktionsschicht (11) gegenüberliegt, zwischen MEMS-Struktur (10) und Gehäuse (30) angeordnet ist.
7. MEMS-Vorrichtung (100) nach Anspruch 5, mit: zumindest zwei Aktuatoren (50), die in Wirkverbindung mit der MEMS-Struktur (10) und dem Gehäuse (30) sind und dazu eingerichtet sind, durch Expansion oder durch Kontraktion eine mechanische Spannung in die MEMS-Struktur (10), die den mindestens einen schwingend bewegbaren Abschnitt (12) der mechanisch wirksamen Funktionsschicht (11) umgibt, einzuleiten, wobei einer der Aktuatoren (50) an der Seite der mechanisch wirksamen Funktionsschicht (11) der MEMS-Struktur (10) und ein anderer der Aktuatoren (50) an der Seite der MEMS-Struktur (10), die der mechanisch wirksamen Funktionsschicht (11) gegenüberliegt, zwischen MEMS-Struktur (10) und Gehäuse (30) angeordnet sind.
8. MEMS-Vorrichtung (100) nach Anspruch 5, wobei der zumindest eine Aktuator (50), der mit der MEMS-Struktur (10) und dem Gehäuse (30) in Wirkverbindung steht, seitlich von der mechanisch wirksamen Funktionsschicht (11) zwischen MEMS-Struktur (10) und Gehäuse (30) angeordnet ist.
9. MEMS-Vorrichtung (100) nach Anspruch 5, mit: zumindest zwei Aktuatoren (50), die in Wirkverbindung mit der MEMS-Struktur (10) und dem Gehäuse (30) sind und dazu eingerichtet sind, durch Expansion oder durch Kontraktion eine mechanische Spannung in die MEMS-Struktur (10) einzuleiten, die den mindestens einen schwingend bewegbaren Abschnitt (12) der mechanisch wirksamen Funktionsschicht (11) umgibt, wobei die zumindest zwei Aktuatoren (50) seitlich von der mechanisch wirksamen Funktionsschicht (11) und sich in Bezug auf die MEMS-Struktur (10) gegenüberliegend zwischen MEMS-Struktur (10) und Gehäuse (30) angeordnet sind.
10. MEMS-Vorrichtung (100) nach Anspruch 5, mit zumindest vier Aktuatoren (50), die in Wirkverbindung mit der MEMS-Struktur (10) und dem Gehäuse (30) sind und dazu eingerichtet sind, durch Expansion oder durch Kontraktion eine mechanische Spannung in die MEMS-Struktur (10), die den mindestens einen schwingend bewegbaren Abschnitt (12) der mechanisch wirksamen Funktionsschicht (11) umgibt, einzuleiten, wobei ein erster Aktuator (50) der zumindest vier Aktuatoren (50) an der Seite der mechanisch wirksamen Funktionsschicht (11) der MEMS-Struktur (10), ein zweiter Aktuator (50) der zumindest vier Aktuatoren (50) an der Seite der MEMS-Struktur (10), die der mechanisch wirksamen Funktionsschicht (11) gegenüberliegt, ein dritter und ein vierter Aktuator (50) der zumindest vier Aktuatoren (50) seitlich von der mechanisch wirksamen Funktionsschicht (11) und sich in Bezug auf die MEMS-Struktur (10) gegenüberliegend zwischen MEMS-Struktur (10) und Gehäuse (30) angeordnet sind.
11. MEMS-Vorrichtung (100) nach Anspruch 10, wobei der erste und der zweite Aktuator (50) dazu eingerichtet sind, durch Expansion eine mechanische Spannung in die MEMS-Struktur (10), die den mindestens einen schwingend bewegbaren Abschnitt (12) der mechanisch wirksamen Funktionsschicht (11) umgibt, einzuleiten und der dritte und der vierte Aktuator (50) dazu eingerichtet sind, durch Kontraktion eine mechanische Spannung in die MEMS-Struktur (10), die den mindestens einen schwingend bewegbaren Abschnitt (12) der mechanisch wirksamen Funktionsschicht (11) umgibt, einzuleiten, oder der erste und der zweite Aktuator (50) dazu eingerichtet sind, durch Kontraktion eine mechanische Spannung in die MEMS-Struktur (10), die den mindestens einen schwingend bewegbaren Abschnitt (12) der mechanisch wirksamen Funktionsschicht (11) umgibt, einzuleiten und der dritte und der vierte Aktuator (50) dazu eingerichtet sind, durch Expansion eine mechanische Spannung in die MEMS-Struktur (10), die den mindestens einen schwingend bewegbaren Abschnitt (12) der mechanisch wirksamen Funktionsschicht (11) umgibt, einzuleiten.
