DE10148858A1 - Mikromechanischer Sensor mit Selbsttestfunktion und Optimierungsverfahren - Google Patents
Mikromechanischer Sensor mit Selbsttestfunktion und OptimierungsverfahrenInfo
- Publication number
- DE10148858A1 DE10148858A1 DE10148858A DE10148858A DE10148858A1 DE 10148858 A1 DE10148858 A1 DE 10148858A1 DE 10148858 A DE10148858 A DE 10148858A DE 10148858 A DE10148858 A DE 10148858A DE 10148858 A1 DE10148858 A1 DE 10148858A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- self
- seismic mass
- test
- measurement
- electrodes
- 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.)
- Withdrawn
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
- B81C99/0055—Manufacturing logistics
- B81C99/006—Design; Simulation
-
- 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
- G01P15/125—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 capacitive pick-up
-
- 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
-
- 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
- G01P2015/0805—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 being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration
- G01P2015/0808—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 being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining in-plane movement of the mass, i.e. movement of the mass in the plane of the substrate
- G01P2015/0811—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 being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining in-plane movement of the mass, i.e. movement of the mass in the plane of the substrate for one single degree of freedom of movement of the mass
- G01P2015/0814—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 being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining in-plane movement of the mass, i.e. movement of the mass in the plane of the substrate for one single degree of freedom of movement of the mass for translational movement of the mass, e.g. shuttle type
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T29/00—Metal working
- Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
- Y10T29/49002—Electrical device making
- Y10T29/49007—Indicating transducer
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
Abstract
Die vorliegende Erfindung schafft einen mikromechanischen Sensor mit einem Substrat (1) mit einer darauf befindlichen Strukturschicht (3); einer unter einer Federkraft relativ zur Strukturschicht (3) beweglichen seismischen Masse (5); wenigstens einer Messkondensatorelektrodenanordnung (15, 16, 17) zum Erfassen einer Verlagerung der seismischen Masse (5) in einer Messrichtung und wenigstens einer Antriebskondensatorelektrodenanordnung (18, 19) zum Auslenken der seismischen Masse (5) in eine Selbsttestrichtung; wobei die Messrichtung senkrecht zur Selbsttestrichtung ausgerichtet ist, sowie ein entsprechendes Optimierungsverfahren.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft einen mikromechanischen Sensor mit einer Selbsttestfunktion und ein entsprechendes Optimierungsverfahren.
- Die Durchführung eines Selbsttests an einem mikromechanischen Sensor beinhaltet das Prüfen der Funktionsfähigkeit des Sensors, ohne dass hierzu der Sensor der physikalischen Messkondensatorgröße (z. B. Beschleunigung, Drehrate, etc.) ausgesetzt werden muss, zu deren Erfassung der Sensor eigentlich konzipiert ist.
- Übliche mikromechanische Sensoren umfassen ein Substrat, eine unter einer Federkraft gegen eine Si-Strukturschicht beweglich seismische Masse, die unter dem Einfluss der zu erfassenden physikalischen Messkondensatorgröße eine zum Wert der Messkondensatorgröße proportionale Verlagerung erfährt, und eine Messkondensatorelektrodenanordnung zum Erfassen dieser Verlagerung der seismischen Masse.
- Um an einem solchen Sensor einen Selbsttest durchzuführen, kann z. B. eine Antriebskondensatorelektrodenanordnung verwendet werden, die parallel zu der Messkondensatorelektrodenanordnung ausgerichtet ist und mit deren Hilfe die seismische Masse auch ohne den Einfluss der Messkondensatorgröße zu einer Bewegung antreibbar ist.
- In diesem Fall ist also die Antriebskondensatorelektrodenanordnung von der Messkondensatorelektrodenanordnung verschieden und dient dazu, eine durch eine an den Antriebskondensatorelektroden anliegende statische Spannung bewirkte stationäre Verlagerung der seismische Masse erfassen zu können.
- Es ist aber auch bekannt, einen einzigen Satz von Elektroden im Zeitmultiplex als Antriebs- und Messkondensatorelektroden zu verwenden, indem z. B. zu einem ersten Zeitpunkt durch eine auf die Elektroden gegebene Antriebsspannung eine Verlagerung der seismische Masse angestoßen wird und zu einer späteren Zeit eine daraus resultierende Bewegung der seismischen Masse mit den gleichen Elektroden gemessen wird.
