DE102011057110A1 - MEMS-Beschleunigungssensor - Google Patents

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Alessandro Rocchi
Adolfo Giambastiani
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Maxim Integrated Products Inc
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Abstract

Ein MEMS-Beschleunigungssensor weist ein Substrat (7) und eine parallel zu dem Substrat (7) in einer x-y-Ebene angeordnete Sensormasse (2) auf, wobei die Sensormasse (2) um eine Drehachse (6) drehbar auf dem Substrat (7) befestigt ist und eine Vielzahl von Löchern (9) aufweist und das Gewicht der Sensormasse (2) auf den beiden Seiten der Drehachse (6) unterschiedlich ist, sowie Sensorelemente (8) aufweist zum Erfassen einer Drehbewegung der Sensormasse (2) um ihre Drehachse (6). Zur Veränderung des Gewichts der Sensormasse (2) auf einer Seite der Drehachse (6) im Vergleich zur anderen Seite der Drehachse (6) ist zur Reduzierung des Gewichts der Sensormasse (2) Material der Sensormasse (2) im Bereich einiger der Löcher (9) teilweise entfernt und/oder Material der Sensormasse (2) ist zur Erhöhung des Gewichts der Sensormasse (2) in z-Richtung, insbesondere zur Verlängerung der Löcher (9), hinzugefügt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen MEMS-Beschleunigungssensor mit einem Substrat und einer parallel zu dem Substrat in einer x-y-Ebene angeordneten Sensormasse, wobei die Sensormasse um eine Achse drehbar auf dem Substrat befestigt ist, die Sensormasse eine Vielzahl von Löchern aufweist und das Gewicht der Sensormasse auf den beiden Seiten der Drehachse unterschiedlich ist, sowie mit Sensorelementen zum Erfassen einer Drehbewegung der Sensormasse um ihre Drehachse.
  • Aus der US 2010/0024554 A1 ist ein Beschleunigungssensor bekannt, welcher als mikro-elektro-mechnisches System (MEMS) ausgeführt ist. Der Sensor weist ein Substrat auf sowie eine parallel zu dem Substrat in einer x-y-Ebene angeordnete Sensormasse. Die Sensormasse ist um eine Achse drehbar auf dem Substrat befestigt. Um das Gewicht der Sensormasse auf den beiden Seiten der Drehachse unterschiedlich ausführen zu können, ist der Sensormasse auf einer Seite der Drehachse innerhalb der x-y-Ebene eine zusätzliche Masse hinzugefügt. Die Sensormasse erstreckt dadurch auf dieser Seite weiter von der Drehachse weg als auf der anderen Seite. Hierdurch entsteht ein Ungleichgewicht auf beiden Seiten der Drehachse, wodurch eine Beschleunigung in z-Richtung erfasst werden kann, indem die Sensormasse bei einer Beschleunigung in z-Richtung um die Drehachse verkippt. Zwischen dem Substrat und der Sensormasse sind Sensorelemente angeordnet, welche die Drehbewegung der Sensormasse feststellen können, indem sich der Abstand der Sensorelemente zueinander verändert und dadurch ein unterschiedliches elektrisches Signal erzeugt wird. Nachteilig bei dieser Ausführung ist, dass ein relativ großer Platzbedarf der Sensormasse auf dem Substrat benötigt wird um die zusätzliche Masse in der x-y-Ebene aufnehmen zu können.
  • Aus der US 2009/0031809 A1 ist ein Beschleunigungssensor bekannt, welcher ebenfalls eine Sensormasse aufweist, welche um eine Drehachse drehbar ist. In der Sensormasse ist eine Vielzahl von Löchern angeordnet, welche teilweise durch die Herstellung der Sensormasse bedingt sind und andererseits zur Reduzierung des Gewichts der Sensormasse vorgesehen sind. Um die Sensormasse auf den beiden Seiten der Drehachse unterschiedlich schwer auszubilden, ist vorgesehen, dass eine unterschiedliche Anzahl oder Größe von Löchern auf den beiden Seiten der Drehachse in der Sensormasse angeordnet ist. Obwohl hier auf beiden Seiten der Drehachse derselbe Flächenbedarf der Sensormasse auf dem Substrat benötigt wird, wird dennoch ein Ungleichgewicht auf den beiden Seiten Drehachse erzeugt. Nachteilig hierbei ist allerdings, dass die Elektroden der Sensorelemente, welche einerseits auf dem Substrat befestigt sind und andererseits auf der Unterseite der Sensormasse angeordnet sind, aufgrund der unterschiedlichen resultierenden Flächen durch die unterschiedlichen Löcher in den beiden Hälfte der Sensormasse auch eine unterschiedliche Basiskapazität aufweisen.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit einen MEMS-Beschleunigungssensor zu schaffen, welcher einen geringen Flächenbedarf auf dem Substrat aufweist und dennoch eine zuverlässige Erfassung einer Beschleunigung des Substrats bzw. Sensors erlaubt.
