DE60319331T2 - Vorrichtung, Verfahren und System, um höheren mechanischen Schutz an dünnen Balken zu schaffen - Google Patents

Vorrichtung, Verfahren und System, um höheren mechanischen Schutz an dünnen Balken zu schaffen Download PDF

Info

Publication number
DE60319331T2
DE60319331T2 DE60319331T DE60319331T DE60319331T2 DE 60319331 T2 DE60319331 T2 DE 60319331T2 DE 60319331 T DE60319331 T DE 60319331T DE 60319331 T DE60319331 T DE 60319331T DE 60319331 T2 DE60319331 T2 DE 60319331T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
micromechanical
arrangement according
micromechanical beam
support structures
protective structure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
DE60319331T
Other languages
English (en)
Other versions
DE60319331D1 (de
Inventor
Zhiyu Mountain View Pan
Wilhelm Mountain View Frey
Andreas Niendorf
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of DE60319331D1 publication Critical patent/DE60319331D1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE60319331T2 publication Critical patent/DE60319331T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/0816—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements
    • G02B26/0833—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B3/00—Devices comprising flexible or deformable elements, e.g. comprising elastic tongues or membranes
    • B81B3/0064—Constitution or structural means for improving or controlling the physical properties of a device
    • B81B3/0067—Mechanical properties
    • B81B3/007—For controlling stiffness, e.g. ribs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
    • B81B2201/04—Optical MEMS
    • B81B2201/042—Micromirrors, not used as optical switches
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2203/00—Basic microelectromechanical structures
    • B81B2203/01—Suspended structures, i.e. structures allowing a movement
    • B81B2203/0109—Bridges
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2203/00—Basic microelectromechanical structures
    • B81B2203/01—Suspended structures, i.e. structures allowing a movement
    • B81B2203/0145—Flexible holders
    • B81B2203/0154—Torsion bars
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2203/00—Basic microelectromechanical structures
    • B81B2203/05—Type of movement
    • B81B2203/058—Rotation out of a plane parallel to the substrate

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Micromachines (AREA)
  • Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)