- Ein solcher Selbsttest ermöglicht bislang nur eine grobe Abschätzung der Funktionsfähigkeit des Sensors, denn die Toleranzen der Selbsttestantworten liegen bei beiden oben genannten Konstruktionsprinzipien üblicherweise bei mehr als ± 15%. Hervorgerufen werden diese Toleranzen durch nicht vermeidbare Fertigungstoleranzen bei der Ätzung der mikromechanischen Strukturen.
- Die besagten Fertigungstoleranzen beim Ätzen, das üblicherweise als Trockenätzprozess durchgeführt wird, entstehen hauptsächlich durch unterschiedliche Prozesstemperaturen, Prozessgaszusammensetzungen oder Prozessgas-Strömungsraten. Dieser Trockenätzprozess wird üblicherweise zur Strukturierung der seismischen Masse und der Elektrodenfingeranordnungen eingesetzt, da durch ihn annähernd senkrechte Flanken erzielt werden können. Wie bei Ätzprozessen üblich, erfolgt unter der Ätzstoppmaske eine laterale Unterätzung der Strukturen.
- Fig. 3 zeigt beispielhaft einen Schnitt durch zwei einander gegenüberliegende Elektrodenfinger zur Illustration der Ätztoleranzen.
- In Fig. 3 bezeichnet MA eine Ätzstoppmaske, E1 bzw. E2 einen ersten und zweiten Elektrodenfinger aus Polysilizium, d0 ein Designmaß, d ein Fertigungsmaß sowie δ eine Unterätzung.
- Wie aus Fig. 3 ersichtlich, wird der Abstand zwischen den einander gegenüberliegenden Elektrodenfingern E1, E2 bei annähernd symmetrischer Ätzung durch die Unterätzung um den Abstand 2δ vergrößert; wobei diese Abstandsänderung auch als Kantenverlust kV bezeichnet wird. Mithin beträgt der Kondensatorplattenabstand der Elektrodenfinger E1, E2:
d = d0 + kV
- Gleichermaßen wird die Breite eines Elektrodenfingers um den Kantenverlust kv, verringert.
- Das der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Problem liegt darin, dass dieser Kantenverlust eine hohe Toleranz von ca. ± 70% aufweist und somit den Haupteinflussfaktor auf die Empfindlichkeit des Sensors und auf die Toleranzen der Selbsttestantworten darstellt.
- Obwohl man nunmehr ein Fertigungsverfahren bzw. Kompensationsverfahren entwickelt hat, mit dessen Hilfe die Empfindlichkeit dieser mikromechanischen Sensorelemente nahezu toleranzfrei herstellbar ist, d. h. Resttoleranz der Empfindlichkeit ca. 1-2% bei Kantenverlust-Toleranzen von ± 70%, ist es bisher nicht gelungen, die Toleranzen der Testsignalantwort auf einen akzeptablen Wert zu bringen. Insbesondere liegen diese Toleranzen bisher immer noch in einer Größenordnung von mehr als ± 15%.
- Letztendliche Gründe für diese großen Toleranzen der Testsignalantwort sind die quadratische Abhängigkeit der elektrostatischen Kraft vom Gap-Abstand zwischen den Elektrodenfingern und damit vom Kantenverlust und die daraus resultierende kubische Abhängigkeit der Testsignalantwort vom Kantenverlust sowie die Tatsache, dass sich die Geometrieparameter bei der Testsignalkompensation von denen der Empfindlichkeitskompensation unterscheiden.
- Für eine möglichst genaue Testsignalantwort, durch die beispielsweise Driften der Sensorempfindlichkeit feststellbar sind, ist daher bisher ein kostenintensiver, technisch aufwändiger und fehleranfälliger Abgleich im ASIC, der die Bewegung der seismischen Masse und damit die Kapazitätsänderung des Sensorelementes auswertet, notwendig.
- Vorteile der Erfindung
- Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen mikromechanischen Sensors mit Selbsttestfunktion nach Anspruch 1 bzw. des entsprechenden Optimierungsverfahrens nach Anspruch 5 liegt in der Tatsache, dass eine Reduktion der Toleranzen der Testsignalantwort bei gleichzeitigem Erhalt der Empfindlichkeitskompensation möglich ist, um somit Driften von Sensorparametern, insbesondere der Empfindlichkeit, genauer detektieren zu können, ohne dass es eines zusätzlichen Abgleiches bedarf.
