DE10139443A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Trimmen von Sensoren mit schwingenden Strukturen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Trimmen von Sensoren mit schwingenden Strukturen

Info

Publication number
DE10139443A1
DE10139443A1 DE10139443A DE10139443A DE10139443A1 DE 10139443 A1 DE10139443 A1 DE 10139443A1 DE 10139443 A DE10139443 A DE 10139443A DE 10139443 A DE10139443 A DE 10139443A DE 10139443 A1 DE10139443 A1 DE 10139443A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
sensor element
resonance frequency
sensor
laser
mass
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
DE10139443A
Other languages
English (en)
Inventor
Karin Bauer
Wilhelm Ficker
Tanjo Gleissner
Franz Nuscheler
Matthias Rose
Josef Schalk
Erwin Stenzel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Airbus Defence and Space GmbH
Original Assignee
EADS Deutschland GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by EADS Deutschland GmbH filed Critical EADS Deutschland GmbH
Priority to DE10139443A priority Critical patent/DE10139443A1/de
Priority to PCT/EP2002/008821 priority patent/WO2003014667A1/de
Publication of DE10139443A1 publication Critical patent/DE10139443A1/de
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • B81C99/0035—Testing
    • B81C99/004—Testing during manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/351—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring for trimming or tuning of electrical components
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
    • G01C19/5642—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using vibrating bars or beams
    • G01C19/5663—Manufacturing; Trimming; Mounting; Housings
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C25/00—Manufacturing, calibrating, cleaning, or repairing instruments or devices referred to in the other groups of this subclass
    • G01C25/005—Manufacturing, calibrating, cleaning, or repairing instruments or devices referred to in the other groups of this subclass initial alignment, calibration or starting-up of inertial devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P15/0802—Details
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P15/097—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by vibratory elements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P21/00—Testing or calibrating of apparatus or devices covered by the preceding groups