Description

  • ERFINDUNGSGEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen mikromechanischen Balken oder eine Federkonfiguration zur Verwendung mikromechanischer Anwendungen, mikromechanischer Spiegel.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Das veröffentlichte deutsche Patent mit der Anmeldungsnummer 198 51 667 bezieht sich auf eine Grundkonfiguration einer mikromechanischen Spiegelanordnung, bei der eine mikromechanische Spiegelplatte mittels einem oder mehreren Torsionsbalken oder Balkenfedern frei aufliegend ist. Um große Auslenkwinkel der Spiegelplatte zu gestatten, müssen die Torsionsbalken möglicherweise dünn und lang sein, wodurch sie zum Bruch neigen.
  • Das veröffentlichte deutsche Patent mit der Anmeldungsnummer 199 63 382 und das veröffentlichte deutsche Patent mit der Anmeldungsnummer 199 41 045 beziehen sich auf eine Abänderung, die eine robustere Konfiguration der mikromechanischen Spiegelanordnung bereitstellen kann. Die Abänderung kann die Beanspruchung der mikromechanischen Torsionsbalken entlasten, wenn die mikromechanische Spiegelplatte in eine zur Ebene der mikromechanischen Spiegelplatte vertikale Richtung bewegt wird, aber nicht, wenn die mikromechanische Spiegelplatte in eine zur mikromechanischen Spiegelplatte parallele, oder eine in gleicher Ebene verlaufenden, Richtung bewegt wird. Um die Robustheit weiter zu erhöhen kann die Dicke der mikromechanischen Balken erhöht und/oder ihre Länge verringert werden. Solche Änderungen der Länge und Dicke können jedoch die „Bewegungsfreiheit" des mikromechanischen Balkens herabsetzen.
  • Das veröffentlichte deutsche Patent mit der Anmeldungsnummer 199 63 382 und das veröffentlichte deutsche Patent mit der Anmeldungsnummer 199 41 045 beziehen sich sowohl auf eine Zweiparallelbalkenkonfiguration als auch die Biegetransformation in eine zur Oberfläche des Substrats senkrechte vertikale Richtung (d. h. die Z-Richtung) unter Anspannung mittels eines Transversalbalkens. Die resultierende Steifigkeit der gesamten Struktur kann demnach bedeutend höher sein als die für eine einzige Feder der Grundkonfiguration.
  • U.S.-Patent US 2002/0164113 zeigt eine mikroelektromechanische Einrichtung, bei der ein Spiegel von einem Torsionsbalken gestützt ist, der zur Erhöhung der Biegesteifigkeit des Balkens senkrecht verlaufende Rippen aufweist. Dies verhindert, dass Spiegel aufgrund von Balkenbiegen mit dem Substrat kollidieren.
  • KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Es wird angenommen, dass ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mittels der Hinzufügung einer oder mehrerer Stützstrukturen, die direkt am mikromechanischen Balken befestigt sind, erhöhten Schutz für mikromechanische Torsionsbalkenfedern bereitstellen kann. Die befestigbaren Strukturen können zur Einschränkung der „Bewegungsfreiheit" des mikromechanischen Balkens auf genauere Art beitragen, indem unerwünschte Biegevorgänge des mikromechanischen Balkens an bestimmten Stellen am Balken verhindert werden. Solches Anzielen oder genaues Festlegen kann die offenkundige Biegesteifigkeit des Balkens an den bestimmten Stellen mit nur geringfügigem Einfluss auf seine Torsionssteifigkeit erhöhen. So können die schützenden Stützstrukturen die Robustheit des mikromechanischen Balkens erhöhen und ihre Verwendung unter rauen und/oder schwierigen Umweltbedingungen zulassen. Die Strukturen können ebenso die Herstellung beweglicher Strukturen (wie z. B. Spiegel mit wesentliche höherer Robustheit) erleichtern und auch Massenanwendung und/oder höhere Erträge ermöglichen.
  • Die befestigbaren Strukturen lassen sich in Einrichtungen wie Strichcodelesern, Nivelliergeräten, Scannern, Anzeigetechnologieeinrichtungen und insbesondere mikromechanischen Spiegeln anwenden. Die befestigbaren Stützstrukturen können zum Beispiel eine effektive Möglichkeit darstellen, die Bewegungsfreiheit auf einer Ebene eines mikromechanischen Spiegels zu verringern, der über einen oder mehrere mikromechanische Balken frei aufliegend ist. Die befestigbaren Stützstrukturen können ebenso Einrichtungen in einer mobilen Konfiguration, wie z. B. einer Kfz-Anwendung, wo bewegungsbedingte Erschütterungen eine großes Problem darstellen, verbesserten Schutz bieten.
  • Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung richtet sich auf die Bereitstellung einer Anordnung zur Verwendung mit einem mikromechanischen Balken, mit einer Stützstruktur, die so konfiguriert ist, dass sie direkt am mikromechanischen Balken befestigt werden kann, um die offenkundige Biegesteifigkeit des mikromechanischen Balkens zu erhöhen, ohne die Torsionssteifigkeit bedeutend zu beeinflussen.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel richtet sich auf eine Anordnung, bei der die Stützstruktur an einer Stelle maximaler Biegung des mikromechanischen Balkens positioniert ist.
  • Ein noch weiteres Ausführungsbeispiel richtet sich auf eine Anordnung, bei der die Stützstruktur zur Verringerung von Haftreibung ausgebildet ist.
  • Ein noch weiteres Ausführungsbeispiel richtet sich auf eine Anordnung, bei der die Stützstruktur eine abgerundete Kontaktfläche enthält.
  • Ein noch weiteres Ausführungsbeispiel richtet sich auf eine Anordnung, bei der die Stützstruktur nahe einer Befestigungsstelle mit dem mikromechanischen Balken ein sich verjüngendes Ende enthält.
  • Ein noch weiteres Ausführungsbeispiel richtet sich auf eine Anordnung, bei der die Stützstruktur an einer Stelle maximaler Biegung des mikromechanischen Balkens positioniert ist und eine abgerundete Kontaktfläche enthält und nahe einer Befestigungsstelle ein sich verjüngendes Ende enthält.
