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1. WO2020128018 - MEMS-SYSTEM

Anmerkung: Text basiert auf automatischer optischer Zeichenerkennung (OCR). Verwenden Sie bitte aus rechtlichen Gründen die PDF-Version.

[ DE ]

MEMS-System

Beschreibung

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf ein MEMS-System sowie auf ein entsprechendes Herstellungsverfahren. Bevorzugte Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein MEMS-System mit zwei permanentmagnetischen Mikrostrukturen. Weitere bevorzugte Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine magnetische Kopplung zur Kraftübertragung in mikromechanischen Systemen.

Nahezu alle mikromechanischen Systeme basieren auf der Erzeugung mechanischer Kräfte (Aktoren) oder deren Umwandlung in elektrische Signale (Sensoren). Die etablierten Antriebskonzepte erlauben eine effektive Krafterzeugung bzw. -Übertragung entweder in der Bauteil-Ebene (lateral) oder senkrecht dazu (vertikal). Ein elektrostatischer Kammantrieb eignet sich z. B. für die laterale Krafterzeugung, während ein piezoelektrischer Biegebalken für vertikale Auslenkungen angewendet werden kann. Diese Konzepte lassen sich nicht oder nur sehr schwer auf die jeweils andere Richtung übertragen. So ist z.B. ein Kammantrieb mit vertikalen Fingern oder ein lateraler Piezo-Biegeaktuator mit den bestehenden technologischen Prozessen kaum realisierbar. Ähnliche Beispiele lassen sich auf dem Gebiet der Sensorik finden, wo unterschiedliche Detektionsmechanismen in verschiedene Richtungen unterschiedlich gut funktionieren. Das schränkt die Anwendungsmöglichkeiten mikroelektromechanischer Systeme (MEMS) erheblich ein. Es wäre daher äußerst attraktiv, Auslenkungen und/oder Kräfte in MEMS effektiv in beliebige Richtungen transformieren zu können.

In MEMS kommen vor allem elektrostatische und piezoelektrische Antriebe zum Einsatz. Die Wirkrichtung der Kraft bzw. Auslenkung ist dabei grundsätzlich durch die Geometrie des Antriebs vorgegeben. So wurden beispielsweise für elektrostatische Aktoren verschiedene Geometrien entwickelt, um verschiedene Wirkrichtungen abzudecken. So sind laterale Kammantriebe [1], vertikale Kammantriebe [2], kippende Kammantriebe [3], rotierende Kammantriebe [4] und Parallelplattenantriebe [5, 8] bekannt. Obwohl sie alle auf demselben physikalischen Effekt beruhen, der elektrostatische Anziehung bzw. Abstoßung zweier Elektrodenflächen, fällt der Effekt jedoch sehr unterschiedlich aus. Der laterale Kammantrieb ermöglicht z. B. große Auslenkungen von über 100 pm dank langer Fingerelektroden

[7], Beschränkt durch die planaren Fertigungsprozesse der Halbleitertechnologie ist die Auslenkung vertikaler, kippender oder rotierender Kammantriebe um eine Größenordnung geringer. Piezoelektrische Antriebe, die zumeist auf Biegebalken beruhen, sind hingegen vor allem für vertikale Auslenkungen oder Verkippungen gut geeignet. Laterale piezoelektrische Antriebe sind in diesem Fall nur schwer realisierbar.

Bisherige Versuche, die Wirkrichtungen in mikroelektromechanischen Systemen zu ändern und/oder die Kraft oder Auslenkung zu verstärken, basieren größtenteils auf mechanischen Hebelstrukturen. Anzuführen sind hier z. B. ausbeulende Strukturen zur Auslenkungsverstärkung von Antrieben [8, 9], aber auch optimierte Hebelsysteme, wie sie zur Steigerung der Sensitivität von Beschleunigungssensoren Anwendung finden [10, 11]. Bei diesen Beispielen verbleibt die Wirkrichtung in der Bauteil-Ebene. Es finden sich aber auch vertikal wirkende Hebelstrukturen. In [12] wird die vertikale Auslenkung eines kippenden Kammantriebs durch eine Hebelstruktur auf einen Mikrospiegel übertragen. Eine weitere Form der Kraft/Auslenkungs-Umwandlung sind Mikrogetriebe basierend auf Si-Zahnrädern [13]. Deren praktische Anwendung scheitert jedoch am außerordentlich schnellen Verschleiß aufgrund von Reibung. Zu erwähnen sind noch mechanische Bandpassfilter, basierend auf gekoppelte Schwingkörpern. Die Kopplung zur Übertragung der Kräfte zwischen den schwingenden Massen wird bevorzugt über mechanische Federn gelöst [14, 15], seltener auch über eine elektrostatische Kraftkopplung [16].

Die Übertragung von Kräften oder Auslenkungen von einem externen Antrieb in ein Mikromechanisches System hinein wird z. B. kontaktmechanisch gelöst. In [17] wird der vertikale Hub eines Steppermotors in einem haptischen Display angewendet. [18] beschreibt einen piezoelektrischen Harvester, in dem ein MEMS-Biegewandler mittels eines Zahnrads direkt mechanisch betätigt wird. All diese Wandlungen ziehen erheblichen Reibungsverschleiß aufgrund des direkten Kontakts der mikromechanischen Strukturen mit konventionell hergestellten Bauteilen nach sich. Deshalb besteht der Bedarf nach einem verbesserten Ansatz.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Konzept zur Kraft- bzw. Bewegungsübertragung zu schaffen, das in Bezug auf den Verschleiß und die übertragbare Kraft optimiert ist.

Die Aufgabe wird durch die unabhängigen Patentansprüche gelöst.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen ein MEMS-System mit zumindest zwei permanentmagnetischen Mikrostrukturen. Die erste permanentmagnetische Mikrostruktur ist in eine erste Richtung (z. B. entlang der Substratebene) bewegbar. Die zweite permanentmagnetische Struktur ist gegenüber der ersten permanentmagnetischen Struktur beabstandet angeordnet und derart gelagert, so dass durch eine Bewegung der ersten permanentmagnetischen Mikrostruktur in die erste Richtung die zweite permanentmagnetische Mikrostruktur oder ein oder mehrere Elemente der zweiten permanentmagnetischen Mikrostruktur in die zweite Richtung betätigt werden (unter einer Betätigung ist im einfachsten Fall eine einfache Krafteinkopplung zu verstehen) oder bewegt. Alternativ wäre es auch denkbar, dass infolge der Bewegung eine Rotation der zweiten permanentmagnetischen Mikrostruktur bzw. von Elementen der permanentmagnetischen Mikrostruktur bewirkt wird.