- Der Kern der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass die zur Erzeugung der Selbsttestantwort notwendigen Elektroden derart angeordnet werden, dass die quadratische Abhängigkeit der Kraft vom Kantenverlust reduziert wird. Dazu werden die Antriebselektroden zur Erzeugung der Selbsttestantwort separat von der Masselektrodenanordnung ausgeführt und senkrecht dazu angeordnet, wodurch sich nur noch eine lineare Abhängigkeit der elektrostatischen Kraft vom Kantenverlust und dadurch eine entsprechende Reduktion der Toleranz der Selbsttestantwort ergibt. Insbesondere ist die Abhängigkeit der Selbsttestantwort vom Kantenverlust bei dem vorgeschlagenen Sensor nur noch quadratisch. Bei dem erfindungsgemäßen Sensor beträgt somit die Toleranz der Selbsttestantwort typischerweise nur noch ±5%.
- Weiterhin kann durch eine Optimierung der sogenannten äquivalenten Beschleunigung, nämlich dem Quotienten aus Selbsttestantwort und Empfindlichkeit, der Wert der Toleranz der Selbsttestantwort sogar auf ±2% reduziert werden, so dass auf den Testsignalabgleich gänzlich verzichtet werden kann.
- Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist die Messkondensatorelektrodenanordnung derart angeordnet, dass eine Verlagerung der seismischen Masse in der Messrichtung eine Abstandsänderung der Messkondensatorelektroden bewirkt.
- Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die Antriebskondensatorelektrodenanordnung derart angeordnet ist, dass eine Auslenkung der seismischen Masse in die Selbsttestrichtung eine Abstandsänderung der Messkondensatorelektroden und eine Parallelverschiebung der Antriebskondensatorelektrodenanordnung bewirkt.
- Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung umfasst die Antriebskondensatorelektrodenanordnung zwei äußere und in einem Zwischenraum zwischen den äußeren Elektroden eine innere Elektrode, wobei entweder die äußeren Elektroden ortsfest und die innere Elektrode beweglich oder die äußeren Elektroden beweglich und die innere Elektrode ortsfest sind. Diese Weiterbildung hat den Vorteil, dass sie vielfach wiederholbar ist.
- Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird die Toleranz der Selbsttestantwort des Sensors hinsichtlich eines prozesstechnischen Kantenverlustes bei der Bildung der Messkondensatorelektroden optimiert.
- Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Figuren.
- Es zeigen:
- Fig. 1 eine Draufsicht auf einen mikromechanischen Sensor gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung;
- Fig. 2 einen Schnitt durch den Sensor aus Fig. 1;
- Fig. 3 eine Illustration zur Erläuterung des Kantenverlustes als Fertigungsparameter;
- Fig. 4 eine schematische Illustration zur üblichen Erzeugung der Selbsttestantwort; und
- Fig. 5 eine schematische Illustration zur erfindungsgemäßen Erzeugung der Selbsttestantwort.
- In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Elemente.
- Fig. 4 zeigt zunächst eine schematische Illustration zur üblichen Erzeugung der Selbsttestantwort.
- In Fig. 4 bezeichnet V eine Verankerung, welche über eine Feder F mit Federkonstante k mit einer seismischen Masse M verbunden ist. F1 ist eine feststehende Elektrode, welche einen Überlapp UE mit der seismischen Masse hat. Utest bezeichnet eine angelegte statische Selbsttestspannung. Dazu sei bemerkt, dass Utest im allgemeinen Fall auch dynamisch sein kann.
- Um eine Auslenkung der seismischen Masse M zu erreichen, ohne dass eine externe Beschleunigung an der seismischen Masse M angreift, wird eine elektrostatische Kraft FE11 mit Hilfe der Testspannung Utest erzeugt. Hierfür wird bisher der Mechanismus der Annäherung zweier Kondensatorplatten unter Beaufschlagung einer Spannung verwendet, wodurch eine äquivalente Beschleunigung durch die elektrostatische Kraft erzeugt wird. Dies lässt sich durch folgenden Zusammenhang ausdrücken:
wobei ε0 die Vakuum-Dielektrizitätskonstante, εr die relative Dielektrizitätskonstante, A die Kondensatorfläche und d der Abstand zwischen den Kondensatorelektroden ist. - Wenn die Platten mit einer Kraft nach obiger Formel ausgelegt werden, kann ein Kräftegleichgewicht mit der Federkraft FFeder angenommen werden, d. h. es gilt:
FFeder = FE11
- Bezeichnet man mit Δd die Änderung des Plattenabstandes, so gilt:
- Des weiteren gilt für die Empfindlichkeit E eines derartigen Sensors
wobei Uref eine Referenzspannung und a die anliegende Beschleunigung ist. - Löst man die obige Gleichung nach Δd auf, setzt dies in die letzte Gleichung ein und berücksichtigt weiterhin den Kantenverlust kV, so kann die Ausgangsspannung U (Selbsttestantwort), verursacht durch die angelegte Testspannung, nach dem C/U-Wandler numerisch ermittelt werden.
