DE102012223016A1 - Inertialsensor mit verringerter Querempfindlichkeit - Google Patents

Inertialsensor mit verringerter Querempfindlichkeit Download PDF

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Abstract

Die Erfindung geht aus von einem mikromechanischen Inertialsensor mit einem Substrat (100) mit einer Haupterstreckungsebene (10), mit einer ersten Funktionsschicht (210) und einer zweiten Funktionsschicht (220), welche übereinander parallel zur Haupterstreckungsebene (10) angeordnet sind, mit einer seismischen Masse (200) welche in der ersten Funktionsschicht (210) und der zweiten Funktionsschicht (220) ausgebildet ist, und welche über dem Substrat (100) und von diesem beabstandet angeordnet ist, mit einer Torsionsfedereinrichtung (300), welche mit dem Substrat (100) und mit der seismischen Masse (200) verbunden ist, wobei die Torsionsfedereinrichtung (300) eine Torsionsachse (330) aufweist, welche parallel zur Haupterstreckungsebene (10) angeordnet ist, wobei die Torsionsfedereinrichtung (300) ein erstes Federelement (310) aufweist, welches in der ersten Funktionsschicht (210) angeordnet ist. Der Kern der Erfindung besteht darin, dass, die Torsionsfedereinrichtung (300) wenigstens ein zweites Federelement (320) aufweist, welches in der zweiten Funktionsschicht (220) angeordnet ist.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einem mikromechanischen Inertialsensor, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, mit einem Substrat, mit einer seismischen Masse welche in einer ersten und einer zweiten Funktionsschicht angeordnet ist, sowie mit einer Torsionsfeder welche mit dem Substrat und mit der seismischen Masse verbunden ist, und welche in der ersten Funktionsschicht angeordnet ist. Ein derartiger Inertialsensor ist beispielsweise in der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2009 000 167 A1 offenbart. Die dort gezeigte Struktur läßt sich als z-Beschleunigungssensor verwenden, d.h. als Sensor, der Beschleunigungen in einer Richtung z senkrecht zur Hauptebene (x; y) des Substrats detektiert. Die seismische Masse ist hierbei als Wippe ausgebildet, welche aufgrund der unterschiedlichen Masseverteilung zu beiden Seiten der Torsionsfeder bei einer Beschleunigung in z Richtung ausgelenkt wird. Eine ähnliche Vorrichtung ist in der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2008 042 357 A1 offenbart. Nachteilig kann sich bei solchen Konstruktionen die möglicherweise auftretende Querempfindlichkeit der Feder-Masse Struktur bei Beschleunigungen in der Substratebene mit einer Beschleunigungskomponente senkrecht zur Torsionsachse auswirken. Für diese Beschleunigungskomponente ist die seismische Masse asymmetrisch um die Torsionsachse angeordnet. Es kann in der Folge zu Auslenkungen der seismischen Masse um die Torsionsachse kommen und damit zu einem Fehlsignal.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Aufgabe der Erfindung
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen mikromechanischen Inertialsensor mit reduzierter Querempfindlichkeit der seismischen Masse zu schaffen.
  • Vorteile der Erfindung
  • Die Erfindung geht aus von einem mikromechanischen Inertialsensor mit einem Substrat mit einer Haupterstreckungsebene, mit einer ersten Funktionsschicht und einer zweiten Funktionsschicht, welche übereinander parallel zur Haupterstreckungsebene angeordnet sind, mit einer seismischen Masse welche in der ersten Funktionsschicht und der zweiten Funktionsschicht ausgebildet ist, und welche über dem Substrat und von diesem beabstandet angeordnet ist; sowie mit einer Torsionsfedereinrichtung, welche mit dem Substrat und mit der seismischen Masse verbunden ist, wobei die Torsionsfedereinrichtung eine Torsionsachse aufweist, welche parallel zur Haupterstreckungsebene angeordnet ist, wobei die Torsionsfedereinrichtung ein erstes Federelement aufweist, welches in der ersten Funktionsschicht angeordnet ist.