An dieser Stelle sei angemerkt, dass entsprechend Ausführungsbeispielen unter einer permanentmagnetischen Struktur (erste und/oder zweite) sowohl eine Struktur mit nur einem Element (Einzelmagnet) als auch eine mit mehreren magnetischen Elementen (z.B. Fingern), die ein Magnet-Array formen verstanden wird. Also kann entsprechend einem Ausführungsbeispiel die erste permanentmagnetische Struktur eine Vielzahl von permanentmagnetischen Elementen (z.B. mehrere Magnet-Finger bzw. längliche Elemente oder auch eine zweidimensionale Anordnungen von würfelförmigen Magneten) umfassen, die zu einem Array angeordnet sind. Entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispielen kann die zweite permanentmagnetische Struktur eine Vielzahl von permanentmagnetischen Elementen (z.B. mehrere Magnet-Finger bzw. längliche Elemente oder auch eine zweidimensionale Anordnungen von würfelförmigen Magneten) umfassen, die zu einem Array angeordnet sind. Hierbei kann das Array beispielsweise derart ausgeführt sein, dass die erste und/oder zweite permanentmagnetische Struktur als Art Kamm mit mehreren voneinander beabstandeten Elementen / Fingern geformt ist. Dieser Kamm kann entsprechend Ausführungsbeispielen ein Wiederholabstand der Einzelelemente von 10 bis 300 pm haben. Je nach Kopplung der permanentmagnetischen Elemente {starre Kopplung oder individuelle Kopplung) ist die Bewegung der permanentmagnetischen Mikrostruktur derart zu verstehen, dass eine Betätigung (im Sinne einer Kraftbeaufschlagung) oder eine Bewegung der gesamten zweiten permanentmagnetischen Mikrostruktur oder der einzelnen Elemente der zweiten permanentmagnetischen Mikrostruktur bewirkt wird. Bei dieser Bewegung kann es sich entweder um eine longitudinale Bewegung, z. B. senkrecht zu der Substratebene oder auch parallel zu der Substratebene (d. h. parallel zu der ersten Richtung) handeln oder um eine Rotation.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Mikrostrukturen mit miniaturisierten Permanentmagneten magnetisch miteinander gekoppelt werden können, so dass die Mikrostrukturen infolge einer Bewegung anderer Permanentmagneten, mit deren magnetischen Feld sie in Wechselwirkung treten, mit einer Kraft beaufschlagt oder ausgelenkt (im Sinne translatorisch oder rotorisch bewegt) werden. In anderen Worten ausgedrückt heißt das, dass die permanentmagnetischen Strukturen bzw. Elemente der permanentmagnetischen Strukturen aufgrund ihrer integrierten Mikromagnete eine Interaktion durchführen, um so durch die magnetische Kopplung eine kontaktfreie Übertragung von (möglichst hohen) Kräften (mit und ohne Bewegung), z. B. bis zu 100 mN oder bis zu 1 mN oder bis zu 10 mN oder sogar bis zu 500 mN, zu ermöglichen. Durch diese kontaktfreie Übertragung können insbesondere auch (größere) Distanzen (bis zu 100 pm oder bis zu 1 mm oder bis zu 5 mm oder bis zu 10 mm) innerhalb des mikromechanischen Bauelements/Systems überbrückt werden. Je nach genauer Implementierung kann eine gleich orientierte Bewegung der zwei permanentmagnetischen Mikrostrukturen oder eine Richtungsänderung bewirkt werden. Die Kraftkopplung ist kontaktlos. Es entstehen keine Verschleißeffekte an mechanischen Kontaktstellen, die im Fall von mikromechanischen Strukturen zu einem besonders schnellen Ausfall des Bauteils führen. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Kraftkopplung mittels Permanentmagnete auf einem passiven Effekt beruht. Es muss also keine zusätzliche Energie aufgebracht werden, um diese Kraftkopplung aufrechtzuerhalten.

Entsprechend Ausführungsbeispielen können die permanentmagnetischen Elemente der magnetisch gekoppelten permanentmagnetischen Mikrostrukturen entweder durch anziehende Magnetkräfte (parallele Magnetisierung) (so dass sich entgegengesetzte Pole der zwei permanentmagnetischen Mikrostrukturen gegenüberliegen) oder durch abstoßende magnetische Kräfte (entgegengesetzte Magnetisierung, so dass immer gleiche Magnetpole der permanentmagnetischen Strukturen gegenüberliegen) erreicht werden. Alternativ kann auch eine vertikale Ausrichtung, d.h. also dass die Magnetisierungsrichtung der ersten permanentmagnetischen Mikrostruktur sich z. B. senkrecht (90° oder im Bereich von 80° bis 100°) erstreckt, vorliegen.

Gemäß Ausführungsbeispielen ist die erste permanentmagnetische Struktur bzw. deren Elemente mit einem mikromechanischen Aktor (Teil des MEMS-Systems) gekoppelt bzw. verbunden, wobei der mikromechanische Aktor ausgebildet ist, um die erste permanentmagnetische Struktur entlang der ersten Richtung zu bewegen. Der Aktor kann beispielsweise ein vertikal agierender Biegebalken sein, der in ein Substrat eingebettet ist.

Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen sind die zwei permanentmagnetischen Strukturen innerhalb eines Substrats geformt. Hierbei kann sich z. B. die erste Richtung lateral entlang des Substrats erstrecken, während sich die zweite Richtung senkrecht zu dem Substrat oder auch lateral zu dem Substrat erstreckt. Selbstverständlich ist auch eine Orientierung um 90 Grad verdreht denkbar.

Gemäß Ausführungsbeispielen lassen sich also laterale Verschiebungen/Kräfte in vertikale Auslenkungen/Kräfte oder Kippbewegungen, aber auch vertikale Verschiebungen/Kräfte in laterale Auslenkungen/Kräfte übertragen. Dies ist insbesondere durch die der Mikrosystemtechnik zu Grunde liegende Planartechnologie von großer Bedeutung. Bei der Kombination einer entlang einer ersten Richtung bewegbaren Struktur mit einer entlang einer zweiten Richtung bewegbaren Struktur, wobei die zweite Richtung sich von der ersten Richtung unterscheidet, z. B. um 90 Grad, kann durch diese lateral-vertikale Kopplung im Fall von Arrays ein Faktor von ungefähr 2 zwischen der Eingangskraft und der resultierende Ausgangskraft erreicht werden. Insofern liegt ein Vorteil darin, dass hierbei auch eine Kraftübersetzung erfolgen kann.

