DE102007050116A1 - Beschleunigungssensor - Google Patents

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Abstract

Beschleunigungssensor mit einer außerhalb ihres Schwerpunktes beweglich gelagerten Masse (15), wobei erste Elektroden an der Masse (15) und zweite, beabstandet angeordnete, Elektroden (3) einen kapazitiven Sensor bilden, um eine zeitabhängige Lageveränderung der Masse zu bestimmen und mindestens ein Federelement (12, 17) an der dem kapazitiven Sensor zugewandten Seite der Masse vorgesehen ist, welches bei Auslenkung der Masse aus ihrer Ruhelage eine Rückstellkraft erzeugt, wobei die Masse durch Freistellen aus einer Materiallage (8) erhältlich ist und zumindest an ihren Seitenflächen von diesem Material (16) umgeben ist.

Description

  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch Beschleunigungssensor mit einer außerhalb ihres Schwerpunktes beweglich gelagerten Masse, wobei erste Elektroden an der Masse und zweite, beabstandet angeordnete, Elektroden einen kapazitiven Sensor bilden, um eine zeitabhängige Lageveränderung der Masse zu bestimmen und mindestens ein Federelement an der dem kapazitiven Sensor zugewanden Seite der Masse vorgesehen ist, welches bei Auslenkung der Masse aus ihrer Ruhelage eine Rückstellkraft erzeugt. Solche Beschleunigungssensoren werden beispielsweise in Kraftfahrzeugen eingesetzt, um Sicherheitseinrichtungen auszulösen oder in portablen Geräten, um eine Stoßbeanspruchung, beispielsweise durch Hinunterfallen, zu detektieren.
  • Aus der US 2006/0180896 A1 ist ein Beschleunigungssensor der eingangs beschriebenen Art bekannt. Dieser bekannte Beschleunigungssensor weist eine im Wesentlichen quaderförmige Masse auf, welche mit mindestens einem Federelement auf einer Basisplatte fixiert ist. Zwischen Basisplatte und federnd gelagerter Masse befindet sich mindestens ein Elektrodenpaar, welches als Plattenkondensator mit variablem Plattenabstand eine kapazitive Messung der Bewegung der Masse erlaubt. Sofern mehr als ein Elektrodenpaar vorgesehen ist, kann nicht nur ein Abheben der Masse von der Grundplatte detektiert werden, sondern auch eine Verkippung oder Verdrehung. Dadurch ist eine Beschleunigungsmessung in mehr als einer Raumrichtung möglich.
  • Nachteilig an diesem Stand der Technik ist jedoch, dass eine Verkippung der schwingend gelagerten Masse an deren Basisfläche nur eine geringe Abstandsänderung und damit nur ein ge ringes Detektionssignal erzeugt. Die Detektionsgenauigkeit von Beschleunigungen, welche nicht senkrecht zur Basisfläche der Masse wirken, ist damit nur gering. Weiterhin kann der im Stand der Technik beschriebene Sensor nicht in einem Mold-Gehäuse verbaut werden, ohne die Beweglichkeit der zur Detektion verwendeten Masse einzuschränken. Sobald der zwischen Basisplatte und Masse vorhandene Spalt mit Gehäusematerial gefüllt ist, ist eine Detektion von Beschleunigungen nicht mehr möglich. Daher verwendet der Stand der Technik die in 4 der US 2006/0180896 A1 dargestellten, teuren und großen Gehäuse. Ein Einbau in kleine, transportable Geräte mit hoher Bauteilpackungsdichte ist damit erschwert.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Beschleunigungssensor anzugeben, welcher eine verbesserte Detektionsgenauigkeit in allen drei Raumrichtungen aufweist. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Beschleunigungssensor anzugeben, welcher in einem kompakten, einfach herstellbaren Gehäuse einsetzbar ist.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch Beschleunigungssensor mit einer außerhalb ihres Schwerpunktes beweglich gelagerten Masse, wobei erste Elektroden an der Masse und zweite, beabstandet angeordnete, Elektroden einen kapazitiven Sensor bilden, um eine zeitabhängige Lageveränderung der Masse zu bestimmen und mindestens ein Federelement an der dem kapazitiven Sensor zugewanden Seite der Masse vorgesehen ist, welches bei Auslenkung der Masse aus ihrer Ruhelage eine Rückstellkraft erzeugt, wobei die Masse durch Freistellen aus einer Materiallage erhältlich ist und zumindest an ihren Seitenflächen von diesem Material umgeben ist.
