DE10117630A1

DE10117630A1 - Micro-mechanical capacitive acceleration sensor for measuring the acceleration of an object in one or more directions is made from a monolithic silicon crystal and is smaller and less sensitive to interference than existing art

Info

Publication number: DE10117630A1
Application number: DE2001117630
Authority: DE
Inventors: Konrad Kapser; Peter Knittl; Ulrich Prechtel; Helmut Seidel; Sebastian Toelg; Manfred Weinacht
Original assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH; EADS Deutschland GmbH
Current assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Priority date: 2001-04-09
Filing date: 2001-04-09
Publication date: 2002-10-17
Anticipated expiration: 2021-04-10
Also published as: DE10117630B4

Abstract

Sensor comprises a frame (110) and a supported sensor mass (101), made from a wafer and moving relative to the frame. A capacitive detection device (120) generates an output signal proportional to the displacement of the mass relative to the frame. The mass has a center of gravity that is displaced relative to the rotation axis in a direction perpendicular to the wafer plane so that accelerations lateral to the wafer plane can be measured. The invention also relates to a corresponding manufacturing method in which the sensor mass and frame from a monolithic block made from a single crystal silicon wafer. A cover (112) has a common connection plane (150) so that the capacitor elements align.

Description

Die Erfindung betrifft einen mikromechanischen kapazitiven Beschleunigungssensor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a micromechanical capacitive acceleration sensor according to the preamble of claim 1.

Zur Erfassung der Beschleunigung eines Objekts in einer oder mehreren Richtungen sind mikromechanische, aus einem Wafer gefertigte kapazitive Beschleunigungssensoren be kannt, mit einer Halterung, welche bezüglich dem Objekt ortsfest ist, mit einer trägen Sen sormasse, welche relativ zu der Halterung des Beschleunigungssensors beweglich ist, mit einer Lagervorrichtung, durch welche die Sensormasse bezüglich der Halterung um eine Ausgangslage elastisch gelagert ist, und mit einer kapazitiven Erfassungseinrichtung zur Erzeugung mindestens eines die Lage der Sensormasse relativ zu der Halterung repräsentie renden kapazitiven Ausgangssignals. Die kapazitive Erfassungseinrichtung umfasst z. B. an der Sensormasse vorgesehene erste Kondensatorelektroden und an der Halterung den ersten Kondensatorelektroden gegenüberliegend vorgesehene zweite Kondensatorelektro den.To detect the acceleration of an object in one or more directions Micromechanical capacitive acceleration sensors made from a wafer knows, with a bracket that is stationary with respect to the object, with a sluggish Sen Sormasse, which is movable relative to the holder of the acceleration sensor with a storage device through which the sensor mass with respect to the holder Starting position is mounted elastically, and with a capacitive detection device Generation of at least one representing the position of the sensor mass relative to the holder capacitive output signal. The capacitive detection device comprises e.g. B. on the sensor mass provided first capacitor electrodes and on the bracket second capacitor electrode provided opposite first capacitor electrodes the.

Mikromechanische kapazitive Beschleunigungssensoren dieser oder ähnlicher Art sind aus der DE 38 37 883 A1, DE 196 37 265 A1, DE 196 37 265 A1, DE 41 26 100 A1, DE 197 09 520 A1 und DE 197 09 731 A1 bekannt.Micromechanical capacitive acceleration sensors of this or a similar type are off DE 38 37 883 A1, DE 196 37 265 A1, DE 196 37 265 A1, DE 41 26 100 A1, DE 197 09 520 A1 and DE 197 09 731 A1 known.

Aufgabe der Erfindung ist es einen mikromechanischen kapazitiven Beschleunigungssensor zu schaffen, welcher möglichst einfach und damit kostengünstig herstellbar ist, eine geringe Größe aufweist und eine möglichst geringe Empfindlichkeit gegen Störeinflüsse hat.The object of the invention is a micromechanical capacitive acceleration sensor to create which is as simple and therefore inexpensive to manufacture as possible Has size and has the lowest possible sensitivity to interference.

Diese Aufgabe wird durch den im Anspruch 1 angegebenen mikromechanischen kapaziti ven Beschleunigungssensor gelöst. This object is achieved by the micromechanical capacitance specified in claim 1 ven acceleration sensor solved.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstands sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Advantageous developments of the subject matter of the invention are in the subclaims characterized.

Durch die Erfindung wird ein mikromechanischer kapazitiver Beschleunigungssensor zur Erfassung der Beschleunigung eines Objekts in mindestens einer Richtung geschaffen, mit einer Rahmenanordnung, einer trägen Sensormasse, die aus einem Wafer gefertigt ist und relativ zu der Rahmenanordnung um eine Drehachse beweglich gelagert ist, und mit einer kapazitiven Erfassungseinrichtung zur Erzeugung mindestens eines die Lage der Sen sormasse relativ zu der Rahmenanordnung repräsentierenden kapazitiven Ausgangssignals, wobei die träge Sensormasse einen Schwerpunkt hat, der gegenüber der Drehachse in ei ner Richtung senkrecht zur Waferebene versetzt angeordnet ist.The invention makes a micromechanical capacitive acceleration sensor for Acquisition of the acceleration of an object created in at least one direction with a frame arrangement, an inert sensor mass, which is made of a wafer and is mounted movably about an axis of rotation relative to the frame arrangement, and with a capacitive detection device for generating at least one the position of the sen standard mass relative to the capacitive output signal representing the frame arrangement, the inert sensor mass has a center of gravity that is in relation to the axis of rotation in egg ner direction perpendicular to the wafer plane is arranged offset.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Beschleunigungssensors ist, dass dieser besonders einfach herstellbar ist und eine große Empfindlichkeit bei kompakter Bauweise hat. Der Beschleunigungssensor hat eine geringe Empfindlichkeit gegen Störeinflüsse. Mit dem Beschleunigungssensor fassen sich Beschleunigungen parallel zur Waferoberfläche messen. Mit ihm können auch 2- oder 3-achsige Beschleunigungssensoren bzw. Sensor systeme geschaffen werden, die z. B. monolithisch herstellbar sind.A major advantage of the acceleration sensor according to the invention is that it is particularly easy to manufacture and has great sensitivity with a compact design Has. The acceleration sensor has a low sensitivity to interference. With the acceleration sensor detects accelerations parallel to the wafer surface measure up. It can also be used for 2- or 3-axis acceleration sensors or sensors systems are created which, for. B. can be produced monolithically.

Beispielsweise ist die Sensormasse und/oder die Rahmenanordnung monolithisch aus ei nem einzigen einkristallinen Silizium-Wafer gefertigt. Dadurch ergibt sich eine besonders kostengünstige Herstellung bei äußerst kompakter Bauweise und hoher Meßgenauigkeit.For example, the sensor mass and / or the frame arrangement is monolithic from egg nem single crystal silicon wafer. This results in a special one Cost-effective production with an extremely compact design and high measuring accuracy.

Der Beschleunigungssensor hat zum Beispiel eine Lagervorrichtung zur Lagerung der trägen Sensormasse, die insbesondere tordierbare, z. B. aus Silizium gefertigte Elemente umfasst. Auch durch diese Maßnahme wird die einfache und kostengünstige Herstellung bei kleiner Bauweise noch zusätzlich gefördert.The acceleration sensor has, for example, a bearing device for storing the inertia Sensor mass, in particular twistable, for. B. comprises elements made of silicon. This measure also makes the simple and inexpensive manufacture of smaller Construction additionally promoted.

Die Lagervorrichtung bildet bevorzugt eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der Sensormasse und einer an der Rahmenanordnung vorgesehenen elektrischen Kontaktierung. Damit wird erreicht, dass die Kontaktierung der beweglichen Sensormasse an der Rahmenanordnung erfolgt, wobei die elektrische Verbindung zur Sensormasse auf beson ders einfache und zuverlässige Weise hergestellt ist.The bearing device preferably forms an electrically conductive connection between the Sensor mass and an electrical contact provided on the frame arrangement. This ensures that the contacting of the movable sensor mass on the Frame arrangement takes place, with the electrical connection to the sensor mass in particular which is manufactured in a simple and reliable manner.

Bevorzugt ist die Lagervorrichtung an der Sensormasse nahe der Waferoberfläche angeord net. Dadurch ergibt sich z. B. eine besonders große Meßempfindlichkeit.The bearing device is preferably arranged on the sensor mass near the wafer surface net. This results in z. B. a particularly high sensitivity.

Die Sensormasse kann beispielsweise kubisch oder in Form eines Quaders oder Kegel stumpfes oder in Form einer stumpfen Pyramide ausgestaltet sein. Durch diese Geometrien ergeben sich noch zusätzlich große Meßempfindlichkeiten bei geringem Platzbedarf und kostengünstiger Herstellung.The sensor mass can, for example, be cubic or in the form of a cuboid or cone be blunt or in the form of a blunt pyramid. Through these geometries there are additional large measuring sensitivities in a small space and inexpensive manufacture.

Vorzugsweise sind mehrere träge Sensormassen vorgesehen, die um jeweils um eine Dreh achse beweglich gelagert sind um Beschleunigungen in mehreren zueinander senkrecht gerichteten Richtungen zu messen, wobei ein oder mehrere Sensormassen jeweils einen Schwerpunkt haben, der gegenüber der zugehörigen Drehachse in einer Richtung senk recht zur Waferebene versetzt angeordnet ist. Damit wird ein Sensorsystem geschaffen, dass trotz geringer Baugröße und kostengünstiger Herstellung zwei- oder dreiachsige Mes sungen bzw. genaue Beschleunigungsmessungen in mehreren Raumrichtungen ermöglicht.Preferably, several inert sensor masses are provided, each one rotation axes are movably supported by accelerations in several mutually perpendicular to measure directional directions, one or more sensor masses each one Have a center of gravity that is lower than the associated axis of rotation in one direction is arranged offset to the right of the wafer level. This creates a sensor system that despite its small size and cost-effective manufacture, two- or three-axis measuring solutions or accurate acceleration measurements in several spatial directions.

Bevorzugt ist der Schwerpunkt der Sensormasse relativ zur zugehörigen Drehachse zusätz lich lateral in Richtung der Waferebene versetzt angeordnet. Durch die zusätzliche laterale Versetzung des Schwerpunkts ergibt sich eine Messempfindlichkeit in einer weiteren Raum richtung.The center of gravity of the sensor mass is preferably additionally relative to the associated axis of rotation Lich laterally offset in the direction of the wafer plane. Due to the additional lateral Shifting the center of gravity results in a measurement sensitivity in another room direction.

Der Beschleunigungssensor hat vorzugsweise an der Sensormasse vorgesehene erste Kon densatorelektroden und diesen gegenüberliegend an der Rahmenanordnung vorgesehene zweite Kondensatorelektroden, wobei zum Beispiel erste Anschlusselemente zum elektri schen Anschluß der ersten Kondensatorelektroden und/oder zweite Anschlusselemente zum elektrischen Anschluß der zweiten Kondensatorelektroden bevorzugt in einer gemein samen Anschlussebene angeordnet sind.The acceleration sensor preferably has first cones provided on the sensor mass capacitor electrodes and these provided on the frame assembly second capacitor electrodes, for example first connection elements for electri rule connection of the first capacitor electrodes and / or second connection elements for the electrical connection of the second capacitor electrodes, preferably in one common same connection level are arranged.

Die Kontaktierung der ersten Anschlusselemente und/oder der zweiten Anschlusselemente kann von einer einzigen Seite erfolgen. Auch kann die elektrische Kontaktierung der kapa zitiven Erfassungseinrichtung von einer einzigen Seite erfolgen.The contacting of the first connection elements and / or the second connection elements can be done from a single side. The electrical contacting of the kapa citative detection device from a single side.

Bevorzugt sind an der Rahmenanordnung vorgesehene zweite Kondensatorelektroden zu sammen mit den ersten und zweiten Anschlusselementen in der gemeinsamen Anschluss ebene angeordnet sind.Second capacitor electrodes provided on the frame arrangement are preferred together with the first and second connection elements in the common connection level are arranged.

