WO2025162901A1 - Mems structure for a mems device, mems device and method for producing the mems structure - Google Patents
Mems structure for a mems device, mems device and method for producing the mems structureInfo
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Definitions
- MEMS structure for a MEMS device MEMS device
- the present disclosure relates to a MEMS structure for a MEMS device, in particular a MEMS mirror device, a MEMS device, in particular a MEMS mirror device, comprising the MEMS structure, and a method for manufacturing the MEMS structure.
- MEMS devices are microsystems that typically comprise electronics including multiple sensors and actuators arranged on a substrate and have very small dimensions in the range of a few millimeters to sometimes sub-millimeter range.
- the moving parts of the MEMS device are operated in a translational manner along one or more spatial axes and/or in a rotational manner around one or more spatial axes, oscillating or vibrating, often in the range of the respective resonance frequency.
- Cost, size, weight, and energy consumption also known as C-SWAP (Cost, Size, Weight, and Power), are expected to continue to decrease.
- the size of a MEMS device in terms of area is essentially determined by its functional sections or elements, which can be, for example, a functional element (such as a movable mass) and spring sections that resiliently hold the functional element, and a solid structure surrounding the spring sections, as is the case, for example, with acceleration sensors and angular rate sensors in
- a functional element such as a movable mass
- spring sections that resiliently hold the functional element
- a solid structure surrounding the spring sections as is the case, for example, with acceleration sensors and angular rate sensors in
- the size of the elastic membrane and the structure surrounding the membrane can have a significant influence.
- MEMS devices which has a mirror plate, spring structures, and a frame that determine the area of the MEMS mirror device.
- the mirror plate, the spring structures, and the frame are essentially realized in a single plane, resulting in a comparatively large surface area for the mechanically effective functional layer comprising the mirror plate, the spring structures, and the frame compared to the actual usable mirror surface.
- the space beneath the mirror plate usually remains unused.
- WO 2022/128284 A1 discloses a micromirror array in which a flexible membrane with curved webs and a heat-conducting column for supporting the individual mirror are arranged below each individual mirror.
- Four deformable lever arms are proposed for deflecting the individual mirror. These extend in an arcuate manner counterclockwise from a respective fixing point to column-like connections with the individual mirror.
- the present disclosure relates to a MEMS structure for a MEMS device, in particular a MEMS mirror device, a MEMS device, in particular a MEMS mirror device, comprising the MEMS structure, and a method for manufacturing the MEMS structure.
- a MEMS structure for a MEMS device in particular a MEMS mirror device, according to independent claim 1
- a MEMS device, in particular a MEMS mirror device, according to independent claim 22, and a method for manufacturing the MEMS structure according to independent claim 23 are proposed.
- the dependent claims relate to some exemplary preferred embodiments.
- a MEMS structure for a MEMS device comprising: a functional element which is designed to be oscillatingly movable along and/or about at least two oscillation axes, and spring sections which hold the functional element oscillatingly movable along and/or about the at least two oscillation axes, wherein at least some of the spring sections are designed to be spaced apart from the functional element in the direction of a normal vector of a substrate plane and the spring sections of the part of the spring sections are designed to be axially symmetrical to at least one of the oscillation axes.
- the MEMS structure can be further developed such that at least a part of the spring sections at least partially overlaps with the functional element in a direction perpendicular to the normal vector of the substrate plane.
- the MEMS structure can be further developed such that the functional element has at least one coupling section, by means of which the functional element is mechanically connected to the spring sections.
- the MEMS structure can be further developed such that the functional element has at least two coupling sections, by means of which the functional element is mechanically connected to the spring sections.
- the MEMS structure can be further developed such that the at least one coupling section or the at least two coupling sections are connected to the functional element on the side of the functional element which faces the spring sections.
- the MEMS structure can be further developed such that the at least one coupling section or at least one of the at least two coupling sections has at least two support sections that are connected to the functional element and a beam section that connects the at least two support sections to one another and that is connected to at least one spring section.
- the MEMS structure can be further developed such that the spring sections are formed in pairs for the oscillation of the functional element in the corresponding dimension.
- the MEMS structure can be further developed such that each pair of spring sections has a connecting section by means of which the two spring sections of the respective pair are connected to one another, and the connecting section of a first pair of spring sections is also the connecting section of a second pair of spring sections.
- the MEMS structure may be further developed such that the spring portions of the first pair of spring portions are formed substantially perpendicular to the spring portions of the second pair of spring portions.
- the MEMS structure may be further developed such that each of the spring portions of the first pair is connected to one of the two coupling portions at an end opposite the connecting portion, and each of the spring portions of the second pair has an anchor portion at an end opposite the connecting portion, which is configured to be connected to an external structure.
- the MEMS structure can be further developed such that the second pair of spring sections is formed so as to protrude relative to the functional element in the longitudinal direction of the second pair of spring sections.
- the MEMS structure can be further developed such that the functional element has an overhang relative to the second pair of spring sections in the longitudinal direction of the second pair of spring sections, advantageously an overhang of 10 - 50% of the length of the second pair of spring sections, particularly advantageously an overhang of 25 - 35% of the length of the second pair of spring sections.
- the MEMS structure can be further developed such that the second pair of spring sections terminates with the functional element in the longitudinal direction of the second pair of spring sections, so that neither the functional element has an overhang in the longitudinal direction of the second pair of spring sections relative to the second pair of spring sections, nor does the second pair of spring sections protrude relative to the functional element in the longitudinal direction of the second pair of spring sections.
- the MEMS structure can be further developed such that the functional element has a functional section and a frame section that surrounds the functional section, and the frame section of the functional element has at least one coupling section by means of which the functional element is mechanically connected to the spring sections.
- the MEMS structure can be further developed such that the functional element further comprises at least two holding sections which are formed between the functional section and the frame section and mechanically connect the functional section to the frame section.
- the MEMS structure can be further developed such that the functional element further comprises at least one holding section which is formed between a functional section and at least one coupling section and mechanically connects the functional section to the respective coupling section.
- the MEMS structure can be further developed such that the at least one holding section or the at least two holding sections are further designed as resilient holding sections, in particular as torsion- and/or bending-resilient holding sections.
- the MEMS structure can be further developed such that the resilient holding sections between the functional section and the frame section are configured to hold the functional section oscillatively movable relative to the functional element along a first oscillation axis, and at least the part of spring sections that is spaced apart from the functional element in the direction of the normal vector of the substrate plane is configured to hold the functional element oscillatively movable along a second oscillation axis.
- the MEMS structure can be further developed such that the spring sections of the part of spring sections are formed in pairs for the oscillation of the functional element in the corresponding dimension, and the pair of spring sections has a connecting section by means of which the two spring sections of the pair of spring sections are connected to one another, wherein the connecting section further has an anchor section which is configured to be connected to an external structure.
- the MEMS structure can be further developed such that at least one lever section is formed between the respective anchor section and the respective spring section, which lever section is configured to excite an oscillation of the functional element.
- the MEMS structure can be further developed such that each of the spring sections, which is spaced from the functional element in the direction of the normal vector of the substrate plane, is formed from two parallel spring subsections.
- the MEMS structure can be further developed such that a first spring section of a first spring section of the first pair of spring sections has a connecting section with a first spring section of a second spring section of the second pair of spring sections, a second spring section of the second spring section of the second pair of spring sections has a connecting section with a second spring section of a second spring section of the first pair of spring sections, a first spring section of the second spring section of the first pair of spring sections has a connecting section with a first spring section of the first spring section of the second pair of spring sections, and a second spring section of the first Spring section of the second pair of spring sections has a connecting section with a second spring subsection of the first spring section of the first pair of spring sections.
- the MEMS structure can be further developed such that the spring subsections, which have a common connecting section with one another, are formed substantially at right angles to one another.
- the MEMS structure may be further developed such that each of the spring sub-sections of the second pair has, at an end opposite the connecting section, an anchor section which is adapted to be connected to an external structure.
- the MEMS structure can be further developed such that a lever section is further formed between the respective anchor section and the respective spring part section of the second pair, which lever section is configured to excite an oscillation of the functional element.
- the MEMS structure can be further developed such that each of the spring sections, which is spaced from the functional element in the direction of the normal vector of the substrate plane, is formed from at least two spring subsections extending axially symmetrically to the at least one of the oscillation axes.
- the MEMS structure can be further developed such that each of the two axially symmetrical spring sections is formed exclusively in an angular, arcuate, straight line or as a combination of the designated shapes.
- the MEMS structure can be further developed such that the lever section has a higher spring stiffness relative to the respective spring section or spring sub-section to which the lever section is connected.
- the MEMS structure can be further developed such that the lever sections are arc-shaped or partially circular.
- the MEMS structure can be further developed by at least one actuator which is provided on at least one of the spring sections which are formed spaced from the functional element in the direction of the normal vector of the substrate plane, or on at least one lever section.
- the MEMS structure can be further developed such that the at least one actuator is provided between the at least one spring section and the functional element, or the at least one actuator is provided between the at least one lever section and the functional element.
- the MEMS structure can be further developed such that the at least one actuator is provided on the side of the at least one spring section that faces away from the functional element, or the at least one actuator is provided on the side of the at least one lever section that faces away from the functional element.
- the MEMS structure can be further developed such that the functional element has a functional section with a functional surface formed by a mirror surface or by a mirror element provided on the functional section.
- a MEMS device in particular a MEMS mirror device, comprising: a previously designated MEMS structure, an outer structure to which the MEMS structure is connected, and a transparent element, wherein the outer structure and the transparent element are configured to vacuum pack the MEMS structure within the MEMS device.
- the MEMS device may be further developed such that the transparent element is a single-layer glass wafer or an element comprising multiple glass layers.
- a method for producing the aforementioned MEMS structure comprising: providing a base layer with a first stack comprising a semiconductor layer and an insulator layer, wherein the insulator layer of the first stack is connected to the base layer, structuring the semiconductor layer of the first stack to form the at least two coupling sections, providing a second stack on the structured semiconductor layer of the first stack, wherein the second stack comprises a semiconductor layer and an insulator layer and the insulator layer of the second stack is connected at least to the at least two structured coupling sections, structuring the semiconductor layer of the second stack to form the spring sections, which are spaced from the functional element in the direction of the normal vector of the substrate plane and are axially symmetrical to the at least one of the oscillation axes, and the respective anchor sections, structuring the base layer to form the functional element, and partially removing the insulator layer of the first stack and/or the insulator layer of the second stack.
- the method can be further developed by: providing an actuator layer on the structured semiconductor layer of the second stack, and structuring the applied actuator layer to form the at least one actuator on the spring sections.
- Fig. 1 shows an exemplary embodiment of a MEMS structure with two pairs of spring sections and two coupling sections for connecting the spring sections to the functional element
- Fig. 2 shows exemplary configurations of two coupling sections of the functional element of the MEMS structure as further exemplary embodiments
- Fig. 3 shows exemplary configurations of three coupling sections of the functional element of the MEMS structure as further exemplary embodiments
- Fig. 4 shows another exemplary embodiment of a MEMS structure with two pairs of spring sections and two coupling sections, each coupling section having three support sections and one beam section
- Fig. 5 shows an exemplary embodiment of the MEMS structure with coupling sections provided laterally and with actuators applied to the spring sections for driving the functional surface of the functional element
- Fig. 6 shows another exemplary embodiment of a MEMS structure with two pairs of spring sections and two coupling sections with holding sections between the functional section and the coupling sections
- Fig. 7 shows exemplary configurations of holding sections of the MEMS structure as further exemplary embodiments
- Fig. 8 shows a further exemplary embodiment of a MEMS structure with two pairs of spring sections, wherein the functional element comprises the functional section, a frame section and a plurality of holding sections and exemplary actuators are applied to the spring sections,
- Fig. 9 shows a further exemplary embodiment of a MEMS structure with two pairs of spring sections, wherein the functional element comprises the functional section, a frame section and two holding sections,
- Fig. 10 shows a further exemplary embodiment of a MEMS structure with a pair of spring sections and two holding sections, which are designed as spring holding sections, as well as actuators applied to the spring sections and the holding sections,
- Fig. 11 shows the exemplary embodiment of a MEMS structure according to Fig. 4, wherein the spring sections of the two pairs of spring sections are now each formed by two spring subsections,
- Fig. 12a shows exemplary embodiments of axially symmetrical spring sections, which together form the respective spring sections
- Fig. 12b shows further exemplary embodiments of axially symmetrical spring sections, which together form the respective spring sections
- Fig. 13 shows the exemplary embodiment of a MEMS structure according to Fig. 11, wherein between the spring sections and the anchor sections, lever sections are further provided, which can be configured to excite an oscillation of the functional surface of the functional element
- Fig. 14a shows an exemplary embodiment of a MEMS structure with two pairs of spring sections, wherein the functional element has an overhang relative to at least one of the two pairs of spring sections,
- Fig. 14b shows an exemplary embodiment of a MEMS structure with two pairs of spring sections, wherein the spring sections of the second spring pair protrude from the functional element
- Figs. 15a-15c show exemplary steps of an embodiment of a manufacturing process of an exemplary MEMS structure
- Fig. 16 shows an exemplary flowchart of a method for manufacturing a MEMS structure according to exemplary embodiments of the present disclosure
- Fig. 17a shows an exemplary embodiment of an exemplary MEMS device with an exemplary embodiment of the exemplary MEMS structure
- Fig. 17b shows another exemplary embodiment of an exemplary MEMS device with an exemplary embodiment of the exemplary MEMS structure.
- Fig. 1 shows in the figures a) to c) an exemplary embodiment of a MEMS structure 100 with two pairs of spring sections 3a - 3d (spring sections 3a and 3b form, for example, a first pair, and spring sections 3c and 3d form, for example, a second pair) and two coupling sections 2 for connecting the spring sections 3a - 3d to the functional element i.
- spring sections 3a and 3b form, for example, a first pair
- spring sections 3c and 3d form, for example, a second pair
- two coupling sections 2 for connecting the spring sections 3a - 3d to the functional element i.
- the functional element 1 can, for example, be designed as a substantially circular layer (functional layer) or as a substantially circular plate (functional plate) (here further designed as a functional section 1a) and, as shown by way of example in illustration b) of Fig. 1, have at least two coupling sections 2 below the functional layer 1d.
- the shape of the layer or plate can also be any other shape, for example a triangular, rectangular, oval or even polygonal shape.
- the functional element 1 can also be formed from more than one layer, for example from a stack of several layers, which can also be formed differently in terms of material and/or doping, for example.
- the at least two coupling sections 2 form, for example, the connection between the functional element 1 and the spring sections 3a-3d.
- the coupling sections 2 can be provided on the side of the functional element 1 and connected to the functional element 1 that faces the spring sections 3a-3d, which are spaced from the functional element 1 in the direction of a normal vector of the substrate plane.
- the coupling sections 2 can also be arranged below the functional layer 1d or provided on the side of the functional element 1 that is opposite the side of the functional surface 1d of the functional element 1.
- the coupling sections 2 can also be arranged substantially laterally on the functional element 1 (as shown by way of example in Fig. 5).
- the substrate level refers to the material level of a MEMS structure 100 / a MEMS device 1000, from which starting from the (mostly layered) construction of the MEMS structure 100 or the MEMS device 1000.
- both the number of coupling sections 2 and their position on the functional element 1 or in relation to the functional surface 1d of the functional element 1 can vary.
- only a single coupling section 2 or at least one coupling section 2 can be provided on the functional element 1, or more than two, for example three or four, coupling sections 2 can be provided.
- combinations of coupling sections 2 arranged laterally and below the functional element 1 can also be possible, for example, in order to counteract deformations of the functional element 1 during operation of the MEMS structure 100 (for example, oscillating movements in at least one, in particular two dimensions) in a MEMS device 1000 (not shown here; see, for example, the MEMS device 1000 in Figs. 17a and 17b).
- the coupling sections 2 can be configured, for example, with a circular and/or rectangular cross-section.
- the cross-section can also be segment-shaped, for example, in the form of a segment of a circle (see, for example, Fig. 3, illustration b)).
- the length, width, and thickness of the coupling sections 2 can also vary, making them relatively stiff or flat, or even relatively flexible and thus resilient.
- the functional surface ld can be formed, for example, by a mirror surface ld or by a mirror element ld provided on the functional element 1, so that the MEMS structure 100 can advantageously be used for a MEMS mirror device 1000 (see, for example, Figs. 17a and 17b), for example, to specifically deflect electromagnetic radiation such as a laser.
- the functional surface ld can also be used for other purposes, for example, measurement and sensor purposes, or the functional element 1 itself can be adapted for corresponding purposes.
- the at least one coupling section 2 or the (for example two) coupling sections 2 are now adjoined by the spring sections 3a - 3d, which are provided, for example, substantially below the functional element 1 or are formed spaced apart from the functional element 1 in the direction of a normal vector of the substrate plane, which extends the functional element 1 along and/or by at least two Oscillation axes X, Y are held in an oscillating manner and are axially symmetrical to at least one of the at least two oscillation axes X, Y.
- a first pair of spring sections 3a, 3b initially adjoins the at least one coupling section 2 or the coupling sections 2, wherein, using the example of two coupling sections 2, which in turn themselves have at least partially resilient properties, each spring section 3a, 3b of the first pair of spring sections 3a, 3b is connected to the respective coupling section 2 at its end directed toward the side of the MEMS structure 100.
- the first pair of spring sections 3a, 3b can have a connecting section 3v directed toward the center of the MEMS structure 100, by means of which the spring sections 3a, 3b of the first pair of spring sections 3a, 3b are connected to one another.
- the connecting section 3v can be arranged or formed substantially in the center of the functional element 1, as viewed from the first pair of spring sections 3a, 3b towards the functional element 1.
- the connecting section 3v is now followed by the spring sections 3c, 3d, which together form a second pair of spring sections 3c, 3d and share the connecting section 3v with the first pair of spring sections 3a, 3b or have the same connecting section 3v.
- the spring sections 3c, 3d of the second pair of spring sections 3c, 3d each extend from the connecting section 3v toward opposite sides of the MEMS structure 100.
- the spring sections 3a-3d which are spaced apart from the functional element 1 in the direction of a normal vector of the substrate plane, can be arranged or formed in a region between the at least two coupling sections 2 of the functional element 1.
- the extensions in particular the lengths of the spring sections 3a, 3b, which are connected to the coupling sections 2, can have a certain spatial limitation, but the spring sections 3c, 3d, which can, for example, come into contact with other elements of the MEMS device 1000 (in particular MEMS mirror device 1000), can be designed as desired in their extension, for example, projecting beyond the functional element 1 (as shown by way of example in Fig. 14b).
- first pair of spring sections 3a, 3b and the second pair of spring sections 3c, 3d can be formed substantially at right angles to each other, so that for example, in the case shown here (see figure a) of Fig. 1), the spring sections 3a and 3b form a first oscillation axis X, around which at least the functional surface ld or the functional element 1 moves in an oscillating manner, and the spring sections 3c and 3d form a second oscillation axis Y, around which at least the functional surface ld or the functional element 1 moves in an oscillating manner, wherein, as already described, the oscillation axis X and the oscillation axis Y can, for example, be perpendicular to one another.
- any other angle between the two exemplary pairs of spring sections 3a-3d can also be selected.
- the spring properties of the respective pairs of spring sections 3a-3d can also vary.
- one pair of spring sections can be configured as torsion springs for oscillation around a longitudinal axis of the respective pair of spring sections, and the other pair of spring sections can be configured as bending springs for a translational oscillation of the functional element 1 or the functional surface 1d of the functional element 1, depending on the application of the respective MEMS structure 100.
- the first pair of spring sections 3a, 3b can extend in their length along the oscillation axis X, wherein the spring sections 3a, 3b can be formed axially symmetrically to the axis/oscillation axis X in their width or in their cross section.
- the spring sections 3a, 3b can also be formed axially symmetrically to the axis/oscillation axis Y in their respective longitudinal extent (along the X-axis).
- the second pair of spring sections 3c, 3d can be configured, for example, axially symmetrically with interchanged axes/oscillation axes.
- the second pair of spring sections 3c, 3d can extend lengthwise along the oscillation axis Y, wherein the spring sections 3c, 3d can be configured axially symmetrically to the axis/oscillation axis Y in their width or cross-section.
- the spring sections 3c, 3d can be configured, for example, axially symmetrically to the axis/oscillation axis X in their respective longitudinal extents (along the Y-axis).
- first and/or second pair of spring sections 3a - 3d could be only axially symmetrical to the oscillation axis X or to the oscillation axis Y.
- first pair of spring sections 3a, 3b could be axially symmetrical to the oscillation axis Y in their longitudinal extent and the second pair of spring sections 3c, 3d could be axially symmetrical to the oscillation axis Y in their width or cross-section, but the width or cross-section of the first pair of spring sections 3a, 3b could be asymmetrical to the oscillation axis X and/or the longitudinal extent of the second pair of spring sections 3c, 3d could be asymmetrical to the oscillation axis X.
- this can also be designed with the axes reversed.
- the spring sections 3c, 3d can furthermore each have anchor sections 4a at their ends facing away from the common connecting section 3v, which can be configured to be connected to an external structure 10 of a MEMS device 1000 (see, for example, Fig. 17a). This allows, for example, the MEMS structure 100 to be subsequently incorporated or inserted into another structure or external structure.
- the spring sections 3c, 3d of the second pair of spring sections 3c, 3d can, for example, extend to such an extent that they overlap, in particular completely overlap, the functional element 1 in the extension directions of the functional surface 1d of the functional element 1.
- none of the spring sections 3c, 3d would protrude beyond the functional element 1 on the side of the MEMS structure 100.
- an outer structure 10 could be formed quite close to the side of the corresponding MEMS structure 100 without affecting the functionality of the MEMS structure 100.
- the spring sections 3c, 3d of the second pair of spring sections 3c, 3d can also be designed such that the anchor sections 4a of the spring sections 3c, 3d of the second pair of spring sections 3c, 3d are also overlapped by the functional element 1 in the lateral extension of the MEMS structure 100.
- the spring sections 3c, 3d of the second pair of spring sections 3c, 3d and/or their respective anchor sections 4a can also protrude beyond the lateral dimensioning of the functional element 1 (see, for example, Fig. 14b).
- the space beneath the functional element 1 can be used, for example, to form the spring sections 3a-3d at this location, which together can form a spring structure. This can, for example, lead to an advantageous, more compact design of the MEMS structure 100 and thus to a more compact MEMS device 1000 with more precisely designed oscillation axes X, Y.
- this design of the MEMS structure 100 allows the spring sections 3a - 3d or the springs responsible for the oscillation of the functional element 1 to be brought closer to the oscillation axes of the functional element 1, so that the effective moment of inertia decreases and thus advantageously higher oscillation frequencies or higher resonance frequencies of the functional element 1, in which the MEMS structure 100 can preferably be operated, become possible.
- the spring sections 3a - 3d can be used both for the formation of the oscillation axes X, Y and for generating / initiating the oscillating movement (if, for example, actuators 8a, 8b are applied directly to the spring sections 3a - 3d, see for example Figs. 5 - 10; or if, for the oscillation generation, lever sections 3Lca - 3Ldb are connected to the spring sections 3c, 3d and the lever sections have corresponding actuators 8c, see for example Fig. 13) in the functional element 1.
- Fig. 2 shows in the figures a) and b) exemplary configurations of two coupling sections 2 of the functional element 1 of the MEMS structure 100 as further exemplary embodiments.
- the coupling sections 2 (for example at least two coupling sections 2) can be formed below the functional element 1 or can be formed on the side of the functional element 1 and connected to the functional element 1 which faces the spring sections 3a - 3d.
- the coupling sections 2 can be formed in an edge region of the functional element 1, so that, for example, the coupling sections 2 have a common outer surface with the functional element 1, for example, as shown here, a common circular outer surface (see figure a) of Fig. 2).
- the functional surface is designed as a mirror surface 1d or as a mirror 1d and a surface that is as flat as possible for the reflection of electromagnetic radiation (for example from a laser) should be present here.
- the coupling sections 2 can also be designed to be closer together on the functional section 1a of the functional element 1, so that they are provided just below the functional surface 1d of the functional element 1 (see, for example, figure b) of Fig. 2), in order, for example, to prevent or minimize potential deformations of the functional element 1 at the location of the functional section 1a with the functional surface 1d.
- Fig. 3 shows in the figures a) and b) exemplary configurations of three coupling sections 3 of the functional element 1 of the MEMS structure 100 as further exemplary embodiments.
- three or more coupling sections 2 can also be provided on the functional element 1 or on the functional section 1a.
- the coupling sections 2, as shown in Fig. 2, can again be provided below the functional element 1 or formed on the side of the functional element 1 facing the spring sections 3a-3d.
- the three or more coupling sections 2 can also be provided laterally of the functional element 1 or the functional section 1a (as shown in Fig. 5 with two coupling sections 2) or in the edge region of the functional element 1.
- the cross-sectional shape of the coupling sections 2 can vary.
- the cross-sectional shape of the coupling sections 2 can have a square shape (as shown in Figure a) in Fig. 3) or a circular segment shape (as shown in Figure b) in Fig. 3).
- other cross-sectional shapes such as a cylindrical cross-sectional shape of the coupling sections 2, can also be provided.
- Fig. 4 shows a further exemplary embodiment of a MEMS structure 100 with two pairs of spring sections 3a - 3d and two coupling sections 2, wherein each coupling section 2 has, for example, three support sections 2a and one beam section 2b.
- the multiple support sections 2a per coupling section 2 can prevent deformations of the functional element 1 due to vibrations and inertia of the functional element 1, which can lead to better and more consistent surface flatness of the functional section 1a or the functional surface ld of the functional element 1 during operation of the MEMS structure 100.
- This can also be advantageous, for example, if the functional surface is designed as a mirror surface ld or as a mirror ld and a surface that is as flat as possible is to be present here for reflecting electromagnetic radiation (for example, from a laser).
- At least two support sections 2a (or four or more support sections 2a per coupling section 2) and a beam section 2b for connecting the support sections 2a can be provided per coupling section 2.
- two adjacent coupling sections 2, as shown in Fig. 3 can be designed as two support sections 2a with a connecting beam section 2b, wherein the beam section 2b is further connected to one of the spring sections 3a, 3b of the first pair of spring sections 3a, 3b, and the third coupling section 2, as shown in Fig. 3, is connected to the other spring section 3a, 3b of the first pair of spring sections 3a, 3b.
- the coupling sections 2 or the support sections 2a of the coupling sections 2 can also be provided laterally of the functional element 1 / functional section 1a or in the edge region of the functional element 1 / functional section 1a.
- the anchor sections 4a as shown in Fig. 1, can also be provided here, for example, at the ends of the second pair of spring sections 3c, 3d in order to be able to establish a corresponding connection with an external structure 10.
- the spring sections 3a - 3d can be formed axially symmetrically to the at least two oscillation axes X, Y or to at least one of the at least two oscillation axes X, Y.
- Fig. 5 shows in the figures a) to c) an exemplary embodiment of the MEMS structure 100 with coupling sections 2 provided laterally and with actuators 8a, 8b applied, for example, to the spring sections 3a - 3d for driving the functional surface ld of the functional element 1.
- connection to the coupling sections 2 can be achieved via the at least two projections arranged on opposite sides of the functional element 1, wherein the at least two coupling sections 2 in turn establish the connection between the functional element 1 and the spring sections 3a-3d.
- the coupling sections 2 can be arranged substantially laterally from the functional surface 1d of the functional element 1 (see, for example, Figure c) of Fig. 5).
- At least one actuator 8a, 8b can be provided on at least one of the spring sections 3a - 3d, which are spaced from the functional element 1 in the direction of a normal vector of the substrate plane and are axially symmetrical to at least one of the at least two oscillation axes X, Y, and can be configured to cause the functional element 1 to oscillate, in particular to oscillate in at least one dimension or two dimensions (such as about the two oscillation axes X and Y).
- several actuators 8a, 8b can also be arranged on the paired spring sections 3a-3d, for example.
- one actuator 8a, 8b can be provided on each spring section 3a-3d, or several actuators 8a, 8b can be provided per spring section 3a-3d.
- the actuators 8a, 8b can, for example, be provided between the spring sections 3a - 3d and the functional element 1 on the spring sections 3a - 3d, or, for example, also be provided on the side of the spring sections 3a - 3d that is facing away from the functional element 1.
- actuators 8a, 8b can be provided both between the spring sections 3a-3d and the functional element 1, as well as on the side of the spring sections 3a-3d facing away from the functional element 1.
- a combination of the various arrangements of actuators 8a, 8b may also be possible.
- the actuators 8a can be provided between the spring sections 3a, 3b and the functional element 1, while on the spring sections 3c, 3d of the second pair of spring sections 3c, 3d, the actuators 8b are provided on the side of the spring sections 3c, 3d facing away from the functional element 1.
- the actuators 8a, 8b can be designed as piezo actuators 8a, 8b, as plate capacitors 8a, 8b, or as comb drives 8a, 8b and/or as magnetic actuators 8a, 8b (for example, also as microactuators, etc.).
- similar elements for example, also piezo elements
- the driving actuators 8a, 8b can be designed as plate capacitors, while the sensors for the vibrational movement or deformation of the spring sections 3a - 3d can be designed as piezo elements.
- the types can also be different within the actuators / sensors, for example piezo actuators on the side of the spring sections 3a - 3d facing the functional element 1, and capacitive drives below the spring sections 3a - 3d.