  • Die Aufgabe wird gelöst mit einem MEMS-Beschleunigungssensor mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1.
  • Ein erfindungsgemäßer MEMS-Beschleunigungssensor weist ein Substrat und eine parallel zu dem Substrat in einer x-y-Ebene angeordnete Sensormasse auf. Die Sensormasse ist um eine Achse drehbar auf dem Substrat befestigt. In der Sensormasse ist eine Vielzahl von Löchern angeordnet. Um eine Beschleunigung senkrecht zur Drehachse feststellen zu können ist das Gewicht der Sensormasse auf den beiden Seiten der Drehachse unterschiedlich ausgebildet. Darüber hinaus sind Sensorelemente vorgesehen, welche zum Erfassen einer Drehbewegung der Sensormasse um ihre Drehachse geeignet sind. In der Regel sind diese Sensorelemente Plattenelektroden eines kapazitiven Sensors. Eine Elektrode davon ist an dem Substrat befestigt, während die andere, ihr gegenüberliegend angeordnete Elektrode an der Unterseite der Sensormasse befestigt ist. Durch eine Drehbewegung der Sensormasse um ihre Drehachse werden die beiden Elektroden der Sensorelemente entweder voneinander entfernt oder bewegen sich aufeinander zu. Hierdurch wird eine Änderung eines elektrischen Signals erzeugt, woraus der Abstand der Elektroden voneinander und damit die Drehbewegung der Sensormasse um ihre Drehachse festgestellt werden kann.
  • Zur Veränderung des Gewichts der Sensormasse auf einer Seite der Drehachse im Vergleich zur anderen Seite der Drehachse sind Veränderungen der Masse der Sensormasse auf der einen Seite der Drehachse im Vergleich zur anderen Seite der Drehachse vorgesehen. Hierfür wird Material der Sensormasse im Bereich einiger der Löcher teilweise entfernt zur Reduzierung des Gewichts der Sensormasse. Zusätzlich oder alternativ kann auch Material der Sensormasse zur Erhöhung des Gewichts der Sensormasse hinzugefügt werden. Hierfür ist erfindungsgemäß vorgesehen dieses zusätzliche Material – in z-Richtung gesehen – insbesondere zur Verlängerung der Löcher hinzuzufügen. Das hinzugefügte Material der Sensormasse kann auch in einem Bereich erfolgen, in welchem keine Löcher angeordnet sind.
  • Entscheidend bei allen diesen erfinderischen Maßnahmen ist es, dass die Stärke des Materials der Sensormasse verändert wird um ein unterschiedliches Gewicht der Sensormasse auf der einen Seite der Drehachse im Vergleich zur anderen Seite der Drehachse zu erzeugen. Dabei können die Löcher einerseits aufgeweitet werden, d. h. dass in ihrer Umgebung bzw. ihrem Bereich Material der Sensormasse entfernt wird. Andererseits ist es auch möglich Material der Sensormasse hinzuzufügen. Hierzu wird das Material der Sensormasse in den dafür vorgesehenen Bereich stärker als bei der restlichen Sensormasse ausgeführt. Es gibt somit im Bereich der Sensormasse dickere und dünnere Zonen, welche so über die Sensormasse verteilt sind, dass eine unterschiedliche Massenverteilung auf den beiden Seiten der Drehachse vorliegt. Die Herstellung derartiger Dickenunterschiede der Sensormasse kann durch Ätzen der Sensormasse erfolgen, wofür beispielsweise verschiedene Masken oder Sandwichmasken verwendet werden um einzelne Höhenunterschiede der Sensormasse zu erhalten.