Durch jede dieser Maßnahmen ergibt sich eine besonders günstige Möglichkeit zur Kon taktierung, was die Herstellung vereinfacht und Kosten zusätzlich senkt.Each of these measures results in a particularly favorable option for con clocking, which simplifies production and further reduces costs.

Vorzugsweise hat der Beschleunigungssensor eine Kopplungsanordnung zur Kopplung von an der Sensormasse vorgesehenen ersten Kondensatorelektroden mit an der Rahmenan ordnung vorgesehenen ersten Anschlusselementen, wobei die Kopplungsanordnung bei spielsweise eine galvanische oder kapazitive Verbindung zur Überbrückung einer Höhen versetzung zwischen den ersten Kondensatorelektroden und einer gemeinsamen An schlussebene umfasst. Dadurch können z. B. sämtliche Anschlusselemente auf einer Ebene liegen.The acceleration sensor preferably has a coupling arrangement for coupling on the sensor mass provided first capacitor electrodes with on the frame order provided first connection elements, the coupling arrangement at for example a galvanic or capacitive connection to bridge a height offset between the first capacitor electrodes and a common An final level includes. This allows z. B. all connection elements on one level lie.

Bevorzugt enthält die Rahmenanordnung ein die Sensormasse seitlich umgebendes Mittel teil und ein z. B. höhenversetzt zu der Sensormasse an dem Mittelteil angeordnetes erstes Deckelteil, wobei insbesondere an dem ersten Deckelteil auf seiner der Sensormasse zuge wandten Seite zweite Kondensatorelektroden vorgesehen sind.The frame arrangement preferably contains a means that laterally surrounds the sensor mass part and a z. B. offset to the sensor mass arranged on the middle part first Cover part, in particular on the first cover part on the sensor mass facing side second capacitor electrodes are provided.

Beispielsweise bildet die der Sensormasse zugewandte Seite des ersten Deckelteils eine gemeinsame Anschlussebene zum elektrischen Anschluss der kapazitiven Erfassungsein richtung. For example, the side of the first cover part facing the sensor mass forms one common connection level for the electrical connection of the capacitive detection units direction.

Vorzugsweise sind die zweiten Kondensatorelektroden entweder durch eine Metallisierung auf der Sensormasse oder durch die auf einem elektrischen Potential befindliche Sensor masse selbst gebildet.The second capacitor electrodes are preferably either metallized on the sensor mass or by the sensor located at an electrical potential mass itself formed.

Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung hat der Beschleunigungssensor eine Rahmen anordnung, welche bezüglich dem Objekt ortsfest ist, eine träge Sensormasse, welche rela tiv zu der Rahmenanordnung des Beschleunigungssensors beweglich ist, eine Lagervor richtung, durch welche die Sensormasse bezüglich der Rahmenanordnung um eine Aus gangslage elastisch gelagert ist, und eine kapazitive Erfassungseinrichtung zur Erzeugung mindestens eines die Lage der Sensormasse relativ zu der Rahmenanordnung repräsentie renden kapazitiven Ausgangssignals, welche an der Sensormasse vorgesehene erste Kon densatorelektroden und an der Rahmenanordnung den ersten Kondensatorelektroden ge genüberliegend vorgesehene zweite Kondensatorelektroden umfasst, eine Kopplungsan ordnung zur Kopplung der an der Sensormasse vorgesehenen ersten Kondensatorelektro den mit an der Rahmenanordnung vorgesehenen ersten Anschlusselementen, und zweite Anschlusselementen, mit welchen die zweiten Kondensatorelektroden gekoppelt sind. Insbesondere ist es vorgesehen, dass die ersten Anschlusselemente und/oder die zweiten Anschlusselemente in einer gemeinsamen Anschlussebene angeordnet sind, welche bei spielsweise gegen die an der Sensormasse vorgesehenen ersten Kondensatorelektroden oder/und gegen die an der Rahmenanordnung vorgesehenen zweiten Kondensatorelektro den höhenversetzt ist, und dass die Kopplungsanordnung insbesondere Mittel zur Über brückung der Höhenversetzung zwischen den ersten Kondensatorelektroden oder/und den zweiten Kondensatorelektroden und der gemeinsamen Anschlussebene enthält.According to another aspect of the invention, the acceleration sensor has a frame arrangement, which is stationary with respect to the object, an inert sensor mass, which rela tiv to the frame arrangement of the acceleration sensor is movable, a bearing direction by which the sensor mass with respect to the frame arrangement by an off Gear position is elastically mounted, and a capacitive detection device for generation at least one represents the position of the sensor mass relative to the frame arrangement capacitive output signal, which is provided on the sensor mass first con capacitor electrodes and the first capacitor electrodes on the frame arrangement opposite provided second capacitor electrodes, a coupling arrangement for coupling the first capacitor electrode provided on the sensor mass the first connection elements provided on the frame arrangement, and second ones Connection elements with which the second capacitor electrodes are coupled. In particular, it is provided that the first connection elements and / or the second Connection elements are arranged in a common connection level, which at for example against the first capacitor electrodes provided on the sensor mass or / and against the second capacitor electrode provided on the frame arrangement which is offset in height, and that the coupling arrangement in particular means for over bridging the height offset between the first capacitor electrodes and / or contains second capacitor electrodes and the common connection level.

Dadurch wird beispielsweise erreicht, dass alle elektrischen Anschlüsse auf einer Ebene liegen.This ensures, for example, that all electrical connections are on one level lie.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Beschleunigungssen sors ist es vorgesehen, dass die an der Rahmenanordnung vorgesehenen zweiten Kondensatorelektroden zusammen mit den ersten und zweiten Anschlusselementen in der gemein samen Anschlussebene angeordnet sind, und dass die Kopplungsanordnung Mittel zur Ü berbrückung der Höhenversetzung zu der gemeinsamen Anschlussebene enthält. Diese Ausführungsform ist besonders vorteilhaft, da die Anordnung der ersten und zweiten An schlusselemente zusammen mit den zweiten Kondensatorelektroden in einer gemeinsamen Ebene die Herstellung besonders vereinfacht.According to a preferred embodiment of the acceleration sensor according to the invention It is provided that the second capacitor electrodes provided on the frame arrangement together with the first and second connection elements in the common samen Connection level are arranged, and that the coupling arrangement means for Ü bridging the height offset to the common connection level contains. This Embodiment is particularly advantageous because the arrangement of the first and second types closing elements together with the second capacitor electrodes in a common Production level is particularly simplified.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Kopplungsanord nung eine die Höhenversetzung zu der gemeinsamen Anschlussebene überbrückende gal vanische Verbindung bildet.According to a further aspect of the invention, it is provided that the coupling arrangement a gal bridging the height offset to the common connection level Vanic connection forms.

Gemäß einem noch anderen Aspekt der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Kopplungs anordnung eine die Höhenversetzung zu der gemeinsamen Anschlussebene überbrücken de kapazitive Verbindung bildet.According to yet another aspect of the invention, it is provided that the coupling arrangement to bridge the height offset to the common connection level de capacitive connection.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Rahmenanordnung eine die Sensormasse seitlich umgebendes Mittelteil und ein höhenversetzt zu der Sensormasse an dem Mittelteil angeordnetes erstes Deckelteil enthält, wobei die zweiten Kondensatorelektroden auf der der Sensormasse zugewandten Seite an dem ersten Deckelteil vorgesehen sind und die ersten Kondensatorelektroden den zweiten Kondensatorelektroden gegenüberliegend an der Sensormasse vorgesehen sind. Der Vor teil dieser Art der Anordnung liegt in einer einfachen Kontaktierung und in geringen Streu kapazitäten.According to a particularly preferred embodiment of the invention, it is provided that that the frame arrangement has a central part laterally surrounding the sensor mass and a contains the first cover part arranged at a height offset from the sensor mass on the middle part, the second capacitor electrodes on the side facing the sensor mass the first cover part are provided and the first capacitor electrodes the second Capacitor electrodes are provided opposite to the sensor mass. The before part of this type of arrangement lies in simple contacting and little scatter capacities.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der letztgenannten Ausführungsform sieht es vor, dass die gemeinsame Anschlussebene, in welcher die ersten Anschlusselemente und die zweiten Anschlusselemente angeordnet sind, durch die der Sensormasse zugewandten Seite des ersten Deckelteils gebildet ist, in welcher auch die zweiten Kondensatorelektroden vorge sehen sind. An advantageous development of the latter embodiment provides that the common connection level, in which the first connection elements and the second Connection elements are arranged through the side of the sensor mass facing The first cover part is formed, in which the second capacitor electrodes are also featured are seen.

Eine bevorzugte Ausführungsform hiervon sieht es vor, dass die ersten Anschlusselemente, die zweiten Anschlusselemente sowie die zweiten Kondensatorelektroden, die mit letzteren verbunden sind, aus einer einzigen auf der der Sensormasse zugewandten Seite des ersten Deckelteils ausgebildeten leitenden Schicht hergestellt sind.A preferred embodiment of this provides that the first connection elements, the second connection elements and the second capacitor electrodes, the latter are connected from a single one on the side facing the sensor mass of the first Cover part formed conductive layer are made.

Bei Ausführungsformen, bei denen die Kopplungsanordnung eine kapazitive Verbindung enthält, ist es vorteilhafterweise vorgesehen, dass auf der der Sensormasse zugewandten Seite des ersten Deckelteils eine zweite Kopplungselektrode ausgebildet ist, und dass an der Sensormasse eine der zweiten Kopplungselektrode gegenüberliegende erste Kopp lungselektrode vorgesehen ist, wobei die erste und die zweite Kopplungselektrode eine kapazitive Verbindung der Kopplungsanordnung zur Kopplung der an der Sensormasse vorgesehenen ersten Kondensatorelektroden mit einem an der Rahmenanordnung vorge sehenen ersten Anschlusselement bilden.In embodiments in which the coupling arrangement is a capacitive connection contains, it is advantageously provided that on the sensor mass facing Side of the first cover part, a second coupling electrode is formed, and that on the sensor mass has a first coupling opposite the second coupling electrode is provided electrode, wherein the first and the second coupling electrode one capacitive connection of the coupling arrangement for coupling the to the sensor mass provided first capacitor electrodes with a pre on the frame arrangement see first connecting element.

Diese Ausführungsform ist vorteilhafterweise so weitergebildet, dass die zweite Kopplungs elektrode zusammen mit dem ersten Anschlusselement in der gemeinsamen Anschlussebe ne vorgesehen sind, welche durch die der Sensormasse zugewandte Seite des ersten De ckelteils gebildet ist.This embodiment is advantageously developed so that the second coupling electrode together with the first connection element in the common connection ne are provided, which by the side facing the sensor mass of the first De part is formed.

Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die zweite Kopplungselektrode und das damit verbundene erste Anschlusselement zusammen mit dem zweiten Kondensatorelekt roden und den damit verbundenen zweiten Anschlusselementen aus einer einzigen auf der der Sensormasse zugewandten Seite des ersten Deckelteils ausgebildeten leitenden Schicht hergestellt sind.Furthermore, it is preferably provided that the second coupling electrode and the associated first connection element together with the second capacitor roden and the associated second connection elements from a single one on the the conductive layer formed on the side of the first cover part facing the sensor mass are manufactured.