  • Der Kern der Erfindung besteht darin, dass, die Torsionsfedereinrichtung wenigstens ein zweites Federelement aufweist, welches in der zweiten Funktionsschicht angeordnet ist.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das zweite Federelement in einem Teilbereich mit der ersten Funktionsschicht verbunden.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen der ersten Funktionsschicht und der zweiten Funktionsschicht eine Zwischenschicht angeordnet.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das zweite Federelement in einem Teilbereich mit der ersten Funktionsschicht mittelbar über die Zwischenschicht verbunden.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das zweite Federelement im Bereich einer Aufhängung des ersten Federelements an der seismischen Masse und/oder im Bereich einer Aufhängung des ersten Federelements am Substrat mit der ersten Funktionsschicht verbunden ist.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Torsionsfedereinrichtung wenigstens zwei zweite Federelemente aufweist.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die wenigstens zwei zweiten Federelemente in einem Teilbereich in der zweiten Funktionsschicht miteinander verbunden sind.
  • Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass in einer ersten Richtung parallel zur Haupterstreckungsebene und senkrecht zur Torsionsachse das erste Federelement eine erste Ausdehnung und das zweite Federelement eine zweite Ausdehnung aufweist, wobei die zweite Ausdehnung mindestens halb so groß, aber höchstens doppelt so groß wie die erste Ausdehnung ist.
  • Vorteilhaft ist dabei insbesondere, dass die zweite Ausdehnung das 0,8 bis 1,4 fache der ersten Ausdehnung, bevorzugt das 1,0 bis 1,2 fache der ersten Ausdehnung, beträgt.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die wenigstens zwei zweiten Federelemente bereichsweise wenigstens einen ersten Abstand und einen zweiten Abstand zueinander aufweisen, wobei der erste Abstand verschieden vom zweiten Abstand ist.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das erste Federelement mittels einer ersten Verankerung und wenigstens mittels einer zweiten Verankerung mit dem Substrat verbunden ist.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Torsionsfedereinrichtung 300 U-förmig, S-förmig oder mäanderförmig ausgebildet ist.
  • Die verwendeten Schichten können prozessbedingt eine intrinsische Spannung besitzen. Das bedeutet, dass die Schicht, obwohl mechanisch nicht belastet, unter Spannung steht. Das kann dazu führen, dass die lange freitragenden Struktur mechanisch instabil wird (eulerscher Knickstab, Buckling). Die alternativen Konstruktionsweisen reduzieren die freie Weglänge und somit die Gefahr der Instabilität.
  • Darüber hinaus können bei vertikaler Auslenkung die Anbindungspunkte der Struktur mechanisch belastet werden. Die alternativen Konstruktionsformen sollen diesen Stress minimieren.
  • Die Erfindung betrifft also eine neue Feder, im Folgenden auch „i-Feder“ genannt, die es ermöglicht, die Querempfindlichkeit der seismischen Masse eines Inertialsensors, insbesondere einer Wippe, wesentlich zu reduzieren. Durch die neue Feder wird es möglich, in mikromechanischen Vorrichtungen mit mehreren übereinander angeordneten Funktionsschichten Wippen zu bauen, welche wie die in einer Funktionsschicht ausgeführten Wippen im Stand der Technik eine sehr geringe Querempfindlichkeit besitzen. Analog zur Wirkweise der i-Feder in Beschleunigungssensoren ist es denkbar, diese Feder auch in wannenförmigen Drehratensensoren oder noch allgemeiner mechanischen Resonatoren mit beweglich aufgehängten Massen anzuwenden. Auch hier könnte man neue Feder-Strukturen erzeugen und damit die mögliche Taumelbewegung von wannenförmigen Strukturen reduzieren. Durch die erfindungsgemäße Federgeometrie kann eine unerwünschte z-Bewegungskomponente bei schwingenden Wannenstrukturen deutlich vermindert werden.