- Fig. 6 shows in the figures a) to c) a further exemplary embodiment of a MEMS structure 100 with two pairs of spring sections 3a - 3d, which are axially symmetrical to the at least two oscillation axes X, Y, and two coupling sections 2 with holding sections lb between the functional section 1a and the coupling sections 2.
- the holding sections lb can be arranged laterally of the functional section 1a, which has the functional surface ld (e.g., mirror surface ld/mirror ld) of the functional element 1 (see, for example, illustrations b) and c) of Fig. 6).
- the holding sections lb can be narrower than the coupling sections 2. This can, for example, lead to a spring property of the holding sections lb, which can be advantageous for various applications of the MEMS structure 100.
- the length of the respective holding sections lb can be adjusted up to different lengths of the two holding sections lb, depending on the application and potential additional vibration/spring behavior.
- this configuration of the MEMS structure 100 allows the lengths of the first pair of spring sections 3a, 3b and the second pair of spring sections 3c, 3d to differ significantly from one another (see, for example, Figure a) of Fig. 6).
- the spring sections 3a, 3b of the first pair of spring sections 3a, 3b can be significantly longer than the spring sections 3c, 3d of the second pair of spring sections 3c, 3d.
- This can be used, for example, for different oscillation frequencies of the two oscillation axes X and Y and, thereby, for an adjustable frequency ratio of the two oscillation axes.
- the different lengths of the spring sections 3a-3d can, for example, influence the sides on which the actuators 8a, 8b are arranged on the spring sections 3a-3d.
- the actuators 8a, 8b were provided between the spring sections 3a-3d and the functional element 1.
- different arrangements of the actuators 8a, 8b can also be provided, as described, for example, with reference to Fig. 5.
- Fig. 7 shows in the figures a) and b) exemplary configurations of holding sections 1b of the MEMS structure 100 as further exemplary embodiments.
- the holding sections lb can, for example, have the same width as the coupling sections 2 over their entire length (see, for example, Figure a) of Fig. 7), or have the same width at the connection to the coupling sections 2 and taper towards the functional section la (see, for example, figure b) of Fig. 7).
- the at least two holding sections lb can further be designed as resilient holding sections lb, wherein, for example, the property as torsionally resilient and/or flexurally resilient holding sections lb can be advantageous for various applications of the MEMS structure 100.
- Fig. 8 shows in the figures a) to c) a further exemplary embodiment of a MEMS structure 100 with two pairs of spring sections 3a - 3d, which are formed axially symmetrically to the at least two oscillation axes X, Y, wherein the functional element 1 has the functional section 1a, a frame section 1c and a plurality of holding sections 1b and actuators 8a, 8b are applied, for example, to the spring sections 3a - 3d.
- the MEMS structure 100 can now comprise a functional element 1, which, for example, comprises a functional section 1a with the functional surface 1d and a frame section 1c that surrounds the functional section 1a in the extension directions of the functional surface 1d.
- a functional element 1 which, for example, comprises a functional section 1a with the functional surface 1d and a frame section 1c that surrounds the functional section 1a in the extension directions of the functional surface 1d.
- the frame section lc of the functional element 1 can have at least two coupling sections 2, by means of which the functional element 1 is mechanically connected to the spring sections 3a-3d, which are spaced apart from the functional element 1 in the direction of a normal vector of the substrate plane.
- the coupling sections 2 can be provided laterally on the frame section lc.
- the coupling sections 2 can also be provided below the frame section lc, as shown, for example, in Fig. 9.
- the functional element 1 can further comprise at least two holding sections 1b, which are formed between the functional section 1a and the frame section 1c and mechanically connect the functional section 1a to the frame section 1c.
- holding sections 1b As shown in Figure c) of Fig. 8, however, more than two Holding sections lb may be provided, for example four holding sections lb, or eight
- the structure of the functional element 1 created by the holding sections 1b can advantageously reduce the moment of inertia of the functional element 1 when oscillating about the two oscillation axes, since material and thus weight can be saved, particularly in the outer region of the functional element 1, and the shape of the functional surface 1d or the functional section 1a can still be supported in a stabilizing manner by the holding sections 1b and the frame section 1c.
- the actuators 8a, 8b can again be arranged on the side of the spring sections 3a-3d facing away from the functional element 1.
- any other arrangement of the actuators 8a, 8b, as already described, can also be provided here.
- the spring sections 3a - 3d can also be designed such that they overlap, in particular completely overlap, with the functional element 1, comprising the functional section 1a, the holding sections 1b and the frame section 1c, in the extension directions of the functional surface 1d of the functional element 1 (see, for example, figure a) of Fig. 8).
- Fig. 9 shows in the figures a) to c) a further exemplary embodiment of a MEMS structure 100 with two pairs of spring sections 3a - 3d, which are formed axially symmetrically to the at least two oscillation axes X, Y, wherein the functional element 1 has the functional section 1a, a frame section 1c and two holding sections 1b.
- two holding sections 1b are now provided, which, for example, have an additional spring property and can thus resiliently hold the functional section 1a relative to the frame section 1c. This allows, for example, the vibration behavior of the functional element 1 to be changed/adapted depending on the application of the MEMS structure 100.
- actuators 8a, 8b are shown as examples on the spring sections 3a - 3d, which, as already in the other exemplary embodiments of the MEMS Structure 100 described, can be provided on the spring sections 3a - 3d, for example, at variable positions of the spring sections 3a - 3d (for example between the respective spring section 3a - 3d and the functional element 1 and/or on the side of the respective spring section 3a - 3d that is facing away from the functional element 1).
- Fig. 10 shows in the figures a) to c) a further exemplary embodiment of a MEMS structure 100 with a pair of spring sections 3a, 3b and two holding sections 1b, which are designed as spring holding sections 1b, as well as actuators 8a, 8c applied as examples on the spring sections 3a, 3b and the holding sections 1b.
- the exemplary embodiment of the MEMS structure 100 shown here is essentially based on the exemplary embodiment of the MEMS structure 100 according to Fig. 9, except that in the exemplary embodiment shown here, one of the oscillation axes (oscillation axis X) is now formed by the resilient holding sections 1b between the frame section 1c and the functional section 1a, and no longer by a pair of spring sections 3c, 3d, as shown in Fig. 9.
- the two oscillation axes X and Y, formed by the first pair of spring sections 3a, 3b and the resilient holding sections 1b, are formed substantially perpendicular to one another.
- the oscillation frequencies of the functional surface ld of the functional element 1 can be adjusted and thus a desired frequency ratio between the first oscillation axis X and the second oscillation axis Y can be generated.
- the axial symmetry of the first pair of spring sections 3a, 3b is designed to the at least two oscillation axes X, Y
- the axial symmetry of the resilient holding sections 1b is designed to the at least two oscillation axes X, Y.
- the axial symmetry shown here as an example can also be designed differently from the respective oscillation axes X, Y (see the explanations in Fig. 1 for an example).
- the actuators 8c can now be formed on the functional element 1, in particular, for example, on the resilient holding sections 1b, in order to excite the oscillation of the functional surface 1d or the functional section 1a around the second oscillation axis.
- the actuators 8c can be arranged on the side of the The actuators 8c can be provided on the side of the functional element 1, on which the functional surface 1d can also be provided, or on the side of the functional element 1 facing the spring sections 3a, 3b.
- the actuators 8c can also be provided, for example, on different sides of the functional element 1.
- the actuators 8a can again be provided on the spring sections 3a, 3b and can be applied on the different sides of the spring sections 3a, 3b.
- the connecting section of the spring sections 3a, 3b of the pair of spring sections 3a, 3b can have or be connected to an anchor section 4a, which is designed to be connected to an external structure 10.
- Fig. 11 shows the exemplary embodiment of a MEMS structure 100 according to Fig. 4, wherein the spring sections 3a - 3d of the two pairs of spring sections 3a - 3d are now each formed by two spring sub-sections 3aa - 3db.
- each of the spring sections 3a - 3d which are spaced from the functional element 1 in the direction of a normal vector of the substrate plane and are formed axially symmetrically to the at least two oscillation axes X, Y or which, using the example of a functional surface ld as an exemplary mirror surface ld, are arranged on the side of the functional element 1 which is opposite the side of the functional surface ld of the functional element 1, can be formed from two parallel spring sub-sections 3aa - 3db.
- this can mean, for example, that a first spring sub-section 3aa of a first spring section 3a of the first pair of spring sections 3a, 3b has a connecting section with a first spring sub-section 3da of a second spring section 3d of the second pair of spring sections 3c, 3d.
- a second spring section 3db of the second spring section 3d of the second pair of spring sections 3c, 3d can then have a connecting section with a second spring section 3bb of a second spring section 3b of the first pair of spring sections 3a, 3b.
- a first spring section 3ba of the second spring section 3b of the first pair of spring sections 3a, 3b can then have a connecting section with a first spring section 3ca of the first spring section 3c of the second pair of spring sections 3c, 3d. - TI -
- a second spring section 3cb of the first spring section 3c of the second pair of spring sections 3c, 3d can then have a connecting section with a second spring section 3ab of the first spring section 3a of the first pair of spring sections 3a, 3b.
- the respective spring sections 3aa - 3db can also deviate from the parallelism to each other (see, for example, Figs. 12a and 12b), for example, converge or diverge from their respective connecting sections.
- the spring sections 3aa-3db which have a common connecting section (for example, spring section 3aa with spring section 3da, spring section 3db with spring section 3bb, spring section 3ba with spring section 3ca, and spring section 3cb with spring section 3ab), can be formed substantially at right angles to one another.
- the angles of the spring sections 3aa-3db, which have a common connecting section can also be at an angle other than 90°.
- the spring sections 3aa - 3db also have axial symmetry to at least one, in particular to the at least two oscillation axes X, Y.
- the spring sections 3aa, 3ab, 3ba, and 3bb can extend in their length along the oscillation axis X, wherein the spring sections 3aa, 3ab, 3ba, and 3bb can be designed to be axially symmetrical to the axis/oscillation axis X in their width or cross section.
- the distance of the individual spring sections 3aa, 3ab, 3ba, and 3bb from the oscillation axis X can also be designed symmetrically, for example.
- the spring sections 3aa, 3ab, 3ba, and 3bb can, for example, be designed to be axially symmetrical to the axis/oscillation axis Y in their respective longitudinal extent (along the X-axis).
- the spring sections 3ca, 3cb, 3da, and 3db can extend in their length along the oscillation axis Y, wherein the spring sections 3ca, 3cb, 3da, and 3db are axially symmetrical in their width or in their cross section to the Axis/oscillation axis Y.
- the distance of the individual spring sections 3ca, 3cb, 3da, and 3db from the oscillation axis Y can also be designed symmetrically, for example.
- the spring sections 3ca, 3cb, 3da, and 3db can, for example, be designed axially symmetrically to the axis/oscillation axis X in their respective longitudinal extent (along the Y-axis).
- a mechanical stabilization of the oscillation system (for example with regard to the pivoting or oscillation behavior of the functional element 1 or the functional surface ld) can also be advantageously achieved due to the more precisely formed oscillation axes X, Y.
- each of the spring sub-sections 3ca - 3db of the second pair of spring sections 3c, 3d can have, at an end opposite the connecting section, an anchor section 4a (not shown here in Fig. 11, but comparable to, for example, Fig. 8), which is adapted to be connected to an external structure 10.
- the ends of the mutually parallel spring sections 3ca - 3db which are opposite their respective connecting section, can be connected to one another by the anchor section or another section.
- the spring sections 3aa - 3db can, for example, be designed as torsion springs or as torsion spring sections 3aa - 3db and/or as spiral springs or as spiral spring sections 3aa - 3db.
- actuators 8a, 8b can also be provided on the spring sections 3aa - 3db, analogous to the spring sections 3a - 3d, whereby, if necessary, one actuator 8a, 8b could be divided into two partial actuators 8aa, 8ab and 8ba, 8bb.
- Fig. 12a shows exemplary embodiments of spring sections 3aa-3bb which run axially symmetrically to the oscillation axes X, Y and which together form the respective spring sections 3a, 3b.
- each of the spring sections 3aa - 3bb can be angular, in particular exclusively angular, so that the spring sections 3a, 3b, which each consist of the paired spring sections 3aa - 3bb (spring sections 3aa, 3ab for spring section 3a and Spring sections 3ba, 3bb for spring section 3b) are formed, essentially have a diamond shape (or rectangular shape).
- At least a 2D movement of the functional element 1 can be provided, for example, without any specific design of the spring sections 3c, 3d of the second pair of spring sections.
- the spring sections 3aa - 3bb are connected to the functional element 1 by means of two coupling sections 2 (one coupling section for each spring section 3a, 3b) and, at the ends of the spring sections 3aa - 3bb opposite the coupling sections 2, are connected to one, in particular a single, anchor section 4a.
- the spring sections 3aa - 3bb as shown by way of example in figure b) of Fig. 12a, can be straight-shaped, in particular exclusively straight-shaped, wherein the spring sections 3aa, 3ab and 3ba, 3bb, which together each form a spring section 3a, 3b, extend at a certain angle (for example 30°, 60°, 90° or 120° and other angles) from the corresponding coupling section 2 in order to be connected to the respective anchor section 4a.
- a certain angle for example 30°, 60°, 90° or 120° and other angles
- the four spring sections 3aa - 3bb can together form a diamond shape or a rectangular shape and thereby provide the oscillation of the functional element 1 in at least two dimensions.
- two anchor sections 4a can be provided, each in a region between the coupling sections 2, wherein a spring section 3aa, 3ab of one spring section 3a can be connected to one of the spring sections 3ba, 3bb of the other spring section 3b via an anchor section 4a.
- actuators 8a (possibly distributed among the individual spring sections 3aa - 3bb) can also be applied/attached to the spring sections 3aa - 3bb shown or described here in order to generate the respective vibrations/vibration axes X, Y. The same applies to potential sensors on the spring sections 3aa - 3bb.
- lever sections 3Lca - 3Ldb may also be provided on the anchor sections 4a described and shown here or on the spring sections 3a, 3b or spring sections 3a - 3bb which can be configured to excite an oscillation of the functional element 1 (see in particular Fig. 13 and the associated description).
- Fig. 12b shows further exemplary embodiments of spring sections that run axially symmetrically to the oscillation axes X, Y and that together form the respective spring sections.
- each of the spring sections 3aa - 3bb can be arcuate, in particular exclusively arcuate, so that the spring sections 3a, 3b, which are each formed from the paired spring sections 3aa - 3bb (spring sections 3aa, 3ab for spring section 3a and spring sections 3ba, 3bb for spring section 3b), have a substantially oval shape (or also a circular shape).
- the spring sections 3aa - 3bb are connected to the functional element 1 by means of two coupling sections 2 (one coupling section for each spring section 3a, 3b) and, at the ends of the spring sections 3aa - 3bb opposite the coupling sections 2, are connected to one, in particular a single, anchor section 4a.
- each of the spring sections 3aa-3bb can have a combination of the shapes already described, i.e., a combination of straight, arcuate, and/or angular spring sections 3aa-3bb.
- a combination can be formed, for example, from a straight shape (as shown, for example, in Fig. 12a, illustration b)) and an angular shape (as shown, for example, in Fig. 12a, illustration a)), so that each of the spring sections 3aa-3bb is straight with an angular extension.
- the spring sections 3aa - 3bb are connected to the functional element 1 by means of two coupling sections 2 (one coupling section for each spring section 3a, 3b) and, at the ends of the spring sections 3aa - 3bb opposite the coupling sections 2, are connected to one, in particular a single, anchor section 4a.
- actuators 8a (possibly distributed among the individual spring sections 3aa - 3bb) can also be applied/attached to the spring sections 3aa - 3bb shown or described here in order to generate the respective vibrations/vibration axes X, Y. The same applies to potential sensors on the spring sections 3aa - 3bb.
- lever sections 3Lca - 3Ldb can potentially be provided on the anchor sections 4a described and shown here or on the spring sections 3a, 3b or spring sub-sections 3a - 3bb, which can be configured to excite an oscillation of the functional element 1 (see in particular the following Fig. 13 and the associated description).
- Fig. 13 shows the exemplary embodiment of a MEMS structure 100 according to Fig. 11, wherein between the spring sections 3a - 3d, which here are each formed by their spring sub-sections 3aa - 3db, and anchor sections 3kl, 3k2, lever sections 3Lca, 3Lcb, 3Lda, 3Ldb are further provided, which can be configured to excite an oscillation of the functional element 1.
- the lever section 3Lca can be connected to the end of the spring section 3ca, which is opposite the connecting section of the spring section 3ca with the spring section 3ba, on one side, and to a second anchor section 3k2 on the other side.
- lever section 3Ldb can be connected to the end of the spring section 3db, which is opposite the connecting section of the spring section 3db with the spring section 3bb, on one side, and to the second anchor section 3k2 on the other side.
- an opening or a gap may be provided between the two lever portions 3Lca and 3Ldb; however, this opening/gap may also be closed.
- the lever section 3Lda can be connected to the end of the spring section 3da, which is opposite the connecting section of the spring section 3da with the spring section 3aa, on one side, and to a first anchor section 3kl on the other side.
- lever section 3Lcb can be connected to the end of the spring section 3cb, which is opposite the connecting section of the spring section 3cb with the spring section 3ab, on one side, and to the first anchor section 3kl on the other side.
- an opening or gap may be provided between the two lever sections 3Lda and 3Lcb at the point of the first anchor section 3kl that is common to the lever sections 3Lda and 3Lcb; however, this opening/gap may also be closed.
- the respective lever section 3Lca, 3Lcb, 3Lda, 3Ldb can have a higher spring stiffness relative to the respective spring section 3c, 3d or spring subsection 3ca, 3cb, 3da, 3db to which the lever section 3Lca, 3Lcb, 3Lda, 3Ldb is connected.
- the respective lever section 3Lca, 3Lcb, 3Lda, 3Ldb can be arcuate or partially circular.
- other shapes for the lever sections 3Lca, 3Lcb, 3Lda, 3Ldb are also possible.
- lever sections 3Lca, 3Lcb, 3Lda, 3Ldb shown here can also be connected, for example, to the spring sections 3c, 3d of the second pair of spring sections 3c, 3d.
- the lever sections 3Lca, 3Lcb are connected together to the end of the spring section 3c opposite the connecting section 3v.
- the lever sections 3Lda, 3Ldb would be connected together to the end of the spring section 3d opposite the connecting section 3v, with the spring sections 3a, 3b of the first pair of spring sections 3a, 3b then extending from the connecting section 3v to the coupling sections 2.
- the lever sections 3Lca, 3Lcb, 3Lda, 3Ldb can also advantageously be designed to be axially symmetrical to at least one, in particular to the at least two oscillation axes X, Y.
- actuators 8d - 8g can also be provided on the lever sections, which are designed to cause the lever sections 3Lca, 3Lcb, 3Lda, 3Ldb to oscillate and thus to cause the functional element 1 to oscillate, for example about two oscillation axes (for example oscillation axes X and Y; see for example Fig. 1).
- only a single actuator 8d - 8g can also be provided.
- the at least one actuator 8d-8g can be provided between the at least one lever section 3Lca, 3Lcb, 3Lda, 3Ldb and the functional element 1, or the at least one actuator 8d-8g can be provided on the side of the at least one lever section 3Lca, 3Lcb, 3Lda, 3Ldb that faces away from the functional element 1. It should be noted, however, that combinations of arrangements of the actuators 8d-8g on the lifting sections 3Lca, 3Lcb, 3Lda, 3Ldb are also possible, comparable to the combination possibilities for the actuators 8a, 8b of the spring sections.
- lever sections 3Lca, 3Lcb, 3Lda, 3Ldb can also be provided on the spring sections 3a-3d, as shown in Fig. 4, if these are not formed from spring subsections 3aa-3db; this could also excite vibrations of the functional element 1, again about the two vibration axes X and Y, for example.
- Fig. 14a shows in the figures a) and b) an exemplary embodiment of a MEMS structure 100 with two pairs of spring sections 3a - 3d, which are formed axially symmetrically to the at least two oscillation axes X, Y, wherein the functional element 1 has an overhang U relative to at least one of the two pairs of spring sections 3a - 3d.
- the functional element 1 can have an overhang U relative to the second pair of spring sections 3c, 3d in the longitudinal direction L of the second pair of spring sections 3c, 3d.
- the overhang U can be in a range of 10-50% of the length L of the second pair of spring sections 3c, 3d, or, for example, also in a range of 25-35% of the length L of the second pair of spring sections 3c, 3d.
- the amplitude or the deflection angle of the functional element 1 or the functional surface ld around the oscillation axis formed by the spring sections 3a, 3b can be increased, since the functional element 1 is provided with a the spring sections 3c, 3d or with one of the anchor sections 4a would only collide much later.
- the overhang U of the functional element 1 can be evenly distributed relative to the length L of the second pair of spring sections 3c, 3d, as expressed in Figure b) of Fig. 14a by U/2 to both sides. It should be noted that the overhang U can also be distributed unevenly, for example, so that the overhang in the spring section 3c is different, for example, larger, than the overhang in the spring section 3d.
- actuators 8a, 8b can again be provided arbitrarily on the spring sections 3a - 3d.
- Fig. 14b shows in the illustrations a) and b) an exemplary embodiment of a MEMS structure 100 with two pairs of spring sections 3a - 3d, which are formed axially symmetrically to the at least two oscillation axes X, Y, wherein the spring sections 3c, 3d of the second spring pair protrude relative to the functional element 1.
- the functional element 1, as shown here, can have a substantially circular shape, so that the length L of the second pair of spring sections 3c, 3d can be greater than the diameter D of the functional element 1 (L > D).
- the functional element 1 can also have any other shape, for example, square, polygonal, oval, etc., the length L of the second pair of spring sections 3c, 3d can be at least greater than the functional element 1 in the direction of the longitudinal direction L of the second pair of spring sections 3c, 3d.
- an anchor section 4a can also be formed as shown and described in Figs. 1, 5, 6, 8, 9 or 14a.
- the MEMS structure 100 can also be designed such that the spring sections 3c, 3d of the second pair of spring sections have a length L which essentially corresponds to the extension of the Functional element 1 in the longitudinal direction L of the second pair of spring sections 3c, 3d, so that the spring sections 3c, 3d terminate in their longitudinal direction L with the functional element 1 (see, for example, Figs. 1, 4, 5, 6, 8, 9 and 13).
- Figs. 15a - 15c show exemplary steps of an embodiment of a manufacturing process of an exemplary MEMS structure 100, wherein the starting wafer, which can be provided in a first step (i), initially comprises a base layer LI (starting substrate LI as an exemplary shape of the substrate plane) and a first stack L2 with an insulator layer L2b, which is connected to the base layer LI, and a semiconductor layer L2a.
- the starting wafer which can be provided in a first step (i)
- the starting wafer which can be provided in a first step (i) initially comprises a base layer LI (starting substrate LI as an exemplary shape of the substrate plane) and a first stack L2 with an insulator layer L2b, which is connected to the base layer LI, and a semiconductor layer L2a.
- the first stack L2 can now be structured (step (ii); structuring, for example, by an etching step) by introducing at least one cavity into the semiconductor layer L2a using known lithography followed by etching processes.
- a portion of the semiconductor layer L2a of the first stack L2 can be formed, for example, as coupling sections 2.
- An additional section of the layer L2 can be left standing, for example, to provide reinforcement for the later functional section 1a or the functional layer 1.
- the second stack L3 can now be applied/provided, for example, on the already structured semiconductor layer L2a (with coupling sections 2) of the first stack L2.
- An exemplary bonding step e.g., fusion bonding
- the insulator layer L3b of the second stack L3 is connected to the semiconductor layer L2a (as well as to the coupling sections 2) of the first stack L2.
- the spring sections for example the spring sections 3a - 3d, can now be structured from the semiconductor layer L3a of the second stack L3.
- a semiconductor layer can now firstly (in step (v)), for example, be applied as an anchor layer L4 to the structured semiconductor layer L3a of the second stack L3 (and in the process form a connection with the spring sections 3a - 3d) and then (in step (vi)) can be partially removed (for example etching processes) or structured by correspondingly known lithography and etching processes in order to form, for example, the anchor section(s) 4a which are in connection with at least one of the spring sections 3a - 3d.
- a further semiconductor layer can now be applied as a base layer L5 onto the structured anchor layer L4 and connected to the anchor section(s) 4a.
- step (viii)) of the base layer LI to form the functional element 1 for example with functional surface ld, which can be formed, for example, in a later step as a mirror surface ld or as a mirror element ld
- the remaining laterally exposed regions of the individual layers L1-L5 can be used, for example, as an outer structure 10 to which the anchor sections 4a can be connected.
- Fig. 16 shows an exemplary flowchart of a method for manufacturing a MEMS structure 100 for a MEMS device 1000, in particular a MEMS mirror device, according to exemplary embodiments of the present disclosure.
- steps for manufacturing the exemplary MEMS structure 100 have already been described in the previous exemplary embodiment, in particular in the exemplary embodiment of Figs. 15a-15c, a general method will nevertheless be described below.
- a base layer LI (as an exemplary substrate level, for example also formed as a semiconductor layer) with a first stack L2, which has a semiconductor layer L2a and an insulator layer L2b, can first be provided, wherein the insulator layer L2b of the first stack L2 is connected, for example, to the base layer LI.
- the semiconductor layer L2a of the first stack L2 can now be structured to form the at least two coupling sections 2, wherein, for example, known lithography processes with subsequent etching processes can be used for this purpose.
- a second stack L3 may be provided on the structured semiconductor layer L2a of the first stack L2, wherein the second Stack L3 can have a semiconductor layer L3a and an insulator layer L3b and the insulator layer L3b of the second stack L3 can be connected at least to the at least two structured coupling sections 2 (for example by fusion bonding).
- the semiconductor layer L3a of the second stack L3 can now be structured to form the spring sections 3a - 3d, which are spaced from the functional element 1 in the direction of a normal vector of the substrate plane and are formed axially symmetrically to the at least one, in particular to the at least two oscillation axes X, Y, and the respective anchor sections 4a.
- an additional layer L4 for example semiconductor layer L4, can be applied to the structured semiconductor layer L3a of the second stack L3 and thus to the structured spring sections 3a - 3d and then structured.
- the base layer LI can now be structured to form the functional element 1 (for example with the functional surface 1d), wherein, for example, flipping or turning over the previously formed MEMS structure can be advantageous for this purpose in order to be able to advantageously carry out corresponding lithography and subsequent etching steps on the base layer LI again.
- a partial removal of the insulator layer L2b of the first stack L2 and the insulator layer L3b of the second stack L3 can be carried out in order to detach the final MEMS structure 100 from the laterally exemplary remaining sections of the layers LI to L5 (as shown by way of example in Fig. 15c), wherein these remaining sections of the layers LI to L5 can be used, for example, as the outer structure 10 of the MEMS device 1000 (see, for example, Figs. 17a and 17b).
- an actuator layer L8 can be provided on the structured semiconductor layer L3a of the second stack L3, and, in a further exemplary step S108, the applied actuator layer L8 can be structured to form the at least one actuator 8a, 8b on the spring sections 3a - 3d.
- the provision of the actuator layer L8 can also take place at a different time and not only after the structuring of the semiconductor layer L3a of the second stack L3. It should be noted at this point that the steps of the method/manufacturing process described here do not necessarily have to be performed in the same order as in the manufacturing process. Rather, these steps can be interchanged or supplemented by additional steps.
- Fig. 17a shows an exemplary embodiment of an exemplary MEMS device 1000, for example an exemplary MEMS mirror device 1000, with an exemplary embodiment of the exemplary MEMS structure 100.
- the MEMS structure 100 can be connected to the outer structure 10, for example, by means of the anchor section(s) 4a, wherein the outer structure 10, as already shown and described in Figs. 15a - 15c, can be formed by the lateral sections of the layers LI - L5 that remained during the exemplary manufacturing process of the MEMS structure 100.
- the MEMS structure 100 can be provided within the outer structure 10 and the outer structure 10 can have an opening only in the region of the functional element 1 or the functional surface ld (for example the mirror surface ld / mirror ld) of the functional element 1.
- This opening of the outer structure 10 can, for example, advantageously be closed with a transparent element 7, for example with a glass element 7.
- the glass element 7 can have a variety of shapes, such as a dome shape (see, for example, Figs. 17a and 17b), or the shape of a flat slope.
- the transparent element 7 can be connected to the outer structure 10 in such a way that it can vacuum-pack the MEMS structure 100 accommodated in the outer structure 10. This can be achieved, for example, by so-called glass frits (shown in Figs. 17a and 17b as thicker black elements between the transparent element 7 and the outer structure 10).
- the enclosure comprising the outer structure 10 and the transparent element 7 protects the MEMS structure 100 and, in particular, the functional section 1a/the functional surface 1d (e.g., the mirror surface 1d/the mirror 1d) from contamination.
- a getter (not shown here) can be provided in the interior of the outer structure 10, which further supports the maintenance of the vacuum within the outer structure 10 and the transparent element 7.
- TSV Through-Silicon-Via
- actuators 8a, 8b not shown here
- the transparent element 7, which may be a glass element 7, for example, may also be formed as a single-layer glass wafer 7 or an element 7 having several glass layers.
- Fig. 17b shows a further exemplary embodiment of an exemplary MEMS device 1000, for example an exemplary MEMS mirror device 1000, with an exemplary embodiment of the exemplary MEMS structure 100 according to Fig. 14b, illustrations a) and b).