12. MEMS-Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 5 bis 11, wobei der in Wirkverbindung mit der MEMS-Struktur (10) befindliche Aktuator (50), der an der Seite der MEMS-Struktur (10), die der mechanisch wirksamen Funktionsschicht (11) gegenüberliegt, und/oder der seitlich von der mechanisch wirksamen Funktionsschicht (11) angeordnet ist, mit im Wesentlichen der gesamten Fläche der jeweiligen Seite der MEMS- Struktur (10) in Kontakt ist oder zumindest mit einem Teil der Fläche der jeweiligen Seite der MEMS-Struktur (10) in Kontakt ist.
13. MEMS-Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 5 bis 12, wobei der in Wirkverbindung mit der MEMS-Struktur (10) befindliche Aktuator (50), der an der Seite der MEMS-Struktur (10), die der mechanisch wirksamen Funktionsschicht (11) gegenüberliegt, und/oder der seitlich von der mechanisch wirksamen Funktionsschicht (11) angeordnet ist, aus zumindest zwei Teilaktuatoren (55) gebildet ist.
14. MEMS-Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 5 bis 13, wobei die Fläche des Aktuators (50), mit der der Aktuator (50) in Kontakt mit der MEMS- Struktur (10) ist, eine rechteckige, insbesondere eine quadratische, oder eine runde, insbesondere eine ringförmige Form aufweist.
15. MEMS-Vorrichtung (100) nach Anspruch 5, wobei der zumindest eine Aktuator (50), der mit der MEMS-Struktur (10) in Wirkverbindung steht, ringförmig ausgebildet ist und an der Seite der mechanisch wirksamen Funktionsschicht (11) zwischen MEMS-Struktur (10) und Gehäuse (30) angeordnet ist, und das Gehäuse (30) an der Seite, die der mechanisch wirksamen Funktionsschicht (11) gegenüberliegt, eine im Wesentlichen gewölbte Fläche aufweist, wobei die gewölbte Fläche des Gehäuses (30) dazu eingerichtet ist, mit der Seite der MEMS-Struktur (10), die der mechanisch wirksamen Funktionsschicht (11) gegenüberliegt, eine Punktauflage zu bilden, so dass durch Expansion des Aktuators (50) neben der Einleitung einer mechanischen Spannung in die MEMS-Struktur (10), die den mindestens einen schwingend bewegbaren Abschnitt (12) der mechanisch wirksamen Funktionsschicht (11) umgibt, zusätzlich eine Verformung der MEMS-Struktur (10) hervorrufbar ist.
16. MEMS-Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 5 bis 15, mit einer Abdeckung (20), die die mechanisch wirksame Funktionsschicht (11) abdeckt, wobei der Aktuator (50), der an der Seite der mechanisch wirksamen Funktionsschicht (11) der MEMS-Struktur (10) angeordnet ist, ringförmig ausgebildet und dazu eingerichtet ist, durch Expansion oder Kontraktion die mechanische Spannung über einen Randabschnitt der Abdeckung (20) in die MEMS-Struktur (10), die den mindestens einen schwingend bewegbaren Abschnitt (12) der mechanisch wirksamen Funktionsschicht (11) umgibt, einzuleiten.
17. MEMS-Vorrichtung (100) nach Anspruch 16, wobei die Abdeckung (20) die mechanisch wirksame Funktionsschicht (11) derart abdeckt, dass im Bereich des schwingend bewegbaren Abschnitts (12) der mechanisch wirksamen Funktionsschicht (11) ein Vakuum vorsehbar ist.