  • Wesentliche Vorteile der vorliegenden Erfindung bestehen darin, dass die Möglichkeit besteht, bei relativ kleiner Fläche der Sensormasse in x-y-Ebene ein Ungleichgewicht der Sensormasse auf den beiden Seiten der Drehachse der Sensormasse zu schaffen, wodurch der Beschleunigungssensor Beschleunigungen in z-Richtung feststellen kann. Darüber hinaus kann das Material der Sensormasse in einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung derart auf beiden Seiten der Drehachse beeinflusst werden, dass die Unterseiten der Sensormasse auf beiden Seiten der Drehachse vorzugsweise gleich sind. Die Sensorelemente können dadurch im Ausgangszustand gleiche Signale auf beiden Seiten der Drehachse der Sensormasse erfassen. Dies ist der Fall, da die an der Sensormasse befestigten Elektroden der Sensorelemente auf beiden Seiten der Drehachse gleichartig ausgeführt werden können und den gleichen Abstand von den Elektroden, welche an dem Substrat befestigt sind, aufweisen.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist die Drehachse der Sensormasse im Bezug auf eine Projektionsfläche der Sensormasse symmetrisch angeordnet. Dies bedeutet dass der Flächenbedarf der Sensormasse auf beiden Seiten der Drehachse gleich ist. Damit wird ein möglichst geringer Flächenbedarf des Beschleunigungssensors erhalten. Die Erfindung ist aber nicht beschränkt auf eine symmetrische Ausbildung der Projektionsfläche der Sensormasse im Bezug auf die Drehachse. Es kann neben den erfindungsgemäßen Maßnahmen zur Beeinflussung der Materialstärke der Sensormasse auch zusätzlich eine Asymmetrie der Projektionsfläche vorhanden sein, beispielsweise durch hinzufügen zusätzlichen Materials innerhalb der x-y-Ebene um ein weiteres Ungleichgewicht zu schaffen.
  • In einer besonders vorteilhaften Ausführung der Erfindung sind die Löcher als Durchgangslöcher ausgebildet. Dies erleichtert die Herstellung der Sensormasse mit herkömmlichen Methoden und reduziert im übrigen das Gewicht der Sensormasse.
  • Als eine Variante der Erfindung ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Löcher gestuft sind. Das bedeutet, dass die Löcher beispielsweise zylindrisch, rechteckig oder quadratisch ausgeführt sind, wobei der Innendurchmesser zu Beginn des Loches größer als zum Ende des Loches hin ist. Vorzugsweise befindet sich der größere Lochdurchmesser auf der von dem Substrat abgewandten Seite der Sensormasse.
  • Als Alternative ist es ebenfalls möglich, dass die Löcher konisch ausgebildet sind. Auch hier ist es vorteilhaft, dass der größere Durchmesser des konischen Loches sich auf der von dem Substrat abgewandten Seite der Sensormasse befindet. Die Herstellung ist hierdurch vereinfacht.
  • Ist das Material der Sensormasse auf einer Seite der Drehachse zumindest teilweise entfernt, um eine dünnere Wandstärke der Sensormasse zu erzeugen, so entstehen normaldicke und dünnere Bereiche in der Sensormasse. Die dünneren Bereiche der Sensormasse, welche über die gesamte Breite der Sensormasse in y-Richtung oder über die gesamte Länge der Sensormasse auf einer Seite in x-Richtung verlaufen können, reduzieren das Gewicht der Sensormasse einer Seite deutlich gegenüber dem Gewicht der Sensormasse auf der gegenüberliegenden Seite der Drehachse.
  • Zur Erhöhung des Gewichts der Sensormasse kann auch vorgesehen sein, dass das Material zumindest teilweise der Sensormasse hinzugefügt ist um eine dickere Wandstärke der Sensormasse gegenüber der Normaldicke der Sensormasse zu erzeugen. Die hierdurch entstehenden Erhöhungen der Sensormasse können bereichsweise über die gesamte Breite in y-Richtung und/oder Länge in x-Richtung einer Seite verlaufen.
