專利名稱：微機(jī)械器件及設(shè)計其的設(shè)備和制造其的方法,和微機(jī)械系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有擺動元件和彈簧部分的微機(jī)械器件，例如涉及調(diào)節(jié)彈簧硬度對制造變量(fabrication variations)的靈敏度。

背景技術(shù)：
具有被可擺動地懸掛的擺動元件的微機(jī)械器件可以被用作微機(jī)械傳感器和微機(jī)械致動器。由彈簧部分和被可擺動地懸掛的擺動元件組成的微機(jī)械器件具有本征頻率或諧振頻率。在很多應(yīng)用中，微機(jī)械器件的諧振頻率必須符合固定的缺省頻率，以便通過增加諧振，獲得例如在傳感器的情況下的足夠靈敏度和例如在致動器的情況下的足夠振幅。微機(jī)械結(jié)構(gòu)的示例是例如那些用作例如時鐘內(nèi)的時鐘發(fā)送器或例如掃描儀的反射鏡的偏轉(zhuǎn)元件(其用于數(shù)據(jù)投影)的結(jié)構(gòu)，其中數(shù)據(jù)頻率和擺動頻率必須是固定的默認(rèn)比率。為了使所需要的用于產(chǎn)生擺動的能量較低，此裝置通常具有相對高的質(zhì)量，從而諧振曲線是窄的并且當(dāng)保持所需要的振幅時激勵頻率僅存在非常小的裕度(margin)。
在MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))掃描儀反射鏡中，甚至扭轉(zhuǎn)彈簧的寬度的稍微變化也會明顯的改變諧振頻率?？涛g工藝或光刻抗蝕劑掩?？梢砸饛椈蓪挾鹊闹圃熳兞?fabrication variation)?；谟写圃斓膹椈傻膸缀谓Y(jié)構(gòu)，這些變量對于彈簧硬度具有一些影響，因此對于裝置的擺動頻率具有一些影響。例如，上述說法在例如MEMS掃描儀反射鏡的用于光線的二維偏轉(zhuǎn)的裝置中尤為重要，因?yàn)槠浣?jīng)常要求擺動頻率的某一固定比率。例如，德國杜伊斯堡總合大學(xué)(Gerhard-Mercator-Gesamthochschule Duisburg)的希恩克(Schenk)在2000年的博士論文“Ein neuartiger Mikroaktor zurein-und zweidimensionalen Ablenkung von Licht”中描述了一個MEMS掃描儀反射鏡。
最重要的是，彈簧尺寸的系統(tǒng)偏差對于這種微機(jī)械擺動器的頻比具有巨大影響。這是由制造工藝的變量顯著影響。通常，在微機(jī)械系統(tǒng)技術(shù)中借助于蝕刻工藝限定可移動部分。在此，掩膜的特性和應(yīng)用的蝕刻工藝對于變量的類型和數(shù)量級具有影響。應(yīng)該區(qū)別整體變量、局部變量和方向依賴性變量(global，local and direction-dependent variations)。
整體變量影響在工序中制造的所有裝置的幾何結(jié)構(gòu)。用于整體變量的一個示例是在蝕刻氣體中的壓力的時間依賴性變量。
局部變量以位置依賴性的方式影響所制造的幾何結(jié)構(gòu)的尺寸。在反應(yīng)室內(nèi)的刻蝕氣體濃度的位置依賴性變量是位置變量的一個示例。
基于其在反應(yīng)室內(nèi)的方位或相對于室中心的方位，方向依賴性變量影響所制造的形狀的尺寸。
圖4的左手側(cè)顯示了具有擺動體410和彈簧420和422的微機(jī)械致動器400的非常簡化的圖示?？梢钥闯觯瑑蓚€彈簧420、422的幾何結(jié)構(gòu)和擺動體410的幾何結(jié)構(gòu)由所謂的開溝槽(open trench)440限定。在圖4的右手側(cè)顯示了具有在其兩側(cè)上刻蝕的溝槽440的彈簧420的細(xì)節(jié)。例如由干法蝕刻工藝制造這些開溝槽440。所述干法蝕刻工藝的特征在于制造變量主要發(fā)生在溝槽的寬度上和溝槽的垂直剖面上。溝槽相對于彼此的位移可以忽略不計。彈簧幾何結(jié)構(gòu)的偏差和擺動體的幾何結(jié)構(gòu)的偏差是由溝槽幾何結(jié)構(gòu)的變量引起的。
存在各種方法來校正諧振頻率從而校正頻比。在一個實(shí)施例中，應(yīng)用氣體改變可移動元件的環(huán)境壓力從而改變可移動元件的有效質(zhì)量(US6331909、US6285489)。然而，于此必需的設(shè)備以及調(diào)節(jié)電路相對密集。在相同的專利說明書中，存在第二種方法，其中彈簧被覆蓋吸收氣體的材料。一旦吸收氣體，彈簧的材料性能改變，因此改變頻率。此方法的費(fèi)用也好像相對較高。此外，可以假設(shè)，通過使用用于彈簧的吸收材料，降低了所述系統(tǒng)的質(zhì)量。
在另一個實(shí)施例中(US6256131、US6285489)，在扭轉(zhuǎn)擺動器中，通過靜電力部分旋轉(zhuǎn)質(zhì)量可以朝向扭轉(zhuǎn)軸線或遠(yuǎn)離扭轉(zhuǎn)軸線移動。因此，慣性矩改變，從而諧振頻率也改變。因此確實(shí)完成對諧振頻率的調(diào)節(jié)，但是由于通常可移動質(zhì)量的小的移動路徑，不能校正更大的變量。
因?yàn)榕c制造變量相比，在微機(jī)械器件中的諧振頻率的調(diào)節(jié)范圍通常較小，通常采用分類從而不能使用具有過大偏差的裝置。由此，明顯地降低了產(chǎn)量。
借助于幾何結(jié)構(gòu)(以目標(biāo)對準(zhǔn)的方式通過外部影響破壞所述幾何結(jié)構(gòu))，可以影響微機(jī)械彈簧元件的有效長度，從而影響微機(jī)械彈簧元件的硬度。
德國弗勞恩霍夫研究所在用于光子微系統(tǒng)的、國際公開號WO2004/092745A1的專利申請中已經(jīng)提出此解決方法。
通過具有附加結(jié)構(gòu)(所謂的補(bǔ)償溝槽)的擺動體設(shè)備，可以影響擺動體的質(zhì)量或質(zhì)量慣性矩，從而可以至少部分地補(bǔ)償由于制造引起的彈簧幾何結(jié)構(gòu)的偏差。德國弗勞恩霍夫研究所已經(jīng)向德國專利商標(biāo)局提交了用于光子微系統(tǒng)的、專利號為102007001516.1-54的解決方案。
借助于可以影響其幾何結(jié)構(gòu)的彈簧部分，可以在確定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)彈簧硬度從而諧振頻率。德國弗勞恩霍夫研究所已經(jīng)向德國專利商標(biāo)局提交用于光子微系統(tǒng)的、專利號為102007001516.1的解決方案。
因此，在所述微機(jī)械器件中需要一種用目標(biāo)跟蹤調(diào)節(jié)或調(diào)諧彈簧硬度對制造變量的靈敏度的有效方法。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個實(shí)施例提供了一種微機(jī)械器件，所述微機(jī)械器件包括層；形成在層內(nèi)的至少第一切口，用于限定第一擺動元件，第一擺動元件通過層的第一彈簧部分被可擺動地懸掛；和形成在層內(nèi)的至少第二切口，用于限定第二擺動元件，第二擺動元件通過層的第二彈簧部分被可擺動地懸掛，其中溝槽在層的主表面中形成在彈簧部分對內(nèi)，其中第一擺動元件的諧振頻率與第二擺動元件的諧振頻率不同，并且如此形成第一彈簧部分、第二彈簧部分和溝槽使得在第一彈簧部分和第二彈簧部分的各向異性橫向材料移除和/或各向異性橫向材料增加的情況下，第二擺動元件的諧振頻率的相對變化與第一擺動元件的諧振頻率的相對變化的比率范圍為從0.8至1.2。
本發(fā)明的另一個實(shí)施例提供了一種用于制造微機(jī)械器件的方法，所述方法包括步驟設(shè)置層；在層中制造至少第一切口，用于限定通過層的彈簧部分被可擺動地懸掛的擺動元件；在層中制造至少第二切口，用于限定通過層的彈簧部分被可擺動地懸掛的擺動元件；和在層的主表面內(nèi)在彈簧部分中形成至少一個溝槽，其中第一擺動元件的諧振頻率與第二擺動元件的諧振頻率不同，且如此形成第一彈簧部分、第二彈簧部分和溝槽，使得在第一彈簧部分和第二彈簧部分的各向異性橫向材料移除和/或各向異性橫向材料增加的情況下，第二擺動元件的諧振頻率的相對變化與第一擺動元件的諧振頻率的相對變化的比率范圍為從0.8至1.2 本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)一步提供了用于減少在具有至少兩個諧振使用的自由度的微機(jī)械器件或微機(jī)械系統(tǒng)中的頻比的偏差的設(shè)備。
以下的術(shù)語頻率或頻比的偏差意思是指盡管在同樣的和不變的環(huán)境條件下，仍然發(fā)生基本上相同結(jié)構(gòu)的器件的使用的本征頻率或頻比的失配。其原因在于由于調(diào)節(jié)、構(gòu)造和層生產(chǎn)的過程中的公差，確定頻率的材料參數(shù)(彈性常數(shù)、密度、…)的變量和彈簧的尺寸和質(zhì)量的統(tǒng)計或系統(tǒng)變量或以阻尼方式產(chǎn)生的間隙。



