微機械構件和用於製造微機械構件的方法

2023-12-08 03:14:56 4

微機械構件和用於製造微機械構件的方法
【專利摘要】本發明提供了一種微機械構件和一種用於製造微機械構件的方法。該構件具有：一框架(40)；一板簧(20)，其與所述框架(40)連接，並且板簧具有前側面(F20)和背側面(B20)，背側面與前側面(F20)背離；一反射鏡元件(10)，其布置在板簧(20)的前側面(F20)上並且與所述板簧(20)的前側面(F20)以如下方式連接，即，反射鏡元件(10)能調節地懸掛在框架(40)上；和至少一個壓電條(30、31)，至少一個壓電條與板簧(20)的背側面(B20)連接；其中，通過施加電壓到至少一個壓電條(30、31)上，板簧(20)能夠為了調節反射鏡元件(10)而彈性地變形。
【專利說明】微機械構件和用於製造微機械構件的方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種微機械構件，尤其是一種微機械反射鏡，以及涉及一種用於製造微機械構件，尤其是微機械反射鏡的方法。

【背景技術】
[0002]微機械反射鏡適用於多種應用，例如適用於微投影機或雷射雷達裝置。
[0003]在US 2011/0002022 Al中描述了一種用於適配光學掃描儀的共振頻率的方法。其中描述了一種光學掃描儀，該光學掃描儀具有帶兩個懸臂梁的主襯底本體、驅動裝置、反射鏡區段和夾緊裝置。反射鏡區段從主襯底本體中結構化出並且懸掛在兩個懸臂梁之間。該反射鏡區段可以就夾緊裝置而言通過以共振頻率激勵主襯底本體來調節。所述共振頻率通過主襯底本體的和/或夾緊裝置的結構上的變化來適配。
[0004]在這類光學掃描儀中，反射鏡區段的最大反射鏡面可以基於動態自身變形來限界，這些動態自身變形基於反射鏡面在高共振頻率下的增加的慣性矩來獲得。通常地，為了應用而容忍反射鏡面以待進行反射的光線的波長的10%的大小等級的最大變形。


【發明內容】

[0005]本發明公開了具有權利要求1的特徵的微機械構件和公開了具有權利要求10的特徵的用於製造微機械構件的方法。
[0006]發明優點
[0007]基於本發明的認識在於:與微機械板簧連接的並且在其上施加了電壓尤其是交流電壓的壓電條可以引起板簧的彈性變形。基於本發明的構思現在在於:以如下方式構造微機械構件，即，通過板簧的彈性變形能夠調節反射鏡元件，其中，所述反射鏡元件布置在板簧的前側面上。由此也可以很大程度上沒有動態自身變形地轉動具有大的進行反射的表面的反射鏡元件。例如，該進行反射的表面可以為3.5mm2或更多，其中，進行反射的表面的動態自身變形同時例如可以少於可見光的波長的10%或少於0.1ym0
[0008]以這種方式可以以非常有效和精確的方式共振式驅動所述微機械反射鏡。也就是說，板簧的彈性變形可以通過利用共振頻率進行的交流電激勵來實現。由此可以比通過靜態效果獲得明顯較強的變形。在此，板簧的共振頻率和板簧的振動模的模譜(Modenspektrum)與板簧的具體設計和與該板簧連接的元件的具體設計相關。
[0009]在使用壓電條用於調節功能元件的情況下的能量產量可以為大致90%，因為例如與磁性驅動裝置相比，在比例上可以產生明顯較少的焦耳熱。此外可以通過使用壓電條實現特別小的進而成本低廉的結構形式。
[0010]通過構造特別薄的壓電條可以減少該壓電條的機械負載，尤其是機械應力。對於板簧的有效變形也可以是有利的，如果壓電條構造有如構造為條的板簧那樣的類似厚度的話。
[0011]作為用於壓電條的材料尤其合適的是鋯鈦酸鉛壓電陶瓷(PZT)。板簧可以由任何彈性材料製成，例如由金屬或玻璃製成，優選由矽或者說多晶矽或多晶體(Epipoly)製成。所述板簧但是也可以具有多種彈性材料的組合。
[0012]有利的實施方式和改進方案從從屬權利要求以及說明書中參考附圖得出。
[0013]根據一優選的改進方案，在板簧中，連續地從板簧的前側面直至板簧的背側面構造至少一個狹縫。通過板簧的這樣的或類似的結構化可以優化該板簧的模譜和/或最小化到該板簧上的應力。