  • Ein ganz besonderer Vorteil der Erfindung wird dadurch erreicht, dass das Material auf der von den Sensorelementen abgewandten Seite der Sensormasse entfernt oder hinzugefügt ist. Hierdurch wird die Gestaltung der Sensormasse auf deren Unterseite, d. h. auf der dem Substrat zugewandten Seite nicht verändert. Die Sensormasse ist dementsprechend auf beiden Seiten der Drehachse an der Unterseite gleich gestaltet. Hierdurch wird die Erfassung der Drehbewegungen um die Drehachse durch die Elektroden deutlich vereinfacht, da beide Seiten ein gleiches Signal in der Nullstellung abgeben. Die Flächen können gleich groß und gleichartig genutzt werden zur Anbringung der Sensorelemente. Die Material- und damit Gewichtsveränderung der Sensormasse erfolgt lediglich auf der Seite der Sensormasse in z-Richtung gesehen, welche keine Sensorelemente trägt.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Material außerhalb des Bereichs der Sensormasse, in dem die Sensorelemente angeordnet sind entfernt oder hinzugefügt ist. Die Erfassung der Drehbewegung durch die Sensorelemente wird dadurch nicht beeinflusst, da die Material- und damit Gewichtsänderung der Sensormasse auf den beiden Seiten von der Drehachse unabhängig von den Sensorelementen ausgeführt ist.
  • Der erfindungsgemäße Beschleunigungssensor ist besonders vorteilhaft einsetzbar, wenn die Sensormasse für Drehungen in und/oder aus der x-y-Ebene drehbar gelagert ist. Es sind damit Beschleunigungen sowohl in z-Richtung als auch in x- und y-Richtung zu erfassen.
  • Ein erfindungsgemäßer MEMS-Beschleunigungssensor kann auch derart ausgebildet sein, dass mehrere Sensormassen vorgesehen sind zur Erfassung von Beschleunigungen in mehreren Richtungen. Es kann somit die vorliegende sowohl als 1D-, 2D- als auch 3D-Sensor verwendet werden.
  • Weitere Vorteile der Erfindung sind in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigt
  • 1 die Draufsicht auf einen MEMS-Beschleunigungssensor,
  • 2 eine Seitenansicht der 1,
  • 3 einen Ausschnitt aus dem MEMS-Beschleunigungssensor der 1,
  • 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel in Draufsicht auf einen MEMS-Beschleunigungssensor,
  • 5 eine Seitenansicht der 4 des MEMS-Beschleunigungssensors,
  • 6 die Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel eines MEMS-Beschleunigungssensors,
  • 7 einen Ausschnitt aus der 6,
  • 8 einen Ausschnitt aus einem Querschnitt eines MEMS-Beschleunigungssensors der 6 und
  • 9 eine Alternative zur Ausführung der 8
  • 1 zeigt eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Beschleunigungssensor 1 in skizzierter Darstellung. Der MEMS-Beschleunigungssensor 1 weist eine Sensormasse 2 auf, welche in ihrer Projektionsfläche rechteckig ist. Die Sensormasse 2 erstreckt sich in einer x-y-Ebene. In Richtung der y-Achse ist eine Torsionsfeder 3 angebracht, mit welcher die Sensormasse 2 an einem Anker 4 befestigt ist. Die Torsionsfeder 3 erstreckt sich entlang der y-Achse bzw. Drehachse der Sensormasse 2. Tritt eine Beschleunigung in Richtung der aus der Zeichenebene herausragenden z-Achse auf, so wird die Sensormasse 2 um die Drehachse 6 bzw. y-Achse gedreht. Der Grund hierfür besteht darin, dass die Massenverteilung auf beiden Seiten der y-Achse der Sensormasse 2 unterschiedlich ist. Rechts von der y-Achse weist die Sensormasse 2 nämlich einen Absatz 5 auf. Ab dem Absatz 5 ist die Dicke der Sensormasse 2 verringert ausgeführt. Hierdurch ist die Gesamtmasse der Sensormasse 2 rechts von der y-Achse geringer als links von dieser. Bei einer Beschleunigung in z-Richtung wird daher ein Drehmoment entstehen, welches auf der linken Seite größer ist als auf der rechten Seite der y-Achse. Die Sensormasse 2 wird dementsprechend eher auf die linke Seite kippen als auf die rechte Seite der Drehachse y.