  • Ein noch weiteres Ausführungsbeispiel richtet sich auf eine Anordnung, bei der die Stützstruktur mindestens eine der folgenden Formen aufweist: rund, würfelförmig, zylindrisch, rohrförmig, wendelförmig, wellblechförmig, prismenförmig, Pyramide, Obelisk, Keil, kugelförmig, gestreckter Sphäroid, kegelförmig, Katenoid, Ellipsoid, Paraboloid, Konoid, scheibenförmig, Toroid, Serpentine, Helix, konkav und konvex.
  • Ein noch weiteres Ausführungsbeispiel richtet sich auf eine Anordnung, bei der die Stützstruktur mindestens eine zusätzliche Stützstruktur aufweist.
  • Ein noch weiteres Ausführungsbeispiel richtet sich auf eine Anordnung, bei der die Stützstruktur und die mindestens eine zusätzliche Stützstruktur hinsichtlich Länge, Größe und/oder Form gleich sind.
  • Ein noch weiteres Ausführungsbeispiel richtet sich auf eine Anordnung, bei der die Stützstruktur und die mindestens eine zusätzliche Stützstruktur hinsichtlich Länge, Größe und/oder Form ungleich sind.
  • Ein noch weiteres Ausführungsbeispiel richtet sich auf eine Einrichtung zur Verwendung mit einem mikromechanischen Balken mit einer Schutzstruktur zur Begrenzung eines Biegevorgangs des mikromechanischen Balkens und ist dazu konfiguriert, direkt am mikromechanischen Balken an bestimmten Stellen am Balken befestigt zu werden.
  • Ein noch weiteres Ausführungsbeispiel richtet sich auf eine Einrichtung, bei der die Schutzstruktur mindestens zwei benachbarte Stützstrukturen enthält, die so angeordnet sind, dass sie sich jeweils bei Erreichen eines vorbestimmten Biegevorgangs des mikromechanischen Balkens berühren und einen weiteren Biegevorgang des mikromechanischen Balkens verhindern.
  • Ein noch weiteres Ausführungsbeispiel richtet sich auf eine Einrichtung, bei der die mindestens zwei benachbarten Stützstrukturen an Stellen schwerster Ablenkung des mikromechanischen Balkens positioniert sind.
  • Ein noch weiteres Ausführungsbeispiel richtet sich auf eine Einrichtung, bei der die Schutzstrukturen gleichförmig mit gleicher Länge entlang einer Achse des mikromechanischen Balkens verteilt sind.
  • Ein noch weiteres Ausführungsbeispiel richtet sich auf eine Einrichtung, bei der die Schutzstrukturen ungleichförmig entlang einer Achse des mikromechanischen Balkens verteilt sind.
  • Ein noch weiteres Ausführungsbeispiel richtet sich auf eine Einrichtung, bei der die Schutzstrukturen mit abnehmender Länge entlang der Achse des mikromechanischen Balkens verteilt sind.
  • Ein noch weiteres Ausführungsbeispiel richtet sich auf eine Einrichtung, bei der die Schutzstrukturen mit zunehmender Länge entlang der Achse des mikromechanischen Balkens verteilt sind.
  • Ein noch weiteres Ausführungsbeispiel richtet sich auf eine Einrichtung, bei der die Schutzstruktur den Biegevorgang in mindestens eine einer Mehrzahl von Richtungen und alle Richtungen begrenzt.
  • Ein noch weiteres Ausführungsbeispiel richtet sich auf eine Anordnung zur Verwendung mit einem mikromechanischen Spiegel, wobei ein mikromechanischer Balken an dem mikromechanischen Spiegel befestigt ist und eine Stützstruktur am mikromechanischen Balken befestigt ist, um einen Biegevorgang des mikromechanischen Balkens zu begrenzen.
  • Ein noch weiteres Ausführungsbeispiel richtet sich auf eine Anordnung, mit einer mikromechanischen Spiegelplatte, einem an der mikromechanischen Spiegelplatte befestigten mikromechanischen Balken und einer Stützstruktur zur Begrenzung eines Biegevorgang des mikromechanischen Spiegelbalkens.
  • Ein noch weiteres Ausführungsbeispiel richtet sich auf eine Anordnung zum Schutz einer mikromechanischen Spiegelplatte mit einer Stützstruktur, die dazu konfiguriert ist, eine in gleicher Ebene verlaufende Bewegung der mikromechanischen Spiegelplatte zu begrenzen und sich direkt an einen mikromechanischen Balken befestigen lässt, auf dem die mikromechanische Spiegelplatte frei aufliegt.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1a zeigt eine mikromechanische Spiegelanordnung.
  • 1b zeigt eine Teilansicht der mikromechanischen Spiegelanordnung von 1a mit dem Zusatz eines mikromechanischen Spiegelanschlags zur Begrenzung der in gleicher Ebene verlaufenden Bewegung der mikromechanischen Spiegelplatte.
  • 1c zeigt eine Teilansicht der mikromechanischen Spiegelanordnung und des zusätzlichen mikromechanischen Spiegelanschlags von 1b unmittelbar nach einer ausgeübten Erschütterung.
  • 2a zeigt eine mikromechanische Balkenanordnung zur Begrenzung der in gleicher Ebene verlaufenden Bewegung einer mikromechanischen Spiegelplatte, die über mindestens einen mikromechanischen Balken frei aufliegend ist.
  • 2b zeigt die mikromechanische Balkenanordnung von 2a in einem Auslenkzustand unter Beanspruchung einer ausgeübten Erschütterungskraft, was verdeutlicht, wie sich die mikromechanischen Stützstrukturen jeweils im Fall eines bedeutenden Biegevorgangs berühren können und somit den maximalen Biegevorgang des mikromechanischen Balkens begrenzen.
  • 2c zeigt die mikromechanische Balkenanordnung von 2a unter Beanspruchung einer ausgeübten Erschütterungskraft, was verdeutlicht, wie sich die mikromechanischen Stützstrukturen jeweils im Fall eines Drehvorgangs berühren können und somit noch immer den maximalen Biegevorgang des mikromechanischen Balkens begrenzen.
  • 3a zeigt eine beispielhafte Variation der mikromechanischen Stützstrukturen.
