用于补偿生产微型机械元件的偏差的方法及其应用

摘要

本发明涉及补偿在生产微型机械元件时由于生产条件限制所出现的偏差的方法以及使用该方法，这种微型机械元件会在共振频率下偏转。本发明的任务是能够简单和价格适宜地补偿由于生产条件限制所出现的、会影响微型机械元件共振频率的偏差。根据本发明建议，利用干刻蚀方法在偏转元件上同时形成附加沟槽和/或凹陷以及沟槽，利用这种干刻蚀方法至少形成一个弹簧件、一个偏转元件和微型机械元件的一个框架件。这样就可以在一个批次中、在相同的处理参数条件下在单个微型机械元件或所有微型机械元件上形成沟槽和凹陷。在相同的刻蚀条件下，在刻蚀，尤其是干刻蚀中去除掉的材料会以相同的方式由刻蚀过程参数来对在沟槽和/或凹陷处去除掉的质量产生影响。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于补偿生产微型机械元件时由于制造所形成的偏差的方法及其应用，这种微型机械元件在共振频率下发生偏转。在此，也可以涉及不同的用途，例如可以是一种反射元件，其用于实现所需的电磁射线的方向偏转。这种摆动的偏转动作是可以移动的但同时是围绕着一个扭矩轴线的摆动。

背景技术

对于这种微型机械元件而言，在用弹簧件将微型机械元件与其偏转元件保持在一起的时候，由于制造所形成的相对规定值微小的偏差对各个固有频率产生明显的影响。在这种微型机械元件工作的时候，一个确定的规定的工作频率是很重要的，同时在安装的时候也是重要的。这对于用于数据项目处理的扫描镜也是非常重要的，因为数据频率和振动频率必须相互处于一个确定的比例。对于脉冲计数器也一样重要。

通常这种微型机械元件应该是相互平行地且对称地被驱动，从而必须考虑一个确定的预先给定的频率值。

除此之外，在工作时偏转所要求的功率在共振范围内明显减小。这样，由于要求很小的电压和/或电流所以需要较少的一个独立元件，并且工作稳定性也比较高。

至今为止是这样生产上述微型机械元件的，即通过干刻蚀方法由一块基片形成一个独立元件。为此，从基片的上表面开始以一种结构形式形成许多沟槽。这种基片，例如可以是薄的硅片。这些沟槽为各个微型机械元件形成弹簧件和偏转元件，所述的偏转元件由弹簧件固定在一个框架件上，而在所述的基片上可以由沟槽形成很多微型机械元件。

由于在刻蚀的时候会去除掉材料，所以会影响沟槽的尺寸和几何结构以及由此而形成的微型机械元件的元件。此时，在处理过程中的偏差会改变所构成的微型机械元件。这样例如去除材料太多或太少都会导致沟槽过宽或过窄。这时，掩膜有限的均匀性会影响各种刻蚀率和刻蚀不足。

这些尤其是要影响弹簧件的弹簧常数，而这又会在弹簧质量系统中固有振动频率的变化上再表现出来。

一个微型机械元件能够在共振条件下被驱动的共振频率的频率范围是很窄的，从而在处理过程中已经很小的偏差都会导致固有共振频率不必要的偏移。

在微型机械元件的结构基本相同的情况下也可能出现共振频率偏差，这种微型机械元件会有静态的和动态的因生产条件所致的、微型机械元件的元件尺寸、几何结构以及质量的偏差。

此时，尤其是动态条件的弹簧件的偏差会对各个共振频率产生很大的影响。而这些偏差受生产过程的影响很大。这时所使用的掩膜和干刻蚀使用的处理参数都会产生影响。

因此，可以区分为整体的、局部的和取决于方向的处理的变化。

整体变化会影响所有共同、同时生产的微型机械元件。这种变化例如可以是所使用的刻蚀网的相应变化的压力。

局部变化在一定的位置上对所生产的微型机械元件产生影响。这种变化将成为在各个处理槽中与位置相关的刻蚀网浓度的变化。

取决于方向的变化影响微型机械元件的以及其在处理槽中的方向和对准处理槽中心的方向。

至今为止，为了能够补偿这种偏差已经建议了各种各样的措施。例如WO 2004/092745 A1公开了一种用于改变偏差的弹簧特征，其中弹簧件上设有很多开口。利用开口之间的阶梯状的分割可以以阶梯的形式不可逆地改变各个弹簧件的弹簧特性。除此之外还建议进行一种具有附加电力的电补偿。这将导致制造和使用成本增加。