  • Zeichnung
  • 1 zeigt einen ersten Inertialsensor im Stand der Technik
  • 2 zeigt einen zweiten Inertialsensor im Stand der Technik
  • 3 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Inertialsensors
  • 4 zeigt eine erste Ausführungsform der Federeinrichtung des erfindungsgemäßen Inertialsensors
  • Die 5a und b zeigen eine zweite Ausführungsform der Federeinrichtung des erfindungsgemäßen Inertialsensors mit drei zweiten Federelementen
  • Die 6a, b, c zeigen eine dritte Ausführungsform der Federeinrichtung des erfindungsgemäßen Inertialsensors mit mehreren Verankerungen des ersten Federelements auf dem Substrat
  • Die 7a, b zeigen weitere Ausführungsformen der Federeinrichtung des erfindungsgemäßen Inertialsensors mit unterschiedlichen Abständen zwischen zwei zweiten Federelementen
  • Beschreibung von Ausführungsbeispielen
  • 1 zeigt schematisch einen ersten Inertialsensor im Stand der Technik. Dargestellt ist im Querschnitt ein mikromechanischer Inertialsensor mit einem Substrat 100 mit einer Haupterstreckungsebene 10, sowie mit einer ersten Funktionsschicht 210, welche parallel zur Haupterstreckungsebene 10 angeordnet ist. Der Inertialsensor weist eine seismische Masse 200 auf, welche in der ersten Funktionsschicht 210 ausgebildet ist, und welche über dem Substrat 100 und von diesem beabstandet angeordnet ist. Dargestellt ist weiter eine Torsionsfedereinrichtung 300, welche mittels nicht gezeigter Verankerungsbereiche mit dem Substrat 100 und mit der seismischen Masse 200 verbunden ist. Die Torsionsfedereinrichtung 300 weist eine Torsionsachse 330 auf, welche parallel zur Haupterstreckungsebene 10 angeordnet ist. Die Torsionsfedereinrichtung 300 weist ein erstes Federelement 310 auf, welches in der ersten Funktionsschicht 210 angeordnet ist. Auf der Substratoberfläche und der seismischen Masse 200 gegenüberliegend sind Elektroden 110, 111, 112 angeordnet, welche eine Auslenkung der seismischen Masse 200 um die Torsionsachse 330 detektieren können.
  • 2 zeigt schematisch einen zweiten Inertialsensor im Stand der Technik. Dargestellt ist im Querschnitt ein mikromechanischer Inertialsensor mit einem Substrat 100 mit einer Haupterstreckungsebene 10, mit einer ersten Funktionsschicht 210 und einer zweiten Funktionsschicht 220, welche übereinander parallel zur Haupterstreckungsebene 10 angeordnet sind. Der Inertialsensor weist eine seismische Masse 200 auf, welche in der ersten Funktionsschicht 210 und der zweiten Funktionsschicht 220 ausgebildet ist, und welche über dem Substrat 100 und von diesem beabstandet angeordnet ist. Dargestellt ist weiter eine Torsionsfedereinrichtung 300, welche mittels nicht gezeigter Verankerungsbereiche mit dem Substrat 100 und mit der seismischen Masse 200 verbunden ist. Die Torsionsfedereinrichtung 300 weist eine Torsionsachse 330 auf, welche parallel zur Haupterstreckungsebene 10 angeordnet ist. Die Torsionsfedereinrichtung 300 weist ein erstes Federelement 310 auf, welches in der ersten Funktionsschicht 210 angeordnet ist. Auf der Substratoberfläche und der seismischen Masse 200 gegenüberliegend, sowie zusätzlich über der seismischen Masse sind Elektroden 110, 111, 112 angeordnet, welche eine Auslenkung der seismischen Masse 200 um die Torsionsachse 330 detektieren können. Die seismische Masse in Form einer Wippe besteht also nicht aus einer einzelnen kompakten Schicht, sondern sie kann beispielsweise in zwei unterschiedlichen Siliziumschichten strukturiert sein. Damit können bewegliche „wannenförmige“ Strukturen gebildet werden. Ein derartiger Aufbau erlaubt Freiheiten in der Gestaltung der seismischen Masse oder beispielsweise auch die Anordnung von zusätzlichen Elektroden, wie in der 2 gezeigt ist.