下面參照附圖更具體地解釋本發(fā)明的實(shí)施例。
圖1A顯示了具有擺動元件的微機(jī)械器件的實(shí)施例，所述擺動元件通過彈簧部分被可擺動地懸掛； 圖1B顯示了具有各種溝槽或溝槽結(jié)構(gòu)的彈簧部分； 圖1C顯示了具有擺動元件的微機(jī)械器件的實(shí)施例，所述擺動元件通過兩個相對布置的彈簧部分被可擺動地懸掛； 圖2A顯示了作為微機(jī)械器件的二維扭轉(zhuǎn)擺動器的實(shí)施例的空間說明； 圖2B顯示了在通過溝槽結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)靈敏度情況下的和在不通過溝槽結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)靈敏度的情況下的兩個微機(jī)械器件的諧振頻率的頻率分布； 圖2C顯示了具有第一和第二微機(jī)械器件的微機(jī)械系統(tǒng)的實(shí)施例，所述第一和第二微機(jī)械器件具有扭轉(zhuǎn)彈簧； 圖2D顯示了根據(jù)所述實(shí)施例中的一個，將彈簧部分的靈敏度適配到更加靈敏的彈簧部分； 圖2E顯示了具有第一和第二微機(jī)械器件的微機(jī)械系統(tǒng)，所述第一和第二微機(jī)械器件具有撓曲計； 圖3顯示了用于制造微機(jī)械器件的方法的實(shí)施例的流程圖；和 圖4顯示了具有彈簧部分的彈簧元件。

具體實(shí)施例方式 在以下根據(jù)附圖更具體地解釋本發(fā)明之前，應(yīng)該指出的是，附圖不按比例以便更好的理解。另外，相同的附圖標(biāo)記用來表示具有相同或相似功能特性的物體和功能單元，并且省略所述物體和功能單元的重復(fù)描述。在上下文中，進(jìn)一步指出，一方面，除非明確指出，否則，指示具有相似或相同功能特性的物體的部分在不同實(shí)施例的描述中可以互換。另一方面，指出，通過共同使用出現(xiàn)在不只一個實(shí)施例中的物體的附圖標(biāo)記，沒有顯示這些在不同實(shí)施例中或涉及的實(shí)施例中具有相同特征和特性。共同或相似的附圖標(biāo)記因此不代表對具體設(shè)計和尺寸的任何指示。
圖1A顯示了具有層110的微機(jī)械器件100的實(shí)施例，在層110中形成至少一個切口120以便通過層110的彈簧部分130(見點(diǎn)劃線)限定被可擺動地懸掛的擺動元件150，其中溝槽140在層110的主表面120中形成在彈簧部分130中。所述彈簧部分130寬為b和長為1。
由此，圖1A顯示了例如撓曲計(flexion spring)的實(shí)施例。
此微機(jī)械器件典型地由例如半導(dǎo)體層110的層110形成，通過由至少一個開溝槽120，以下也被稱為切口120，構(gòu)造所述層，從而限定至少一個擺動元件150和彈簧部分130。
如前面已經(jīng)提出的，通常通過蝕刻制造此切口120。在層110下面，例如，可以布置隱蔽的(埋入的)絕緣層102和在絕緣層下面的底層104。在切口120的制造過程中，以及因此在層110中限定擺動元件150和框架170的彈簧部分130的過程中，例如使用適當(dāng)?shù)奈g刻方法，其中隱蔽的絕緣層102用作蝕刻終止層(etch stop)。所有的結(jié)構(gòu)，即，彈簧部分130、擺動元件150和框架170，因此具有相同的厚度，即，層110的厚度。
擺動體或擺動元件150的形狀和/或基本區(qū)域是任意的，也就是，可以是例如矩形、圓形或橢圓形。
在圖1A中，例如作為反射鏡的擺動元件150形成為矩形板。彈簧部分130形成為處于擺動元件150的一側(cè)中心上的細(xì)長的條。換言之，彈簧部分130布置在中心和/或?qū)ΨQ于擺動元件的中心軸線152(見點(diǎn)劃線)。另一側(cè)，彈簧部分130在框架170結(jié)束。如此，擺動元件150通過彈簧部分130被可擺動地懸掛。因此，彈簧部分130限定了靜止位置，其中擺動元件150在層110的平面上。一旦擺動元件150從所述靜止位置開始偏轉(zhuǎn)，彈簧部分130產(chǎn)生返回到靜止位置的回復(fù)力和/或扭距。
在圖1A中，由基片104支撐整個結(jié)構(gòu)，基片104在隱藏的絕緣層102下面并且例如可以由類似的硅的半導(dǎo)體形成。在制造之前，基片104、絕緣層102和半導(dǎo)體層110可以制備成例如SOI(絕緣體上的硅)晶片，從而在其內(nèi)同時形成多個微機(jī)械器件100。為了允許擺動元件150從其靜止位置完全偏轉(zhuǎn)，在擺動元件150和彈簧部分130下面的絕緣層102和基片104被移除以便在其下形成空腔。在此，擺動元件150和彈簧部分130下面的基片104可以完全或僅僅部分被移除，從而允許擺動。形成在層110內(nèi)的結(jié)構(gòu)由此僅在層110的外邊緣170上僅僅位于隱藏的絕緣層102的非移除的剩余部分上。
為了制造空腔，例如，在構(gòu)造層110之后通過適當(dāng)?shù)奈g刻步驟，將除了層110的邊緣區(qū)域之外的基片104和隱藏的絕緣層102移除。由此除了彈簧部分130以外的擺動元件150沒有被支撐。
用于構(gòu)造層110和/或用于形成切口120的可選方法，例如沖壓，其中切口120被沖壓形成。
另外，在可選實(shí)施例中，在沒有絕緣層102和基片104的情況下可以形成層110并且例如僅僅將層110暫時固定以便制造、存儲和在載體材料上傳輸，從而然后當(dāng)將其組裝到另一個框架上時，其自由地和可擺動地布置。
另外，如果所述微機(jī)械器件的后面的組裝保證將其對應(yīng)固定到可擺動部分上，微機(jī)械器件可以僅僅由彈簧部分110和擺動元件150組成。
另外，如圖1A中所示，框架170可以圍繞彈簧部分和擺動元件，或也僅僅部分圍繞或例如框架170僅僅形成在彈簧部分140的一側(cè)上。
另外，在可選實(shí)施例中，彈簧部分140可以布置在擺動元件150的較長的一側(cè)或擺動元件150的較短的一側(cè)并且可以根據(jù)所需要的彈簧硬度具有不同寬度。
如前面所解釋的，溝槽140在層110的主表面112中形成在彈簧部分130中。在此，主表面112是通過形成層而制造的“上”平面。在層110的底側(cè)上(也就是，與主表面112相對布置)相應(yīng)存在第二主表面，所述第二主表面形成了空間解釋上的層110的“下”主表面，并且例如鄰近隱藏的絕緣層102?？梢詫?10的切口120內(nèi)的其它“表面”與這些主表面區(qū)分開來，這些其它表面例如通過蝕刻制造。以下將其它表面稱為層110的較小或切口表面114。
微機(jī)械器件的實(shí)施例在彈簧部分130中包括至少一個溝槽140，從而借助于彈簧幾何結(jié)構(gòu)內(nèi)的這樣的另外的結(jié)構(gòu)來影響微機(jī)械彈簧元件或彈簧部分130對制造變量的敏感度。
圖1B顯示了具有各種溝槽結(jié)構(gòu)的彈簧部分130的六個不同的實(shí)施例I-VI。
在此，實(shí)施例I顯示了由在外邊緣上的切口120限定的并且包括沿縱向軸線處于中心的溝槽140的彈簧部分130，所述縱向軸線形成通過彈簧部分130的整個長度。所述彈簧部分130具有寬度b和長度1，溝槽140具有寬度bg。彈簧部分可以例如在上縱向側(cè)端上處于擺動元件150上和在下縱向側(cè)端上處于框架170上。
圖1B中的實(shí)施例II顯示了彈簧部分130、具有形成通過彈簧部分130的整個長度的三個平行的、等間隔布置的溝槽140′、140″和140″′的溝槽結(jié)構(gòu)。
圖1B中的實(shí)施例III顯示了具有兩個彼此前后布置的溝槽140′和140″的彈簧部分130，所述兩個溝槽140′和140″布置在彈簧部分130的縱向中心軸線上并且相對于彈簧部分130的橫向中心軸線(沒有畫出)對稱。
圖1B中的實(shí)施例IV顯示了彈簧部分130具有沿彈簧部分130的縱向中心軸線布置的、但與I相反沒有沿整個彈簧部分130延伸的溝槽140，且溝槽140布置成相對于彈簧部分130的橫向中心軸線對稱。
實(shí)施例V顯示了具有三個溝槽140′、140″和140″′的彈簧部分130，其中溝槽140′和140″′以與相對于溝槽140″交錯的方式平行布置，所有三個溝槽沒有延伸通過彈簧部分130的整個長度，而僅僅通過彈簧部分130的一部分，溝槽140″布置在彈簧部分的縱向中心軸線上，溝槽140′和140″′布置成相對于彈簧部分130的縱向中心軸線軸線對稱，溝槽140″延伸到彈簧部分130的一個縱向側(cè)端，溝槽140′和140″′延伸到彈簧部分130的與之相對的另一縱向側(cè)端。
圖1B中的實(shí)施例VI顯示了與實(shí)施例V相似的彈簧部分130，其中，與實(shí)施例V相反，溝槽140′和140″′沒有延伸到彈簧部分130的一端。