- the MEMS structure 100 can be integrated into the formed outer structure 10 by the anchor sections 3kl and 3k2, so that the MEMS structure 100 and the outer structure 10 are not only connected to each other in the region of the L4, L5 layers, but the connection has already been established via the L3 layer, which, as already described, can lead to a more advantageous electrical contacting of the potentially applied actuators 8a, 8b (not shown here; also applies to the sensors).
- the additional space below the MEMS structure 100 can be used to provide a getter (not shown here) that helps maintain the vacuum within the MEMS device 1000.
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Abstract
Description
MEMS-STRUKTUR FÜR EINE MEMS-VORRICHTUNG, MEMS-VORRICHTUNGMEMS structure for a MEMS device, MEMS device
UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG DER MEMS-STRUKTUR AND METHOD FOR MANUFACTURING THE MEMS STRUCTURE
Beschreibung Description
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine MEMS-Struktur für eine MEMS-Vorrichtung, insbesondere eine MEMS-Spiegelvorrichtung, eine MEMS-Vorrichtung, insbesondere eine MEMS-Spiegelvorrichtung, die die MEMS-Struktur aufweist, und ein Verfahren zur Herstellung der MEMS-Struktur. The present disclosure relates to a MEMS structure for a MEMS device, in particular a MEMS mirror device, a MEMS device, in particular a MEMS mirror device, comprising the MEMS structure, and a method for manufacturing the MEMS structure.
Hintergrund Background
MEMS-Vorrichtungen zählen zu den Mikrosystemen, die üblicherweise Elektronik einschließlich mehrerer Sensoren und Aktuatoren, die auf einem Substrat angeordnet sind, aufweisen und dabei sehr kleine Abmessungen im Bereich weniger Millimeter bis teilweise Sub-Millimeterbereich haben. MEMS devices are microsystems that typically comprise electronics including multiple sensors and actuators arranged on a substrate and have very small dimensions in the range of a few millimeters to sometimes sub-millimeter range.
Dabei werden für die verschiedensten Anwendungsmöglichkeiten von Mikrosystemen bzw. MEMS-Vorrichtungen die beweglichen Teile der MEMS-Vorrichtung translatorisch entlang einer oder mehrerer Raumachsen und/oder rotatorisch um eine oder mehrere Raumachse herum oszillierend bzw. schwingend betrieben, oftmals dabei im Bereich der jeweiligen Resonanzfrequenz. For the most diverse applications of microsystems or MEMS devices, the moving parts of the MEMS device are operated in a translational manner along one or more spatial axes and/or in a rotational manner around one or more spatial axes, oscillating or vibrating, often in the range of the respective resonance frequency.
Dabei werden gerade in der nächsten Zeit die Aspekte der Kosten solcher MEMS- Vorrichtungen, ihrer räumlichen Größe und ihres Gewichts und auch der Energie, die sie im Betrieb verbrauchen, für zukünftige Generationen von MEMS-Vorrichtungen von zentraler Bedeutung sein. Dabei sollen Kosten, Größe, Gewicht und Energieverbrauch, auch als C-SWAP (Cost, Size, Wight And Power) bezeichnet, stets immer geringer werden. In the near future, the aspects of the cost of such MEMS devices, their physical size and weight, as well as the energy they consume during operation, will be of central importance for future generations of MEMS devices. Cost, size, weight, and energy consumption, also known as C-SWAP (Cost, Size, Weight, and Power), are expected to continue to decrease.
MEMS-Vorrichtungen in ihrer Größe zu verkleinern stellt dabei eine besondere Herausforderung dar. Die Größe einer MEMS-Vorrichtung in der Fläche wird im Wesentlichen durch ihre funktionellen Abschnitte bzw. Elemente bestimmt, wobei dies beispielhaft ein Funktionselement (wie beispielsweise eine bewegliche Masse) und Federabschnitte, die das Funktionselement federnd halten, und eine die Federabschnitte umgebende, feste Struktur sein können, wie dies beispielhaft bei Beschleunigungssensoren und Drehratensensoren der Fall ist. Im Falle von Drucksensoren können hier beispielsweise die Größe der elastischen Membran und die die Membran umgebende Struktur einen wesentlichen Einfluss darauf haben. Reducing the size of MEMS devices is a particular challenge. The size of a MEMS device in terms of area is essentially determined by its functional sections or elements, which can be, for example, a functional element (such as a movable mass) and spring sections that resiliently hold the functional element, and a solid structure surrounding the spring sections, as is the case, for example, with acceleration sensors and angular rate sensors in In the case of pressure sensors, for example, the size of the elastic membrane and the structure surrounding the membrane can have a significant influence.
Eine besondere Form der MEMS-Vorrichtungen ist dabei die MEMS-Spiegelvorrichtung, die eine Spiegelplatte, Federstrukturen, sowie einen Rahmen aufweist, die die flächenmäßige Größe der MEMS-Spiegelvorrichtung bestimmen. A special form of MEMS devices is the MEMS mirror device, which has a mirror plate, spring structures, and a frame that determine the area of the MEMS mirror device.
Insbesondere bei bisherigen Designs von MEMS-Spiegelvorrichtungen werden die Spiegelplatte, die Federstrukturen sowie der Rahmen im Wesentlichen in einer Ebene realisiert, so dass eine vergleichsweise großflächige Ausbildung der mechanisch wirksamen Funktionsschicht aufweisend die Spiegelplatte, die Federstrukturen und der Rahmen stattfindet im Vergleich zur eigentlich nutzbaren Spiegelfläche. Dabei bleibt der Platz unter der Spiegelplatte meist ungenutzt. In particular, in previous designs of MEMS mirror devices, the mirror plate, the spring structures, and the frame are essentially realized in a single plane, resulting in a comparatively large surface area for the mechanically effective functional layer comprising the mirror plate, the spring structures, and the frame compared to the actual usable mirror surface. The space beneath the mirror plate usually remains unused.
Aus der WO 2022 / 128 284 Al ist ein Mikrospiegel-Array bekannt, bei dem unterhalb jedes Einzelspiegels eine flexible Membran mit bogenförmigen Stegen und eine wärmeleitende Säule zum Stützen des Einzelspiegels auf der flexiblen Membran angeordnet sind. Für das Auslenken des Einzelspiegels werden vier verformbare Hebelarme vorgeschlagen, die sich von einer jeweiligen Fixierung entgegen dem Uhrzeigersinn bogenförmig zu säulenartigen Verbindungen mit dem Einzelspiegel erstrecken. WO 2022/128284 A1 discloses a micromirror array in which a flexible membrane with curved webs and a heat-conducting column for supporting the individual mirror are arranged below each individual mirror. Four deformable lever arms are proposed for deflecting the individual mirror. These extend in an arcuate manner counterclockwise from a respective fixing point to column-like connections with the individual mirror.
Dieser bekannte Aufbau weist jedoch für hohe Schwingfrequenzen nachteilig viele Elemente auf, wie beispielsweise die säulenartigen Verbindungen und die wärmeleitende Säule, die mit den Schwingungen des Einzelspiegels bewegt werden müssen, sowie die Hebelarme und die zu verformende Membran, die verformt werden müssen, um eine Schwingung des Einzelspiegels zu erzeugen / zu ermöglichen. Zudem werden durch die vier verformbaren Hebelarme, die die Schwingung des Einzelspiegels erzeugen, in Kombination mit der flexiblen Membran die Lage der Schwingachsen weniger präzise ausgebildet, was zu einem weniger stabilen Schwingverhalten des schwingenden Systems führen kann. However, this known design has many disadvantageous elements for high oscillation frequencies, such as the column-like connections and the heat-conducting column, which must be moved with the oscillations of the individual mirror, as well as the lever arms and the deformable membrane, which must be deformed to generate/enable oscillation of the individual mirror. Furthermore, the four deformable lever arms that generate the oscillation of the individual mirror, in combination with the flexible membrane, result in less precise positioning of the oscillation axes, which can lead to less stable oscillation behavior of the oscillating system.
Im Hinblick auf die vorstehend beschriebenen Nachteile ist es eine Aufgabe der vorliegenden Anmeldung, eine verbesserte MEMS-Struktur und eine verbesserte MEMS- Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Herstellung der MEMS-Struktur bereitzustellen, mit der die oben genannten Nachteile vermieden werden. Zusammenfassung In view of the disadvantages described above, it is an object of the present application to provide an improved MEMS structure and an improved MEMS device as well as a method for manufacturing the MEMS structure, with which the above-mentioned disadvantages are avoided. Summary
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine MEMS-Struktur für eine MEMS-Vorrichtung, insbesondere eine MEMS-Spiegelvorrichtung, eine MEMS-Vorrichtung, insbesondere eine MEMS-Spiegelvorrichtung, die die MEMS-Struktur aufweist, und ein Verfahren zur Herstellung der MEMS-Struktur. The present disclosure relates to a MEMS structure for a MEMS device, in particular a MEMS mirror device, a MEMS device, in particular a MEMS mirror device, comprising the MEMS structure, and a method for manufacturing the MEMS structure.
Insbesondere werden zur Lösung der vorstehend genannten Aufgabe eine MEMS- Struktur für eine MEMS-Vorrichtung, insbesondere eine MEMS-Spiegelvorrichtung, gemäß dem unabhängigen Anspruch 1, eine MEMS-Vorrichtung, insbesondere eine MEMS- Spiegelvorrichtung, gemäß dem unabhängigen Anspruch 22 und ein Verfahren zur Herstellung der MEMS-Struktur gemäß dem unabhängigen Anspruch 23 vorgeschlagen. Die abhängigen Ansprüche betreffen einige beispielhafte bevorzugte Ausführungsformen. In particular, to achieve the above-mentioned object, a MEMS structure for a MEMS device, in particular a MEMS mirror device, according to independent claim 1, a MEMS device, in particular a MEMS mirror device, according to independent claim 22, and a method for manufacturing the MEMS structure according to independent claim 23 are proposed. The dependent claims relate to some exemplary preferred embodiments.
Gemäß einem ersten Aspekt wird in einigen Ausführungsbeispielen eine MEMS-Struktur für eine MEMS-Vorrichtung, insbesondere eine MEMS-Spiegelvorrichtung, vorgeschlagen, mit: einem Funktionselement, das entlang und/oder um zumindest zwei Schwingachsen schwingend bewegbar ausgebildet ist, und Federabschnitten, die das Funktionselement entlang und/oder um die zumindest zwei Schwingachsen schwingend bewegbar halten, wobei zumindest ein Teil der Federabschnitte von dem Funktionselement in Richtung eines Normalvektors einer Substratebene beabstandet ausgebildet ist und die Federabschnitte des Teils der Federabschnitte achsensymmetrisch zu zumindest einer der Schwingachsen ausgebildet sind. According to a first aspect, in some embodiments, a MEMS structure for a MEMS device, in particular a MEMS mirror device, is proposed, comprising: a functional element which is designed to be oscillatingly movable along and/or about at least two oscillation axes, and spring sections which hold the functional element oscillatingly movable along and/or about the at least two oscillation axes, wherein at least some of the spring sections are designed to be spaced apart from the functional element in the direction of a normal vector of a substrate plane and the spring sections of the part of the spring sections are designed to be axially symmetrical to at least one of the oscillation axes.
In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann die MEMS-Struktur so weitergebildet werden, dass sich der zumindest eine Teil der Federabschnitte zumindest teilweise in einer Richtung senkrecht zu dem Normalvektor der Substratebene mit dem Funktionselement überlappt. In some preferred embodiments, the MEMS structure can be further developed such that at least a part of the spring sections at least partially overlaps with the functional element in a direction perpendicular to the normal vector of the substrate plane.
In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann die MEMS-Struktur so weitergebildet werden, dass das Funktionselement zumindest einen Kopplungsabschnitt aufweist, mittels diesem das Funktionselement mit den Federabschnitten mechanisch verbunden ist. In some preferred embodiments, the MEMS structure can be further developed such that the functional element has at least one coupling section, by means of which the functional element is mechanically connected to the spring sections.
In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann die MEMS-Struktur so weitergebildet werden, dass das Funktionselement zumindest zwei Kopplungsabschnitte aufweist, mittels dieser das Funktionselement mit den Federabschnitten mechanisch verbunden ist. In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann die MEMS-Struktur so weitergebildet werden, dass der zumindest eine Kopplungsabschnitt oder die zumindest zwei Kopplungsabschnitte auf der Seite des Funktionselements mit dem Funktionselement verbunden sind, welche den Federabschnitten zugewandt ist. In some preferred embodiments, the MEMS structure can be further developed such that the functional element has at least two coupling sections, by means of which the functional element is mechanically connected to the spring sections. In some preferred embodiments, the MEMS structure can be further developed such that the at least one coupling section or the at least two coupling sections are connected to the functional element on the side of the functional element which faces the spring sections.
In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann die MEMS-Struktur so weitergebildet werden, dass der zumindest eine Kopplungsabschnitt oder zumindest einer der zumindest zwei Kopplungsabschnitte zumindest zwei Stützabschnitte, die mit dem Funktionselement verbunden sind, und einen Balkenabschnitt aufweist, der die zumindest zwei Stützabschnitte miteinander verbindet und der mit zumindest einem Federabschnitt verbunden ist. In some preferred embodiments, the MEMS structure can be further developed such that the at least one coupling section or at least one of the at least two coupling sections has at least two support sections that are connected to the functional element and a beam section that connects the at least two support sections to one another and that is connected to at least one spring section.
In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann die MEMS-Struktur so weitergebildet werden, dass die Federabschnitte paarweise für das Schwingen des Funktionselements in der entsprechenden Dimension ausgebildet sind. In some preferred embodiments, the MEMS structure can be further developed such that the spring sections are formed in pairs for the oscillation of the functional element in the corresponding dimension.
In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann die MEMS-Struktur so weitergebildet werden, dass jedes Paar von Federabschnitten einen Verbindungsabschnitt aufweist, mittels diesem die beiden Federabschnitte des jeweiligen Paares miteinander verbunden sind, und der Verbindungsabschnitt eines ersten Paares von Federabschnitten zudem der Verbindungsabschnitt eines zweiten Paares von Federabschnitten ist. In some preferred embodiments, the MEMS structure can be further developed such that each pair of spring sections has a connecting section by means of which the two spring sections of the respective pair are connected to one another, and the connecting section of a first pair of spring sections is also the connecting section of a second pair of spring sections.
In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann die MEMS-Struktur so weitergebildet werden, dass die Federabschnitte des ersten Paares von Federabschnitten im Wesentlichen rechtwinklig zu den Federabschnitten des zweiten Paares von Federabschnitten ausgebildet sind. In some preferred embodiments, the MEMS structure may be further developed such that the spring portions of the first pair of spring portions are formed substantially perpendicular to the spring portions of the second pair of spring portions.
In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann die MEMS-Struktur so weitergebildet werden, dass jeder der Federabschnitte des ersten Paares an einem Ende, das dem Verbindungsabschnitt gegenüberliegt, mit einem der zwei Kopplungsabschnitte verbunden ist, und jeder der Federabschnitte des zweiten Paares an einem Ende, das dem Verbindungsabschnitt gegenüberliegt, einen Ankerabschnitt aufweist, der dazu eingerichtet ist, mit einer Außenstruktur verbunden zu werden. In some preferred embodiments, the MEMS structure may be further developed such that each of the spring portions of the first pair is connected to one of the two coupling portions at an end opposite the connecting portion, and each of the spring portions of the second pair has an anchor portion at an end opposite the connecting portion, which is configured to be connected to an external structure.
In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann die MEMS-Struktur so weitergebildet werden, dass das zweite Paar von Federabschnitten in Längsrichtung des zweiten Paares von Federabschnitten relativ zu dem Funktionselement überstehend ausgebildet ist. In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann die MEMS-Struktur so weitergebildet werden, dass das Funktionselement relativ zu dem zweiten Paar von Federabschnitten einen Überhang in Längsrichtung des zweiten Paares von Federabschnitten aufweist, vorteilhaft einen Überhang von 10 - 50 % der Länge des zweiten Paares von Federabschnitten, insbesondere vorteilhaft einen Überhang von 25 - 35 % der Länge des zweiten Paares von Federabschnitten. In some preferred embodiments, the MEMS structure can be further developed such that the second pair of spring sections is formed so as to protrude relative to the functional element in the longitudinal direction of the second pair of spring sections. In some preferred embodiments, the MEMS structure can be further developed such that the functional element has an overhang relative to the second pair of spring sections in the longitudinal direction of the second pair of spring sections, advantageously an overhang of 10 - 50% of the length of the second pair of spring sections, particularly advantageously an overhang of 25 - 35% of the length of the second pair of spring sections.
In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann die MEMS-Struktur so weitergebildet werden, dass das zweite Paar von Federabschnitten mit dem Funktionselement in Längsrichtung des zweiten Paares von Federabschnitten abschließt, so dass weder das Funktionselement relativ zu dem zweiten Paar von Federabschnitten einen Überhang in Längsrichtung des zweiten Paares von Federabschnitten aufweist, noch das zweite Paar von Federabschnitten relativ zu dem Funktionselement in Längsrichtung des zweiten Paares von Federabschnitten übersteht. In some preferred embodiments, the MEMS structure can be further developed such that the second pair of spring sections terminates with the functional element in the longitudinal direction of the second pair of spring sections, so that neither the functional element has an overhang in the longitudinal direction of the second pair of spring sections relative to the second pair of spring sections, nor does the second pair of spring sections protrude relative to the functional element in the longitudinal direction of the second pair of spring sections.
In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann die MEMS-Struktur so weitergebildet werden, dass das Funktionselement einen Funktionsabschnitt und einen Rahmenabschnitt aufweist, der den Funktionsabschnitt umgibt, und der Rahmenabschnitt des Funktionselements zumindest einen Kopplungsabschnitt aufweist, mittels diesem das Funktionselement mit den Federabschnitten mechanisch verbunden ist. In some preferred embodiments, the MEMS structure can be further developed such that the functional element has a functional section and a frame section that surrounds the functional section, and the frame section of the functional element has at least one coupling section by means of which the functional element is mechanically connected to the spring sections.
In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann die MEMS-Struktur so weitergebildet werden, dass das Funktionselement ferner zumindest zwei Halteabschnitte aufweist, die zwischen dem Funktionsabschnitt und dem Rahmenabschnitt ausgebildet sind und den Funktionsabschnitt mit dem Rahmenabschnitt mechanisch verbinden. In some preferred embodiments, the MEMS structure can be further developed such that the functional element further comprises at least two holding sections which are formed between the functional section and the frame section and mechanically connect the functional section to the frame section.
In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann die MEMS-Struktur so weitergebildet werden, dass das Funktionselement ferner zumindest einen Halteabschnitt aufweist, der zwischen einem Funktionsabschnitt und zumindest einen Kopplungsabschnitt ausgebildet ist und den Funktionsabschnitt mit dem jeweiligen Kopplungsabschnitt mechanisch verbindet. In some preferred embodiments, the MEMS structure can be further developed such that the functional element further comprises at least one holding section which is formed between a functional section and at least one coupling section and mechanically connects the functional section to the respective coupling section.
In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann die MEMS-Struktur so weitergebildet werden, dass der zumindest eine Halteabschnitt oder die zumindest zwei Halteabschnitte ferner als federnde Halteabschnitte ausgebildet sind, insbesondere als torsions- und/oder biegefedernde Halteabschnitte. In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann die MEMS-Struktur so weitergebildet werden, dass die federnden Halteabschnitte zwischen dem Funktionsabschnitt und dem Rahmenabschnitt dazu eingerichtet sind, den Funktionsabschnitt gegenüber dem Funktionselement gemäß einer ersten Schwingachse schwingend bewegbar zu halten, und zumindest der Teil von Federabschnitten, der von dem Funktionselement in Richtung des Normalvektors der Substratebene beabstandet ausgebildet ist, dazu eingerichtet ist, das Funktionselement gemäß einer zweiten Schwingachse schwingend bewegbar zu halten.In some preferred embodiments, the MEMS structure can be further developed such that the at least one holding section or the at least two holding sections are further designed as resilient holding sections, in particular as torsion- and/or bending-resilient holding sections. In some preferred embodiments, the MEMS structure can be further developed such that the resilient holding sections between the functional section and the frame section are configured to hold the functional section oscillatively movable relative to the functional element along a first oscillation axis, and at least the part of spring sections that is spaced apart from the functional element in the direction of the normal vector of the substrate plane is configured to hold the functional element oscillatively movable along a second oscillation axis.
In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann die MEMS-Struktur so weitergebildet werden, dass die Federabschnitte des Teils von Federabschnitten paarweise für das Schwingen des Funktionselements in der entsprechenden Dimension ausgebildet sind, und das Paar von Federabschnitten einen Verbindungsabschnitt aufweist, mittels diesem die beiden Federabschnitte des Paares von Federabschnitten miteinander verbunden sind, wobei der Verbindungsabschnitt ferner einen Ankerabschnitt aufweist, der dazu eingerichtet ist, mit einer Außenstruktur verbunden zu werden. In some preferred embodiments, the MEMS structure can be further developed such that the spring sections of the part of spring sections are formed in pairs for the oscillation of the functional element in the corresponding dimension, and the pair of spring sections has a connecting section by means of which the two spring sections of the pair of spring sections are connected to one another, wherein the connecting section further has an anchor section which is configured to be connected to an external structure.
In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann die MEMS-Struktur so weitergebildet werden, dass zwischen dem jeweiligen Ankerabschnitt und dem jeweiligen Federabschnitt ferner zumindest ein Hebelabschnitt ausgebildet ist, der dazu eingerichtet ist, eine Schwingung des Funktionselements zu erregen. In some preferred embodiments, the MEMS structure can be further developed such that at least one lever section is formed between the respective anchor section and the respective spring section, which lever section is configured to excite an oscillation of the functional element.
In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann die MEMS-Struktur so weitergebildet werden, dass jeder der Federabschnitte, der von dem Funktionselement in Richtung des Normalvektors der Substratebene beabstandet ausgebildet ist, aus zwei parallel verlaufenden Federteilabschnitten gebildet ist. In some preferred embodiments, the MEMS structure can be further developed such that each of the spring sections, which is spaced from the functional element in the direction of the normal vector of the substrate plane, is formed from two parallel spring subsections.
In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann die MEMS-Struktur so weitergebildet werden, dass ein erster Federteilabschnitt eines ersten Federabschnitts des ersten Paares von Federabschnitten einen Verbindungsabschnitt mit einem ersten Federteilabschnitt eines zweiten Federabschnitts des zweiten Paares von Federabschnitten aufweist, ein zweiter Federteilabschnitt des zweiten Federabschnitts des zweiten Paares von Federabschnitten einen Verbindungsabschnitt mit einem zweiten Federteilabschnitt eines zweiten Federabschnitts des ersten Paares von Federabschnitten aufweist, ein erster Federteilabschnitt des zweiten Federabschnitts des ersten Paares von Federabschnitten einen Verbindungsabschnitt mit einem ersten Federteilabschnitt des ersten Federabschnitts des zweiten Paares von Federabschnitten aufweist, und ein zweiter Federteilabschnitt des ersten Federabschnitts des zweiten Paares von Federabschnitten einen Verbindungsabschnitt mit einem zweiten Federteilabschnitt des ersten Federabschnitts des ersten Paares von Federabschnitten aufweist. In some preferred embodiments, the MEMS structure can be further developed such that a first spring section of a first spring section of the first pair of spring sections has a connecting section with a first spring section of a second spring section of the second pair of spring sections, a second spring section of the second spring section of the second pair of spring sections has a connecting section with a second spring section of a second spring section of the first pair of spring sections, a first spring section of the second spring section of the first pair of spring sections has a connecting section with a first spring section of the first spring section of the second pair of spring sections, and a second spring section of the first Spring section of the second pair of spring sections has a connecting section with a second spring subsection of the first spring section of the first pair of spring sections.
In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann die MEMS-Struktur so weitergebildet werden, dass die Federteilabschnitte, die einen gemeinsamen Verbindungsabschnitt miteinander aufweisen, im Wesentlichen rechtwinklig zueinander ausgebildet sind. In some preferred embodiments, the MEMS structure can be further developed such that the spring subsections, which have a common connecting section with one another, are formed substantially at right angles to one another.
In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann die MEMS-Struktur so weitergebildet werden, dass jeder der Federteilabschnitte des zweiten Paares an einem Ende, das dem Verbindungsabschnitt gegenüberliegt, einen Ankerabschnitt aufweist, der dazu eingerichtet ist, mit einer Außenstruktur verbunden zu werden. In some preferred embodiments, the MEMS structure may be further developed such that each of the spring sub-sections of the second pair has, at an end opposite the connecting section, an anchor section which is adapted to be connected to an external structure.
In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann die MEMS-Struktur so weitergebildet werden, dass zwischen dem jeweiligen Ankerabschnitt und dem jeweiligen Federteilabschnitt des zweiten Paares ferner ein Hebelabschnitt ausgebildet ist, der dazu eingerichtet ist, eine Schwingung des Funktionselements zu erregen. In some preferred embodiments, the MEMS structure can be further developed such that a lever section is further formed between the respective anchor section and the respective spring part section of the second pair, which lever section is configured to excite an oscillation of the functional element.
In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann die MEMS-Struktur so weitergebildet werden, dass jeder der Federabschnitte, der von dem Funktionselement in Richtung des Normalvektors der Substratebene beabstandet ausgebildet ist, aus zumindest zwei achsensymmetrisch zu der zumindest einen der Schwingachsen verlaufenden Federteilabschnitten gebildet ist. In some preferred embodiments, the MEMS structure can be further developed such that each of the spring sections, which is spaced from the functional element in the direction of the normal vector of the substrate plane, is formed from at least two spring subsections extending axially symmetrically to the at least one of the oscillation axes.
In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann die MEMS-Struktur so weitergebildet werden, dass jeder der zwei achsensymmetrisch verlaufenden Federteilabschnitte ausschließlich winkelförmig, bogenförmig, geradenförmig oder als Kombination der bezeichneten Formen ausgebildet ist. In some preferred embodiments, the MEMS structure can be further developed such that each of the two axially symmetrical spring sections is formed exclusively in an angular, arcuate, straight line or as a combination of the designated shapes.
In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann die MEMS-Struktur so weitergebildet werden, dass der Hebelabschnitt relativ zu dem jeweiligen Federabschnitt oder Federteilabschnitt, mit dem der Hebelabschnitt verbunden ist, eine höhere Federsteifigkeit aufweist. In some preferred embodiments, the MEMS structure can be further developed such that the lever section has a higher spring stiffness relative to the respective spring section or spring sub-section to which the lever section is connected.
In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann die MEMS-Struktur so weitergebildet werden, dass die Hebelabschnitte bogenförmig oder teilkreisförmig ausgebildet sind. In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann die MEMS-Struktur weitergebildet werden durch zumindest einem Aktuator, der an zumindest einem der Federabschnitte, die von dem Funktionselement in Richtung des Normalvektors der Substratebene beabstandet ausgebildet sind, oder an zumindest einem Hebelabschnitt vorgesehen ist. In some preferred embodiments, the MEMS structure can be further developed such that the lever sections are arc-shaped or partially circular. In some preferred embodiments, the MEMS structure can be further developed by at least one actuator which is provided on at least one of the spring sections which are formed spaced from the functional element in the direction of the normal vector of the substrate plane, or on at least one lever section.
In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann die MEMS-Struktur so weitergebildet werden, dass der zumindest eine Aktuator zwischen dem zumindest einen Federabschnitt und dem Funktionselement vorgesehen ist, oder der zumindest eine Aktuator zwischen dem zumindest einen Hebelabschnitt und dem Funktionselement vorgesehen ist. In some preferred embodiments, the MEMS structure can be further developed such that the at least one actuator is provided between the at least one spring section and the functional element, or the at least one actuator is provided between the at least one lever section and the functional element.
In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann die MEMS-Struktur so weitergebildet werden, dass der zumindest eine Aktuator an der Seite des zumindest einen Federabschnitts vorgesehen ist, die dem Funktionselement abgewandt ist, oder der zumindest eine Aktuator an der Seite des zumindest einen Hebelabschnitts vorgesehen ist, die dem Funktionselement abgewandt ist. In some preferred embodiments, the MEMS structure can be further developed such that the at least one actuator is provided on the side of the at least one spring section that faces away from the functional element, or the at least one actuator is provided on the side of the at least one lever section that faces away from the functional element.
In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann die MEMS-Struktur so weitergebildet werden, dass das Funktionselement einen Funktionsabschnitt mit einer Funktionsfläche aufweist, die durch eine Spiegelfläche oder durch ein Spiegelelement, das auf dem Funktionsabschnitt vorgesehen ist, gebildet ist. In some preferred embodiments, the MEMS structure can be further developed such that the functional element has a functional section with a functional surface formed by a mirror surface or by a mirror element provided on the functional section.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird in einigen Ausführungsbeispielen eine MEMS- Vorrichtung, insbesondere MEMS-Spiegelvorrichtung, vorgeschlagen, mit: einer vorbezeichneten MEMS-Struktur, einer Außenstruktur, mit der die MEMS-Struktur verbunden ist, und einem transparenten Element, wobei die Außenstruktur und das transparente Element dazu eingerichtet sind, die MEMS-Struktur innerhalb der MEMS-Vorrichtung vakuumzupacken. According to a second aspect, in some embodiments, a MEMS device, in particular a MEMS mirror device, is proposed, comprising: a previously designated MEMS structure, an outer structure to which the MEMS structure is connected, and a transparent element, wherein the outer structure and the transparent element are configured to vacuum pack the MEMS structure within the MEMS device.