  • 3 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Inertialsensors. Dargestellt ist im Querschnitt ein mikromechanischer Inertialsensor mit einem Substrat 100 mit einer Haupterstreckungsebene 10, mit einer ersten Funktionsschicht 210 und einer zweiten Funktionsschicht 220, welche übereinander parallel zur Haupterstreckungsebene 10 angeordnet sind. Der Inertialsensor weist eine seismische Masse 200 auf, welche in der ersten Funktionsschicht 210 und der zweiten Funktionsschicht 220 ausgebildet ist, und welche über dem Substrat 100 und von diesem beabstandet angeordnet ist. Dargestellt ist weiter eine Torsionsfedereinrichtung 300, welche mittels nicht gezeigter Verankerungsbereiche mit dem Substrat 100 und mit der seismischen Masse 200 verbunden ist. Die Torsionsfedereinrichtung 300 weist eine Torsionsachse 330 auf, welche parallel zur Haupterstreckungsebene 10 angeordnet ist. Die Torsionsfedereinrichtung 300 weist ein erstes Federelement 310 auf, welches in der ersten Funktionsschicht 210 angeordnet ist.
  • Erfindungsgemäß weist die Torsionsfedereinrichtung 300 wenigstens ein zweites Federelement 320 auf, welches in der zweiten Funktionsschicht 220 angeordnet ist.
  • Der erfindungsgemäße mikromechanische Inertialsensor weist in diesem Beispiel als Substrat 100 ein Siliziumsubstrat auf. Über dem Siliziumsubstrat ist die zweite Funktionsschicht 220 angeordnet, welche aus Polysilizium besteht. Über der zweiten Funktionsschicht 220 ist die erste Funktionsschicht 210 angeordent, welche ebenfalls aus Polysilizium, insbesondere aus Epipoly besteht. Im Verhältnis zueinander ist die erste Funktionsschicht 210 eine dickeSchicht, und die zweite Funktionsschicht 220 ist eine dünne Schicht. In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die erste Funktionsschicht 210 unmittelbar auf der zweiten Funktionsschicht 220 angeordnet.
  • In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen der ersten Funktionsschicht 210 und der zweiten Fumktionsschicht 220 zusätzlich eine Zwischenschicht 230 angeordnet. Diese Zwischenschicht 230 besteht beispielsweise aus einem Oxid, insbesondere aus Siliziumoxid.
  • Die seismische Masse 200 oder Wippe wird hergestellt, indem über dem Substrat 100 und weiteren hier nicht näher beschriebenen Schichten die zweite Funktionsschicht 220 als Polysiliziumschicht abgeschieden wird. Auf der zweiten Funktionsschicht 220 wird die Zwischenschicht 230 als Oxidschicht erzeugt. Die Oxidschicht kann durch Oxidation von Teilen der zweiten Funktionsschicht 220 beispielsweise als thermisches Oxid erzeugt oder auf der zweiten Funktionsschicht 220 abgeschieden werden. Auf der Zwischenschicht 230 wird die erste Funktionsschicht 210 erzeugt. Die erste Funktionsschicht 210 wird beispielsweise als epitaktische Polysiliziumschicht (Epipoly) aufgewachsen. Dazu kann auch zusätzlich vor dem Aufwachsen eine Startschicht auf dem Oxid aufgebracht werden. Bei diesem Herstellungsverfahren kann die Wippe an bestimmten Stellen Unterbrechungen im vertikalen Schichtaufbau besitzen. Die zweite Funktionsschicht 220 wird nach dem Abscheiden strukturiert, wodurch beispielsweise in die Umrißform des Unterteils der Wippe bestimmt wird. Die Zwischenschicht aus Oxid wird nach dem Erzeugen ebenfalls strukturiert, indem sie in Teilbereichen geätzt wird. In den vom Oxid befreiten Bereichen wächst die nachfolgend abgeschiedene erste Funktionsschicht 210 in Form einer epitaktischer Polysiliziumschicht direkt auf der zweiten Funktionsschicht 220 aus Silizium auf. An anderen Stellen bleibt das Oxid zunächst erhalten. In Bereichen der beweglichen MEMS-Struktur kann das Oxid später durch einen Ätzschritt mit gasförmigem HF entfernt werden. Im Ergebnis hat man im Schicht aufbau der Vorrichtung in der Ebene der Zwischenschicht 230 entweder Bereiche der ersten Funktionsschicht 210 oder kein Material oder Bereiche mit Oxidwelches vor dem Ätzen geschützt wurde und beispielsweise dazu dient, Teile der ersten und zweiten Funktionsschicht elektrisch voneinander zu isolieren.