[0014]根據另一優選的改進方案，板簧在該板簧的前側面的至少兩個彼此間隔開的區段上，尤其在板簧的相對置的區段上直接與所述框架連接。這類在兩側上夾緊的板簧可以具有多個優點:尤其地，在兩側上被夾緊的板簧可以比在一側上被夾緊的板簧具有明顯較高的彈性常數，例如以180的係數高於在一側上被夾緊的板簧。所述在兩側上被夾緊的板簧因此可以非常薄地設計。材料越薄，在相同表面變形時的應力可以越小。
[0015]隨著「直接與框架連接」或「在兩側上被夾緊」應當也包括:板簧和框架由一種和相同的材料製成和例如從相同的襯底被結構化出。這樣的均勻的構造可以對於應力在板簧表面上的分布是有利的。此外可以在製造時以這種方式節省成本。在附圖的圖中隨後描述了變型方案，其中，板簧作為獨立構造的層與所述框架連接，因此在正視圖中「搭接」所述框架。但是顯而易見地，構件在「框架」和「板簧」中的分開也可以純想像地例如為簡化描述的目的被理解。如果板簧自由振動地構造，也就是說該板簧非直接與框架連接，那麼這具有這樣的優點，即，在夾緊部上，很少的應力作用到板簧上。根據另一優選的改進方案，功能元件是一微反射鏡，該微反射鏡具有進行反射的表面。根據另一優選的改進方案，功能元件能夠以如下方式被調節，即，該功能元件能夠至少繞一轉動軸線轉動。功能元件可以沿著該轉動軸線具有一中間強化部，該中間強化部可以使構件更耐用並且同時具有儘可能小的慣性矩。有利地，該構件這樣地構造，使得轉動軸線儘可能靠近進行反射的表面。
[0016]根據另一優選的改進方案，板簧基本上構造為扁平的直角平行六面體。所述轉動軸線平行於所述板簧的前側面並且垂直於未變形的板簧的一稜邊布置，其中，該稜邊是該直角平行六面體的最長稜邊。
[0017]根據另一優選的改進方案，板簧基本上構造為扁平的直角平行六面體。所述轉動軸線平行於未變形的板簧的一稜邊布置，其中，該稜邊是該直角平行六面體的最長稜邊。
[0018]根據另一優選的改進方案，在板簧的前側面和反射鏡兀件之間構造有一扭簧，該扭簧與板簧的前側面、反射鏡元件和框架連接。替代該扭簧或附加於扭簧也可以設置一彎曲彈簧。這樣的彎曲彈簧和/或扭簧可以對稱於或非對稱於轉動軸線布置和構造並且可以具有不同的厚度。
[0019]根據另一優選改進方案，所述反射鏡元件通過多個彼此間隔開的連接部位，優選通過至少三個彼此間隔開的連接部位與所述板簧的前側面連接。連接部位可以是構造為微反射鏡的反射鏡元件的腳點。在此，但是也可以例如是粘接部位。所述反射鏡元件可以間接或直接與板簧的前側面連接。
[0020]根據另一優選的改進方案，所述微機械構件具有一探測裝置。該探測裝置包括至少一個壓阻(piezoresistiv)元件。所述壓阻元件以如下方式構造和布置，即，所述至少一個壓阻元件的電阻能夠通過板簧的變形來改變。所述探測裝置此外包括導體線路，所述至少一個壓阻元件的電阻能夠通過這些導體線路獲知，用於確定板簧的變形。這樣的壓阻元件可以是無滯後的並且可以實現具有明顯的信號的探測。有利地，壓阻元件構造在板簧中。由此，製造可以變得更成本低廉並且測量可以變得更精確。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]下面參照在附圖的示意圖中示出的實施例詳細闡釋本發明。其中:
[0022]圖1A-1D示出了根據第一實施方式的微機械構件的示意圖；
[0023]圖2A-2C示出了用於構成連接部位的多個示意替換方案，通過這些連接部位將反射鏡元件固定在板簧的前側面上；
[0024]圖3A-3C示出了根據第二實施方式的微機械構件的示意圖；
[0025]圖4示出了根據第三實施方式的微機械構件的示意側視圖；
[0026]圖5示出了從後到根據第四實施方式的微機械構件上的示意正視圖；
[0027]圖6A-6C示出了根據第五實施方式的微機械構件的示意圖；
[0028]圖7A-7C示出了根據第六實施方式的微機械構件的示意圖；
[0029]圖8示出了從後到根據第七實施方式的微機械構件上的示意正視圖；
[0030]圖9示出了根據第八實施方式的具有探測的微機械構件的示意接線圖；
[0031]圖10示出了從斜後到根據第九實施方式的微機械構件上的示意正視圖；和
[0032]圖11示出了從斜後到根據第十實施方式的微機械構件上的示意正視圖。
[0033]除非另有說明，在所有附圖中，相同的或功能相同的元件和裝置設有相同的附圖己 O

