DE102013216915A1 - Mikromechanischer Sensor und Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Sensors - Google Patents

Mikromechanischer Sensor und Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Sensors Download PDF

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Guenther-Nino-Carlo Ullrich
Andrea Ortó
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Abstract

Es wird ein mikromechanischer Sensor mit einem eine Haupterstreckungsebene aufweisenden Substrat und einer über ein Torsionsmittel mit dem Substrat verbundenen Wippenstruktur vorgeschlagen, wobei sich das Torsionsmittel hauptsächlich entlang einer Torsionsachse erstreckt, wobei die Torsionsachse im Wesentlichen parallel zur Haupterstreckungsebene des Substrats angeordnet ist, wobei die Wippenstruktur aus einer Ruhelage in eine Auslenkposition um die Torsionsachse verschwenkbar ist, wobei die Wippenstruktur gegenüber der Torsionsachse eine asymmetrische Massenverteilung aufweist, wobei die Massenverteilung derart ausgebildet ist, dass in Abhängigkeit einer entlang einer zur Haupterstreckungsebene des Substrats im Wesentlichen senkrechten Z-Richtung orientierten Inertialkraft auf die Wippenstruktur eine Torsionsbewegung der Wippenstruktur um die Torsionsachse bewirkt wird, – wobei der mikromechanische Sensor eine Dämpfungsstruktur aufweist, wobei die Dämpfungsstruktur zur Dämpfung einer Translationsbewegung der Wippenstruktur entlang einer zur Haupterstreckungsebene des Substrats im Wesentlichen parallelen X-Richtung konfiguriert ist, und/oder, – wobei das Torsionsmittel ein erstes Torsionselement und ein mit dem ersten Torsionselement verbundenes zweites Torsionselement aufweist, wobei das erste Torsionselement eine sich im Wesentlichen parallel zur Torsionsachse erstreckende erste Haupterstreckungsrichtung aufweist und das zweite Torsionselement eine sich im Wesentlichen parallel zur Torsionsachse erstreckende zweite Haupterstreckungsrichtung aufweist, wobei die erste und zweite Haupterstreckungsrichtung entlang einer zur Z-Richtung im Wesentlichen parallelen Projektionsrichtung voneinander beabstandet angeordnet sind, wobei das erste und das zweite Torsionselement entlang der Projektionsrichtung einander zumindest teilweise überlappen, wobei das Torsionsmittel derart konfiguriert ist, dass eine erste Resonanzfrequenz einer Torsionsmode der Wippenstruktur um die Torsionsachse kleiner als eine zweite Resonanzfrequenz einer Schwingungsmode der Wippenstruktur ist, wobei die Schwingungsmode eine Schwingungsbewegung der Wippenstruktur entlang einer zur Haupterstreckungsebene im Wesentlichen parallelen Schwingungsebene umfasst

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einem mikromechanischen Sensor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Solche mikromechanischen Sensoren sind allgemein bekannt. Beispielsweise weisen moderne mikromechanische Sensoren zur Messung von Beschleunigungen eine auf einem Substrat angeordnete mikromechanische Struktur aus Silizium (Sensorkern) und eine Auswerteelektronik auf. Ein mikromechanischer Sensor, welcher zur Detektion einer entlang einer zur Haupterstreckungsebene des Substrats orthogonalen Z-Richtung orientierten Beschleunigung konfiguriert ist, wird typischerweise als Z-Sensor bezeichnet. Der Sensorkern eines solchen Z-Sensors weist insbesondere eine bewegliche Wippenstruktur auf, welche um eine zur Haupterstreckungsebene parallele Torsionsachse aus einer Ruhelage in eine Auslenkposition verschwenkbar ist.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen verbesserten mikromechanischen Sensor bereitzustellen, welcher vergleichsweise unempfindlich gegenüber von außen aufgeprägten Störungen ist.