  • 3b zeigt eine zusätzliche beispielhafte Variation der mikromechanischen Stützstrukturen.
  • 3c zeigt eine weitere zusätzliche beispielhafte Variation der mikromechanischen Stützstrukturen.
  • 4 zeigt eine zusätzliche beispielhafte Variation der mikromechanischen Stützstrukturen zur Verringerung der Haftreibung.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • 1a zeigt eine Konfiguration einer mikromechanischen Spiegelanordnung 100. Die mikromechanische Anordnung 100 enthält eine mikromechanische Spiegelplatte 101, die über zwei mikromechanischen Torsionsbalken 102 und 103 frei aufliegend ist. Die mikromechanischen Balken 102, 103 erlauben eine gewisse „Bewegungsfreiheit" der mikromechanischen Spiegelplatte 101. Insbesondere begrenzt die Anspannung der mikromechanischen Balken 102, 103 eine Bewegung der mikromechanischen Spiegelplatte 101 in eine X-Richtung entlang der Achse der mikromechanischen Balken 102, 103 und erlaubt gleichzeitig eine Bewegung in eine Y-Richtung, die in gleicher Ebene mit der mikromechanischen Spiegelplatte 101 verläuft (d. h. senkrecht zur Achse der mikromechanischen Balken 102, 103 und einer Z-Richtung, die vertikal zur Ebene der mikromechanischen Spiegelplatte 101 verläuft).
  • Zur Steigerung der Bewegungsfreiheit der mikromechanischen Spiegelplatte 101 können die mikromechanischen Balken 102, 103 in ihrer Länge in der X-Richtung entlang der Achse der mikromechanischen Balken 102, 103 verlängert werden und/oder ihre Dicke verringert werden. Jedoch können die mikromechanischen Balken 102, 103 aufgrund ihrer verlängerten Länge oder verringerten Dicke zum Bruch neigen oder ihre verlängerte Länge oder verringerte Dicke können eine besonders unerwünschte Bewegung der mikromechanischen Spiegelplatte 101 nicht ausreichend begrenzen.
  • Um die mikromechanischen Balken 102, 103 robuster zu machen und/oder eine besonders unerwünschte Bewegung der mikromechanischen Spiegelplatte 101 zu begrenzen, können die mikromechanischen Balken 102, 103 in ihrer Länge gekürzt werden und/oder ihre Dicke kann erhöht werden. Ein solches Kürzen und/oder eine solche Verdickung der mikromechanischen Balken 102, 103 kann die Gesamtbewegungsfreiheit der mikromechanischen Spiegelplatte 101 begrenzen. Weiterhin kann ein solches Kürzen und/oder eine solche Verdickung auch an ihre Herstellung bedeutende Herausforderungen stellen.
  • 1b zeigt eine Teilansicht der mikromechanischen Spiegelanordnung 100 von 1a mit dem Zusatz eines mikromechanischen Spiegelanschlags 104 zur Begrenzung der in gleicher Ebene verlaufenden Bewegung der mikromechanischen Spiegelplatte 101. Der mikromechanische Spiegelanschlag 104 kann zum Beispiel aus dem gleichen Material oder Film wie die mikromechanische Spiegelplatte 101 bestehen. Im Fall einer auf die mikromechanische Spiegelanordnung 100 ausgeübten Erschütterung kann evtl. jedoch der mikromechanische Spiegelanschlag 104 die mikromechanische Spiegelplatte 101 nicht daran hindern, nach unten zu kippen und unter den mikromechanischen Spiegelanschlag 104 zu „tauchen".
  • 1c zeigt eine Teilansicht der mikromechanischen Spiegelanordnung 100 und des zusätzlichen mikromechanischen Spiegelanschlags 104 von 1b unmittelbar nach einer ausgeübten Erschütterung. Als Folge dieser Erschütterung kann ein Ende 101a der mikromechanischen Spiegelplatte 101 unter dem mikromechanischen Spiegelanschlag 104 positioniert sein. Eine solche Position des Endes 101a kann unerwünscht sein oder zu möglicher Schädigung der mikromechanischen Platte 101 und/oder des mikromechanischen Balkens 103 führen.
  • 2a zeigt eine mikromechanische Balkenanordnung 200 zur Begrenzung der in gleicher Ebene verlaufenden Bewegung einer mikromechanischen Spiegelplatte 201, die über mindestens einen mikromechanischen Balken 202 frei aufliegend ist. Die mikromechanische Balkenanordnung 200 enthält eine oder mehrere mikromechanische Stützstrukturen 205, die direkt am mikromechanischen Balken 202 befestigt sind und den Biegevorgang des mikromechanischen Balkens 202 begrenzen. Solche Stützstrukturen 205 können bei nur geringfügigem Einfluss auf die Torsionsfestigkeit die offenkundige Steifigkeit des mikromechanischen Balkens 202 in einer Y-Richtung senkrecht zur Achse des mikromechanischen Balkens 202 stark erhöhen.
  • So kann zum Beispiel im Fall einer Erschütterung die mikromechanische Spiegelplatte 201, deren Masse im Vergleich mit dem mikromechanischen Balken 202 relativ hoch ist, eine Kraft auf den mikromechanischen Balken 202 ausüben, wobei dieser beansprucht wird, was zur Biegung und resultierender unerwünschter Auslenkung des mikromechanischen Balkens 202 führt. Mit der Befestigung der mikromechanischen Stützstrukturen 205 kann die Auslenkung des mikromechanischen Balkens 202 begrenzt sein, da sich die benachbarten mikromechanischen Stützstrukturen 205 berühren und weiteres Biegen an Stellen schwerster Auslenkung verhindern. So kann die durch ausgeübte Erschütterung verursachte Auslenkung gleichförmiger verteilt werden. Demzufolge kann der mikromechanische Balken 202 dazu in der Lage sein, mehr Energie aufzunehmen und daher größeren Beanspruchungen zu widerstehen. So kann das Hinzufügen der mikromechanischen Stützstrukturen 205 die Maximalbelastung und den Erschütterungswiderstand des mikromechanischen Balkens 202 erhöhen, ebenso wie die der mikromechanischen Spiegelplatte 201.