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Trimmen von Sensoren mit schwingenden Strukturen angegeben, bei dem ein Sensorelement (14), das eine schwingfähige Struktur zur Erfassung einer Messgröße aufweist, mit einem Laserstrahl (17a) bearbeitet, um gezielt Masse abzutragen, wobei mindestens eine Resonanzfrequenz des Sensorelements (14) und/oder eine Unwucht des Sensorelements (14) abgeglichen wird. Während des Abtragens der Masse schwingt das Sensorelement und es wird eine Zustandsänderung instantan gemessen. Zur Erzeugung des Laserstrahls (17a) wird ein Femtosekundenlaser (17) verwendet. Eine Vorrichtung (10) zum Trimmen von Sensoren hat eine Messeinrichtung (13) zur Bestimmung einer Resonanzfrequenz und/oder einer Unwucht des Sensorelements (14), einen Laser (17) mit einer Steuereinrichtung (18) zur gezielten Abtragung von Masse des Sensorelements, und eine Vergleichseinrichtung, um einen Messwert, der die aktuelle Resonanzfrequenz und/oder die aktuelle Unwucht repräsentiert, mit einem vorgegebenen Wert zu vergleichen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trimmen von Sensoren mit schwingenden Strukturen gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 bzw. 11.
  • Sensoren mit schwingfähigen Strukturen eignen sich zur Messung verschiedenartiger physikalischer Größen wie beispielsweise Drehraten oder Beschleunigungen. Um eine möglichst hohe Messgenauigkeit zu erhalten, müssen die Sensoren sehr genau gefertigt werden.
  • Derartige Sensoren können jedoch aufgrund von Fertigungstoleranzen oftmals nicht die idealerweise erwarteten Eigenschaften zeigen. Deshalb wird versucht, durch leichte Korrekturen an der Geometrie bzw. durch Abtragen von Masse oder auch durch Verändern der mechanischen Spannung von dünnen Schichten die Sensoreigenschaft zu verbessern.
  • Bekannte Verfahren hierzu sind beispielsweise das mechanische Trimmen durch Fräsen oder Schleifen. Diese Verfahren haben jedoch den Nachteil eines hohen Verbrauchs an Werkzeug. Sie sind darüber hinaus sehr zeitaufwendig.
  • In der Druckschrift JP 09287956 A wird deshalb das Trimmen einer schwingenden Struktur eines Sensors mittels eines Lasers vorgeschlagen, um eine Resonanzfrequenz einzustellen. Dadurch soll die Messempfindlichkeit des Sensors verbessert werden und der Sensor kompakt und leicht gestaltet werden können.
  • Jedoch besteht auch bei diesem bekannten Verfahren das generelle Problem, dass ein hoher zeitlicher Aufwand erforderlich ist, um die einzelnen Sensoren genau zu trimmen und in ihren Sensoreigenschaften genau einzustellen. Als weiteres Problem kommt hinzu, dass beim Einstellen der Frequenz mittels Lasertrimmer eine Unwucht des Sensorelements entstehen kann oder eine vorhandene Umwucht oftmals unkontrolliert geändert wird. In dem Artikel "MICROMACHINING OF SEMICONDUCTORS WITH FEMTOSECOND LASERS" von H. K. Tönshoff et.al. Published on Proceedings of ICALEO 2000, Dearborn (USA) wird der Ablationsprozess beim Einsatz von Femtosekundenlasern beschrieben. Dabei werden Strukturen aus Silizium mit einem Femtosekundenlaser bearbeitet.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen berührungslosen und verschleißfreien Abgleich mechanischer Eigenschaften von Sensoren zu ermöglichen, mit dem ein hoher Durchsatz und ein hoher Automatisierungsgrad erreicht werden kann und der Zeitaufwand und der damit verbundene Kostenaufwand verringert werden kann.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren zum Trimmen von Sensoren gemäß Patentanspruch 1 und durch die Vorrichtung zum Trimmen von Sensoren gemäß Patentanspruch 11.
  • Weitere vorteilhafte Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Trimmen von Sensoren mit schwingenden Strukturen wird ein Sensorelement, das eine schwingfähige Struktur zur Erfassung einer Messgröße aufweist, mit einem Laserstrahl bearbeitet, um gezielt Masse abzutragen, wobei mindestens eine Resonanzfrequenz des Sensorelements und/oder eine Umwucht des Sensorelements abgeglichen wird, wobei während des Abtragens der Masse ein Vermessen des Sensorelements im Hinblick auf die Resonanzfrequenz und/oder die Unwucht durchgeführt wird.
  • Durch das erfindungsgemäße Verfahren können mechanische Eigenschaften von Sensoren berührungslos und verschleißfrei abgeglichen werden, wobei gleichzeitig ein hoher Durchsatz und ein hoher Automatisierungsgrad ermöglicht wird.
  • Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird der Zeitaufwand zur genauen Einstellung der Sensoreneigenschaften erheblich reduziert, wodurch Kosten eingespart werden. Eigenfrequenzen und Unwuchten der Sensoren bzw. Sensorelemente können gezielt und unabhängig voneinander einstellt werden.