  • In 2 ist eine Seitenansicht des Beschleunigungssensors 1 der 1 skizziert dargestellt. Die Sensormasse 2 ist mittels des Ankers 4 und der hier nicht dargestellten Feder 3 auf einem Substrat 7 befestigt. Die Sensormasse 2 dreht sich um die Drehachse 6, welche in Richtung der y-Achse verläuft. Auf dem Substrat 7 ist eine erste Sensorelektrode 8' befestigt. Gegenüber dieser Sensorelektrode 8' ist an der Sensormasse 2 an deren Unterseite eine zweite Sensorelektrode 8'' angeordnet. Die beiden Sensorelektroden 8' und 8'' erzeugen ein elektrisches Signal, welches abhängig ist von ihrem Abstand voneinander. Bei einer Drehbewegung der Sensormasse 2 um die Drehachse 6 wird der Abstand zwischen den beiden Sensorelektroden 8' und 8'' verändert, wodurch sich auch ein gegenüber dem Basissignal verändertes Signal ergibt.
  • Die Sensormasse 3 weist in Richtung der z-Achse unterschiedliche Dicken auf. Während links von der y-Achse die Sensormasse 2 eine Dicke D aufweist, ist rechts von der y-Achse ab dem Absatz 5 eine verringerte Dicke d vorhanden. Die Sensormasse 2 ist somit ab dem Absatz 5 in Richtung der x-Achse dünner ausgeführt als im restlichen Bereich der Sensormasse 2. Hierdurch entsteht eine geringere Gesamtmasse rechts von der Drehachse 6 im Vergleich zu der Dicke links von der Drehachse 6. Bei einer Beschleunigung in z-Richtung wird daher die Sensormasse 2 um die Drehachse 6 gegen den Uhrzeigersinn schwenken. Die Sensorelektroden 8' und 8'' links von der Drehachse 6 werden in ihrem Abstand verringert, während die Sensorelektroden 8' und 8'' rechts von der Drehachse 6 in ihrem Abstand vergrößert werden. Die entsprechende Signalveränderung wird von einer nicht dargestellten Auswerteeinrichtung erfasst und zeigt eine Beschleunigung in z-Richtung an.
  • Wie bereits aus der 1 ersichtlich ist, weist die Sensormasse 2 eine Vielzahl von Löchern 9 auf. Die Löcher 9 sind in diesem Ausführungsbeispiel gleichmäßig über die gesamte Fläche der Sensormasse 2 verteilt. In 3 ist ein vergrößerter Ausschnitt aus einem Querschnitt der Sensormasse 2 im Bereich des Absatzes 5 und der Löcher 9 dargestellt. Aus dieser Darstellung ist ersichtlich, dass in dem dickerem Bereich der Sensormasse 2 mit der Dicke D Löcher 9' vorgesehen sind, während in dem dünnerem Bereich nach dem Absatz 5 mit einer Dicke d der Sensormasse 2 kürzere Löcher 9'' vorhanden sind. Im unteren, dem Substrat 7 bzw. der Sensorelektrode 8' zugewandten Bereich der Sensormasse 2 ist kein Unterscheid feststellbar zwischen dem dickeren und dem dünneren Bereich der Sensormasse 2. Dementsprechend kann die Sensorelektrode 8'' unabhängig von der Massenveränderung der Sensormasse 2 an der Unterseite der Sensormasse 2 angeordnet sein. Der Flächenbedarf bzgl. der Projektionsfläche der Sensormasse 2 ist somit auf beiden Seiten der Drehachse 6 gleich. Dies gilt ebenso für das Lochbild, welches an der Unterseite der Sensormasse 9 vorhanden ist. Lediglich die Dicke der Sensormasse 2 variiert in z-Richtung und an der Oberseite der Sensormasse 2.
  • In 4 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel eines Beschleunigungssensors 1 dargestellt. Die Sensormasse 2 ist grundsätzlich ebenso wie in 1, 2 und 3 beschrieben ausgeführt. Unterschiedlich ist, dass rechts von der Drehachse 6 eine Erhebung 10 vorhanden ist, welche sich aus zwei Absätzen 5 ergibt. Im Bereich der Erhebung 10 weist die Sensormasse 2 eine große Dicke D auf, während im übrigen Bereich die Sensormasse 2 eine geringere Dicke d aufweist. Die in der Erhebung 10 bzw. im Bereich der Absätze 5 angeordneten Löcher sind ebenso wie in 3 dargestellt ausgeführt. Die Masse rechts der Drehachse 6 ist hierdurch größer als die Masse links der Drehachse 6. Die Sensormasse 2 wird daher bei einer Beschleunigung in z-Richtung eine Drehung um die Drehachse 6 im Uhrzeigersinn erfahren. Die Sensorelektroden 8' und 8'' welche rechts der Drehachse 6 angeordnet sind, werden somit in ihrem Abstand verringert, während die Sensorelektroden 8' und 8'' links von der Drehachse in ihrem Abstand vergrößert werden. Eine entsprechenden Auswertung dieser elektrischen Signale der Sensorelektroden 8' und 8'' führt ebenso zu dem Ergebnis, dass eine Beschleunigung in z-Richtung erfolgt ist.