在此，寬度b′與由溝槽140、140′、140″和140″′限定的彈簧部分130的局部區(qū)域相關(guān)，這在圖1B中的實(shí)施例II中示范性圖示并且代表其它實(shí)施例。局部區(qū)域也可以被稱為脊。由此彈簧部分130的整個寬度b由彈簧部分的多個部分或彈簧部分的多個脊的寬度b′和溝槽寬度bg產(chǎn)生。彈簧部分的多個部分或多個脊可以具有相同或不同的寬度b′，并且溝槽也可以具有相同或不同的寬度bg。在此，溝槽140或溝槽140′、140″和140″′的寬度可以小于或大體上小于彈簧部分的部分的寬度b′，而且在可選實(shí)施例中也可以等于或甚至大于彈簧部分130的部分或脊的寬度b′。
彈簧部分的彈簧硬度對于制造變量的靈敏度的改變越大，溝槽的數(shù)量越大，每個獨(dú)立的溝槽越長和/或每個獨(dú)立的溝槽越深。
由此，具有實(shí)施例I-VI的圖1B顯示了用于彈簧元件或彈簧部分各種可能的實(shí)施，所述彈簧元件或彈簧部分具有用于調(diào)節(jié)對制造變量的靈敏度的附加結(jié)構(gòu)或溝槽。然而，溝槽的實(shí)施不限于圖1B中所示的那樣。
在此，結(jié)構(gòu)可以由溝槽140組成，所述溝槽140是直的、彎曲的或曲折形，延伸通過彈簧部分的整個長度或僅僅通過彈簧部分的長度的一部分，在彈簧部分130的縱向中心軸線上或在彈簧部分130的另一個位置上。
另外，彈簧部分130可以包括幾個溝槽或多個溝槽140′-140″′，所述幾個溝槽或多個溝槽140′-140″′可以相似地或不同地形成和/或布置在彈簧部分130上，即，例如豎直、彎曲、曲折形、平行、彼此前后、以偏移方式平行布置、從一個縱向端延伸到相對的另一個縱端或僅僅通過彈簧部分的部分或僅僅通過彈簧部分130的長度的部分。另外，溝槽可以布置成多個平行或多個彼此互為前后，或溝槽結(jié)構(gòu)可以具有上述提及的結(jié)構(gòu)的任意組合。
在此，所述結(jié)構(gòu)可以包括一個、兩個、三個或更多溝槽。
另外，溝槽可以包括各種溝槽深度或乃至連續(xù)的深度，即，從第一主表面到相對于第一主表面布置的第二主表面，或溝槽為類似用于構(gòu)造的切口120的切口。如果溝槽從主表面到相對的表面不是連續(xù)的，溝槽也可以被稱為凹陷。在幾個溝槽的情況下，所有溝槽或部分溝槽可以具有相同的溝槽深度或不同的溝槽深度或形成為部分連續(xù)或全部連續(xù)。
通常，彈簧元件或彈簧部分的附加結(jié)構(gòu)或溝槽的各種形狀、位置、長度和深度或連續(xù)性和數(shù)量可以用于調(diào)節(jié)對制造變量的靈敏度和用于補(bǔ)償頻比偏差，如以后將會說明的。以下大體上通過術(shù)語溝槽結(jié)構(gòu)或構(gòu)造概括出由其導(dǎo)致的可能性。在此，可以根據(jù)過程變量(整體的、局部的、方向依賴性)選擇溝槽結(jié)構(gòu)。
可以在撓曲計中，如圖1A中所圖示，和例如在加載有張力的扭轉(zhuǎn)彈簧或彈簧結(jié)構(gòu)中完成具有一個或多種溝槽140′-140″′的構(gòu)造。
為了更好的理解，無論溝槽結(jié)構(gòu)是否包括單個溝槽140或例如140′-140″′的幾個溝槽，術(shù)語溝槽或溝槽結(jié)構(gòu)或構(gòu)造通常使用附圖標(biāo)記140。
圖1C顯示了形成為扭轉(zhuǎn)擺動器的微機(jī)械器件的實(shí)施例。微機(jī)械器件1100包括層110，第一切口120和第二切口122形成在層110內(nèi)以便限定層110的第一彈簧部分130(見虛線)和第二彈簧部分132(見虛線)，通過第一彈簧部分130和第二彈簧部分132擺動元件150可以被可擺動地懸掛。在此，第一彈簧部分就30和第二彈簧部分132分別都包括溝槽或溝槽結(jié)構(gòu)140和142，或可能分別都包括幾個溝槽。第一彈簧部分130和第二彈簧部分132都布置在擺動元件150的各個相對側(cè)的中心上。換言之，第一彈簧部分130和第二彈簧部分132相對于擺動元件150的中心軸線152在擺動元件150的相對側(cè)上居中布置。如此，擺動元件150可以圍繞通過彈簧部分130、132的樞轉(zhuǎn)軸線樞轉(zhuǎn)，從而形成扭轉(zhuǎn)彈簧130、132。彈簧部分130、132在此限定停止位置，在所述停止位置上擺動元件150在層110的平面上。一旦擺動元件150從所述停止位置上偏轉(zhuǎn)，通過部件彈簧或彈簧部分130、132將擺動元件150圍繞樞轉(zhuǎn)軸線傾斜，彈簧部分130、132就施加回復(fù)力或扭轉(zhuǎn)力使擺動元件回到停止位置。
如根據(jù)圖1A解釋的那樣，空腔形成在擺動元件150和彈簧部分130、132的下面，以能夠使擺動元件150擺動。
為了確保在兩個彈簧部分130、132上的均勻扭轉(zhuǎn)，彈簧部分130、132通常布置成關(guān)于擺動元件150的第二中心軸線154對稱，所述第二中心軸線與第一中心軸線152正交。因此，在實(shí)施的情況下，溝槽結(jié)構(gòu)140和溝槽結(jié)構(gòu)142對稱布置，這如以符號方式圖示的，其中第一彈簧部分130的溝槽140圖示為三角形形狀，第二彈簧部分132的溝槽142圖示為三角形形狀。
圖1C中圖示了例如可以用作在顯微鏡中的微機(jī)械反射鏡的一個實(shí)施例，所述微機(jī)械反射鏡用于以預(yù)定的目標(biāo)頻率偏轉(zhuǎn)調(diào)制光束，從而以預(yù)定的目標(biāo)頻率將光束在像場上來回移動，其中通過在像場上移動的調(diào)制光束使像形成在像場上。
然而，應(yīng)該指出的是，本發(fā)明的實(shí)施例也可以用于具有通過彈簧部分使之被可擺動地懸掛的擺動元件的其它微機(jī)械器件。
圖2A顯示了作為例如二維微鏡的二維扭轉(zhuǎn)擺動器的微機(jī)械器件。在此，微機(jī)械器件200包括層110，至少第一外切口172和第二外切口174形成在層110中以便限定擺動框架172″，通過第一外彈簧部分180和第二彈簧部分182(見點(diǎn)劃線)可以使所述擺動框架172″被可擺動地懸掛。其中至少第一內(nèi)切口120和第二內(nèi)切口122形成在擺動框架172″內(nèi)以便限定擺動元件，通過層110的第一內(nèi)彈簧部分130和第二內(nèi)彈簧部分132可以所述使擺動元件被可擺動地懸掛。在此，第一內(nèi)彈簧部分130和第二內(nèi)彈簧部分132以對稱的方式布置在擺動元件150的第一中心軸線152上，第一外彈簧部分180和第二外彈簧部分182布置在與第一中心軸線152正交的第二中心軸線154上并且關(guān)于第二中心軸線對稱。第一內(nèi)彈簧部分130和第二內(nèi)彈簧部分132具有寬度b2和長度l2(僅在第一內(nèi)彈簧部分130中畫出)，第一外彈簧部分180和第二外彈簧部分182具有寬度b1和長度l1(僅在第二外彈簧部分182中畫出)。
為了更好的可讀性，不在附圖中標(biāo)記出下標(biāo)，即，在附圖中記為b1。
如基于根據(jù)圖1A和1C的實(shí)施例已經(jīng)解釋的那樣，在擺動元件150、內(nèi)擺動部件130、132、擺動框架170″和外彈簧部分180、182下面存在空腔以便上述元件擺動。第一內(nèi)彈簧部分130包括第一溝槽結(jié)構(gòu)140，第二內(nèi)彈簧部分132包括第二溝槽結(jié)構(gòu)142。
在此，在實(shí)施例中，第一溝槽結(jié)構(gòu)140和第二溝槽結(jié)構(gòu)142可以形成為關(guān)于第二軸線154對稱，從而達(dá)到在在兩側(cè)對制造變量的靈敏度的均勻變化。
在可選實(shí)施例中，溝槽結(jié)構(gòu)也可以或而是布置在兩個外彈簧部分180、182上。
其中擺動元件150形成為例如反射鏡的微機(jī)械器件200，因此能夠在例如行方向和列方向的兩個方向上偏轉(zhuǎn)調(diào)制光束。在此，用于第一維的第一諧振頻率由一對外彈簧部分180、182限定，和用于第二維的第二諧振頻率由一對內(nèi)彈簧部分130、132限定。換言之，在圖2A中所示的二維扭轉(zhuǎn)擺動器具有兩個諧振使用的自由度。
如基于圖1A和1C已經(jīng)解釋的，借助于彈簧幾何結(jié)構(gòu)內(nèi)的附加構(gòu)造或溝槽結(jié)構(gòu)可以影響微機(jī)械彈簧元件或彈簧部分對制造變量的靈敏度。上述也被稱為“靈敏度調(diào)諧”。特別地，以此方式可以制造具有幾個諧振使用的自由度的器件，該器件的確具有諧振頻率的巨大偏差，但是具有頻比相對小的偏差。在圖2A中顯示的微機(jī)械器件是用于具有兩個諧振使用的自由度的微機(jī)械器件的示例。
線性擺動器的諧振頻率或本征頻率f的平方與彈簧硬度成正比 或 在此，m是重量，J是擺動體的質(zhì)量慣性矩(mass moment of inertia)，k是彈簧硬度。
以下，在圖2A中，將以扭轉(zhuǎn)彈簧元件的示例解釋溝槽或溝槽結(jié)構(gòu)的作用。然而，所述原理可以運(yùn)用到例如撓曲計或拉伸彈簧的其它器件或其它彈簧類型。
由材料性能和幾何尺寸確定例如具有矩形橫截面的彈簧部分130、132、180和182的桿形的、直的扭轉(zhuǎn)彈簧的彈簧硬度 k＝GIt/L且It～(b+Δb)3h對于h＞b(2) 在此，G是剛性模量，It是扭轉(zhuǎn)面積矩；b是寬度，h是高度或厚度，L是扭轉(zhuǎn)彈簧的長度，Δb是由于制造引起的彈簧寬度的偏差。因此，彈簧硬度對制造變量的靈敏度越小，扭轉(zhuǎn)彈簧的寬度就越大。相等寬度的扭轉(zhuǎn)彈簧元件大致上一次近似(in first approximation)具有相同的靈敏度。