  • Erfindungsgemäß wurde erkannt, die zur Beschleunigungsmessung verwendete, schwingend gelagerte Masse aus einer Materiallage, beispielsweise Silizium, freigestellt werden kann. Die zur Abstandsmessung verwendeten Elektrodenpaare befinden sich dabei wie im Stand der Technik zwischen der Messmasse und dem Trägersubstrat, ebenso die zur Lagerung verwendeten Federelemente. Die Masse kann dabei eine beliebige Außenform annehmen, beispielsweise Quaderform.
  • Um eine große Detektionsgenauigkeit in mehreren Raumrichtungen zu ermöglichen, weist die federnd gelagerte Masse bevorzugt eine Aufhängung an nur einer Basisfläche auf. Somit ist eine Lageänderung, welche durch Beschleunigungen parallel oder senkrecht zur Basisfläche hervorgerufen wird, mit vergleichsweise großer Amplitude möglich. Eine große Auslenkungsamplitude führt dabei zu einer großen Kapazitätsänderung und einer hohen Messgenauigkeit.
  • Um die Genauigkeit weiter zu steigern, werden die Elektroden in einer Ausführungsform der Erfindung strukturiert. Dies bedeutet, dass die Elektroden eine Unterteilung aufweisen und jede Teilfläche mit einer eigenen Messelektronik zur Kapazitätsmessung verbindbar ist. Sofern kapazitive Sensoren zur Abstandsmessung an zwei gegenüberliegenden Enden der Masse angeordnet sind, führt eine Verkippung der Masse aus ihrer Ruhelage zu einer Verringerung des einen und gleichzeitigen Vergrößerung des anderen Elektrodenabstandes. Durch gleichzeitige Messung und Vergleich beider Werte kann die Genauigkeit der Messung dabei nochmals erhöht werden.
  • In einer Ausführungsform kann die Masse auch innerhalb einer Symmetrieachse aber außerhalb ihres Schwerpunktes aufgehängt werden. Dadurch ist nur eine einzige Aufhängung mit einem einzigen Federelement notwendig. Somit wird ein asymmetrisches Sensorverhalten aufgrund nicht exakt gleich ausgebildeter Federelemente vermieden. Zusätzlich ist eine weitere Miniaturisierung aufgrund des verminderten Platzbedarfes für nur eine federnde Lagerung möglich.
  • Ein mikromechanisches Federelement zur federnden Lagerung der Messmasse ist erfindungsgemäß dadurch herstellbar, dass die Masse einen Hohlraum aufweist, welcher von einer Membran aus demselben oder einem verschiedenen Material verschlossen ist. Die Masse wird dann durch einen dünnen Steg oder eine Säule auf dem Substrat gehaltert, welche an der Membran angreift. Die den Hohlraum verschließende Membran bildet somit ein Federelement. Dieses kann den Hohlraum vollständig verschließen oder aber an einer oder mehreren Begrenzungslinien des Hohlraums von der Basisfläche der Masse getrennt sein. Dadurch lässt sich die Federkonstante der Aufhängung einstellen. Für eine besonders weiche Aufhängung, welche die Messung sehr kleiner Beschleunigungen erlaubt, können auch mehrere Hohlräume mit mehreren Membranen als Federelement übereinander angeordnet werden. Diese können in einer Linie angeordnet sein oder lateral versetzt werden. Weiterhin kann die Federkonstante über die Dicke der Membran eingestellt werden. Dem Fachmann stehen somit eine Vielzahl von Parametern zur Verfügung, um den erfindungsgemäßen Beschleunigungssensor optimal an den geplanten Anwendungszweck anzupassen.