  • Vorteilhafterweise wird zur Erzeugung des Laserstrahls ein Femtosekundenlaser verwendet, der Laserpulse im Femtosekundenbereich erzeugt. Durch diese Maßnahmen wird insbesondere eine thermische Kopplung vermieden. Das Material schmilzt bei der Bearbeitung nicht auf. Es entsteht keine thermische Ankopplung, da die Einwirkzeit extrem kurz ist, d. h. es wird keine Veränderung der Materialeigenschaft verursacht. Darüber hinaus entstehen keine mechanischen Spannungen durch den Abtragprozess. Hinzu kommt, dass in der Umgebung des Abtragungsortes keine oder nur wenig Materialablagerungen erfolgen. Weiterhin muss der Strahlengang nicht unbedingt im Vakuum erfolgen.
  • Bevorzugt wird der Abgleich auf Waferebene durchgeführt. Dadurch erfolgt eine noch wirksamere Zeit- und Kostenersparnis. Das heißt, es wird ein Online-Messen und Trimmen auf Waferebene von Sensoren mit schwingenden Strukturen möglich, wodurch ein geringerer Bearbeitungsaufwand, ein größerer Durchsatz und dadurch geringere Kosten entstehen. Weiterhin ist eine Vorselektion und ein erster Funktionstest der Sensorelemente auf Waferebene durch ein Prüfverfahren möglich, das nur auf Standardequipment zurückgreift, wie beispielsweise Nadelprober, Laser, usw.
  • Weiterhin kann eine Vorklassifizierung der Sensoren bezüglich ausgewählter Sensoreigenschaften erfolgen. Bei Drehratensensoren erfolgt dies beispielsweise hinsichtlich der Empfindlichkeit durch Einstellen der Frequenzdifferenz zwischen einer Anregungsmode einer Schwingung und der Auslesemode, sowie hinsichtlich der Nullpunktstabilität, die vom Abgleich der Unwucht abhängig ist.
  • Bevorzugt ist der Sensor aus Silizium gefertigt. Er kann z. B. ein mikromechanischer Drehratensensor sein, wobei das Sensorelement beispielsweise stimmgabelförmig ist. Bei einem stimmgabelförmigen Sensorelement können z. B. Resonanzfrequenzen der Zinken der Stimmgabelstruktur mittels Laserablation eingestellt werden. Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren unter Vakuumbedingungen durchgeführt.
  • Das Verfahren wird bevorzugt derart durchgeführt, dass mindestens eine Resonanzfrequenz des Sensorelements bestimmt wird und diese mindestens eine Resonanzfrequenz durch Laserabtrag bzw. Laserablation verändert wird, bis ein vorgegebener Wert für die mindestens eine Resonanzfrequenz oder eine vorgegebene Differenz zweier Resonanzfrequenzen erreicht ist.
  • Es ist weiterhin möglich, das Verfahren so durchzuführen, dass Zinken einer Stimmgabel zum Schwingen in einer ersten Resonanzfrequenz fz angeregt werden und bei einer Drehrate aufgrund der Corioliskraft eine Drehschwingung verursacht wird, die eine zweite Resonanzfrequenz ft aufweist, wobei durch Abtrag an mindestens einem Zinken die erste Resonanzfrequenz fz erhöht wird, um einen vorgegebenen Differenzwert zwischen den beiden Resonanzfrequenzen einzustellen.
  • Vorteilhafterweise wird bei dem Verfahren eine Unwucht des Sensorelements bestimmt und es erfolgt eine Abgleichung der Unwucht durch Laserabtrag bis ein durch die Unwucht verursachtes Sensorsignal minimal wird.
  • Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Trimmen von Sensoren mit schwingenden Strukturen geschaffen, die eine Messeinrichtung zur Bestimmung einer Resonanzfrequenz und/oder einer Unwucht des Sensorelements umfasst, sowie einen Laser mit einer Steuereinrichtung zur gezielten Abtragung von Masse des Sensorelements, und eine Vergleichseinrichtung, um einen Messwert, der die aktuelle Resonanzfrequenz und/oder die aktuelle Umwucht repräsentiert, mit einem vorgegebenen Wert zu vergleichen. Durch diese Vorrichtung kann das erfindungsgemäße Verfahren auf kostengünstige Weise schnell und effektiv durchgeführt werden. Die besonderen Vorteile, die sich daraus ergeben, wurden oben bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren genannt.
  • Vorteilhafterweise ist der Laser ein Femtosekundenlaser. Bevorzugt umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Vakuumkammer zur Aufnahme eines zu trimmenden Sensorelements oder eines Wafers mit mehreren Sensorelementen. Weiterhin umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung vorteilhafterweise eine Einrichtung zum Tragen und/oder Halten eines Wafers, der ein oder mehrere der Sensorelemente umfasst.
  • Die Trage- oder Halteeinrichtung ist bevorzugt in der Vakuumkammer angeordnet. Sie ist beispielsweise ein bekannter x-y-z-θ-Tisch zur Aufnahme von Wafern oder Halbleiterelementen in Form von Scheiben bzw. Chips.