Gemäß Ausführungsbeispielen können unterschiedliche Lagevarianten für die erste und die zweite permanentmagnetische Struktur bzw. die Elemente der ersten und zweiten permanentmagnetischen Strukturen vorgesehen sein. So ist es beispielsweise entsprechend einer ersten Variante möglich, dass die zweite permanentmagnetische Struktur bzw. deren Elemente so gelagert sind, dass diese sich nur noch um eine Rotationsachse (z. B. senkrecht zu der ersten Richtung) drehen können. Alternativ wäre es auch denkbar, dass die Lagerung so vorgesehen ist, dass die erste permanentmagnetische Struktur in einer Bewegung senkrecht zu der ersten Richtung eingeschränkt wird. Bezüglich der zweiten permanentmagnetischen Struktur sei angemerkt, dass diese bzw. deren Elemente entsprechend Ausführungsbeispielen in ihrer Bewegung senkrecht zu der zweiten Richtung eingeschränkt wird oder alternativ senkrecht zu der ersten Richtung eingeschränkt wird. Entsprechend bevorzugten Ausführungsbeispielen erstreckt sich sowohl die erste als auch die zweite permanentmagnetische Struktur bzw. deren Elemente entlang einer dritten Richtung, die zu der ersten und der zweiten Richtung senkrecht ist. Um noch einmal auf die Variante mit den rotierenden Elementen zurückzukommen, sei an dieser Stelle angemerkt, dass die Lagerung auch derart ausgerichtet sein kann, dass die Elemente bzw. die Struktur in ihrer Bewegung in der ersten, zweiten und driten Richtung eingeschränkt wird, während eine Rotation, z. B. um einen Vektor, der sich entlang der dritten Richtung erstreckt, zugelassen wird.

Entsprechend Ausführungsbeispielen sind während der Bewegung der zwei Strukturen o-der auch während des Ruhezustands die zwei permanentmagnetischen Strukturen voneinander beabstandet. Der Abstand wird über die Bewegung beibehalten, dadurch, dass sich die zwei permanentmagnetischen Strukturen entsprechend magnetisch gegenseitig beeinflussen. Entsprechend Ausführungsbeispielen ist der Abstand beispielsweise in einem Bereich von 1 mih bis 5 mm, bevorzugt zwischen 5 pm und 2000 miti oder besonders bevorzugt zwischen 10 und 1000 prrt, Bezüglich der Dimensionierung der permanentmagnetischen Strukturen bzw. der einzelnen Elemente der permanentmagnetischen Strukturen, sei angemerkt, dass diese eine Kantenlänge zwischen 10 prn und 2 mm, bevorzugt zwischen 20 miti und 1000 pm oder besonders bevorzugt zwischen 30 miti und 800 prn haben können.

Wie oben bereits erwähnt, kann entsprechend Ausführungsbeispielen jede permanentmagnetische Struktur als Array ausgeführt sein, das heißt also eine Mehrzahl an Elementen umfassen. Die Verwendung von Arrays permanentmagnetischer Mikrostrukturen erlaubt es, die für die Kraftübertragung notwendige Verschiebung bei gleichzeitig hohen übertragenden Kräften zu minimieren. Also erlaubt die Verwendung von Arrays eine Kraftübertragung in der Fläche, wobei der Effekt von Form, Größe und Anordnung der Mikromagnete in den beteiligten Arrays abhängt.

Bezüglich der Kopplung der Vielzahl der permanentmagnetischen Elemente sei angemerkt, dass diese entweder starr oder derart individuell sein kann, dass die Elemente infolge einer Bewegung der ersten permanentmagnetischen Struktur entlang der zweiten Richtung gleichartig bewegt werden oder eine gleichartige Rotation erfahren. Alternativ wäre es natürlich auch denkbar, dass die permanentmagnetischen Elemente individuell gelagert sind, so dass die Vielzahl der permanentmagnetischen Elemente eine individuelle Bewegung in Reaktion auf die Bewegung der ersten permanentmagnetischen Struktur erfährt. Hierbei kann entweder eine individuelle Rotation und/oder eine individuelle Longitudinalbewegung und/oder eine individuelle Vertikalbewegung gemeint sein. Bezüglich der Elemente der permanentmagnetischen Struktur sei angemerkt, dass diese in jeder permanentmagnetischen Struktur entsprechend einem Ausführungsbeispiel eine gleiche Form aufweisen können o-der entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel auch unterschiedlich sein können. Entsprechend einem Ausführungsbeispiel umfasst die erste permanentmagnetische Struktur eine Einzahl an permanentmagnetischen Elementen, während die zweite permanentmagnetische Struktur eine Vielzahl an permanentmagnetischen Elementen umfasst, die

einander gegenüberliegen. Auch kann die erste permanentmagnetische Struktur entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel eine Vielzahl umfassen, die der Vielzahl der permanentmagnetischen Elemente der zweiten Struktur gegenüberliegt. Vorzugsweise ist die Anzahl der Elemente der ersten und zweiten permanentmagnetischen Struktur gleich.

Da die permanentmagnetischen Strukturen voneinander beabstandet sind, wäre es denkbar, dass eine der zwei permanentmagnetischen Strukturen gegenüber der anderen der zwei permanentmagnetischen Strukturen gekapselt ist. Beispielsweise könnte die zweite permanentmagnetische Struktur in einer Kammer angeordnet sein. Dies ermöglicht, dass die Kammer mit einem speziellen Fluid oder Gas gefüllt werden kann oder evakuierbar ist.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel bezieht sich auf ein Herstellungsverfahren des oben erläuterten MEMS-Systems. Das Herstellungsverfahren umfasst den zentralen Schritt der Agglomeration von Pulver mittels Atomlagenabscheidung oder mittels einer andersartigen Abscheidung, um die erste und/oder die zweite permanentmagnetische Struktur (z. B. in einem Substrat) zu formen, oder um die ein oder mehreren Elemente der ersten und/oder der zweiten permanentmagnetischen Struktur zu formen.

Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen definiert. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 a-2b schematische Darstellungen von konventionellen MEMS-Systemen, die mikromagnetische Elemente verwenden, zu Vergleichszwecken;

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines MEMS-Systems mit zwei permanentmagnetischen Mikrostrukturen gemäß einem Basis-Ausführungsbeispiel;

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer magnetischen Kopplung mittels zweier

Arrays gemäß erweiterten Ausführungsbeispielen;

Fig. 5 ein schematisches Diagramm zur Illustration des resultierenden Kraftverlaufs des Ausführungsbeispiels aus Fig. 4;

Fig. 6a-6d schematische Darstellungen zur Illustration der möglichen Kraftwirkrichtungen und Bewegungsrichtungen gemäß Ausführungsbeispielen;

Fig. 7a-7b schematische Darstellungen von möglichen Kraftwirkrichtungen und resultierenden Bewegungen gemäß Ausführungsbeispielen;

Fig. 8 schematische Darstellungen von zwei als Array ausgeführten permanentmagnetischen Mikrostrukturen gemäß Ausführungsbeispielen;

Fig. 9 eine schematische Darstellung von zwei als Array ausgeführten permanentmagnetischen Mikrostrukturen zur Illustration einer individuellen Kopplung gemäß weiteren Ausführungsbeispielen;

Fig. 10 eine schematische Darstellung einer als Array ausgeführten permanentmagnetischen Struktur in Kombination mit einer als ein Element ausgeführten permanentmagnetischen Struktur gemäß weiteren Ausführungsbeispielen;

Fig. 11 eine schematische Darstellung von zwei als Array ausgeführten permanentmagnetischen Strukturen zur Illustration einer gegenläufigen Magnetisierung gemäß Ausführungsbeispielen; und

Fig. 12a-12b eine schematische Darstellung von einer magnetischen Kraftkopplung innerhalb ein und desselben Mediums sowie in unterschiedlichen Medien gemäß weiteren Ausführungsbeispielen.