使用上述的公式或關(guān)系，假定常數(shù)表示剛性模量，結(jié)構(gòu)寬度或彈簧部分寬度b與本征頻率或諧振頻率f之間的不成比例的關(guān)系產(chǎn)生 或?qū)τ赽＜h(3) 在此，Δf和Δb分別表示頻率的偏差和結(jié)構(gòu)寬度的偏差。因此 且 因?yàn)棣相對于結(jié)構(gòu)寬度很小，此表達(dá)式大約等于對Δb用泰勒級數(shù)展開的一階項(xiàng) 對于Δb＜＜b(5) 借助于此關(guān)系，可以確定結(jié)構(gòu)寬度的工藝而引起的偏差的數(shù)量級。所以，實(shí)驗(yàn)上確定了足夠大數(shù)量的相同類型的器件的諧振本征頻率。從所得的頻率偏差Δf，借助于關(guān)系(5)可以確定扭轉(zhuǎn)彈簧寬度的伴隨偏差。假設(shè)起始數(shù)量大約為10000個器件，由此確定的偏差分布僅稍微改變。
對于隨機(jī)選擇的多于10000個器件，最終的彈簧寬度的分布明顯地含有近似高斯曲線線路(Gaussian course)。因此，由于工藝而引起的結(jié)構(gòu)寬度的偏差可以被看作近似正態(tài)分布。
為了能夠量化某一設(shè)計相對于對制造公差的靈敏度的特性，采用測量技術(shù)，引入靈敏度值SΔb(靈敏度) 對于具有直扭轉(zhuǎn)彈簧的顯微鏡反射鏡，當(dāng)假設(shè)產(chǎn)生與結(jié)構(gòu)寬度相比很小的偏轉(zhuǎn)時，借助于近似值(5)得出下面的表達(dá)式 在此，應(yīng)該注意的是，以此方式確定的靈敏度總是表示諧振本征頻率的絕對值。為了比較相對于相關(guān)頻率偏差具有不同頻率的設(shè)計，引入標(biāo)準(zhǔn)化的靈敏度Srel 此標(biāo)準(zhǔn)化的靈敏度Srel也被稱為相對靈敏度。相應(yīng)地，相對的或標(biāo)準(zhǔn)化的頻率變化frel被限定為對諧振頻率被標(biāo)準(zhǔn)化的頻率變化 并且對于(5) 對于微機(jī)械器件或系統(tǒng)，其中第一彈簧部分或彈簧元件的諧振頻率相對于第二彈簧部分或彈簧元件的諧振頻率為固定的、默認(rèn)比率，因此需要彈簧部分相對于制造變量的相對靈敏度相等，即，以下適用于最優(yōu)設(shè)計 其中Srel1是第一彈簧部分的相對靈敏度，Srel2是第二彈簧部分的相對靈敏度，Vs是第一相對靈敏度與第二相對靈敏度的比率。
從公式(10)和公式(8)、(7)和(9)，可以得出以下相對的靈敏度比率與相對的頻率變化之間的關(guān)系為 在此，下標(biāo)為1的參量指示第一彈簧部分或第一彈簧部分對，下標(biāo)為2的參量指示第二彈簧部分或第二彈簧部分對。相應(yīng)地，Srel1表示第一彈簧部分的相對靈敏度，Srel2表示第二彈簧部分的相對靈敏度，S1表示為絕對靈敏度，f1表示諧振頻率，Δf1表示絕對頻率變化，Δfrel1表示第一彈簧部分或第一彈簧部分對的相對頻率變化，S2表示絕對靈敏度，f2表示諧振頻率，Δf2表示絕對頻率變化，Δfrel2表示第二彈簧部分或第二彈簧部分對的相對頻率變化。
結(jié)合關(guān)系(10)與關(guān)系(8)，得出以下結(jié)果 其中b1是第一彈簧部分或第一彈簧部分對的寬度，b2是第二彈簧部分或第二彈簧部分對的寬度。
在此情況下，明顯看出，兩個不同彈簧部分或不同彈簧部分對的相對靈敏度的比率對應(yīng)于兩個彈簧部分或兩個彈簧部分對的相對頻率變化的比率，還對應(yīng)于兩個彈簧部分或兩個彈簧部分對的彈簧部分寬度的反比。
如果第一彈簧部分的寬度b1等于第二彈簧部分的寬度b2，即如果以下關(guān)系滿足 or b1＝b2(13) 則可以例如滿足條件Vs＝1。
如果在一個器件(例如用于光的二維偏轉(zhuǎn)的顯微鏡反射鏡)中使用兩個不同本征頻率，通常不可能實(shí)現(xiàn)所有的彈簧元件具有相同的維度，例如，相同的寬度。由此，產(chǎn)生具有不同靈敏度的彈簧元件。然后，整體的制造變量導(dǎo)致諧振頻率的不同相對變量，因此導(dǎo)致頻比的變量。
例如在圖2A中圖示的典型的二維掃描儀，例如包括內(nèi)彈簧部分130、132，具有寬度b2＝16μm，和外彈簧部分對180、182，具有寬度b1＝2μm。
由此，得出寬度或靈敏度的比率如下 或 如果彈簧幾何結(jié)構(gòu)是另外構(gòu)造的，例如，沿扭轉(zhuǎn)軸線通過圖1A、1C或2A中溝槽140、142，增加構(gòu)造的邊緣的整個長度，由此增加對制造變量的靈敏度。通過改變這些切口或溝槽的長度、數(shù)量、布置和形狀，由此任意增加彈簧結(jié)構(gòu)或彈簧部分的靈敏度。因此，可以調(diào)諧使用在器件中的所有彈簧元件或彈簧部分相對于彼此的靈敏度。在彈簧幾何結(jié)構(gòu)的尺寸計算中考慮由另外構(gòu)造引起的彈簧硬度的改變以獲得對靈敏度的最佳適配。
在二維微鏡的一個實(shí)施例中，使用的彈簧部分的寬度b1＝12μm，b2＝25μm，由此彈簧部分寬度的比率為 根據(jù)關(guān)系(3)，此對應(yīng)于頻比Vf為 在此實(shí)施例中，通過寬度為b1的彈簧部分中的相應(yīng)溝槽，相對靈敏度的比率可以提高到大約為1，即 如先前所闡述的那樣，在沒有相應(yīng)溝槽結(jié)構(gòu)的情況下，相對靈敏度的比率Vs或相對頻率變化的比率也可以大約為2.1，或反比為0.48。
為了顯示要求大頻比的應(yīng)用，諧振頻率的比率Vf和相應(yīng)的彈簧部分寬度的比率Vb的范圍從2至10，或其反比范圍從0.1至0.5。如先前所述，在沒有溝槽的情況下，相對靈敏度因此也處于此范圍內(nèi)，這導(dǎo)致實(shí)際頻比相對于所需要的頻比的惡化。
然而，與借助于相應(yīng)溝槽的頻比無關(guān)，在微機(jī)械器件的實(shí)施例中，設(shè)備和/或系統(tǒng)可以獲得范圍從0.8至1.2的相對靈敏度的比率。
在二維彈簧元件的其它典型應(yīng)用中，例如，頻比或?qū)挾缺鹊姆秶謩e從0.5至0.8和1.2至2。在這些例子中，具有相應(yīng)溝槽結(jié)構(gòu)的實(shí)施例也可以獲得對相對靈敏度或頻率變化的比率的改進(jìn)，例如范圍從0.9至1.1。
基于圖2A和2B，以下將更加詳細(xì)地解釋。圖2A顯示了形成為二維扭轉(zhuǎn)擺動器的微機(jī)械器件，其中內(nèi)彈簧部分130、132具有比兩個外彈簧部分180、182的寬度b1大的寬度b2，即，b1＜b2。在內(nèi)彈簧部分130、132具有與兩個外彈簧部分180、182相等的長度，即，11＝12的情況下，外彈簧部分180、182具有較小的彈簧硬度和比內(nèi)彈簧部分130、132的諧振頻率f2低的諧振頻率f1。此外，較高的質(zhì)量慣性矩降低了外彈簧部分的諧振頻率。因此，根據(jù)圖2A的二維微鏡可以在行方向或水平方向上和列方向或垂直方向上偏轉(zhuǎn)被調(diào)制的光束。在此，在例如以線性方向操作的(line-wise manner operated)此二維微鏡中，光束以較高諧振頻率f2沿線或在水平方向上偏轉(zhuǎn)，以較低頻率f1沿列或在垂直方向上偏轉(zhuǎn)。
圖2B的上部顯示了兩個沒有溝槽的彈簧部分或扭轉(zhuǎn)彈簧元件的諧振頻率的兩個示范性頻率分布22和24，其中頻率被標(biāo)繪在x軸上，發(fā)生率標(biāo)繪在y軸上。分布122顯示了由于在較低目標(biāo)頻率f1處的制造變量而引起的第一扭轉(zhuǎn)彈簧元件的實(shí)際諧振頻率f1′的發(fā)生率分布，分布124顯示了由于在較高目標(biāo)頻率f2處的制造變量而引起的第二扭轉(zhuǎn)彈簧元件的實(shí)際諧振頻率f2′的發(fā)生率分布。在此，具有相應(yīng)分布曲線122的較低目標(biāo)頻率f1例如對應(yīng)于外彈簧部分180、182，具有相應(yīng)分布曲線124的較高目標(biāo)頻率f2對應(yīng)于內(nèi)彈簧部分130、132。
如前面所解釋的那樣，整體變量、局部變量和方向依賴性變量可以影響所制造的彈簧部分的幾何結(jié)構(gòu)或尺寸。如果在生產(chǎn)中的這些變量對于所有的彈簧部分130、132、180和182來說是相同的或大體上相同的，那么所有的彈簧部分具有相同的或大體上相同的寬度變化Δb。相同的Δb在具有較大寬度b2的內(nèi)彈簧部分130、132中和在具有較小寬度b2的外彈簧部分180、182中導(dǎo)致較小的相對寬度變化，并且也因此導(dǎo)致較小的頻率變化，并且因此導(dǎo)致較大的相對寬度變化和相應(yīng)的較大的相對頻率變化。換言之，由于寬度偏差Δb實(shí)際諧振頻率f1′與目標(biāo)頻率f1相差Δf1。同樣也適用于具有較高目標(biāo)頻率f2的彈簧部分，其中由于制造變量實(shí)際諧振頻率f2′與目標(biāo)頻率f2相差Δf2。如上面所闡述的，在微鏡中得出某一頻比Vf＝f2/f1，即，比率必須在某一范圍內(nèi)并且具有給定值，如果可能 Vfmin≤Vf′≤Vfmax or Vf′＝Vf 且Vf′＝f2′/f1′以及Vf＝f2/Fig.1 其中Vfmin是頻比的最小頻率，Vfmax是頻比的最大頻率，Vf是目標(biāo)頻比，Vf′是實(shí)際頻比。以下成立 Vf′＝f2′/f1′＝(f2+Δf2)/(f1+Δf1)。