  • 2b zeigt die mikromechanische Balkenanordnung 200 von 2a in einem Auslenkzustand unter Beanspruchung einer ausgeübten Erschütterungskraft, was verdeutlicht, wie sich die mikromechanischen Stützstrukturen 205 im Fall eines bedeutenden Biegevorgangs berühren können und somit den maximalen Biegevorgang des mikromechanischen Balkens 202 begrenzen. Sollte insbesondere eine Auslenkung des mikromechanischen Balkens 202 vorkommen, zum Beispiel in einer Y-Richtung, die mit der mikromechanischen Spiegelplatte 201 in gleicher Ebene verläuft und senkrecht zur Achse des mikromechanischen Balkens 202, verhindern die mikromechanischen Stützstrukturen 205 weiteres Biegen über eine gewisse Grenze hinaus an Stellen P1 und P2 entlang der Achse des mikromechanischen Balkens 202. So kann die in einer Ebene verlaufende Bewegung der mikromechanischen Spiegelplatte 201 begrenzt sein und die Beanspruchung, die zum Brechen des mikromechanischen Balkens 202 benötigt wird, evtl. nicht erreicht werden.
  • 2c zeigt die mikromechanische Balkenanordnung 200 von 2a unter Beanspruchung einer ausgeübten Erschütterungskraft, was verdeutlicht, wie sich die mikromechanischen Stützstrukturen 205 im Fall eines Drehvorgangs berühren können und somit noch immer den maximalen Biegevorgang des mikromechanischen Balkens 202 begrenzen. Sollte insbesondere eine Auslenkung des mikromechanischen Balkens 202 zum Beispiel eine Bewegung der mikromechanischen Spiegelplatte 201 in eine Drehrichtung R um die Achse des mikromechanischen Balkens 202 auslösen, können die mikromechanischen Stützstrukturen 205 dennoch Biegen über eine gewisse Grenze hinaus an Stellen P1 und P2 entlang der Achse des mikromechanischen Balkens 202 verhindern. So kann die in einer Ebene verlaufende Bewegung der mikromechanischen Spiegelplatte 201 noch immer begrenzt sein und die Beanspruchung, die zum Brechen des mikromechanischen Balkens 202 benötigt wird, evtl. nicht erreicht werden.
  • Um präzisere Kontrolle zu erhalten, kann der maximale Biegevorgang des mikromechanischen Balkens 202 durch Einstellen der Länge der mikromechanischen Strukturen 205 und/oder des dazwischen liegenden Spalts eingestellt werden. Zum Beispiel können Beanspruchung und Biegevorgang des mikromechanischen Balkens 202 entlang seiner Länge variieren. Insbesondere kann die höchste Beanspruchung an den Stellen höchster Biegung gefunden werden, die sich zum Beispiel nahe einer Befestigungsstelle des mikromechanischen Balkens 202 an der mikromechanischen Spiegelplatte 101 finden lässt. Da der Biegevorgang in Abhängigkeit der Position entlang des mikromechanischen Balkens variieren kann, braucht evtl. nicht jede Position entlang des mikromechanischen Balkens gleichen Schutz (zum Beispiel kann der Biegevorgang in der Mitte eines doppelt gespannten Balkens niedriger sein). So kann durch Verringern und/oder Weglassen mikromechanischer Stützstrukturen 205 an Stellen geringer Biegung der Dämpfungsvorgang angezielt und entlang der Länge des mikromechanischen Balkens 202 lokalisiert werden. Zusätzlich lassen sich Länge und Dicke der mikromechanischen Stützstrukturen entlang der Länge variieren, um den Dämpfungsvorgang zu lokalisieren. Eine solche Lokalisierung des Dämpfungsvorgangs kann ein „Zuschneiden" der Bewegung der mikromechanischen Spiegelplatte 201 zulassen.
  • 3a, 3b und 3c zeigen beispielhafte Variationen der mikromechanischen Stützstrukturen 205. In 3a sind die mikromechanischen Stützstrukturen 305 gleichförmig mit einer gleichen Länge entlang der Achse des mikromechanischen Balkens 302 verteilt, wodurch entlang der Achse des mikromechanischen Balkens gleichförmiger Schutz hinsichtlich eines horizontalen, in einer Ebene verlaufenden Biegevorgangs in Y-Richtung geliefert wird. In 3b sind die mikromechanischen Stützstrukturen 305 mit abnehmender Länge entlang der Achse des mikromechanischen Balkens 302 verteilt, angefangen mit der mikromechanischen Spiegelplatte 301 und sich in Längsrichtung erstreckend. In 3c sind die mikromechanischen Stützstrukturen 305 mit zunehmender Länge entlang der Achse des mikromechanischen Balkens 302 verteilt, angefangen mit der mikromechanischen Spiegelplatte 301 und sich in Längsrichtung erstreckend.
  • 4 zeigt eine beispielhafte Variation der mikromechanischen Stützstrukturen 405 zur Verringerung der Haftreibung (d. h. die Neigung von Oberflächen der Stützstrukturen, aufgrund zum Beispiel elektrostatischer Wirkungen „zusammenzukleben"). Das Hinzufügen der mikromechanischen Stützstrukturen 405 kann die natürliche Federsteifigkeit der Balkenfeder 402 beeinflussen. Um solche Einflüsse auf die natürliche Federsteifigkeit zu verringern, können die mikromechanischen Stützstrukturen in ihrer Form und Größe variieren. Insbesondere können runde Kontaktflächen 406 an Kontaktstellen zwischen zwei mikromechanischen Strukturen 405 und/oder sich verjüngenden Enden 407 nahe ihrer Befestigungsstelle an der Balkenfeder Wirkungen wie Haftreibung verringern.
  • Obwohl die Stützstrukturen 405 in rechteckiger/parallelepipeder Form gezeigt sind, können sie eine jede geeignete Form aufweisen, einschließlich zum Beispiel rund, würfelförmig, zylindrisch, rohrförmig, wendelförmig, wellblechförmig, prismenförmig, Pyramide, Obelisk, Keil, kugelförmig, gestreckter Sphäroid, kegelförmig, Katenoid, Ellipsoid, Paraboloid, Konoid, scheibenförmig, Toroid, Serpentine, Helix, konkav und konvex. Daher können die Stützstrukturen mit einer solchen Vielfalt an Strukturarten Schutz in verschiedene Richtungen (z. B. X- und Z-Richtung) und/oder alle Richtungen (d. h. „Rundumschutz" – bis zu 360 Grad Schutz oder ein Teil davon) bieten.