Bevor nachfolgend Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert werden, sei darauf hingewiesen, dass gleichwirkende Elemente und Strukturen mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, so dass die Beschreibung derer aufeinander anwendbar bzw. austauschbar ist.

Wie oben bereits erläutert, basieren Ausführungsbeispiele darauf, dass mikromechanische Strukturen oder Elemente von mikromechanischen Strukturen magnetisch miteinander gekoppelt sind, so dass sie Kräfte von der einen mikromechanischen Struktur auf eine andere mikromechanische Struktur übertragen können und/oder sie sich in ihrer Bewegung gegenseitig beeinflussen. Da derartige Ausführungsbeispiele darauf basieren, dass mikromechanische Strukturen permanentmagnetisch ausgeführt sind, wird nachfolgend ein kurzer Überblick über die bereits im Einsatz befindlichen kontaktlosen magnetischen Kraftübertragungselemente gegeben. Im MEMS-System wurden bisher vor allem Hybrid-montierte bzw.

externe Permanentmagnete in Kombination mit Spulen zur direkten Krafterzeugung verwendet [19, 20]. Solche Bauteile sind in Fig. 1a und 1 b dargestellt.

Fig. 1a zeigt einen magnetisch betätigbaren Mikroscanner mit einem auf der Unterseite der beweglichen Spiegelstruktur aufgeklebten Permanentmagneten und externen Spulen (vgl.

[19]). Fig. 1 b zeigt einen magnetisch betätigbaren Mikroscanner mit einer auf der Oberseite der beweglichen Spiegel-Struktur integrierten Planarstruktur und einen externen, im Package befindlichen Permanentmagneten (vgl. [20]).

Da die magnetische Kraftwirkung mit dem Volumen skaliert, sind möglichst große Magnete von Vorteil. Ideal für MEMS wären Strukturen mit Kantenlängen von wenigen Zehn bis zu einigen Hundert Mikrometern. Typische Abscheideprozesse der Halbleitertechnologie sind jedoch für Schichten mit wenigen Mikrometern Dicke ausgelegt, so dass das Volumen so erzeugter Magnete sehr klein bleibt. Klassische Sinterverfahren eignen sich nur zur Herstellung deutlich größerer Strukturen. In letzter Zeit wurde daher verstärkt an Herstellungsverfahren für Mikromagnete„mit Volumen“ gearbeitet. Zu erwähnen ist die Abscheidung dicker NdFeB-Schichten mittels Sputtern oder Pulsed Laser Deposition (PLD) [21]. Ein Problem ist die Strukturierung solcher Schichten. In [22] wird es durch Besputtern von Mikrosäulen mit NdFeB und deren anschließenden Transfer in eine flexible Polymermembran gelöst, siehe Fig. 1a. Mittels externer magnetischer Felder kann die Verwölbung solcher Membranen kontrolliert werden. Eine weitere Möglichkeit zur Herstellung von Mikromagneten ist die Verwendung von Pasten oder Lösungen aus Magnetpartikeln und Polymeren als Ausgangsmaterial. In [23] wird ein Stromsensor vorgestellt, bestehend aus einem einseitig eingespannten Biegebalken mit Piezowandler und einem mittels Dispersion einer NdFeB-Pulver-Epoxy-Lösung erzeugten Mikromagneten auf dem freien Ende, siehe Fig. 2b. Strukturen mit besser definierter Form können durch Einbringen eines Magnetpulver-Polymer-Komposits in Mikroformen erzeugt werden. Aufgrund der mit dem Pulveranteil zunehmenden Viskosität lassen sich kleinere Strukturen nicht reproduzierbar realisieren. Ein Ausweg ist das Befüllen der Mikroformen mit losem Magnetpulver und dessen anschließende Verfestigung. In [24] wird dafür eine Parylene-Schicht verwendet. Alle polymerbasierten Verfahren haben jedoch wesentliche Nachteile hinsichtlich der Integration in MEMS aufgrund der geringen thermischen Stabilität des organischen Matrix-Materials sowie des unzureichenden Schutzes der Magnetpartikel vor Korrosionseffekten.

Fig. 2a zeigt Mikromagnet-Arrays aus Si-Mikrosäulen mit aufgesputtertem NdFeB, transferiert in eine flexible Polymermembran [22], Fig. 2b zeigt Stromsensoren, bestehend aus

einem piezoelektrischen Biegebalken mit einem Mikromagneten auf dem frei beweglichen Ende, der durch Dispersion einer magnetpulverhaltigen Lösung hergestellt wurde [23].

Eine attraktive Alternative zu den bisher erwähnten Methoden beruht auf der Agglomeration von losem Pulver mittels Atomic Layer Deposition (ALD) [25]. Auf diese Weise konnten erstmals permanentmagnetische Mikrostrukturen mit Kantenlängen zwischen 50 pm und 2000 pm reproduzierbar und kompatibel zu MEMS-Fertigungsprozessen auf planaren Substraten erzeugt werden. In [26] ist ein piezoelektrischer Vibrations-Harvester mit einem Mikromagnet-Array am frei beweglichen Ende eines Biegebalkens beschrieben. Das Bauelement wird nicht nur durch Vibrationen oder Erschüterungen betätigt, sondern auch durch veränderliche Magnetfelder, verursacht z. B. durch einen sich bewegenden, externen Permanentmagneten. Dank dessen ist es erstmals möglich, mit einem MEMS-Bauelement Energie aus Drehbewegungen zu gewinnen. Eine Ausführung basierend auf konventionellen Magneten und Piezo-Aktuatoren wird in [27] offengelegt.

Ausgehend von dieser Situation kann durch das in Fig. 3 dargestellte Konzept eine Verbesserung geschaffen werden. Fig. 3 zeigt zwei permanentmagnetische Strukturen 10 und 15, die zu einem nicht weiter erläuterten MEMS-System gehören bzw. Bestandteil davon sind. Beispielsweise kann die permanentmagnetische Struktur 10 durch einen Aktor (nicht dargestellt) des MEMS-Systems bewegbar sein. Beide permanentmagnetische Strukturen umfassen hier in dem einfachsten Ausführungsbeispiel ein einzelnes permanentmagnetisches Element, nämlich hier das Element 10 bzw. 15. Beide Elemente 10 und 15 sind z. B. in einer Ebene bewegbar, die durch die zwei Bewegungsrichtungen 15v und 10v aufgespannt werden. Diese Ebene erstreckt sich in x-y-Richtung. Die Ausrichtung der Magnetisierung jeder der zwei permanentmagnetischen Elemente 15 und 10 ist mit den magnetischen Pole Nord und Süd gekennzeichnet, die hier mit dem Bezugszeichen 15a und 15b bzw. 10a und 10b markiert sind. Z. B. sind die Pole 15a und 15b sowie die Pole 10a und 10b so angeordnet, dass beide permanentmagnetischen Elemente eine positive Magnetisierung in y-Rich-tung aufweisen. Mit anderen Worten ausgedrückt heißt das, dass Nord- und Südpol 10a/10b des Elements 10 und Nord- und Südpol 15a und 15b des Elements 15 alle in derselben Ebene angeordnet sind. In diesem Ausführungsbeispiel ergibt sich, dass der Südpol 15b des Elements 15 dem Nordpol 10a des Elements 10 einander gegenüberliegt. Bei dieser Ausrichtung spricht man von einer parallelen Ausrichtung der Magnete 10 und 15.