  • Der erfindungsgemäße mikromechanische Inertialsensor weist als Torsionsfedereinrichtung zur Aufhängung der Wippe die sogenannte i Feder, bestehend aus dem ersten Federelement 310 und dem Zweiten Federelement 320, auf. Der Name „i-Feder“ entspringt der Tatsache, dass die Feder auf dem Kopf gestellt wie ein „i“ aussieht. Die i-Feder ist derart ausgelegt, dass bei einer Beschleunigung in einer Richtung x, parallel zur Hauptebene (x, y) des Substrats 100 und senkrecht zur Torsionsachse y der Torsionsfedereinrichtung 300 eine Auslenkung in Richtung z, d.h. senrecht zur Hauptebene (x, y) des Substrats 100 unterdrückt wird.
  • 4 zeigt eine erste Ausführungsform der Federeinrichtung des erfindungsgemäßen Inertialsensors. Die sogenannte i-Feder ist in einem Ausschnitt des Inertialsensors in perspektivischer Ansicht dargestellt. Im oberen Teil der Figur ist in der ersten Funktionsschicht 210 das erste Federelement 310 der Torsionsfedereinrichtung 300 dargestellt, und im unteren Teil der Figur ist in der zweiten Funktionsschicht 220 das zweite Federelement 320 der Torsionsfedereinrichtung 300 dargestellt.
  • Das zweite Federelement 320 ist in einem Teilbereich mit der ersten Funktionsschicht 210 verbunden. Diese Verbindung besteht direkt zwischen der ersten und zweiten Funktionsschicht, oder vermittels der Zwischenschicht 230 als eigener Schicht, oder vermittels der Zwischenschicht 230, in deren Bereich sich die erste Funktionsschicht 210 erstreckt, wie unter 3 beschrieben ist.
  • Die Auslegung der i-Feder wird durch die Auslegung des Gesamtsystems von Feder und Masse bestimmt. Diese werden so entworfen, dass insgesamt die Querempfindlichkeit praktisch vernachlässigbar ist. Diese Auslegung erfolgt mittels einer Finite-Elemente-Methode und kann im Allgemeinen nicht mit einfachen Mitteln analytisch beschrieben werden. Es hat sich durch Versuche gezeigt, dass bei einer Dicke der ersten Funktionsschicht 210 von 20 µm das zweite Federelement 320 in den meisten Fällen, aber nicht immer, etwas breiter als das erste Federelement 310 ist, wobei die Breite in Richtung x betrachtet wird. In einem konkreten Beispiel ist das erste Federelement 310 2,65 µm breit und 20 µm hoch, und das zweite Federelement 320 ist 2,85 µm breit und 1,8 µm hoch. Etwas allgemeiner formuliert, ist zweite Federelement 320 mindestens halb so breit und höchstens doppelt so breit wie das erste Federelement 310, etwas spezieller beträgt die Breite des zweiten Federelements 320 zwischen dem 0,8 fachen und 1,4 fachen der Breite des ersten Federelements 310, besonders bevorzugt zwischen dem 1,0 fachen und 1,2 fachen.
  • Unterschiedliche Formen der i-Feder sind denkbar.
  • Die 5a und b zeigen eine zweite Ausführungsform der Federeinrichtung des erfindungsgemäßen Inertialsensors mit drei zweiten Federelementen Dargestellt ist eine mögliche Implementierung, bei der die i-Feder außerhalb des mittleren Stegs in der Ebene der zweiten Funktionsschicht 220 noch zwei zusätzliche Balken besitzt. Die Torsionsfedereinrichtung 300 weist also drei zweite Federelemente 320 auf. Denkbar sind auch Ausführungsformen, bei welchen die Torsionsfedereinrichtung 300 zwei zweite Federelemente 320 oder mehr als drei zweite Federelemente 320 aufweist. Das zweite Federelement 320 ist jeweis im Bereich einer Aufhängung 240 des ersten Federelements 310 an der seismischen Masse 200 und im Bereich einer Aufhängung 250 des ersten Federelements 310 am Substrat 100 mit der ersten Funktionsschicht 210 verbunden. Die drei zweiten Federelemente 320 sind in einem Teilbereich in der zweiten Funktionsschicht 220 auch miteinander verbunden.