因此，只有當(dāng)?shù)谝活l率f1的相對頻率偏差與第二頻率f2的相對頻率偏差相等時，即 Δf2/f2＝Δf1/f1成立時 實(shí)際頻比Vf′等于目標(biāo)頻比Vf。
如上面解釋的那樣，在更靈敏的彈簧部分中，即，具有較小寬度的彈簧部分中，而不是在靈敏度較差的彈簧部分中，相同的寬度變化Δb引起較大相對硬度的改變，因此引起較大的相對諧振頻率的改變。換言之，具有較低目標(biāo)頻率的彈簧部分的相對頻率變化大于具有較高目標(biāo)頻率的彈簧部分的相對頻率變化，從而隨著寬度變化Δb的增加，實(shí)際頻比Vf′越來越偏離目標(biāo)頻比Vf。
在此，“彈簧硬度對制造變量的靈敏度”也可以被看作彈簧硬度基于制造變量的相對變化。
為了使更加不靈敏的彈簧部分的靈敏度適應(yīng)“更加靈敏”彈簧部分的靈敏度，首先在所述彈簧部分中增加一個或更多溝槽結(jié)構(gòu)。
在此，假設(shè)所有的彈簧部分受到相同的制造情況或影響，因此在數(shù)量上和特征上具有相同的寬度變化Δb。在此，按尺寸制造溝槽結(jié)構(gòu)從而所有的彈簧部分對制造變量具有相同的靈敏度，彈簧部分的相對頻率變化相同，實(shí)際頻比Vf′符合或大體上匹配目標(biāo)頻比Vf。
換言之，與其中試圖最小化彈簧硬度對制造變量的靈敏度由此產(chǎn)生盡可能窄的分布曲線的傳統(tǒng)程序相比，所述微機(jī)械器件的實(shí)施例還包括在彈簧元件或彈簧部分內(nèi)的溝槽，以便增加某些彈簧元件或彈簧部分的靈敏度。
圖2B的下部顯示了示范性頻率分布22和24′，其中在目標(biāo)頻率f1時彈簧部分中沒有形成溝槽，由此所述分布符合上面圖表中的分布22。如通過變寬并且變平的分布曲線24′象征性地圖示的那樣，在目標(biāo)頻率f2時彈簧部分中引入溝槽以便使第二彈簧部分或第二彈簧部分對的相對靈敏度適應(yīng)第一彈簧部分或第一彈簧部分對的相對靈敏度。換言之，改變第二彈簧部分或第二彈簧部分對的相對靈敏度從而以下成立 由此，根據(jù)圖2A的實(shí)施例，僅在內(nèi)部較不敏感的彈簧部分130、132處具有溝槽140和142，以便使彈簧部分130、132對制造變量的靈敏度與具有更加靈敏的、不包括任何溝槽的外部彈簧部分180、182的靈敏度調(diào)諧。
圖2D顯示了使一個彈簧部分的彈簧硬度的靈敏度適應(yīng)另一個對制造變量具有較高靈敏度的彈簧部分的示例，以便如果可能，維持兩個彈簧部分的諧振頻率的給定目標(biāo)比率，而與制造變量無關(guān)。下面將基于圖2E更加詳細(xì)地描述使兩個撓曲計元件相互調(diào)諧的一個示例。
在圖2D的上部顯示了層110的示例，其中通過層110的第一彈簧部分130′使其被可擺動地懸掛的第一擺動元件(在圖2D中沒有示出，在圖2E中的附圖標(biāo)記為150′)由切口120′限定。另外，在圖2D在上部顯示了層110內(nèi)的切口120，從而通過第二彈簧部分130可以使第二擺動元件(在圖2D中沒有示出，在圖2E中的附圖標(biāo)記為150)被可擺動地懸掛，其中在層110的主表面內(nèi)的第一溝槽140形成在第一彈簧部分130上。第二彈簧部分130的寬度bh大于第一彈簧部分130′的寬度bw。由此，第二彈簧部分130的彈簧硬度kh大于第一彈簧部分130′的彈簧硬度kw。換言之，第二彈簧部分130硬些，第一彈簧部分130′軟些。在圖2D中所示的實(shí)施例中，溝槽140形成為連續(xù)不斷的，即溝槽140與切口120相似，從層110的一個主表面延伸到層110的相對的主表面。第一彈簧部分130′不具有溝槽。
如上所解釋的那樣，由于制造變量，出現(xiàn)了彈簧寬度Δb的偏差，偏差導(dǎo)致彈簧寬度的相同絕對變化Δb，在整體變量或在切口120、120′上的變量的情況下，其中“整體”或相似是至少相對于兩個彈簧部分130、130′而言。在此，+Δb表示各向異性橫向材料增加，即加寬彈簧部分，-Δb表示移除或清除彈簧部分的各向異性橫向材料。在此，假設(shè)對于兩個彈簧部分130、130′層110的厚度是常數(shù)并且相等。如圖2D所示，在第一彈簧部分130′中的制造變量導(dǎo)致在兩側(cè)面上或與切口120′鄰接的小面上移除材料或增加材料。在具有切口140的第二彈簧部分130中，其中移除或增加材料發(fā)生在切口120的側(cè)邊緣上和溝槽140的側(cè)邊緣上，由此，由實(shí)際寬度bh＝b1+b2+/-(4＊Δb/2)而不是bh＝b1+b2作為目標(biāo)寬度。由此通過溝槽140，較硬彈簧部分130的彈簧硬度kh的靈敏度增加。
圖2D的中心兩個圖表顯示了彈簧部分的寬度b上的硬度的示范性線路(course)。左下方的圖表顯示了基于寬度bh(在x軸上)的硬度Kh(在y軸上)的示范性線路。在此，bh0表示第二彈簧部分130的目標(biāo)寬度，然而，如已經(jīng)在圖2D的上部分顯示出來的，+/-Δb代表由制造變量引起的寬度變量。目標(biāo)硬度kh0對應(yīng)于目標(biāo)寬度bh0。如在圖2D軸的左下方所示，移除材料-Δb引起彈簧硬度降低-Δkh，增加材料+Δb引起彈簧硬度增加Δkh。
相應(yīng)地同樣適用于第一彈簧部分130′，為此位于圖2D的中心右邊的圖表顯示了基于寬度bw(在x軸上)的彈簧硬度kw(在y軸上)的示范性線路。目標(biāo)彈簧力kw0對應(yīng)于目標(biāo)寬度bw0，移除材料-Δb引起第二彈簧部分的硬度kw降低-Δkw，增加材料+Δb引起第二彈簧部分的硬度kw增加+Δkw。
如上面所解釋的那樣，在相等寬度變化+/-Δkh的情況下，較硬彈簧部分的硬度變化+/-Δk與較軟彈簧部分的硬度變化+/-Δkw彼此不同。
在此，圖表的線路(course)，即，基于寬度變化的彈簧硬度的相關(guān)性可以是線性相關(guān)，平方相關(guān)或立方相關(guān)的或與其它線路相關(guān)。典型地，對于靠近目標(biāo)值的區(qū)域，至少可以確定圖表的線性接近。
在圖2D中的下面兩個圖表中，顯示了基于寬度變化b的諧振頻率f的相關(guān)性。在圖2D中的左下方的圖表中顯示了基于第二彈簧部分的寬度bh(在x軸上)的第二較硬的彈簧部分130頻率fw(在y軸上)。目標(biāo)頻率fh0對應(yīng)于目標(biāo)寬度b0。移除材料-Δb引起彈簧諧振頻率降低-Δfh，增加材料+Δw引起諧振頻率增加Δfh。
在圖2D的右下方的圖表顯示了基于第一彈簧部分的寬度bw(在x軸上)的第一、較軟彈簧部分130′的頻率fw(在y軸上)的相應(yīng)的相關(guān)性。目標(biāo)頻率fw0對應(yīng)于目標(biāo)寬度bw0。移除材料-Δb引起頻率變化-Δfw，增加材料+Δb引起頻率變化+Δfw。
如前面根據(jù)圖2B已經(jīng)闡述的那樣，本實(shí)施例的一方面涉及降低由于制造產(chǎn)生的器件的兩個本征頻率的頻比Vf的變化。
假設(shè)目標(biāo)頻比Vf＝fh0/fw0＝2，即，較硬或第二彈簧部分130或第二擺動元件的目標(biāo)頻率第一較軟或第一彈簧部分130′的目標(biāo)頻率為大，倍數(shù)為2，在本實(shí)施例中標(biāo)示出了較硬彈簧部分130的溝槽140，從而在Δb相同的情況下，具有第二彈簧部分130的第二擺動元件相對于目標(biāo)值fh0對應(yīng)的頻率變化Δfh為頻率變化Δfw的兩倍大，頻率變化Δfw在相同的寬度變化Δb相對于具有較軟彈簧部分130′的第一擺動元件的目標(biāo)值fw0得出，即，兩個頻率的相對頻率變化Δfh、Δfw分布相對于它們的目標(biāo)頻率fh和fw相等。換言之，改變描述諧振頻率fh與寬度bh之間的關(guān)系的圖表(或曲線圖)26的斜度，從而在此示例中的目標(biāo)值fh0是圖表28的目標(biāo)值fw0的兩倍高，所述圖表28描述諧振頻率fw0與寬度bw之間的關(guān)系。
將第一和/或第二擺動元件的目標(biāo)頻率和/或諧振頻率更加具體地公式化為第一和/或第二擺動系統(tǒng)的目標(biāo)頻率和/或諧振頻率，其中第一擺動系統(tǒng)例如由第一彈簧部分和第一擺動元件形成，第二擺動系統(tǒng)例如由第二彈簧部分和第二擺動元件形成(見圖2D和2E中的實(shí)施例)。在二維微鏡中，如例如圖2A中所圖示的，第一擺動系統(tǒng)例如由外彈簧部分180、182、擺動框架170″形成，第二擺動系統(tǒng)例如由內(nèi)彈簧部分130、132和擺動元件150形成?？蛇x地，根據(jù)圖2A(根據(jù)圖2C和2E)的實(shí)施例中，擺動框架170″、內(nèi)彈簧部分130、132和例如反射鏡150的實(shí)際擺動元件150的布置也被稱為“第一”擺動元件且實(shí)際擺動元件150被稱為“第二”擺動元件150。