Bei den Ausführungsbeispielen, bei den die Rahmenanordnung ein die Sensormasse seitlich umgebendes Mittelteil und ein höhenversetzt dazu an dem Mittelteil angeordnetes erstes Deckelteil enthält, ist es vorzugsweise vorgesehen, dass ein höhenversetzt zu der Sensor masse an dem Mittelteil dem ersten Deckelteil gegenüberliegend angeordnetes zweites Deckelteil enthält, welches zusammen mit dem Mittelteil und dem ersten Deckelteil ein die Sensormasse zusammen mit den ersten Kondensatorelektroden und den zweiten Konden satorelektroden hermetisch einschließendes Gehäuse bildet. Das den Beschleunigungssen sor hermetisch einschließende Gehäuse bietet zum einen einen zuverlässigen Schutz gegen Umgebungseinflüsse und ermöglicht es zum anderen, im Inneren desselben einen geringe ren Gasdruck zur Senkung der Dämpfung einzustellen.In the exemplary embodiments in which the frame arrangement has a sensor mass on the side surrounding middle part and a first offset to the height arranged on the middle part Contains cover part, it is preferably provided that a height offset to the sensor mass on the middle part of the second cover part arranged opposite Contains cover part, which together with the middle part and the first cover part Sensor mass together with the first capacitor electrodes and the second condensers forms hermetically enclosing housing electrodes. That is the acceleration The hermetically enclosing housing offers reliable protection against Environmental influences and, on the other hand, it allows a slight inside Adjust the gas pressure to reduce the damping.

Gemäß einer Art der Ausführung des erfindungsgemäßen Beschleunigungssensors ist es vorgesehen, dass die Lagervorrichtung durch Torsionselemente gebildet ist, an welchen die Sensormasse bezüglich der Rahmenanordnung um die besagte Ausgangslage drehelastisch gelagert ist.According to one type of embodiment of the acceleration sensor according to the invention, it is provided that the bearing device is formed by torsion elements on which the Sensor mass with respect to the frame arrangement around said starting position is torsionally elastic is stored.

Eine bevorzugte Ausführungsform hiervon sieht es vor, dass zwei auf einer gemeinsamen Drehachse befindliche, an einander gegenüberliegenden Seiten der Sensormasse angrei fende, die Lagervorrichtung bildende Torsionselemente vorgesehen sind, wobei die Sen sormasse nur bezüglich einer einzigen Richtung relativ zu der Rahmenanordnung beweglich ist.A preferred embodiment of this provides that two on a common Grip the axis of rotation on opposite sides of the sensor mass fende, the torsion elements forming the bearing device are provided, the Sen Sormasse only movable in a single direction relative to the frame assembly is.

Eine bevorzugte Ausführungsform es erfindungsgemäßen Beschleunigungssensors sieht es vor, dass die Torsionselemente an der Sensormasse einerseits und an dem Mittelteil der Rahmenanordnung andererseits festgelegt sind.A preferred embodiment it sees acceleration sensor according to the invention it that the torsion elements on the sensor mass on the one hand and on the middle part of the Frame arrangement on the other hand are set.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Kopplungsanordnung durch eine galvanische Verbindung gebildet ist, welche die Torsionselemente enthält.According to one aspect of the invention, the coupling arrangement is provided by a galvanic connection is formed, which contains the torsion elements.

Gemäß einer anderen Art der Ausführung des erfindungsgemäßen Beschleunigungssensors ist es vorgesehen, dass die Lagervorrichtung durch ein oder mehrere Biegeelemente gebil det ist, an welchen die Sensormasse bezüglich der Rahmenanordnung um die besagte Aus gangslage biegeelastisch gelagert ist. According to another type of design of the acceleration sensor according to the invention it is provided that the bearing device is formed by one or more bending elements Det is at which the sensor mass with respect to the frame arrangement around said Aus current position is flexibly mounted.

Eine bevorzugte Ausführungsform hiervon sieht es vor, dass zwei in einer gemeinsamen Ebene befindliche, voneinander beabstandet an der Sensormasse festgelegte Biegeele mente vorgesehen sind, wobei die Sensormasse nur bezüglich einer einzigen Richtung rela tiv zu der Rahmenanordnung beweglich ist.A preferred embodiment of this provides that two in a common Level bending elements located at a distance from one another on the sensor mass elements are provided, the sensor mass rela only with respect to a single direction tiv is movable to the frame assembly.

Gemäß einer Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Biegeelemente an der Sensor masse einerseits und an dem ersten Deckelteil der Rahmenanordnung andererseits festge legt sind.According to one embodiment, it is provided that the bending elements on the sensor mass on the one hand and on the first cover part of the frame arrangement on the other hand festge sets are.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Kopplungsanordnung durch eine galvanische Verbindung gebildet ist, welche die Biegeelemente enthält.According to one aspect of the invention, the coupling arrangement is provided by a galvanic connection is formed, which contains the bending elements.

Eine weitere Art der Ausführung des erfindungsgemäßen Beschleunigungssensors sieht es vor, dass ein einziges Biegeelement vorgesehen ist, welches zentral an der Sensormasse festgelegt ist, wobei die Sensormasse bezüglich zweier verschiedener Richtungen relativ zu der Rahmenanordnung beweglich ist, und dass die Erfassungseinrichtung zur Erzeugung zweier die Lage der Sensormasse relativ zu der Rahmenanordnung repräsentierender kapa zitiver Ausgangssignale vorgesehen ist. Der Vorteil dieser Art der Ausführung ist es, dass mit einer einzigen Sensormasse Beschleunigungen in zwei verschiedenen Richtungen, bei spielsweise den beiden Richtungen der Horizontalebene erfasst werden können.It sees another type of design of the acceleration sensor according to the invention before that a single bending element is provided, which is central to the sensor mass is fixed, with the sensor mass being relative to two different directions the frame arrangement is movable, and that the detection device for generation two kapa representing the position of the sensor mass relative to the frame arrangement citing output signals is provided. The advantage of this type of execution is that accelerations in two different directions with a single sensor mass for example, the two directions of the horizontal plane can be detected.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform hiervon ist es vorgesehen, dass die Erfas sungseinrichtung vier erste Kondensatorelektroden, welche paarweise einander gegenü berliegend auf entgegengesetzten Seiten des Biegeelements an der Sensormasse vorgese hen sind, und vier zwei Kondensatorelektroden, welche paarweise einander gegenüberlie gend auf entgegengesetzten Zeiten des Biegeelements gegenüber den ersten Kondensa torelektroden an dem ersten Deckelteil der Rahmenanordnung vorgesehen sind, umfasst.According to a preferred embodiment of this, it is provided that the detection solution device four first capacitor electrodes, which oppose each other in pairs Overlying on opposite sides of the bending element on the sensor mass hen, and four two capacitor electrodes, which lie opposite each other in pairs opposite times of the bending element compared to the first condensates Gate electrodes are provided on the first cover part of the frame arrangement.

Wenn bei den letztgenannten Ausführungsformen durch die Kopplungsanordnung eine kapazitive Verbindung gebildet werden soll, ist es insbesondere vorteilhaft vorzusehen, dass die Kopplungsanordnung eine das Biegeelement umgebende erste Kopplungselektro de, welche an der Sensormasse vorgesehen ist, und ein das Biegeelement umgebende, der ersten Kopplungselektrode gegenüberliegende zweite Kopplungselektrode.If in the latter embodiments by the coupling arrangement capacitive connection is to be formed, it is particularly advantageous to provide that the coupling arrangement comprises a first coupling electrode surrounding the bending element de, which is provided on the sensor mass, and a surrounding the bending element, the second coupling electrode opposite the first coupling electrode.

Bei den Ausführungsformen, bei denen die Kopplungsanordnung eine galvanische Verbin dung bildet, ist es vorteilhaft vorzusehen, dass die Kopplungsanordnung durch eine galva nische Verbindung gebildet ist, welche das Biegeelement umfasst.In the embodiments in which the coupling arrangement is a galvanic connection dung, it is advantageous to provide that the coupling arrangement by a galva African connection is formed, which comprises the bending element.

Gemäß einer weiteren Art der Ausführung des erfindungsgemäßen Beschleunigungssen sors ist es vorgesehen, dass zur Erfassung der Beschleunigung eines Objekts in mehreren Richtungen mehrere mit jeweils einer kapazitiven Erfassungseinrichtung versehene Sensor massen vorgesehen sind, die unabhängig voneinander jeweils mittels einer Lagervorrich tung in einer Rahmenanordnung gelagert und jeweils mit einer kapazitiven Erfassungsein richtung zur Erzeugung eines die Lage der jeweiligen Sensormasse relativ zu der Rahmen anordnung repräsentierenden Ausgangssignals versehen sind.According to a further type of execution of the acceleration sensor according to the invention It is provided that for the detection of the acceleration of an object in several Directions several sensors each provided with a capacitive detection device masses are provided, each independently by means of a storage device device stored in a frame arrangement and each with a capacitive detection unit direction for generating a the position of the respective sensor mass relative to the frame arrangement representative output signal are provided.

Hierbei ist es vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Sensormassen in einer gemeinsamen Ebene in der Rahmenanordnung gelagert sind und dass die ersten und zweiten Anschluss elemente aller Sensormassen in einer gemeinsamen Anschlussebene vorgesehen sind.It is advantageously provided here that the sensor masses are in a common Level are stored in the frame arrangement and that the first and second connection elements of all sensor masses are provided in a common connection level.

Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Beschleunigungssensors ist es vor gesehen, dass eine Sensormasse zur Erfassung der Beschleunigung des Objekts in einer horizontalen Richtung vorgesehen ist, welche eine in der Höhe nach oben gegenüber dem Massenschwerpunkt versetzte Lagervorrichtung aufweist, wobei die Sensormasse bei Be schleunigung des Objekts eine Drehbewegung um eine durch die Lagervorrichtung defi nierte Drehachse ausführt.According to one embodiment of the acceleration sensor according to the invention, it is before seen that a sensor mass to detect the acceleration of the object in a horizontal direction is provided, which one in height upwards compared to the Center of gravity has offset bearing device, the sensor mass at Be acceleration of the object a rotary movement by a defi by the storage device executed axis of rotation.

Gemäß einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Beschleunigungssensors ist es vorgesehen, dass eine Sensormasse durch Erfassung der Beschleunigung des Objekts in einer vertikalen Richtung vorgesehen ist, welche eine seitlich zum Massenschwerpunkt versetzte Lagervorrichtung aufweist, wobei die Sensormasse bei Beschleunigung des Ob jekts eine Drehbewegung um eine durch die Lagervorrichtung definierte Drehachse aus führt.According to another embodiment of the acceleration sensor according to the invention it is provided that a sensor mass by detecting the acceleration of the object is provided in a vertical direction, which is laterally to the center of gravity has offset bearing device, the sensor mass when accelerating the Ob a rotational movement about a rotational axis defined by the bearing device leads.

Hierbei ist es insbesondere vorteilhaft vorzusehen, dass die ersten Kondensatorelektroden paarweise jeweils auf entgegengesetzten Seiten der durch die Lagervorrichtung definierten Drehachse auf der Sensormasse vorgesehen sind, und dass die zweiten Kondensatorelekt roden ebenfalls paarweise jeweils den ersten Kondensatorelektroden gegenüberliegend an der Rahmenanordnung vorgesehen sind, und dass zur Erzeugung des kapazitiven Aus gangssignals der Erfassungseinrichtung die Differenzkapazität der paarweisen Kondensa torelektroden verwendet wird. Die Erfassung der Differenzkapazität zur Erzeugung des Ausgangssignals ist insbesondere von Vorteil, um Störeinflüsse zu vermindern.It is particularly advantageous here to provide that the first capacitor electrodes in pairs each on opposite sides of the one defined by the bearing device Axis of rotation are provided on the sensor mass, and that the second capacitor select also anode in pairs opposite the first capacitor electrodes the frame arrangement are provided, and that for generating the capacitive output signal of the detection device, the differential capacitance of the paired condensers gate electrodes is used. The detection of the differential capacity to generate the Output signal is particularly advantageous to reduce interference.

Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die auf der Sensormasse vorgesehenen ersten Kon densatorelektroden durch ein leitfähiges Material gebildet sind, aus welchem die Sensor masse hergestellt ist.It is preferably provided that the first cones provided on the sensor mass capacitor electrodes are formed by a conductive material from which the sensor mass is made.

Bei den Ausführungsformen, bei denen die Rahmenanordnung ein die Sensormasse seitlich umgebendes Mittelteil und ein daran angeordnetes erstes Deckelteil enthält, ist es vorteil haft, wenn das erste Deckelteil der Rahmenanordnung aus einem alkalimetallhaltigen Glas hergestellt ist.In the embodiments in which the frame arrangement is on the side of the sensor mass Containing surrounding central part and a first cover part arranged thereon, it is advantageous liable if the first cover part of the frame assembly made of an alkali metal-containing glass is made.