In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann die MEMS-Vorrichtung so weitergebildet werden, dass das transparente Element ein einschichtiger Glaswafer oder ein mehrere Glasschichten aufweisendes Element ist. In some preferred embodiments, the MEMS device may be further developed such that the transparent element is a single-layer glass wafer or an element comprising multiple glass layers.
Gemäß einem dritten Aspekt wird in einigen Ausführungsbeispielen ein Verfahren zur Herstellung der vorbezeichneten MEMS-Struktur vorgeschlagen, mit: Bereitstellen einer Basisschicht mit einem ersten Stack, der eine Halbleiterschicht und eine Isolator-Schicht aufweist, wobei die Isolator-Schicht des ersten Stacks mit der Basisschicht verbunden ist, Strukturieren der Halbleiterschicht des ersten Stacks zum Ausbilden der zumindest zwei Kopplungsabschnitte, Vorsehen eines zweiten Stacks auf der strukturierten Halbleiterschicht des ersten Stacks, wobei der zweite Stack eine Halbleiterschicht und eine Isolator-Schicht aufweist und die Isolator-Schicht des zweiten Stacks zumindest mit den zumindest zwei strukturierten Kopplungsabschnitten verbunden wird, Strukturieren der Halbleiterschicht des zweiten Stacks zum Ausbilden der Federabschnitte, die von dem Funktionselement in Richtung des Normalvektors der Substratebene beabstandet und achsensymmetrisch zu der zumindest einen der Schwingachsen ausgebildet sind, und der jeweiligen Ankerabschnitte, Strukturieren der Basisschicht zum Ausbilden des Funktionselements, und teilweises Entfernen der Isolator- Schicht des ersten Stacks und/oder der Isolator-Schicht des zweiten Stacks. According to a third aspect, in some embodiments, a method for producing the aforementioned MEMS structure is proposed, comprising: providing a base layer with a first stack comprising a semiconductor layer and an insulator layer, wherein the insulator layer of the first stack is connected to the base layer, structuring the semiconductor layer of the first stack to form the at least two coupling sections, providing a second stack on the structured semiconductor layer of the first stack, wherein the second stack comprises a semiconductor layer and an insulator layer and the insulator layer of the second stack is connected at least to the at least two structured coupling sections, structuring the semiconductor layer of the second stack to form the spring sections, which are spaced from the functional element in the direction of the normal vector of the substrate plane and are axially symmetrical to the at least one of the oscillation axes, and the respective anchor sections, structuring the base layer to form the functional element, and partially removing the insulator layer of the first stack and/or the insulator layer of the second stack.
In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann das Verfahren weitergebildet werden durch: Vorsehen einer Aktuatorschicht auf der strukturierten Halbleiterschicht des zweiten Stacks, und Strukturieren der aufgebrachten Aktuatorschicht zur Ausbildung des zumindest einen Aktuators auf den Federabschnitten. In some preferred embodiments, the method can be further developed by: providing an actuator layer on the structured semiconductor layer of the second stack, and structuring the applied actuator layer to form the at least one actuator on the spring sections.
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. Further aspects and their advantages as well as advantages and more specific embodiments of the aspects and features described above are described in the following, but in no way limiting, descriptions and explanations of the attached figures.
Kurzbeschreibung der Figuren Short description of the characters
Fig. 1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer MEMS-Struktur mit zwei Paaren von Federabschnitten und zwei Kopplungsabschnitten zur Verbindung der Federabschnitte mit dem Funktionselement, Fig. 1 shows an exemplary embodiment of a MEMS structure with two pairs of spring sections and two coupling sections for connecting the spring sections to the functional element,
Fig. 2 zeigt beispielhafte Ausgestaltungen von zwei Kopplungsabschnitten des Funktionselements der MEMS-Struktur als weitere beispielhafte Ausführungsformen, Fig. 2 shows exemplary configurations of two coupling sections of the functional element of the MEMS structure as further exemplary embodiments,
Fig. 3 zeigt beispielhafte Ausgestaltungen von drei Kopplungsabschnitten des Funktionselements der MEMS-Struktur als weitere beispielhafte Ausführungsformen, Fig. 3 shows exemplary configurations of three coupling sections of the functional element of the MEMS structure as further exemplary embodiments,
Fig. 4 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform einer MEMS-Struktur mit zwei Paaren von Federabschnitten und zwei Kopplungsabschnitten, wobei jeder Kopplungsabschnitt drei Stützabschnitte und einen Balkenabschnitt aufweist, Fig. 5 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform der MEMS-Struktur mit seitlich vorgesehenen Kopplungsabschnitten und mit beispielhaft auf den Federabschnitten applizierten Aktuatoren zum Antreiben der Funktionsfläche des Funktionselements, Fig. 4 shows another exemplary embodiment of a MEMS structure with two pairs of spring sections and two coupling sections, each coupling section having three support sections and one beam section, Fig. 5 shows an exemplary embodiment of the MEMS structure with coupling sections provided laterally and with actuators applied to the spring sections for driving the functional surface of the functional element,
Fig. 6 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform einer MEMS-Struktur mit zwei Paaren von Federabschnitten und zwei Kopplungsabschnitten mit Halteabschnitten zwischen dem Funktionsabschnitt und den Kopplungsabschnitten, Fig. 6 shows another exemplary embodiment of a MEMS structure with two pairs of spring sections and two coupling sections with holding sections between the functional section and the coupling sections,
Fig. 7 zeigt beispielhafte Ausgestaltungen von Halteabschnitten der MEMS-Struktur als weitere beispielhafte Ausführungsformen, Fig. 7 shows exemplary configurations of holding sections of the MEMS structure as further exemplary embodiments,
Fig. 8 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform einer MEMS-Struktur mit zwei Paaren von Federabschnitten, wobei das Funktionselement den Funktionsabschnitt, einen Rahmenabschnitt und eine Vielzahl an Halteabschnitten aufweist und beispielhaft Aktuatoren auf den Federabschnitten appliziert sind, Fig. 8 shows a further exemplary embodiment of a MEMS structure with two pairs of spring sections, wherein the functional element comprises the functional section, a frame section and a plurality of holding sections and exemplary actuators are applied to the spring sections,
Fig. 9 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform einer MEMS-Struktur mit zwei Paaren von Federabschnitten, wobei das Funktionselement den Funktionsabschnitt, einen Rahmenabschnitt und zwei Halteabschnitte aufweist, Fig. 9 shows a further exemplary embodiment of a MEMS structure with two pairs of spring sections, wherein the functional element comprises the functional section, a frame section and two holding sections,
Fig. 10 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform einer MEMS-Struktur mit einem Paar von Federabschnitten und zwei Halteabschnitten, die beispielhaft als federnde Halteabschnitte ausgebildet sind, sowie auf den Federabschnitten und den Halteabschnitten beispielhaft applizierten Aktuatoren,Fig. 10 shows a further exemplary embodiment of a MEMS structure with a pair of spring sections and two holding sections, which are designed as spring holding sections, as well as actuators applied to the spring sections and the holding sections,
Fig. 11 zeigt die beispielhafte Ausführungsform einer MEMS-Struktur nach Fig. 4, wobei die Federabschnitte der zwei Paare von Federabschnitten nun jeweils durch zwei Federteilabschnitte ausgebildet sind, Fig. 11 shows the exemplary embodiment of a MEMS structure according to Fig. 4, wherein the spring sections of the two pairs of spring sections are now each formed by two spring subsections,
Fig. 12a zeigt beispielhafte Ausführungsformen von achsensymmetrisch verlaufenden Federteilabschnitten, die zusammen die jeweiligen Federabschnitte ausbilden,Fig. 12a shows exemplary embodiments of axially symmetrical spring sections, which together form the respective spring sections,
Fig. 12b zeigt weitere beispielhafte Ausführungsformen von achsensymmetrisch verlaufenden Federteilabschnitten, die zusammen die jeweiligen Federabschnitte ausbilden, Fig. 13 zeigt die beispielhafte Ausführungsform einer MEMS-Struktur nach Fig. 11, wobei zwischen den Federabschnitten und den Ankerabschnitten ferner Hebelabschnitte vorgesehen sind, die für das Erregen einer Schwingung der Funktionsfläche des Funktionselements eingerichtet sein können,Fig. 12b shows further exemplary embodiments of axially symmetrical spring sections, which together form the respective spring sections, Fig. 13 shows the exemplary embodiment of a MEMS structure according to Fig. 11, wherein between the spring sections and the anchor sections, lever sections are further provided, which can be configured to excite an oscillation of the functional surface of the functional element,
Fig. 14a zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer MEMS-Struktur mit zwei Paaren von Federabschnitten, wobei das Funktionselement einen Überhang gegenüber zumindest einem der zwei Paare von Federabschnitten aufweist,Fig. 14a shows an exemplary embodiment of a MEMS structure with two pairs of spring sections, wherein the functional element has an overhang relative to at least one of the two pairs of spring sections,
Fig. 14b zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer MEMS-Struktur mit zwei Paaren von Federabschnitten, wobei die Federabschnitte des zweiten Federpaares gegenüber dem Funktionselement überstehen, Fig. 14b shows an exemplary embodiment of a MEMS structure with two pairs of spring sections, wherein the spring sections of the second spring pair protrude from the functional element,
Figs. 15a-15c zeigen beispielhaften Schritte eines Ausführungsbeispiels eines Herstellungsprozesses einer beispielhaften MEMS-Struktur, Figs. 15a-15c show exemplary steps of an embodiment of a manufacturing process of an exemplary MEMS structure,
Fig. 16 zeigt ein beispielhaftes Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung einer MEMS-Struktur gemäß beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung, Fig. 16 shows an exemplary flowchart of a method for manufacturing a MEMS structure according to exemplary embodiments of the present disclosure,
Fig. 17a zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer beispielhaften MEMS- Vorrichtung mit einer beispielhaften Ausführungsform der beispielhaften MEMS-Struktur, Fig. 17a shows an exemplary embodiment of an exemplary MEMS device with an exemplary embodiment of the exemplary MEMS structure,
Fig. 17b zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform einer beispielhaften MEMS- Vorrichtung mit einer beispielhaften Ausführungsform der beispielhaften MEMS-Struktur. Fig. 17b shows another exemplary embodiment of an exemplary MEMS device with an exemplary embodiment of the exemplary MEMS structure.
Detaillierte Beschreibung der Figuren und bevorzugter Ausführungsbeispiele Detailed description of the figures and preferred embodiments
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. Examples and embodiments of the present disclosure are described in detail below with reference to the accompanying figures. Identical or similar elements in the figures may be designated by the same reference numerals, although sometimes different reference numerals may be used.
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 umfasst, 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 umfasst sind. It should be emphasized that the subject matter of the present disclosure is in no way limited or restricted to the embodiments and their features described below, but rather further modifications of the embodiments, in particular those which are encompassed by modifications of the features of the described examples or by combination of one or more of the features of the described examples within the scope of protection of the independent claims.
Fig. 1 zeigt in den Abbildungen a) bis c) eine beispielhafte Ausführungsform einer MEMS-Struktur 100 mit zwei Paaren von Federabschnitten 3a - 3d (Federabschnitte 3a und 3b bilden beispielhaft ein erstes Paar, und Federabschnitte 3c und 3d bilden beispielhaft ein zweites Paar) und zwei Kopplungsabschnitten 2 zur Verbindung der Federabschnitte 3a - 3d mit dem Funktionseiement i. Fig. 1 shows in the figures a) to c) an exemplary embodiment of a MEMS structure 100 with two pairs of spring sections 3a - 3d (spring sections 3a and 3b form, for example, a first pair, and spring sections 3c and 3d form, for example, a second pair) and two coupling sections 2 for connecting the spring sections 3a - 3d to the functional element i.
Dabei kann beispielhaft das Funktionselement 1 als eine im Wesentlichen kreisrunde Schicht (Funktionsschicht) bzw. als eine im Wesentlichen kreisrunde Platte (Funktionsplatte) ausgebildet sein (hier ferner als Funktionsabschnitt la ausgebildet) und, wie beispielhaft in Abbildung b) der Fig. 1 gezeigt, unterhalb der Funktionsschicht ld die zumindest zwei Kopplungsabschnitte 2 aufweisen. Es sei an dieser Stelle bereits darauf hingewiesen, dass die Form der Schicht bzw. der Platte auch eine beliebig andere sein kann, beispielsweise eine dreieckige, rechteckige, ovale oder auch vieleckige Form. Darüber hinaus kann das Funktionselement 1 auch aus mehr als einer Schicht ausgebildet sein, beispielsweise aus einem Stack mehrerer Schichten, die zudem beispielsweise auch unterschiedlich in Material und/oder Dotierung ausgebildet sein können. In this case, the functional element 1 can, for example, be designed as a substantially circular layer (functional layer) or as a substantially circular plate (functional plate) (here further designed as a functional section 1a) and, as shown by way of example in illustration b) of Fig. 1, have at least two coupling sections 2 below the functional layer 1d. It should be noted at this point that the shape of the layer or plate can also be any other shape, for example a triangular, rectangular, oval or even polygonal shape. Furthermore, the functional element 1 can also be formed from more than one layer, for example from a stack of several layers, which can also be formed differently in terms of material and/or doping, for example.
Die zumindest zwei Kopplungsabschnitte 2 bilden beispielhaft die Verbindung zwischen dem Funktionselement 1 und den Federabschnitten 3a - 3d. Wie hier beispielhaft dargestellt, können dabei die Kopplungsabschnitte 2 auf der Seite des Funktionselements 1 vorgesehen und mit dem Funktionselement 1 verbunden sein, die den Federabschnitten 3a - 3d zugewandt ist, die von dem Funktionselement 1 in Richtung eines Normalvektors der Substratebene beabstandet ausgebildet sind. Am Beispiel einer Spiegelschicht ld als Funktionsschicht ld können die Kopplungsabschnitte 2 auch unterhalb der Funktionsschicht ld angeordnet sein bzw. auf der Seite des Funktionselements 1 vorgesehen sein, die der Seite der Funktionsfläche ld des Funktionselements 1 gegenüberliegt. Es kann aber ebenfalls möglich sein, dass die Kopplungsabschnitte 2 im Wesentlichen seitlich an dem Funktionselement 1 angeordnet sind (wie beispielhaft in Fig. 5 gezeigt). The at least two coupling sections 2 form, for example, the connection between the functional element 1 and the spring sections 3a-3d. As shown here by way of example, the coupling sections 2 can be provided on the side of the functional element 1 and connected to the functional element 1 that faces the spring sections 3a-3d, which are spaced from the functional element 1 in the direction of a normal vector of the substrate plane. Using a mirror layer 1d as the example of the functional layer 1d, the coupling sections 2 can also be arranged below the functional layer 1d or provided on the side of the functional element 1 that is opposite the side of the functional surface 1d of the functional element 1. However, it can also be possible for the coupling sections 2 to be arranged substantially laterally on the functional element 1 (as shown by way of example in Fig. 5).
Die Substratebene (engl. „substrate level" bzw. „MEMS substrate") bezeichnet dabei die materielle Ebene einer MEMS-Struktur 100 / einer MEMS-Vorrichtung 1000, von dieser ausgehend der (zumeist schichtförmige) Aufbau der MEMS-Struktur 100 bzw. der MEMS- Vorrichtung 1000 erfolgte. The substrate level (or MEMS substrate) refers to the material level of a MEMS structure 100 / a MEMS device 1000, from which starting from the (mostly layered) construction of the MEMS structure 100 or the MEMS device 1000.
Es sei an dieser Stelle hingewiesen, dass sowohl die Anzahl der Kopplungsabschnitte 2 als auch ihre Position an dem Funktionselement 1 bzw. in Relation zur Funktionsfläche ld des Funktionselements 1 variieren kann. Beispielsweise kann auch nur ein einzelner Kopplungsabschnitt 2 bzw. zumindest ein Kopplungsabschnitt 2 an dem Funktionselement 1 vorgesehen sein oder es können mehr als zwei, beispielsweise drei oder vier Kopplungsabschnitte 2 vorgesehen sein. Es können aber beispielsweise auch Kombinationen von seitlich und unterhalb des Funktionselements 1 angeordneter Kopplungsabschnitte 2 möglich sein, um beispielsweise Verformungen des Funktionselements 1 während des Betriebs der MEMS-Struktur 100 (beispielsweise oszillierende Bewegungen in zumindest einer, insbesondere zwei Dimensionen) in einer MEMS-Vorrichtung 1000 (hier nicht gezeigt, siehe beispielhaft die MEMS-Vorrichtung 1000 in Figs. 17a und 17b) entgegenzuwirken. It should be noted at this point that both the number of coupling sections 2 and their position on the functional element 1 or in relation to the functional surface 1d of the functional element 1 can vary. For example, only a single coupling section 2 or at least one coupling section 2 can be provided on the functional element 1, or more than two, for example three or four, coupling sections 2 can be provided. However, combinations of coupling sections 2 arranged laterally and below the functional element 1 can also be possible, for example, in order to counteract deformations of the functional element 1 during operation of the MEMS structure 100 (for example, oscillating movements in at least one, in particular two dimensions) in a MEMS device 1000 (not shown here; see, for example, the MEMS device 1000 in Figs. 17a and 17b).
Zudem können die Kopplungsabschnitte 2 beispielsweise mit kreisförmigem und/oder aber rechteckigem Querschnitt ausgebildet sein. Der Querschnitt kann beispielsweise auch segmentförmig der genannten Querschnittsformen ausgebildet sein, beispielsweise kreissegmentförmig (siehe beispielsweise Fig. 3, Darstellung b)). Die Länge, Breite und Dicke der Kopplungsabschnitte 2 kann zudem dahingehend variieren, diese relativ steif oder eben bis hin zu relativ flexibel und damit federnd auszugestalten. In addition, the coupling sections 2 can be configured, for example, with a circular and/or rectangular cross-section. The cross-section can also be segment-shaped, for example, in the form of a segment of a circle (see, for example, Fig. 3, illustration b)). The length, width, and thickness of the coupling sections 2 can also vary, making them relatively stiff or flat, or even relatively flexible and thus resilient.
Ferner kann beispielsweise die Funktionsfläche ld, wie bereits angedeutet, durch eine Spiegelfläche ld oder durch ein Spiegelelement ld, das auf dem Funktionselement 1 vorgesehen ist, gebildet sein, so dass die MEMS-Struktur 100 vorteilhaft für eine MEMS- Spiegelvorrichtung 1000 (siehe beispielsweise Figs. 17a und 17b) verwendet werden kann, um beispielsweise elektromagnetische Strahlung wie beispielsweise einen Laser gezielt abzulenken. Es sei aber darauf hingewiesen, dass die Funktionsfläche ld auch für andere Zwecke, beispielsweise Mess- und Sensorik-Zwecke genutzt werden kann oder das Funktionselement 1 selbst für entsprechende Zwecke angepasst ausgebildet sein kann. Furthermore, the functional surface ld, as already indicated, can be formed, for example, by a mirror surface ld or by a mirror element ld provided on the functional element 1, so that the MEMS structure 100 can advantageously be used for a MEMS mirror device 1000 (see, for example, Figs. 17a and 17b), for example, to specifically deflect electromagnetic radiation such as a laser. However, it should be noted that the functional surface ld can also be used for other purposes, for example, measurement and sensor purposes, or the functional element 1 itself can be adapted for corresponding purposes.
An den zumindest einen Kopplungsabschnitt 2 bzw. an die (beispielsweise zwei) Kopplungsabschnitte 2 schließen sich nun die Federabschnitte 3a - 3d an, die beispielsweise im Wesentlichen unterhalb des Funktionselements 1 vorgesehen sind bzw. von dem Funktionselement 1 in Richtung eines Normalvektors der Substratebene beabstandet ausgebildet sind, die das Funktionselement 1 entlang und/oder um zumindest zwei Schwingachsen X, Y schwingend bewegbar halten und die achssymmetrisch zu zumindest einer der zumindest zwei Schwingachsen X, Y ausgebildet sind. The at least one coupling section 2 or the (for example two) coupling sections 2 are now adjoined by the spring sections 3a - 3d, which are provided, for example, substantially below the functional element 1 or are formed spaced apart from the functional element 1 in the direction of a normal vector of the substrate plane, which extends the functional element 1 along and/or by at least two Oscillation axes X, Y are held in an oscillating manner and are axially symmetrical to at least one of the at least two oscillation axes X, Y.
Beispielhaft schließt sich an dem zumindest einen Kopplungsabschnitt 2 bzw. an den Kopplungsabschnitten 2 zunächst ein erstes Paar an Federabschnitten 3a, 3b an, wobei, am Beispiel von zwei Kopplungsabschnitten 2, die wiederum selbst zumindest teilweise federnde Eigenschaften aufweisen, jeder Federabschnitt 3a, 3b des ersten Paares von Federabschnitten 3a, 3b an seinem zu der Seite der MEMS-Struktur 100 hin gerichteten Ende mit dem jeweiligen Kopplungsabschnitt 2 verbunden ist. Darüber hinaus kann beispielshaft das erste Paar von Federabschnitten 3a, 3b zur Mitte der MEMS-Struktur 100 hin gerichtet einen Verbindungsabschnitt 3v aufweisen, mittels diesem die Federabschnitte 3a, 3b des ersten Paares von Federabschnitten 3a, 3b miteinander verbunden sind. For example, a first pair of spring sections 3a, 3b initially adjoins the at least one coupling section 2 or the coupling sections 2, wherein, using the example of two coupling sections 2, which in turn themselves have at least partially resilient properties, each spring section 3a, 3b of the first pair of spring sections 3a, 3b is connected to the respective coupling section 2 at its end directed toward the side of the MEMS structure 100. Furthermore, for example, the first pair of spring sections 3a, 3b can have a connecting section 3v directed toward the center of the MEMS structure 100, by means of which the spring sections 3a, 3b of the first pair of spring sections 3a, 3b are connected to one another.
Dabei kann beispielhaft der Verbindungsabschnitt 3v, mit Blick von dem ersten Paar von Federabschnitten 3a, 3b hin zum Funktionselement 1, im Wesentlichen in der Mitte des Funktionselements 1 angeordnet bzw. ausgebildet sein. For example, the connecting section 3v can be arranged or formed substantially in the center of the functional element 1, as viewed from the first pair of spring sections 3a, 3b towards the functional element 1.
An den Verbindungsabschnitt 3v schließen sich nun die Federabschnitte 3c, 3d an, die zusammen ein zweites Paar von Federabschnitten 3c, 3d bilden und sich mit dem ersten Paar von Federabschnitten 3a, 3b den Verbindungsabschnitt 3v teilen bzw. denselben Verbindungsabschnitt 3v aufweisen. The connecting section 3v is now followed by the spring sections 3c, 3d, which together form a second pair of spring sections 3c, 3d and share the connecting section 3v with the first pair of spring sections 3a, 3b or have the same connecting section 3v.
Ferner erstrecken sich die Federabschnitte 3c, 3d des zweitens Paares von Federabschnitten 3c, 3d jeweils von dem Verbindungsabschnitt 3v hin zu sich gegenüberliegenden Seiten der MEMS-Struktur 100. Dabei können beispielhaft die Federabschnitte 3a - 3d, die von dem Funktionselement 1 in Richtung eines Normalvektors der Substratebene beabstandet ausgebildet sind, in einem Bereich zwischen den zumindest zwei Kopplungsabschnitten 2 des Funktionselements 1 angeordnet bzw. ausgebildet sein. Hierdurch können zwar beispielsweise die Ausdehnungen, insbesondere die Längen der Federabschnitte 3a, 3b, die mit den Kopplungsabschnitten 2 verbunden sind, eine gewisse räumliche Begrenzung aufweisen, jedoch die Federabschnitte 3c, 3d, die beispielsweise mit anderen Elementen der MEMS-Vorrichtung 1000 (insbesondere MEMS-Spiegelvorrichtung 1000) in Verbindung kommen können, in ihrer Ausdehnung beliebig ausgebildet sein, beispielsweise gegenüber dem Funktionselement 1 überstehen (wie beispielhaft in Fig. 14b gezeigt)Furthermore, the spring sections 3c, 3d of the second pair of spring sections 3c, 3d each extend from the connecting section 3v toward opposite sides of the MEMS structure 100. For example, the spring sections 3a-3d, which are spaced apart from the functional element 1 in the direction of a normal vector of the substrate plane, can be arranged or formed in a region between the at least two coupling sections 2 of the functional element 1. As a result, for example, the extensions, in particular the lengths of the spring sections 3a, 3b, which are connected to the coupling sections 2, can have a certain spatial limitation, but the spring sections 3c, 3d, which can, for example, come into contact with other elements of the MEMS device 1000 (in particular MEMS mirror device 1000), can be designed as desired in their extension, for example, projecting beyond the functional element 1 (as shown by way of example in Fig. 14b).
Ferner können das erste Paar von Federabschnitten 3a, 3b und das zweite Paar von Federabschnitten 3c, 3d im Wesentlichen rechtwinklig zueinander ausgebildet sein, so dass beispielsweise im hier gezeigten Fall (siehe Abbildung a) der Fig. 1) die Federabschnitte 3a und 3b eine erste Schwingachse X bilden, um die sich zumindest die Funktionsfläche ld bzw. das Funktionselement 1 oszillierend bewegt, und die Federabschnitte 3c und 3d eine zweite Schwingachse Y bilden, um die sich zumindest die Funktionsfläche ld bzw. das Funktionselement 1 oszillierend bewegt, wobei, wie bereits beschrieben, die Schwingachse X und die Schwingachse Y beispielsweise senkrecht zueinander stehen können. Furthermore, the first pair of spring sections 3a, 3b and the second pair of spring sections 3c, 3d can be formed substantially at right angles to each other, so that for example, in the case shown here (see figure a) of Fig. 1), the spring sections 3a and 3b form a first oscillation axis X, around which at least the functional surface ld or the functional element 1 moves in an oscillating manner, and the spring sections 3c and 3d form a second oscillation axis Y, around which at least the functional surface ld or the functional element 1 moves in an oscillating manner, wherein, as already described, the oscillation axis X and the oscillation axis Y can, for example, be perpendicular to one another.
Es kann aber auch ein beliebiger anderer Winkel zwischen den beiden beispielhaften Paaren von Federabschnitten 3a - 3d gewählt werden. Darüber hinaus können aber auch die Federeigenschaften der jeweiligen Paare von Federabschnitten 3a - 3d variieren. Beispielsweise kann ein Paar von Federabschnitten als Torsionsfedern für das Schwingen um eine Längsachse des jeweiligen Paares von Federabschnitten eingerichtet sein und das andere Paar von Federabschnitten als Biegefedern für eine translatorische Oszillation des Funktionselements 1 bzw. der Funktionsfläche ld des Funktionselements 1 eingerichtet sein, je nach Anwendungsfall der jeweiligen MEMS-Struktur 100. However, any other angle between the two exemplary pairs of spring sections 3a-3d can also be selected. Furthermore, the spring properties of the respective pairs of spring sections 3a-3d can also vary. For example, one pair of spring sections can be configured as torsion springs for oscillation around a longitudinal axis of the respective pair of spring sections, and the other pair of spring sections can be configured as bending springs for a translational oscillation of the functional element 1 or the functional surface 1d of the functional element 1, depending on the application of the respective MEMS structure 100.
Wie beispielhaft dargestellt kann sich das erste Paar von Federabschnitten 3a, 3b in ihrer Länge entlang der Schwingachse X erstrecken, wobei die Federabschnitte 3a, 3b in ihrer Breite bzw. in ihrem Querschnitt achsensymmetrisch zu der Achse / Schwingachse X ausgebildet sein können. Beispielhaft können die Federabschnitte 3a, 3b zudem, in ihrer jeweiligen Längsausdehnung (entlang der X-Achse), achsensymmetrisch zur Achse / Schwingachse Y ausgebildet sein. As shown by way of example, the first pair of spring sections 3a, 3b can extend in their length along the oscillation axis X, wherein the spring sections 3a, 3b can be formed axially symmetrically to the axis/oscillation axis X in their width or in their cross section. For example, the spring sections 3a, 3b can also be formed axially symmetrically to the axis/oscillation axis Y in their respective longitudinal extent (along the X-axis).
Das zweite Paar von Federabschnitten 3c, 3d kann, aufgrund ihrer hier beispielhaft rechtwinkligen Ausbildung gegenüber dem ersten Paar von Federabschnitten 3a, 3b, dabei beispielhaft achsensymmetrisch mit vertauschten Achsen / Schwingachsen ausgebildet sein. Das heißt, dass sich das zweite Paar von Federabschnitten 3c, 3d in ihrer Länge entlang der Schwingachse Y erstrecken kann, wobei die Federabschnitte 3c, 3d in ihrer Breite bzw. in ihrem Querschnitt achsensymmetrisch zu der Achse / Schwingachse Y ausgebildet sein können. Zudem können beispielhaft die Federabschnitte 3c, 3d in ihrer jeweiligen Längsausdehnung (entlang der Y-Achse) achsensymmetrisch zur Achse / Schwingachse X ausgebildet sein. Due to their rectangular configuration, as shown here, relative to the first pair of spring sections 3a, 3b, the second pair of spring sections 3c, 3d can be configured, for example, axially symmetrically with interchanged axes/oscillation axes. This means that the second pair of spring sections 3c, 3d can extend lengthwise along the oscillation axis Y, wherein the spring sections 3c, 3d can be configured axially symmetrically to the axis/oscillation axis Y in their width or cross-section. Furthermore, the spring sections 3c, 3d can be configured, for example, axially symmetrically to the axis/oscillation axis X in their respective longitudinal extents (along the Y-axis).