在此，頻率靈敏度的調(diào)節(jié)典型地被實(shí)施用于圍繞由目標(biāo)頻率和目標(biāo)寬度限定的工作點(diǎn)的某一范圍。由此選擇溝槽140從而使在圍繞工作點(diǎn)的特定工作范圍內(nèi)較硬和較軟的彈簧部分的相對頻率變化盡可能相等，因此如果可能的話，圍繞此工作點(diǎn)的頻率曲線的斜度具有某一比率。無論是否基于寬度變化的彈簧硬度和/或頻率的相關(guān)性為線性相關(guān)，平方相關(guān)，立方相關(guān)或例如其它方式相關(guān)，上述都成立。
在根據(jù)圖2E的一個實(shí)施例中，因此，在第一和第一彈簧部分130、130′的各向異性橫向材料移除-Δb和/或第一和第一彈簧部分130、130′的各向異性橫向材料增加+Δb的情況下，在第二彈簧部分130內(nèi)形成溝槽140使得第二擺動元件150的諧振頻率的相對變化與第一擺動元件150′的諧振頻率的相對變化的比率從0.8改變至1.2，在其它實(shí)施例中從0.9改變至1.1。
圖2A僅顯示了一個可能具有兩個自由諧振度的實(shí)施例，內(nèi)彈簧部分130、132可以為更加窄的彈簧部分并且包括用于調(diào)節(jié)例如在可選實(shí)施例中的靈敏度的溝槽。在另一個實(shí)施例中，如果由于設(shè)計或制造條件更加容易實(shí)行的話，所有的四個彈簧部分可以具有溝槽結(jié)構(gòu)，但是仍然產(chǎn)生可以接受的多個諧振頻率和/或諧振頻比。
圖2C顯示具有第一微機(jī)械器件1100′和第二微機(jī)械器件1100的微機(jī)械系統(tǒng)或微機(jī)械設(shè)備的實(shí)施例，其中兩個器件是例如微鏡的一維扭轉(zhuǎn)擺動器。在此，第一微機(jī)械器件1100′和和第二微機(jī)械器件1100的諧振頻率是某一頻比并且靈敏度彼此適應(yīng)。在此，第一微機(jī)械器件1100′例如對應(yīng)于根據(jù)圖1C的一個裝置，與其相比，其中裝置1100′不具有溝槽結(jié)構(gòu)140、142。
以下，為了區(qū)分第一和第二微機(jī)械器件，用于第一微機(jī)械器件的附圖標(biāo)記被標(biāo)示為“′”，即，附圖標(biāo)記130′表示第一裝置的彈簧部分，附圖標(biāo)記150′表示第一裝置的彈簧元件。
第二微機(jī)械器件對應(yīng)于圖1C中的一個裝置。與根據(jù)圖2A的實(shí)施例類似，如果b2＞b1成立，從而相對于制造變量，不具有溝槽結(jié)構(gòu)140、142的彈簧部分130、132具有彈簧硬度的較低靈敏度，通過溝槽或溝槽結(jié)構(gòu)140、142彈簧部分130、132的彈簧硬度的靈敏度將被調(diào)節(jié)成第一裝置1100′的較高靈敏度。
圖2E顯示了具有第一微機(jī)械器件100′和第二微機(jī)械器件100的微機(jī)械系統(tǒng)或微機(jī)械設(shè)備的另一個實(shí)施例。在此，第一微機(jī)械器件100′的諧振頻率和第二微機(jī)械器件100的諧振頻率處于某一頻比，并且調(diào)節(jié)其對制造變量的靈敏度。在此，第二微機(jī)械器件100例如對應(yīng)于圖1A中一個裝置，第一微機(jī)械器件100′也對應(yīng)于圖1A中一個裝置，其中后者與微機(jī)械器件100相比不具有溝槽結(jié)構(gòu)。
為了區(qū)別第一微機(jī)械器件與第二微機(jī)械器件的特征，第一微機(jī)械器件的元件被補(bǔ)充“′”。
與根據(jù)圖2A的實(shí)施例類似，如果b2＞b1成立，從而相對于制造變量，不具有溝槽結(jié)構(gòu)140的彈簧部分130具有彈簧硬度的較低靈敏度，通過溝槽或溝槽結(jié)構(gòu)140彈簧部分130的彈簧硬度的靈敏度將被調(diào)節(jié)成第一裝置100′的彈簧部分130′的較高靈敏度。
所述有關(guān)根據(jù)圖2A的實(shí)施例以類似的方法適用于根據(jù)圖2C和2E的微機(jī)械系統(tǒng)。
在此，根據(jù)圖2C和2E的實(shí)施例中，在制造過程中可以從一層110中或兩層110、110′中制造所述實(shí)施例。在此情況下，兩個“器件”都從一層110中制造，它們可以作為單個器件留下，換言之，被稱為根據(jù)圖2C和2E的器件的例如扭轉(zhuǎn)彈簧元件或撓曲計元件的兩個擺動器元件，或被切為兩個獨(dú)立的器件。
圖3顯示了用于制造具有調(diào)節(jié)的彈簧硬度和/或諧振頻率的微機(jī)械器件的方法的流程圖的實(shí)施例。
在310中，設(shè)置層110。
在320中，在層110中制造至少一個切口120，以便限定通過層110的彈簧部分130使擺動元件15被可擺動地懸掛。
在330中，在層110的主表面112內(nèi)在彈簧部分130中形成至少一個溝槽140。
上述方法的可選實(shí)施例包括以下特征。
在320中在層110中制造至少第一切口120′，以便限定通過層110的彈簧部分130′被可擺動地懸掛的擺動元件150，以及在層110中制造至少第二切口120，以便限定通過層110的彈簧部分130被可擺動地懸掛的擺動元件150(與圖2E類似)。
在330中在層110的主表面112內(nèi)在第二彈簧部分中形成溝槽140，并在層110的主表面112內(nèi)在第一彈簧部分130中形成溝槽140′。
在此，第一擺動元件150′的諧振頻率f1與第二擺動元件150的諧振頻率f2不同，形成第一彈簧部分130′、第二彈簧部分130和溝槽140，從而在第一彈簧部分130′和第二彈簧部分130的各向異性橫向材料移除-Δb和第一彈簧部分130′和第二彈簧部分130的各向異性橫向材料增加+Δb的情況下，第二擺動元件150的諧振頻率的相對變化與第一擺動元件150′的諧振頻率的相對變化的比率Vs范圍從0.8至1.2。
在另一個實(shí)施例中，第一擺動元件150′的諧振頻率f1小于第二擺動元件150的諧振頻率f2。
在又一個實(shí)施例中，所述方法用于例如制造根據(jù)圖2C的微機(jī)械系統(tǒng)和根據(jù)圖2A的二維微鏡。
如在圖3中所圖示的，可以以三個連續(xù)的步驟執(zhí)行所述方法。
然而，在可選實(shí)施例中，在一個方法步驟中，例如通過相同和不同劑量的蝕刻可以同時執(zhí)行320和330，以便在一個方法步驟中產(chǎn)生切口或多個切口120、120′和溝槽140、142，其中在相等的高劑量的情況下，所述溝槽140、142和切口120是連續(xù)的，且在不同劑量的情況下溝槽140、142不是連續(xù)的，而僅僅基于劑量形成某一深度。
先前解釋的切口和附加溝槽的制造不僅具有省略一個工序的優(yōu)點(diǎn)，還確保了至少所述過程的整體變量在微機(jī)械器件的所有部分的切口和溝槽的形成或在例如將在系統(tǒng)中以某一頻比工作的所有微機(jī)械器件的切口和溝槽的形成具有相同的影響。
在所述方法的再一個實(shí)施例中，通過層110內(nèi)的切口限定場部件和擺動元件也可以發(fā)生在在“未來”的彈簧部分中形成330溝槽之后。
在所述方法的另一個實(shí)施例中，例如在制造之前，相對于其在彈簧部分上的長度、寬度、深度和布置或位置設(shè)計或“安排”溝槽結(jié)構(gòu)140，從而對于盡可能寬的制造變量范圍，即，對于盡可能大的厚度變化范圍，彈簧硬度對制造變量的靈敏度具有盡可能相等的給定靈敏度。
在制造根據(jù)圖2A的微機(jī)械器件或根據(jù)圖2C或2E的微機(jī)械器件的方法中，通過溝槽結(jié)構(gòu)達(dá)到上述的“給定靈敏度”由對例如另一個更加敏感的彈簧部分的彈簧硬度對制造變量的靈敏度確定，以便獲得兩個彈簧部分的諧振頻率的給定頻比。
在所述方法的又一個實(shí)施例中，首先制造沒有溝槽結(jié)構(gòu)的微機(jī)械器件，確定彈簧硬度和/或?qū)嶋H諧振頻率(見310、320)，然后例如通過蝕刻溝槽向后形成到一個彈簧部分或幾個彈簧部分內(nèi)，從而調(diào)節(jié)彈簧硬度和/或諧振頻率適應(yīng)于目標(biāo)頻率或調(diào)節(jié)彈簧硬度和/或諧振頻率以便獲得與相同或另一個微機(jī)械器件的彈簧部分的諧振頻比。
再一個實(shí)施例是為了設(shè)計如上解釋的一個溝槽結(jié)構(gòu)或多個溝槽結(jié)構(gòu)的一種用于設(shè)計(布置)微機(jī)械器件的設(shè)備，或一種用于調(diào)節(jié)微機(jī)械器件的靈敏度的設(shè)備。用于設(shè)計微機(jī)械器件的設(shè)備的實(shí)施例包括用于設(shè)計或接收不具有附加溝槽的微機(jī)械器件的設(shè)計數(shù)據(jù)的裝置；用于限定微機(jī)械器件的彈簧元件的彈簧硬度的靈敏度的裝置；和用于確定在微機(jī)械器件的生產(chǎn)過程中形成在層的主表面上的微機(jī)械器件的彈簧部分中的一個溝槽或多個溝槽的結(jié)構(gòu)和布置從而獲得彈簧硬度的限定的或給定的靈敏度的裝置。