  • Zusammengefasst ermöglicht die Erfindung insbesondere ein vollautomatisiertes Verfahren zum Einstellen von Sensoreigenschaften von Sensoren mit schwingenden Strukturen, da es insbesondere eine Eingangscharakterisierung mit Auslegung des Trimmvorgangs, anschließendes Trimmen und Ausgangscharakterisierung in situ mit derselben Anlage umfasst.
  • Das heißt, es ist nicht mehr notwendig, den Sensor auszubauen oder den Sensor zum Trimmen und Messen in unterschiedlichen Vorrichtungen oder Positionen bereit zu stellen.
  • Der Trimmvorgang und/oder die Charakterisierung bzw. das Vermessen wird bevorzugt durch eine geeignete Software gesteuert.
  • Der Zyklus des Verfahrens kann, falls es notwendig sein sollte, mehrfach durchlaufen und insbesondere auf Waferebene durchgeführt werden.
  • Die entscheidenden Vorteile sind ein effektives Handling, hoher Durchsatz, geringe Kosten, eine mögliche Vorselektion, und eine mögliche Vorklassifizierung.
  • Ein weiterer entscheidender Vorteil liegt darin, dass das Trimmen von Frequenz und Umwucht geometrisch sehr gut getrennt werden kann, was insbesondere beim Trimmen von Stimmgabel-Drehratensensoren besonders relevant ist.
  • Das vollautomatisierbare in-situ-Trimmverfahren kann online, d. h. während der Messung, sowohl für die Unwucht als auch für das Trimmen der Frequenz auf Waferebene eingesetzt werden.
  • Um mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Eigenschaften eines schwingenden Sensorelementes einzustellen, ist es neben dem Masseabtrag an den schwingenden Massenelementen bzw. Elementen selbst ebenso möglich, durch Veränderungen des Querschnittes einer Aufhängung von schwingenden Elementen die Federkonstante und somit die Eigenfrequenz zu verändern.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend beispielhaft anhand der Figuren beschrieben, in denen
  • Fig. 1 schematisch eine Vorrichtung zum Trimmen von Sensoren gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform schematisch darstellt, und
  • Fig. 2 einen Stimmgabel-Drehratensensor zeigt, der als bevorzugtes Beispiel einem erfindungsgemäßen Trimmverfahren unterzogen wird.
  • Fig. 1 zeigt als bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Vorrichtung 10 zum Trimmen von Sensoren mit schwingenden Strukturen in schematischer Darstellung. Die Vorrichtung 10 umfasst eine Halterung 11 in Form eines x,y,z,Θ-Tisches zum Tragen oder Halten eines Wafers 12, der beispielsweise aus Silizium gefertigt ist. Der Wafer 12, der als Siliziumscheibe vorliegt, steht während des Messbetriebs in elektrischem Kontakt mit einer Messeinrichtung 13, die zur mechanischen und elektrischen Charakterisierung, insbesondere zur Bestimmung einer Resonanzfrequenz und/oder einer Unwucht eines Sensorelements 14 dient. Zu diesem Zweck sind Manipulatoren 15a, 15b an der Messeinrichtung 13 angeschlossen, deren Nadeln 16a, 16b ein oder mehrere Sensorelemente 14 kontaktieren. D. h., die Messeinrichtung umfasst Prüfkarten zum Testen von Chips.
  • Die Vorrichtung 10 umfasst weiterhin einen Laser 17 in Form eines Femtosekundenlasers. Beim Betrieb der Vorrichtung 10, d. h. bei der Durchführung des Trimmverfahrens, ist der Laser 17 auf das Sensorelement 14 gerichtet, um von dort mittels eines Laserstrahls 17a gezielt Masse abzutragen. Eine Steuereinrichtung 18 ist an den Laser 17 und an die Messeinrichtung 13 gekoppelt, um den Laser 17 in Abhängigkeit von den gemessenen Werten für die Resonanzfrequenz und/oder die Umwucht des Sensorelements 14 zu steuern.
  • Der x-y-z-θ-Messtisch, der die Halterung 11 bildet, ist zusammen mit den Manipulatoren 15a, 15b und den Nadeln 16a, 16b im Innenraum einer Vakuumkammer 19 angeordnet. Es besteht ein elektrischer Kontakt zu Prüfspitzen, Manipulatoren oder Prüfkarten.
  • Bei der Durchführung des Verfahrens zum Trimmen werden die Sensorelemente 14 auf Waferebene getrimmt. D. h., es wird ein Siliziumwafer zur Bearbeitung bereit gestellt, der eine Vielzahl von Sensoren bzw. Sensorelementen 14 enthalten kann. Der oder die Sensoren 14 werden bei der Messung zu Schwingungen angeregt, wobei die Resonanzfrequenz und/oder die Unwucht gemessen wird. Um die Schwingungen der Sensoren bzw. Sensorelemente anzuregen, sind diese mit einer Aktorik versehen, die in der Figur nicht dargestellt ist.
  • Die Sensoren oder Sensorelemente können also während des Abtragvorgangs in ihren Anregungszustand bzw. in ihrem Schwindungsmode gebracht und gehalten werden, um sofort die Änderung ihrer charakteristischen Eigenschaften zu messen.
  • Während der Messung der Sensorelemente 14 werden diese mit dem Laserstrahl des Lasers 17 so bearbeitet, dass Masse an schwingfähigen Strukturen abgetragen wird. Während des Abtrags der Masse werden die Sensoreigenschaften, d. h. Resonanzfrequenz und/oder Unwucht gemessen, so dass das Ergebnis des Laserabtrags sofort erkennbar ist und durch eine geeignete Steuerung innerhalb der Steuereinrichtung 18 für die Bestimmung des weiteren Abtrags verwendet wird.