Beide Elemente 10 und 15 sind bewegbar, wobei die Beweg barkeit des Elements 10 derart eingeschränkt ist, dass dieses sich im Wesentlichen entlang des Vektors 10v (parallel zu x) bewegbar ist, während die Bewegung in y- und/oder z-Richtung eingeschränkt ist. Das Element 15 ist entlang des Vektors 15v bewegbar, der sich in y-Richtung erstreckt, wobei also eine Bewegung in z- und/oder x-Richtung eingeschränkt ist. Entsprechend Ausführungsbeispielen erfolgt diese Einschränkung durch eine Lagerung. Nachfolgend wird die Funktionsweise der hier dargestellten permanentmagnetischen Strukturen 10 und 15 erläutert. Die Verwendung permanentmagnetischer Mikrostrukturen 10 und 15 in MEMS ermöglicht die kontaktfreie Übertragung von Kräften, z. B. im Bereich von 1 mN bis 1 mN. Es wird beispielhaft davon ausgegangen, dass die permanentmagnetische Mikrostruktur 10, z.B. von einem in das MEMS-Bauelement integrierten Aktor entlang der Richtung lOv bewegt wird. Aufgrund des Magnetismus wird dann die permanentmagnetische Mikrostruktur 15 zu einer Bewegung angeregt. Diese erstreckt sich aufgrund von Magnetisierungsausrichtung und Lagerung entlang der Richtung 15v. Die Elemente der bzw. die Mikrostrukturen selbst interagieren kontaktlos, so dass Distanzen im Bereich von einigen Mikrometern bis mehreren Millimetern überbrückt werden können. Die genaue maximal übertragbare Kraft bzw. die maximal überbrückbare Strecke hängt im Wesentlichen von der Dimensionierung der Magneten 10 und 15 ab. Bei obigen Bereichen wurde beispielsweise davon ausgegangen, dass die einzelnen Magnete eine Kantenlänge im Bereich von 20 Mikrometer bis 500 Mikrometer haben bzw. Arrays aus derartigen permanentmagnetischen Elementen geformt sind. Je größer die zu übertragende Kraft ist bzw. je größer die zu überbrückende Distanz ist, umso größer werden im Regelfall die Magnete 10 und 15 dimensioniert.

Für die parallel magnetisierten, würfelförmigen Magnete in Fig. 3 ergibt sich in der dargestellten räumlichen Lage auf Magnet 15 eine starke Kraft in die negative x-Richtung sowie eine schwächere Kraft in die negative y-Richtung, zudem wirkt ein negatives Drehmoment um die z-Achse. Durch eine Verschiebung des Magneten 10 relativ zu Magnet 15 lassen sich die wirkenden Kräfte variieren. So wirkt z. B. bei Anordnung übereinander (gleiche Position auf der x-Achse) auf Magneten 15 keine Kraft in x-Richtung sowie eine stärkere Kraft in die negative y-Richtung. Auch das Drehmoment um die z-Achse verschwindet für diese Anordnung. Wie an diesem Beispiel gezeigt, lässt sich auf diese Weise z. B. durch eine relative laterale Verschiebung der beiden Magnete zueinander die vertikal wirkende Anziehungskraft sowie das übertragene Drehmoment variieren. Wie bereits erwähnt, skaliert die magnetische Kraftwirkung mit dem Volumen der beteiligten Magnete. Für pulverbasierte NdFeB-Mikromagnete ist gemäß [28] eine Magnetisierung von 500 mT gut erreichbar. Im Falle einer lateralen Verschiebung, wie in Fig. 3 gezeigt, ergibt sich bei einer Kantenlänge des Magneten von 50 pm und einen Abstand zwischen den Magneten von 50 pm eine maximale Anziehungskraft von 14 mN in y-Richtung. Für Magnete und Kantenlängen

von 100 mhi im Abstand von 50 mih beträgt die maximale Anziehungskraft in y-Richtung bereits 166 mN. Dieses Beispiel belegt, dass schon Permanentmagnete mit vergleichsweise kleinem Volumen die Übertragung erheblicher Kräfte über größere Distanzen ermöglichen.

Allerdings skaliert auch die, für eine maximale Modulation der Kraft notwendige Verschiebung mit deren Größe. Bei 50 pm Kantenlänge ist eine Verschiebung von mindestens 80 pm notwendig, bei 100 pm Kantenlänge eine Verschiebung von mindestens 135 pm. Die optimale Größe der Mikromagnete wird also auch durch die zur Verfügung stehende Verschiebung (vorgegeben durch den verwendeten Aktor) bestimmt. Um auch mit kleinen Magneten bzw. kleinen Verschiebungen möglichst große Kräfte übertragen zu können, bietet sich die Verwendung von Arrays aus permanentmagnetischen Mikrostrukturen an.

Ein Beispiel für eine solche Kombination ist in Fig. 4 gezeigt. Fig. 4 zeigt zwei aufeinander wirkende permanentmagnetische Strukturen 10‘ und 15'. Bei beiden permanentmagnetischen Strukturen handelt es sich um Arrays, die aus hier beispielsweise 5 kammförmig nebeneinander angeordneten Elementen 15’_1 bis 15’_5 bzw. 10’_1 bis 10’_5 implementiert sind. Die jeweils fünf Finger 10’_1 bis 10’_5 bzw. 15’_1 bis 15’_5 sind einander gegenüberliegend, wobei hier wiederum von einer parallelen Ausrichtung der Magnetisierung ausgegangen wird. Innerhalb jedes Arrays 10 und 15 ist die Ausrichtung aller Elemente 10‘-’_1 bis 10’ _ 5 bzw. 15’_1 bis 15’_5 gleich. Eine laterale Verschiebung (vgl. Vektor 10‘v) des

Arrays 10 kann genutzt werden, um die Kraftwirkung in y-Richtung (vgl. Vektor 15‘v) zu modulieren. Durch die Array-Anordnung 10715’ wird die Übertragung der Kraft erhöht, ohne dass eine größere Verschiebung des Arrays 10 notwendig ist. Eine Verlängerung der Mikromagnete in z-Richtung zu quaderförmigen Mikromagneten 10’_1 bis 10’_5 und 15’_1 bis 15’_5 (optionales Merkmal) bringt eine weitere Steigerung der Kraft ohne Auswirkung auf die verwendeten Verschiebungen zu haben.