Ebenso ist es vorteilhaft vorzusehen, dass das zweite Deckelteil der Rahmenanordnung aus einem alkalimetallhaltigen Glas hergestellt ist.It is also advantageous to provide that the second cover part of the frame arrangement an alkali metal-containing glass.

Schließlich ist ein Verfahren zur Herstellung eines Beschleunigungssensors nach einer der vorgenannten Ausführungsformen vorgesehen, wobei jede der Sensormassen zunächst mit einer eigenen als Einzelsensor angefertigt wird und dass die Einzelsensoren dann zu einem Gesamtsensor zusammengefügt werden. Finally, a method for producing an acceleration sensor according to one of the aforementioned embodiments provided, each of the sensor masses with one is made as an individual sensor and that the individual sensors then become one Overall sensor can be put together.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:Exemplary embodiments of the invention are explained below with reference to the drawing. Show it:

Fig. 1a eine perspektivische, teilweise geschnittene Ansicht eines mikromechanischen kapazitiven Beschleunigungssensors zur Erfassung der Beschleunigung eines Objekts in einer Richtung (x) gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Er findung; FIG. 1a is a perspective, partially sectional view of a micro-mechanical capacitive acceleration sensor for detecting acceleration of an object in a direction (x) according to a first exemplary embodiment of the invention;

Fig. 1b ein elektrisches Ersatzschaltbild des kapazitiven Beschleunigungssensors gemäß Fig. 1a; FIG. 1b is an electrical equivalent circuit diagram of the capacitive acceleration sensor shown in FIG. 1a;

Fig. 2 eine Querschnittsansicht eines mikromechanischen kapazitiven Beschleuni gungssensors gemäß dem in Fig. 1a gezeigten ersten Ausführungsbeispiel; FIG. 2 shows a cross-sectional view of a micromechanical capacitive acceleration sensor according to the first exemplary embodiment shown in FIG. 1a;

Fig. 3 die perspektivischen Ansichten von drei Sensormassen eines mikromechani schen kapazitiven Beschleunigungssensors zur Erfassung der Beschleunigung eines Objekts in drei Richtungen (x, y, z) in Erweiterung des in Fig. 1 darge stellten ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung; Figure 3 shows the perspective views of three sensor masses of a micromechanical rule capacitive acceleration sensor for detecting acceleration of an object in three directions (x, y, z) in extension of the set in Figure 1 Darge first embodiment of the invention..;

Fig. 4a eine perspektivische, teilweise geschnittene Ansicht eines mikromechanischen kapazitiven Beschleunigungssensors zur Erfassung der Beschleunigung eines Objekts in einer Richtung (x) gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Er findung; FIG. 4a is a perspective, partially sectional view of a micro-mechanical capacitive acceleration sensor for detecting acceleration of an object in a direction (x) according to a second exemplary embodiment of the invention;

Fig. 4b ein elektrisches Ersatzschaltbild des kapazitiven Beschleunigungssensors von Fig. 4 gemäß einer Variante mit kapazitiver Kopplung; 4b shows an electrical equivalent circuit diagram of the capacitive acceleration sensor of Figure 4 according to a variant with capacitive coupling..;

Fig. 4c ein elektrisches Ersatzschaltbild des kapazitiven Beschleunigungssensors von Fig. 4a gemäß einer Variante mit galvanischer Kopplung; Fig. 4c shows an electrical equivalent circuit diagram of the capacitive acceleration sensor of Figure 4 according to a variant with galvanic coupling.

Fig. 5 eine Querschnittsansicht des mikromechanischen kapazitiven Beschleunigungs sensors gemäß dem Ausführungsbeispiel von Fig. 4a; FIG. 5 shows a cross-sectional view of the micromechanical capacitive acceleration sensor according to the exemplary embodiment from FIG. 4a;

Fig. 6 eine Querschnittsansicht eines mikromechanischen kapazitiven Beschleuni gungssensors gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung; Fig. 6 is a cross-sectional view of a micromechanical capacitive Accelerati supply sensor according to a third embodiment of the invention;

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht einer Sensormasse eines mikromechanischen ka pazitiven Beschleunigungssensors zur Erfassung der Beschleunigung eines Ob jekts in zwei Richtungen (x, y), gemäß einem vierten und einem fünften Ausfüh rungsbeispiel der Erfindung; Fig. 7 is a perspective view of a sensor mass of a micromechanical ka pazitiven acceleration sensor for detecting acceleration of a Whether jekts in two directions (x, y), according to a fourth and a fifth embodiment of the invention, approximately, for example;

Fig. 8a u. b jeweils Draufsichten aus Anordnungen von Kondensator- und Anschlussele menten eines mikromechanischen kapazitiven Beschleunigungssensors zur Er fassung der Beschleunigung eines Objekts in zwei Richtungen (x, y) gemäß dem vierten und fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung. Fig. 8a u. b plan views of arrangements of capacitor and connecting elements of a micromechanical capacitive acceleration sensor for detecting the acceleration of an object in two directions (x, y) according to the fourth and fifth exemplary embodiments of the invention.

In Fig. 1a und 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines mikromechanischen kapazitiven Beschleunigungssensors zur Erfassung der Beschleunigung eines Objekts in einer Richtung, nämlich der Richtung x, insgesamt mit dem Bezugszeichen 100 bezeichnet. Der Beschleu nigungssensor 100 umfasst eine Rahmenanordnung 110, welche aus einem Mittelteil 111, einem ersten Deckelteil 112 und einem zweiten Deckelteil 113 besteht, wobei letzteres nur in Fig. 2 gezeigt ist. Die Rahmenanordnung 110 ist bezüglich dem Objekt, dessen Beschleu nigung erfasst werden soll, ortsfest angeordnet. Der Beschleunigungssensor 100 enthält eine träge Sensormasse 101, welche relativ zu der Rahmenanordnung 110 des Beschleuni gungssensors 100 beweglich ist und die mittels einer Lagervorrichtung 105 bezüglich der Rahmenanordnung 110 um eine Ausgangslage elastisch gelagert ist. Die träge Sensormasse 101 hat einen Schwerpunkt, der gegenüber der Drehachse der Sensormasse 101 in einer senkrecht zur Waferebene gerichteten Richtung versetzt angeordnet ist. In FIGS. 1a and 2, a first exemplary embodiment of a micromechanical capacitive acceleration sensor for detecting the acceleration of an object in one direction, namely the direction x, is designated overall by reference number 100 . The acceleration sensor 100 comprises a frame arrangement 110 , which consists of a central part 111 , a first cover part 112 and a second cover part 113 , the latter being shown only in FIG. 2. The frame arrangement 110 is arranged stationary with respect to the object, the acceleration of which is to be recorded. The acceleration sensor 100 contains an inert sensor mass 101 , which is movable relative to the frame arrangement 110 of the acceleration sensor 100 and which is elastically supported by means of a bearing device 105 with respect to the frame arrangement 110 about an initial position. The inert sensor mass 101 has a center of gravity which is arranged offset with respect to the axis of rotation of the sensor mass 101 in a direction perpendicular to the wafer plane.

D. h., der Schwerpunkt der Sensormasse 101 ist in bezug auf die Drehachse ausgelagert, wobei die Drehachse in der Nähe der Oberfläche des Wafers bzw. der Sensormasse 101 liegt und der Schwerpunkt bei horizontal ausgerichteter Waferoberfläche unterhalb der Drehachse liegt. Somit kann eine parallel zur Waferoberfläche gerichtete Beschleunigung F gemessen werden, die eine Auslenkung der trägen Sensormasse 101 um die Drehachse bewirkt.That is, the center of gravity of the sensor mass 101 is relocated with respect to the axis of rotation, the axis of rotation being near the surface of the wafer or the sensor mass 101 and the center of gravity being below the axis of rotation when the wafer surface is horizontally aligned. Thus, an acceleration F directed parallel to the wafer surface can be measured, which causes the inertial sensor mass 101 to deflect about the axis of rotation.

Das Mittelteil 111 der Rahmenanordnung 110 umgibt die Sensormasse 101 seitlich und das erste Deckelteil 112 ist höhenversetzt zu der Sensormasse 101 an dem Mittelteil 111 ange ordnet.The middle part 111 of the frame arrangement 110 surrounds the sensor mass 101 laterally and the first cover part 112 is offset in height from the sensor mass 101 on the middle part 111 .

Die Lagervorrichtung 105 ist bei dem in den Fig. 1a und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel durch Torsionselemente gebildet, an welchen die Sensormasse 101 bezüglich der Rahmen anordnung 110, d. h. bezüglich dessen Mittelteil 111 um die besagte Ausgangslage dreh elastisch gelagert ist. Die die Lagervorrichtung 105 bildenden Torsionselemente sind auf einer gemeinsamen Drehachse befindlich an einander gegenüberliegenden Seiten der Sen sormasse 110 vorgesehen und die Sensormasse 101 ist damit nur bezüglich einer einzigen Richtung, nämlich der in Fig. 1a mit x bezeichneten Koordinatenrichtung relativ zu der Rahmenanordnung 110 beweglich. Die Sensormasse 101 bewegt sich beim Auftreten einer Beschleunigungskraft Fx in Richtung der x-Achse um diese Drehachse, wobei die Auslen kung am Rand der Sensormasse 101 nach oben und unten gerichtet ist. Die Torsionsele mente 105 sind einerseits an dem Mittelteil 111 der Rahmenanordnung 110 und anderer seits an der Sensormasse 101 drehstabil festgelegt.The bearing device 105 is formed in the embodiment shown in FIGS. 1a and 2 by torsion elements, on which the sensor mass 101 with respect to the frame arrangement 110 , ie with respect to its central part 111 is rotatably mounted about said starting position. The storage device 105 forming the torsion elements are sormasse located on a common axis of rotation on opposite sides of the Sen provided 110 and the sensing mass 101 is thus only with respect to a single direction, namely the mobile in Fig. 1a designated by x coordinate direction relative to the frame assembly 110. When an acceleration force Fx occurs, the sensor mass 101 moves in the direction of the x-axis about this axis of rotation, the deflection at the edge of the sensor mass 101 being directed upwards and downwards. The Torsionsele elements 105 are on the one hand on the central part 111 of the frame assembly 110 and on the other hand fixed to the sensor mass 101 .

Weiterhin umfasst der Beschleunigungssensor 100 eine kapazitive Erfassungseinrichtung 120 zur Erzeugung eines kapazitiven Ausgangssignals, welches die Lage der Sensormasse 101 relativ zu der Rahmenanordnung 110 repräsentiert und welche an der Sensormasse 101 vorgesehene erste Kondensatorelektroden 121, 122 und an der Rahmenanordnung 110 den ersten Kondensatorelektroden 121, 122 gegenüberliegend vorgesehene zweite Konden satorelektroden 125, 126 umfasst. Die an der Sensormasse 101 vorgesehenen ersten Kondensatorelektroden 121, 122 sind über eine Kopplungsanordnung, die durch eine die Tor sionselemente 105 umfassende galvanische Verbindung gebildet ist und die über eine Me tallisierung 141 an dem Mittelteil 111 der Rahmenanordnung 110 verläuft, mit einem an der Rahmenanordnung 110, nämlich an deren ersten Deckelteil 112 vorgesehenen ersten An schlusselement 142 verbunden. Zweite Anschlusselemente 145, 146, die ebenfalls an dem ersten Deckelteil 112 der Rahmenanordnung 110 vorgesehen sind, sind mit den zweiten Kondensatorelektroden gekoppelt.Further, the acceleration sensor 100 comprises a capacitive detector 120 for producing a capacitive output signal representing the position of the sensing mass 101 relative to the frame assembly 110, and which first capacitor electrode provided on the sensing mass 101 121, 122 and to the frame assembly 110 to the first capacitor electrode 121, 122 Opposite provided second capacitor electrodes 125 , 126 comprises. The first capacitor electrodes 121 , 122 provided on the sensor mass 101 are connected to the frame arrangement 110 via a coupling arrangement which is formed by a galvanic connection comprising the torsion elements 105 and which runs via a metalization 141 on the central part 111 of the frame arrangement 110 , namely connected to the first cover part 112 provided at the first connection element 142 . Second connection elements 145 , 146 , which are also provided on the first cover part 112 of the frame arrangement 110 , are coupled to the second capacitor electrodes.