Claims (13)

  1. Anordnung, umfassend: einen mikromechanischen Balken (202) und eine Schutzstruktur, die direkt am mikromechanischen Balken befestigt ist, um einen Biegevorgang des mikromechanischen Balkens zu begrenzen, ohne dass die Torsionssteifigkeit bedeutend beeinflusst wird; wobei die Schutzstruktur mindestens zwei nebeneinander liegende Stützstrukturen (205) enthält, die so angeordnet sind, dass sie sich bei Erreichen eines vorbestimmten Biegevorgangs des mikromechanischen Balkens berühren und einen weiteren Biegevorgang des mikromechanischen Balkens verhindern, und wobei die mindestens zwei Stützstrukturen miteinander nicht identisch sind und/oder zur Reduzierung der Haftreibung ausgebildet sind und/oder ungleichförmig entlang einer Achse des mikromechanischen Balkens verteilt sind.
  2. Anordnung nach Anspruch 1, wobei die Schutzstruktur an einer Stelle maximaler Biegung des mikromechanischen Balkens positioniert ist.
  3. Anordnung nach Anspruch 1, wobei mindestens eine Stützstruktur eine abgerundete Kontaktfläche enthält.
  4. Anordnung nach Anspruch 1, wobei mindestens eine Stützstruktur nahe einer Befestigungsstelle am mikromechanischen Balken ein sich verjüngendes Ende enthält.
  5. Anordnung nach Anspruch 1, wobei die Schutzstruktur an einer Stelle maximaler Biegung des mikromechanischen Balkens angeordnet ist und mindestens eine Schutzstruktur eine abgerundete Kontaktfläche und nahe einer Befestigungsstelle ein sich verjüngendes Ende enthält.
  6. Anordnung nach Anspruch 1, wobei mindestens eine Stützstruktur mindestens eine der folgenden Formen aufweist: rund, würfelförmig, zylindrisch, rohrförmig, wendelförmig, wellblechförmig, prismenförmig, Pyramide, Obelisk, Keil, kugelförmig, gestreckter Sphäroid, kegelförmig, Katenoid, Ellipsoid, Paraboloid, Konoid, scheibenförmig, Toroid, Serpentine, Helix, konkav und konvex.
  7. Anordnung nach Anspruch 1, wobei mindestens zwei der Stützstrukturen hinsichtlich Länge, Größe und/oder Form ungleich sind.
  8. Anordnung nach Anspruch 1, wobei die mindestens zwei nebeneinander liegenden Stützstrukturen an Stellen stärkster Durchbiegung des mikromechanischen Balkens positioniert sind.
  9. Anordnung nach Anspruch 1, wobei die mindestens zwei nebeneinander liegenden Strukturen mit abnehmender Länge entlang der Achse des mikromechanischen Balkens verteilt sind.
  10. Anordnung nach Anspruch 1, wobei die mindestens zwei nebeneinander liegenden Strukturen mit zunehmender Länge entlang der Achse des mikromechanischen Balkens verteilt sind.
  11. Anordnung nach Anspruch 1, wobei die Schutzstruktur den Biegevorgang in mindestens eine einer Auswahl an Richtungen oder alle Richtungen begrenzt.
  12. Anordnung nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: eine an dem mikromechanischen Balken befestigte mikromechanische Spiegelplatte.
  13. Anordnung nach Anspruch 12, wobei die Schutzstruktur zur Begrenzung einer in gleicher Ebene verlaufenden Bewegung der mikromechanischen Spiegelplatte ausgebildet ist.
DE60319331T 2002-12-20 2003-10-23 Vorrichtung, Verfahren und System, um höheren mechanischen Schutz an dünnen Balken zu schaffen Expired - Lifetime DE60319331T2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US327532 1994-10-21
US10/327,532 US7177068B2 (en) 2002-12-20 2002-12-20 Apparatus, method and system for providing enhanced mechanical protection for thin beams