  • Die 6a, b, c zeigen eine dritte Ausführungsform der Federeinrichtung des erfindungsgemäßen Inertialsensors mit mehreren Verankerungen des ersten Federelements auf dem Substrat. In den Figuren sieht man eine weitere Ausführungsform, bei der die Verbindung zwischen dem ersten Federelement 310 und dem zweiten Federelement 320 mittels „Inseln“ geschaffen ist. Das erste Federelement 310 ist hierbei mittels einer ersten Verankerung 1322 und wenigstens mittels einer zweiten Verankerung 1324 mit dem Substrat 100 verbunden.
  • In den bis hier dargestellt Ausführungsformen sind das erste Federelement 310 und das zweite Federelement 320 nur teilweise verbunden. Die Verbindung kann aber auch durchgehend über die gesamte Länge der Federelemente ausgebildet sein.
  • Die 7a, b zeigen weitere Ausführungsformen der Federeinrichtung des erfindungsgemäßen Inertialsensors mit unterschiedlichen Abständen zwischen zwei zweiten Federelementen. Im Fall sehr unterschiedlicher Materialeigenschaften der beiden Funktionsschichten 210 und 220 besteht bei langen i-Federn, die wenige oder keine Verbindungspunkte zwischen den Funktionsschichten 210 und 220, bzw den Federelementen 310 und 320 haben, das Risiko, dass die dünnere Schicht oder das schwächer ausgebildete Federelement in einen instabilen Zustand kommt und spontan ausgebogen wird (sogenanntes Buckling). Die Schichtunterschiede können durch unterschiedliche intrinsischen Stress entstehen, z. B. verursacht durch unterschiedliche Herstellungsverfahren, oder durch unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten, z. B. aufgrund von Unterschieden im Material oder in der Kristallstruktur, welche dann zu temperaturabhängigem Buckling führen können. Bei solchen Federsystemen ist es günstig, im schwächer ausgebildeten Teil, hier im zweiten Federelement 320 der Torsionsfedereinrichtung 300 eine Stressentkopplungsstruktur vorzusehen.
  • Es ist insbesondere günstig, innerhalb des zweiten Federelements 320 zwischen zwei Verbindungsstellen zur ersten Funktionsschicht 210 jeweils mindestens eine Entlastungsstruktur vorzusehen, welche eine Auslenkung in Richtung y der Torsionsachse erlaubt. Hierzu sind beispielsweise verschwenkte, abknickende Stege oder auch mäanderförmige Strukturen geeignet. Im dargestellten Fall von zwei zweiten Federelementen 320 weisen diese Federelemente bereichsweise wenigstens einen ersten Abstand 322 und einen zweiten Abstand 324 zueinander auf, welche voneinander verschieden sind. Günstig ist auch, dass die zwei zweiten Federelemente 320 in einem Teilbereich in der zweiten Funktionsschicht 220 mittels Stege oder auf sonstige Weise miteinander verbunden sind.
  • Durch i-Federn kann auch eine möglicherweise unerwünschte Taumelbewegung von schwingenden wannenförmigen MEMS-Strukturen, wie sie z. B. bei Drehratensensoren Verwendung finden können, reduziert werden. Die gesamten Torsionsfedereinrichtung kann in diesem Fall, der hier nicht bildlich dargestellt ist, auch nicht nur als gerader Balken, sondern auch in Mäanderform ausgebildet werden, z. B. U-förmig oder S-förmig, weist im Querschnitt aber die Form des umgedrehten i auf.