  • Die mikromechanische Herstellung des erfindungsgemäßen Beschleunigungssensors durch Ätzen eines Siliziumsubstrates soll nachfolgend als Ausführungsbeispiel anhand von Figuren dargestellt werden. Dies ist lediglich als beispielhafte Ausführungsform der Erfindung anzusehen, welche den Gegenstand der Offenbarung nicht einschränkt. Die Erfindung lässt weitere, ebenso wirksame Ausführungsformen zu.
  • 1 bis 6 zeigen die Herstellungsschritte eines erfindungsgemäßen Beschleunigungssensors anhand eines Ausführungsbeispiels.
  • 7 zeigt eine alternative Ausführungsform des Beschleunigungssensors mit einer gelochten Federstruktur.
  • 8 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit einer weicheren Federkonstante.
  • 9 zeigt eine Ausführungsform mit einer zweistufigen Federstruktur.
  • 1 zeigt die ersten Herstellungsschritte eines erfindungsgemäßen Beschleunigungssensors. Hierzu wird ein Siliziumwafer 1 mit einer Isolationsschicht 2 versehen. Auf diese Isolationsschicht werden Leiterbahnen 3 abgeschieden. Die Isolationsschicht 2 kann beispielsweise aus Siliziumoxid, Siliziumnitrid oder Siliziumoxinitrid bestehen. Zur Abscheidung der Isolationsschicht stehen verschiedene, aus der Halbleitertechnologie bekannte Verfahren zur Verfügung. Beispielsweise kann das Siliziumsubstrat in einer Sauerstoffatmosphäre auf erhöhte Temperatur gebracht werden, um die Oberfläche zu oxidieren.
  • Die Leiterbahnen 3 bestehen aus einem leitfähigen Material, beispielsweise aus einem Metall oder einer Legierung oder leitfähig dotiertem Silizium. Diese leitfähige Schicht kann durch LPCVD- oder PECVD-Verfahren, epitaktisches Wachstum, Aufdampfen oder Sputtern abgeschieden werden. Die Leiterbahnen 3 weisen eine Strukturierung auf, sodass der fertige Sensor über die Leiterbahnen elektrisch kontaktiert werden kann.
  • Zur Strukturierung kann entweder eine Maske aus einem Photolack verwendet werden, welche vor der Abscheidung der Metall schicht aufgebracht wird. Somit sind diejenigen Flächenbereiche, welche nicht mit einer Metallisierung versehen werden sollen durch den Lack vor dem Metallauftrag geschützt. Alternativ kann auch eine vollflächige Metallisierung aufgebracht werden, welche nachfolgend strukturiert wird. In diesem Fall werden die Leiterbahnen mit einem Photolack geschützt und die ungeschützten Bereiche durch einen Ätzschritt von der Metallisierung befreit.
  • Als dritte Schicht wird eine Opferschicht 4 aufgebracht. Hierbei handelt es sich um eine Schicht, welche mittels Gasphasenätzverfahren geätzt werden kann, beispielsweise SiO2.
  • In diese Opferschicht werden wiederum Kontaktlöcher 5 eingebracht, an welchen die Metallisierung 3 freiliegt. Auch diese Kontaktöffnungen 5 können mit Hilfe einer Photolackmaske und PLasmaätzen oder nasschemischem Ätzen der zunächst vollflächig aufgebrachten Opferschicht 4 erzeugt werden. Die Opferschicht 4 dient auch als Stoppschicht für die später zu erzeugenden Grabenstrukturen 10.