【具體實施方式】
[0034]圖1A示出了從前面到根據第一實施方式的微機械構件上的示意正視圖。
[0035]該構件具有框架40，該框架根據圖1A構造為矩形的框架40，其具有框架40的四個從第一到第四的子區段41、42、43、44。第一和第三子區段41、43彼此相對置並且平行於彼此地構造有相同的尺寸設定。第二和第四子區段42、44彼此同樣平行地對置並且基本上構造有相同的尺寸設定。要指出的是，框架40也可以假設任意另外的適宜形狀，例如橢圓形狀或具有第一至第四區段41、42、43、44的另外尺寸設定的矩形形狀。
[0036]一板簧20與框架40連接。該板簧基本上構造為矩形條，也就是說構造為扁平直角平行六面體。所述板簧20具有前側面F20，該前側面是該直角平行六面體的最大側表面。
[0037]根據第一實施方式，所述微機械構件具有構造為微反射鏡10的反射鏡元件10。所述反射鏡兀件10具有一反射鏡盤14,該反射鏡盤具有一進行反射的表面16。所述反射鏡元件10與板簧20的前側面F20以如下方式連接，即，所述進行反射的表面從所述板簧的前側面F20向前指向。
[0038]所述反射鏡元件10可繞轉動軸線D轉動。該轉動軸線D在如下的區域之內平行於板簧20的前側面F20，在該區域上，所述反射鏡元件10與所述板簧20的前側面F20連接。有利地，所述轉動軸線D在進行反射的表面16附近。轉動軸線D還垂直地在板簧20的最長稜邊上伸出。根據第一實施方式，轉動軸線D到板簧20的前側面F20上的幾何投影是前側面F20的最長稜邊的中間垂直線並且還是前側面F20的對稱軸線。
[0039]根據第一實施方式，進行反射的表面16在反射鏡盤14的整個側表面上延伸。所述反射鏡盤14以如下方式構造，即，框架40到平行於板簧20的前側面F20的一平面上的幾何投影圍住反射鏡盤14到相同平面上的幾何投影，而不接觸其。反射鏡盤14到平行於板簧20的前側面F20的那個平面上的幾何投影搭接板簧20到相同平面上的幾何投影，其中，兩個投影中的任何一個投影都沒有完全搭接對應的另一個投影。
[0040]圖1B示出了根據第一實施方式的微機械構件的示意側視圖。
[0041]根據圖1B，所述板簧20具有一背離所述前側面F20的背側面B20。在板簧20的背側面B20處或上構造有一隔離層2，尤其是一氧化層2。在所述氧化層2處或上構造有第一壓電條和第二壓電條30、31。每個壓電條30、31和氧化層2之間構造有扁平的第一電極4-1、6-1,尤其是由金屬製成,用於分別電接觸一壓電條30、31。第一電極4-1、6-1例如可以通過將金屬層施加到氧化層2上並且接下來將該金屬層結構化來構成。分別在第一和第二壓電條30、31的背離一個或多個第一電極4-1、6-1的側面上構成各一個第二電極4-2、6-2。通過第一電極4_1、6_1中的各一個和第二電極4_2、6_2中的各一個可以在各一個壓電條上垂直於板簧20的背側面B20施加各一個電壓。到第一和第二電極4-1、4-2、6-1、6_2上的電壓可以通過線路軌跡(未示出)來施加並且尤其可以是交流電壓。
[0042]壓電條30、31彼此間隔開地分別以它們的側表面之一扁平地分別與第一電極中的一個電極和第二電極中的一個電極4-1、4-2、6-1、6_2連接,該側表面是對應的壓電條的最大的側表面。第一和第二電極4-1、4-2、6-1、6-2沿與所述板簧的背側面B20平行的方向的尺寸設定分別可以與鄰接對應的電極的壓電條30、31的沿該方向的尺寸設定一致。第一和第二壓電條30、31中的每個壓電條到平行於板簧20的前側面F20的一平面上的幾何投影分別搭接所述框架40到相同平面上的投影。
[0043]所述反射鏡元件10除了反射鏡盤14之外還具有一間隔元件12，該間隔元件在該間隔元件12的第一側面上與板簧20的前側面F20連接並且在該間隔元件12的第二側面上與反射鏡盤14連接。由此，該間隔元件12提高了板簧20的前側面F20和反射鏡盤14的進行反射的表面16之間的間距。所述間隔元件12可以賦予反射鏡盤14較大的可運動性。