  • Die Steuerung kann beispielsweise derart erfolgen, dass eine Laserablation durch Beleuchtung mit dem Laserstrahl 17a so fange durchgeführt wird, bis eine zuvor festgelegte Resonanzfrequenz erreicht ist.
  • Nachfolgend wird der Frequenzabgleich und der Unwuchtabgleich am Beispiel eines Stimmgabel-Drehratensensors näher erläutert.
  • Fig. 2 zeigt in schematischer Ansicht einen Stimmgabel-Drehratensensor 30. Der Sensor 30 umfasst zwei gegenüberliegende Zinken 31a, 31b in Form von Platten, die parallel zueinander ausgerichtet sind. Auf den Zinken 31a, 31b befinden sich Aktoren 32a, 32b, beispielsweise in Form von piezoelektrischen Elementen, um die Zinken 31a, 31b zu Schwingungen in z-Richtung anzuregen. Die Zinken 31a, 31b sind an einem Torsionsbalken 33 befestigt, der ein Messelement 34 zur Messung einer Torsionsbewegung umfasst. Die Torsionsbewegung wird bei einer Schwingung der Zinken 31a, 31b in z-Richtung und bei einer gleichzeitigen Drehung des Systems um die Drehachse A aufgrund der in diesem Zustand wirkenden Corioliskraft fc erzeugt. Ein derartiger Sensor ist in der Druckschrift DE 195 28 961 C2 im Detail beschrieben.
  • Bei einer vorhandenen Unwucht, die beispielsweise durch eine Asymmetrie der Zinken 31a, 31b vorhanden sein kann, wird eine Torsionsbewegung innerhalb des Torsionsbalkens 33 auch dann erzeugt, wenn keine Drehbewegung des Systems vorhanden ist.
  • Im vorliegenden Fall wird die Umwucht durch Laserablation an dem Zinken 31a in den Abtragbereichen 35 beeinflusst, reduziert oder beseitigt. Die Eigenfrequenz des hier dargestellten Drehratensensors 30 wird durch Laserablation bzw. Massenabtrag in dem weiteren Abtragbereich 36 getrimmt bzw. eingestellt. Der Abtragbereich 36 zum Frequenzabgleich befindet sich im Bereich des freien Endes des Zinkens 31a bzw. 31b.
  • Beim Frequenzabgleich werden die Zinken 31a, 31b durch die Aktoren 32a, 32b zum Schwingen in ihrer Resonanzfrequenz fz angeregt. Anschließend wird bei einer Drehrate des Sensors 30 eine Drehschwingung um die Drehachse A angeregt. Diese Drehschwingung hat die Resonanzfrequenz ft. Die Drehrate kann z. B. durch Drehen der Halterung 11(siehe Fig. 1) erzeugt werden. Nun wird die Resonanzfrequenz fz durch Abtrag an den Zinken 31a, 31b erhöht. Dabei wird beispielsweise durch die Erhöhung der Resonanzfrequenz eine vorgegebene Differenzfrequenz Δf = fz - ft eingestellt. Von dieser Differenzfrequenz Δf hängt die Empfindlichkeit des Sensors 30 ab, die auf diese Weise eingestellt wird.
  • Eine am Sensor 30 vorhandene Unwucht wird durch einen asymetrischen Masseabtrag bezüglich der Drehachse A in den Abtragbereichen 35 abgeglichen. Die Unwucht entsteht beispielsweise aufgrund von Fertigungstoleranzen, die zu Asymmetrien führen, was ein Schwingen um die Drehachse A bewirkt.
  • Nachfolgend wird ein beispielhafter Ablauf des Verfahrens zum Sensorabgleich beschrieben, der z. B. an dem Drehratensensor 30 mittels der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung durchgeführt werden kann.
  • Um das Verfahren zum Sensorabgleich durchzuführen, wird zunächst ein Wafer bzw. eine Siliziumscheibe in die Vakuumkammer 19 eingebaut. Anschließend wird der Wafer 12 bzw. die Scheibe ausgerichtet und die Vakuumkammer 19 wird evakuiert. Nun wird ein Sensor oder Sensorelement 14 als Teil des Wafers 12, mit einem x-y-z-Thetatisch angefahren und mit den Nadeln 16a, 16b kontaktiert. Der x-y-z-Thetatisch bildet in diesem Fall die Halterung 11. Über eine Elektronikeinheit und die Messeinrichtung 13 werden die Resonanzfrequenzen fz und ft und die Umwucht bestimmt. Es können aber auch einzelne dieser Charakteristika bestimmt werde bzw. ein mechanisch elektrischer Plausibilitätscheck vorgenommen werden, und durch Laserabtrag wird die Resonanzfrequenz fz so verändert, bis ein gewünschtes Δf als Differenz der beiden Resonanzfrequenzen fz und ft erreicht ist. Dabei wird fz schrittweise angepasst, d. h. fz wird gemessen und dann wird Material mit dem Laser 17 abgetragen. Diese Schritte werden wiederholt, bis Δf erreicht ist. Nun wird durch Laserabtrag die Unwucht abgeglichen, bis der Effekt der Unwucht auf das Sensorsignal minimal wird. Anschließend wird der nächste Sensor 14 des Wafers 12 angefahren und mit den Nadeln 16a, 16b kontaktiert, um das Trimmverfahren durchzuführen. Der Vorgang des Masseabtrags kann an der schwingenden Sensorstruktur übergangslos zum Vermessen erfolgen.