- Zur einfacheren Darstellung wird folgende Näherungsgleichung verwendet:
U (kV) = K2/ ((do + kv) 3. (bf - kv) 3)
- Die Konstante K2 ist dabei keine Funktion des Kantenverlustes, und bf bezeichnet die Feder- bzw. Elektrodenbreite.
- Die quadratische Abhängigkeit der elektrostatischen Kraft vom Plattenabstand und die daraus resultierende kubische Abhängigkeit der Selbsttestantwort führen also bei der üblichen Selbsttestfunktion zur oben erwähnten großen Toleranz der Ausgangsspannung von mehr als ± 15%.
- Fig. 5 zeigt eine schematische Illustration zur erfindungsgemäßen Erzeugung der Selbsttestantwort.
- Gemäß Fig. 5 wird eine parallele Verschiebung zweier Kondensatorplatten dazu benutzt, eine Selbsttestantwort zu erzeugen. Hierbei wird die bewegliche seismische Masse m gegenüber dem Paar feststehender Kondensatorplatten F1', F2' durch Anlegen der Testspannung Utest um eine Distanz Δx verschoben.
- In Analogie zu den obigen Betrachtungen in Zusammenhang mit Fig. 4 stellt sich folgendes Kräftegleichgewicht nach einer Verschiebung um Δx ein:
FFeder = FE12
oder
- Dabei entspricht eine Verschiebung Δx der Selbsttestelektroden einer Verschiebung Δd der Messelektroden, also gilt Δd = Δx. Wird die letztere Gleichung nach Δx aufgelöst, so ergibt sich für die Ausgangsspannung U' (Selbsttestantwort)
- Dabei ist d 0,1 der Spalt bei der Detektion und d0,2 der Spalt beim Selbsttest. Diese können verschieden oder auch (i. a.) gleich gestaltet sein. Die Konstante K3 ist keine Funktion des Kantenverlustes kV. Aus dieser Gleichung geht hervor, dass die Selbsttestantwort im Gegensatz zum üblichen Prinzip nur noch eine quadratische Abhängigkeit vom Kantenverlust aufweist. Eine auf 5% verminderte Toleranz der Selbsttestantwort entspricht einer Verbesserung um den Faktor drei gegenüber dem üblichen Selbsttestprinzip.
- Um die Toleranz der Selbsttestantwort noch weiter zu minimieren, lässt sich obige Gleichung nach dem Kantenverlust kV differenzieren und zu null setzen. Dadurch lässt sich numerisch derjenige Kantenverlust kV* ermitteln, bei dem sich die geringste Toleranz der Selbsttestantwort bei gegebenen Designwerten ergibt. Dieser ermittelte optimale Wert des Kantenverlustes kV* weicht allerdings von dem optimierten Kantenverlustwert kV* für die Empfindlichkeitskompensation ab.
- Um die Toleranz der Empfindlichkeit mit der Toleranz der Selbsttestantwort abzustimmen, lässt sich anstatt dessen die sogenannte äquivalente Beschleunigung nach dem Kantenverlust kV ableiten.
- Die äquivalente Beschleunigung ist gegeben durch:
- Die Konstante K4 ist ebenfalls keine Funktion des Kantenverlustes.
- Für die gesuchten Minima ergeben sich folgende äquivalente Bedingungen:
bm = d0,2 + 2kV bzw. d0,2 = bm - 2kV bzw. kV = (bm - d0,2)/2
- Werden diese Bedingungen sowie die Bedingung
erfüllt, so lässt sich eine Toleranz der Selbsttestantwort erzielen, die nur noch ± 2% beträgt. Bei diesem Toleranzwert kann der bisher übliche Abgleich auf jeden Fall entfallen. - Der oben dargelegte Optimierungsalgorithmus kann prinzipiell auf alle Sensoren mit Differentialkapazitäten zur Sensierung, z. B. Beschleunigungssensoren, Beschleunigungsschalter, Drehratensensoren, etc. angewendet werden.
- Weitergehende Betrachtungen zeigen, dass beim neuen Verfahren zur Optimierung der Selbsttestantwort und der Empfindlichkeit bei bestimmten Designs ein Minimum der Empfindlichkeitstoleranz mit einem Minimum der Selbsttestantwort- Toleranz zusammenfällt.