[0044]圖1C示出了從後到根據第一實施方式的微機械構件上的示意正視圖。根據圖1C，第一和第二壓電條30、31關於轉動軸線D對稱地布置在板簧20的背側面B20上。所述第一和第二電極4-1、6-1、4-2、6_2為了概覽起見未不出。
[0045]圖1D示出了在如下狀態下的根據第一實施方式的微機械構件的示意側視圖，在該狀態下，交流電壓垂直於板簧20的背側面B20施加到第一和第二電極4-1、6-1、4-2、6_2上。
[0046]基於壓電條30、31的根據板簧20的共振振動模、平行於板簧20的背側面B20的由於交流電壓所引起的擴展和壓縮，在板簧20的不同的區段上產生不同的彎曲K1、K2。
[0047]例如，在板簧20的布置在第一壓電條30附近的那個區段上的第一彎曲Kl可以是凸的，並且在板簧20的布置在第二壓電條31附近的那個區段上的第二彎曲K2可以是凹的或其它方式。彈性變形的板簧20根據圖1D在它的中部，在轉動軸線D的區域中假設為一能表示為S形的經變形的形狀。作為其結果調節了所述反射鏡元件10，尤其是繞轉動軸線D轉動。轉動角度α在此也與施加到壓電條30、31上的交流電壓相關。通過施加到壓電條30、31上的電壓的極性和該電壓的電壓強度尤其可以確定繞轉動軸線D的轉動方向，在圖1D中向左或向右，並且確定轉動角度α的數值。但是，通過有目的地操控所述板簧20的特定的振動模也可以實現繞多個轉動軸線的轉動。板簧20和/或壓電條30、31以及該微機械構件的其它元件可以這樣構造和布置，使得存在這樣的振動模。
[0048]根據第一實施方式，在壓電條30、31的情況下充分使用了:在壓電元件上的機械力(也就是壓電力)可以垂直於施加的電壓或電場起作用。
[0049]圖2Α至2C示出了用於構成連接部位60、60』、60"的多個示意替換方案，通過這些連接部位可以將反射鏡元件10固定在板簧的前側面F20上或與其連接。根據圖2Α，第一連接部位60可以在板簧20的整個寬度上延伸，例如以矩形條的形式。根據圖2D可以替代第一連接部位60將第二連接部位60』橢圓形並且在板簧20的對稱中心和/或反射鏡盤14到所述板簧20上的幾何投影的對稱中心上布置。
[0050]根據圖2C可以構造多個第三連接部位60"。這些第三連接部位60"可以彼此間隔開地以橢圓形狀沿著轉動軸線D到板簧20的前側面F20上的幾何投影布置或構造。第一和/或第二連接部位60、60』也可以沿著軸線D到前側面F20上的投影布置，其中，該投影可以表示連接部位60、60』、60"的對稱軸線。可以設置:反射鏡元件10的與板簧20的前側面F20連接的那個部件，例如間隔元件12這樣地構造，使得構造了連接部位60、60』、60"的上面所述的變型方案中的一個。所述連接部位60、60』、60"分別可以是結合區域，例如用於通過共晶鍵合或通過「密封玻璃結合」的連接。替換地，但是也可以將粘接劑以用於連接部位60、60』、60"的上述變型方案的形式施加到前側面F20上。在該情況下，藉助於粘接劑與前側面F20連接的反射鏡元件10也可以具有任意另外的形狀。在圖2C中，所述第一和第二電極4-1、6-1、4-2、6-2為了概覽起見未示出。間隔元件12和/或反射鏡盤14也可以單體式地與板簧一起以如下方式被結構化，g卩，所述連接部位60、60』、60"如上述那樣被獲得。
[0051]圖3A示出了從前面到根據第二實施方式的微機械構件上的示意正視圖。圖3B示出了一示意側視圖，並且圖3C示出了從後到根據第二實施方式的微機械構件上的示意正視圖。
[0052]根據圖3A，板簧21與前述的實施方式不同地具有兩個從板簧21的前側面F21至板簧21的背側面B21的連續的狹縫50。這些狹縫50虛線地畫入，這是因為它們從前面本身不能看到。這兩個狹縫50對稱於轉動軸線D到板簧21的前側面F21上的幾何投影被布置在板簧21的如下區域中，該區域沒有由壓電條30、31遮蓋。這些狹縫50如圖3A中示出的那樣可以是板簧21中的矩形留空部，但是也例如可能的是圓形的留空部或另外成形的留空部。這些狹縫50或留空部可以用於作用到板簧21上的負載的最小化或用於板簧21的模譜的優化。尤其地可以減少應力最大值(Spannungsmaxima)。通過構成狹縫50或留空部也可以設定板簧的共振頻率。