Die auf der Sensormasse 101 vorgesehenen ersten Kondensatorelektroden 121, 122 sind durch ein leitfähiges Material gebildet, aus welchem die Sensormasse 101 hergestellt ist. Auf diese Weise ergibt sich für die ersten und zweiten Kondensatorelektroden 121, 122 und 125, 126 ein elektrisches Ersatzschaltbild, wie es in Fig. 1b) gezeigt ist. Zwei Kapazitäten E1 und E3 sind zwischen zwei Bezugsspannungen +Vref (Anschlusselement 145) und -Vref (Anschlusselement 146) in Reihe geschaltet und in ihrer Mitte mit einer Klemme K1 verbun den (Anschlusselement 142), an welcher das Ausgangssignal Vout abgenommen werden kann.The first capacitor electrodes 121 , 122 provided on the sensor mass 101 are formed by a conductive material from which the sensor mass 101 is made. This results in an electrical equivalent circuit diagram for the first and second capacitor electrodes 121 , 122 and 125 , 126 , as shown in FIG. 1b). Two capacitors E1 and E3 are connected in series between two reference voltages + Vref (connection element 145 ) and -Vref (connection element 146 ) and connected in the middle to a terminal K1 (connection element 142 ), from which the output signal Vout can be taken.

Das erste Anschlusselement 142 und die zweiten Anschlusselemente 145, 146 sind in einer gemeinsamen Anschlussebene 150 angeordnet, welche bei dem hier besprochenen ersten Ausführungsbeispiel gegen die an der Sensormasse 101 vorgesehenen ersten Kondensa torelektroden 121, 122 versetzt ist, wobei diese Höhenversetzung mittels der durch die Tor sionselemente 105, die Metallisierung 141 und das erste Anschlusselement 142 gebildete Kopplungsanordnung überbrückt wird. In der besagten gemeinsamen Anschlussebene 150 sind zusammen mit den ersten und zweiten Anschlusselementen 142 und 145, 146 auch die zweiten Kondensatorelektroden 125, 126 angeordnet, wobei die Anschlussebene 150 durch die eine Seite des ersten Deckelteils 112 gebildet ist. Das erste Anschlusselement 142, die zweiten Anschlusselemente 145, 146 sowie die zweiten Kondensatorelektroden 125, 126, die mit den letzteren verbunden sind, sind aus einer einzigen auf der der Sensor masse 101 zugewandten Seite des ersten Deckelteils 112 ausgebildeten leitenden Schicht hergestellt. The first connection element 142 and the second connection elements 145 , 146 are arranged in a common connection level 150 which, in the first exemplary embodiment discussed here, is offset against the first capacitor electrodes 121 , 122 provided on the sensor mass 101 , this height offset being achieved by means of the gate tion elements 105 , the metallization 141 and the first connection element 142 formed coupling arrangement is bridged. The second capacitor electrodes 125 , 126 are also arranged in said common connection plane 150 together with the first and second connection elements 142 and 145 , 146 , the connection plane 150 being formed by one side of the first cover part 112 . The first connection element 142 , the second connection elements 145 , 146 and the second capacitor electrodes 125 , 126 , which are connected to the latter, are produced from a single conductive layer formed on the side of the first cover part 112 facing the sensor mass 101 .

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, bildet das Mittelteil 111 zusammen mit dem ersten Deckelteil 112 und dem zweiten Deckelteil 113 ein hermetisch einschließendes Gehäuse, innerhalb dessen die Sensormasse 101 zusammen mit den ersten Kondensatorelektroden 121, 122 und den zweiten Kondensatorelektroden 125, 126 angeordnet ist. Das erste Deckelteil 112 und das zweite Deckelteil 113 der Rahmenanordnung 110 sind aus einem alkalimetallhalti gen Glas hergestellt.As can be seen from FIG. 2, the middle part 111 forms, together with the first cover part 112 and the second cover part 113, a hermetically enclosing housing, within which the sensor mass 101 is arranged together with the first capacitor electrodes 121 , 122 and the second capacitor electrodes 125 , 126 , The first cover part 112 and the second cover part 113 of the frame arrangement 110 are made of an alkali metal-containing glass.

Fig. 3 zeigt die Sensormassen 101, 102, 103, die zur Erfassung der Beschleunigung eines Objekts in mehreren Richtungen, nämlich den Richtungen x, y, z des in Fig. 3 dargestellten Koordinatensystems vorgesehen sind. Die Sensormasse 101 (Teilfigur A) entspricht der Sensormasse 101 des in den Fig. 1a) und 2 dargestellten Beschleunigungssensors. Sie ist mittels Torsionselementen 105 torsionselastisch gelagert und dabei um eine Ausgangslage beweglich. Die Torsionselemente 105 definieren eine Drehachse, welche gegen den Mas senschwerpunkt Mx der Sensormasse 101 in der Höhe nach oben versetzt ist, so dass eine in x-Richtung wirkende Beschleunigungskraft Fx eine Auslenkung Sx bewirkt. Die Sensor masse 102 (Teilfigur B) entspricht in ihrer Konfiguration im wesentlichen der Sensormasse 101, verfügt ebenfalls über Torsionselemente 106, welche eine Lagervorrichtung bilden, mittels derer die Sensormasse 102 drehelastisch gelagert ist, jedoch ist die durch die Torsi onselemente 106 definierte Drehachse in der horizontalen Ebene um 90° gegenüber der Drehachse der Sensormasse 101 verdreht. Die durch die Torsionselemente 106 gebildete Drehachse ist wiederum gegen den Massenschwerpunkt My der Sensormasse 102 in der Höhe nach oben versetzt, so dass eine in y-Richtung wirkende Beschleunigungskraft Fy eine Auslenkung Sy der Sensormasse um ihre Ausgangslage hervorruft. Die Sensormassen 101 und 102 sind entsprechend der Sensormasse 101 der Fig. 1a) und 2 mit ersten Kondensa torelektroden 121 und 122 einer (in Fig. 3 nicht eigens dargestellten) kapazitiven Erfas sungseinrichtung versehen, welche ein die Lage der Sensormasse 101 bzw. 102 relativ zu einer (in Fig. 3 ebenfalls nicht eigens dargestellten Rahmenanordnung) repräsentierendes kapazitives Ausgangssignal erzeugt. FIG. 3 shows the sensor masses 101 , 102 , 103 , which are provided for detecting the acceleration of an object in several directions, namely the directions x, y, z of the coordinate system shown in FIG. 3. The sensor mass 101 (partial figure A) corresponds to the sensor mass 101 of the acceleration sensor shown in FIGS . 1a) and 2. It is mounted in a torsionally elastic manner by means of torsion elements 105 and is thereby movable about an initial position. The torsion elements 105 define an axis of rotation which is offset upwards in height against the mass center of gravity Mx of the sensor mass 101 , so that an acceleration force Fx acting in the x direction causes a deflection Sx. The sensing mass 102 (figure part B) corresponds in its configuration substantially the sensing mass 101 also has torsion bars 106, which form a bearing device by means of which the sensor mass 102 is mounted in a torsionally flexible, but the onselemente by the torsos 106 axis of rotation defined in the horizontal plane rotated by 90 ° with respect to the axis of rotation of sensor mass 101 . The axis of rotation formed by the torsion elements 106 is in turn offset in height from the center of mass My of the sensor mass 102 , so that an acceleration force Fy acting in the y direction causes a deflection Sy of the sensor mass around its initial position. The sensor masses 101 and 102 are corresponding to the sensor mass 101 of FIG. 1 a) and 2 with first capacitor electrodes 121 and 122 of a (not shown in FIG. 3) capacitive detection device which provides a relative position of the sensor mass 101 and 102, respectively to a capacitive output signal (likewise not specifically shown in FIG. 3).

Eine dritte Sensormasse 103 (Teilfigur C der Fig. 3) ist mittels eine Lagervorrichtung bilden den Torsionselementen 107 um eine Drehachse drehbar gelagert. Der Massenschwerpunkt Mz ist seitlich versetzt zu der durch die Torsionselemente 107 gebildete Drehachse. Eine durch eine Beschleunigung in der vertikalen z-Richtung bewirkte vertikale Beschleunigung Fz bewirkt eine Auslenkung Sz des Endes der Sensormasse 103, wie in Teilfigur C gezeigt ist.A third sensor mass 103 (partial figure C of FIG. 3) is supported by means of a bearing device forming the torsion elements 107 so as to be rotatable about an axis of rotation. The center of mass Mz is laterally offset from the axis of rotation formed by the torsion elements 107 . A vertical acceleration Fz caused by an acceleration in the vertical z direction causes a deflection Sz of the end of the sensor mass 103 , as shown in sub-figure C.

Jede der Sensormassen 101, 102, 103 ist mit einer kapazitiven Erfassungseinrichtung zur Erzeugung eines ihre jeweilige Lage relativ zu einer (nicht dargestellten) Rahmenanordnung repräsentierenden Ausgangssignals versehen. Diese kapazitive Erfassungseinrichtung be steht jeweils aus (in Fig. 3 nicht dargestellten) ersten Kondensatorelektroden, die paarweise jeweils auf entgegengesetzten Seiten der durch die Torsionselemente 105, 106 bzw. 107 definierten Drehachsen Ax, Ay, Az vorgesehen. Diesen ersten Kondensatorelektroden ge genüberliegend sind zweite Kondensatorelektroden der kapazitiven Erfassungseinrichtung an der (nicht dargestellten) Rahmenanordnung des Beschleunigungssensors vorgesehen. Für die in den Teilfiguren A und B dargestellten Sensormassen 101 und 102 bedeutet dies eine Anordnung ähnlich der, wie sie in Fig. 1a) und 2 dargestellt ist, bei der in der Teilfigur C der Fig. 3 dargestellten Sensormasse 103 ist die eine erste Kondensatorelektrode links von der durch die Torsionselemente 107 definierten Drehachse auf dem kurzen Stück der Sen sormasse 103 angeordnet, die andere Kondensatorelektrode rechts von der durch die Tor sionselemente 107 definierten Drehachse symmetrisch zu der ersteren. Zur Erzeugung des kapazitiven Ausgangssignals der kapazitiven Erfassungseinrichtungen wird wiederum die Differenzkapazität der paarweisen Kondensatorelektroden verwendet, ähnlich wie bei dem anhand der Fig. 1 und 2 erläuterten Ausführungsbeispiel. Die auf der Sensormasse 101, 102 bzw. 103 vorgesehenen ersten Kondensatorelektroden sind bei dem beschriebenen Aus führungsbeispiel durch ein leitfähiges Material gebildet, aus welchem die Sensormasse 101, 102, 103 hergestellt ist.Each of the sensor masses 101 , 102 , 103 is provided with a capacitive detection device for generating an output signal representing its respective position relative to a frame arrangement (not shown). This capacitive detection device consists of first (not shown in Fig. 3) first capacitor electrodes, which are provided in pairs on opposite sides of the axes of rotation defined by the torsion elements 105 , 106 and 107 Ax, Ay, Az. Opposite these first capacitor electrodes, second capacitor electrodes of the capacitive detection device are provided on the (not shown) frame arrangement of the acceleration sensor. For the sensor masses 101 and 102 shown in the sub-figures A and B, this means an arrangement similar to that as shown in FIGS. 1a) and 2, in the sensor mass 103 shown in the sub-figure C of FIG. 3, this is a first capacitor electrode arranged to the left of the axis of rotation defined by the torsion elements 107 on the short piece of sensor mass 103 , the other capacitor electrode to the right of the axis of rotation defined by the torsion elements 107 symmetrical to the former. To generate the capacitive output signal of the capacitive detection devices, the differential capacitance of the paired capacitor electrodes is again used, similar to the embodiment explained with reference to FIGS. 1 and 2. The first capacitor electrodes provided on the sensor mass 101 , 102 and 103 are formed in the exemplary embodiment described from a conductive material from which the sensor mass 101 , 102 , 103 is made.