Das Ergebnis der numerischen Modulierung der Array-Anordnung 10715' aus Fig. 4 ist in Fig. 5 gezeigt. Für die Berechnungen wurden unendlich lange Magnetfinger mit quadratischem Querschnitt (50 pm Kantenlänge) angenommen, der Abstand der beiden Arrays 10715' wurde bei 50 pm gehalten. Unter Verwendung periodischer Randbedingungen wurde das Verhalten unendlicher Arrays simuliert, daher wurden die Kräfte auf die genutzte Array-Fläche normiert. Wie aus Fig. 5 ersichtlich, variieren die Kräfte auf Grund der Symmetrie periodisch mit der doppelten Kantenlänge der würfelförmigen Magneten. In der Gleichgewichtslage (Dc = 0) sind die Magneten 10’_1 bis 1 Q’_5/15’_1 bis 15’_5 in y-Richtung zueinander ausgerichtet und es wirkt die maximale anziehende Kraft von 2420 N/m2.

Bei der Auslenkung des Arrays 15' aus dieser Gleichgewichtslage bis zu einer Verschiebung von Dc = 50 mih wirkt eine rückstellende Kraft in negative x-Richtung von bis zu 430 N/m2. Die Anziehungskraft in y-Richtung nimmt durch diese Verschiebung ab, bis sie bei Dc = 50 mih ihren geringsten Wert von 1445 N/m2 erreicht. Dies ist eine instabile Lage, da eine weitere Verschiebung in x-Richtung zu einer vorwärts treibenden Kraft in x-Richtung führt, die wiederum bis zu 430 N/m2 erreicht. Bei einer Verschiebung von Dc = 100 miti ist die nächste stabile Lage erreicht, die der Gleichgewichtslage um eine Periode verschoben entspricht.

Entsprechend dieser Ergebnisse lässt sich somit mit einer lateralen Verschiebung von max. 50 mhti und einer lateralen Kraft bis zu 430 N/m2 eine vertikale Kraft um bis zu 975 N/m2 modulieren. Es findet somit eine Verstärkung der Kraft um einen Faktor von ca. 2 statt. In der technischen Umsetzung kommt der Aufhängung und Führung der Arrays eine besondere Bedeutung zu. Während die Federsteifigkeit in Richtung lateraler Verschiebung klein zu wählen ist, um nicht unnötig hohe Kräfte aufbringen zu müssen, ist die vertikale Federsteifigkeit möglichst steif zu wählen, um nicht durch die Nachgiebigkeit des hier als fest angenommenen Arrays Kraft oder Auslenkung in vertikaler Richtung zu verlieren. Zudem muss ein Mitlaufen des nicht angetriebenen Arrays in die Antriebsrichtung verhindert werden.

In den Figuren 6a-d sind jeweils unterschiedliche Lagerungen der permanentmagnetischen Strukturen 10 und 15 bzw. der einzelnen permanentmagnetischen Elemente der permanentmagnetischen Strukturen 10 und 15 dargestellt, um zu erläutern, welche linearen Verschiebungen (durchgezogener Pfeil) zu welchen linear wirkenden Kräften bzw. Auslenkungen resultieren (gestrichelter Pfeil).

In Fig. 6a und 6c wirken Eingangsverschiebung und Auslenkung bzw. Kraft jeweils parallel. Gezeigt sind die vertikal-vertikal-Kopplung (Fig. 6a) sowie die lateral-lateral-Kopplung (Fig. 6c). Im Gegensatz dazu wird in den in Fig. 6b und 6d gezeigten Geometrien die Auslenkung bzw. Kraft senkrecht zur Eingangsverschiebung genutzt, es kommt also zu einer Drehung der Wirkrichtung um 90°. Dies sind die lateral-vertikal-Kopplung (Fig. 6b) sowie die vertikal-lateral-Kopplung (Fig. 6d).

Unter Ausnutzung des übertragenden Drehmoments lassen sich weitere Geometrien zur Umwandlung einer linearen Bewegung der permanentmagnetischen Struktur 10 in eine Kippbewegung der permanenmagnetischen Struktur 15 finden. Beispiele hierfür sind in Fig. 7a und 7b gezeigt, wobei davon ausgegangen wird, dass das Element 10 translatorisch bewegbar ist, während das Element 15 rotorisch bewegbar ist. Die Geometrie in Fig. 7a wandelt eine vertikale Verschiebung des Elements 10 in eine Verkippung des Elements 15 um, während die Geometrie in Fig. 7b eine laterale Verschiebung des Elements 10 in eine Verkippung des Elements 15 transformiert. Besonders bei Fig. 7b ist zu erwähnen, dass die Lagerung beispielsweise zwischen den Elementen 10 und 15 angeordnet sein kann.

Bei den hier gezeigten Geometrien handelt es sich um Abstraktionen des Wirkungsprinzips zur Klassifizierung der möglichen Ausführungen der magnetischen Kraftkopplung. Die Magnete sind als Platzhalter für beliebig gestaltete permanentmagnetische Mikrostrukturen zu sehen. Neben Variationen in Form und Aspektverhältnis sind Ausführungen unter Verwendung von Mikromagnet-Arrays besonders vorteilhaft. Fig. 8, 9 und 10 illustrieren drei Beispiele. Die Arrays sind in Analogie zu Fig. 4 und Fig. 3 mit den Bezugszeichen 107 10 und 15' gekennzeichnet. Bei nachfolgender Betrachtung wird davon ausgegangen, dass immer das Array 10‘ (im Fall von Fig. 10 das Element 10‘) translatorisch bewegt wird und zwar so, dass die einzelnen Elemente des Arrays 10‘ relativ zu den einzelnen Elementen des Arrays 15' verschoben werden. Die Elemente des Arrays 15' sind jeweils einzeln rotorisch/ individuell gelagert. Bei dem Array 10“ aus Fig. 8 wird von einem Array mit starr verbundenen / zueinander fixierten Elementen ausgegangen(so dass eine synchrone Bewegung der Mikromagnete des Array 15* erreicht wird), wobei es sich bei dem Array 10‘ aus Fig. 9 um ein solches handelt, bei dem die die einzelnen Elemente unabhängig bewegbar sind (z.B. durch mehrere (externe) MEMS-Aktoren). Bei Fig. 10 weist das Array 10‘ einen Einzelmagneten mit vergrößertem Querschnitt auf. Dieser Einzelmagnet 10‘ ist ausgebildet, mit allen Elementen 15‘_1 bis 15‘_4 zu interagieren, z.B. indem er entlang aller Elementen 15‘_1 bis 15‘_4 bewegt wird. Im Gegensatz dazu kann bei den Ausführungsbeispielen aus Fig. 8 und 9 jeweils eine Zuordnung der Elemente des Arrays 10 mit den Elementen des Arrays 15 vorhanden sein (vgl. Fig. 9 10‘_1 mit 15‘_1 , 10‘_2 mit 15‘_2, 10‘_3 mit 15‘_3 und 10‘_4 mit 15‘_4).