[0053]為了準確設計板簧21的狹縫50或留空部可以執行板簧21的模譜的試驗。根據圖3A，所述板簧21還以如下方式構造，即，反射鏡盤14到平行於板簧21的前側面F21的一平面上的幾何投影由前側面F21到相同平面上的幾何投影完全蓋住。由此可以使反射鏡元件10繞轉動軸線D的精確轉動能夠實現。在圖3C中，所述第一和第二電極4-1、6-1、4-2、6-2為了概覽起見未示出。
[0054]圖4示出了根據第三實施方式的微機械構件的示意側視圖。
[0055]根據第三實施方式，轉動軸線D與板簧20的對稱軸線不一致地布置。尤其地，反射鏡元件10的轉動軸線D以如下方式布置，即，轉動軸線D到平行於板簧20的前側面F20的一表面上的幾何投影切割第一壓電條32到該平面上的幾何投影。反射鏡元件10繞轉動軸線D的轉動可以由此而還要更精確地被控制。根據第三實施方式，與前述實施方式不同地，第二壓電條33比第一壓電條32沿如下的方向更短地構造，該方向在轉動軸線D上垂直並且平行於板簧20的最長稜邊。
[0056]圖5示出了從後到根據第四實施方式的微機械構件上的示意正視圖。
[0057]與之前的實施方式和圖不同地，根據圖5的板簧22具有一改變的形狀。板簧22垂直於板簧22的背側面B22具有這樣的橫截面，該橫截面沿平行於背側面B22的方向向轉動軸線D去地對稱地變細並且在轉動軸線D的另一邊對稱地又擴寬。沿垂直於背側面B22的方向的、相應於板簧22的厚度的橫截面高度在此不必改變。在從後的該正視圖中，板簧22的背側面B22的形狀可以粗略地被描述為「沙漏形」。此外，與之前的根據圖1A至圖4的實施方式相反，與板簧22的背側面B22的表面相比在面積上構成了較小的壓電條34、35。在從上到根據圖5的微機械構件上的正視圖中，壓電條34、35既不搭接板簧22的稜邊又不搭接框架40。為了概覽性起見，圖5中未示出第一和第二電極4-1、6-1、4-2、6-2。
[0058]壓電條34、35如也在第一和第二實施方式中那樣彼此間隔開地分別布置在背側面B22的一從轉動軸線D看不同的側面上。通過將根據第四實施方式的轉動軸線D布置在一由板簧22的橫截面以最小的橫截面面積撐開的平面中並且此外布置得平行於板簧22的背側面B22可以使得板簧22在轉動軸線D附近的用於調節反射鏡元件10的S形變形(見圖1D)變得容易。根據第四實施方式的板簧22的結構化還可以有利於優化運動形式、光學光路和/或(幹擾)模。
[0059]圖6A示出從前面到根據第五實施方式的微機械構件上的示意正視圖。
[0060]第五實施方式基本上是第一實施方式的一變型方案，其中，與該第一實施方式不同地，在板簧23的前側面F23和反射鏡元件10之間構造有一扭簧23』，該扭簧與板簧23的前側面F23、反射鏡元件10』和框架40連接。根據圖6A，扭簧23』與框架40的兩個彼此相對置的子區段41、43連接。扭簧23』構造為長形的條，該長形的條的縱向軸線布置得平行於反射鏡兀件10的轉動軸線D。板簧23如第一實施方式中那樣構造為長形的條。板簧23和扭簧23』的厚度，也就是垂直於板簧23的前側面F23的擴展可以彼此獨立地變化，以便進一步優化該構件的運動形式和/或(幹擾)模。扭簧23』的縱向軸線和轉動軸線D到平行於板簧23的前側面F23的一表面上的幾何投影垂直於板簧23的最長稜邊到該平面上的幾何投影。
[0061]圖6B示出了根據第五實施方式的微機械構件的示意側視圖。
[0062]根據圖6B，扭簧23』通過該扭簧23』的背側面B23』與板簧23的前側面F23連接。反射鏡元件10的間隔元件12直接與扭簧23的與背側面B23』背離的前側面F23』連接，其中，反射鏡元件10類似於之前的實施方式地構成。
[0063]根據圖6B，板簧23僅間接通過扭簧23』與框架40連接。雖然板簧23與框架40的所有子區段41、42、43、44間隔開地構造，但是該板簧儘管如此在從前面的正視圖中超出框架40的彼此對置的子區段42、44。
[0064]圖6C示出了從後到根據第五實施方式的微機械構件上的示意正視圖。出於概覽性，在圖6C中未不出第一和第二電極4-1、6-1、4-2、6-2。
[0065]圖7A示出了從前面到根據第六實施方式的微機械構件上的示意正視圖。