18. MEMS-Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die MEMS-Struktur (10), die die mechanisch wirksame Funktionsschicht (11) aufweist, eine im Wesentlichen runde Außenkontur aufweist, wobei der in Wirkverbindung mit der MEMS-Struktur (10) befindliche Aktuator (50) ringförmig ausgebildet, an der runden Außenkontur der MEMS-Struktur (50) angeordnet und dazu eingerichtet ist, durch Kontraktion eine mechanische Spannung über die runde Außenkontur der MEMS-Struktur (10) in die MEMS-Struktur (10), die den mindestens einen schwingend bewegbaren Abschnitt (12) der mechanisch wirksamen Funktionsschicht (11) umgibt, einzuleiten.
19. MEMS-Vorrichtung (100) nach Anspruch 18, wobei der ringförmige Aktuator (50), der in Wirkverbindung mit der MEMS-Struktur (10) ist, einen Luftspalt (51) aufweist.
20. MEMS-Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 18 oder 19, mit einem Gehäuse (30), das die MEMS-Struktur (10) und den ringförmigen Aktuator (50), der in Wirkverbindung mit der MEMS-Struktur (10) ist, umgibt.
21. MEMS-Vorrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der zumindest eine Aktuator (50) ein Piezo-Aktuator, insbesondere ein PZT-Aktuator ist.
22. MEMS-Vorrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der zumindest in eine Dimension schwingend bewegbare Abschnitt (12) eine verspiegelte Oberfläche aufweist, um darauf auftreffende elektromagnetische Strahlung zu reflektieren.
23. MEMS-Vorrichtung (100) nach Anspruch 3 und 22, wobei die MEMS-Struktur (10) ferner eingerichtet ist, Lissajous-Scan-Bewegungen auszuführen.
24. Verfahren zur Herstellung einer MEMS-Vorrichtung (100), mit:
- Bereitstellen einer MEMS-Struktur (10), die eine mechanisch wirksame Funktionsschicht (11) aufweist, wobei die mechanisch wirksame Funktionsschicht (11) zumindest einen Abschnitt (12) aufweist, der in zumindest einer Dimension schwingend bewegbar ist,
- Bereitstellen zumindest eines expandierbaren oder kontrahierbaren Aktuators (50), und
- Erzeugen einer Wirkverbindung zwischen der MEMS-Struktur (10) und dem zumindest einen Aktuator (50), so dass durch Expansion oder durch Kontraktion des Aktuators (50) eine mechanische Spannung in die MEMS-Struktur (10), die den mindestens einen schwingend bewegbaren Abschnitt (12) der mechanisch wirksamen Funktionsschicht (11) umgibt, einleitbar ist.
25. Verfahren nach Anspruch 24, mit
- BereitsteLLen eines Gehäuses (30), das dazu eingerichtet ist, die MEMS-Struktur (10) und den zumindest einen Aktuator (50) zu umgeben und eine Wirkverbindung mit der MEMS- Struktur (10) und dem zumindest einen Aktuator (50) einzugehen,
- Anordnen der MEMS-Struktur (10) und des zumindest einen Aktuators (50) in dem Gehäuse (30), und
- Erzeugen der Wirkverbindungen zwischen dem Gehäuse (30) und der MEMS-Struktur (10) und zwischen dem Gehäuse (30) und dem zumindest einen Aktuator (50), so dass durch Expansion oder durch Kontraktion des Aktuators (50) eine mechanische Spannung in die MEMS-Struktur (10), die den mindestens einen schwingend bewegbaren Abschnitt (12) der mechanisch wirksamen Funktionsschicht (11) umgibt, ei nleitbar ist.
26. Verfahren nach Anspruch 25, mit
- Vergießen der MEMS-Struktur (10) und des zumindest einen Aktuators (50), die in dem Gehäuse (30) angeordnet sind und mit sich und dem Gehäuse (30) jeweils in Wirkverbindung stehen, in dem Gehäuse (30) mittels eines Vergussstoffs (70), insbesondere eines kleberartigen Vergussstoffs.
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