In Fig. 8 verursacht eine Verschiebung des Arrays 10‘, dessen Mikromagneten innerhalb des Arrays starr fixiert sind, eine synchrone Verkippung der Mikromagnete des Arrays 15‘, dessen Mikromagnete nicht miteinander verbunden sind. Im Gegensatz dazu können die Mikromagnete von Array 10‘ in der in Fig. 9 gezeigten Ausführung individuell verschoben werden, was sich in einer dementsprechenden, individuellen Verkippung der Mikromagnete von Array 15‘ äußert.

In Fig. 10 sind die Strukturen 10‘ und 15‘ nicht identisch, was Anzahl, Größe und Anordnung der Mikromagnete angeht. Eine Verschiebung des Mikromagneten 10' resultiert in einer individuellen Verkippung der Mikromagnete des Arrays 15‘ entsprechend dem dreidimensionalen Verlauf des magnetischen Felds.

Die Ausführungen der magnetischen Kraftkopplung sind des Weiteren nicht auf eine parallele Magnetisierung der verwendeten magnetischen Strukturen 10715' bzw. 10/15 beschränkt. Für die in Fig. 6 und 7 abstrakt aufgeführten Kraftkopplungen lässt sich z. B. mit einer gegenläufigen Magnetisierung eine gegenläufige Bewegung realisieren. Insbesondere für die Array-Ausführung 10“ bzw. 15“ zur Kraftmodulation lässt sich eine gegenläufige Magnetisierung wie in Fig. 1 1 gezeigt ausnutzen, um die in Fig. 5 sichtbare überlagerte Anziehung durch eine überlagerte Abstoßung zu ersetzen. Dies ist insbesondere wichtig, wenn eine relativ weiche Feder für die vertikale Führung des Arrays 15/15715“ verwendet wird, um hohe Auslenkungen zu erreichen. Eine überlagerte Anziehungskraft kann die rückstellende Federkraft überwiegen und die Magneten in den Kontakt ziehen. Durch die mit der gegenläufigen Magnetisierung verbundene Abstoßung ist eine solche Instabilität ausgeschlossen. Zu beachten ist, dass durch die gegenläufige Magnetisierung die Gleichgewichtslage bei einem Versatz von einer Kantenlänge vorliegt.

Entsprechend Ausführungsbeispielen ist die magnetische Kopplung nicht auf eine Übertragung der Kräfte durch freien Raum bzw. Umgebungsatmosphäre beschränkt, wie in den bisherigen Ausführungsbeispielen angenommen. Die meisten der in der Mikrosystemtech-nik verwendeten Materialien haben eine vernachlässigbaren Einfluss auf das Magnetfeld. Hierdurch lässt sich der Vorteil der kontaktlosen Kraftübertragung weiter ausreizen, um Kräfte durch bestehende Strukturen zu übertragen, die z. B. eine kontaktmechanische Übertragung ausschließen.

Ein derartiges Beispiel für die Kraftkopplung innerhalb eines Mediums 17 ist in Fig. 12a dargestellt. Von dem Bewegungsmuster (durchgezogener Pfeil Bewegung, z.B. bewirkt durch extern oder Aktor; gestrichelter Pfeil Reaktion) entspricht dieses hier dargestellte Ausführungsbeispiel dem Ausführungsbeispiei aus Fig. 6c.

Ein weiteres Beispiel für eine Übertragung einer Kraft oder eines mechanischen Signals von außen in ein abgeschlossenes System (vgl. Systemgrenze 18, innerhalb welchem ein Fluid oder eine Gasatmosphäre 17 (alternativ evakuierte Atmosphäre/Vakuum)

vorherrschen kann) ist in Fig. 12b gezeigt. Also erlaubt die magnetische Kopplung eine Kraftübertragung durch die in der Mikrosystemtechnik verwendeten Materialien hindurch. Insofern lassen sich Kraftkopplungen im Fluid 17 oder durch hermetische Kapselungen 18 hindurch realisieren.

An dieser Stelle sei angemerkt, dass selbstverständlich die magnetische Kopplung nicht auf die Grenzen eines Bauteils beschränkt sind. Die beschriebenen Konzepte können auch zur kontaktlosen Übertragung von Kräften oder Verschiebungen zwischen verschiedenen Bauteilen verwendet werden. Einen Sonderfall bildet hierbei die Kopplung eines Mikrosystems mit einem makroskopischen Bauteil mittels permanentmagnetischen Strukturen zur Übertragung von Kräften oder Verschiebungen. Hierbei kommt wiederum die Übertragung durch bestehende Strukturmaterialien (die z. B. der Kapselung der Bauteile dienen, wie in Fig. 12b dargestellt (vgl. Kapselung 18)) zur Wirkung. Dies ermöglicht insbesondere die Anwendung makroskopischer Antriebe, um Mikrosysteme anzutreiben.

Ausführungsbeispiele können in einer Vielzahl von mikroelektromechanischen Systemen Anwendung finden, wo bisher Antriebs- oder Sensorkonzepte an ihre Grenzen stoßen. Durch die hier beschriebene Erfindung lassen sich Kraft- und Auslenkungsrichtung umleiten, und sich geometrische Restriktionen somit abschwächen. Insbesondere die Verwendung als Lateral-Vertikal-Wandler im lateral agierenden Antriebe zur Generierung von vertikalen Auslenkungen ist besonders vorteilhaft. Hiervon profitieren beispielsweise Anwendungen, die große vertikale Auslenkungen erfordern, wie z. B. Mikrospiegel und/oder Mikrolautsprecher.

Auch wenn bei obigen Ausführungsbeispielen immer von einer Bewegung des zweiten Ar-rays 10 infolge einer Bewegung des ersten Arrays 15 ausgegangen wurde, sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass statt der Bewegung des zweiten Arrays 10 auch eine Betätigung im Sinne einer Krafteinkopplung erfolgen kann.

Nachfolgend werden weitere Ausführungsbeispiele erläutert:

Entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel umfasst das System mindestens zwei voneinander beabstandete, permanentmagnetische Anordnungen, bestehend aus einzelnen Mikromagneten oder einem Array von Mikromagneten, wobei eine Lageänderung der Mikromagnete einer permanentmagnetischen Anordnung dank der magnetischen Kraftkopplung eine Lageänderung der Mikromagnete in einer zweiten permanentmagnetischen

Anordnung oder eine Änderung der auf die zweite permanentmagnetische Anordnung wirkenden Kräfte hervorruft.

Entsprechend Ausführungsbeispieien wird die Lageänderung der Mikromagnete der ersten permanentmagnetischen Anordnung durch einen auf Substratebene integrierten mikromechanischen Aktor oder mehrere derartige Aktoren oder durch eine externe Vorrichtung hervorgerufen.