[0066]第六實施方式是第五實施方式的一變型方案,其中，與第五實施方式不同地，板簧24與框架40相比以及與反射鏡盤14的進行反射的表面16相比在比例上較小地構造。尤其地，在從前的根據第六實施方式的微機械構件上的正視圖中，板簧24的前側面F24沒有一個地方搭接所述框架40。也就是說，框架40到平行於前側面F24的一平面上的幾何投影圍住板簧24到該平面上的幾何投影，而不接觸它。板簧24因此沒有在任何側面上夾緊，而是僅通過扭簧23』懸掛在框架40上。該實施方式可以賦予反射鏡元件10特別的運動自由性，從而使得即使繞轉動軸線D的強的偏移可以是可行的。此外，板簧24上的應力減少，這是因為該板簧既不具有夾緊部位又不在其變形時被拉伸。固定保持板簧24的扭簧23』有利地布置在板簧24的中部。扭簧23』的另一有利的布置沿平行於板簧24的前側面F24和垂直於轉動軸線D的一方向處在板簧24的擴展的例如13%或87%，那裡可以是振動模的節點。
[0067]圖7B示出了根據第六實施方式的微機械構件的示意側視圖。扭簧23』的背側面B23』根據第六實施方式直接與板簧24的前側面F24連接。圖7C示出了從後到根據第六實施方式的微機械構件上的不意正視圖。出於概覽性，在圖7C中未不出第一和第二電極4-1、6-1、4-2、6-2。
[0068]圖8示出了從後面到根據第七實施方式的微機械構件上的示意正視圖。
[0069]所述第七實施方式是第一實施方式的一變型方案。與第一實施方案不同地，在第七實施方式中，在板簧20的背側面B20上構造有三個第一壓電條36和三個第二壓電條37。每個壓電條36、37與每個另外的壓電條36、37間隔開。第一和第二壓電條36、37分別構造為矩形條。這些第一壓電條36從轉動軸線D到背側面B20上的幾何投影出發全部處在板簧20的背側面B20的第一側上。第二壓電條37全部處在背側面B20的相應的另一側上。根據第七實施方式，在從後的到微機械構件上的正視圖中，所有壓電條36、37部分地搭接所述框架40。彼此分別間隔開的壓電條36、37的構造可以對於優化所述運動形式、光學光路和/或(幹擾)模是有利的。
[0070]圖9示出了根據第八實施方式的具有探測的微機械構件的示意接線圖。根據第八實施方式，在微機械構件上設置有一探測裝置70。藉助於探測裝置70可以得到關於板簧25的當前變形的信息。根據這樣得到的信息可以調節一個電壓或多個電壓到壓電條上的施力口，從而使得能夠施加具有板簧的共振頻率的交流電激勵。探測裝置70可以如圖9中示意示出的那樣有利地是板簧25本身，在該板簧中構造有壓阻元件72-1、72-2、74-1、74-2。例如可以將這些壓阻元件72-1、72-2、74-1、74-2擴散到板簧25的材料、例如矽中。
[0071]根據第八實施方式，轉動軸線D到板簧25的未變形的前側面或背側面上的幾何投影將板簧25分成兩個相同大小的半部。在板簧25的第一以這種方式限定的半部中、處或上構造有兩個第一壓阻元件72-1、72-2並且在板簧25的第二半部中、處或上構造有兩個第二壓阻元件74-1、74-2。第一壓阻元件72-1、72-2相對彼此平行地布置並且第二壓阻元件74-1、74-2相對彼此平行地布置。藉助於導體線路76將第一和第二壓阻條72_1、72_2、74-1、74-2接線到一個惠斯通電橋中。
[0072]通過第一壓阻元件72-1、72_2電連接到其上的第一電極M和第二壓阻元件74_1、74-2電連接到其上的第二電極P可以施加探測電壓。在轉動軸線D的區域中，在第一節點78-1和第二節點78-2之間分接和測量輸出電壓U_out。第一節點78_1在第一壓阻元件之一72-1和第二壓阻元件之一 74-1之間電接入。第二節點78-2在第一壓阻元件中另一個72-2和第二壓阻元件中另一個74-2之間接入。
[0073]在板簧25的S形變形(參見圖1D)的情況下，第一和第二壓阻元件72_1、72_2、74-1、74-2可以不同地沉入或延伸。例如，板簧25的第一半部可以凹地變形並且板簧25的第二半部可以凸地變形或以其他方式。第一和第二壓阻元件72-1、72-2、74-1、74-2的電阻的由此獲得的不同影響了在惠斯通電橋上分接的輸出電SU_out。根據預先確定的參數可以基於輸出電壓U_out推斷出板簧25的當前的變形。根據第八實施方式所描述的探測裝置70也可以在所有另外所描述的實施方式的情況下有利地使用。板簧25的第一和第二半部不必是相同大小的。