- Die Figs. 1 und 2 zeigen einen mikromechanischen Sensor gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung in einer Draufsicht bzw. in einem Schnitt entlang der Linie II-II aus Fig. 1, bei dem die oben erläuterte erfindungsgemäße Erzeugung der Selbsttestantwort durchführbar ist.
- Der Sensor ist aufgebaut aus einem Siliciumsubstrat 1, auf dem, durch eine SiO2-Opferschicht beabstandet, eine Silicium-Strukturschicht 3 vorgesehen ist. In die Strukturschicht 3 ist ein Fenster 4 geätzt, wobei in der Mitte des Fensters 4 eine seismische Masse 5 sowie federelastische Verbindungsstege 6 zwischen der seismischen Masse 5 und der umgebenden Strukturschicht 3 bestehen gelassen sind. Dieser Ätzschritt, der zur Strukturierung der Silicium-Strukturschicht 3 dient, sorgt für den besagten Kantenverlust kV.
- Durch einen weiteren Schritt des Ätzens der Opferschicht 2 durch das Fenster 4 hindurch ist die seismische Masse 5 vom Substrat getrennt und beweglich.
- Die seismische Masse 5 hat üblicherweise im wesentlichen die Gestalt eines Buchstaben H, wobei der zentrale Balken 9 des H eine Mehrzahl von beweglichen Elektroden 15 trägt und die zwei seitlichen Balken 11 im wesentlichen die Aufgabe haben, zum Gewicht der seismischen Masse 5 und damit zu ihrer Empfindlichkeit beizutragen. Generell ist die seismische Masse 5 aus einzelnen schmalen Balken zusammengesetzt, weil die zum Beseitigen der Opferschicht 2 unterhalb der seismischen Masse 5 benötigte Zeit um so länger ist, je breiter deren Elemente sind, und der an sich unerwünschte Kantenverlust mit steigender Ätzdauer zunimmt.
- Bewegliche Messkondensatorelektroden 15 erstrecken sich vom zentralen Balken 9 aus in zwei Richtungen und wirken zusammen mit zwei Sätzen von ortsfesten Messkondensatorelektroden 16 bzw. 17, die sich von zwei gegenüberliegenden Rändern 8 1, 8 2 der Strukturschicht 3 in das viereckige Fenster 4 erstrecken.
- Anhand der gegenphasig variierenden Kapazitätsänderungen der zwei Messkondensatorelektrodenanordnung auf beiden Seiten des zentralen Balkens 9 kann eine Auslenkung der seismischen Masse 5 unter der Einwirkung einer zu erfassenden externen Kraft nachgewiesen und gemessen werden.
- Von einem anderen Paar 8 3, 8 4 von entgegengesetzten Rändern aus erstrecken sich ortsfeste Selbsttest-Antriebskondensatorelektroden 18 ins Fenster 4 und wirken mit an den seitlichen Balken 11 der seismischen Masse 5 ausgebildeten beweglichen Antriebskondensatorelektroden 19 zusammen. Die Oberflächen der Antriebskondensatorelektroden 18, 19 verlaufen jeweils senkrecht zu denen der Messkondensatorelektroden 15, 16, 17.
- In Fig. 1 ist jeweils eine einzelne ortsfeste Antriebskondensatorelektrode 18 gezeigt, die mit einer beiderseitigen Spaltbreite d zwischen zwei bewegliche Antriebskondensatorelektroden 19 eingreift. Selbstverständlich könnte auch eine bewegliche Antriebskondensatorelektrode zwischen zwei ortsfeste eingreifen, oder die Zahl der Antriebskondensatorelektroden könnte größer sein.
- Durch Anlegen einer gegenphasigen Antriebsspannung U an die Antriebskondensatorelektroden 18 lässt sich eine Verlagerung der seismischen Masse 5 parallel zur Linie II-II der Fig. 3 herbeiführen. Diese Verlagerung bewirkt eine Veränderung des Abstandes der Platten der Messkondensatorelektroden 15, 16, 17. Die Erfassung und Auswertung dieser Änderung zur erfindungsgemäßen Selbsttestfunktion wurde bereits oben allgemein beschrieben.