  • 2 zeigt die nächsten beiden Verfahrensschritte. Auf das Substrat nach 1 wird eine erste Siliziumschicht 6 abgeschieden. Diese Siliziumschicht bildet später die Außenseite der beweglich gelagerten Masse 15 und die Membran 17 über dem in der Masse ausgebildeten Hohlraum 12. Somit definiert die Dicke der Siliziumschicht 6 auch die Federkonstante der Federelemente, auf welchen die Messmasse 15 gelagert ist. Da die Masse gleichzeitig als Gegenelektrode der kapazitiven Sensoren dienen kann, kann die Siliziumschicht 6 bereits dotiert werden. Damit wird die elektrische Kontaktierung der Messmasse 15 in besonders einfacher Weise möglich.
  • Auf der Siliziumschicht 6, welche das Substrat 1 mit der Isolationsschicht 2, den Leiterbahnen 3 und der Opferschicht 4 vollflächig bedeckt, wird eine weitere Ätzstoppschicht 7 abgeschieden, beispielsweise aus SiO2. Diese Ätzstoppschicht 7 dient im weiteren Verfahrensgang als Opferschicht zur Ausbildung der Hohlräume 12 in der Messmasse 15 und gleichzeitig als Stoppschicht für die später zu erzeugenden Grabenstrukturen 11. Daher wird die Ätzstoppschicht 7 mit Hilfe einer Photolackmaske und Plasma- oder nasschemischem Ätzen derart strukturiert, dass nur in denjenigen Flächenbereichen SiO2 vorhanden ist, in welchen später die Federelemente der Messmasse angeordnet sein sollen.
  • Nach 3 wird auf das Substrat nach 2 eine weitere Siliziumschicht 8 abgeschieden. Vorteilhaft ist diese Siliziumschicht 8 leitfähig dotiert. Selbstverständlich ist es jedoch auch möglich, die Siliziumschicht 8 als intrinsisches Siliziummaterial undotiert abzuscheiden. In diesem Fall müssen dann nur diejenigen Bereiche der Siliziumschicht 8 dotiert werden, in denen eine Leitfähigkeit für den Betrieb des Beschleunigungssensors erforderlich ist. Bevorzugt bilden die Schichten 6 und 8 eine homogene Schicht mit eingeschlossenen Oxidschichten 7. Die Schichten 6 und 8 sollen als homogen angesehen werden, wenn die Grenzfläche zwischen ihnen mit vertretbarem Aufwand nicht nachgewiesen werden kann.
  • Auf die vollflächig abgeschiedene Siliziumschicht 8 werden elektrisch leitfähige Kontakte 9 aufgebracht. Diese befinden sich an definierten Punkten, an welchen später der Beschleunigungssensor mit einer externen Schaltung verbunden wird. Die Metallisierung 9 kann beispielsweise als Bondpad aus einem Metall oder einer Legierung gefertigt werden. Alternativ ist eine Kontaktierung des Sensors über leitfähig dotierte Polysiliziumschichten 9 möglich. Zur Fertigung des Kontaktes 9 werden allgemein bekannte Schichten oder Schichtfolgen und Herstellmethoden eingesetzt.
  • 4 zeigt den Querschnitt aus 3, nachdem in die Siliziumschicht 8 mehrere Gräben eingeätzt worden sind. Diese Gräben umfassen beispielsweise länglich ausgeformte Gräben 10, welche entlang der Äußeren Begrenzungsfläche der Messmasse verlaufen oder die Bondpads 9 vom umgebenden Siliziummaterial 8 freistellen. Daneben sind weitere Ätzkanäle bzw. Gräben 11 innerhalb der freizustellenden Masse vorhanden, welche entweder auch einen länglichen oder einen abweichenden Querschnitt aufweisen können, beispielsweise einen runden Querschnitt. Form und Lage der Gräben wird durch eine Maske bestimmt, beispielsweise eine Photolackmaske oder eine strukturierte Schicht aus einem Oxid, einem Nitrid oder einem Oxinitrid. Bevorzugt kommt für die Maske SiO2 in Betracht. Sofern alle Gräben in einem Verfahrensschritt geätzt werden, reicht eine einzige Ätzmaske aus.