Durch die Achsensymmetrie der Federabschnitte 3a - 3d zu den jeweiligen Schwingachsen X, Y kann vorteilhaft eine mechanische Stabilisierung des Schwingungssystems (beispielsweise in Bezug auf das Schwenk- bzw. Schwingungsverhalten des Funktionselements 1 bzw. der Funktionsfläche ld) aufgrund der sich präziser ausbildenden Schwingachsen X, Y herbeigeführt werden. Due to the axial symmetry of the spring sections 3a - 3d to the respective oscillation axes X, Y, a mechanical stabilization of the oscillation system (for example with regard to the pivoting or oscillation behavior of the functional element 1 or the functional area ld) due to the more precise formation of the oscillation axes X, Y.
Es kann aber ebenfalls sein, dass das erste und/oder das zweite Paar von Federabschnitten 3a - 3d nur achsensymmetrisch zur Schwingachse X oder zur Schwingachse Y ist. So könnte beispielsweise das erste Paar von Federabschnitten 3a, 3b in ihrer Längsausdehnung achsensymmetrisch zur Schwingachse Y und das zweite Paar von Federabschnitten 3c, 3d in ihrer Breite bzw. in Ihrem Querschnitt achsensymmetrisch zur Schwingachse Y sein, jedoch die Breite bzw. der Querschnitt des ersten Paares von Federabschnitten 3a, 3b zur Schwingachse X und/oder die Längsausdehnung des zweiten Paares von Federabschnitten 3c, 3d zur Schwingachse X unsymmetrisch sein. Gleichfalls kann dies aber auch wieder achsenvertauscht ausgebildet sein. However, it is also possible for the first and/or second pair of spring sections 3a - 3d to be only axially symmetrical to the oscillation axis X or to the oscillation axis Y. For example, the first pair of spring sections 3a, 3b could be axially symmetrical to the oscillation axis Y in their longitudinal extent and the second pair of spring sections 3c, 3d could be axially symmetrical to the oscillation axis Y in their width or cross-section, but the width or cross-section of the first pair of spring sections 3a, 3b could be asymmetrical to the oscillation axis X and/or the longitudinal extent of the second pair of spring sections 3c, 3d could be asymmetrical to the oscillation axis X. Likewise, this can also be designed with the axes reversed.
Die Federabschnitte 3c, 3d können ferner an ihren Enden, die vom gemeinsamen Verbindungsabschnitt 3v abgewandt sind, jeweils Ankerabschnitte 4a aufweisen, die dazu eingerichtet sein können, mit einer Außenstruktur 10 einer MEMS-Vorrichtung lOOO verbunden zu werden (siehe hierfür beispielsweise Fig. 17a). Hierdurch kann beispielsweise die MEMS- Struktur 100 nachträglich in eine weitere Struktur bzw. Außenstruktur eingebaut bzw. eingesetzt werden. The spring sections 3c, 3d can furthermore each have anchor sections 4a at their ends facing away from the common connecting section 3v, which can be configured to be connected to an external structure 10 of a MEMS device 1000 (see, for example, Fig. 17a). This allows, for example, the MEMS structure 100 to be subsequently incorporated or inserted into another structure or external structure.
Dabei können sich die Federabschnitte 3c, 3d des zweiten Paares von Federabschnitten 3c, 3d beispielhaft soweit erstrecken, dass sie mit dem Funktionselement 1 in den Ausdehnungsrichtungen der Funktionsfläche ld des Funktionselements 1 überlappen, insbesondere vollständig überlappen. Dadurch würde beispielhaft keiner der Federabschnitte 3c, 3d seitlich der MEMS-Struktur 100 über das Funktionselement 1 hinausstehen. Dadurch könnte beispielsweise eine Außenstruktur 10 recht nah an die Seite der entsprechenden MEMS- Struktur 100 ausgebildet sein, ohne dabei die Funktionsfähigkeit der MEMS-Struktur 100 zu beeinflussen. Ferner können die Federabschnitte 3c, 3d des zweiten Paares von Federabschnitten 3c, 3d auch derart ausgebildet sein, dass zudem die Ankerabschnitte 4a der Federabschnitte 3c, 3d des zweiten Paares von Federabschnitten 3c, 3d ebenfalls von dem Funktionselement 1 in seitlicher Ausdehnung der MEMS-Struktur 100 überlappt werden. The spring sections 3c, 3d of the second pair of spring sections 3c, 3d can, for example, extend to such an extent that they overlap, in particular completely overlap, the functional element 1 in the extension directions of the functional surface 1d of the functional element 1. As a result, for example, none of the spring sections 3c, 3d would protrude beyond the functional element 1 on the side of the MEMS structure 100. As a result, for example, an outer structure 10 could be formed quite close to the side of the corresponding MEMS structure 100 without affecting the functionality of the MEMS structure 100. Furthermore, the spring sections 3c, 3d of the second pair of spring sections 3c, 3d can also be designed such that the anchor sections 4a of the spring sections 3c, 3d of the second pair of spring sections 3c, 3d are also overlapped by the functional element 1 in the lateral extension of the MEMS structure 100.
Es sei aber auch an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass sehr wohl aber auch die Federabschnitte 3c, 3d des zweiten Paares von Federabschnitten 3c, 3d und/oder ihre jeweiligen Ankerabschnitte 4a über die seitliche Dimensionierung des Funktionselements 1 hinaus überstehen können (siehe beispielsweise Fig. 14b). Mittels der hier beispielhaft beschriebenen Ausgestaltung der MEMS-Struktur 100 kann beispielsweise der Platz unter dem Funktionselement 1 genutzt werden, um an dieser Stelle die Federabschnitte 3a - 3d, die gemeinsam eine Federstruktur bilden können, auszubilden. Dies kann beispielhaft zu einer vorteilhaften kompakteren Bauform der MEMS-Struktur 100 und dadurch zu einer kompakteren MEMS-Vorrichtung 1000 mit präziser ausgebildeten Schwingachsen X, Y führen. However, it should also be pointed out at this point that the spring sections 3c, 3d of the second pair of spring sections 3c, 3d and/or their respective anchor sections 4a can also protrude beyond the lateral dimensioning of the functional element 1 (see, for example, Fig. 14b). By means of the exemplary configuration of the MEMS structure 100 described here, the space beneath the functional element 1 can be used, for example, to form the spring sections 3a-3d at this location, which together can form a spring structure. This can, for example, lead to an advantageous, more compact design of the MEMS structure 100 and thus to a more compact MEMS device 1000 with more precisely designed oscillation axes X, Y.
Zudem kann beispielhaft durch diesen Aufbau der MEMS-Struktur 100 die Federabschnitte 3a - 3d bzw. die für die Schwingung des Funktionselements 1 verantwortlichen Federn näher an die Schwingachsen des Funktionselements 1 gebracht werden, so dass das wirkende Trägheitsmoment abnimmt und dadurch vorteilhaft höhere Schwingfrequenzen bzw. höhere Resonanzfrequenzen des Funktionselements 1, in denen die MEMS-Struktur 100 bevorzugt betrieben werden kann, möglich werden. In addition, by way of example, this design of the MEMS structure 100 allows the spring sections 3a - 3d or the springs responsible for the oscillation of the functional element 1 to be brought closer to the oscillation axes of the functional element 1, so that the effective moment of inertia decreases and thus advantageously higher oscillation frequencies or higher resonance frequencies of the functional element 1, in which the MEMS structure 100 can preferably be operated, become possible.
Zudem ist es vorteilhaft, dass die Federabschnitte 3a - 3d sowohl für die Ausbildung der Schwingachsen X, Y als auch zur Erzeugung / Einleitung der Schwingbewegung (wenn beispielsweise Aktuatoren 8a, 8b direkt auf den Federabschnitten 3a - 3d appliziert sind, siehe beispielsweise Figs. 5 - 10; oder wenn für die Schwingungserzeugung Hebelabschnitte 3Lca - 3Ldb mit den Federabschnitten 3c, 3d verbunden sind und die Hebelabschnitte entsprechende Aktuatoren 8c aufweisen, siehe beispielsweise Fig. 13) in das Funktionselement 1 genutzt werden können. In addition, it is advantageous that the spring sections 3a - 3d can be used both for the formation of the oscillation axes X, Y and for generating / initiating the oscillating movement (if, for example, actuators 8a, 8b are applied directly to the spring sections 3a - 3d, see for example Figs. 5 - 10; or if, for the oscillation generation, lever sections 3Lca - 3Ldb are connected to the spring sections 3c, 3d and the lever sections have corresponding actuators 8c, see for example Fig. 13) in the functional element 1.
Fig. 2 zeigt in den Abbildungen a) und b) beispielhafte Ausgestaltungen von zwei Kopplungsabschnitten 2 des Funktionselements 1 der MEMS-Struktur 100 als weitere beispielhafte Ausführungsformen. Fig. 2 shows in the figures a) and b) exemplary configurations of two coupling sections 2 of the functional element 1 of the MEMS structure 100 as further exemplary embodiments.
Dabei können, wie bereits weiter oben beschrieben, die Kopplungsabschnitte 2 (beispielsweise zumindest zwei Kopplungsabschnitte 2) unterhalb des Funktionselements 1 ausgebildet sein bzw. auf der Seite des Funktionselements 1 ausgebildet und mit dem Funktionselement 1 verbunden sein, die den Federabschnitten 3a - 3d zugewandt ist. As already described above, the coupling sections 2 (for example at least two coupling sections 2) can be formed below the functional element 1 or can be formed on the side of the functional element 1 and connected to the functional element 1 which faces the spring sections 3a - 3d.
Beispielsweise können die Kopplungsabschnitte 2 in einem Randbereich des Funktionselements 1 ausgebildet sein, so dass beispielweise die Kopplungsabschnitte 2 mit dem Funktionselement 1 eine gemeinsame Außenfläche aufweisen, beispielsweise, wie hier gezeigt, eine gemeinsame kreisförmige Außenfläche (siehe Abbildung a) der Fig. 2). For example, the coupling sections 2 can be formed in an edge region of the functional element 1, so that, for example, the coupling sections 2 have a common outer surface with the functional element 1, for example, as shown here, a common circular outer surface (see figure a) of Fig. 2).
Dadurch kann beispielsweise der Bereich des Funktionselements 1, der sich unterhalb der Funktionsfläche ld des Funktionselements 1 erstreckt, hier also im Wesentlichen der Bereich des Funktionsabschnitts la, von den Kopplungsabschnitten 2 unbeeinflusst bleiben, was sich gegebenenfalls vorteilhaft auf die Einprägung von mechanischer Spannung in das Funktionselement 1 und damit in die Funktionsfläche ld des Funktionselements 1 auswirken kann. Dies kann beispielsweise vorteilhaft sein, wenn die Funktionsfläche als Spiegelfläche ld bzw. als Spiegel ld ausgebildet ist und hier eine möglichst ebene Fläche zur Reflexion von elektromagneteischer Strahlung (beispielsweise eines Lasers) vorhanden sein soll. As a result, for example, the area of the functional element 1 which extends below the functional surface ld of the functional element 1, in this case essentially the Area of the functional section 1a, remain unaffected by the coupling sections 2, which may have an advantageous effect on the imprinting of mechanical stress into the functional element 1 and thus into the functional surface 1d of the functional element 1. This may be advantageous, for example, if the functional surface is designed as a mirror surface 1d or as a mirror 1d and a surface that is as flat as possible for the reflection of electromagnetic radiation (for example from a laser) should be present here.
Es können die Kopplungsabschnitte 2 ferner auch enger zusammenstehend an dem Funktionsabschnitt la des Funktionselements 1 ausgebildet sein, so dass diese gerade unterhalb der Funktionsfläche ld des Funktionselements 1 vorgesehen sind (siehe beispielsweise Abbildung b) der Fig. 2), um beispielsweise potenzielle Verformungen des Funktionselements 1 an der Stelle des Funktionsabschnitts la mit der Funktionsfläche ld zu verhindern bzw. so gering wie möglich zu halten. Furthermore, the coupling sections 2 can also be designed to be closer together on the functional section 1a of the functional element 1, so that they are provided just below the functional surface 1d of the functional element 1 (see, for example, figure b) of Fig. 2), in order, for example, to prevent or minimize potential deformations of the functional element 1 at the location of the functional section 1a with the functional surface 1d.
Fig. 3 zeigt in den Abbildungen a) und b) beispielhafte Ausgestaltungen von drei Kopplungsabschnitten 3 des Funktionselements 1 der MEMS-Struktur 100 als weitere beispielhafte Ausführungsformen. Fig. 3 shows in the figures a) and b) exemplary configurations of three coupling sections 3 of the functional element 1 of the MEMS structure 100 as further exemplary embodiments.
Neben den beispielhaft gezeigten zwei Kopplungsabschnitten 2 gemäß der Fig. 2 können beispielhaft auch drei oder mehr Kopplungsabschnitte 2 an dem Funktionselement 1 bzw. an dem Funktionsabschnitt la vorgesehen sein. In addition to the two coupling sections 2 shown as an example in Fig. 2, three or more coupling sections 2 can also be provided on the functional element 1 or on the functional section 1a.
Dabei können die Kopplungsabschnitte 2, wie in Fig. 2 gezeigt, wieder unter dem Funktionselement 1 vorgesehen sein bzw. auf der Seite des Funktionselements 1 ausgebildet sein, die den Federabschnitten 3a - 3d zugewandt ist. Es sei der Vollständigkeit halber aber angemerkt, dass die drei oder mehr Kopplungsabschnitte 2 aber ebenfalls seitlich des Funktionselements 1 bzw. des Funktionsabschnitts la vorgesehen sein können (wie in Fig.5 mit zwei Kopplungsabschnitten 2 gezeigt) oder im Randbereich des Funktionselements 1. The coupling sections 2, as shown in Fig. 2, can again be provided below the functional element 1 or formed on the side of the functional element 1 facing the spring sections 3a-3d. For the sake of completeness, however, it should be noted that the three or more coupling sections 2 can also be provided laterally of the functional element 1 or the functional section 1a (as shown in Fig. 5 with two coupling sections 2) or in the edge region of the functional element 1.
Zudem können, je nach Anzahl der Kopplungsabschnitte 2, die Kopplungsabschnitte 2 gleichverteilt unterhalb des Funktionselements 1 / Funktionsabschnitts la ausgebildet sein, beispielsweise, bei einer Kreisanordnung und drei Kopplungsabschnitten 2, aller 120° einen Kopplungsabschnitt 2 vorgesehen sein (wie beispielhaft in Abbildung a) in Fig. 3 gezeigt), wie dies beispielsweise auch durch 3607N mit N=2, 3, 4, usw. beschrieben werden kann. Es ist aber auch möglich, eine Ungleichverteilung vorzusehen, beispielsweise bei der Kreisanordnung der drei Kopplungsabschnitten 2 zwischen zwei benachbarten Kopplungsabschnitten 2 einen Winkel von 60° vorzusehen und dann, jeweils von den beiden benachbarten Kopplungsabschnitten 2 zu dem dritten Kopplungsabschnitt 2 hin, einen Winkel von 150' vorzusehen. In addition, depending on the number of coupling sections 2, the coupling sections 2 can be formed evenly distributed below the functional element 1 / functional section 1a, for example, in a circular arrangement and three coupling sections 2, a coupling section 2 can be provided every 120° (as shown by way of example in Figure a) in Fig. 3), as can be described, for example, by 3607N with N=2, 3, 4, etc. However, it is also possible to provide an uneven distribution, for example, in the circular arrangement of the three coupling sections 2, to provide an angle of 60° between two adjacent coupling sections 2 and then, in each case from the two adjacent coupling sections 2 towards the third coupling section 2, an angle of 150'.
Darüber hinaus kann beispielsweise die Querschnittsform der Kopplungsabschnitte 2 variieren. So kann beispielweise die Querschnittsform der Kopplungsabschnitte 2 eine quadratische Form (wie in Abbildung a) in Fig. 3 gezeigt) oder aber eine Kreissegmentform (wie in Abbildung b) in Fig. 3 gezeigt) aufweisen. Darüber hinaus können aber beispielsweise auch andere Querschnittsformen wie beispielsweise eine zylinderförmige Querschnittsform der Kopplungsabschnitte 2 vorgesehen sein. Furthermore, the cross-sectional shape of the coupling sections 2 can vary. For example, the cross-sectional shape of the coupling sections 2 can have a square shape (as shown in Figure a) in Fig. 3) or a circular segment shape (as shown in Figure b) in Fig. 3). However, other cross-sectional shapes, such as a cylindrical cross-sectional shape of the coupling sections 2, can also be provided.
Fig. 4 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform einer MEMS-Struktur 100 mit zwei Paaren von Federabschnitten 3a - 3d und zwei Kopplungsabschnitten 2, wobei jeder Kopplungsabschnitt 2 beispielhaft drei Stützabschnitte 2a und einen Balkenabschnitt 2b aufweist. Fig. 4 shows a further exemplary embodiment of a MEMS structure 100 with two pairs of spring sections 3a - 3d and two coupling sections 2, wherein each coupling section 2 has, for example, three support sections 2a and one beam section 2b.
Hierdurch können beispielhaft die Kräfte, die an den Kopplungsabschnitten 2 aufgrund der Schwingbewegung des Funktionselements 1 auftreten, an mehreren Stützabschnitten 2a pro Kopplungsabschnitt 2 von dem Funktionselement 1 zu dem ersten Paar von Federabschnitten 3a, 3b übertragen werden bzw. umgekehrt. Hierdurch kann beispielsweise eine lokal begrenzte Spannungserzeugung / Spannungseinprägung in dem Funktionselement 1 vermieden werden. This allows, for example, the forces that occur at the coupling sections 2 due to the oscillating movement of the functional element 1 to be transmitted via multiple support sections 2a per coupling section 2 from the functional element 1 to the first pair of spring sections 3a, 3b, or vice versa. This allows, for example, a locally limited stress generation/stress impression in the functional element 1 to be avoided.
Zudem können beispielsweise durch die mehreren Stützabschnitte 2a pro Kopplungsabschnitt 2 Verformungen des Funktionselements 1 aufgrund der Schwingungen und der Trägheit des Funktionselements 1 vermieden werden, was zu einer besseren und konstanteren Oberflächenebenheit des Funktionsabschnitts la bzw. der Funktionsfläche ld des Funktionselements 1 im Betrieb der MEMS-Struktur 100 führen kann. Auch dies kann beispielsweise vorteilhaft sein, wenn die Funktionsfläche als Spiegelfläche ld bzw. als Spiegel ld ausgebildet ist und hier eine möglichst ebene Fläche zur Reflexion von elektromagneteischer Strahlung (beispielsweise eines Lasers) vorhanden sein soll. In addition, for example, the multiple support sections 2a per coupling section 2 can prevent deformations of the functional element 1 due to vibrations and inertia of the functional element 1, which can lead to better and more consistent surface flatness of the functional section 1a or the functional surface ld of the functional element 1 during operation of the MEMS structure 100. This can also be advantageous, for example, if the functional surface is designed as a mirror surface ld or as a mirror ld and a surface that is as flat as possible is to be present here for reflecting electromagnetic radiation (for example, from a laser).
Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass beispielsweise zumindest zwei Stützabschnitte 2a (oder auch vier und mehr Stützabschnitte 2a pro Kopplungsabschnitt 2) und ein Balkenabschnitt 2b zur Verbindung der Stützabschnitte 2a pro Kopplungsabschnitt 2 vorgesehen sein können. Zudem können zwei benachbarte Kopplungsabschnitte 2, wie diese in der Fig. 3 gezeigt sind, als zwei Stützabschnitte 2a mit einem verbindenden Balkenabschnitt 2b ausgebildet sein, wobei der Balkenabschnitt 2b ferner mit einem der Federabschnitte 3a, 3b des ersten Paares von Federabschnitten 3a, 3b verbunden ist, und der dritte KoppLungsabschnitt 2, wie er in der Fig. 3 gezeigt ist, mit dem jeweils anderen Federabschnitt 3a, 3b des ersten Paares von Federabschnitten 3a, 3b verbunden sein. It should be noted at this point that, for example, at least two support sections 2a (or four or more support sections 2a per coupling section 2) and a beam section 2b for connecting the support sections 2a can be provided per coupling section 2. In addition, two adjacent coupling sections 2, as shown in Fig. 3, can be designed as two support sections 2a with a connecting beam section 2b, wherein the beam section 2b is further connected to one of the spring sections 3a, 3b of the first pair of spring sections 3a, 3b, and the third coupling section 2, as shown in Fig. 3, is connected to the other spring section 3a, 3b of the first pair of spring sections 3a, 3b.
Ferner können beispielsweise aber auch hier, wie in Fig. 3 bereits erwähnt, die Kopplungsabschnitte 2 bzw. die Stützabschnitte 2a der Kopplungsabschnitte 2 ebenfalls seitlich des Funktionselements 1 / Funktionsabschnitts la vorgesehen sein oder im Randbereich des Funktionselements 1 / Funktionsabschnitts la vorgesehen sein. Furthermore, for example, as already mentioned in Fig. 3, the coupling sections 2 or the support sections 2a of the coupling sections 2 can also be provided laterally of the functional element 1 / functional section 1a or in the edge region of the functional element 1 / functional section 1a.
Die Ankerabschnitte 4a, wie sie in Fig. 1 gezeigt sind, können beispielsweise auch hier an den Enden des zweiten Paares der Federabschnitte 3c, 3d vorgesehen sein, um eine entsprechende Verbindung mit einer Außenstruktur 10 eingehen zu können. The anchor sections 4a, as shown in Fig. 1, can also be provided here, for example, at the ends of the second pair of spring sections 3c, 3d in order to be able to establish a corresponding connection with an external structure 10.
Ferner können auch in dieser beispielhaften Ausführungsform, wie bereits in der beispielhaften Ausführungsform gemäß Fig. 1 gezeigt und beschrieben, die Federabschnitte 3a - 3d achsensymmetrisch zu den zumindest zwei Schwingachsen X, Y bzw. zu zumindest einer der zumindest zwei Schwingachsen X, Y ausgebildet sein. Furthermore, in this exemplary embodiment, as already shown and described in the exemplary embodiment according to Fig. 1, the spring sections 3a - 3d can be formed axially symmetrically to the at least two oscillation axes X, Y or to at least one of the at least two oscillation axes X, Y.
Fig. 5 zeigt in den Abbildungen a) bis c) eine beispielhafte Ausführungsform der MEMS- Struktur 100 mit seitlich vorgesehenen Kopplungsabschnitten 2 und mit beispielhaft auf den Federabschnitten 3a - 3d applizierten Aktuatoren 8a, 8b zum Antreiben der Funktionsfläche ld des Funktionselements 1. Fig. 5 shows in the figures a) to c) an exemplary embodiment of the MEMS structure 100 with coupling sections 2 provided laterally and with actuators 8a, 8b applied, for example, to the spring sections 3a - 3d for driving the functional surface ld of the functional element 1.
Dabei kann beispielhaft über die zumindest zwei an gegenüberliegenden Seiten des Funktionselements 1 angeordneten Ansätze die Verbindung zu den Kopplungsabschnitten 2 bewirkt werden, wobei die zumindest zwei Kopplungsabschnitte 2 wiederum die Verbindung zwischen dem Funktionselement 1 und den Federabschnitten 3a - 3d herstellen. Wie hier beispielhaft dargestellt können dabei die Kopplungsabschnitte 2 im Wesentlichen seitlich von der Funktionsfläche ld des Funktionselements 1 angeordnet sein (siehe beispielsweise Abbildung c) der Fig. 5). For example, the connection to the coupling sections 2 can be achieved via the at least two projections arranged on opposite sides of the functional element 1, wherein the at least two coupling sections 2 in turn establish the connection between the functional element 1 and the spring sections 3a-3d. As shown here by way of example, the coupling sections 2 can be arranged substantially laterally from the functional surface 1d of the functional element 1 (see, for example, Figure c) of Fig. 5).
Dabei kann, in einer beispielhaften Ausführungsform, beispielsweise zumindest ein Aktuator 8a, 8b, der an zumindest einem der Federabschnitte 3a - 3d, die von dem Funktionselement 1 in Richtung eines Normalvektors der Substratebene beabstandet und achsensymmetrisch zu zumindest einer der zumindest zwei Schwingachsen X, Y ausgebildet sind, vorgesehen und dazu eingerichtet sein, das Funktionselement 1 in Schwingung zu versetzen, insbesondere in Schwingungen in zumindest einer Dimension oder zwei Dimensionen (wie beispielsweise um die zwei Schwingachsen X und Y). Zudem können beispielhaft aber auch mehrere Aktuatoren 8a, 8b auf den paarweise ausgebildeten Federabschnitten 3a - 3d angeordnet sein. Zum Beispiel können auf jedem Federabschnitt 3a - 3d ein Aktuator 8a, 8b, oder aber auch mehrere Aktuatoren 8a, 8b pro Federabschnitt 3a - 3d vorgesehen sein. In an exemplary embodiment, for example, at least one actuator 8a, 8b can be provided on at least one of the spring sections 3a - 3d, which are spaced from the functional element 1 in the direction of a normal vector of the substrate plane and are axially symmetrical to at least one of the at least two oscillation axes X, Y, and can be configured to cause the functional element 1 to oscillate, in particular to oscillate in at least one dimension or two dimensions (such as about the two oscillation axes X and Y). In addition, several actuators 8a, 8b can also be arranged on the paired spring sections 3a-3d, for example. For example, one actuator 8a, 8b can be provided on each spring section 3a-3d, or several actuators 8a, 8b can be provided per spring section 3a-3d.
Darüber hinaus können beispielsweise die Aktuatoren 8a, 8b zwischen den Federabschnitten 3a - 3d und dem Funktionselement 1 auf den Federabschnitten 3a - 3d vorgesehen sein, oder aber beispielsweise auch auf der Seite der Federabschnitte 3a - 3d vorgesehen sein, die dem Funktionselement 1 abgewandt ist. In addition, the actuators 8a, 8b can, for example, be provided between the spring sections 3a - 3d and the functional element 1 on the spring sections 3a - 3d, or, for example, also be provided on the side of the spring sections 3a - 3d that is facing away from the functional element 1.
Es sei an dieser Stelle auch darauf hingewiesen, dass Aktuatoren 8a, 8b sowohl zwischen den Federabschnitten 3a - 3d und dem Funktionselement 1 vorgesehen sein können, als auch auf der Seite der Federabschnitte 3a - 3d, die dem Funktionselement 1 abgewandt ist. Es kann aber beispielsweise auch eine Kombination der verschiedenen Anordnungen von Aktuatoren 8a, 8b möglich sein. Beispielsweise kann auf den Federabschnitten 3a, 3b des ersten Paares von Federabschnitten 3a, 3b die Aktuatoren 8a zwischen den Federabschnitten 3a, 3b und dem Funktionselement 1 vorgesehen sein, während bei den Federabschnitten 3c, 3d des zweiten Paares von Federabschnitten 3c, 3d die Aktuatoren 8b auf der Seite der Federabschnitte 3c, 3d vorgesehen sind, die dem Funktionselement 1 abgewandt ist. It should also be noted at this point that actuators 8a, 8b can be provided both between the spring sections 3a-3d and the functional element 1, as well as on the side of the spring sections 3a-3d facing away from the functional element 1. However, a combination of the various arrangements of actuators 8a, 8b may also be possible. For example, on the spring sections 3a, 3b of the first pair of spring sections 3a, 3b, the actuators 8a can be provided between the spring sections 3a, 3b and the functional element 1, while on the spring sections 3c, 3d of the second pair of spring sections 3c, 3d, the actuators 8b are provided on the side of the spring sections 3c, 3d facing away from the functional element 1.
Darüber hinaus können die Aktuatoren 8a, 8b als Piezo-Aktuatoren 8a, 8b, als Plattenkondensatoren 8a, 8b, oder als Kammantriebe („comb drives") 8a, 8b und/oder als magnetische Aktuatoren 8a, 8b ausgebildet sein (beispielsweise auch als Mikroaktuatoren usw.). Zudem können statt der Aktuatoren 8a, 8b oder zusätzlich zu den Aktuatoren 8a, 8b gleichgeartete Elemente (beispielsweise ebenfalls Piezo-Elemente) vorgesehen sein, die als Sensoren zur Überwachung der jeweiligen Schwingungen bzw. Verformungen der Federabschnitte 3a - 3d eingesetzt werden können. Zudem können beispielsweise die antreibenden Aktuatoren 8a, 8b als Plattenkondensatoren ausgebildet sein, während die Sensoren der Schwingbewegung bzw. der Verformung der Federabschnitte 3a - 3d als Piezo- Elemente ausgebildet sein können. Zudem können aber auch innerhalb der Aktuatoren / Sensoren die Arten unterschiedlich sein, so zum Beispiel Piezo-Aktuatoren auf der Seite der Federabschnitte 3a - 3d, die dem Funktionselement 1 zugewandt ist, und kapazitive Antriebe unterhalb der Federabschnitte 3a - 3d. Furthermore, the actuators 8a, 8b can be designed as piezo actuators 8a, 8b, as plate capacitors 8a, 8b, or as comb drives 8a, 8b and/or as magnetic actuators 8a, 8b (for example, also as microactuators, etc.). Furthermore, instead of the actuators 8a, 8b or in addition to the actuators 8a, 8b, similar elements (for example, also piezo elements) can be provided, which can be used as sensors for monitoring the respective vibrations or deformations of the spring sections 3a - 3d. Furthermore, for example, the driving actuators 8a, 8b can be designed as plate capacitors, while the sensors for the vibrational movement or deformation of the spring sections 3a - 3d can be designed as piezo elements. In addition, the types can also be different within the actuators / sensors, for example piezo actuators on the side of the spring sections 3a - 3d facing the functional element 1, and capacitive drives below the spring sections 3a - 3d.