US 6 331 909和US 6 285 489中推荐了一种环境压力，并且利用这个压力来适应有效的质量。其中的偏转元件配备了气体。在工作时显然需要进行调节。在其另一种变化中还建议为弹簧件配设一个气密的元件。利用这种吸收作用改变了弹簧件材料以及由此形成的共振频率。为此显然需要很高的费用。

在US 6 256 131和US 6 285 489中还建议通过电力围绕着可摆动元件的旋转轴线的横向移动。通过这样改变的质量惯性矩可以对共振频率的改变产生很小的影响。

由于这种已知措施存在缺陷，所以通常是进行选择以便将那些偏差过大的微型机械元件筛选出来。这当然会对预期实现的产量和生产成本造成不利影响。

发明内容

本发明的目的在于能够简单且价格适宜地补偿由于制造所产生的偏差，这种偏差影响微型机械元件的共振频率。

为实现上述发明目的根据本发明提供一种方法，即在生产微型机械元件的时候用于补偿由于制造所形成的偏差的方法，所述微型机械元件在一个共振频率下偏转并与至少一个弹簧件一起固定在一个框架件上，通过刻蚀在一个基片上形成一个或多个弹簧件和一个偏转元件；通过刻蚀在基片中形成沟槽并同时在偏转元件中形成附加沟槽和/或带有附加沟槽的凹陷和/或通过刻蚀还形成凹陷，利用附加沟槽和/或凹陷的结构使偏转元件的质量和/或质量惯性与弹簧件的弹簧常数和共振频率相适应。根据本发明，将如上述方法制造的用于微复印、射线轨迹处理、路程长度调节的原件应用于扫描仪、微复印机、光分仪、激光显示器、激光打印机、激光照明或谐波光谱荧光计中。根据本发明的其他有益的结构和进一步的结构如下：通过干刻蚀形成附加沟槽和/或凹陷。同时构成弹簧件，偏转元件和附加沟槽和/或凹陷。在一个偏转元件的外边缘区域中形成附加沟槽和/或凹陷。在偏转元件的外边缘几何结构中构成附加沟槽。相对弹簧件的纵轴线和/或扭矩轴线对称地设置附加沟槽和/或凹陷。相对弹簧件的纵轴线和/或扭矩轴线平行地设置附加沟槽和/或成排的凹陷。在偏转元件的凸出边缘中设置附加沟槽和/或凹陷排结构。弓形地设置附加沟槽和/或凹陷。

根据本发明，通过干刻蚀在构成沟槽结构的同时在偏转元件上形成附加沟槽和/或凹陷，利用所述的干刻蚀至少构成一个弹簧件、一个偏转元件和一个微型机械元件的框架件。由此，可以在各个微型机械元件或一个批次的所有微型机械元件上以相同的处理参数构成多个沟槽和凹陷。在相同的刻蚀条件下在刻蚀，尤其是干刻蚀的时候去掉的材料将导致刻蚀处理参数以相同的方式影响在沟槽和/或凹陷处的各个去掉的质量。

为此需要考虑的是：一个弹簧-质量系统(也就是根据本发明生产的微型机械元件)的共振频率f以线性弹性特性直接与弹性常数k成比例，间接地与质量m或质量惯性矩J成比例。

即：f²～k/m和f²～k/J

为了能够平衡弹簧件的由规定而改变的弹簧常数，也应该改变偏转元件的质量和/或质量惯性矩。如前所述，所述的弹簧常数由弹簧件和可能的不同缝隙质量构成。但是这应该在另一个方向上形成，也就是在薄的/细长的弹簧件的情况下形成一个小的质量惯性矩而在宽的弹簧件的情况下形成大的质量惯性矩。

偏转元件的几何结构以及在偏转元件上的附加沟槽和/或凹陷的结构和设置对于保持规定的共振频率有积极的影响。

利用附加沟槽和/或凹陷可以使微型机械元件的偏转元件的质量和/或质量惯性矩适应弹簧件的弹性常数TKL的偏移并且适应共振频率。

可以这样设置附加沟槽和/或凹陷，即或者是完全穿透偏转元件或者不完全穿透整个偏转元件。假如这些沟槽和/或凹陷是一侧敞开的沟槽或类似物，就可以将其制成盲孔。后者使偏转元件易于加工。这种附加沟槽或凹陷的深度对被改变的质量或质量惯性矩产生影响。