Claims (14)

1. Verfahren zum Trimmen von Sensoren mit schwingenden Strukturen, bei dem ein Sensorelement (14, 30), das eine schwingfähige Struktur (31a, 31b) zur Erfassung einer Messgröße aufweist, mit einem Laserstrahl (17a) bearbeitet wird, um gezielt Masse abzutragen, wobei mindestens eine Resonanzfrequenz des Sensorelements (14, 30) und/oder eine Unwucht des Sensorelements (14, 30) abgeglichen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (14, 30) während des Abtragens der Masse schwingt oder sich im Betriebszustand befindet und eine durch den Masseabtrag erfolgende Zustandsänderung instantan gemessen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des Laserstrahls (17b) ein Femtosekundenlaser (17) verwendet wird, der Laserpulse im Femtosekundenbereich erzeugt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgleich auf Waferebene durchgeführt, und dass während des Abtragens der Masse ein Vermessen des Sensorelements (14, 30) im Hinblick auf die Resonanzfrequenz und/oder die Unwucht durchgeführt wird und die Zustandsänderung zu messen.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (14, 30) aus Silizium gefertigt ist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (14, 30) ein mikromechanischer Drehratensensor ist, wobei das Sensorelement (14, 30) stimmgabelförmig ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das stimmgabelförmige Sensorelement (14, 30) Zinken (31a, 31b) umfasst, deren Resonanzfrequenz mittels Laserablation eingestellt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es unter Vakuumbedingungen durchgeführt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die weiteren Schritte:
- Bestimmen mindestens einer Resonanzfrequenz des Sensorelements (14, 30); und
- Verändern der mindestens einen Resonanzfrequenz durch Laserabtrag, bis ein vorgegebener Wert für die mindestens eine Resonanzfrequenz oder eine vorgegebene Differenz zweier Resonanzfrequenzen erreicht ist.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Zinken (31a, 31b) einer Stimmgabel zum Schwingen in einer ersten Resonanzfrequenz fz angeregt werden und bei einer Drehrate auf Grund der Corioliskraft eine Drehschwingung verursacht wird, die eine zweite Resonanzfrequenz ft aufweist, wobei durch Abtrag an mindestens einem Zinken (31a) die erste Resonanzfrequenz fz erhöht wird, um einen vorgegebenen Differenzwert zwischen den beiden Resonanzfrequenzen einzustellen.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die weiteren Schritte:
- Bestimmen einer Unwucht des Sensorelements (14, 30); und Abgleichen der Unwucht durch Laserabtrag, bis ein durch die Unwucht verursachtes Sensorsignal minimal wird.
11. Vorrichtung zum Trimmen von Sensoren mit schwingenden Strukturen, gekennzeichnet durch eine Messeinrichtung (13) zur Bestimmung einer Resonanzfrequenz und/oder einer Unwucht des Sensorelements (14, 30); einem Laser (17) mit einer Steuereinrichtung (18) zur gezielten Abtragung von Masse des Sensorelements; und einer Vergleichseinrichtung, um einen Messwert, der die aktuelle Resonanzfrequenz und/oder die aktuelle Unwucht repräsentiert, mit einem vorgegebenen Wert zu vergleichen.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser (17) ein Femtosekundenlaser ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, gekennzeichnet durch eine Vakuum- Kammer (19) zur Aufnahme eines zu trimmenden Sensorelements (14).
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (11) zum Tragen oder Halten eines Wafers (12), der ein oder mehrere der Sensorelemente (14) umfasst, in der Vakuumkammer (19).
DE10139443A 2001-08-10 2001-08-10 Verfahren und Vorrichtung zum Trimmen von Sensoren mit schwingenden Strukturen Ceased DE10139443A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10139443A DE10139443A1 (de) 2001-08-10 2001-08-10 Verfahren und Vorrichtung zum Trimmen von Sensoren mit schwingenden Strukturen
PCT/EP2002/008821 WO2003014667A1 (de) 2001-08-10 2002-08-07 Verfahren und vorrichtung zum trimmen von sensoren mit schwingenden strukturen