Fig. 6 zeigt in den Abbildungen a) bis c) eine weitere beispielhafte Ausführungsform einer MEMS-Struktur 100 mit zwei Paaren von Federabschnitten 3a - 3d, die achsensymmetrisch zu den zumindest zwei Schwingachsen X, Y ausgebildet sind, und zwei Kopplungsabschnitten 2 mit Halteabschnitten lb zwischen dem Funktionsabschnitt la und den Kopplungsabschnitten 2. Fig. 6 shows in the figures a) to c) a further exemplary embodiment of a MEMS structure 100 with two pairs of spring sections 3a - 3d, which are axially symmetrical to the at least two oscillation axes X, Y, and two coupling sections 2 with holding sections lb between the functional section 1a and the coupling sections 2.
Dabei können beispielsweise die Halteabschnitte lb seitlich des Funktionsabschnitts la, der die Funktionsfläche ld (beispielsweise Spiegelfläche ld / Spiegel ld) des Funktionselements 1 aufweist, angeordnet sein (siehe beispielsweise Abbildungen b) und c) der Fig. 6). Zudem können beispielsweise die Halteabschnitte lb schmaler ausgebildet sein als die Koppelabschnitte 2. Dies kann beispielsweise zu einer Federeigenschaft der Halteabschnitte lb führen, die für verschiedene Anwendungen der MEMS-Struktur 100 vorteilhaft sein kann. Ferner kann die Länge der jeweiligen Halteabschnitte lb angepasst werden bis hin zu unterschiedlichen Längen der beiden Halteabschnitte lb, je nach Anwendungsfall und potenziellem zusätzlichen Schwing-/Federverhalten. In this case, for example, the holding sections lb can be arranged laterally of the functional section 1a, which has the functional surface ld (e.g., mirror surface ld/mirror ld) of the functional element 1 (see, for example, illustrations b) and c) of Fig. 6). Furthermore, the holding sections lb can be narrower than the coupling sections 2. This can, for example, lead to a spring property of the holding sections lb, which can be advantageous for various applications of the MEMS structure 100. Furthermore, the length of the respective holding sections lb can be adjusted up to different lengths of the two holding sections lb, depending on the application and potential additional vibration/spring behavior.
Ferner können durch diese Ausgestaltung der MEMS-Struktur 100 die Längen des ersten Paares von Federabschnitten 3a, 3b und des zweiten Paares von Federabschnitten 3c, 3d deutlich abweichend voneinander sein (siehe beispielsweise Abbildung a) der Fig. 6). Beispielsweise können die Federabschnitte 3a, 3b des ersten Paares von Federabschnitten 3a, 3b deutlich länger ausgebildet sein als die Federabschnitte 3c, 3d des zweiten Paares von Federabschnitten 3c, 3d. Dies kann beispielsweise für unterschiedliche Schwingfrequenzen der zwei Schwingachsen X und Y und, dadurch, für ein anpassbares Frequenzverhältnis der beiden Schwingachsen genutzt werden. Furthermore, this configuration of the MEMS structure 100 allows the lengths of the first pair of spring sections 3a, 3b and the second pair of spring sections 3c, 3d to differ significantly from one another (see, for example, Figure a) of Fig. 6). For example, the spring sections 3a, 3b of the first pair of spring sections 3a, 3b can be significantly longer than the spring sections 3c, 3d of the second pair of spring sections 3c, 3d. This can be used, for example, for different oscillation frequencies of the two oscillation axes X and Y and, thereby, for an adjustable frequency ratio of the two oscillation axes.
Zudem können die unterschiedlichen Längen der Federabschnitte 3a - 3d beispielsweise einen Einfluss darauf haben, an welchen Seiten die Aktuatoren 8a, 8b auf den Federabschnitten 3a - 3d angeordnet werden. Hier wurden beispielhaft die Aktuatoren 8a, 8b zwischen den Federabschnitten 3a - 3d und dem Funktionselement 1 vorgesehen. Es können aber auch unterschiedliche Anordnungen der Aktuatoren 8a, 8b, wie sie beispielsweise in Bezug auf Fig. 5 beschrieben werden, vorgesehen sein. In addition, the different lengths of the spring sections 3a-3d can, for example, influence the sides on which the actuators 8a, 8b are arranged on the spring sections 3a-3d. Here, for example, the actuators 8a, 8b were provided between the spring sections 3a-3d and the functional element 1. However, different arrangements of the actuators 8a, 8b can also be provided, as described, for example, with reference to Fig. 5.
Fig. 7 zeigt in den Abbildungen a) und b) beispielhafte Ausgestaltungen von Halteabschnitten lb der MEMS-Struktur 100 als weitere beispielhafte Ausführungsformen. Fig. 7 shows in the figures a) and b) exemplary configurations of holding sections 1b of the MEMS structure 100 as further exemplary embodiments.
Hier können nun die Halteabschnitte lb über ihre gesamte Länge beispielsweise die gleiche Breite aufweisen wie die Kopplungsabschnitte 2 (siehe beispielsweise Abbildung a) der Fig. 7), oder aber an der Verbindung zu den Koppelabschnitten 2 die gleiche Breite aufweisen und sich im Verlauf zum Funktionsabschnitt la hin verjüngen (siehe beispielsweise Abbildung b) der Fig. 7). Here, the holding sections lb can, for example, have the same width as the coupling sections 2 over their entire length (see, for example, Figure a) of Fig. 7), or have the same width at the connection to the coupling sections 2 and taper towards the functional section la (see, for example, figure b) of Fig. 7).
Hierdurch können, wie dies auch bereits in Bezug auf Fig. 6 beschrieben wurde, die zumindest zwei Halteabschnitte lb ferner als federnde Halteabschnitte lb ausgebildet sein, wobei beispielsweise die Eigenschaft als torsionsfedernde und/oder biegefedernde Halteabschnitte lb für verschiedene Anwendungen der MEMS-Struktur 100 vorteilhaft sein kann. As a result, as has already been described with reference to Fig. 6, the at least two holding sections lb can further be designed as resilient holding sections lb, wherein, for example, the property as torsionally resilient and/or flexurally resilient holding sections lb can be advantageous for various applications of the MEMS structure 100.
Fig. 8 zeigt in den Abbildungen a) bis c) eine weitere beispielhafte Ausführungsform einer MEMS-Struktur 100 mit zwei Paaren von Federabschnitten 3a - 3d, die achsensymmetrisch zu den zumindest zwei Schwingachsen X, Y ausgebildet sind, wobei das Funktionselement 1 den Funktionsabschnitt la, einen Rahmenabschnitt lc und eine Vielzahl an Halteabschnitten lb aufweist und beispielhaft Aktuatoren 8a, 8b auf den Federabschnitten 3a - 3d appliziert sind. Fig. 8 shows in the figures a) to c) a further exemplary embodiment of a MEMS structure 100 with two pairs of spring sections 3a - 3d, which are formed axially symmetrically to the at least two oscillation axes X, Y, wherein the functional element 1 has the functional section 1a, a frame section 1c and a plurality of holding sections 1b and actuators 8a, 8b are applied, for example, to the spring sections 3a - 3d.
Im Vergleich zu den beispielhaften Ausführungsformen der bisher beschriebenen MEMS-Strukturen 100 kann nun die MEMS-Struktur 100 ein Funktionselement 1 aufweisen, das beispielsweise einen Funktionsabschnitt la mit der Funktionsfläche ld und einen Rahmenabschnitt lc aufweist, der den Funktionsabschnitt la in den Ausdehnungsrichtungen der Funktionsfläche ld umgibt. Hierdurch kann beispielsweise eine stabilere Form der Funktionsfläche ld bzw. des Funktionsabschnitts la im Betrieb der MEMS-Struktur 100 erreicht werden. Compared to the exemplary embodiments of the MEMS structures 100 described so far, the MEMS structure 100 can now comprise a functional element 1, which, for example, comprises a functional section 1a with the functional surface 1d and a frame section 1c that surrounds the functional section 1a in the extension directions of the functional surface 1d. This makes it possible, for example, to achieve a more stable shape of the functional surface 1d or the functional section 1a during operation of the MEMS structure 100.
Zudem kann beispielsweise der Rahmenabschnitt lc des Funktionselements 1 die zumindest zwei Kopplungsabschnitte 2 aufweisen, mittels dieser das Funktionselement 1 mit den Federabschnitten 3a - 3d mechanisch verbunden ist, die von dem Funktionselement 1 in Richtung eines Normalvektors der Substratebene beabstandet ausgebildet sind. Dabei können beispielsweise die Kopplungsabschnitte 2 seitlich am Rahmenabschnitt lc vorgesehen sein. Es ist jedoch anzumerken, dass die Kopplungsabschnitte 2 ebenfalls unterhalb des Rahmenabschnitts lc vorgesehen sein können, wie dies beispielsweise in Fig. 9 gezeigt ist. In addition, for example, the frame section lc of the functional element 1 can have at least two coupling sections 2, by means of which the functional element 1 is mechanically connected to the spring sections 3a-3d, which are spaced apart from the functional element 1 in the direction of a normal vector of the substrate plane. For example, the coupling sections 2 can be provided laterally on the frame section lc. However, it should be noted that the coupling sections 2 can also be provided below the frame section lc, as shown, for example, in Fig. 9.
Beispielhaft kann das Funktionselement 1 ferner zumindest zwei Halteabschnitte lb aufweisen, die zwischen dem Funktionsabschnitt la und dem Rahmenabschnitt lc ausgebildet sind und den Funktionsabschnitt la mit dem Rahmenabschnitt lc mechanisch verbinden. Wie in Abbildung c) der Fig. 8 gezeigt, können beispielsweise aber auch mehr als zwei Halteabschnitte lb vorgesehen sein, beispielsweise vier Halteabschnitte lb, oder achtFor example, the functional element 1 can further comprise at least two holding sections 1b, which are formed between the functional section 1a and the frame section 1c and mechanically connect the functional section 1a to the frame section 1c. As shown in Figure c) of Fig. 8, however, more than two Holding sections lb may be provided, for example four holding sections lb, or eight
Halteabschnitte lb. Holding sections lb.
Zudem kann beispielsweise durch die durch die Halteabschnitte lb erzeugte Struktur des Funktionselements 1 das Trägheitsmoment des Funktionselements 1 beim Schwingen um die zwei Schwingachsen vorteilhaft reduziert werden, da insbesondere im äußeren Bereich des Funktionselements 1 Material und damit Gewicht eingespart werden kann und die Form der Funktionsfläche ld bzw. des Funktionsabschnitts la dennoch stabilisierend von den Halteabschnitten lb und dem Rahmenabschnitt lc unterstützt werden kann. In addition, for example, the structure of the functional element 1 created by the holding sections 1b can advantageously reduce the moment of inertia of the functional element 1 when oscillating about the two oscillation axes, since material and thus weight can be saved, particularly in the outer region of the functional element 1, and the shape of the functional surface 1d or the functional section 1a can still be supported in a stabilizing manner by the holding sections 1b and the frame section 1c.
In dem hier gezeigten Beispiel, insbesondere wie in Abbildungen a) und b) der Fig. 8 gezeigt, können nun die Aktuatoren 8a, 8b wieder auf der Seite der Federabschnitte 3a - 3d angeordnet sein, die dem Funktionselement 1 abgewandt ist. Es kann aber auch hier jegliche andere Anordnung der Aktuatoren 8a, 8b, wie diese bereits beschrieben wurde, vorgesehen sein. In the example shown here, particularly as shown in Figures a) and b) of Fig. 8, the actuators 8a, 8b can again be arranged on the side of the spring sections 3a-3d facing away from the functional element 1. However, any other arrangement of the actuators 8a, 8b, as already described, can also be provided here.
Zudem können beispielsweise auch in dieser beispielhaften Ausführungsform der MEMS-Struktur 100 die Federabschnitte 3a - 3d derart ausgebildet sein, dass diese mit dem Funktionselement 1, aufweisend den Funktionsabschnitt la, die Halteabschnitte lb und den Rahmenabschnitt lc, in den Ausdehnungsrichtungen der Funktionsfläche ld des Funktionselements 1 überlappen, insbesondere vollständig überlappen (siehe beispielsweise Abbildung a) der Fig. 8). In addition, for example, in this exemplary embodiment of the MEMS structure 100, the spring sections 3a - 3d can also be designed such that they overlap, in particular completely overlap, with the functional element 1, comprising the functional section 1a, the holding sections 1b and the frame section 1c, in the extension directions of the functional surface 1d of the functional element 1 (see, for example, figure a) of Fig. 8).
Fig. 9 zeigt in den Abbildungen a) bis c) eine weitere beispielhafte Ausführungsform einer MEMS-Struktur 100 mit zwei Paaren von Federabschnitten 3a - 3d, die achsensymmetrisch zu den zumindest zwei Schwingachsen X, Y ausgebildet sind, wobei das Funktionselement 1 den Funktionsabschnitt la, einen Rahmenabschnitt lc und zwei Halteabschnitte lb aufweist. Fig. 9 shows in the figures a) to c) a further exemplary embodiment of a MEMS structure 100 with two pairs of spring sections 3a - 3d, which are formed axially symmetrically to the at least two oscillation axes X, Y, wherein the functional element 1 has the functional section 1a, a frame section 1c and two holding sections 1b.
Im Vergleich zur beispielhaften Ausführungsform der MEMS-Struktur 100 nach Fig. 8 werden nun zwei Halteabschnitte lb vorgesehen, die beispielsweise eine zusätzliche Federeigenschaft aufweisen und dadurch den Funktionsabschnitt la gegenüber dem Rahmenabschnitt lc federnd halten können. Dadurch können beispielsweise wieder das Schwingverhalten des Funktionselements 1 verändert/ angepasst werden, je nach Anwendung der MEMS-Struktur 100. Compared to the exemplary embodiment of the MEMS structure 100 shown in Fig. 8, two holding sections 1b are now provided, which, for example, have an additional spring property and can thus resiliently hold the functional section 1a relative to the frame section 1c. This allows, for example, the vibration behavior of the functional element 1 to be changed/adapted depending on the application of the MEMS structure 100.
Auch in Fig. 9 sind beispielhaft Aktuatoren 8a, 8b auf den Federabschnitten 3a - 3d abgebildet, die, wie bereits in den anderen beispielhaften Ausführungsformen der MEMS- Struktur 100 beschrieben, an den Federabschnitten 3a - 3d beispielhaft an veränderlichen Positionen der Federabschnitte 3a - 3d (beispielsweise zwischen jeweiligem Federabschnitt 3a - 3d und Funktionselement 1 und/oder auf der Seite des jeweiligen Federabschnitts 3a - 3d, die dem Funktionselement 1 abgewandt ist) vorgesehen sein können. Also in Fig. 9, actuators 8a, 8b are shown as examples on the spring sections 3a - 3d, which, as already in the other exemplary embodiments of the MEMS Structure 100 described, can be provided on the spring sections 3a - 3d, for example, at variable positions of the spring sections 3a - 3d (for example between the respective spring section 3a - 3d and the functional element 1 and/or on the side of the respective spring section 3a - 3d that is facing away from the functional element 1).
Fig. 10 zeigt in den Abbildungen a) bis c) eine weitere beispielhafte Ausführungsform einer MEMS-Struktur 100 mit einem Paar von Federabschnitten 3a, 3b und zwei Halteabschnitten lb, die beispielhaft als federnde Halteabschnitte lb ausgebildet sind, sowie auf den Federabschnitten 3a, 3b und den Halteabschnitten lb beispielhaft applizierten Aktuatoren 8a, 8c. Fig. 10 shows in the figures a) to c) a further exemplary embodiment of a MEMS structure 100 with a pair of spring sections 3a, 3b and two holding sections 1b, which are designed as spring holding sections 1b, as well as actuators 8a, 8c applied as examples on the spring sections 3a, 3b and the holding sections 1b.
Die hier gezeigte, beispielhafte Ausführungsform der MEMS-Struktur 100 basiert im Wesentlichen auf die beispielhafte Ausführungsform der MEMS-Struktur 100 nach Fig. 9, nur dass in der hier gezeigten beispielhaften Ausführungsform nun eine der Schwingachsen (Schwingachse X) durch die federnden Halteabschnitte lb zwischen dem Rahmenabschnitt lc und dem Funktionsabschnitt la ausgebildet wird, und nicht mehr durch ein Paar von Federabschnitten 3c, 3d, wie in Fig. 9 gezeigt. Dabei sind die beiden Schwingachsen X und Y, ausgebildet durch das erste Paar von Federabschnitten 3a, 3b und den federnden Halteabschnitten lb, im Wesentlichen senkrecht zueinander ausgebildet. The exemplary embodiment of the MEMS structure 100 shown here is essentially based on the exemplary embodiment of the MEMS structure 100 according to Fig. 9, except that in the exemplary embodiment shown here, one of the oscillation axes (oscillation axis X) is now formed by the resilient holding sections 1b between the frame section 1c and the functional section 1a, and no longer by a pair of spring sections 3c, 3d, as shown in Fig. 9. The two oscillation axes X and Y, formed by the first pair of spring sections 3a, 3b and the resilient holding sections 1b, are formed substantially perpendicular to one another.
Hierdurch können beispielsweise, wie dies auch bereits in vorherigen beispielhaften Ausführungsformen der MEMS-Struktur 100 beschrieben wurde, die Schwingfrequenzen der Funktionsfläche ld des Funktionselements 1 angepasst und somit ein gewünschtes Frequenzverhältnis zwischen der ersten Schwingachse X und der zweiten Schwingachse Y erzeugt werden. As a result, for example, as already described in previous exemplary embodiments of the MEMS structure 100, the oscillation frequencies of the functional surface ld of the functional element 1 can be adjusted and thus a desired frequency ratio between the first oscillation axis X and the second oscillation axis Y can be generated.
Auch hier ist beispielshaft die Achsensymmetrie des ersten Paares von Federabschnitten 3a, 3b zu den zumindest zwei Schwingachsen X, Y und die Achsensymmetrie der federnden Halteabschnitte lb zu den zumindest zwei Schwingachsen X, Y ausgebildet. Wie bereits beschrieben, kann die hier beispielhaft gezeigte Achsensymmetrie aber auch abweichend zu der bzw. zu den jeweiligen Schwingachsen X, Y ausgebildet sein (siehe hierzu beispielhaft die Erläuterungen unter Fig. 1). Here, too, the axial symmetry of the first pair of spring sections 3a, 3b is designed to the at least two oscillation axes X, Y, and the axial symmetry of the resilient holding sections 1b is designed to the at least two oscillation axes X, Y. As already described, the axial symmetry shown here as an example can also be designed differently from the respective oscillation axes X, Y (see the explanations in Fig. 1 for an example).
Weiterhin können beispielhaft die Aktuatoren 8c nun an dem Funktionselement 1, insbesondere beispielsweise auf den federnden Halteabschnitten lb ausgebildet sein, um die Schwingung der Funktionsfläche ld bzw. des Funktionsabschnitts la um die zweite Schwingachse herum anzuregen. Dabei können die Aktuatoren 8c auf der Seite des Funktionselements 1 vorgesehen sein, auf der auch die Funktionsfläche ld vorgesehen sein kann, oder aber auf der Seite des Funktionselements 1, die den Federabschnitten 3a, 3b zugewandt ist. Zudem können die Aktuatoren 8c beispielsweise aber auch auf verschiedenen Seiten des Funktionselements 1 vorgesehen sein. Furthermore, the actuators 8c can now be formed on the functional element 1, in particular, for example, on the resilient holding sections 1b, in order to excite the oscillation of the functional surface 1d or the functional section 1a around the second oscillation axis. In this case, the actuators 8c can be arranged on the side of the The actuators 8c can be provided on the side of the functional element 1, on which the functional surface 1d can also be provided, or on the side of the functional element 1 facing the spring sections 3a, 3b. In addition, the actuators 8c can also be provided, for example, on different sides of the functional element 1.
Die Aktuatoren 8a können wieder an den Federabschnitten 3a, 3b vorgesehen sein und dabei auf den verschiedenen Seiten der Federabschnitte 3a, 3b appliziert sein. The actuators 8a can again be provided on the spring sections 3a, 3b and can be applied on the different sides of the spring sections 3a, 3b.
Weiterhin kann beispielhaft der Verbindungsabschnitt der Federabschnitte 3a, 3b des Paares von Federabschnitten 3a, 3b einen Ankerabschnitt 4a aufweisen bzw. mit diesem verbunden sein, der dazu eingerichtet ist, mit einer Außenstruktur 10 verbunden zu werden. Furthermore, for example, the connecting section of the spring sections 3a, 3b of the pair of spring sections 3a, 3b can have or be connected to an anchor section 4a, which is designed to be connected to an external structure 10.
Fig. 11 zeigt die beispielhafte Ausführungsform einer MEMS-Struktur 100 nach Fig. 4, wobei die Federabschnitte 3a - 3d der zwei Paare von Federabschnitten 3a - 3d nun jeweils durch zwei Federteilabschnitte 3aa - 3db ausgebildet sind. Fig. 11 shows the exemplary embodiment of a MEMS structure 100 according to Fig. 4, wherein the spring sections 3a - 3d of the two pairs of spring sections 3a - 3d are now each formed by two spring sub-sections 3aa - 3db.
Dabei kann beispielsweise jeder der Federabschnitte 3a - 3d, die von dem Funktionselement 1 in Richtung eines Normalvektors der Substratebene beabstandet und achsensymmetrisch zu den zumindest zwei Schwingachsen X, Y ausgebildet sind bzw. die, am Beispiel einer Funktionsfläche ld als beispielhafte Spiegelfläche ld, auf der Seite des Funktionselements 1 angeordnet sind, die der Seite der Funktionsfläche ld des Funktionselements 1 gegenüberliegt, aus zwei parallel verlaufenden Federteilabschnitten 3aa - 3db gebildet sein. In this case, for example, each of the spring sections 3a - 3d, which are spaced from the functional element 1 in the direction of a normal vector of the substrate plane and are formed axially symmetrically to the at least two oscillation axes X, Y or which, using the example of a functional surface ld as an exemplary mirror surface ld, are arranged on the side of the functional element 1 which is opposite the side of the functional surface ld of the functional element 1, can be formed from two parallel spring sub-sections 3aa - 3db.
Im Hinblick auf die Federabschnitte 3a - 3d kann das beispielhaft bedeuten, dass ein erster Federteilabschnitt 3aa eines ersten Federabschnitts 3a des ersten Paares von Federabschnitten 3a, 3b einen Verbindungsabschnitt mit einem ersten Federteilabschnitt 3da eines zweiten Federabschnitts 3d des zweiten Paares von Federabschnitten 3c, 3d aufweist. With regard to the spring sections 3a - 3d, this can mean, for example, that a first spring sub-section 3aa of a first spring section 3a of the first pair of spring sections 3a, 3b has a connecting section with a first spring sub-section 3da of a second spring section 3d of the second pair of spring sections 3c, 3d.
Ferner kann dann ein zweiter Federteilabschnitt 3db des zweiten Federabschnitts 3d des zweiten Paares von Federabschnitten 3c, 3d einen Verbindungsabschnitt mit einem zweiten Federteilabschnitt 3bb eines zweiten Federabschnitts 3b des ersten Paares von Federabschnitten 3a, 3b aufweisen. Furthermore, a second spring section 3db of the second spring section 3d of the second pair of spring sections 3c, 3d can then have a connecting section with a second spring section 3bb of a second spring section 3b of the first pair of spring sections 3a, 3b.
Weiterhin kann dann ein erster Federteilabschnitt 3ba des zweiten Federabschnitts 3b des ersten Paares von Federabschnitten 3a, 3b einen Verbindungsabschnitt mit einem ersten Federteilabschnitt 3ca des ersten Federabschnitts 3c des zweiten Paares von Federabschnitten 3c, 3d aufweisen. - TI -Furthermore, a first spring section 3ba of the second spring section 3b of the first pair of spring sections 3a, 3b can then have a connecting section with a first spring section 3ca of the first spring section 3c of the second pair of spring sections 3c, 3d. - TI -
Zudem kann dann ein zweiter Federteilabschnitt 3cb des ersten Federabschnitts 3c des zweiten Paares von Federabschnitten 3c, 3d einen Verbindungsabschnitt mit einem zweiten Federteilabschnitt 3ab des ersten Federabschnitts 3a des ersten Paares von Federabschnitten 3a, 3b aufweisen. In addition, a second spring section 3cb of the first spring section 3c of the second pair of spring sections 3c, 3d can then have a connecting section with a second spring section 3ab of the first spring section 3a of the first pair of spring sections 3a, 3b.
Auch wenn, wie in Fig. 11 gezeigt, die Federteilabschnitte 3aa und 3ab, Federteilabschnitte 3ba und 3bb, Federteilabschnitte 3ca und 3cb, und Federteilabschnitte 3da und 3db, die jeweils einen der Federabschnitte 3a - 3d bilden, zueinander parallel verlaufen, so können die betreffenden Federteilabschnitte 3aa- 3db auch von der Parallelität zueinander abweichen (siehe beispielsweise auch Figs. 12a und 12b), beispielsweise von ihren jeweiligen Verbindungsabschnitten weg aufeinander zulaufen oder auseinandergehen. Even if, as shown in Fig. 11, the spring sections 3aa and 3ab, spring sections 3ba and 3bb, spring sections 3ca and 3cb, and spring sections 3da and 3db, which each form one of the spring sections 3a - 3d, run parallel to each other, the respective spring sections 3aa - 3db can also deviate from the parallelism to each other (see, for example, Figs. 12a and 12b), for example, converge or diverge from their respective connecting sections.
Darüber hinaus können beispielsweise die Federteilabschnitte 3aa - 3db, die einen gemeinsamen Verbindungsabschnitt miteinander aufweisen (zum Beispiel Federteilabschnitt 3aa mit Federteilabschnitt 3da, Federteilabschnitt 3db mit Federteilabschnitt 3bb, Federteilabschnitt 3ba mit Federteilabschnitt 3ca, und Federteilabschnitt 3cb mit Federteilabschnitt 3ab), im Wesentlichen rechtwinklig zueinander ausgebildet sein. Es kann aber auch sein, dass die Winkel der Federteilabschnitte 3aa - 3db, die einen gemeinsamen Verbindungsabschnitt miteinander aufweisen, auch einen von 90° abweichenden Winkel miteinander aufweisen. Furthermore, for example, the spring sections 3aa-3db, which have a common connecting section (for example, spring section 3aa with spring section 3da, spring section 3db with spring section 3bb, spring section 3ba with spring section 3ca, and spring section 3cb with spring section 3ab), can be formed substantially at right angles to one another. However, the angles of the spring sections 3aa-3db, which have a common connecting section, can also be at an angle other than 90°.
Auch in der hier gezeigten beispielhaften Ausführungsform weisen die Federteilabschnitte 3aa - 3db Achsensymmetrie zu zumindest einer, insbesondere zu den zumindest zwei Schwingachsen X, Y auf. In the exemplary embodiment shown here, the spring sections 3aa - 3db also have axial symmetry to at least one, in particular to the at least two oscillation axes X, Y.
Wie beispielhaft dargestellt können sich die Federteilabschnitte 3aa, 3ab, 3ba, und 3bb in ihrer Länge entlang der Schwingachse X erstrecken, wobei die Federteilabschnitte 3aa, 3ab, 3ba, und 3bb in ihrer Breite bzw. in ihrem Querschnitt achsensymmetrisch zu der Achse / Schwingachse X ausgebildet sein können. Auch der Abstand der einzelnen Federteilabschnitte 3aa, 3ab, 3ba, und 3bb zu der Schwingachse X kann beispielsweise symmetrisch ausgebildet sein. Zudem können beispielhaft die Federteilabschnitte 3aa, 3ab, 3ba, und 3bb in ihrer jeweiligen Längsausdehnung (entlang der X-Achse) achsensymmetrisch zur Achse / Schwingachse Y ausgebildet sein. As shown by way of example, the spring sections 3aa, 3ab, 3ba, and 3bb can extend in their length along the oscillation axis X, wherein the spring sections 3aa, 3ab, 3ba, and 3bb can be designed to be axially symmetrical to the axis/oscillation axis X in their width or cross section. The distance of the individual spring sections 3aa, 3ab, 3ba, and 3bb from the oscillation axis X can also be designed symmetrically, for example. In addition, the spring sections 3aa, 3ab, 3ba, and 3bb can, for example, be designed to be axially symmetrical to the axis/oscillation axis Y in their respective longitudinal extent (along the X-axis).
Ferner können, wie beispielhaft dargestellt, sich die Federteilabschnitte 3ca, 3cb, 3da, und 3db in ihrer Länge entlang der Schwingachse Y erstrecken, wobei die Federteilabschnitte 3ca, 3cb, 3da, und 3db in ihrer Breite bzw. in ihrem Querschnitt achsensymmetrisch zu der Achse / Schwingachse Y ausgebildet sein können. Auch der Abstand der einzelnen Federteilabschnitte 3ca, 3cb, 3da, und 3db zu der Schwingachse Y kann beispielsweise symmetrisch ausgebildet sein. Zudem können beispielhaft die Federteilabschnitte 3ca, 3cb, 3da, und 3db in ihrer jeweiligen Längsausdehnung (entlang der Y-Achse) achsensymmetrisch zur Achse / Schwingachse X ausgebildet sein. Furthermore, as shown by way of example, the spring sections 3ca, 3cb, 3da, and 3db can extend in their length along the oscillation axis Y, wherein the spring sections 3ca, 3cb, 3da, and 3db are axially symmetrical in their width or in their cross section to the Axis/oscillation axis Y. The distance of the individual spring sections 3ca, 3cb, 3da, and 3db from the oscillation axis Y can also be designed symmetrically, for example. Furthermore, the spring sections 3ca, 3cb, 3da, and 3db can, for example, be designed axially symmetrically to the axis/oscillation axis X in their respective longitudinal extent (along the Y-axis).