Claims (6)
1. Mikromechanischer Sensor mit:
einem Substrat (1) mit einer darauf befindlichen Strukturschicht (3);
einer unter einer Federkraft relativ zur Strukturschicht (3) beweglichen seismischen Masse (5);
wenigstens einer Messkondensatorelektrodenanordnung (15, 16, 17) zum Erfassen einer Verlagerung der seismischen Masse (5) in einer Messrichtung; und
wenigstens einer Antriebskondensatorelektrodenanordnung (18, 19) zum Auslenken der seismischen Masse (5) in eine Selbsttestrichtung;
wobei die Messrichtung senkrecht zur Selbsttestrichtung ausgerichtet ist.
einem Substrat (1) mit einer darauf befindlichen Strukturschicht (3);
einer unter einer Federkraft relativ zur Strukturschicht (3) beweglichen seismischen Masse (5);
wenigstens einer Messkondensatorelektrodenanordnung (15, 16, 17) zum Erfassen einer Verlagerung der seismischen Masse (5) in einer Messrichtung; und
wenigstens einer Antriebskondensatorelektrodenanordnung (18, 19) zum Auslenken der seismischen Masse (5) in eine Selbsttestrichtung;
wobei die Messrichtung senkrecht zur Selbsttestrichtung ausgerichtet ist.
2. Mikromechanischer Sensor nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass die Messkondensatorelektrodenanordnung
(15, 16, 17) derart angeordnet ist, dass eine Verlagerung
der seismischen Masse (5) in der Messrichtung eine
Abstandsänderung der Messkondensatorelektroden (15, 16, 17)
bewirkt.
3. Mikromechanischer Sensor nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die
Antriebskondensatorelektrodenanordnung (18, 19) derart angeordnet ist, dass eine
Auslenkung der seismischen Masse (5) in die Selbsttestrichtung
eine Abstandsänderung der Messkondensatorelektroden (15,
16, 17) und eine Parallelverschiebung der
Antriebskondensatorelektrodenanordnung (18, 19) bewirkt.
4. Mikromechanischer Sensor nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
Antriebskondensatorelektrodenanordnung (18, 19) zwei äußere und in einem
Zwischenraum zwischen den äußeren Elektroden eine innere
Elektrode umfasst, wobei entweder die äußeren Elektroden
ortsfest und die innere Elektrode beweglich oder die
äußeren Elektroden beweglich und die innere Elektrode ortsfest
sind.
5. Verfahren zum Optimieren des Designs eines
mikromechanischer Sensors nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Toleranz der
Selbsttestantwort hinsichtlich eines prozesstechnischen
Kantenverlustes (kV) bei der Bildung der Messkondensatorelektroden
(15, 16, 17) optimiert wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
dass die Toleranz der Empfindlichkeit hinsichtlich eines
prozesstechnischen Kantenverlustes (kV) bei der Bildung der
Messkondensatorelektroden (15, 16, 17) optimiert wird.
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10148858A DE10148858A1 (de) | 2001-10-04 | 2001-10-04 | Mikromechanischer Sensor mit Selbsttestfunktion und Optimierungsverfahren |
JP2003534309A JP2005504976A (ja) | 2001-10-04 | 2002-09-04 | セルフテスト機能及び最適化方法を備えたマイクロマシニング型のセンサ |
PCT/DE2002/003252 WO2003031317A2 (de) | 2001-10-04 | 2002-09-04 | Mikromechanischer sensor mit selbsttestfunktion und optimierungsverfahren |
EP02774294A EP1438255A2 (de) | 2001-10-04 | 2002-09-04 | Mikromechanischer sensor mit selbsttestfunktion und optimierungsverfahren |
US10/491,676 US20050039530A1 (en) | 2001-10-04 | 2002-09-04 | Micromechanical sensor having a self-test function and optimization method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10148858A DE10148858A1 (de) | 2001-10-04 | 2001-10-04 | Mikromechanischer Sensor mit Selbsttestfunktion und Optimierungsverfahren |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10148858A1 true DE10148858A1 (de) | 2003-04-10 |
Family
ID=7701304
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE10148858A Withdrawn DE10148858A1 (de) | 2001-10-04 | 2001-10-04 | Mikromechanischer Sensor mit Selbsttestfunktion und Optimierungsverfahren |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20050039530A1 (de) |