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10139443A DE10139443A1 (de) 2001-08-10 2001-08-10 Verfahren und Vorrichtung zum Trimmen von Sensoren mit schwingenden Strukturen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE10139443A1 true DE10139443A1 (de) 2003-03-06

Family

ID=7695105

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE10139443A Ceased DE10139443A1 (de) 2001-08-10 2001-08-10 Verfahren und Vorrichtung zum Trimmen von Sensoren mit schwingenden Strukturen

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE10139443A1 (de)
WO (1) WO2003014667A1 (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005021100A1 (de) * 2005-05-06 2006-12-07 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren und Vorrichtung zur Bestückung eines Schaltungsträgers mit zumindest einem neigungssensitiven Element
DE102006043388B3 (de) * 2006-09-08 2008-04-10 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zur Kompensation herstellungsbedingt auftretender Abweichungen bei der Herstellung mikromechanischer Elemente und deren Verwendung
DE102013108097A1 (de) * 2013-07-29 2015-01-29 Sartorius Lab Instruments Gmbh & Co. Kg Verfahren zur Fertigung eines Kraftmesskörpers

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040119492A1 (en) * 2002-11-01 2004-06-24 Stefan Schneidewind Method and apparatus for testing movement-sensitive substrates
US20070163346A1 (en) * 2006-01-18 2007-07-19 Honeywell International Inc. Frequency shifting of rotational harmonics in mems devices
JP5208373B2 (ja) 2006-04-12 2013-06-12 パナソニック株式会社 慣性力センサ
DE102007016735B4 (de) * 2007-01-16 2010-06-17 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Testeinrichtung für mikromechanische Bauelemente
DE102011006997A1 (de) * 2011-04-07 2012-10-11 Endress + Hauser Flowtec Ag Frequenzabgleichsverfahren für eine Rohranordnung
DE102011006919A1 (de) * 2011-04-07 2012-10-11 Endress + Hauser Flowtec Ag Verfahren zum Trimmen eines Rohrs
CN105312771B (zh) * 2015-11-27 2017-01-25 上海新跃仪表厂 用于轴对称结构谐振子调平的激光设备及其方法
CN111504292B (zh) * 2020-05-11 2022-03-04 中国人民解放军国防科技大学 一种石英圆柱谐振子第二次谐波误差的化学修调方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3766616A (en) * 1972-03-22 1973-10-23 Statek Corp Microresonator packaging and tuning
DE19528961C2 (de) * 1995-08-08 1998-10-29 Daimler Benz Ag Mikromechanischer Drehratensensor (DRS) und Sensoranordnung
ATE466288T1 (de) * 1999-03-25 2010-05-15 Draper Lab Charles S Dynamisch ausbalancierte mikroelektromechanische vorrichtungen