  • Die Veränderung des Gewichts der Sensormasse ist bei diesem Ausführungsbeispiel dementsprechend derart erfolgt, dass Material der Sensormasse hinzugefügt ist und die Löcher, welche sich in diesem hinzugefügten Material in der Erhebung 10 befinden sind hierdurch verlängert worden.
  • Eine anderen Ausführung der vorliegenden Erfindung durch Entfernen von Material ist in dem Ausführungsbeispiel der 6 dargestellt. Auch hier handelt es sich wieder grundsätzlich um einen Beschleunigungssensor 1, wie er in der 1 bzw. 4 dargestellt ist. Unterschiedlich ist hierbei, dass die Dicke der Sensormasse 2 überall gleich ist. Die Massenveränderung erfolgt dadurch, dass die einzelnen Löcher an der Oberseite der Sensormasse 2 gegenüber der normalen Ausführung der Löcher 9 vergrößert worden. Dies betrifft die Löcher, welche rechts von der Drehachse angeordnet sind. In den ersten vier Reihen parallel zur y-Achse sind die Löcher 9''' an ihrer Oberseite vergrößert.
  • In 7 ist eine vergrößerte Darstellung eines derart vergrößerten Loches 9''' dargestellt. Das Loch 9''' ist im Querschnitt quadratisch. An der Oberseite weist das Loch 9''' eine größere Seitenlänge als an der Unterseite auf.
  • In 8 ist ein Querschnitt durch ein Loch 9''' gemäß 7 dargestellt. Daraus ist ersichtlich, dass das Loch 9''' gestuft ausgeführt ist. Bis etwa zur Hälfte der Dicke der Sensormasse 2 ist eine größere Seitenlänge des Lochs 9''' als in der unteren Hälfte der Sensormasse 2 vorhanden. Dementsprechend weist die Unterseite der Sensormasse 2 dasselbe Lochbild rechts von der Drehachse 6 auf wie es links von der Drehachse 6 ist. Die Veränderung gegenüber dem Loch 9 ist lediglich an der Oberseite der Sensormasse 2 erfolgt. Hierdurch ist wiederum gewährleistet, dass einerseits eine Massenveränderung und damit Gewichtsveränderung der Sensormasse 2 links und rechts von der Drehachse 6 vorhanden ist. Andererseits ist auch sichergestellt, dass durch dasselbe Lochbild an der Unterseite der Sensormasse 2 links und rechts der Drehachse 6 die Sensorelemente in vorteilhafterweise gleiche Ausgangssignale liefern.
  • In 9 ist eine Alternative zu der Lochform der 8 dargestellt. Hierbei weist das dort dargestellte Loch 9'''' einen konischen Querschnitt auf. Auch hierbei ist wiederum der Vorteil vorhanden, dass einerseits die Masse und das Gewicht der Sensormasse 2 durch diese Maßnahme beeinflusst werden kann und andererseits das Lochbild an der Unterseite der Sensormasse 2 für eine entsprechende Auswertung der elektrischen Signale der Sensorelemente 8' und 8'' auf beiden Seiten der Drehachse 6 gleich ist.
  • Die Form der Löcher ist ebenso wie die Ausgestaltung der Dicke der Sensormasse 2 in vielen verschiedenen Formen möglich. Außerdem ist es nicht erforderlich, dass das Lochbild an der Unterseite zwangsweise auf beiden Seiten der Drehachse 6 das Gleiche ist. Die Erfindung ist auch mit einem anderen Lochbild, wenn auch nicht ganz so vorteilhaft zu realisieren. Die Löcher können runde, quadratische, rechteckige oder andere Querschnittsformen in ihrer Draufsicht aufweisen. Sie können ihre Querschnittsform im Verlauf der Dicke der Sensormasse 2 auch verändern. Im Querschnitt in z-Richtung können sie je nach den technischen Möglichkeiten der Herstellung ausgeführt sein. So ist beispielsweise die Herstellung eines gestuften Loches durch die Verwendung mehrerer Siliziumlagen oder einer entsprechenden Maskierung beim Herstellungs-, insbesondere Ätzverfahren möglich.