Durch die Achsensymmetrie der Federteilabschnitte 3aa - 3db zu den jeweiligen Schwingachsen X, Y kann auch hier vorteilhaft eine mechanische Stabilisierung des Schwingungssystems (beispielsweise in Bezug auf das Schwenk- bzw. Schwingungsverhalten des Funktionselements 1 bzw. der Funktionsfläche ld) aufgrund der sich präziser ausbildenden Schwingachsen X, Y herbeigeführt werden. Due to the axial symmetry of the spring sections 3aa - 3db to the respective oscillation axes X, Y, a mechanical stabilization of the oscillation system (for example with regard to the pivoting or oscillation behavior of the functional element 1 or the functional surface ld) can also be advantageously achieved due to the more precisely formed oscillation axes X, Y.
Weiterhin kann beispielsweise jeder der Federteilabschnitte 3ca - 3db des zweiten Paares von Federabschnitten 3c, 3d an einem Ende, das dem Verbindungsabschnitt gegenüberliegt, einen Ankerabschnitt 4a aufweisen (hier in Fig. 11 nicht gezeigt, aber vergleichbar mit beispielsweise Fig. 8), der dazu eingerichtet ist, mit einer Außenstruktur 10 verbunden zu werden. Furthermore, for example, each of the spring sub-sections 3ca - 3db of the second pair of spring sections 3c, 3d can have, at an end opposite the connecting section, an anchor section 4a (not shown here in Fig. 11, but comparable to, for example, Fig. 8), which is adapted to be connected to an external structure 10.
Zudem können beispielhaft die Enden der parallel zueinander verlaufenden Federteilabschnitte 3ca - 3db, die ihrem jeweiligen Verbindungsabschnitt gegenüberliegen, durch den Ankerabschnitt oder einem anderen Abschnitt miteinander verbunden sein. In addition, for example, the ends of the mutually parallel spring sections 3ca - 3db, which are opposite their respective connecting section, can be connected to one another by the anchor section or another section.
Weiterhin können beispielhaft die Federteilabschnitte 3aa - 3db als Torsionsfedern bzw. als Torsionsfederteilabschnitte 3aa - 3db und/oder als Biegefedern bzw. als Biegefederteilabschnitte 3aa - 3db ausgebildet sein. Zudem können ebenfalls Aktuatoren 8a, 8b an den Federteilabschnitten 3aa - 3db, analog zu den Federabschnitten 3a - 3d, vorgesehen sein, wobei gegebenenfalls ein Aktuator 8a, 8b auf zwei Teilaktuatoren 8aa, 8ab und 8ba, 8bb aufgeteilt werden könnte. Furthermore, the spring sections 3aa - 3db can, for example, be designed as torsion springs or as torsion spring sections 3aa - 3db and/or as spiral springs or as spiral spring sections 3aa - 3db. In addition, actuators 8a, 8b can also be provided on the spring sections 3aa - 3db, analogous to the spring sections 3a - 3d, whereby, if necessary, one actuator 8a, 8b could be divided into two partial actuators 8aa, 8ab and 8ba, 8bb.
Fig. 12a zeigt beispielhafte Ausführungsformen von achsensymmetrisch zu den Schwingachsen X, Y verlaufenden Federteilabschnitten 3aa- 3bb, die zusammen die jeweiligen Federabschnitte 3a, 3b ausbilden. Fig. 12a shows exemplary embodiments of spring sections 3aa-3bb which run axially symmetrically to the oscillation axes X, Y and which together form the respective spring sections 3a, 3b.
Dabei kann, wie beispielshaft in der Darstellung a) der Fig. 12a gezeigt, jeder der Federteilabschnitte 3aa - 3bb winkelförmig, insbesondere ausschließlich winkelförmig ausgebildet sein, so dass die Federabschnitte 3a, 3b, die jeweils aus den paarweisen Federteilabschnitten 3aa - 3bb (Federteilabschnitte 3aa, 3ab für Federabschnitt 3a und FederteiLabschnitte 3ba, 3bb für Federabschnitt 3b) gebildet werden, im Wesentlichen eine Rautenform (oder auch Rechteckform) aufweisen. In this case, as shown by way of example in the illustration a) of Fig. 12a, each of the spring sections 3aa - 3bb can be angular, in particular exclusively angular, so that the spring sections 3a, 3b, which each consist of the paired spring sections 3aa - 3bb (spring sections 3aa, 3ab for spring section 3a and Spring sections 3ba, 3bb for spring section 3b) are formed, essentially have a diamond shape (or rectangular shape).
Hierdurch kann beispielhaft, ohne konkrete Ausgestaltung der Federabschnitte 3c, 3d des zweiten Paares von Federabschnitten, zumindest eine 2D-Bewegung des Funktionselements 1 bereitgestellt werden. As a result, at least a 2D movement of the functional element 1 can be provided, for example, without any specific design of the spring sections 3c, 3d of the second pair of spring sections.
Dabei werden, wie hier beispielhaft gezeigt, die Federteilabschnitte 3aa - 3bb mittels zweier Kopplungsabschnitte 2 (ein Kopplungsabschnitt für jeden Federabschnitt 3a, 3b) mit dem Funktionselement 1 verbunden und, an der den Kopplungsabschnitten 2 gegenüberliegenden Enden der Federteilabschnitte 3aa - 3bb, mit einem, insbesondere einzelnen Ankerabschnitt 4a verbunden. As shown here by way of example, the spring sections 3aa - 3bb are connected to the functional element 1 by means of two coupling sections 2 (one coupling section for each spring section 3a, 3b) and, at the ends of the spring sections 3aa - 3bb opposite the coupling sections 2, are connected to one, in particular a single, anchor section 4a.
Weiterhin können die Federteilabschnitte 3aa - 3bb, wie beispielhaft in Abbildung b) der Fig. 12a gezeigt, geradenförmig, insbesondre ausschließlich geradenförmig ausgebildet sein, wobei die Federteilabschnitte 3aa, 3ab und 3ba, 3bb, die jeweils gemeinsam einen Federabschnitt 3a, 3b ausbilden, sich unter einem bestimmten Winkel (beispielsweise 30°, 60°, 90° oder 120° und andere Winkel) vom entsprechenden Kopplungsabschnitt 2 auseinander gehend erstrecken, um mit dem jeweiligen Ankerabschnitt 4a verbunden zu sein. Furthermore, the spring sections 3aa - 3bb, as shown by way of example in figure b) of Fig. 12a, can be straight-shaped, in particular exclusively straight-shaped, wherein the spring sections 3aa, 3ab and 3ba, 3bb, which together each form a spring section 3a, 3b, extend at a certain angle (for example 30°, 60°, 90° or 120° and other angles) from the corresponding coupling section 2 in order to be connected to the respective anchor section 4a.
Die vier Federteilabschnitte 3aa - 3bb können zusammen eine Rautenform bzw. eine Rechteckform ausbilden und dabei die Schwingung des Funktionselements 1 in zumindest zwei Dimensionen bereitstellen. The four spring sections 3aa - 3bb can together form a diamond shape or a rectangular shape and thereby provide the oscillation of the functional element 1 in at least two dimensions.
Zudem können zwei Ankerabschnitte 4a vorgesehen sein, jeweils in einem Bereich zwischen den Kopplungsabschnitten 2, wobei ein Federteilabschnitt 3aa, 3ab des einen Federabschnitts 3a mit einem der Federteilabschnitt 3ba, 3bb des anderen Federabschnitts 3b über einen Ankerabschnitt 4a miteinander verbunden sein können. In addition, two anchor sections 4a can be provided, each in a region between the coupling sections 2, wherein a spring section 3aa, 3ab of one spring section 3a can be connected to one of the spring sections 3ba, 3bb of the other spring section 3b via an anchor section 4a.
Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass auch auf den hier gezeigten bzw. beschriebenen Federteilabschnitten 3aa - 3bb wieder Aktuatoren 8a (eventuell hier nun aufgeteilt auf die einzelnen Federteilabschnitte 3aa - 3bb) appliziert / aufgebracht werden können, um die jeweiligen Schwingungen / Schwingachsen X, Y entsprechend zu erzeugen. Gleiches gilt für potenzielle Sensorik auf den Federteilabschnitten 3aa - 3bb. It should be noted at this point that actuators 8a (possibly distributed among the individual spring sections 3aa - 3bb) can also be applied/attached to the spring sections 3aa - 3bb shown or described here in order to generate the respective vibrations/vibration axes X, Y. The same applies to potential sensors on the spring sections 3aa - 3bb.
Zudem sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass auch an den hier beschriebenen und gezeigten Ankerabschnitten 4a bzw. an den Federabschnitten 3a, 3b zw. Federteilabschnitten 3a - 3bb potenziell Hebelabschnitte 3Lca - 3Ldb vorgesehen werden können, die für das Erregen einer Schwingung des Funktionselements 1 eingerichtet sein können (siehe hierfür insbesondere Fig. 13 und zugehörige Beschreibung). Furthermore, it should be noted at this point that lever sections 3Lca - 3Ldb may also be provided on the anchor sections 4a described and shown here or on the spring sections 3a, 3b or spring sections 3a - 3bb which can be configured to excite an oscillation of the functional element 1 (see in particular Fig. 13 and the associated description).
Fig. 12b zeigt weitere beispielhafte Ausführungsformen von achsensymmetrisch zu den Schwingachsen X, Y verlaufenden Federteilabschnitten, die zusammen die jeweiligen Federabschnitte ausbilden. Fig. 12b shows further exemplary embodiments of spring sections that run axially symmetrically to the oscillation axes X, Y and that together form the respective spring sections.
Dabei kann, wie beispielshaft in der Darstellung a) der Fig. 12b gezeigt, jeder der Federteilabschnitte 3aa - 3bb bogenförmig, insbesondere ausschließlich bogenförmig ausgebildet sein, so dass die Federabschnitte 3a, 3b, die jeweils aus den paarweisen Federteilabschnitten 3aa - 3bb (Federteilabschnitte 3aa, 3ab für Federabschnitt 3a und Federteilabschnitte 3ba, 3bb für Federabschnitt 3b) gebildet werden, im Wesentlichen eine Ovalform (oder auch Kreisform) aufweisen. In this case, as shown by way of example in illustration a) of Fig. 12b, each of the spring sections 3aa - 3bb can be arcuate, in particular exclusively arcuate, so that the spring sections 3a, 3b, which are each formed from the paired spring sections 3aa - 3bb (spring sections 3aa, 3ab for spring section 3a and spring sections 3ba, 3bb for spring section 3b), have a substantially oval shape (or also a circular shape).
Hierdurch kann ebenfalls beispielhaft, ohne konkrete Ausgestaltung der Federabschnitte 3c, 3d des zweiten Paares von Federabschnitten, zumindest eine 2D- Bewegung des Funktionselements 1 bereitgestellt werden. In this way, at least a 2D movement of the functional element 1 can be provided, for example, without any specific design of the spring sections 3c, 3d of the second pair of spring sections.
Dabei werden auch in diesem Beispiel die Federteilabschnitte 3aa - 3bb mittels zweier Kopplungsabschnitte 2 (ein Kopplungsabschnitt für jeden Federabschnitt 3a, 3b) mit dem Funktionselement 1 verbunden und, an der den Kopplungsabschnitten 2 gegenüberliegenden Enden der Federteilabschnitte 3aa - 3bb, mit einem, insbesondere einzelnen Ankerabschnitt 4a verbunden. In this example, too, the spring sections 3aa - 3bb are connected to the functional element 1 by means of two coupling sections 2 (one coupling section for each spring section 3a, 3b) and, at the ends of the spring sections 3aa - 3bb opposite the coupling sections 2, are connected to one, in particular a single, anchor section 4a.
Weiterhin können, wie beispielshaft in der Darstellung b) der Fig. 12b gezeigt, jeder der Federteilabschnitte 3aa - 3bb eine Kombination der bereits beschriebenen Formen, also eine Kombination aus geradenförmigen, bogenförmigen und/oder winkelförmigen Federteilabschnitten 3aa - 3bb aufweisen. Wie hier beispielhaft gezeigt kann eine Kombination beispielsweise aus einer Geradenform (wie beispielsweise in Fig. 12a, Darstellung b) gezeigt) und einer Winkelform (wie beispielsweise in Fig. 12a, Darstellung a) gezeigt) gebildet sein, so dass jeder der Federteilabschnitte 3aa - 3bb geradenförmig mit winkelförmigem Fortsatz ausgebildet ist. Furthermore, as shown by way of example in illustration b) of Fig. 12b, each of the spring sections 3aa-3bb can have a combination of the shapes already described, i.e., a combination of straight, arcuate, and/or angular spring sections 3aa-3bb. As shown here by way of example, a combination can be formed, for example, from a straight shape (as shown, for example, in Fig. 12a, illustration b)) and an angular shape (as shown, for example, in Fig. 12a, illustration a)), so that each of the spring sections 3aa-3bb is straight with an angular extension.
Hierdurch kann ebenfalls beispielhaft, ohne konkrete Ausgestaltung der Federabschnitte 3c, 3d des zweiten Paares von Federabschnitten, zumindest eine 2D- Bewegung des Funktionselements 1 bereitgestellt werden. Dabei werden auch in diesem Beispiel die Federteilabschnitte 3aa - 3bb mittels zweier Kopplungsabschnitte 2 (ein Kopplungsabschnitt für jeden Federabschnitt 3a, 3b) mit dem Funktionselement 1 verbunden und, an der den Kopplungsabschnitten 2 gegenüberliegenden Enden der Federteilabschnitte 3aa - 3bb, mit einem, insbesondere einzelnen Ankerabschnitt 4a verbunden. In this way, at least a 2D movement of the functional element 1 can be provided, for example, without any specific design of the spring sections 3c, 3d of the second pair of spring sections. In this example, too, the spring sections 3aa - 3bb are connected to the functional element 1 by means of two coupling sections 2 (one coupling section for each spring section 3a, 3b) and, at the ends of the spring sections 3aa - 3bb opposite the coupling sections 2, are connected to one, in particular a single, anchor section 4a.
Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass auch auf den hier gezeigten bzw. beschriebenen Federteilabschnitten 3aa - 3bb wieder Aktuatoren 8a (eventuell hier nun aufgeteilt auf die einzelnen Federteilabschnitte 3aa - 3bb) appliziert / aufgebracht werden können, um die jeweiligen Schwingungen / Schwingachsen X, Y entsprechend zu erzeugen. Gleiches gilt für potenzielle Sensorik auf den Federteilabschnitten 3aa - 3bb. It should be noted at this point that actuators 8a (possibly distributed among the individual spring sections 3aa - 3bb) can also be applied/attached to the spring sections 3aa - 3bb shown or described here in order to generate the respective vibrations/vibration axes X, Y. The same applies to potential sensors on the spring sections 3aa - 3bb.
Zudem sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass auch an den hier beschriebenen und gezeigten Ankerabschnitten 4a bzw. an den Federabschnitten 3a, 3b zw. Federteilabschnitten 3a - 3bb potenziell Hebelabschnitte 3Lca - 3Ldb vorgesehen werden können, die für das Erregen einer Schwingung des Funktionselements 1 eingerichtet sein können (siehe hierfür insbesondere nachfolgende Fig. 13 und zugehörige Beschreibung). Furthermore, it should be noted at this point that lever sections 3Lca - 3Ldb can potentially be provided on the anchor sections 4a described and shown here or on the spring sections 3a, 3b or spring sub-sections 3a - 3bb, which can be configured to excite an oscillation of the functional element 1 (see in particular the following Fig. 13 and the associated description).
Fig. 13 zeigt die beispielhafte Ausführungsform einer MEMS-Struktur 100 nach Fig. 11, wobei zwischen den Federabschnitten 3a - 3d, die hier beispielhaft jeweils durch ihre Federteilabschnitte 3aa - 3db gebildet sind, und Ankerabschnitten 3kl, 3k2 ferner Hebelabschnitte 3Lca, 3Lcb, 3Lda, 3Ldb vorgesehen sind, die für das Erregen einer Schwingung des Funktionselements 1 eingerichtet sein können. Fig. 13 shows the exemplary embodiment of a MEMS structure 100 according to Fig. 11, wherein between the spring sections 3a - 3d, which here are each formed by their spring sub-sections 3aa - 3db, and anchor sections 3kl, 3k2, lever sections 3Lca, 3Lcb, 3Lda, 3Ldb are further provided, which can be configured to excite an oscillation of the functional element 1.
Dabei kann beispielsweise der Hebelabschnitt 3Lca mit dem Ende des Federteilabschnitts 3ca, das dem Verbindungsabschnitt von Federteilabschnitt 3ca mit Federteilabschnitt 3ba gegenüberliegt, zur einen Seite, und mit einem zweiten Ankerabschnitt 3k2 zur anderen Seite verbunden sein. In this case, for example, the lever section 3Lca can be connected to the end of the spring section 3ca, which is opposite the connecting section of the spring section 3ca with the spring section 3ba, on one side, and to a second anchor section 3k2 on the other side.
Ferner kann beispielsweise der Hebelabschnitt 3Ldb mit dem Ende des Federteilabschnitts 3db, das dem Verbindungsabschnitt von Federteilabschnitt 3db mit Federteilabschnitt 3bb gegenüberliegt, zur einen Seite, und mit dem zweiten Ankerabschnitt 3k2 zur anderen Seite verbunden sein. Furthermore, for example, the lever section 3Ldb can be connected to the end of the spring section 3db, which is opposite the connecting section of the spring section 3db with the spring section 3bb, on one side, and to the second anchor section 3k2 on the other side.
Beispielsweise, wie dies in Fig. 13 gezeigt ist, kann an dem Punkt des zweiten Ankerabschnitts 3k2, den die Hebelabschnitte 3Lca und 3Ldb gemeinsam haben, eine Öffnung bzw. eine Lücke zwischen den beiden Hebelabschnitten 3Lca und 3Ldb vorgesehen sein; diese Öffnung / Lücke kann aber ebenfalls auch geschlossen sein. Weiterhin kann beispielsweise der Hebelabschnitt 3Lda mit dem Ende des Federteilabschnitts 3da, das dem Verbindungsabschnitt von Federteilabschnitt 3da mit Federteilabschnitt 3aa gegenüberliegt, zur einen Seite, und mit einem ersten Ankerabschnitt 3kl zur anderen Seite verbunden sein. For example, as shown in Fig. 13, at the point of the second anchor portion 3k2 that the lever portions 3Lca and 3Ldb have in common, an opening or a gap may be provided between the two lever portions 3Lca and 3Ldb; however, this opening/gap may also be closed. Furthermore, for example, the lever section 3Lda can be connected to the end of the spring section 3da, which is opposite the connecting section of the spring section 3da with the spring section 3aa, on one side, and to a first anchor section 3kl on the other side.
Ferner kann beispielsweise der Hebelabschnitt 3Lcb mit dem Ende des Federteilabschnitts 3cb, das dem Verbindungsabschnitt von Federteilabschnitt 3cb mit Federteilabschnitt 3ab gegenüberliegt, zur einen Seite, und mit dem ersten Ankerabschnitt 3kl zur anderen Seite verbunden sein. Furthermore, for example, the lever section 3Lcb can be connected to the end of the spring section 3cb, which is opposite the connecting section of the spring section 3cb with the spring section 3ab, on one side, and to the first anchor section 3kl on the other side.
Beispielsweise, wie dies ebenfalls in Fig. 13 gezeigt ist, kann auch am Punkt des ersten Ankerabschnitts 3kl, den die Hebelabschnitte 3Lda und 3Lcb gemeinsam haben, eine Öffnung bzw. eine Lücke zwischen den beiden Hebelabschnitten 3Lda und 3Lcb vorgesehen sein; diese Öffnung / Lücke kann aber ebenfalls auch geschlossen sein. For example, as also shown in Fig. 13, an opening or gap may be provided between the two lever sections 3Lda and 3Lcb at the point of the first anchor section 3kl that is common to the lever sections 3Lda and 3Lcb; however, this opening/gap may also be closed.
Weiterhin kann beispielsweise der jeweilige Hebelabschnitt 3Lca, 3Lcb, 3Lda, 3Ldb relativ zu dem jeweiligen Federabschnitt 3c, 3d oder Federteilabschnitt 3ca, 3cb, 3da, 3db, mit dem der Hebelabschnitt 3Lca, 3Lcb, 3Lda, 3Ldb verbunden ist, eine höhere Federsteifigkeit aufweisen. Zudem kann der jeweilige Hebelabschnitt 3Lca, 3Lcb, 3Lda, 3Ldb bogenförmig oder teilkreisförmig ausgebildet sein. Es können aber beispielsweise auch anderen Formen für die Hebelabschnitte 3Lca, 3Lcb, 3Lda, 3Ldb möglich sein. Furthermore, for example, the respective lever section 3Lca, 3Lcb, 3Lda, 3Ldb can have a higher spring stiffness relative to the respective spring section 3c, 3d or spring subsection 3ca, 3cb, 3da, 3db to which the lever section 3Lca, 3Lcb, 3Lda, 3Ldb is connected. Furthermore, the respective lever section 3Lca, 3Lcb, 3Lda, 3Ldb can be arcuate or partially circular. However, other shapes for the lever sections 3Lca, 3Lcb, 3Lda, 3Ldb are also possible.
Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die hier gezeigten Hebelabschnitte 3Lca, 3Lcb, 3Lda, 3Ldb beispielsweise auch mit den Federabschnitten 3c, 3d des zweiten Paares von Federabschnitten 3c, 3d verbunden sein können, wobei in einer solchen beispielhaften Ausführungsform die Hebelabschnitte 3Lca, 3Lcb zusammen mit dem dem Verbindungsabschnitt 3v gegenüberliegenden Ende des Federabschnitts 3c verbunden sind. Weiterhin würde in dieser beispielhaften Ausführungsform die Hebelabschnitte 3Lda, 3Ldb zusammen mit dem dem Verbindungsabschnitt 3v gegenüberliegenden Ende des Federabschnitts 3d verbunden sein, wobei sich dann von dem Verbindungsabschnitt 3v die Federabschnitte 3a, 3b des ersten Paares von Federabschnitten 3a, 3b zu den Kopplungsabschnitten 2 erstrecken. It should be noted at this point that the lever sections 3Lca, 3Lcb, 3Lda, 3Ldb shown here can also be connected, for example, to the spring sections 3c, 3d of the second pair of spring sections 3c, 3d. In such an exemplary embodiment, the lever sections 3Lca, 3Lcb are connected together to the end of the spring section 3c opposite the connecting section 3v. Furthermore, in this exemplary embodiment, the lever sections 3Lda, 3Ldb would be connected together to the end of the spring section 3d opposite the connecting section 3v, with the spring sections 3a, 3b of the first pair of spring sections 3a, 3b then extending from the connecting section 3v to the coupling sections 2.
Auch die Hebelabschnitte 3Lca, 3Lcb, 3Lda, 3Ldb können vorteilhaft achsensymmetrisch zu zumindest einer, insbesondere zu den zumindest zwei Schwingachsen X, Y ausgebildet sein. Überdies können auch Aktuatoren 8d - 8g an den Hebelabschnitten vorgesehen sein, die dazu eingerichtet sind, die Hebelabschnitte 3Lca, 3Lcb, 3Lda, 3Ldb in Schwingung zu versetzen und damit eine Schwingung des Funktionselements 1 zu bewirken, beispielsweise um zwei Schwingachsen (beispielsweise Schwingachsen X und Y; siehe hierfür beispielsweise Fig- 1) Es kann aber ebenfalls auch nur ein einzelner Aktuator 8d - 8g vorgesehen sein. The lever sections 3Lca, 3Lcb, 3Lda, 3Ldb can also advantageously be designed to be axially symmetrical to at least one, in particular to the at least two oscillation axes X, Y. Furthermore, actuators 8d - 8g can also be provided on the lever sections, which are designed to cause the lever sections 3Lca, 3Lcb, 3Lda, 3Ldb to oscillate and thus to cause the functional element 1 to oscillate, for example about two oscillation axes (for example oscillation axes X and Y; see for example Fig. 1). However, only a single actuator 8d - 8g can also be provided.
Ferner kann beispielsweise der zumindest eine Aktuator 8d - 8g zwischen dem zumindest einen Hebelabschnitt 3Lca, 3Lcb, 3Lda, 3Ldb und dem Funktionselement 1 vorgesehen sein, oder der zumindest eine Aktuator 8d - 8g an der Seite des zumindest einen Hebelabschnitts 3Lca, 3Lcb, 3Lda, 3Ldb vorgesehen sein, die dem Funktionselement 1 abgewandt ist. Es sei angemerkt, dass aber ebenfalls auch Kombinationen von Anordnungen der Aktuatoren 8d - 8g an den Hebeabschnitten 3Lca, 3Lcb, 3Lda, 3Ldb möglich sein können, vergleichbar mit den Kombinationsmöglichkeiten bei den Aktuatoren 8a, 8b der Federabschnitte. Furthermore, for example, the at least one actuator 8d-8g can be provided between the at least one lever section 3Lca, 3Lcb, 3Lda, 3Ldb and the functional element 1, or the at least one actuator 8d-8g can be provided on the side of the at least one lever section 3Lca, 3Lcb, 3Lda, 3Ldb that faces away from the functional element 1. It should be noted, however, that combinations of arrangements of the actuators 8d-8g on the lifting sections 3Lca, 3Lcb, 3Lda, 3Ldb are also possible, comparable to the combination possibilities for the actuators 8a, 8b of the spring sections.
Zudem können beispielsweise die Hebelabschnitte 3Lca, 3Lcb, 3Lda, 3Ldb ebenfalls auch an den Federabschnitten 3a - 3d, wie beispielsweise in Fig. 4 gezeigt, vorgesehen sein, wenn diese nicht aus Federteilabschnitten 3aa - 3db gebildet sind; hierdurch könnten nun ebenfalls Schwingungen des Funktionselements 1 angeregt werden, auch wieder um die beispielsweisen zwei Schwingachsen X und Y. In addition, the lever sections 3Lca, 3Lcb, 3Lda, 3Ldb can also be provided on the spring sections 3a-3d, as shown in Fig. 4, if these are not formed from spring subsections 3aa-3db; this could also excite vibrations of the functional element 1, again about the two vibration axes X and Y, for example.
Fig. 14a zeigt in den Abbildungen a) und b) eine beispielhafte Ausführungsform einer MEMS-Struktur 100 mit zwei Paaren von Federabschnitten 3a - 3d, die achsensymmetrisch zu den zumindest zwei Schwingachsen X, Y ausgebildet sind, wobei das Funktionselement 1 einen Überhang U gegenüber zumindest einem der zwei Paare von Federabschnitten 3a - 3d aufweist. Fig. 14a shows in the figures a) and b) an exemplary embodiment of a MEMS structure 100 with two pairs of spring sections 3a - 3d, which are formed axially symmetrically to the at least two oscillation axes X, Y, wherein the functional element 1 has an overhang U relative to at least one of the two pairs of spring sections 3a - 3d.
Beispielsweise kann das Funktionselement 1 relativ zu dem zweiten Paar von Federabschnitten 3c, 3d einen Überhang U in Längsrichtung L des zweiten Paares von Federabschnitten 3c, 3d aufweisen. Beispielsweise kann der Überhang U in einem Bereich von 10 - 50 % der Länge L des zweiten Paares von Federabschnitten 3c, 3d, oder beispielsweise auch in einem Bereich von 25 - 35 % der Länge L des zweiten Paares von Federabschnitten 3c, 3d liegen. For example, the functional element 1 can have an overhang U relative to the second pair of spring sections 3c, 3d in the longitudinal direction L of the second pair of spring sections 3c, 3d. For example, the overhang U can be in a range of 10-50% of the length L of the second pair of spring sections 3c, 3d, or, for example, also in a range of 25-35% of the length L of the second pair of spring sections 3c, 3d.
Beispielsweise kann hierdurch die Amplitude bzw. der Auslenkungswinkel des Funktionselements 1 bzw. der Funktionsfläche ld um die Schwingachse, die durch die Federabschnitte 3a, 3b gebildet wird, vergrößert werden, da das Funktionselement 1 mit einem der Federabschnitte 3c, 3d bzw. mit einem der Ankerabschnitte 4a erst deutlich später kollidieren würde. For example, the amplitude or the deflection angle of the functional element 1 or the functional surface ld around the oscillation axis formed by the spring sections 3a, 3b can be increased, since the functional element 1 is provided with a the spring sections 3c, 3d or with one of the anchor sections 4a would only collide much later.