EP (1) | EP1438255A2 (de) |
JP (1) | JP2005504976A (de) |
DE (1) | DE10148858A1 (de) |
WO (1) | WO2003031317A2 (de) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102007057136A1 (de) | 2007-11-28 | 2009-06-04 | Robert Bosch Gmbh | Schaltung für einen mikromechanischen Körperschallsensor und Verfahren zum Betrieb eines mikromechanischen Körperschallsensors |
DE102004030380B4 (de) * | 2004-06-23 | 2010-07-29 | Eads Deutschland Gmbh | Mikromechanischer Drucksensor und Verfahren zum Selbsttest eines solchen |
DE102005005554B4 (de) * | 2004-02-13 | 2013-07-25 | Denso Corporation | Verfahren zur Überprüfung eines Halbleitersensors für eine dynamische Grösse |
WO2016110460A1 (de) * | 2015-01-05 | 2016-07-14 | Northrop Grumman Litef Gmbh | Beschleunigungssensor mit reduziertem bias und herstellungsverfahren eines beschleunigungssensors |
DE102009046807B4 (de) | 2009-11-18 | 2023-01-05 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zur Empfindlichkeitsbestimmung eines Beschleunigungs- oder Magnetfeldsensors |
Families Citing this family (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100513345B1 (ko) * | 2003-12-20 | 2005-09-07 | 삼성전기주식회사 | 정전용량형 z축 가속도계 |
KR100513346B1 (ko) * | 2003-12-20 | 2005-09-07 | 삼성전기주식회사 | 보정전극을 갖는 정전용량형 가속도계 |
CN1314969C (zh) * | 2004-04-29 | 2007-05-09 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种单硅片体微机械工艺实现的带静电自检测的加速度计 |
FI118930B (fi) * | 2005-09-16 | 2008-05-15 | Vti Technologies Oy | Menetelmä kiihtyvyyden mikromekaaniseen mittaamiseen ja mikromekaaninen kiihtyvyysanturi |
CN103528578B (zh) * | 2008-08-18 | 2017-01-04 | 株式会社日立制作所 | 微机电系统 |
DE102009028173A1 (de) * | 2009-07-31 | 2011-02-10 | Robert Bosch Gmbh | Sensorvorrichtung und Herstellungsverfahren für eine Sensorvorrichtung |
US8373522B2 (en) * | 2010-02-03 | 2013-02-12 | Harris Corporation | High accuracy MEMS-based varactors |
GB201322918D0 (en) | 2013-12-23 | 2014-02-12 | Atlantic Inertial Systems Ltd | Accelerometers |
DE102015001128B4 (de) * | 2015-01-29 | 2021-09-30 | Northrop Grumman Litef Gmbh | Beschleunigungssensor mit Federkraftkompensation |
ITUA20162172A1 (it) | 2016-03-31 | 2017-10-01 | St Microelectronics Srl | Sensore accelerometrico realizzato in tecnologia mems avente elevata accuratezza e ridotta sensibilita' nei confronti della temperatura e dell'invecchiamento |
CN108020687B (zh) * | 2018-02-06 | 2024-03-19 | 深迪半导体(绍兴)有限公司 | 一种mems加速度计 |
CN110739178B (zh) * | 2019-09-16 | 2022-07-29 | 北京空间机电研究所 | 一种双弹簧单质量块加速度开关 |
IT201900017546A1 (it) | 2019-09-30 | 2021-03-30 | St Microelectronics Srl | Dispositivo a pulsante mems resistente all'acqua, dispositivo di ingresso comprendente il dispositivo a pulsante mems e apparecchio elettronico |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE69113632T2 (de) * | 1990-08-17 | 1996-03-21 | Analog Devices Inc | Monolithischer beschleunigungsmesser. |
US6199874B1 (en) * | 1993-05-26 | 2001-03-13 | Cornell Research Foundation Inc. | Microelectromechanical accelerometer for automotive applications |
DE4432837B4 (de) * | 1994-09-15 | 2004-05-13 | Robert Bosch Gmbh | Beschleunigungssensor und Meßverfahren |
JPH1151967A (ja) * | 1997-08-08 | 1999-02-26 | Mitsubishi Electric Corp | 多軸加速度センサ及びその製造方法 |
DE10046958B4 (de) * | 1999-09-27 | 2009-01-02 | Denso Corp., Kariya-shi | Kapazitive Vorrichtung zum Erfassen einer physikalischen Grösse |
-
2001
- 2001-10-04 DE DE10148858A patent/DE10148858A1/de not_active Withdrawn
-
2002
- 2002-09-04 EP EP02774294A patent/EP1438255A2/de not_active Withdrawn
- 2002-09-04 JP JP2003534309A patent/JP2005504976A/ja not_active Withdrawn
- 2002-09-04 WO PCT/DE2002/003252 patent/WO2003031317A2/de not_active Application Discontinuation
- 2002-09-04 US US10/491,676 patent/US20050039530A1/en not_active Abandoned
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102005005554B4 (de) * | 2004-02-13 | 2013-07-25 | Denso Corporation | Verfahren zur Überprüfung eines Halbleitersensors für eine dynamische Grösse |