[0074]圖10示出了從斜後面到根據第九實施方式的微機械構件上的示意正視圖，其中，板簧20彈性變形地示出。與板簧20連接的反射鏡元件10』為了優化在板簧變形情況下的反射鏡變形而臺階形地構造有作為最寬的臺階的反射鏡盤14。
[0075]圖11示出了從後面到根據第十實施方式的微機械構件上的示意正視圖。
[0076]根據第一至第九的實施方式,板簧20 ；21 ；23 ；24 ；25如已描述的那樣基本上構造為扁平的直角平行六面體，其中，轉動軸線D平行於板簧20 ；21 ；22 ；23 ；24的前側面F20 ；F21 ；F22 ；F23 ;F24並且垂直於未變形的板簧20 ；21 ；22 ；23 ；24的一稜邊布置，其中，該稜邊是直角平行六面體的最長稜邊。根據第九實施方式，板簧25基本上同樣構造為扁平的直角平行六面體。但是，轉動軸線D平行於未變形的板簧25的最長稜邊構造。由此可以實現板簧25的較大剛性或彈性常數。
[0077]雖然本發明根據優選的實施例前述地被描述，但是本發明不局限在其上，而是可以以多種多樣的方式變化。尤其地，本發明可以各種各樣地改變或變化，而不偏離本發明的核心。
[0078]例如，板簧可以構造為連續的膜，尤其是構造為具有在0.5μπι和1.5μπι之間的範圍中的厚度的薄的膜，這可以簡化工藝化。也就是說，板簧可以在從前面或從後面的正視圖中，在所有平行於板簧前側面的方向上延伸直至框架上並且與框架直接鄰接。特別有利和成本低廉地可以在該情況下，框架和板簧從相同的襯底中結構化出，例如蝕刻出。
[0079]用於構成框架和/或板簧的蠶食過程(Trenchprozess)可以在製造方法的末尾進行，從而使得可以利用光刻標準方法從後，即在板簧的(稍後的)背側面上進行微機械構件的整個結構化。
[0080]探測裝置70例如也可以構造為附加的探測層，該探測層例如可以構造在板簧20的前側面或背側面F20、B20上，板簧20和隔離層2之間或隔離層20的背側面B20上。
【權利要求】
1.微機械構件，其具有: 一框架(40)； 一板簧(20 ;21 ；22 ；23 ；24 ;25)，所述板簧與所述框架(40)連接，並且所述板簧具有前側面(F20 ；F21 ；F23 ；F24)和背側面(B20 ；B21 ；B22 ；B23 ;B25)，所述背側面與所述前側面(F20 ；F21 ；F23 ；F24)背離； 一反射鏡元件(10 ; 10』)，所述反射鏡元件布置在所述板簧(20 ;21 ；22 ；23 ；24)的前側面(F20 ；F21 ；F23 ；F24)上並且與所述板簧(20 ；21 ；22 ；23 ；24 ；25)的前側面(F20 ；F21 ；F23 ；F24)通過一間隔元件(12)以如下方式連接，即，所述反射鏡元件(10 ;10，)能調節地懸掛在所述框架(40)上，其中，所述反射鏡元件(10 ;10』)具有一進行反射的表面(16)，所述進行反射的表面至少藉助於所述間隔元件(12)與所述板簧(20 ；21 ；22 ；23 ；24 ；25)的前側面(F20 ；F21 ；F23 ；F24)間隔開；和 至少一個壓電條(30、31 ;32、33 ;34、35 ;36、37)，所述至少一個壓電條與所述板簧(20 ;21 ；22 ；23 ；24 ；25)的背側面(B20 ；B21 ；B22 ；B23 ；B25)連接； 其中，通過施加電壓到所述至少一個壓電條(30,31 ;32、33 ;34、35 ;36、37)上，所述板簧(20 ;21 ；22 ；23 ；24 ；25)能夠為了調節所述反射鏡元件(10 ;10』)而彈性地變形。
2.根據權利要求1所述的裝置，其中，在板簧(21)中，連續地從所述板簧(21)的前側面(F21)直至所述板簧(21)的背側面(B21)構造至少一個狹縫(50)。
3.根據前述權利要求1或2所述的裝置，其中，所述板簧(20;21；22)在它的前側面(F20 ；F21 ；F22)的至少兩個彼此間隔開的區段上直接與所述框架(40)連接。