  • Erfindungsgemäße Sensormassen 2 können auch mehrfach auf einem Substrat angeordnet sein. Durch eine entsprechende Wahl der Projektionsfläche bzw. der Anordnung der Drehachsen zu dem orthogonalen Achsensystem x- y und z ist es möglich Beschleunigungen nicht nur wie hier dargestellt in z-Richtung, sondern auch in x- und/oder y-Richtung festzustellen.
  • Die Verwendung unterschiedlicher Lochformen, sei es in Länge oder Querschnittsform, kann auch für Beschleunigungssensoren Verwendung finden, welche nicht nur aus der x-y-Ebene herausdrehen, sondern auch innerhalb der x-y-Ebene bewegt werden, beispielsweise durch Drehbewegungen um die z-Achse. Auch hierbei können derartige Variationen der Löcher zu ungleichen Massenverteilungen führen und damit die entsprechenden Vorteile der Erfindung realisieren.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    MEMS-Beschleunigungssensor
    2
    Sensormasse
    3
    Feder
    4
    Anker
    5
    Absatz
    6
    Drehachse
    7
    Substrat
    8
    Sensorelement
    9
    Loch
    10
    Erhebung
  • 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 2010/0024554 A1 [0002]
    • US 2009/0031809 A1 [0003]

Claims (11)

  1. MEMS-Beschleunigungssensor mit einem Substrat (7) und einer parallel zu dem Substrat (7) in eine x-y-Ebene angeordneten Sensormasse (2), wobei – die Sensormasse (2) um eine Drehachse (6) drehbar auf dem Substrat (7) befestigt ist, – die Sensormasse (2) eine Vielzahl von Löchern (9) aufweist und – das Gewicht der Sensormasse (2) auf den beiden Seiten der Drehachse (6) unterschiedlich ist, sowie – mit Sensorelementen (8) zum Erfassen einer Drehbewegung der Sensormasse (2) um ihre Drehachse (6), dadurch gekennzeichnet, dass zur Veränderung des Gewichts der Sensormasse (2) auf einer Seite der Drehachse (6) im Vergleich zur anderen Seite der Drehachse (6) – Material der Sensormasse (2) im Bereich einiger der Löcher (9) teilweise entfernt ist zur Reduzierung des Gewichts der Sensormasse (2) und/oder – Material der Sensormasse (2) in z-Richtung, insbesondere zur Verlängerung der Löcher (9), hinzugefügt ist zur Erhöhung des Gewichts der Sensormasse (2).
  2. MEMS-Beschleunigungssensor nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse (6) in Bezug auf eine Projektionsfläche der Sensormasse (2) symmetrisch angeordnet ist,
  3. MEMS-Beschleunigungssensor nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Löcher (9) Durchgangslöcher sind.
  4. MEMS-Beschleunigungssensor nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Löcher (9''') gestuft sind.
  5. MEMS-Beschleunigungssensor nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Löcher (9'''') konisch sind.
  6. MEMS-Beschleunigungssensor nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Sensormasse (2) einer Seite zumindest teilweise entfernt ist um eine dünnere Wandstärke der Sensormasse (2) zu erzeugen.
  7. MEMS-Beschleunigungssensor nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material zumindest teilweise der Sensormasse (2) hinzugefügt ist um eine dickere Wandstärke der Sensormasse (2) zu erzeugen.
  8. MEMS-Beschleunigungssensor nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material auf der von den Sensorelementen (8) abgewandten Seite der Sensormasse (2) entfernt oder hinzugefügt ist.
  9. MEMS-Beschleunigungssensor nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material außerhalb des Bereichs der Sensormasse (2), in dem die Sensorelemente (8) angeordnet sind, entfernt oder hinzugefügt ist.
  10. MEMS-Beschleunigungssensor nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensormasse (2) für Drehungen in und/oder aus der x-y-Ebene drehbar gelagert ist.
  11. MEMS-Beschleunigungssensor nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der MEMS-Beschleunigungssensor (1) mehrere Sensormassen (2) aufweist zur Erfassung von Beschleunigungen in mehreren Richtungen.
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