  • Die geätzten Gräben 10 und 11 werden durch chemisch selektives Ätzen hergestellt, sodass diese in jedem Fall auf einer darunter liegenden SiO2-Schicht enden, entweder auf der Opferschicht 7 oder der Opferschicht 4.
  • Wie in 5a ersichtlich, werden die Opferschichten nachfolgend durch die Grabenstrukturen 10 und 11 hindurch entfernt. Dieses geschieht beispielsweise durch Gasphasenätzen mit gasförmiger Flusssäure (HF). Durch Entfernen der Opferschicht 4 unterhalb der Messmasse 15 entsteht zwischen der Messmasse 15 und den Leiterbahnen 3 ein Hohlraum 14. Innerhalb des Hohlraumes 14 bleiben säulenförmige Elemente 13 aus Silizium stehen, welche ursprünglich in den Kontaktöffnungen 5 abgeschieden wurden. Die Masse ist von Begrenzungsflächen 16 welche ebenfalls aus Schicht 8 gebildet wurden umgeben.
  • Durch Entfernen der Opferschicht 7 entsteht innerhalb der Masse 15 ein Hohlraum 12. Der Hohlraum 12 ist durch eine Membran 17 verschlossen, welche aus Teilen der Siliziumschicht 6 entstanden ist. Durch die Gräben 10 und den Hohlraum 14 entsteht somit eine freistehende Masse 15, welche auf Sockeln 13 über das Federelement 17, 12 gelagert ist.
  • Sofern die Masse 15 und die erste Siliziumschicht 6 aus leitfähig dotiertem Silizium besteht, kann die Masse 15 über die Federelemente 17 und die Sockel 13 mit einer Leiterbahn 3 verbunden werden. Damit ist die Masse 15 als gemeinsame Gegenelektrode für sämtliche kapazitiven Abstandssensoren verwendbar. Um eine Beschleunigung zu messen, welche im Wesentlichen senkrecht zur Oberfläche des Substrates 1 einwirkt, befindet sich unter der Masse 15 auf der gegenüberliegenden Seite des Hohlraumes 14 eine Elektrode, welche aus der Metallisierung 3 freigestellt wurde. Somit kann der Abstand der Masse 15 vom Substrat 1 mit hoher Genauigkeit kapazitiv gemessen werden.
  • Eine Beschleunigung, welche parallel zur Oberfläche des Substrates 1 auf die Masse 15 einwirkt führt zur Verkippung der Masse 15. Sofern beispielsweise eine Beschleunigungskraft Fb nach links wirkt, wird der Graben 10 rechts der Masse 15 breiter und der Graben links der Masse 15 schmäler. Ebenso wird der Spalt 14 auf einer Seite der Masse kleiner und auf der anderen Seite größer. Diese Veränderung kann mittels entsprechend angeordneter Elektroden 3 gemessen werden.
  • 5b zeigt eine Aufsicht auf die freigestellte Masse 15. Gestrichelt angedeutet sind zwei kreisförmige Membranen 17, welche jeweils einen etwa kreiszylinderförmigen Hohlraum 12 begrenzen. Auf den Membranen befindet sich jeweils ein Befestigungselement 13. Die Lage und Form des Befestigungselementes kann beliebig sein. Es kann sich auch mehr als ein Befestigungselement an jeder Membran befinden. Durch die Ätzkanäle 11 erfolgt die Entfernung der Opferschichten 7 und 4 um den Hohlraum 12 herzustellen.
  • 6 zeigt eine alternative Ausführungsform des Beschleunigungssensors. Die Ausführungsform nach 6 unterscheidet sich von derjenigen nach 5 dadurch, dass der Bereich um die beweglich gelagerte Masse 15 von einer Kappe 18 umschlossen wird. Dadurch wird das Eindringen von Vergussmasse beim Einbau des Sensors in einem Gehäuse zuverlässig verhindert. Sofern die Kappe den Hohlraum mit der Masse 15 hermetisch verschließt, kann der Innendruck im Hohlraum eingestellt werden. So lässt sich zum Beispiel durch einen abgesenkten Innendruck die Dämpfung der Bewegung der Masse 15 durch die Reibung am Gas vermindern.