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005021100A1 (de) * 2005-05-06 2006-12-07 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren und Vorrichtung zur Bestückung eines Schaltungsträgers mit zumindest einem neigungssensitiven Element
DE102005021100B4 (de) * 2005-05-06 2007-02-15 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren und Vorrichtung zur Bestückung eines Schaltungsträgers mit zumindest einem neigungssensitiven Element
DE102006043388B3 (de) * 2006-09-08 2008-04-10 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zur Kompensation herstellungsbedingt auftretender Abweichungen bei der Herstellung mikromechanischer Elemente und deren Verwendung
US7951635B2 (en) 2006-09-08 2011-05-31 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Forderung Der Angewandten Forschung E.V. Method for the compensation of deviations occurring as a result of manufacture in the manufacture of micromechanical elements and their use
DE102013108097A1 (de) * 2013-07-29 2015-01-29 Sartorius Lab Instruments Gmbh & Co. Kg Verfahren zur Fertigung eines Kraftmesskörpers
DE102013108097B4 (de) * 2013-07-29 2016-02-25 Sartorius Lab Instruments Gmbh & Co. Kg Verfahren zur Fertigung eines Kraftmesskörpers
US10036766B2 (en) 2013-07-29 2018-07-31 Sartorius Lab Instruments Gmbh & Co. Kg Method for producing a force-measuring element

Also Published As

Publication number Publication date
WO2003014667A1 (de) 2003-02-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE10139443A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Trimmen von Sensoren mit schwingenden Strukturen
DE10247113B4 (de) Berührungsfühler
DE112006000375T5 (de) Verfahren zum Korrigieren von systematischen Fehlern in einem Laserbearbeitungssystem
WO2002100619A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur bestimmung der orientierung einer kristallografischen ebene relativ zu einer kristalloberfläche sowie vorrichtung und verfahren zum trennen eines einkristalls in einer trennmaschine
WO2007022793A1 (de) Vorrichtung zur durchführung von schwingungsmessungen an einem einen rotor aufweisenden prüfling mit auswuchteinrichtung
EP3158283A1 (de) Fertigungssystem
WO2017042365A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum bestimmen einer schwingungsamplitude eines werkzeugs
DE102019217740B3 (de) Verfahren und Anordnung zur Überprüfung eines Zustands eines Koordinatenmessgeräts oder eines Drehtisches
DE4228333A1 (de) Zerspanungsvorrichtung
EP3636373B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur kontrolle einer stabmessereinspannung und/oder eines messerschachts eines stabmesserkopfs zur kegelradherstellung
DE19816914B4 (de) Abtastmikroskop
DE4417132C2 (de) Resonanter Meßwertaufnehmer und dessen Verwendung
DE102016224749A1 (de) Werkzeugmaschine zur spanenden Bearbeitung eines Werkstücks
DE19754681A1 (de) In einem Rastermodus abtastende Vorrichtung mit einer Kompensation des Störeinflusses vonmechanischen Schwingungen auf dem Abtastvorgang
DE102008011540B4 (de) Verfahren zum zentrierten Montieren einer ersten Komponente an einer zweiten Komponente
DE19748856C2 (de) Schnittverfahren und Schnittvorrichtung
WO2007045208A2 (de) Schwingungssensor mit einer mikromechanisch gefertigten schwingfähigen struktur
DE102008022365B3 (de) Verfahren zum Abgleichen eines Prüflings
EP2154538A2 (de) Beschleunigungssensor und Verfahren zum Erfassen einer Beschleunigung
EP0056972B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Halbleiterelementen mit bestimmten physikalischen Parametern
DE3916754C2 (de)
DE102022126972B3 (de) Vorrichtung für die Charakterisierung eines inertialen Sensors
DE102022107598A1 (de) 1Ausgewuchtete Spiegeleinheit für eine Laserablenkvorrichtung und entsprechendes Auswuchtverfahren
DE102007049867A1 (de) Paramagnetischer Gassensor sowie Verfahren zum Betrieb desselben
DE4435635A1 (de) Mikrobiegebalken für die atomare Kraftmikroskopie und Verfahren zu seiner Herstellung

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8125 Change of the main classification

Ipc: G01C 19/56 AFI20051017BHDE

8131 Rejection