Entsprechend Ausführungsbeispielen sind die einzelnen Mikromagnete innerhalb einer permanentmagnetischen Anordnung starr miteinander verbunden.

Entsprechend alternativen Ausführungsbeispielen sind die einzelnen Mikromagnete innerhalb einer permanentmagnetischen Anordnung unabhängig voneinander beweglich (das heißt individuell gekoppelt).

Entsprechend einem Ausführungsbeispiel kann Anzahl, Form, Größe und Anordnung der Mikromagnete der mindestens zwei permanentmagnetischen Anordnungen verschieden sein (vgl. Fig. 10).

Entsprechend Ausführungsbeispielen sind die Elemente der oben erläuterten permanentmagnetischen Anordnung(en) so angeordnet, dass eine Art kammförmige Struktur ausgebildet wird. Hierbei liegt z. B. ein Wiederholabstand der Einzelelemente vor, wobei dieser beispielsweise konstant sein kann (Bereich zwischen 10 pm und 300 pm). Weiter besteht die Möglichkeit entsprechend zusätzlichen Ausführungsbeispielen auch in einer zweiten Richtung eine Periodizität mit einem Wiederholabstand zu haben, sodass z. B. statt kammförmigen Strukturen in zwei Dimensionen regelmäßig angeordnete Würfel je Array ausgebildet werden.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung der permanentmagnetischen Strukturen. Die Permanentmagnete bzw. Mikromagnet-Arrays werden auf planaren Substraten durch Agglomeration von Pulver mittels beispielsweise ALD in einem parallelen Fertigungsprozess hergestellt. Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen ist natürlich auch eine andere Art von Abscheidung oder ein anderes Herstellungsverfahren, wie z. B. Sintern denkbar. Auch wenn Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung insbesondere anhand von Vorrichtungen erläutert wurden, sei darauf

hingewiesen, dass die Beschreibung eines Vorrichtungsmerkmals als Beschreibung eines Verfahrensmerkmals zu verstehen sein kann.

Zitierte Dokumente

[1] R. Legtenberg et at. ,„Comb-drive actuators for large displacements”, J.

Micromech. and Microeng., Nr. 6, 1996

[2] A P. Lee et al. ,“Electrostatic comb drive for vertical actuation”, Proc. SPIE3224

Micromachined Devices and Components III, 1997

[3] D. Hah et al.,“Theory and Experiments of Angular Vertical Com-Drive Actuators for Scanning Micromirrors", J. Selected Topics in Quantum Electronics, Nr. 10, 2004

[4] J. A. Yeh et al.“Large rotation actuated by in-plane rotary comb-drives with

Serpentine spring Suspension", J. Micromech. and Microeng., Nr. 15, 2005

[5] J. E. Wong et al.,“An electrostatically-actuated MEMS switch for power

applications”, Proc. IEEE MEMS Conf , Miyazaki, Japan, 2000

[6] X. M. Zhang et al.,„A study of the static characteristics of a torsional micromirror“, Sensors and Actuators A: Physical, Nr. 90, 2001

[7] J. D. Grade et al.,„Design of Large Deflection Electrostatic Actuators“, J.

Microelectromech. Sys., Nr. 12, 2003

[8] N. Takeshima et al.,„Electrostatic Parallelogram Actuators“, Proc. IEEE

Transducers Conf., San Francisco, CA, USA, 1991

[9] X. T. Huang et al.,“A micromotion amplifier“, Proc. IEEE MEMS Conf., San Diego, CA, USA, 1996

[10] G. Krishnan et al.,“Evaluation and Design of Displacement-Amplifying Compliant Mechanisms for Sensor Aplications”, J. Mechanical Design, Nr. 130, 2008

[1 1] I. Zeimpekis et al.,“Characterization of a Mechanical Motion Amplifier Applied to a MEMS Accelerometer”. J. Microeiektromech. Sys., Nr. 21 , 2012

[12] J.-C. Tsai et al., „Design, Fabrication, and Characterization of a High Fill-Factor, Large Scan-Angle. Two-Axis Scanner Array Driven by a Leverage Mechanism”, J. Microelectromech. Sys., Nr. 15, 2006.

[13] M, S. Rodgers et al.,“Designing and operating electrostatically driven

microengines", University of North Texas Libraries, Albuquerque, 1998.

[14] C. T.-C. Nguyen,“Frequency-selective MEMS for miniaturized low-power

communication devices" IEEE TransactSions on Microwave Theory and Tech- niques, 1999.

[15] D. Weinstein et al.,“Mechanical Coupling of 2D Resonator Arrays for MEMS Filter Applications”, IEEE International Frequency Control Symposium, 2007.

[16] S. Pourkamali et al.,“Electrically coupled MEMS bandpass filtere Part II. Without coupling element", Sensors and Actuators A, Nr. 122, 2005

[17] H. Sasaki et al.,„A force transmission System based on a tulip-shaped electrostatic clutch for haptic display devices“,J. Micromech. and Microeng., Nr 16, 2006.

[18] D. Isarakorn et al.,“Energy scavenging from a rotating gear using an impact type piezoelectric energy scavenger”, Patent Application WO 2012/164545 A1

[19] I. Aoyagi et al.,“ A raster-output 2D MEMS Scanner with an 8x4 mm mirror for an automotive time-of-flight image sensor”, Proc. IEEE Transducers Conf., Barcelona, Spain, 2013

[20] C. L. Arrasmith et al.,“MEMS-based handheld confocal microscope for in-vitro skin imaging", Optics Express, Vol. 18, No. 4, 2010

[21] M. Nakano et al.,“Magnetic properties of Pr-Fe-B thick-film magnets deposited on Si Substrates with glass buffer layer”, AIP Advances 8, 2018

[22] D. Le Roy et al.,“Fabrication and characterization of polymer membranes with inte- grated arrays of high performance micro-magnets”, Materials Today Communications, 6, 2016

[23] E. S. Leland et al.,„A MEMS AC current sensor for residential and commercial elec- tricity end-use monitoring“,J. Micromech. and Microeng., 19, 2009

[24] O. D. Oniku et al.,„High-energy-density permanent micromagnets formed from het- erogeneous magnetic powder mixtures", Proc. IEEE MEMS Conf., Paris, France, 2012

[25] T. Lisec et al.,„A Novel fabrication technique for MEMS based on agglomeration of powder by ALD“, J. Microelectromech. Sys., Vol. 26, No. 5, 2017

[26] F. Lofink et al.,“Magnetically driven energy-harvester with monolithically integrated high-energy-density magnets”, Proc. IEEE Transducers Conf., Kaohsiung, Taiwan, 2017

[27] Offenlegungsschrift US 20140152134 A1 ,“Energy harvesting devices”

[28] T. Reimer et al.,“Temperature-stable NdFeB micromagnets with high-energy den- sity compatible with CMOS back end of line technology”, MRS Advances, No. 1 , 2016

[29] Offenlegungsschrift DE102016215616 A1 , "Verfahren zum Herstellen einer magnetischen Struktur"