  • Fallweise kann an der Kappe 18 auch eine leitfähige Beschichtung 19, beispielsweise eine Metallisierung, angeordnet sein. Sofern eine leitfähige Beschichtung 19 von einer leitfähigen Kappe 18 getrennt werden soll, kann eine isolierende Beschichtung zwischen beiden Teilen angeordnet werden. Dadurch kann die Kappe 18 als Abschirmung und die Beschichtung 19 als Messelektrode verwendet werden. Diese Metallisierung 19 wirkt als Elektrode und bestimmt zusammen mit der leitfähigen Masse 15 kapazitiv den Abstand der Masse 15 von der Kappe 18. Bei Einwirken einer Beschleunigungskraft senkrecht zur Oberfläche des Substrates 1 wird somit der Abstand zwischen Masse 15 und Kappe 18 verringert, während der Abstand zwischen Masse 15 und Substrat 1 vergrößert wird. Durch kapazitive Messung beider Abstände kann die Zuverlässigkeit des Sensors vergrößert werden. Durch unterteilen der Metallisierung und elektrisches Kontaktieren der Teilflächen kann auch die durch eine parallel zur Oberfläche einwirkende Beschleunigung resultierende Verkippung der Masse 15 differentialkapazitiv ausgewertet werden.
  • Die Kappe 18 kann entweder mit isolierenden Elementen 20 oder aber auch mit einem leitfähigen Zwischenstück 20 auf der Siliziumschicht 8 befestigt werden. Im letzteren Fall erfolgt die Kontaktierung der Gegenelektrode 19 über das leitfähige Zwischenstück 20, die Siliziumschicht 8 und die Metallisierung 3. In einer weiteren Ausführungsform kann sich die Kontaktierung der Gegenelektrode 19 auch innerhalb des hermetisch dichten Gehäusebereiches befinden.
  • 7 zeigt eine alternative Ausführung der Federelemente im Querschnitt. Hierbei wird die Opferschicht 7 mit mehreren Löchern hergestellt. Dadurch wird erreicht, dass die Bohrungen 11 in der Masse 15 durch den Hohlraum 12 hindurch reichen bis in die Membran 17. Die Membran 17 weist somit Durchbrüche 21 auf. Diese Durchbrüche 21 verändern die Elastizität der Membran 17. Zur Herstellung dieser Löcher können in einer weiteren Ausführungsform in die erste Siliziumschicht 6 Löcher geätzt werden, bevor die Ätzstoppschicht 7 abgeschieden wird. Dies eröffnet die Möglichkeit, auch Vertiefungen in die Membran 17 einzubringen, welche die Membran nicht vollständig durchdringen. Durch die Durchbrüche oder Vertiefungen kann die Empfindlichkeit des Sensorelements an die Bedürfnisse des jeweiligen Anwendungszweckes angepasst werden.
  • Dem gleichen Zweck dient auch die freigestellte Federstruktur nach 8. 8a zeigt einen Querschnitt durch die Messmasse 15. Im Querschnitt ist erkennbar, dass die Membran 17 eine Öffnung 22 zwischen dem Hohlraum 12 und dem Spalt 14 aufweist. Dies wird dadurch erreicht, dass die Siliziumschicht 6 bis auf die Opferschicht 4 geöffnet wird und diese Vertiefung mit dem Material der Opferschicht aufgefüllt wird. Somit wird dieses Material beim Entfernen der Opferschicht mitgeätzt.
  • Die Aufsicht nach 8b zeigt eine weitere Ausführungsform mit einen Hohlraum 12, der in diesem Fall einen annähernd quadratischen Grundriss hat. Die Membran 17, welche den Hohlraum 12 begrenzt, ist an drei Seiten des Quadrates von der Grundfläche der Masse 15 durch einen Spalt 22 getrennt. Die Membran 17 bildet somit eine einseitig aufgehängte Biegefeder. Das Befestigungselement 13 ist der Geometrie des Hohlraumes 12 und der Membran 17 angepasst und weist einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt auf.