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE60319331D1 DE60319331D1 (de) 2008-04-10
DE60319331T2 true DE60319331T2 (de) 2009-03-19

Family

ID=32393145

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE60319331T Expired - Lifetime DE60319331T2 (de) 2002-12-20 2003-10-23 Vorrichtung, Verfahren und System, um höheren mechanischen Schutz an dünnen Balken zu schaffen

Country Status (4)

Country Link
US (3) US7177068B2 (de)
EP (1) EP1431240B1 (de)
JP (1) JP4608204B2 (de)
DE (1) DE60319331T2 (de)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1094350A3 (de) 1999-10-21 2001-08-16 Carl Zeiss Optisches Projektionslinsensystem
JP2008070863A (ja) * 2006-08-14 2008-03-27 Ricoh Co Ltd 振動ミラー、光書込装置および画像形成装置
EP2207190B9 (de) * 2009-01-08 2014-09-24 Epcos AG Gefederte Vorrichtung
JP6369742B2 (ja) * 2014-02-26 2018-08-08 北陽電機株式会社 微小機械装置
DE102015209030B4 (de) 2015-05-18 2023-06-07 Robert Bosch Gmbh Mikromechanische Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen einer mikromechanischen Vorrichtung
US10196259B2 (en) * 2015-12-30 2019-02-05 Mems Drive, Inc. MEMS actuator structures resistant to shock
US10291151B2 (en) * 2016-04-19 2019-05-14 Mems Start, Llc Flexure shear and strain actuator
US10368021B2 (en) 2016-08-26 2019-07-30 Mems Start, Llc Systems and methods for derivative sensing using filtering pixels
US10958885B2 (en) 2016-08-26 2021-03-23 Mems Start, Llc Filtering imaging system including a light source to output an optical signal modulated with a code
IT201700043616A1 (it) * 2017-04-20 2018-10-20 St Microelectronics Srl Struttura oscillante con ridotta deformazione dinamica, dispositivo ottico includente la struttura oscillante, e metodo di fabbricazione della struttura oscillante
JP6592786B2 (ja) * 2018-05-08 2019-10-23 北陽電機株式会社 金属弾性部材及び微小機械装置