Jede der in Fig. 3 dargestellten Sensormassen 101, 102, 103 wird vorzugsweise zunächst mit einer eigenen Rahmenanordnung als Einzelsensor hergestellt, diese Einzelsensoren werden dann zu einem Gesamtsensor zusammengefügt, welche in der Lage ist, Beschleunigungen in allen drei Raumrichtungen x, y, z zu erfassen.Each of the sensor masses 101 , 102 , 103 shown in FIG. 3 is preferably first produced with its own frame arrangement as an individual sensor; these individual sensors are then combined to form an overall sensor which is capable of accelerations in all three spatial directions x, y, z to capture.

Der in Fig. 4a, 5 und 6 dargestellte Beschleunigungssensor gemäß einem zweiten und ei nem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist insgesamt mit dem Bezugszeichen 200; 300 bezeichnet. Der Beschleunigungssensor 200; 300, der zur Erfassung der Beschleuni gung eines Objekts in einer Richtung x des in Fig. 4a) eingezeichneten Koordinatensystems dient, umfasst eine Rahmenanordnung 210; 310 welche bezüglich dem Objekt ortsfest ist, dessen Beschleunigung erfasst werden soll, und umfasst weiterhin eine träge Sensormasse 201; 301, welche relativ zu der Rahmenanordnung 210; 310 des Beschleunigungssensors 200; 300 beweglich ist. Die Sensormasse 201; 301 ist mittels einer Lagervorrichtung 205; 305 bezüglich der Rahmenanordnung 210; 310 um eine Ausgangslage elastisch gelagert.The acceleration sensor shown in FIGS. 4a, 5 and 6 according to a second and egg nem third embodiment of the invention is overall with the reference numeral 200 ; Designated 300 . The acceleration sensor 200 ; 300 , which serves to detect the acceleration of an object in a direction x of the coordinate system shown in FIG. 4a), comprises a frame arrangement 210 ; 310, which is stationary with respect to the object whose acceleration is to be recorded, and further comprises an inert sensor mass 201 ; 301 , which is relative to the frame arrangement 210 ; 310 of the acceleration sensor 200 ; 300 is movable. The sensor mass 201 ; 301 is by means of a bearing device 205 ; 305 with respect to frame assembly 210 ; 310 elastically mounted around a starting position.

Die Rahmenanordnung 210; 310 umfasst ein die Sensormasse 201; 301 seitlich umgeben des Mittelteil 211; 311 und ein höhenversetzt zu der Sensormasse 201; 301 an dem Mittel teil 211; 311 angeordnetes erstes Deckelteil 212, 312. Die Lagervorrichtung ist bei den in Fig. 4 bis 6 dargestellten zweiten und dritten Ausführungsbeispielen durch Biegeelemente 205; 305 gebildet, an welchen die Sensormasse 201; 301 bezüglich der Rahmenanordnung 210; 310 um die besagte Ausgangslage biegeelastisch gelagert ist. Wie aus Fig. 4a zu sehen ist, sind davon zwei in einer gemeinsamen Ebene befindliche, voneinander beabstandet an der Sensormasse 201; 301 festgelegte Biegeelemente 205; 305 vorgesehen, welche eine Drehachse definieren, um welche die Sensormasse 201; 301 sich beim Auftreten einer Be schleunigungskraft Fx in Richtung der x-Achse bewegt, wobei die Auslenkung Sx am Rand der Sensormasse 201; 301 nach oben und unten gerichtet ist. Die Biegeelemente 205; 305 sind einerseits an der Sensormasse 201; 301 festgelegt und andererseits an dem ersten De ckelteil 212; 312 der Rahmenanordnung 210; 310.The frame assembly 210 ; 310 comprises a sensor mass 201 ; 301 laterally surround the middle part 211 ; 311 and a height offset to the sensor mass 201 ; 301 on the middle part 211 ; 311 arranged first cover part 212 , 312 . In the second and third exemplary embodiments shown in FIGS . 4 to 6, the bearing device is formed by bending elements 205 ; 305 formed on which the sensor mass 201 ; 301 with respect to frame assembly 210 ; 310 is flexibly mounted around said starting position. As can be seen from FIG. 4a, two of them are located in a common plane, spaced apart from one another on the sensor mass 201 ; 301 fixed bending elements 205 ; 305 are provided, which define an axis of rotation about which the sensor mass 201 ; 301 moves when an acceleration force Fx occurs in the direction of the x-axis, the deflection Sx at the edge of the sensor mass 201 ; 301 is directed up and down. The bending elements 205 ; 305 are on the one hand on the sensor mass 201 ; 301 fixed and on the other hand on the first cover part 212 ; 312 of frame assembly 210 ; 310 .

Der Beschleunigungssensor 200; 300 verfügt über eine kapazitive Erfassungseinrichtung, die insgesamt mit dem Bezugszeichen 220; 320 versehen ist und der Erzeugung eines die Lage der Sensormasse 201; 301 relativ zu der Rahmenanordnung 210; 310 und damit die Größe der die Sensormasse 201; 301 aus ihrer Ausgangslage auslenkenden Beschleuni gungskraft Fx repräsentierenden Ausgangssignals dient. Dieses ist ein Maß für die Be schleunigung des Objekts, an welchem der Beschleunigungssensor angebracht ist. Die ka pazitive Erfassungseinrichtung 220; 320 enthält erste Kondensatorelektroden 221, 222; 321, 322, welche an der Sensormasse 201; 301 vorgesehen sind, und zweite Kondensatorelekt roden 225, 226; 325, 326, die den ersten Kondensatorelektroden 221, 222; 321, 322 gege nüberliegend an der Rahmenanordnung 210; 310, genau gesagt an deren erstem Deckelteil 212; 312 vorgesehen sind.The acceleration sensor 200 ; 300 has a capacitive detection device, which is designated overall by the reference number 220 ; 320 is provided and the generation of the position of the sensor mass 201 ; 301 relative to the frame arrangement 210 ; 310 and thus the size of the sensor mass 201 ; 301 serves from its starting position deflecting acceleration force Fx representing output signal. This is a measure of the acceleration of the object to which the acceleration sensor is attached. The capacitive detection device 220 ; 320 includes first capacitor electrodes 221 , 222 ; 321 , 322 , which on sensor mass 201 ; 301 are provided, and second capacitor electrodes 225 , 226 ; 325 , 326 , which the first capacitor electrodes 221 , 222 ; 321 , 322 opposite to the frame arrangement 210 ; 310 , to be precise on the first cover part 212 ; 312 are provided.

Allgemein ist eine Kopplungsanordnung vorgesehen, die der Kopplung der an der Sensor masse 201; 301 vorgesehenen ersten Kondensatorelektroden 221, 222 bzw. 321, 322 mit ersten Anschlusselementen dient, von denen das erste Anschlusselement 242 des Be schleunigungssensors 200 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel in Fig. 4a) zu sehen ist. Dieses erste Anschlusselement 242 ist an der Rahmenanordnung 210, genauer an deren erstem Deckelteil 212 angeordnet. Für den in Fig. 6 dargestellten Beschleunigungssensor 300 nach dem dritten Ausführungsbeispiel verhält es sich entsprechend, wobei dort das dem ersten Anschlusselement 242 von Fig. 4a entsprechende Anschlusselement jedoch nicht sichtbar ist.In general, a coupling arrangement is provided which enables the coupling of the sensor 201 ; 301 provided first capacitor electrodes 221 , 222 and 321 , 322 with first connection elements, of which the first connection element 242 of the acceleration sensor 200 according to the second embodiment can be seen in FIG. 4a). This first connection element 242 is arranged on the frame arrangement 210 , more precisely on its first cover part 212 . The situation is similar for the acceleration sensor 300 shown in FIG. 6 according to the third exemplary embodiment, but the connection element corresponding to the first connection element 242 of FIG. 4a is not visible there.

Die an dem ersten Deckelteil 212; 312 vorgesehenen zweiten Kondensatorelektroden 225, 226 bzw. 325, 326 sind mit zweiten ss226 des Beschleunigungssensors 200 verbunden sind, in Fig. 4a zu sehen sind. Für den in Fig. 6 dargestellten Beschleunigungssensor 300 des dritten Ausführungsbeispiels verhält es sich entsprechend.The on the first cover part 212 ; 312 provided second capacitor electrodes 225 , 226 and 325 , 326 are connected to second ss226 of the acceleration sensor 200 , can be seen in Fig. 4a. The same applies to the acceleration sensor 300 of the third exemplary embodiment shown in FIG. 6.

Die ersten Anschlusselemente, vgl. das Anschlusselement 242 in Fig. 4a, und die zweiten Anschlusselemente, vgl. die Anschlusselemente 245, 246 in Fig. 4a, sind in einer gemein samen Anschlussebene 250; 350 angeordnet, welche gegen die an der Sensormasse 201; 301 vorgesehenen ersten Kondensatorelektroden 221, 222; 321, 322 höhenversetzt und durch die der Sensormasse 201; 301 zugewandte Seite des ersten Deckelteils 212; 312 ge bildet ist. Die Kopplungsanordnung, welche die auf der Sensormasse 201 bzw. 301 befindlichen ersten Kondensatorelektroden 221, 222 bzw. 321, 322 mit den ersten Anschlussele menten, vgl. 242 in Fig. 4a), verbindet, bildet eine Überbrückung der Höhenversetzung zwischen der Sensormasse 201; 301 und der besagten gemeinsamen Anschlussebene 250; 350.The first connection elements, cf. the connection element 242 in FIG. 4a, and the second connection elements, cf. the connection elements 245 , 246 in Fig. 4a, are in a common connection level 250 ; 350 arranged, which against the on the sensor mass 201 ; 301 provided first capacitor electrodes 221 , 222 ; 321 , 322 offset in height and by the sensor mass 201 ; 301 facing side of the first cover part 212 ; 312 is formed. The coupling arrangement which the first capacitor electrodes 221 , 222 and 321 , 322 on the sensor mass 201 and 301 with the first connecting elements, cf. 242 in FIG. 4a), bridges the height offset between the sensor mass 201 ; 301 and said common connection level 250 ; 350 .

Bei dem Beschleunigungssensor 200 des in Fig. 4a und Fig. 5 dargestellten zweiten Ausfüh rungsbeispiels ist die Kopplungsanordnung durch eine kapazitive Verbindung gebildet, die eine auf der der Sensormasse 201 zugewandten Seite des ersten Deckelteils 212 ausgebil dete zweite Kopplungselektrode 232 und eine dieser gegenüberliegend an der Sensormas se 201 ausgebildete erste Kopplungselektrode 231 umfassen. Die zweite Kopplungselekt rode 232 ist mit dem oben genannten ersten Anschlusselement 242 verbunden, welche an der der Sensormasse 201 zugewandten Seite des ersten Deckelteils 212 vorgesehen ist, vgl. Fig. 4a.In the acceleration sensor 200 of in Fig. 4a and second exporting shown 5 Fig. Approximately example of the coupling arrangement is formed by a capacitive connection, the one on which the sensor mass 201 facing side of the first cover part ausgebil an end 212 second coupling electrode 232 and an oppositely lying at the Sensor mass 201 formed formed first coupling electrode 231 . The second coupling electrode 232 is connected to the above-mentioned first connection element 242 , which is provided on the side of the first cover part 212 facing the sensor mass 201 , cf. Fig. 4a.