  • Alle vorangegangen Überlegungen lassen sich selbstverständlich in voller Analogie auf eine umgekehrte Schichtreihenfolge übertragen, bei der eine dünne Funktionsschicht oberhalb einer dicken Funktionsschicht angeordnet ist, die dicke Funktionsschicht dabei nächstliegend zum Substrat angeordnet ist und die Wannenstrukturen entsprechend „auf dem Kopf“ stehen. Die erste Funktionsschicht 210 und die zweite Funktionsschicht 220 sind dabei in Ihrer Anordnung in Bezug auf das Substrat 200 miteinander vertauscht.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102009000167 A1 [0001]
    • DE 102008042357 A1 [0001]

Claims (12)

  1. Mikromechanischer Inertialsensor mit einem Substrat (100) mit einer Haupterstreckungsebene (10), – mit einer ersten Funktionsschicht (210) und einer zweiten Funktionsschicht (220), welche übereinander parallel zur Haupterstreckungsebene (10) angeordnet sind, – mit einer seismischen Masse (200) welche in der ersten Funktionsschicht (210) und der zweiten Funktionsschicht (220) ausgebildet ist, und welche über dem Substrat (100) und von diesem beabstandet angeordnet ist, – mit einer Torsionsfedereinrichtung (300), welche mit dem Substrat (100) und mit der seismischen Masse (200) verbunden ist, – wobei die Torsionsfedereinrichtung (300) eine Torsionsachse (330) aufweist, welche parallel zur Haupterstreckungsebene (10) angeordnet ist, – wobei die Torsionsfedereinrichtung (300) ein erstes Federelement (310) aufweist, welches in der ersten Funktionsschicht (210) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Torsionsfedereinrichtung (300) wenigstens ein zweites Federelement (320) aufweist, welches in der zweiten Funktionsschicht (220) angeordnet ist.
  2. Mikromechanischer Inertialsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Federelement (320) in einem Teilbereich mit der ersten Funktionsschicht (210) verbunden ist.
  3. Mikromechanischer Inertialsensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten Funktionsschicht (210) und der zweiten Funktionsschicht (220) eine Zwischenschicht (230) angeordnet ist.
  4. Mikromechanischer Inertialsensor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Federelement (320) in einem Teilbereich mit der ersten Funktionsschicht (210) mittelbar über die Zwischenschicht (230) verbunden ist.
  5. Mikromechanischer Inertialsensor nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Federelement (320) im Bereich einer Aufhängung (240) des ersten Federelements (310) an der seismischen Masse (200) und/oder im Bereich einer Aufhängung (250) des ersten Federelements (310) am Substrat (100) mit der ersten Funktionsschicht (210) verbunden ist.
  6. Mikromechanischer Inertialsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Torsionsfedereinrichtung (300) wenigstens zwei zweite Federelemente (320) aufweist.
  7. Mikromechanischer Inertialsensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei zweiten Federelemente (320) in einem Teilbereich in der zweiten Funktionsschicht (220) miteinander verbunden sind.
  8. Mikromechanischer Inertialsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer ersten Richtung parallel zur Haupterstreckungsebene (10) und senkrecht zur Torsionsachse (330) das erste Federelement (310) eine erste Ausdehnung und das zweite Federelement (320) eine zweite Ausdehnung aufweist, wobei die zweite Ausdehnung mindestens halb so groß, aber höchstens doppelt so groß wie die erste Ausdehnung ist.
  9. Mikromechanischer Inertialsensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Ausdehnung das 0,8 bis 1,4 fache der ersten Ausdehnung, bevorzugt das 1,0 bis 1,2 fache der ersten Ausdehnung, beträgt.
  10. Mikromechanischer Inertialsensor nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei zweiten Federelemente (320) bereichsweise wenigstens einen ersten Abstand (322) und einen zweiten Abstand (324) zueinander aufweisen, wobei der erste Abstand (322) verschieden vom zweiten Abstand (324) ist.
  11. Mikromechanischer Inertialsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Federelement (310) mittels einer ersten Verankerung (1322) und wenigstens mittels einer zweiten Verankerung (1324) mit dem Substrat (100) verbunden ist.
  12. Mikromechanischer Inertialsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Torsionsfedereinrichtung (300) U-förmig, S-förmig oder mäanderförmig ausgebildet ist.
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