可以这样制造微型机械元件，使其偏转元件可移动地摆动或使各个偏转元件围绕着旋转轴线摆动地偏转。在后一种情况下，弹簧件被制成了扭转弹簧件。

根据本发明也可以以惯常的方式实现刻蚀网。直至为了构成附加沟槽和或凹陷而使用相应变化的掩膜或一个相应合适的结构时都不会增加附加的费用。

为了微型复印、射线轨迹处理、路程长度调节可以将本发明的元件应用于扫描仪(两位和三位的)、微复印机、光分仪、激光显示器、激光打印机、加速传感器、陀螺仪、信号发生器、激光照明或谐波光谱荧光计中。

附图说明

下面将结合附图对本发明做详细描述。其中：

图1表示一个根据本发明制造的微型机械元件的实施例；

图2表示另一个根据本发明制造的具有附加沟槽的微型机械元件的实施例；

图3表示另一个根据本发明制造的具有附加凹陷的微型机械元件的实施例；

图4表示另一个根据本发明制造的具有附加凹陷和附加沟槽的微型机械元件的实施例，所述凹陷和沟槽设置在一个偏转元件的突出的边缘区域中。

具体实施例

图1中表示了一个根据本发明制造的微型机械元件。利用具有相应轮廓的掩膜的干刻蚀处理可以在一个基片中形成沟槽5和6，所述的基片可以仅仅由硅或还有硅的聚合物构成，利用这种基片可以将各个偏转元件保持在附图中没有画出的框架件上。这种环绕的沟槽将偏转元件与框架件分开。

同时，也是在相同的处理条件下，在偏转元件1中形成附加沟槽3，这些附加沟槽3的走向平行于弹簧件2的纵轴线或旋转轴线。

这些附加沟槽3应该尽可能地相对弹簧件2的纵轴线或旋转轴线对称分布，凹陷4也这样分布。

这些沟槽和凹陷在外侧边缘区域应该以尽可能大的距离相对弹簧件的纵轴线或旋转轴线设置。

由于生产条件产生的变动，尤其是象具有相应缝隙尺寸和缝隙几何形状的沟槽5的宽度相对规定值的偏离将导致对弹簧几何结构、弹簧几何结构的几何尺寸和随之产生的弹簧特性产生影响，而这些将再次影响到共振频率。

但是，为了保持所希望的共振频率范围，也可以通过同时形成沟槽3，3′和/或凹陷4和相应的偏转元件1的尺寸和/或尺寸惯性矩的相应变化来进行补偿。

此时处理参数偏差也同时起作用，并且可以补偿至少一个局部的处理偏差，而不必事后采取附加措施。

因此，例如在没有附加处理步骤或事后补偿措施的情况下，假如在弹簧件2很细小而沟槽5刻蚀的很宽并且其在各个偏转元件上弹簧常数很小的情况下，质量和/或质量惯性矩也变的比较小，这样就可以保证规定的共振频率。

在图2所示的实施例中，在偏转元件1上设置条状的附加沟槽3。这些沟槽相互平行但垂直于弹簧件2的纵轴线或旋转轴线设置。在此，这些沟槽在外边缘区域中以相距弹簧件2的轴线尽可能大的间距设置，这样尤其是对围绕着弹簧件2的旋转轴线摆动的偏转元件1会起到积极的所希望的补偿作用。

图3和4表示了另外的实施例，其中设置了附加凹陷4。可以象附加沟槽3那样设置这些凹陷4，即在考虑各个偏转元件1的情况下设置附加凹陷4的数量、尺寸(横截面和深度)以及其在所希望的补偿方面的结构布置。此时要考虑偏转元件1的外边缘几何结构。相应地，也可以将附加沟槽3设置成弓形地弯曲或将很多凹陷4设置成这种弓形。

附加凹陷4具有矩形横截面，这样，单位面积上的可滑动的凹陷边缘可使用的长度比条形沟槽3的长。

在图4所示的实施例中，这样设置沟槽6，即在偏转元件1上设有凸出的边缘区域1′。在此，这种凸出的边缘区域1′尽可能地靠近弹簧件2设置。在这个凸出的边缘区域1′上还设有附加沟槽3′。但也可以设置相应的附加凹槽排(未示出)。

通过这种在弹簧件2上的平行排列和靠近的位置可以更好地补偿局部的、尤其是与方向相关的程序波动。