Fig. 4b) zeigt ein elektrisches Ersatzschaltbild des Beschleunigungssensors 200 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel, wie es in Fig. 4a und Fig. 5 dargestellt ist. Wie ersichtlich ist, sind die durch die ersten Kondensatorelektroden 221, 222 und die zweiten Kondensator elektroden 225, 226 gebildeten Kapazitäten E1 und E3 zwischen einer positiven Bezugs spannung +Vref (Anschlussklemme 245) und einer negativen Bezugsspannung -Vref (An schlussklemme 246) in Reihe geschaltet, wobei deren Mitte über eine durch die kapazitive Kopplungsanordnung gebildete Kapazität E2 das Ausgangssignal Vout abgibt. FIG. 4b), an electrical equivalent circuit diagram showing the acceleration sensor 200 according to the second embodiment, as shown in Fig. 4a and Fig. 5. As can be seen, the capacitances E1 and E3 formed by the first capacitor electrodes 221 , 222 and the second capacitor electrodes 225 , 226 are between a positive reference voltage + Vref (terminal 245 ) and a negative reference voltage -Vref (terminal 246 ) in series switched, the center of which outputs the output signal Vout via a capacitance E2 formed by the capacitive coupling arrangement.

Bei dem in Fig. 6 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel des Beschleunigungssensors 300 dagegen sind die ersten Kondensatorelektroden 321, 322 auf galvanischem Wege mit dem ersten Anschlusselement entsprechend dem Anschlusselement 242 in Fig. 4a verbun den, nämlich über die Biegeelemente 305, welche aus einem leitenden Material gebildet sind. Auf diese Weise entsteht eine galvanische Verbindung der durch die ersten Konden satorelektroden 321, 322 und 325, 326 gebildeten Kapazitäten E1 und E3, über die die Aus gangsspannung Vout abgenommen werden kann, vgl. Fig. 4c. In the third exemplary embodiment of the acceleration sensor 300 shown in FIG. 6, on the other hand, the first capacitor electrodes 321 , 322 are galvanically connected to the first connection element corresponding to the connection element 242 in FIG. 4a, namely via the bending elements 305 , which are formed from a conductive material are. In this way, there is a galvanic connection of the capacitors E1 and E3 formed by the first capacitor electrodes 321 , 322 and 325 , 326 , via which the output voltage Vout can be removed, cf. Fig. 4c.

Wie auch bei dem in Fig. 1a und Fig. 2 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel des Be schleunigungssensors ist bei den Beschleunigungssensoren 200 und 300 gemäß dem zweiten und dritten Ausführungsbeispiel in den Fig. 4a, 5 und 6 sowohl das erste De ckelteil 212; 312 als auch das zweite Deckelteil 213; 313 aus einem alkalimetallhaltigen Glas hergestellt. Das an dem Mittelteil 211; 311 der Rahmenanordnung 210; 310 dem ersten Deckelteil 212; 312 gegenüberliegend angeordnete zweite Deckelteil 213; 313 bildet zu sammen mit dem Mittelteil 211; 311 und dem ersten Deckelteil 212; 312 ein die Sensormas se 201; 301 zusammen mit den ersten Kondensatorelektroden 221, 222; 321, 322 und den zweiten Kondensatorelektroden 225, 226; 325, 326 hermetisch einschließendes Gehäuse. .. As with the in Fig 1a and Fig illustrated first embodiment 2 of the Be is schleunigungssensors in the acceleration sensors 200 and 300 according to the second and third embodiments in Figures 4, 5 and 6, both the first De ckelteil 212th; 312 and the second cover part 213 ; 313 made of a glass containing alkali metal. That on the middle part 211 ; 311 of the frame arrangement 210 ; 310 the first cover part 212 ; 312 second cover part 213 arranged opposite one another; 313 forms together with the middle part 211 ; 311 and the first cover part 212 ; 312 a the sensor mass 201 ; 301 together with the first capacitor electrodes 221 , 222 ; 321 , 322 and the second capacitor electrodes 225 , 226 ; 325 , 326 hermetically enclosing housing.

Die ersten Anschlusselemente, vgl. 242 in Fig. 4a, die zweiten Anschlusselemente, vgl. 245, 246 in Fig. 4a), und die zweiten Kondensatorelektroden 225, 226 bzw. 325, 326 sind bei den in Fig. 4a, Fig. 5 und Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispielen aus einer einzigen lei tenden Schicht hergestellt, die auf der der Sensormasse 201; 301 zugewandten Seite des ersten Deckelteils 212; 312 ausgebildet ist.The first connection elements, cf. 242 in Fig. 4a, the second connection elements, cf. 245, 246 in Fig. 4a), and the second capacitor electrodes 225 , 226 and 325 , 326 in the embodiments shown in Fig. 4a, Fig. 5 and Fig. 6 are made of a single conductive layer on which the Sensor mass 201 ; 301 facing side of the first cover part 212 ; 312 is formed.

Fig. 7 zeigt eine Sensormasse 401; 501 von vierten und fünften Ausführungsbeispielen des Beschleunigungssensors, bei denen Beschleunigungen in zwei Richtungen, nämlich den Richtungen x und y der Horizontalebene erfasst werden können. An der Sensormasse 401; 501 ist zentral ein einziges Biegeelement 405; 505 festgelegt, so dass die Sensormasse beim Auftreten von Beschleunigungskräften Fx bzw. Fy bezüglich einer (in Fig. 7 nicht darge stellten) Rahmenanordnung in zwei verschiedenen Richtungen beweglich ist. Fig. 7 shows a sensor mass 401; 501 of fourth and fifth exemplary embodiments of the acceleration sensor, in which accelerations in two directions, namely the directions x and y of the horizontal plane, can be detected. At sensor mass 401 ; 501 is centrally a single bending element 405 ; 505 , so that the sensor mass is movable in two different directions when acceleration forces Fx or Fy occur with respect to a frame arrangement (not shown in FIG. 7).

Zum Erfassen von die Lage der Sensormasse 401; 501 repräsentierenden Ausgangssignalen sind kapazitive Erfassungseinrichtungen vorgesehen, welche anhand der Fig. 8a und b be schrieben werden sollen.To detect the position of the sensor mass 401 ; 501 representing output signals, capacitive detection devices are provided, which are to be described with reference to FIGS. 8a and b.

Fig. 8 zeigt einen Teil von kapazitiven Erfassungseinrichtungen 420; 520 zum Erfassen der Lage der Sensormasse 401; 501 in zwei Richtungen. Diese enthält vier zweite Kondensator elektroden 425, 426, 427, 428; 525, 526, 527, 528, die paarweise einander gegenüberliegend auf entgegengesetzten Seiten des Biegeelements 405; 505 an einem ersten Deckelteil 412; 512 einer Rahmenanordnung vorgesehen sind, ähnlich den in Fig. 1a und Fig. 2 bzw. Fig. 4a) bis Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispielen. Diese zweiten Kondensatorelektro den 425, 426, 427, 428; 525, 526, 527, 528 sind elektrisch verbunden mit zweiten An schlusselementen 445, 446, 447, 448; 545, 546, 547, 548. Den zweiten Kondensatorelekt roden 425, 426, 427, 428; 525, 526, 527, 528 gegenüberliegend sind an der Sensormasse 401; 501 ähnliche erste Kondensatorelektroden vorgesehen, welche in Fig. 7 jedoch nicht eigens dargestellt sind. Fig. 8 shows a portion of the capacitive sensing means 420; 520 for detecting the position of the sensor mass 401 ; 501 in two directions. This contains four second capacitor electrodes 425 , 426 , 427 , 428 ; 525 , 526 , 527 , 528 , which are opposed in pairs on opposite sides of the bending element 405 ; 505 on a first cover part 412 ; A frame assembly 512 are provided, similar to the embodiments shown up to Fig. 6 in FIG. 1 and FIG. 2 or FIG. 4a). These second capacitor electrodes 425 , 426 , 427 , 428 ; 525 , 526 , 527 , 528 are electrically connected to second connection elements 445 , 446 , 447 , 448 ; 545 , 546 , 547 , 548 . The second capacitor electrodes 425 , 426 , 427 , 428 ; 525 , 526 , 527 , 528 opposite one another on sensor mass 401 ; 501 similar first capacitor electrodes are provided, which are, however, not specifically shown in FIG. 7.

Bei dem in Fig. 8a dargestellten vierten Ausführungsbeispiel enthält eine Kopplungsanord nung, welche die ersten Kondensatorelektroden, die auf der Sensormasse 401 vorgesehen sind, mit einem ersten Anschlusselement 442 auf dem ersten Deckelteil 412 verbindet, eine das Biegeelement 405 umgebende erste Kopplungselektrode, welche an der Sensormasse 401 vorgesehen ist (nicht dargestellt) und eine das Biegeelement 405 umgebende, der ers ten Kopplungselektrode gegenüberliegend angebrachte zweite Kopplungselektrode 432, welche an dem ersten Deckelteil 412 der Rahmenanordnung vorgesehen ist. Auf diese Weise wird eine kapazitive Verbindung zwischen den an der Sensormasse 401 vorgesehe nen ersten Kondensatorelektroden und dem ersten Anschlusselement 442 gebildet.In the fourth exemplary embodiment shown in FIG. 8a, a coupling arrangement which connects the first capacitor electrodes, which are provided on the sensor mass 401 , to a first connection element 442 on the first cover part 412 , contains a first coupling electrode which surrounds the bending element 405 and which on the Sensor mass 401 is provided (not shown) and a second coupling electrode 432 which surrounds the bending element 405 and is located opposite the first coupling electrode and which is provided on the first cover part 412 of the frame arrangement. In this way, a capacitive connection is formed between the first capacitor electrodes provided on the sensor mass 401 and the first connection element 442 .

Bei dem in Fig. 8b) gezeigten fünften Ausführungsbeispiel dagegen ist die Kopplungsan ordnung durch eine galvanische Verbindung gebildet, welche das Biegeelement 505 um fasst, so dass die an der Sensormasse 501, vgl. Fig. 7, vorgesehenen ersten Kondensator elektroden über das Biegeelement 505 galvanisch mit dem ersten Anschlusselement 542 verbunden sind.In the fifth exemplary embodiment shown in FIG. 8b), on the other hand, the coupling arrangement is formed by a galvanic connection, which comprises the bending element 505 , so that the sensor mass 501 , cf. Fig. 7, provided for the first capacitor electrode via the bending element 505 electrically connected to the first link member 542 are connected.

Wie auch bei den vorherigen Ausführungsbeispielen sind die an der Sensormasse 401; 501 vorgesehenen ersten Kondensatorelektroden durch ein leitfähiges Material gebildet, aus welchem die Sensormasse 401; 501 hergestellt ist. As with the previous exemplary embodiments, those on sensor mass 401 ; 501 provided first capacitor electrodes formed by a conductive material from which the sensor mass 401 ; 501 is made.

Bei besonders bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist die Sensormasse aus ein kristallinem Silizium gefertigt. Dabei sind die Kondensatorelektroden der Sensormasse durch die Sensormasse selbst gebildet. Die Sensormasse ist in diesen Fällen mit dem Rah men elektrisch leitend verbunden, wobei die Torsionsbalken bzw. Aufhängungen der Sen sormasse leitende Verbindungen zur Sensormasse bilden. Damit ist die Sensormasse auf einem bestimmten elektrischen Potential und bildet mit gegenüberliegenden Kondensator elektroden kapazitive Elemente zur Messung der Auslenkung der Sensormasse. Die elektri sche Kontaktierung der Sensormasse erfolgt zum Beispiel an einer Stelle des Rahmens, die gut zugänglich ist und über die Torsionsbalken mit der der Sensormasse elektrisch leitend verbunden ist.In particularly preferred embodiments of the invention, the sensor mass is on crystalline silicon. The capacitor electrodes are the sensor mass formed by the sensor mass itself. In these cases, the sensor mass is with the frame men electrically connected, the torsion bars or suspensions of Sen form conductive connections to the sensor mass. The sensor mass is now open a certain electrical potential and forms with opposite capacitor electrode capacitive elements for measuring the deflection of the sensor mass. The electri Contacting the sensor mass takes place, for example, at one point on the frame is easily accessible and electrically conductive via the torsion bars with that of the sensor mass connected is.