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5179499A (en) * 1992-04-14 1993-01-12 Cornell Research Foundation, Inc. Multi-dimensional precision micro-actuator
JP3003429B2 (ja) 1992-10-08 2000-01-31 富士電機株式会社 ねじり振動子および光偏向子
US6428489B1 (en) 1995-12-07 2002-08-06 Precision Vascular Systems, Inc. Guidewire system
US5914553A (en) * 1997-06-16 1999-06-22 Cornell Research Foundation, Inc. Multistable tunable micromechanical resonators
DE19851667C2 (de) 1998-11-10 2002-07-04 Coronor Composites Gmbh Mehrschichtiges Verbundmaterial
DE19941045A1 (de) 1999-08-28 2001-04-12 Bosch Gmbh Robert Mikroschwingvorrichtung
DE19934174C1 (de) 1999-07-21 2001-03-01 Litef Gmbh Verfahren zur Herstellung einer Torsionsfeder
DE19963382A1 (de) 1999-12-28 2001-07-12 Bosch Gmbh Robert Mikrospiegel
US6307298B1 (en) * 2000-03-20 2001-10-23 Motorola, Inc. Actuator and method of manufacture
US6831765B2 (en) 2001-02-22 2004-12-14 Canon Kabushiki Kaisha Tiltable-body apparatus, and method of fabricating the same
US6701038B2 (en) 2001-03-05 2004-03-02 The Microoptical Corporation Micro-electromechanical optical switch assembly for optical data networks
US6632698B2 (en) * 2001-08-07 2003-10-14 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Microelectromechanical device having a stiffened support beam, and methods of forming stiffened support beams in MEMS
US6782153B2 (en) * 2001-08-28 2004-08-24 Dicon Fiberoptics, Inc. Hybrid opto-mechanical component
KR100465162B1 (ko) * 2002-02-07 2005-01-13 삼성전자주식회사 멤스 구조물용 비틀림스프링
US6798113B2 (en) * 2002-04-18 2004-09-28 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Flexure with integral electrostatic actuator
US6812617B2 (en) * 2002-04-18 2004-11-02 Hewlett-Packard Development Company, L.P. MEMS device having a flexure with integral electrostatic actuator

Also Published As

Publication number Publication date
JP4608204B2 (ja) 2011-01-12
EP1431240B1 (de) 2008-02-27
US7342703B2 (en) 2008-03-11
DE60319331D1 (de) 2008-04-10
EP1431240A2 (de) 2004-06-23
US20040120057A1 (en) 2004-06-24
US7177068B2 (en) 2007-02-13
US20080180821A1 (en) 2008-07-31
JP2004202683A (ja) 2004-07-22
EP1431240A3 (de) 2006-04-05
US20070121229A1 (en) 2007-05-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60319331T2 (de) Vorrichtung, Verfahren und System, um höheren mechanischen Schutz an dünnen Balken zu schaffen
DE19643182B4 (de) Schwingungskonstruktion
DE102013209234B4 (de) Vorrichtung mit einem schwingfähig aufgehängten optischen Element
EP3120449B1 (de) Trägheitsantrieb
DE3737934A1 (de) Schwingungsisolator
DE102013208699B4 (de) Feder für eine mikromechanische Sensorvorrichtung
DE102009002702A1 (de) Mikromechanischer Sensor
EP1963704A1 (de) Kraftgenerator
EP2221501A2 (de) Schockdämpfer
DE10026178C2 (de) Elastisches Konstruktionselement
EP1936347A2 (de) Vorrichtung zur Lagerung von Rotoren, insbesondere Gelenkwellen, in einer Auswuchtmaschine
DE2156373B2 (de) Schwingungsdämpfender Abstandshalter für Bündelleiter von Hochspannungsfreileitungen
DE102015213447A1 (de) Drehratensensor mit minimierten Störbewegungen in der Antriebsmode
DE102009002701A1 (de) Mikromechanischer Sensor
WO2017121742A1 (de) Mikromechanische feder für einen inertialsensor
DE102004037833A1 (de) Mems-Abtastspiegel mit verteilten Gelenken und mehreren Tragebefestigungen
DE2654753C2 (de) Schaltstangenanordnung für einen Hochspannungs-Leistungsschalter
DE102013210059B4 (de) Vorrichtung mit einer Feder und einem daran aufgehängten optischen Element
DE3816033A1 (de) Schwingungsdaempfer fuer bauwerke
EP3192770B1 (de) Vorrichtung zur zweidimensionalen ablenkung eines laserstrahls
DE60024299T2 (de) Verfahren zur justierung der resonanzfrequenz eines galvanometers
DE2753544A1 (de) Vorrichtung zum anhaengen von freileitungsseilen an eine mehrfach-isolatorkette
DE102013017708B4 (de) Torsionsfederelement
DE1750152C3 (de) Lageranordnung für ein Motorantriebsaggregat, insbesondere bei Kraftfahrzeugen
EP0381712B1 (de) Massen- und kraftmesser mit elastischer untersetzung

Legal Events

Date Code Title Description
8364 No opposition during term of opposition