Zudem kann der Überhang U des Funktionselements 1 gegenüber der Länge L des zweiten Paares von Federabschnitten 3c, 3d gleichverteilt sein, wie dies in Abbildung b) der Fig. 14a durch U/2 zu den beiden Seiten zum Ausdruck gebracht wird. Es sei angemerkt, dass der Überhang U beispielsweise auch ungleichmäßig aufgeteilt werden kann, so dass beispielsweise der Überhang beim Federabschnitt 3c ein anderer, beispielsweise größer ist als der Überhang beim Federabschnitt 3d. In addition, the overhang U of the functional element 1 can be evenly distributed relative to the length L of the second pair of spring sections 3c, 3d, as expressed in Figure b) of Fig. 14a by U/2 to both sides. It should be noted that the overhang U can also be distributed unevenly, for example, so that the overhang in the spring section 3c is different, for example, larger, than the overhang in the spring section 3d.
Auch in dieser beispielhaften Ausführungsform der MEMS-Struktur 100 können Aktuatoren 8a, 8b wieder beliebig an den Federabschnitten 3a - 3d vorgesehen werden. In this exemplary embodiment of the MEMS structure 100, actuators 8a, 8b can again be provided arbitrarily on the spring sections 3a - 3d.
Fig. 14b zeigt in den Darstellungen a) und b) eine beispielhafte Ausführungsform einer MEMS-Struktur 100 mit zwei Paaren von Federabschnitten 3a - 3d, die achsensymmetrisch zu den zumindest zwei Schwingachsen X, Y ausgebildet sind, wobei die Federabschnitte 3c, 3d des zweiten Federpaares gegenüber dem Funktionselement 1 überstehen. Fig. 14b shows in the illustrations a) and b) an exemplary embodiment of a MEMS structure 100 with two pairs of spring sections 3a - 3d, which are formed axially symmetrically to the at least two oscillation axes X, Y, wherein the spring sections 3c, 3d of the second spring pair protrude relative to the functional element 1.
Dabei kann beispielsweise das Funktionselement 1, wie hier gezeigt, eine im Wesentlichen kreisrunde Form aufweisen, so dass gelten kann, dass die Länge L des zweiten Paares von Federabschnitten 3c, 3d größer ist als der Durchmesser D des Funktionselements 1 (L > D). Da das Funktionselement 1 aber auch jede andere Form aufweisen kann, beispielsweise quadratisch, vieleckig, oval etc., kann die Länge L des zweiten Paares von Federabschnitten 3c, 3d zumindest größer sein als das Funktionselement 1 in Richtung der Längsrichtung L des zweiten Paares der Federabschnitte 3c, 3d. For example, the functional element 1, as shown here, can have a substantially circular shape, so that the length L of the second pair of spring sections 3c, 3d can be greater than the diameter D of the functional element 1 (L > D). However, since the functional element 1 can also have any other shape, for example, square, polygonal, oval, etc., the length L of the second pair of spring sections 3c, 3d can be at least greater than the functional element 1 in the direction of the longitudinal direction L of the second pair of spring sections 3c, 3d.
Dies kann beispielhaft dazu vorteilhaft genutzt werden, um die MEMS-Struktur 100 in einer MEMS-Vorrichtung 1000 wie beispielhaft in Fig. 17b gezeigt zu implementieren / vorzusehen, wobei die Ankerabschnitte 3kl, 3k2 direkt in den Schichtaufbau der MEMS- Vorrichtung 1000 integriert sind. Dies kann beispielsweise zu einer vorteilhafteren elektrischen Kontaktierung der potenziell aufgebrachten Aktuatoren 8a, 8b führen. This can be advantageously used, for example, to implement/provide the MEMS structure 100 in a MEMS device 1000, as shown in Fig. 17b, wherein the anchor sections 3k1, 3k2 are directly integrated into the layer structure of the MEMS device 1000. This can, for example, lead to more advantageous electrical contacting of the potentially applied actuators 8a, 8b.
Es kann aber auch, wie in Darstellung c) der Fig. 14b gezeigt, ein Ankerabschnitt 4a ausgebildet sein, wie er in den Figs. 1, 5, 6, 8, 9 oder 14a gezeigt und beschrieben ist. However, as shown in illustration c) of Fig. 14b, an anchor section 4a can also be formed as shown and described in Figs. 1, 5, 6, 8, 9 or 14a.
Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass aber ebenfalls die MEMS-Struktur 100 so ausgebildet sein kann, dass die Federabschnitte 3c, 3d des zweiten Paares von Federabschnitten eine Länge L aufweisen, die im Wesentlichen der Ausdehnung des Funktionselements 1 in Längenrichtung L des zweiten Paares von Federabschnitten 3c, 3d entspricht, so dass die Federabschnitte 3c, 3d in ihrer Längsrichtung L mit dem Funktionselement 1 abschließen (siehe hierfür beispielsweise Figs. 1, 4, 5, 6, 8, 9 und 13). It should be noted at this point that the MEMS structure 100 can also be designed such that the spring sections 3c, 3d of the second pair of spring sections have a length L which essentially corresponds to the extension of the Functional element 1 in the longitudinal direction L of the second pair of spring sections 3c, 3d, so that the spring sections 3c, 3d terminate in their longitudinal direction L with the functional element 1 (see, for example, Figs. 1, 4, 5, 6, 8, 9 and 13).
Figs. 15a - 15c zeigen beispielhafte Schritte eines Ausführungsbeispiels eines Herstellungsprozesses einer beispielhaften MEMS-Struktur 100, wobei der Ausgangswafer, der in einem ersten Schritt (i) bereitgestellt werden kann, zunächst eine Basisschicht LI (Ausgangssubstrat LI als beispielhafte Form der Substratebene) und einen ersten Stack L2 mit einer Isolator-Schicht L2b, der mit der Basisschicht LI verbunden ist, und einer Halbleiterschicht L2a aufweist. Figs. 15a - 15c show exemplary steps of an embodiment of a manufacturing process of an exemplary MEMS structure 100, wherein the starting wafer, which can be provided in a first step (i), initially comprises a base layer LI (starting substrate LI as an exemplary shape of the substrate plane) and a first stack L2 with an insulator layer L2b, which is connected to the base layer LI, and a semiconductor layer L2a.
Nun kann der erste Stack L2 strukturiert (Schritt (ii); Strukturierung beispielsweise durch einen Ätzschritt) werden, in dem zumindest ein Hohlraum (Kavität; engl. Cavity) in die Halbleiterschicht L2a durch bekannte Lithografie- mit anschließenden Ätzprozessen eingebracht wird. Dabei kann ein Teil der Halbleiterschicht L2a des ersten Stacks L2 beispielsweise als Kopplungsabschnitte 2 ausgebildet werden. Es kann ein zusätzlicher Abschnitt der Schicht L2 stehen gelassen werden, um beispielsweise eine Verstärkung des späteren Funktionsabschnitts la bzw. der Funktionsschicht 1 vorzusehen. The first stack L2 can now be structured (step (ii); structuring, for example, by an etching step) by introducing at least one cavity into the semiconductor layer L2a using known lithography followed by etching processes. A portion of the semiconductor layer L2a of the first stack L2 can be formed, for example, as coupling sections 2. An additional section of the layer L2 can be left standing, for example, to provide reinforcement for the later functional section 1a or the functional layer 1.
In einem weiteren Schritt (iii) kann nun beispielhaft der zweite Stack L3 auf der bereits strukturierten Halbleiterschicht L2a (mit Kopplungsabschnitten 2) des ersten Stacks L2 aufgebracht / vorgesehen werden. Ein beispielhafter Bonding-Schritt (beispielsweise Fusion Bonding) kann nun den zweiten Stack L3 mit dem ersten Stack L2 verbinden. Dabei wird beispielhaft die Isolator-Schicht L3b des zweiten Stacks L3 mit der Halbleiterschicht L2a (sowie mit den Kopplungsabschnitten 2) des ersten Stacks L2 verbunden. In a further step (iii), the second stack L3 can now be applied/provided, for example, on the already structured semiconductor layer L2a (with coupling sections 2) of the first stack L2. An exemplary bonding step (e.g., fusion bonding) can then connect the second stack L3 to the first stack L2. For example, the insulator layer L3b of the second stack L3 is connected to the semiconductor layer L2a (as well as to the coupling sections 2) of the first stack L2.
In einem weiteren Schritt (iv) können nun die Federabschnitte, beispielsweise die Federabschnitte 3a - 3d aus der Halbleiterschicht L3a des zweiten Stacks L3 strukturiert werden. In a further step (iv), the spring sections, for example the spring sections 3a - 3d, can now be structured from the semiconductor layer L3a of the second stack L3.
In weiteren Schritten (v) und (vi) kann nun zunächst (im Schritt (v)) beispielsweise eine Halbleiterschicht als Ankerschicht L4 auf die strukturierte Halbleiterschicht L3a des zweiten Stacks L3 aufgebracht werden (und dabei eine Verbindung mit den Federabschnitten 3a - 3d eingehen) und anschließend (im Schritt (vi)) durch entsprechend bekannte Lithografie- und Ätzprozesse teilweise entfernt (beispielsweise Ätzprozesse) bzw. strukturiert werden, um beispielsweise den oder die Ankerabschnitte 4a, die in Verbindung mit zumindest einem der Federabschnitte 3a - 3d sind, auszubilden. In einem weiteren Schritt (vii) kann nun eine weitere H albleitersch icht als Bodenschicht L5 auf die strukturierte Ankerschicht L4 aufgebracht und mit dem oder den Ankerabschnitten 4a verbunden werden. In further steps (v) and (vi), a semiconductor layer can now firstly (in step (v)), for example, be applied as an anchor layer L4 to the structured semiconductor layer L3a of the second stack L3 (and in the process form a connection with the spring sections 3a - 3d) and then (in step (vi)) can be partially removed (for example etching processes) or structured by correspondingly known lithography and etching processes in order to form, for example, the anchor section(s) 4a which are in connection with at least one of the spring sections 3a - 3d. In a further step (vii), a further semiconductor layer can now be applied as a base layer L5 onto the structured anchor layer L4 and connected to the anchor section(s) 4a.
Für die anschließende Strukturierung (Schritt (viii)) der Basisschicht LI zur Ausbildung des Funktionselements 1 (beispielsweise mit Funktionsfläche ld, die beispielsweise in einem späteren Schritt als Spiegelfläche ld bzw. als Spiegelelement ld ausgebildet werden kann) kann es vorteilhaft sein, zunächst die bisher gebildete MEMS-Struktur umzudrehen (Flipen), um die Basisschicht LI entsprechend (wieder beispielsweise durch Lithografie- und anschließende Ätzprozesse) bearbeiten / strukturieren zu können sowie um die noch verbliebenen Bereiche der Isolator-Schichten L2b und L3b zu entfernen. For the subsequent structuring (step (viii)) of the base layer LI to form the functional element 1 (for example with functional surface ld, which can be formed, for example, in a later step as a mirror surface ld or as a mirror element ld), it can be advantageous to first flip the previously formed MEMS structure in order to be able to process / structure the base layer LI accordingly (again, for example, by lithography and subsequent etching processes) and to remove the remaining areas of the insulator layers L2b and L3b.
Hierdurch kann beispielhaft die MEMS-Struktur 100 der zuvor beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen hergestellt werden. Dabei können die seitlich jeweils stehen gebliebenen Bereiche der einzelnen Schichten LI - L5 beispielsweise als eine Außenstruktur 10 genutzt werden, mit der die Ankerabschnitte 4a verbunden sein können. This allows, for example, the MEMS structure 100 of the exemplary embodiments described above to be produced. The remaining laterally exposed regions of the individual layers L1-L5 can be used, for example, as an outer structure 10 to which the anchor sections 4a can be connected.
Fig. 16 zeigt ein beispielhaftes Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung einer MEMS-Struktur 100 für eine MEMS-Vorrichtung 1000, insbesondere eine MEMS- Spiegelvorrichtung, gemäß beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Auch wenn in der vorherigen beispielhaften Ausführungsform, insbesondere in der beispielhaften Ausführungsform zu den Figs. 15a-15c, bereits Schritte zur Herstellung der beispielhaften MEMS-Struktur 100 beschrieben sind, so soll dennoch einmal ein allgemeines Verfahren nachfolgend beschrieben werden. Fig. 16 shows an exemplary flowchart of a method for manufacturing a MEMS structure 100 for a MEMS device 1000, in particular a MEMS mirror device, according to exemplary embodiments of the present disclosure. Although steps for manufacturing the exemplary MEMS structure 100 have already been described in the previous exemplary embodiment, in particular in the exemplary embodiment of Figs. 15a-15c, a general method will nevertheless be described below.
Dabei kann zunächst in einem beispielhaften Schritt S101 ein Bereitstellen einer Basisschicht LI (als beispielhafte Substratebene, beispielsweise auch als Halbleiterschicht ausgebildet) mit einem ersten Stack L2, der eine Halbleiterschicht L2a und eine Isolator- Schicht L2b aufweist, erfolgen, wobei die Isolator-Schicht L2b des ersten Stacks L2 beispielhaft mit der Basisschicht LI verbunden ist. In an exemplary step S101, a base layer LI (as an exemplary substrate level, for example also formed as a semiconductor layer) with a first stack L2, which has a semiconductor layer L2a and an insulator layer L2b, can first be provided, wherein the insulator layer L2b of the first stack L2 is connected, for example, to the base layer LI.
In einem weiteren beispielhaften Schritt S102 kann nun ein Strukturieren der Halbleiterschicht L2a des ersten Stacks L2 zum Ausbilden der zumindest zwei Kopplungsabschnitte 2 erfolgen, wobei hierfür beispielsweise bekannte Lithografieprozesse mit anschließenden Ätzprozessen genutzt werden können. In a further exemplary step S102, the semiconductor layer L2a of the first stack L2 can now be structured to form the at least two coupling sections 2, wherein, for example, known lithography processes with subsequent etching processes can be used for this purpose.
Weiterhin kann in einem beispielhaften Schritt S103 ein zweiter Stack L3 auf der strukturierten Halbleiterschicht L2a des ersten Stacks L2 vorgesehen werden, wobei der zweite Stack L3 eine HalbLeiterschicht L3a und eine Isolator-Schicht L3b aufweisen kann und die Isolator-Schicht L3b des zweiten Stacks L3 zumindest mit den zumindest zwei strukturierten Kopplungsabschnitten 2 verbunden werden kann (beispielsweise durch Fusion-Bonding). Furthermore, in an exemplary step S103, a second stack L3 may be provided on the structured semiconductor layer L2a of the first stack L2, wherein the second Stack L3 can have a semiconductor layer L3a and an insulator layer L3b and the insulator layer L3b of the second stack L3 can be connected at least to the at least two structured coupling sections 2 (for example by fusion bonding).
In einem weiteren beispielhaften Schritt S104 kann nun ein Strukturieren der Halbleiterschicht L3a des zweiten Stacks L3 zum Ausbilden der Federabschnitte 3a - 3d, die von dem Funktionselement 1 in Richtung eines Normalvektors der Substratebene beabstandet und achsensymmetrisch zu der zumindest einen, insbesondere zu den zumindest zwei Schwingachsen X, Y ausgebildet sind, und der jeweiligen Ankerabschnitte 4a erfolgen. In a further exemplary step S104, the semiconductor layer L3a of the second stack L3 can now be structured to form the spring sections 3a - 3d, which are spaced from the functional element 1 in the direction of a normal vector of the substrate plane and are formed axially symmetrically to the at least one, in particular to the at least two oscillation axes X, Y, and the respective anchor sections 4a.
Dabei kann zudem beispielsweise für die Ausbildung der Ankerabschnitte 4a eine zusätzliche Schicht L4, beispielsweise Halbleiterschicht L4 auf die strukturierte Halbleiterschicht L3a des zweiten Stacks L3 und damit auf den strukturierten Federabschnitten 3a - 3d aufgebracht und anschließend strukturiert werden. In this case, for example, for the formation of the anchor sections 4a, an additional layer L4, for example semiconductor layer L4, can be applied to the structured semiconductor layer L3a of the second stack L3 and thus to the structured spring sections 3a - 3d and then structured.
In einem weiteren beispielhaften Schritt S105 kann nun ein Strukturieren der Basisschicht LI zum Ausbilden des Funktionselements 1 (beispielsweise mit der Funktionsfläche ld) erfolgen, wobei hierfür beispielsweise ein Flipen bzw. ein Umdrehen der bisher gebildeten MEMS-Struktur vorteilhaft sein kann, um auf der Basisschicht LI wieder entsprechende Lithografie- und anschließende Ätzschritte vorteilhaft durchführen zu können. In a further exemplary step S105, the base layer LI can now be structured to form the functional element 1 (for example with the functional surface 1d), wherein, for example, flipping or turning over the previously formed MEMS structure can be advantageous for this purpose in order to be able to advantageously carry out corresponding lithography and subsequent etching steps on the base layer LI again.
Weiterhin kann in einem beispielhaften Schritte S106 ein teilweises Entfernen der Isolator-Schicht L2b des ersten Stacks L2 und der Isolator-Schicht L3b des zweiten Stacks L3 erfolgen, um die finale MEMS-Struktur 100 von den seitlich beispielhaft stehen gebliebenen Abschnitten der Schichten LI bis L5 (wie beispielhaft in Fig. 15c gezeigt) zu lösen, wobei diese stehen gebliebenen Abschnitte der Schichten LI bis L5 als Außenstruktur 10 der MEMS- Vorrichtung 1000 (siehe beispielsweise Figs. 17a und 17b) beispielsweise genutzt werden können. Furthermore, in an exemplary step S106, a partial removal of the insulator layer L2b of the first stack L2 and the insulator layer L3b of the second stack L3 can be carried out in order to detach the final MEMS structure 100 from the laterally exemplary remaining sections of the layers LI to L5 (as shown by way of example in Fig. 15c), wherein these remaining sections of the layers LI to L5 can be used, for example, as the outer structure 10 of the MEMS device 1000 (see, for example, Figs. 17a and 17b).
Überdies kann in einem weiteren beispielhaften Schritt S107 eine Aktuatorschicht L8 auf der strukturierten Halbleiterschicht L3a des zweiten Stacks L3 vorgesehen werden, und, in einem weiteren beispielhaften Schritt S108, ein Strukturieren der aufgebrachten Aktuatorschicht L8 zur Ausbildung des zumindest einen Aktuators 8a, 8b auf den Federabschnitten 3a - 3d erfolgen. Furthermore, in a further exemplary step S107, an actuator layer L8 can be provided on the structured semiconductor layer L3a of the second stack L3, and, in a further exemplary step S108, the applied actuator layer L8 can be structured to form the at least one actuator 8a, 8b on the spring sections 3a - 3d.
Es sei angemerkt, dass das Vorsehen der Aktuatorschicht L8 auch zu einem anderen Zeitpunkt erfolgen kann und nicht erst nach der Strukturierung der Halbleiterschicht L3a des zweiten Stacks L3. Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die hier beschriebenen Schritte des Verfahrens/ Herstellungsprozesses in keinster Weise in der Reihenfolge, wie ihre Beschreibung erfolgt ist, auch im Herstellungsprozess in der Reihenfolge zu erfolgen hat. Vielmehr können diese Schritte vertauscht oder durch weitere Schritte ergänzt werden. It should be noted that the provision of the actuator layer L8 can also take place at a different time and not only after the structuring of the semiconductor layer L3a of the second stack L3. It should be noted at this point that the steps of the method/manufacturing process described here do not necessarily have to be performed in the same order as in the manufacturing process. Rather, these steps can be interchanged or supplemented by additional steps.
Fig. 17a zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer beispielhaften MEMS- Vorrichtung 1000, beispielsweise einer beispielhaften MEMS-Spiegelvorrichtung 1000, mit einer beispielhaften Ausführungsform der beispielhaften MEMS-Struktur 100. Fig. 17a shows an exemplary embodiment of an exemplary MEMS device 1000, for example an exemplary MEMS mirror device 1000, with an exemplary embodiment of the exemplary MEMS structure 100.
Dabei kann die MEMS-Struktur 100 beispielsweise mittels des oder der Ankerabschnitte 4a mit der Außenstruktur 10 verbunden sein, wobei die Außenstruktur 10, wie dies bereits in den Figs. 15a - 15c gezeigt und beschrieben wurde, durch die während des beispielhaften Herstellungsprozesses der MEMS-Struktur 100 stehen gebliebenen, seitlichen Abschnitte der Schichten LI - L5 gebildet sein kann. The MEMS structure 100 can be connected to the outer structure 10, for example, by means of the anchor section(s) 4a, wherein the outer structure 10, as already shown and described in Figs. 15a - 15c, can be formed by the lateral sections of the layers LI - L5 that remained during the exemplary manufacturing process of the MEMS structure 100.
Dabei kann beispielsweise die MEMS-Struktur 100 innerhalb der Außenstruktur 10 vorgesehen sein und die Außenstruktur 10 lediglich im Bereich des Funktionselements 1 bzw. der Funktionsfläche ld (beispielsweise der Spiegelfläche ld / Spiegels ld) des Funktionselements 1 eine Öffnung aufweisen. In this case, for example, the MEMS structure 100 can be provided within the outer structure 10 and the outer structure 10 can have an opening only in the region of the functional element 1 or the functional surface ld (for example the mirror surface ld / mirror ld) of the functional element 1.
Diese Öffnung der Außenstruktur 10 kann beispielsweise vorteilhaft mit einem transparenten Element 7 verschlossen werden, beispielsweise mit einem Glaselement 7. Dabei kann das Glaselement 7 verschiedenste Formen aufweisen, wie beispielsweise eine Kuppelform (siehe beispielsweise Figs. 17a und 17b), oder aber die Form einer flachen Schräge. This opening of the outer structure 10 can, for example, advantageously be closed with a transparent element 7, for example with a glass element 7. The glass element 7 can have a variety of shapes, such as a dome shape (see, for example, Figs. 17a and 17b), or the shape of a flat slope.
Zudem kann das transparente Element 7 mit der Außenstruktur 10 so verbunden sein, dass sie die in der Außenstruktur 10 aufgenommene MEMS-Struktur 100 vakuumpacken können. Dies kann beispielsweise durch sogenannte Glas-Frits erfolgen (in Figs. 17a und 17b als dickere schwarze Elemente zwischen transparentem Element 7 und der Außenstruktur 10 dargestellt). In addition, the transparent element 7 can be connected to the outer structure 10 in such a way that it can vacuum-pack the MEMS structure 100 accommodated in the outer structure 10. This can be achieved, for example, by so-called glass frits (shown in Figs. 17a and 17b as thicker black elements between the transparent element 7 and the outer structure 10).
Hierdurch kann beispielsweise die MEMS-Struktur 100 ohne große Dämpfungsverluste durch Reibung mit einem Fluid schwingen und dadurch der Energieverbrauch des Betriebs der MEMS-Struktur 100 verringert werden. Zudem schützt die Umhausung aus Außenstruktur 10 und transparentem Element 7 die MEMS-Struktur 100 und insbesondere auch den Funktionsabschnitt la / die Funktionsfläche ld (beispielsweise Spiegelfläche ld / Spiegel ld) vor Verunreinigungen. Darüber hinaus kann beispielsweise ein Getter (hier nicht gezeigt) im Innenbereich der Außenstruktur 10 vorgesehen sein, der das Halten des Vakuums innerhalb der Außenstruktur 10 und des transparenten Elements 7 weiter unterstützt. This allows, for example, the MEMS structure 100 to oscillate with a fluid without significant damping losses due to friction, thereby reducing the energy consumption of the operation of the MEMS structure 100. Furthermore, the enclosure comprising the outer structure 10 and the transparent element 7 protects the MEMS structure 100 and, in particular, the functional section 1a/the functional surface 1d (e.g., the mirror surface 1d/the mirror 1d) from contamination. In addition, for example, a getter (not shown here) can be provided in the interior of the outer structure 10, which further supports the maintenance of the vacuum within the outer structure 10 and the transparent element 7.
Zudem können beispielhaft für die Kontaktierung der Aktuatoren 8a, 8b (hier nicht gezeigt) beispielsweise TSV (Through-Silicon-Via) genutzt werden, die eine Kontaktierung an der Außenseite der Außenstruktur 10, beispielsweise in der Nähe der Bodenschicht L5 vorteilhaft ermöglichen kann. In addition, TSV (Through-Silicon-Via) can be used as an example for contacting the actuators 8a, 8b (not shown here), which can advantageously enable contacting on the outside of the outer structure 10, for example in the vicinity of the bottom layer L5.
Weiterhin kann das transparente Element 7, was beispielsweise ein Glaselement 7 sein kann, beispielsweise auch als ein einschichtiger Glaswafer 7 oder ein mehrere Glasschichten aufweisendes Element 7 ausgebildet sein kann. Furthermore, the transparent element 7, which may be a glass element 7, for example, may also be formed as a single-layer glass wafer 7 or an element 7 having several glass layers.
Fig. 17b zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform einer beispielhaften MEMS- Vorrichtung 1000, beispielsweise einer beispielhaften MEMS-Spiegelvorrichtung 1000, mit einer beispielhaften Ausführungsform der beispielhaften MEMS-Struktur 100 nach Fig. 14b, Darstellungen a) und b). Fig. 17b shows a further exemplary embodiment of an exemplary MEMS device 1000, for example an exemplary MEMS mirror device 1000, with an exemplary embodiment of the exemplary MEMS structure 100 according to Fig. 14b, illustrations a) and b).
Insbesondere kann hier, im Vergleich zur MEMS-Vorrichtung 1000 wie in Fig. 17a gezeigt, die MEMS-Struktur 100 durch die Ankerabschnitte 3kl und 3k2 in die gebildete Außenstruktur 10 integriert sein, so dass die MEMS-Struktur 100 und die Außenstruktur 10 nicht erst im Bereich der L4,L5-Schichten miteinander verbunden sind, sondern bereits über die L3- Schicht die Verbindung hergestellt wurde, was, wie bereits beschrieben, zu einem vorteilhafteren elektrischen Kontaktieren der potenziell applizierten Aktuatoren 8a, 8b (hier nicht gezeigt; gilt auch für die Sensoren) führen kann. In particular, in comparison to the MEMS device 1000 as shown in Fig. 17a, the MEMS structure 100 can be integrated into the formed outer structure 10 by the anchor sections 3kl and 3k2, so that the MEMS structure 100 and the outer structure 10 are not only connected to each other in the region of the L4, L5 layers, but the connection has already been established via the L3 layer, which, as already described, can lead to a more advantageous electrical contacting of the potentially applied actuators 8a, 8b (not shown here; also applies to the sensors).
Zudem kann der dadurch zusätzliche Platz unterhalb der MEMS-Struktur 100 dazu genutzt werden, einen Getter (hier nicht gezeigt) vorzusehen, der die Aufrechterhaltung des Vakuums innerhalb der MEMS-Vorrichtung 1000 unterstützt. In addition, the additional space below the MEMS structure 100 can be used to provide a getter (not shown here) that helps maintain the vacuum within the MEMS device 1000.
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 ist, sondern umfasst weiterhin Modifikationen der Ausführungsbeispiele, insbesondere diejenigen, die durch Modifikationen der Merkmale der beschriebenen Beispiele bzw. durch Kombination bzw. Teilkombination einzelner oder mehrerer der Merkmale der beschriebenenIt should be noted that only examples or embodiments of the present disclosure as well as technical advantages have been described above in detail with reference to the attached figures. However, the present disclosure is in no way limited or restricted to the above-described embodiments and their design features or their described combinations, but further includes modifications of the embodiments, in particular those that can be achieved by modifying the features of the described examples or by Combination or partial combination of one or more of the features of the described
Beispiele im Rahmen des Schutzumfanges der unabhängigen Ansprüche umfasst sind. Examples are included within the scope of protection of the independent claims.
Bezugszeichenliste List of reference symbols
1 Funktionselement la Funktionsabschnitt lb Halteabschnitt I federnder Halteabschnitt lc Rahmenabschnitt 1 Functional element la Functional section lb Holding section I Spring-loaded holding section lc Frame section
Id Funktionsfläche / Spiegelfläche / Spiegel / Spiegelelement Id functional surface / mirror surface / mirror / mirror element
LI Basisschicht LI base layer
2 Kopplungsabschnitt 2 coupling section
2a Stützabschnitt 2a Support section
2b Balkenabschnitt 2b Beam section
L2 erster Stack L2 first stack
L2a Halbleiterschicht des ersten Stacks L2a semiconductor layer of the first stack
L2b Isolator-Schicht des ersten Stacks L2b insulator layer of the first stack
3a - 3d Federabschnitte 3a - 3d spring sections
3v Verbindungsabschnitt 3v connecting section
3aa - 3db Federteilabschnitte 3aa - 3db spring sections
3Lca - 3Ldb Hebelabschnitte 3Lca - 3Ldb lever sections
3kl, 3k2 Ankerabschnitte 3kl, 3k2 anchor sections
L3 zweiter Stack L3 second stack
L3a Halbleiterschicht des zweiten Stacks L3b Isolator-Schicht des zweiten Stacks L3a semiconductor layer of the second stack L3b Insulator layer of the second stack
4a Ankerabschnitt 4a Anchor section
L4 Ankerschicht L4 anchor layer
L5 Bodenschicht 7 transparentes Element / Glaswafer / mehrschichtiges Element L5 Bottom layer 7 transparent element / glass wafer / multilayer element
8a - 8c Aktuatoren / Piezo-Aktuatoren / Plattenkondensatoren / Kammantriebe8a - 8c actuators / piezo actuators / plate capacitors / comb drives
L8 Aktuatorschicht L8 Actuator layer
10 Außenstruktur 10 External structure
100 MEMS-Struktur 1000 MEMS-Vorrichtung/ MEMS-Spiegelvorrichtung 100 MEMS structure 1000 MEMS device/MEMS mirror device
Claims
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