Die Kontaktierung aller elektrischen Anschlüsse kann von einer Seite her erfolgen, bei spielsweise von der Rückseite des Sensors oder von seiner Oberseite bei der in Fig. 1a ge zeigten Ausrichtung. Bzw. Wafers. Es ist dabei möglich, im Wafer Löcher vorzusehen, die leitfähiges Material enthalten bzw. mit leitfähigem Material gefüllt sind, um innenliegende Anschlusselektroden 142, 145, 146, beispielsweise auf der der Sensormasse 101 gegenü berliegenden Seite 150 des Deckelelements 112, von außen elektrisch zu kontaktieren.The contacting of all electrical connections can be done from one side, for example from the back of the sensor or from its top in the orientation shown in Fig. 1a ge. Respectively. Wafer. It is possible to provide holes in the wafer which contain conductive material or are filled with conductive material in order to make electrical contact with internal connection electrodes 142 , 145 , 146 , for example on the side 150 of cover element 112 opposite sensor mass 101 ,

An Stelle der in Fig. 1a gezeigten Kopplungsanordnung 141, 142 mit einer Anschlusselekt rode 142 der Sensormasse 101 am Deckelteil 112 kann die Anschlusselektrode der Sensor masse 101 auch am unteren Rahmenteil 110 angeordnet sein, beispielsweise auf der Unter seite des Absatzes bzw. Vorsprungs des Rahmenteils 110, d. h. unterhalb des in Fig. 1a dar gestellten Kopplungselements 141. In place of the in Fig. Coupling assembly 141 shown 1a, 142 with a Anschlusselekt rode 142 of the sensing mass 101 on the lid part 112, the terminal electrode of the sensing mass 101 also on the lower frame part 110 may be arranged, for example on the lower face of the shoulder or projection of the frame part 110 , ie below the coupling element 141 shown in FIG. 1a.

LIST OF REFERENCE NUMBERS

100; 100;

200200

; ;

300300

Beschleunigungssensor
accelerometer

101101

, .

102102

, .

103103

; ;

201201

; ;

301301

; ;

401401

; ;

501501

Sensormasse
sensor mass

105105

, .

106106

, .

107107

; ;

205205

; ;

305305

; ;

405405

; ;

505505

Lagervorrichtung
bearing device

110110

; ;

210210

; ;

310310

Rahmenanordnung
frame assembly

111111

; ;

211211

; ;

311311

Mittelteil
midsection

112112

; ;

212212

; ;

312312

; ;

412412

; ;

512512

erstes Deckelteil
first cover part

113113

; ;

213213

; ;

313313

zweites Deckelteil
second cover part

120120

; ;

220220

; ;

320320

; ;

420420

; ;

520520

kapazitive Erfassungseinrichtung
capacitive detection device

121121

, .

122122

; ;

221221

, .

222222

; ;

321321

, .

322322

erste Kondensatorelektroden
first capacitor electrodes

125125

, .

126126

; ;

225225

, .

226226

; ;

325325

, .

326326

; ;

425425

, .

426426

, .

427427

, .

428428

; ;

525525

, .

526526

, .

527527

, .

528528

zweite Kondensatorelektroden
second capacitor electrodes

141141

, .

142142

; ;

231231

, .

232232

, .

242242

; ;

332332

; ;

432432

, .

442442

; ;

542542

Kopplungsanordnung
coupling arrangement

231231

erste Kopplungselektrode
first coupling electrode

232232

; ;

332332

; ;

432432

zweite Kopplungselektrode
second coupling electrode

141141

Metallisierung
metallization

142142

; ;

242242

; ;

442442

; ;

542542

erste Anschlusselemente
first connection elements

145145

, .

146146

; ;

245245

, .

246246

; ;

445445

, .

446446

, .

447447

; ;

545545

, .

546546

, .

547547

, .

548548

zweite Anschlusselemente
second connection elements

150150

; ;

250250

; ;

350350

; ;

450450

; ;

550550

Anschlussebene
connection level

Claims

1. Micromechanical capacitive acceleration sensor for detecting the acceleration of an object in at least one direction, with a frame arrangement ( 110 ; 210 ; 310 ), an inert sensor mass ( 101 , 102 , 103 ; 201 ; 301 ; 401 ; 501 ) consisting of a Wafer is manufactured and is movably mounted relative to the frame arrangement ( 110 ; 210 ; 310 ) about an axis of rotation (A _x , A _y ), and a capacitive detection device ( 120 ; 220 ; 320 ; 420 ; 520 ) for generating at least one of the Position of the sensor mass ( 101 , 102 , 103 ; 201 ; 301 ; 401 ; 501 ) relative to the capacitive output signal representing the frame arrangement ( 110 ; 210 ; 310 ), characterized in that the inert sensor mass ( 101 , 102 , 103 ; 201 ; 301 ; 401 ; 501 ) has a center of gravity (M _x , M _y ), which is offset with respect to the axis of rotation (A _x , A _y ) in a direction perpendicular to the wafer plane.

2. Acceleration sensor according to claim 1, characterized in that the sensor mass ( 101 , 102 , 103 ; 201 ; 301 ; 401 ; 501 ) and / or the frame arrangement ( 110 ; 210 ; 310 ) is made monolithically from a single monocrystalline silicon wafer are.

3. Acceleration sensor according to claim 1 or 2, characterized by a storage device ( 105 , 106 , 107 ; 205 , 305 ; 405 ; 505 ) for mounting the inert sensor mass ( 101 , 102 , 103 ; 201 ; 301 ; 401 ; 501 ) , which comprises twistable elements made of silicon.

4. Acceleration sensor according to one of the preceding claims, characterized by a bearing device ( 105 , 106 , 107 ; 205 , 305 ; 405 ; 505 ) for mounting the inert sensor mass ( 101 , 102 , 103 ; 201 ; 301 ; 401 ; 501 ), which forms an electrically conductive connection between the sensor mass ( 101 , 102 , 103 ; 201 ; 301 ; 401 ; 501 ) and an electrical contact provided on the frame arrangement ( 110 ; 210 ; 310 ).

5. Acceleration sensor according to one of the preceding claims, characterized by a bearing device ( 105 , 106 , 107 ; 205 , 305 ; 405 ; 505 ) which on the sensor mass ( 101 , 102 , 103 ; 201 ; 301 ; 401 ; 501 ) is arranged near the wafer surface.

6. Acceleration sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor mass ( 101 , 102 , 103 ; 201 ; 301 ; 401 ; 501 ) is cubic or in the form of a cuboid or truncated cone or in the form of a blunt pyramid.

7. Acceleration sensor according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of inert sensor masses ( 101 , 102 , 103 ; 201 ; 301 ; 401 ; 501 ) are provided, each about an axis of rotation (A _x , A _y , A _z ) are movably mounted to measure accelerations in several mutually perpendicular directions (x, y, z), with one or more sensor masses ( 101 , 102 , 103 ; 201 ; 301 ; 401 ; 501 ) each having a center of gravity (M _x , M _y ), which is offset from the associated axis of rotation (A _x , A _y ) in a direction perpendicular to the wafer plane.

8. Acceleration sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the center of gravity of the sensor mass ( 101 , 102 , 103 ; 201 ; 301 ; 401 ; 501 ) relative to the associated axis of rotation (A _x , A _y ) additionally laterally in the direction of the wafer plane is staggered.

9. Acceleration sensor according to one of the preceding claims, characterized by net on the sensor mass ( 101 , 102 , 103 ; 201 ; 301 ; 401 ; 501 ) provided first capacitor electrodes ( 121 , 122 ; 221 , 222 ; 321 , 322 ) and opposite them the frame arrangement ( 110 ; 210 ; 310 ) provided second capacitor electrodes ( 125 , 126 ; 225 , 226 ; 325 , 326 ; 425 , 426 , 427 , 428 ; 525 , 526 , 527 , 528 ), wherein first connection elements ( 142 ; 242 ; 442 ; 542 ) for the electrical connection of the first capacitor electrodes ( 121 , 122 ; 221 , 222 ; 321 , 322 ) and / or second connection elements ( 145 , 146 ; 245 , 246 ; 445 , 446 , 447 , 448 ; 545 , 546 , 547 , 548 ) for electrical connection of the second capacitor electrodes ( 125 , 126 ; 225 , 226 ; 325 , 326 ; 425 , 426 , 427 , 428 ; 525 , 526 , 527 , 528 ) in a common connection level ( 150 ; 250 ; 350 ; 450 ; 550 ) are arranged.

10. Acceleration sensor according to claim 9, characterized in that the contacting of the first connection elements ( 142 ; 242 ; 442 ; 542 ) and / or the second connection elements ( 145 , 146 ; 245 , 246 ; 445 , 446 , 447 , 448 ; 545 , 546 , 547 , 548 ) from a single side.

11. Acceleration sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the electrical contacting of the capacitive detection device ( 120 ; 220 ; 320 ; 420 ; 520 ) takes place from a single side.

12. Acceleration sensor according to one of claims 9 to 11, characterized in that the second on the frame arrangement ( 110 ; 210 ; 310 ) provided Kon capacitor electrodes ( 125 , 126 ; 225 , 226 ; 325 , 326 ; 425 , 426 , 427 , 428 ; 525 , 526 , 527 , 528 ) together with the first and second connection elements ( 142 ; 242 ; 442 ; 542 and 145 , 146 ; 245 , 246 ; 445 , 446 , 447 , 448 ; 545 , 546 , 547 , 548 ) are arranged in the common connection level ( 150 ; 250 ; 350 ; 450 ; 550 ).

13. Acceleration sensor according to one of the preceding claims, characterized by a coupling arrangement (141, 142; 231, 232242; 332; 432; 442; 542) for coupling to the sensor mass ( 101 , 102 , 103 ; 201 ; 301 ; 401 ; 501 ) provided first capacitor electrodes ( 121 , 122 ; 221 , 222 ; 321 , 322 ) with first connection elements ( 142 ; 242 ; 442 ; 542 ) provided on the frame arrangement ( 110 ; 210 ; 310 ), the coupling arrangement (141, 142; 231, 232242; 332; 432; 442; 542) a galvanic or capacitive connection for bridging a height offset between the first capacitor electrodes ( 121 , 122 ; 221 , 222 ; 321 , 322 ) and a common connection level ( 150 ; 250 ; 350 ; 450 ; 550 ).

14. Acceleration sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the frame arrangement ( 110 ; 210 ; 310 ) is a central part ( 111 ; 211 ; 311 ) surrounding the sensor mass ( 101 , 102 , 103 ; 201 ; 301 ; 401 ; 501 ) ) and a height-offset to the sensor mass ( 101 , 102 , 103 ; 201 ; 301 ; 401 ; 501 ) on the middle part ( 111 ; 211 ; 311 ) arranged first cover part ( 112 ; 212 ; 312 ; 412 ; 512 ), whereby at the first cover part ( 112 ; 212 ; 312 ; 412 ; 512 ) on its side facing the sensor mass ( 101 , 102 , 103 ; 201 ; 301 ; 401 ; 501 ) second capacitor electrodes ( 125 , 126 ; 225 , 226 ; 325 , 326 ; 425 , 426 , 427 , 428 ; 525 , 526 , 527 , 528 ) are provided.

15. Acceleration sensor according to claim 14, characterized in that the side of the first cover part ( 112 ; 212 ; 312 ; 412 ; 512 ) facing the sensor mass ( 101 , 102 , 103 ; 201 ; 301 ; 401 ; 501 ) has a common connection level ( 150 ; 250 ; 350 ; 450 ; 550 ) for the electrical connection of the capacitive detection device ( 120 ; 220 ; 320 ; 420 ; 520 ).

16. Acceleration sensor according to one of claims 9 to 15, characterized in that the second capacitor electrodes ( 125 , 126 ; 225 , 226 ; 325 , 326 ; 425 , 426 , 427 , 428 ; 525 , 526 , 527 , 528 ) either by a metallization on the sensor mass ( 101 , 102 , 103 ; 201 ; 301 ; 401 ; 501 ) or by the sensor mass ( 101 , 102 , 103 ; 201 ; 301 ; 401 ; 501 ) which is at an electrical potential itself.