  • 9a zeigt eine zweistufige Federstruktur, welche zwei Hohlräume 12a und 12b aufweist, welche jeweils von einer Membran 17a und 17b verschlossen sind. Die schematische Darstellung nach 9b zeigt, dass jede Membran eine einseitig eingespannte Biegefeder bildet. Durch die kaskadierte Anordnung ergibt sich ein weicheres Ansprechen der Feder, wodurch die Empfindlichkeit des Beschleunigungssensors der Masse 15 einstellbar ist.
  • Eine weitere Ausführungsform der Erfindung umfasst federnd aufgehängte Anschlagstrukturen, welche in den Substratwafer 1 eingebracht werden. Diese verhindern ein hartes Anschlagen der Masse 15, falls eine zu große Beschleunigungskraft auf den Beschleunigungssensor einwirkt.
  • Selbstverständlich sind die Ausführungsformen der Erfindung nicht auf die hier dargestellten Beispiele beschränkt. Vielmehr wird der Fachmann fallweise auch verschiedene der hier genannten Ausführungsbeispiele miteinander kombinieren.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - US 2006/0180896 A1 [0002, 0003]

Claims (13)

  1. Beschleunigungssensor mit einer außerhalb ihres Schwerpunktes beweglich gelagerten Masse (15), wobei erste Elektroden an der Masse (15) und zweite, beabstandet angeordnete, Elektroden (3) einen kapazitiven Sensor bilden, um eine zeitabhängige Lageveränderung der Masse zu bestimmen und mindestens ein Federelement (12, 17) an der dem kapazitiven Sensor zugewanden Seite der Masse vorgesehen ist, welches bei Auslenkung der Masse aus ihrer Ruhelage eine Rückstellkraft erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse durch Freistellen aus einer Materiallage (8) erhältlich ist und zumindest an ihren Seitenflächen von diesem Material (16) umgeben ist.
  2. Beschleunigungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Federelement (12, 17) zur Lagerung der beweglich gelagerte Masse (15) an genau einer äußeren Begrenzungsfläche der Masse angreift.
  3. Beschleunigungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die kapazitiven Sensoren an zwei gegenüberliegenden Begrenzungsflächen der Masse angeordnet sind.
  4. Beschleunigungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektrode an der Masse (15) und/oder die zweite, beabstandet angeordnete, Elektrode (3, 19) eine laterale Strukturierung aufweist.
  5. Beschleunigungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Federelement (17) durch einen Hohlraum (12) in der Masse (15) und eine diesen umschließende Membran (17) gebildet wird, wobei mindestens eine Haltevorrichtung (13) an der Membran angreift.
  6. Beschleunigungssensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (13) einstückig in der äußeren Begrenzungsfläche der Masse (15) integriert ist.
  7. Beschleunigungssensor nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass lediglich ein Teilstück der Begrenzungslinie der Membran (17) einen Stoffschluss zur äußeren Begrenzungsfläche der Masse (15) aufweist.
  8. Beschleunigungssensor nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement eine Mehrzahl von Hohlräumen (12a, 12b) aufweist, welche jeweils durch eine Membran (17a, 17b) von einander getrennt sind.
  9. Beschleunigungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse genau ein Federelement (12, 17) aufweist, welches auf einer Symmetrieachse außerhalb des Schwerpunktes der Masse (15) angreift.
  10. Beschleunigungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Masse in einem allseitig geschlossenem Hohlraum befindet.
  11. Beschleunigungssensor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck im Hohlraum vom Atmosphärendruck abweicht, insbesondere erniedrigt ist.
  12. Verwendung eines Beschleunigungssensors nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Messung einer lateralen Beschleunigung in drei Raumrichtungen.
  13. Kraftfahrzeug mit einem Beschleunigungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
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