4.根據前述權利要求1至3之一所述的裝置，其中，所述反射鏡元件(10;10』)能夠以如下方式調節，即，所述反射鏡元件能夠至少繞一轉動軸線(D)轉動。
5.根據權利要求4所述的裝置，其中，所述板簧(20；21 ；22 ；23 ;24、25)基本上構造為直角平行六面體並且所述轉動軸線(D)平行於所述板簧(20 ;21 ；22 ；23 ；24 ；25)的前側面(F20 ；F21 ；F22 ；F23 ；F24)並且垂直於未變形的板簧(20 ；21 ；22 ；23 ；24 ；25)的一稜邊布置，其中，該稜邊是該直角平行六面體的最長稜邊。
6.根據前述權利要求4或5所述的裝置，其中，所述板簧(25)基本上構造為直角平行六面體並且所述轉動軸線(D)平行於所述板簧(25)的背側面(B25)並且平行於未變形的板簧(25)的一稜邊,其中，該稜邊是該直角平行六面體的最長稜邊。
7.根據前述權利要求1至6之一所述的裝置，其中，在所述板簧(23;24)的前側面(F23 ；F24)和所述反射鏡元件(10』)之間構造有一扭簧(23』)，所述扭簧與所述板簧(23 ；24)的前側面(F23 ;F24)、所述反射鏡元件(10』)和所述框架(40)連接。
8.根據前述權利要求1至7之一所述的裝置，其中，所述反射鏡元件(10;10』)通過多個彼此間隔開的連接部位￠0")，優選通過至少三個彼此間隔開的連接部位￠0")與所述板簧(20)的前側面(F20)連接。
9.根據前述權利要求1至8之一所述的裝置，其中，所述微機械構件具有一探測裝置(70)，所述探測裝置具有: 至少一個壓阻元件(72-1、72-2、74-1、74-2)，所述至少一個壓阻元件以如下方式構造和布置，即，所述至少一個壓阻元件(72-1、72-2、74-1、74-2)的電阻能夠通過所述板簧(20 ；21 ；22 ；23 ；24 ；25)的變形來改變；和 導體線路(76)，所述至少一個壓阻元件(72-1、72-2、74-1、74-2)的電阻能夠通過這些導體線路獲知，用於確定所述板簧(20 ;21 ;22 ;23 ;24 ；25)的變形。
10.用於製造微機械構件的方法，所述方法具有: 構造一框架(40)和一板簧(20 ;21 ；22 ；23 ；24 ;25)，所述板簧與所述框架(40)連接，並且所述板簧具有前側面(F20 ；F21 ；F23 ；F24)和背側面(B20 ；B21 ；B22 ；B23 ;B25)，所述背側面與所述前側面(F20 ；F21 ；F23 ；F24)背離； 在所述板簧(20 ；21 ；22 ；23 ；24 ；25)的前側面(F20 ；F21 ；F23 ；F24)上構造一反射鏡元件(10 ;10』)，所述反射鏡元件與所述板簧(20 ;21 ；22 ；23 ；24 ；25)的前側面(F20 ；F21 ；F23 ；F24)通過一間隔元件(12)以如下方式連接，即，所述反射鏡元件(10 ;10，)能調節地懸掛在所述框架(40)上，其中，所述反射鏡元件(10 ; 10』)具有一進行反射的表面(16)，所述進行反射的表面至少藉助於所述間隔元件(12)與所述板簧(20 ；21 ；22 ；23 ；24 ；25)的前側面(F20 ；F21 ；F23 ；F24)間隔開； 構造至少一個壓電條(30、31 ;32、33 ;34、35 ;36、37)，所述至少一個壓電條與所述板簧(20 ；21 ；22 ；23 ；24 ；25)的背側面(B20 ；B21 ；B22 ；B23 ；B25)以如下方式連接，即，通過施加電壓到所述至少一個壓電條(30、31 ;32、33 ;34、35 ;36、37)上能夠為了調節所述反射鏡元件(10 ;10，)而使所述板簧(20 ；21 ；22 ；23 ；24)彈性地變形。
【文檔編號】B81C3/00GK104418290SQ201410424715
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2014年8月26日 優先權日:2013年8月28日
【發明者】S·安布魯斯特, H·格魯特傑克, F·沙茨, J·穆霍, F·N·恩吉蒙齊, J·巴德爾, K·德塞爾, R·施特勞布 申請人:羅伯特·博世有限公司