在此，確定溝槽的結(jié)構(gòu)和布置的裝置可以形成為基于制造變量的統(tǒng)計模型，從具有相應(yīng)結(jié)構(gòu)和布置信息的溝槽庫中確定層材料參數(shù)、方法參數(shù)(見整體變量、局部變量和方向依賴性變量的原因及其影響)、在彈簧部分中有待制造的溝槽的最優(yōu)結(jié)構(gòu)和布置、或通常在彈簧部分中有待形成幾個溝槽的溝槽結(jié)構(gòu)。
總之，基于有待制造的彈簧幾何結(jié)構(gòu)的制造變量對彈簧硬度的相對變量具有影響，因此，對器件的擺動頻率的相對變量具有影響。本發(fā)明的一個實(shí)施例使具有附加構(gòu)造的微機(jī)械彈簧元件的設(shè)計。此構(gòu)造影響了彈簧硬度對制造變量的靈敏度。然后，可以實(shí)現(xiàn)具有各種硬度但是對制造變量具有相當(dāng)靈敏度的彈簧部分。安裝有該彈簧部分的器件確實(shí)仍具有擺動頻率的變量，然而大體上可以減少所述器件的兩個本征頻率的頻比的變量。
此外，實(shí)施例涉及用于減少在具有至少兩個諧振使用的自由度的器件中的頻比的變量的設(shè)備和方法，其中例如在彈簧部分中被蝕刻的溝槽的幾何結(jié)構(gòu)用作目標(biāo)調(diào)節(jié)和/或?qū)χ圃熳兞康撵`敏度調(diào)節(jié)。因此，這可以被稱為“敏感度調(diào)諧”。在此，特別地，如果至少在一個芯片即例如微機(jī)械器件上或相對于彼此被調(diào)諧的兩個或更多芯片上(見圖2C)光刻或蝕刻變量是相同的，那么可以達(dá)到好的效果。僅延伸通過甚至更小區(qū)域的局部變量，即在同一芯片上的變量，例如不能平衡。
正如基于上述實(shí)施例所解釋的那樣，除了扭轉(zhuǎn)擺動器之外，也可以補(bǔ)償例如平動擺動器，其中所述實(shí)施例通常涉及微機(jī)械器件。換言之，實(shí)施例涉及多個溝槽或溝槽結(jié)構(gòu)的集成，用于調(diào)諧諧振微系統(tǒng)(例如二維微鏡的二維扭轉(zhuǎn)擺動器)或具有幾個質(zhì)量和/或樣式的擺動系統(tǒng)中的靈敏度，用于降低由制造變量引起的頻比的偏差。在類似于圖2A和2C的另一個實(shí)施例中，因此，各種彈簧部分或彈簧部分對或擺動元件(見圖2C)可以具有各種質(zhì)量和/或樣式，以及相對于彼此被調(diào)諧動諧振頻率。
即使基于區(qū)間和扭轉(zhuǎn)彈簧元件解釋了所有上述本發(fā)明的實(shí)施例，這也不能看作為限制。
可能的應(yīng)用在于實(shí)現(xiàn)微系統(tǒng)用于a)數(shù)據(jù)捕捉，例如二維掃描儀、顯微鏡等，b)數(shù)據(jù)輸出激光顯示器、激光打印機(jī)、激光施照器等，c)光束調(diào)制處理傅里葉光譜儀，路徑長度調(diào)制等，和d)壓力、加速度、粘度傳感器。
在此，可以選擇例如圖1C、2A、2C和2E中所示的實(shí)施例使得相對的彈簧部分的相對的溝槽結(jié)構(gòu)或幾個溝槽結(jié)構(gòu)關(guān)于與由兩個相對的彈簧部分限定的彈簧元件的軸線相正交的彈簧元件的中心軸線對稱布置，從而獲得在兩個彈簧部分上的靈敏度的均勻變化，即，見圖1C，第一和第二彈簧部分130、132和第一溝槽結(jié)構(gòu)140和第二溝槽結(jié)構(gòu)142關(guān)于軸線154成對稱布置。
在可選實(shí)施例中，相對于彼此為某一頻比的各種彈簧元件的彈簧部分可以為不同長度，和/或彈簧元件本身可以例如具有不同質(zhì)量，從而不僅通過彈簧部分的寬度確定頻比，而且通過彈簧部分和彈簧元件的長度和/或質(zhì)量和/或質(zhì)量慣性矩確定頻比。在此情況下，相應(yīng)的溝槽結(jié)構(gòu)也可以用于調(diào)節(jié)對制造變量的靈敏度，從而能夠無視制造變量制造出符合給定的諧振頻比的微機(jī)械器件。
根據(jù)上述條件，可以在硬件中或軟件中實(shí)施上述發(fā)明方法的實(shí)施例?？梢詫?shí)施在數(shù)字存儲媒體中，特別是具有與可編程序的計算機(jī)系統(tǒng)配合的電子可讀控制信號的軟盤、CD或DVD從而實(shí)施所述發(fā)明方法的實(shí)施例中的其中之一?？傊?，由此，當(dāng)在計算機(jī)或在處理器中執(zhí)行其中一個軟件程序產(chǎn)品時，本發(fā)明的實(shí)施例也在于具有存儲在機(jī)器可讀載體上的程序代碼的用于實(shí)施所述發(fā)明方法的其中一個實(shí)施例的軟件程序產(chǎn)品、計算機(jī)程序產(chǎn)品或程序產(chǎn)品中。換言之，由此，當(dāng)在處理器中執(zhí)行所述程序時，本發(fā)明的實(shí)施例可以被實(shí)現(xiàn)為具有用于執(zhí)行所述發(fā)明方法的實(shí)施例的計算機(jī)程序或軟件程序或程序代碼。
在此，所述處理器可以由計算機(jī)、芯片卡、數(shù)字信號處理器或其它集成電路形成。
權(quán)利要求
1、一種微機(jī)械器件(100；100′)，包括
層(110)；
形成在層(110)內(nèi)的至少第一切口(120′)，用于限定第一擺動元件(150′)，所述第一擺動元件(150′)通過層(110)的第一彈簧部分(130′)被可擺動地懸掛；和
形成在層(110)內(nèi)的至少第二切口(120)，用于限定第二擺動元件(150)，所述第二擺動元件(150)通過層(110)的第二彈簧部分(130)被可擺動地懸掛，其中溝槽(140)在層(110)的主表面(112)中形成在彈簧部分對(130)內(nèi)，
其中第一擺動元件(150′)的諧振頻率(f1)與第二擺動元件(150)的諧振頻率(f2)不同，并且如此形成第一彈簧部分(130′)、第二彈簧部分(130)和溝槽(140)使得在第一彈簧部分(130′)和第二彈簧部分(130)的各向異性橫向材料移除(-Δb)和/或各向異性橫向材料增加(+Δb)的情況下，第二擺動元件(150)的諧振頻率的相對變化與第一擺動元件(150′)的諧振頻率的相對變化的比率(Vs)范圍為從0.8至1.2。
2、根據(jù)權(quán)利要求1中所述的微機(jī)械器件，其中第一擺動元件(150′)的諧振頻率(f1)小于第二擺動元件(150)的諧振頻率(f2)。
3、根據(jù)權(quán)利要求1中所述的微機(jī)械器件，其中第二擺動元件(150)的諧振頻率(f2)與第一擺動元件(150′)的諧振頻率(f1)比率在范圍0.5至2之外。
4、根據(jù)權(quán)利要求1中所述的微機(jī)械器件，其中第二擺動元件(150)的諧振頻率(f2)與第一擺動元件(150′)的諧振頻率(f1)比率在范圍0.8至1.2之外，且第二擺動元件(150)的諧振頻率的相對變化與第一擺動元件(150′)的諧振頻率的相對變化的比率(Vs)范圍為從0.9至1.1。
5、根據(jù)權(quán)利要求1中所述的微機(jī)械器件，其中溝槽(140)包括直的、彎曲的或曲折形的構(gòu)造。
6、根據(jù)權(quán)利要求1中所述的微機(jī)械器件，其中溝槽(140)形成為從主表面(112)到與所述主表面相對的第二主表面至少部分連續(xù)。
7、根據(jù)權(quán)利要求1中所述的微機(jī)械器件，其中多個溝槽(140′、140″、140″′)在所述層的主表面(112)中形成在彈簧部分(130)內(nèi)。
8、根據(jù)權(quán)利要求7中所述的微機(jī)械器件，其中多個溝槽(140′、140″、140″′)的至少部分彼此平行地布置。
9、根據(jù)權(quán)利要求8中所述的微機(jī)械器件，其中多個溝槽(140′、140″、140″′)的至少部分彼此前后布置成線。
10、根據(jù)權(quán)利要求1中所述的微機(jī)械器件，其中另一切口(122)緊接著第二切口(120)形成在層(110)內(nèi)，以便與第二切口(120)一起限定與層的第二彈簧部分(130)和擺動元件(150)相對布置的另一彈簧部分(132)，其中所述擺動元件(150)通過第二和另一彈簧部分(130、132)被可擺動地懸掛，并且另一溝槽(142)在層(110)的主表面(112)中形成在另一彈簧部分(132)內(nèi)。
11、根據(jù)權(quán)利要求10中所述的微機(jī)械器件，其中所述溝槽和另一溝槽(140、142)關(guān)于擺動元件(150)的中心軸線(154)對稱布置，其中所述中心軸線(154)與由溝槽(140、142)限定的擺動元件(150)的中心軸線(152)正交。