DE102004030380B4 (de) * | 2004-06-23 | 2010-07-29 | Eads Deutschland Gmbh | Mikromechanischer Drucksensor und Verfahren zum Selbsttest eines solchen |
DE102007057136A1 (de) | 2007-11-28 | 2009-06-04 | Robert Bosch Gmbh | Schaltung für einen mikromechanischen Körperschallsensor und Verfahren zum Betrieb eines mikromechanischen Körperschallsensors |
WO2009068345A3 (de) * | 2007-11-28 | 2009-08-20 | Bosch Gmbh Robert | Schaltung für einen mikromechanischen körperschallsensor und verfahren zu dessen betrieb |
DE102009046807B4 (de) | 2009-11-18 | 2023-01-05 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zur Empfindlichkeitsbestimmung eines Beschleunigungs- oder Magnetfeldsensors |
WO2016110460A1 (de) * | 2015-01-05 | 2016-07-14 | Northrop Grumman Litef Gmbh | Beschleunigungssensor mit reduziertem bias und herstellungsverfahren eines beschleunigungssensors |
US9983226B2 (en) | 2015-01-05 | 2018-05-29 | Northrop Grumman Litef Gmbh | Acceleration sensor having a reduced bias and manufacturing method for an acceleration sensor |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP1438255A2 (de) | 2004-07-21 |
WO2003031317A2 (de) | 2003-04-17 |
JP2005504976A (ja) | 2005-02-17 |
US20050039530A1 (en) | 2005-02-24 |
WO2003031317A3 (de) | 2003-10-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE10148858A1 (de) | Mikromechanischer Sensor mit Selbsttestfunktion und Optimierungsverfahren | |
DE69432074T2 (de) | Mikromechanischer querbeschleunigungsmesser | |
DE69613437T2 (de) | Verfahren zur Herstellung einer Struktur mit einer mittels Anschlägen auf Abstand von einem Substrat gehaltenen Nutzschicht, sowie Verfahren zur Loslösung einer solchen Schicht | |
DE4133009C2 (de) | Kapazitiver Drucksensor und Herstellungsverfahren hierzu | |
EP2394177B1 (de) | Beschleunigungssensor und verfahren zum betreiben eines beschleunigungssensors | |
DE19921863B4 (de) | Halbleitersensor für eine dynamische Größe mit Elektroden in einer Rahmenstruktur | |
DE19906067B4 (de) | Halbleitersensor für physikalische Größen und Verfahren zu dessen Herstellung | |
DE19537577C2 (de) | Symmetrisches Prüfmassen-Beschleunigungsmeßgerät mit Eigendiagnosefähigkeit und sein Herstellungsverfahren | |
DE102010029645B4 (de) | Mikromechanisches Bauelement mit einer Teststruktur zur Bestimmung der Schichtdicke einer Abstandsschicht und Verfahren zum Herstellen einer solchen Teststruktur | |
EP1550349B1 (de) | Membran und verfahren zu deren herstellung | |
DE102008043524B4 (de) | Beschleunigungssensor und Verfahren zu seiner Herstellung | |
DE602004011691T2 (de) | Elektrodenaufhängung zur kompensation der auslenkung aus der substratebene für einen beschleunigungsmesser | |
DE102004015237B4 (de) | Sensor mit Vorsprung und Verfahren zu dessen Herstellung | |
DE102017219901B3 (de) | Mikromechanischer z-Inertialsensor | |
DE102005005554A1 (de) | Verfahren zur Überprüfung eines Halbleitersensors für eine dynamische Grösse | |
DE10135437A1 (de) | Sensor für dynamische Grössen, der bewegliche und feste Elektroden mit hoher Steifigkeit aufweist | |
DE102013208688A1 (de) | Sensiereinrichtung für eine mikromechanische Sensorvorrichtung | |
DE10310339A1 (de) | Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung | |
DE102015212669B4 (de) | Kapazitive mikroelektromechanische Vorrichtung und Verfahren zum Ausbilden einer kapazitiven mikroelektromechanischen Vorrichtung | |
EP3504152A1 (de) | Mikromechanisches bauteil mit zwei membranen und herstellungsverfahren für ein mikromechanisches bauteil mit zwei membranen | |
EP2207020A2 (de) | Kapazitiver Drucksensor | |
DE102010062056B4 (de) | Mikromechanisches Bauteil | |
DE102020200331A1 (de) | Mikromechanisches Bauelement | |
WO2017085003A1 (de) | Mikromechanische struktur für einen beschleunigungssensor | |
WO2002029421A1 (de) | Verfahren und vorrichtung zum elektrischen nullpunktabgleich für ein mikromechanisches bauelement |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |