DE102008001442A1 - Mikromechanisches Bauelement und Verfahren zum Betrieb eines mikromechanischen Bauelements - Google Patents

Mikromechanisches Bauelement und Verfahren zum Betrieb eines mikromechanischen Bauelements

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DE102008001442A1
DE102008001442A1 DE102008001442A DE102008001442A DE102008001442A1 DE 102008001442 A1 DE102008001442 A1 DE 102008001442A1 DE 102008001442 A DE102008001442 A DE 102008001442A DE 102008001442 A DE102008001442 A DE 102008001442A DE 102008001442 A1 DE102008001442 A1 DE 102008001442A1
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seismic mass
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Robert Bosch GmbH
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Abstract

Es wird ein mikromechanisches Bauelement mit einem Substrat, einer seismischen Masse und ersten und zweiten Detektionsmitteln vorgeschlagen, wobei das Substrat eine Haupterstreckungsebene aufweist und wobei die ersten Detektionsmittel zur Detektion einer im Wesentlichen translativen ersten Auslenkung der seismischen Masse entlang einer ersten Richtung im Wesentlichen parallel zur Haupterstreckungsebene vorgesehen sind und wobei ferner die zweiten Detektionsmittel zur Detektion einer im Wesentlichen rotativen zweiten Auslenkung der seismischen Masse um eine erste Rotationsachse parallel zu einer zweiten Richtung im Wesentlichen senkrecht zur Haupterstreckungsebene vorgesehen sind.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einem mikromechanischen Bauelement nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Solche mikromechanischen Bauelemente sind allgemein bekannt. Beispielsweise ist aus der Druckschrift DE 197 19 779 A1 ein Beschleunigungssensor mit einer beweglich an einem Substrat aufgehängten, aufgrund einer Beschleunigungseinwirkung in eine Richtung auslenkbaren, Schwingstruktur und Auswertemitteln zum Erfassen einer beschleunigungsbedingten Auslenkung der Schwingstruktur bekannt. Nachteiligerweise ist eine Erfassung von Beschleunigungseinwirkungen parallel zu einer Mehrzahl von Richtungen, welche senkrecht aufeinander stehen, mit einem einzigen Beschleunigungssensor jedoch nicht vorgesehen. Zur mehrkanaligen Beschleunigungsvermessung ist daher der Einsatz einer Mehrzahl derartiger Beschleunigungssensoren, welche zueinander unterschiedlich ausgerichtet sind, notwendig.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße mikromechanische Bauelement und das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb eines mikromechanischen Bauelements gemäß den nebengeordneten Ansprüchen haben gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass mit der lediglich einen seismischen Masse eine separate Detektion von wenigstens zwei senkrecht zueinander gerichteten Beschleunigungswirkungen auf das mikromechanische Bauelement ermöglicht wird. Dies wird dadurch erreicht, dass sowohl die erste Auslenkung der seismischen Masse, in Form einer Translation der seismischen Masse im Wesentlichen parallel zur ersten Richtung, von dem ersten Detektionsmittel, als auch eine zweite Auslenkung der seismischen Masse, in Form einer Rotation der seismischen Masse im Wesentlichen um die erste Rotationsachse, von dem zweiten Detektionsmittel detektierbar bzw. vermessbar sind. Somit wird mit nur einer einzigen seismischen Masse eine wenigstens zweikanalige Beschleunigungsvermessung ermöglicht, d. h. das mikromechanische Bauelement ist gleichzeitig in der ersten Richtung und in einer zur ersten Richtung senkrechten dritten Richtung gegenüber Beschleunigungskräften sensitiv. Somit ist im Vergleich zum Stand der Technik eine deutlich bauraumkompaktere und stromsparendere Realisierung eines mehrkanaligen Beschleunigungssensors möglich, so dass einerseits die Herstellungskosten und andererseits der Implementierungsaufwand in erheblicher Weise gesenkt werden. Bevorzugt weist die seismische Masse eine asymmetrische Massenverteilung gegenüber der ersten Rotationsachse bzw. bezüglich einer die erste Rotationsachse schneidenden und parallel zur dritten Richtung verlaufenden Linie auf, so dass insbesondere eine Beschleunigungswirkung parallel zur dritten Richtung, d. h. senkrecht zur ersten Richtung und senkrecht zur ersten Rotationsachse, ein auf die seismische Masse wirkendes Drehmoment erzeugt und somit die zweite Auslenkung der seismischen Masse im Wesentlichen in Form einer Drehung der seismischen Masse um die erste Rotationsachse bewirkt. Detektion und Vermessung im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst insbesondere jede qualitative und/oder quantitative Erkennung und Ermittlung der jeweiligen Auslenkung.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung entnehmbar.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das mikromechanische Bauelement dritte Detektionsmittel zur Detektion einer im Wesentlichen rotativen dritten Auslenkung der seismischen Masse um eine zweite Rotationsachse parallel zu einer dritten Richtung im Wesentlichen parallel zur Haupterstreckungsebene. Besonders vorteilhaft ist somit die Realisierung eines dreikanaligen Beschleunigungssensors möglich, da zusätzlich zur Vermessung der Beschleunigungswirkung parallel zur ersten und parallel zur dritten Richtung auch eine Vermessung einer Beschleunigungswirkung auf das mikromechanische Bauelement parallel zur zweiten Richtung mittels der dritten Detektionsmittel ermöglicht wird. Insbesondere weist die seismische Masse auch eine asymmetrische Massenverteilung bezüglich der zweiten Rotationsachse auf, welche insbesondere der Linie entspricht, so dass eine auf die seismische Masse senkrecht zur zweiten Rotationsachse und senkrecht zur ersten Richtung wirkende Beschleunigungskraft ein auf die seismische Masse wirkendes weiteres Drehmoment erzeugt und somit im Wesentlichen eine Drehung der seismische Masse um die zweite Rotationsachse bewirkt.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die seismische Masse als Wippe ausgebildet ist, welche insbesondere um die erste und/oder die zweite Rotationsachse drehbeweglich gelagert ist. In vorteilhafter Weise ist durch die Realisierung der seismischen Masse als Wippe, welche um die erste und/oder die zweite Achse drehbeweglich ist, eine besonders einfache Implementierung der entsprechenden Detektionsmittel beispielsweise unterhalb der seismischen Masse möglich, wobei die Wippe bezüglich der jeweiligen Rotationsachse vorzugsweise eine asymmetrische Massenverteilung aufweist.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die ersten, zweiten und/oder dritten Detektionsmittel Elektroden, insbesondere zur kapazitiven Vermessung der ersten, zweiten und/oder dritten Auslenkung, umfassen, wobei die ersten und/oder zweiten Detektionsmittel bevorzugt als Fingerelektroden und/oder die dritten Detektionsmittel bevorzugt als Flächenelektroden ausgebildet sind. Besonders vorteilhaft sind somit in vergleichsweise einfacher und kostengünstiger Weise die ersten, zweiten und/oder dritten Detektionsmittel realisierbar, welche vorzugsweise durch die kapazitive Vermessung der ersten, zweiten und dritten Auslenkung eine vergleichsweise präzise Detektion bzw. Vermessung von Beschleunigungswirkungen parallel zur ersten, zur zweiten und/oder zur dritten Richtung erlauben. Die Verwendung von Fingerelektroden ermöglicht besonders bevorzugt eine differentielle Vermessung der Beschleunigungswirkungen parallel zur ersten, zur zweiten und/oder zur dritten Richtung.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die ersten und/oder die zweiten Detektionsmittel an wenigstens einem Rand der seismischen Masse und/oder in ersten und/oder zweiten Aussparungen der seismischen Masse angeordnet sind. Besonders vorteilhaft ist somit eine vergleichsweise bauraumkompakte Integration der ersten und/oder der zweiten Detektionsmittel und insbesondere einer Vielzahl von Fingerelektroden in das mikromechanische Bauelement bzw. in die seismische Masse möglich. Besonders bevorzugt ist eine differentielle Auswertung der ersten und/oder zweiten Auslenkung mittels der ersten und/oder zweiten Detektionsmittel vorgesehen.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die dritten Detektionsmittel senkrecht zur Haupterstreckungsebene die seismische Masse überlappend angeordnet sind. Besonders vorteilhaft ist somit die dritte Auslenkung parallel zur dritten Richtung vermessbar, welche vorzugsweise senkrecht zur Haupterstreckungsebene ausgerichtet ist. Aufgrund der asymmetrischen Massenverteilung der seismischen Masse bezüglich der zweiten Rotationsachse ist besonders bevorzugt eine differentielle Auswertung der dritten Auslenkung mittels ”unterhalb” der seismischen Masse angeordneten dritten Detektionsmittel möglich, so dass keine vergleichsweise prozesstechnisch aufwändige Anordnung von Elektroden ”oberhalb” der seismischen Masse zu differentiellen Vermessung der dritten Auslenkung notwendig ist.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die seismische Masse über Federelemente, insbesondere Torsions- und/oder Biegefedern, mit dem Substrat verbunden ist, wobei die ersten Federelemente vorzugsweise derart ausgebildet sind, dass die erste, die zweite und/oder die dritte Auslenkung der seismischen Masse ermöglicht werden. Besonders vorteilhaft sind aufgrund der Verwendung von lediglich einer einzigen seismischen Masse zur Vermessung von Beschleunigungswirkungen parallel zur ersten, zweiten und dritten Richtung im Vergleich zum Stand der Technik auch nur die ersten Federelemente zur beweglichen Lagerung der seismischen Masse notwendig. Vorzugsweise umfassen die ersten Federelemente zwei Torsions-Biege-Federn, welche während der ersten Auslenkung gleichsam in die erste Richtung verbogen werden, welche während der zweiten Auslenkung entgegengesetzt parallel zur ersten Richtung verbogen werden, d. h. dass eine der zwei Torsion-Biege-Federn in Richtung der ersten Richtung und die zweite der zwei Torsions-Biege-Federn antiparallel zur ersten Richtung ausgelenkt werden, und welche während der dritten Auslenkungsbewegung eine Torsion um die zweite Rotationsachse durchführen.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das mikromechanische Bauelement einen Beschleunigungssensor umfasst, wobei insbesondere die erste, die zweite und die dritte Richtung zueinander senkrecht ausgerichtet sind, so dass besonders vorteilhaft eine Vermessung von Beschleunigungswirkungen auf das mikromechanische Bauelement in alle drei Raumrichtungen mit nur einer einzigen seismischen Masse ermöglicht wird.
  • Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Betrieb eines mikromechanischen Bauelements, wobei eine Beschleunigung des mikromechanischen Bauelements in die erste Richtung durch eine Vermessung der im Wesentlichen translativen ersten Auslenkung der seismischen Masse und eine Beschleunigung des mikromechanischen Bauelements in eine zur ersten Richtung im Wesentlichen senkrechten zweiten Richtung durch eine Vermessung der im Wesentlichen rotativen zweiten Auslenkung der seismischen Masse detektiert wird, so dass im Gegensatz zum Stand der Technik mit nur einer einzigen seismischen Masse eine wenigstens zweikanalige Vermessung von Beschleunigungswirkungen auf das mikromechanische Bauelement durch die Vermessung der im Wesentlichen translativen ersten Auslenkung und der im Wesentlichen rotativen zweiten Auslenkung ermöglicht wird.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass eine Beschleunigung des mikromechanischen Bauelements in eine zur ersten und zur zweiten Richtung jeweils im Wesentlichen senkrechten dritten Richtung durch eine Vermessung der im Wesentlichen rotativen dritten Auslenkung der seismischen Masse detektiert wird, so dass in vorteilhafter Weise mit der nur einen seismischen Masse zusätzlich auch eine Beschleunigungswirkung auf das mikromechanische Bauelement parallel zur dritten Richtung vermessbar ist.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die erste Auslenkung mit den ersten Detektionsmitteln, die zweite Auslenkung mit den zweiten Detektionsmitteln und/oder die dritte Auslenkung mit den dritten Detektionsmitteln vermessen werden, so dass besonders vorteilhaft die Beschleunigungswirkungen in die erste, zweite und/oder dritte Richtung unabhängig voneinander durch die ersten, zweiten und/oder dritten Detektionsmittel vermessbar sind.
  • Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Es zeigen
  • 1a, 1b und 1c schematische Aufsichten von in x-, y- und z-Richtung sensitiven Beschleunigungssensoren gemäß dem Stand der Technik,
  • 2a und 2b schematische Seitenansichten des in z-Richtung sensitiven Beschleunigungssensor gemäß dem Stand der Technik und
  • 3a, 3b und 3c schematische Aufsichten eines mikromechanischen Bauelements gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal erwähnt bzw. benannt.
  • In den 1a, 1b und 1c sind schematische Aufsichten von in x-, y- und z-Richtung sensitiven Beschleunigungssensoren gemäß dem Stand der Technik dargestellt, wobei der in 1a illustrierte und parallel zur x-Richtung sensitive Beschleunigungssensor ein Substrat 2 und eine seismische Masse 3 aufweist, wobei die x-Richtung parallel zu einer Haupterstreckungsebene des Substrats 2 verläuft und wobei die seismische Masse 3 über zwei Federelemente 29 und zwei Befestigungsanker 31 am Substrat 2 derart befestigt ist, dass die seismische Masse 2 parallel zur x-Richtung relativ zum Substrat 2 beweglich ist. Eine auf den Beschleunigungssensor wirkende Beschleunigungskraft mit einer Komponente parallel zur x-Richtung erzeugt aufgrund der Massenträgheit der seismischen Masse 3 gegenüber dem Substrat 2 eine Auslenkung derselben parallel zur x-Richtung. Diese Auslenkung wird von Detektionsmitteln 34 in Form von Elektroden vermessen, welche in Aussparungen der seismischen Masse 3 angeordnet und ortsfest am Substrat 2 fixiert sind. Die seismische Masse 3 bzw. Teilbereiche der seismischen Masse 3 bilden die Gegenelektroden zu den Elektroden, so dass die Auslenkung der seismischen Masse 3 durch eine Kapazitätsänderung zwischen den Elektroden und den Gegenelektroden vermessbar ist. In 1b ist ein in y-Richtung sensitiver Beschleunigungssensor zur Detektion einer Beschleunigungswirkung parallel zur y-Richtung dargestellt, wobei die y-Richtung insbesondere parallel zur Haupterstreckungsebene und senkrecht zur x-Richtung verläuft und wobei der in y-Richtung sensitive Beschleunigungssensor identisch dem in 1a illustrierten in x-Richtung sensitiven Beschleunigungssensor ist und lediglich um 90 Grad in der Haupterstreckungsebene gedreht angeordnet ist. In 1c ist ein in z-Richtung sensitiver Beschleunigungssensor dargestellt, wobei die z-Richtung senkrecht zur x-Richtung und senkrecht zur y-Richtung verläuft und wobei der in z-Richtung sensitive Beschleunigungssensor ebenfalls ein Substrat 2 und eine gegenüber dem Substrat 2 bewegliche seismische Masse 3 hier in Form einer Wippe aufweist, welche mittels eines Befestigungsankers 31 in einer Aussparung der seismischen Masse 3 an dem Substrat 2 befestigt und mittels einer Torsionsfeder 30 in der Aussparung drehbar um eine Rotationsachse 38 parallel zur Torsionsfeder 30 gelagert ist, d. h. die Rotationsachse 38 ist insbesondere parallel zur y-Richtung angeordnet und durchläuft die Torsionsfeder 30 im Wesentlichen axial. Aufgrund einer asymmetrischen Massenverteilung der seismischen Masse 3 relativ zur Rotationsachse 38 bewirkt eine Beschleunigungswirkung auf den Beschleunigungssensor parallel zur z-Richtung eine Drehung der seismischen Masse 3 um die Rotationsachse 38, wobei einer Drehung der seismischen Masse 3 durch Flächenelektroden 6, welche unterhalb der seismischen Masse, d. h. in z-Richtung mit der seismischen Masse 3 überlappend, und auf oder in dem Substrat 2 angeordnet sind, vermessbar ist. Zur mehrkanaligen Vermessung von Beschleunigungswirkungen in alle drei Raumrichtungen gleichzeitig müssen gemäß dem Stand der Technik demnach alle drei in x-, y- und z-Richtung sensitiven Beschleunigungssensoren verwendet werden.
  • In den 2a und 2b sind schematische Seitenansichten des in z-Richtung sensitiven Beschleunigungssensors gemäß dem Stand der Technik dargestellt, wobei die asymmetrische Massenverteilung der seismischen Masse 3 bezüglich der Rotationsachse 38 durch einen zusätzlichen eingezeichneten Teilbereich 32 der seismischen Masse verdeutlicht wird. Eine zwischen den Flächenelektroden 6 und der seismischen Masse 3 vermessbare elektrische Kapazität, symbolisch angedeutet durch die schematischen Plattenkondensatoren 33 in 2b, verändert während einer Drehung der seismischen Masse 3 um die Rotationsachse 38 ihren Wert, so dass eine Beschleunigungswirkung auf den Beschleunigungssensor in z-Richtung vermessbar ist.
  • In den 3a, 3b und 3c sind schematische Aufsichten einer ersten Auslenkung 14, einer zweiten Auslenkung 15 und einer dritten Auslenkung 16 einer seismischen Masse 3 eines mikromechanischen Bauelements 1 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei das mikromechanische Bauelement 1 ein Substrat 2, eine seismische Masse 3 und erste, zweite und dritte Detektionsmittel 4, 5, 6 aufweist, wobei das Substrat 2 eine Haupterstreckungsebene 100 aufweist und wobei die ersten Detektionsmittel 4 zur Detektion einer im Wesentlichen translativen ersten Auslenkung 14 der seismischen Masse 3 dargestellt in 3a entlang einer ersten Richtung 14' im Wesentlichen parallel zur Haupterstreckungsebene 100 vorgesehen sind, wobei die erste Auslenkung 14 durch eine Beschleunigungswirkung auf das mikromechanische Bauelement 1 parallel zur ersten Richtung 14' erzeugt wird. Die zweiten Detektionsmittel 5 sind zur Detektion einer im Wesentlichen rotativen zweiten Auslenkung 15 der seismischen Masse 3 dargestellt in 3b um eine erste Rotationsachse 15'' parallel zu einer zweiten Richtung 15' im Wesentlichen senkrecht zur Haupterstreckungsebene 100 vorgesehen, wobei die zweite Auslenkung 15 durch eine Beschleunigungswirkung auf das mikromechanische Bauelement 1 parallel zu einer senkrecht zur ersten Richtung 14' und senkrecht zur zweiten Richtung 15' verlaufenden dritten Richtung 16' erzeugt wird, da die seismische Masse 1 bezüglich der ersten Rotationsachse 15'' bzw. bezüglich einer die erste Rotationsachse 15'' schneidenden und parallel zur dritten Richtung 16' verlaufenden Linie 112 eine asymmetrische Massenverteilung aufweist. Die dritten Detektionsmittel 6 sind zur Detektion einer im Wesentlichen rotativen dritten Auslenkung 16 der seismischen Masse 3 dargestellt in 3c um eine zweite Rotationsachse 16'' parallel zur dritten Richtung 16' vorgesehen, wobei die dritte Auslenkung 16 durch eine Beschleunigungswirkung auf das mikromechanische Bauelement 1 parallel zur zweiten Richtung 15' und die asymmetrische Massenverteilung der seismischen Masse bezüglich der Linie 112 erzeugt wird und wobei die seismische Masse 1 somit als Wippe ausgebildet ist, welche jeweils um die erste und die zweite Rotationsachse 15'', 16'' drehbar bzw. verkippbar gelagert ist. Die ersten und zweiten Detektionsmittel 4, 5 sind in Aussparungen 8 der seismischen Masse 3 angeordnet und als Elektroden ausgebildet, so dass die erste und zweite Auslenkung 14, 15 durch eine Kapazitätsänderung an den jeweiligen Elektroden, insbesondere gemäß der x- und y-sensitiven Beschleunigungssensoren illustriert in den 1a und 1b, vorzugsweise jeweils differentiell vermessbar sind. Die dritten Detektionsmittel 6 sind als Flächenelektroden parallel zur zweiten Richtung 15' unterhalb der seismischen Masse 3 angeordnet und fungieren insbesondere nach dem Prinzip des z-sensitiven Beschleunigungssensors dargestellt in den 1c, 2a und 2b. Die seismische Masse 3 ist über Federelemente 9 in Form von zwei Torsinns-Biege-Federn an dem Substrat 2 befestigt und gegenüber dem Substrat 2 zur Ermöglichung der ersten, zweiten und dritten Auslenkung 14, 15, 16 beweglich gelagert. Während der ersten Auslenkung 14 werden die zwei Torsinns-Biege-Federn gleichsam in die erste Richtung verbogen. Während der zweiten Auslenkung werden die beiden Torsinns-Biege-Federn entgegengesetzt parallel zur ersten Richtung verbogen, d. h. dass eine der zwei Torsinn-Biege-Federn in Richtung der ersten Richtung und die zweite der zwei Torsinns-Biege-Federn antiparallel zur ersten Richtung ausgelenkt werden, so dass die seismische Masse 3 insgesamt im Wesentlichen eine Rotation um die erste Rotationsachse 15'' durchführt. Während der dritten Auslenkungsbewegung werden die Torsinns-Biege-Federn gleichsam um die zweite Rotationsachse verdreht, so dass die seismische Masse 3 im Wesentlichen eine Rotation um die zweite Rotationsachse 16'' durchführt.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 19719779 A1 [0002]

Claims (11)

  1. Mikromechanisches Bauelement (1) mit einem Substrat (2), einer seismischen Masse (3) und ersten und zweiten Detektionsmitteln (4, 5), wobei das Substrat (2) eine Haupterstreckungsebene (100) aufweist und wobei die ersten Detektionsmittel (4) zur Detektion einer im Wesentlichen translativen ersten Auslenkung (14) der seismischen Masse (3) entlang einer ersten Richtung (14') im Wesentlichen parallel zur Haupterstreckungsebene (100) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Detektionsmittel (5) zur Detektion einer im Wesentlichen rotativen zweiten Auslenkung (15) der seismischen Masse (3) um eine erste Rotationsachse (15'') parallel zu einer zweiten Richtung (15') im Wesentlichen senkrecht zur Haupterstreckungsebene (100) vorgesehen sind.
  2. Mikromechanisches Bauelement (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mikromechanische Bauelement (1) dritte Detektionsmittel (6) zur Detektion einer im Wesentlichen rotativen dritten Auslenkung (16) der seismischen Masse (3) um eine zweite Rotationsachse (16'') parallel zu einer dritten Richtung (16') im Wesentlichen parallel zur Haupterstreckungsebene (100).
  3. Mikromechanisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die seismische Masse (1) als Wippe ausgebildet ist, welche insbesondere um die erste und/oder die zweite Rotationsachse (15'', 16'') drehbeweglich gelagert ist.
  4. Mikromechanisches Bauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten, zweiten und/oder dritten Detektionsmittel (4, 5, 6) Elektroden, insbesondere zur kapazitiven Vermessung der ersten, zweiten und/oder dritten Auslenkung (14, 15, 16), umfassen, wobei die ersten und/oder zweiten Detektionsmittel (4, 5) bevorzugt als Kamm- und/oder Fingerelektroden und/oder die dritten Detektionsmittel (6) bevorzugt als Flächenelektroden ausgebildet sind.
  5. Mikromechanisches Bauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und/oder die zweiten Detektionsmittel (4, 5) an wenigstens einem Rand der seismischen Masse (3) und/oder in einer Aussparung (8) der seismischen Masse (3) angeordnet sind.
  6. Mikromechanisches Bauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dritten Detektionsmittel (6) senkrecht zur Haupterstreckungsebene (100) die seismische Masse (3) überlappend angeordnet ist.
  7. Mikromechanisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die seismische Masse (3) über Federelemente (9), insbesondere Torsions- und/oder Biegefedern, mit dem Substrat (2) verbunden ist, wobei die ersten Federelemente (9) vorzugsweise derart ausgebildet sind, dass die erste, die zweite und/oder die dritte Auslenkung (14, 15, 16) der seismischen Masse (3) ermöglicht werden.
  8. Mikromechanisches Bauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mikromechanische Bauelement (1) einen Beschleunigungssensor umfasst, wobei insbesondere die erste, die zweite und die dritte Richtung (14', 15', 16') zueinander senkrecht ausgerichtet sind.
  9. Verfahren zum Betrieb eines mikromechanischen Bauelements (1) nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Beschleunigung des mikromechanischen Bauelements (1) in die erste Richtung (14') durch eine Vermessung der im Wesentlichen translativen ersten Auslenkung (14) der seismischen Masse (3) und eine Beschleunigung des mikromechanischen Bauelements (1) in eine zur ersten Richtung (14') im Wesentlichen senkrechten zweiten Richtung (15') durch eine Vermessung der im Wesentlichen rotativen zweiten Auslenkung (15) der seismischen Masse (3) detektiert wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Beschleunigung des mikromechanischen Bauelements (1) in eine zur ersten und zur zweiten Richtung (14', 15') jeweils im Wesentlichen senkrechten dritten Richtung (16') durch eine Vermessung der im Wesentlichen rotativen dritten Auslenkung (16) der seismischen Masse (3) detektiert wird.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Auslenkung (14) mit den ersten Detektionsmitteln (4), die zweite Auslenkung (15) mit den zweiten Detektionsmitteln (5) und/oder die dritte Auslenkung (16) mit den dritten Detektionsmitteln (6) vermessen werden.
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EP09737961.4A EP2274627B1 (de) 2008-04-29 2009-04-01 Mikromechanisches bauelement und verfahren zum betrieb eines mikromechanischen bauelements
US12/736,609 US8596122B2 (en) 2008-04-29 2009-04-01 Micromechanical component and method for operating a micromechanical component
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JP2011506636A JP5653343B2 (ja) 2008-04-29 2009-04-01 マイクロメカニカル素子および加速度検出方法
JP2013216638A JP5661894B2 (ja) 2008-04-29 2013-10-17 マイクロメカニカル素子および加速度検出方法

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ITTO20100511A1 (it) * 2010-06-15 2011-12-16 Milano Politecnico Accelerometro capacitivo triassiale microelettromeccanico
DE102012200740A1 (de) 2011-10-27 2013-05-02 Robert Bosch Gmbh Mikromechanisches Bauelement und Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Bauelements
WO2015120940A1 (de) 2014-02-17 2015-08-20 Robert Bosch Gmbh Mikromechanische struktur für einen beschleunigungssensor
DE102014211054A1 (de) 2014-06-10 2015-12-17 Robert Bosch Gmbh Mikromechanischer Beschleunigungssensor
DE102016207866A1 (de) 2016-05-09 2017-11-09 Robert Bosch Gmbh Mikromechanischer Sensor und Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Sensors

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8418556B2 (en) * 2010-02-10 2013-04-16 Robert Bosch Gmbh Micro electrical mechanical magnetic field sensor utilizing modified inertial elements
US8555719B2 (en) * 2011-01-24 2013-10-15 Freescale Semiconductor, Inc. MEMS sensor with folded torsion springs
US8539836B2 (en) * 2011-01-24 2013-09-24 Freescale Semiconductor, Inc. MEMS sensor with dual proof masses
US8555720B2 (en) * 2011-02-24 2013-10-15 Freescale Semiconductor, Inc. MEMS device with enhanced resistance to stiction
US20130042686A1 (en) * 2011-08-17 2013-02-21 Sitronix Technology Corp. Inertia sensing apparatus
JP2013117396A (ja) * 2011-12-01 2013-06-13 Denso Corp 加速度センサ
JP5799929B2 (ja) * 2012-10-02 2015-10-28 株式会社村田製作所 加速度センサ
US9316666B2 (en) * 2012-11-27 2016-04-19 Murata Manufacturing Co., Ltd. Acceleration sensor having a capacitor array located in the center of an inertial mass
US9470709B2 (en) 2013-01-28 2016-10-18 Analog Devices, Inc. Teeter totter accelerometer with unbalanced mass
US9297825B2 (en) 2013-03-05 2016-03-29 Analog Devices, Inc. Tilt mode accelerometer with improved offset and noise performance
EP2808295B1 (de) * 2013-05-31 2015-12-30 Tronics Microsystems S.A. MEMS-Sensor
US20150268269A1 (en) * 2014-03-20 2015-09-24 Freescale Semiconductor, Inc. Sensor with combined sense elements for multiple axis sensing
US10073113B2 (en) 2014-12-22 2018-09-11 Analog Devices, Inc. Silicon-based MEMS devices including wells embedded with high density metal
US10436812B2 (en) 2015-03-20 2019-10-08 Nxp Usa, Inc. Micro-electro-mechanical acceleration sensor device
US10078098B2 (en) 2015-06-23 2018-09-18 Analog Devices, Inc. Z axis accelerometer design with offset compensation
CN105044387B (zh) * 2015-08-31 2018-09-11 歌尔股份有限公司 一种惯性测量器件及惯性测量系统
DE102016203092A1 (de) 2015-11-10 2017-05-11 Robert Bosch Gmbh Beschleunigungssensor
CN106932608B (zh) * 2015-12-25 2020-02-18 上海矽睿科技有限公司 加速度传感单元以及加速度计
US10393770B2 (en) * 2016-04-28 2019-08-27 Semiconductor Components Industries, Llc Multi-axis accelerometer with reduced stress sensitivity
US10247753B2 (en) * 2017-02-14 2019-04-02 Nxp Usa, Inc. MEMS device with off-axis shock protection

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19719779A1 (de) 1997-05-10 1998-11-12 Bosch Gmbh Robert Beschleunigungssensor

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5009A (en) * 1847-03-13 Ratchet-wrench
US5806365A (en) * 1996-04-30 1998-09-15 Motorola, Inc. Acceleration sensing device on a support substrate and method of operation
JP2000081448A (ja) 1998-06-29 2000-03-21 Zexel Corp 移動体基礎情報検出方法及び移動体基礎情報用マルチセンサ
JP2000019198A (ja) * 1998-06-29 2000-01-21 Zexel Corp 加速度センサ
US6845670B1 (en) * 2003-07-08 2005-01-25 Freescale Semiconductor, Inc. Single proof mass, 3 axis MEMS transducer
US7712366B2 (en) 2004-06-09 2010-05-11 Eth Zuerich Multi-axis capacitive transducer and manufacturing method for producing it
CN1332205C (zh) * 2004-07-19 2007-08-15 西北工业大学 单质量平板三轴微机械加速度计
JP4561352B2 (ja) * 2004-12-22 2010-10-13 パナソニック電工株式会社 微小電気機械デバイスの製造方法
JP2007298405A (ja) 2006-04-28 2007-11-15 Matsushita Electric Works Ltd 静電容量式センサ
JP4600345B2 (ja) * 2006-04-28 2010-12-15 パナソニック電工株式会社 静電容量式センサ
JP4605087B2 (ja) * 2006-04-28 2011-01-05 パナソニック電工株式会社 静電容量式センサ
US7487661B2 (en) * 2006-10-11 2009-02-10 Freescale Semiconductor, Inc. Sensor having free fall self-test capability and method therefor
DE102006048381A1 (de) 2006-10-12 2008-04-17 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Sensor zur Erfassung von Beschleunigungen

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19719779A1 (de) 1997-05-10 1998-11-12 Bosch Gmbh Robert Beschleunigungssensor

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ITTO20100511A1 (it) * 2010-06-15 2011-12-16 Milano Politecnico Accelerometro capacitivo triassiale microelettromeccanico
US8863575B2 (en) 2010-06-15 2014-10-21 Stmicroelectronics S.R.L. Microelectromechanical three-axis capacitive accelerometer
DE102012200740A1 (de) 2011-10-27 2013-05-02 Robert Bosch Gmbh Mikromechanisches Bauelement und Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Bauelements
US9097736B2 (en) 2011-10-27 2015-08-04 Robert Bosch Gmbh Micromechanical component and method for manufacturing a micromechanical component
WO2015120940A1 (de) 2014-02-17 2015-08-20 Robert Bosch Gmbh Mikromechanische struktur für einen beschleunigungssensor
DE102014202819A1 (de) 2014-02-17 2015-08-20 Robert Bosch Gmbh Mikromechanische Struktur für einen Beschleunigungssensor
US10215772B2 (en) 2014-02-17 2019-02-26 Robert Bosch Gmbh Micromechanical structure for an acceleration sensor
DE102014211054A1 (de) 2014-06-10 2015-12-17 Robert Bosch Gmbh Mikromechanischer Beschleunigungssensor
US9581613B2 (en) 2014-06-10 2017-02-28 Robert Bosch Gmbh Micromechanical acceleration sensor
DE102016207866A1 (de) 2016-05-09 2017-11-09 Robert Bosch Gmbh Mikromechanischer Sensor und Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Sensors
WO2017194376A1 (de) 2016-05-09 2017-11-16 Robert Bosch Gmbh Mikromechanischer sensor und verfahren zum herstellen eines mikromechanischen sensors

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CN102016603A (zh) 2011-04-13

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