12、一種微機(jī)械器件，包括層(110)，其中形成至少兩個外切口(172、174)用于限定第一擺動系統(tǒng)(180、182、170、120、122、130、132、150)，所述第一擺動系統(tǒng)具有擺動框架(170″)，所述擺動框架通過層(110)的第一外彈簧部分(180)和第二外彈簧部分(192)被可擺動地懸掛，且其中至少兩個內(nèi)切口(120、122)在層(110)中形成在擺動框架(170″)內(nèi)，以便限定第二擺動系統(tǒng)(130、132、150)，所述第二擺動系統(tǒng)具有擺動元件(150)，所述擺動元件通過所述層的兩個內(nèi)彈簧部分(120、122)被可擺動地懸掛，其中第一擺動系統(tǒng)(180、182、170、120、122、130、132、150)的諧振頻率(f1)與第二擺動系統(tǒng)(130、132、150)的諧振頻率(f2)不同，其中溝槽(140、142)每個都在層(110)的主表面(112)中形成在一對彈簧部分(130、132)(f2)內(nèi)，且其中如此形成內(nèi)彈簧部分(130、132)、外彈簧部分(180、182)和溝槽(140、142)使得在內(nèi)彈簧部分(130、132)和外彈簧部分(180、182)的各向異性橫向材料移除(-Δb)和/或各向異性橫向材料增加(+Δb)的情況下，第二擺動系統(tǒng)(130、132、150)的諧振頻率的相對變化與第一擺動系統(tǒng)(180、182、170、120、122、130、132、150)的諧振頻率的相對變化的比率(Vs)范圍為從0.8至1.2。
13、根據(jù)權(quán)利要求12中所述的微機(jī)械器件，其中第一擺動系統(tǒng)(180、182、170、120、122、130、132、150)的諧振頻率(f1)小于第二擺動系統(tǒng)(130、132、150)的諧振頻率(f2)，并且溝槽(140、142)形成在內(nèi)彈簧部分(130、132)內(nèi)。
14、根據(jù)權(quán)利要求12中所述的微機(jī)械器件，其中兩個內(nèi)彈簧部分(130、132)位于擺動元件(150)的第一中心軸線(152)上，且兩個外彈簧部分(180、182)布置在擺動元件(150)的第二中心軸線(154)上，第二中心軸線(154)與第一中心軸線(152)正交。
15、一種微機(jī)械系統(tǒng)，包括
包括層(110′)的第一微機(jī)械器件(100′)，至少一個切口(120′)形成在所述層(110′)中，用于限定通過所述層的彈簧部分(130′)被可擺動地懸掛的擺動元件(150′)；和
第二微機(jī)械器件(100)，所述第二微機(jī)械器件(100)包括
層(110)，至少一個切口(120)形成在所述層(110)中，用于限定通過所述層(110)的第二彈簧部分(130)被可擺動地懸掛的擺動元件(150)，其中溝槽(140)在層(110)的主表面(112)中形成在第二彈簧部分(130)內(nèi)；
其中第一擺動元件(150′)的諧振頻率(f1)與第二擺動元件(150)的諧振頻率(f2)不同，且如此形成第一彈簧部分(130′)、第二彈簧部分(130)和溝槽(140)使得在第一彈簧部分(130′)和第二彈簧部分(130)的各向異性橫向材料移除(-Δb)和/或各向異性橫向材料增加(+Δb)的情況下，第二擺動元件(150)的諧振頻率的相對變化與第一擺動元件(150′)的諧振頻率的相對變化的比率(Vs)范圍為從0.8至1.2。
16、根據(jù)權(quán)利要求15中所述的微機(jī)械器件，其中第一擺動元件(150′)的諧振頻率(f1)小于第二擺動元件(150)的諧振頻率(f2)。
17、根據(jù)權(quán)利要求15中所述的微機(jī)械器件，其中在第二微機(jī)械器件(100)中，除了第二切口(120)之外的另一切口(122)形成在層(110)內(nèi)，以便與第二切口(120)一起限定與第二彈簧部分(130)和擺動元件(150)相對布置的另一彈簧部分(132)，其中通過兩個彈簧部分(130、132)所述擺動元件(150)被可擺動地懸掛，并且另一溝槽(142)在層(110)的主表面(112)中形成在另一彈簧部分(132)內(nèi)。
18、一種用于設(shè)計具有適配的靈敏度的微機(jī)械器件的設(shè)備，包括
用于接收微機(jī)械器件的設(shè)計數(shù)據(jù)的裝置；
用于限定微機(jī)械器件(100)的彈簧部分(130)相對于制造變量的靈敏度的裝置；和
用于確定溝槽(140)的結(jié)構(gòu)和布置的裝置，在層的微機(jī)械器件(100)的生產(chǎn)過程中所述槽口(140)在層(110)的主表面(112)中形成在微機(jī)械器件(100)的彈簧部分(130)內(nèi)，以便獲得彈簧部分的限定的靈敏度。
19、根據(jù)權(quán)利要求18中所述的微機(jī)械器件，其中用于限定靈敏度的裝置形成用于調(diào)整彈簧部分(130)的靈敏度至另一彈簧部分(130′)的制造變量的靈敏度，其中通過另一彈簧部分(130′)被可擺動地懸掛的另一擺動系統(tǒng)(130′、150′)的諧振頻率(f1)與通過彈簧部分(130)被可擺動地懸掛的擺動系統(tǒng)(130、150)的諧振頻率(f2)不同；并且
其中用于確定的裝置形成為限定溝槽(140)從而在生產(chǎn)過程中，使得在另一彈簧部分(130′)和所述彈簧部分(130)的各向異性橫向材料移除(-Δb)和/或各向異性橫向材料增加(+Δb)的情況下，擺動系統(tǒng)(130、150)的諧振頻率的相對變化與另一擺動系統(tǒng)(130′、150′)的諧振頻率的相對變化的比率(Vs)范圍為從0.8至1.2。
20、根據(jù)權(quán)利要求19中所述的設(shè)備，其中另一擺動系統(tǒng)(130′、150′)的諧振頻率(f1)小于擺動系統(tǒng)(130、150)的諧振頻率(f2)。
21、一種用于制造微機(jī)械器件(100)的方法，包括步驟
設(shè)置(310)層(110)；
在層(110)中制造(320)至少第一切口(120′)，用于限定通過層(110)的彈簧部分(130′)被可擺動地懸掛的擺動元件(150′)；
在層(110)中制造(320)至少第二切口(120)，用于限定通過層(110)的彈簧部分(130)被可擺動地懸掛的擺動元件(150)；和
在層(110)的主表面(112)內(nèi)在彈簧部分(130)中形成(330)溝槽(140)，
其中第一擺動元件(150′)的諧振頻率(f1)與第二擺動元件(150)的諧振頻率(f2)不同，且如此形成第一彈簧部分(130′)、第二彈簧部分(130)和溝槽(140)，使得在第一彈簧部分(130′)和第二彈簧部分(130)的各向異性橫向材料移除(-Δb)和/或各向異性橫向材料增加(+Δb)的情況下，第二擺動元件(150)的諧振頻率的相對變化與第一擺動元件(150′)的諧振頻率的相對變化的比率(Vs)范圍為從0.8至1.2。
22、根據(jù)權(quán)利要求21中所述的方法，其中第一擺動元件(150′)的諧振頻率(f1)小于第二擺動元件(150)的諧振頻率(f2)。
23、根據(jù)權(quán)利要求21中所述的方法，其中在一個制造步驟中完成制造(320)至少一個第一切口(120′)、制造(320)至少一個第二切口(120′)和在至少第二彈簧部分(140)內(nèi)形成(330)溝槽(140)。
24、根據(jù)權(quán)利要求21中所述的方法，其中至少當(dāng)制造(320)至少一個第一切口(120′)、制造(320)至少一個第二切口(120′)和在至少第二彈簧部分(140)內(nèi)形成(330)溝槽(140)時的制造條件是相同的。
25、一種微機(jī)械器件(100)，包括
層(110)，至少一個切口(120)形成在所述層(110)內(nèi)用于限定通過層(110)的彈簧部分(130)被可擺動地懸掛的擺動元件(150)，其中溝槽(140)以凹陷的形式在層(110)的主表面(112)中形成在彈簧部分(130)內(nèi)。
26、一種微機(jī)械器件(100)，包括
層(110)，至少一個切口(120)形成在所述層(110)內(nèi)用于限定通過層(110)的彈簧部分(130)被可擺動地懸掛的擺動元件(150)，其中溝槽(140)在層(110)的主表面(112)中形成在彈簧部分(130)內(nèi)，其中溝槽(140)的長度短于彈簧部分(130)的長度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種微機(jī)械器件，所述微機(jī)械器件包括層；形成在層內(nèi)的至少第一切口，用于限定第一擺動元件，第一擺動元件通過層的第一彈簧部分被可擺動地懸掛；和形成在層內(nèi)的至少第二切口，用于限定第二擺動元件，第二擺動元件通過層的第二彈簧部分被可擺動地懸掛，其中溝槽在層的主表面中形成在彈簧部分對內(nèi)，其中第一擺動元件的諧振頻率與第二擺動元件的諧振頻率不同，并且如此形成第一彈簧部分、第二彈簧部分和溝槽使得在第一彈簧部分和第二彈簧部分的各向異性橫向材料移除和/或各向異性橫向材料增加的情況下，第二擺動元件的諧振頻率的相對變化與第一擺動元件的諧振頻率的相對變化的比率范圍為從0.8至1.2。
文檔編號G02B26/10GK101301991SQ20081009706
公開日2008年11月12日 申請日期2008年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月10日
發(fā)明者托馬斯·克勞澤, 托馬斯·格拉斯霍夫 申請人:弗勞恩霍夫應(yīng)用研究促進(jìn)協(xié)會