  • Der erfindungsgemäße mikromechanische Sensor und das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Sensors gemäß den nebengeordneten Ansprüchen haben gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass der mikromechanische Sensor vergleichsweise robust gegenüber störende mechanische Vibrationen ist. Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, den Sensor insbesondere in einem Motorraum eines motorbetriebenen Geräts, beispielsweise eines Kraftfahrzeugs, zu verwenden, da hier der mikromechanische Sensor vergleichsweise robust gegenüber Vibrationen ist, die durch den Motorbetrieb entstehen. Bevorzugt weist der mikromechanische Sensor – welcher nachfolgend auch einfach als Sensor bezeichnet wird – eine das Torsionsmittel umfassende Federanordnung auf, wobei die Federanordnung, insbesondere das Torsionsmittel der Federanordnung, derart konfiguriert ist, dass die erste Resonanzfrequenz der Torsionsmode kleiner ist als die zweite Resonanzfrequenz der Schwingungsmode der Wippenstruktur, wobei die Schwingungsmode eine oder mehrere Schwingungsbewegungen der Wippenstruktur entlang der Schwingungsebene umfasst. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise eine Trennung einer Anregungsfrequenz einer Störmode – beispielsweise der störenden mechanischen Vibration – und der ersten Resonanzfrequenz der Wippenstruktur erreicht, wobei die Wippenstruktur dennoch vergleichsweise unempfindlich gegenüber Beschleunigungen parallel zur Haupterstreckungsebene des Substrats ist. Durch diese vergleichsweise gute Unempfindlichkeit des Sensors wird vorteilhaft eine von solchen äußeren Störungen bzw. parallel zur Haupterstreckungsebene orientierten Beschleunigungen verursachte Auslenkung der Wippenstruktur aus der Schwingungsebene heraus weitestgehend vermieden, d.h. die Wippenstruktur weist eine vergleichsweise geringe Querempfindlichkeit auf. Weiterhin wird durch die erfindungsgemäße Dämpfungsstruktur, insbesondere zusätzlich, eine Bewegung der Wippenstruktur entlang der Schwingungsebene relativ gut gedämpft.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen,
    • – dass die Schwingungsbewegung die Translationsbewegung der Wippenstruktur entlang der X-Richtung umfasst, wobei die X-Richtung im Wesentlichen senkrecht zur Torsionsachse angeordnet ist, und/oder,
    • – dass die Schwingungsbewegung eine Rotationsbewegung der Wippenstruktur um eine zur Z-Richtung im Wesentlichen parallele Achse umfasst.
  • Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, eine Vielzahl verschiedener Schwingungsbewegungen in einfacher und effizienter Weise zu dämpfen, sodass der mikromechanische Sensor vergleichsweise unempfindlich gegenüber von außen aufgeprägten Störungen ist.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Torsionsmittel eine sich von einem Ende zu einem weiteren Ende des Torsionsmittels entlang der Torsionsachse erstreckende Torsionsmittellänge aufweist,
    • – wobei die Torsionsmittellänge weniger als die Hälfte, bevorzugt weniger als ein Drittel, besonders bevorzugt weniger als ein Viertel, ganz besonders bevorzugt weniger als ein Fünftel einer sich entlang der Torsionsachse erstreckenden Wippenbreite der Wippenstruktur beträgt, und/oder,
    • – wobei das erste Torsionselement entlang der ersten Haupterstreckungsrichtung die Torsionsmittellänge aufweist, wobei das zweite Torsionselement entlang der zweiten Haupterstreckungsrichtung die Torsionsmittellänge aufweist, wobei das erste und zweite Torsionselement über zwei oder mehr Verbindungselemente, insbesondere ausschließlich mittelbar, miteinander verbunden sind, wobei die zwei oder mehr Verbindungselemente entlang der Y-Richtung voneinander beabstandet sind.
  • Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, durch eine deutliche Verkürzung des Torsionsmittels und/oder des weiteren Torsionsmittels sowie entsprechender Anpassung der ersten und/oder zweiten Torsionselementstrukturbreite, eine Federsteifigkeit in Bezug auf die Schwingungsbewegung entlang der Schwingungsebene (sogenannte in-plane Steifigkeit) des Torsionsmittels und/oder des weiteren Torsionsmittels so zu erhöhen, sodass die zweite Resonanzfrequenz bzw. Eigenfrequenz der Wippenstruktur überproportional gegenüber der ersten Resonanzfrequenz zunimmt. Weiterhin bleibt hierbei in vorteilhafter Weise die erste Resonanzfrequenz im Wesentlichen unverändert, sodass insbesondere die mechanische Empfindlichkeit bzw. Querempfindlichkeit der Wippenstruktur vergleichsweise gering ist. Damit wird erreicht, dass die Wippenstruktur durch störende Vibrationen typischerweise zu der Schwingungsbewegung entlang der Schwingungsebene mit der zweiten Frequenz angeregt wird, die deutlich anders ist als die erste Frequenz der Torsionsmode. Solche Vibrationen, die den Betrieb des Sensors stören, sind meist niederfrequent – d.h. insbesondere zwischen 2000 Hertz (HZ) und 10000 Hz, wobei die zweite Resonanzfrequenz bevorzugt größer als 10000 Hz ist. In vorteilhafter Weise wird dadurch erreicht, dass die Amplitude der Torsionsmode in einem für den jeweiligen Einsatzzweck vergleichsweise günstigen Bereich liegt – d.h. beispielsweise, dass ein Anschlag der Wippenstruktur im Wesentlichen vermieden wird.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Wippenstruktur ein sich hauptsächlich entlang der Torsionsachse erstreckendes weiteres Torsionsmittel aufweist, wobei das Torsionsmittel und das weitere Torsionsmittel jeweils an einander abgewandten Enden an der Wippenstruktur angebunden sind und jeweils an einander zugewandten Enden über ein zwischen dem Torsionsmittel und dem weiteren Torsionsmittel angeordnetes Verankerungselement an dem Substrat angebunden sind, wobei die Torsionsmittellänge des Torsionsmittels und eine weitere Torsionsmittellänge des weiteren Torsionsmittels im Wesentlichen gleich groß sind.
  • Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, durch zwei im Wesentlichen gleich ausgebildete Torsionsmittel eine vergleichsweise hohe Unempfindlich des mikromechanischen Sensors gegenüber von außen aufgeprägten Störungen zu erreichen. Bevorzugt sind das Torsionsmittel und/oder das weitere Torsionsmittel jeweils Torsionsfedern. Erfindungsgemäß ganz besonders bevorzugt weist das Verankerungselement ein Verankerungsbalkenelement und ein weiteres Verankerungsbalkenelement auf, welche insbesondere jeweils freitragend ausgebildet sind. Bevorzugt ist die Wippenstruktur ausschließlich über das Verankerungselement mit dem Festland des Substrats verbunden, besonders bevorzugt ist das Verankerungselement nur teilweise an dem Festland angebunden – d.h. insbesondere das das Verankerungsbalkenelement ausschließlich mittelbar über das Verankerungselement mit dem Festland verbunden ist. Besonders bevorzugt ist die Anbindung des Verankerungselements möglichst klein, um einen Einfluss von Verformungen des Substrats auf die Wippenstruktur zu minimieren. Hierbei werden solche Verformungen beispielsweise durch thermisch induzierte mechanische Spannungen hervorgerufen. Weiterhin besonders bevorzugt ist das Verankerungsbalkenelement im Vergleich zum Torsionsmittel starr ausgebildet bzw. weist eine vergleichsweise hohe Steifigkeit auf. Ganz besonders bevorzugt ist das Verankerungselement mit den beiden Verankerungsbalkenelementen entlang der Torsionsachse zwischen den beiden Torsionsmitteln und die beiden Torsionsmittel entlang der Torsionsachse an gegenüberliegenden äußeren Enden der Torsionsachse angeordnet. Auf Grund einer hierdurch erreichten höheren Federsteifigkeit in Bezug auf die Schwingungsmode – d.h. die ungewünschte Schwingungsbewegung entlang der Schwingungsebene bzw. die „in-plane“ Schwingungsmode – wird besonders vorteilhaft erreicht, dass die zweite Resonanzfrequenz der Schwingungsmode kleiner als die erste Resonanzfrequenz der Torsionsmode ist.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das erste Torsionselement eine sich im Wesentlichen parallel zur Haupterstreckungsebene erstreckende erste Torsionselementstrukturbreite und eine sich im Wesentlichen parallel zur Z-Richtung erstreckende erste Torsionselementstrukturhöhe aufweist, wobei das zweite Torsionselement eine sich im Wesentlichen parallel zur Haupterstreckungsebene erstreckende zweite Torsionselementstrukturbreite und eine sich im Wesentlichen parallel zur Z-Richtung erstreckende zweite Torsionselementstrukturhöhe aufweist, wobei die erste und zweite Torsionselementstrukturbreite und/oder die erste und zweite Torsionselementstrukturhöhe derart konfiguriert sind, dass die erste Resonanzfrequenz, bevorzugt um eine Größenordnung, kleiner als die zweite Resonanzfrequenz ist,
    • – wobei die erste Torsionselementstrukturbreite bevorzugt das 0,5-Fache bis 2-Fache, besonders bevorzugt das 0,8-Fache bis 1,4-Fache, ganz besonders bevorzugt das 1,0-Fache bis 1,2-Fache, der zweiten Torsionselementstrukturbreite beträgt, und/oder,
    • – wobei die erste Torsionselementstrukturhöhe bevorzugt das 0,01-Fache bis 0,4-Fache, besonders bevorzugt das 0,05-Fache bis 0,2-Fache, ganz besonders bevorzugt im Wesentlichen das 0,1-Fache, der zweiten Torsionselementstrukturhöhe beträgt.
  • Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, einen verbesserten mikromechanischen Sensor bereitzustellen, wobei bevorzugt das Torsionsmittel eine i-Form oder umgekehrte i-Form aufweist, wobei hierdurch in vorteilhafter Weise die Querempfindlichkeit der Wippenstruktur vergleichsweise gering ist. Weiterhin ist die Federanordnung bzw. das Torsionsmittel derart konfiguriert, dass eine durch von außen aufgeprägte Störung bewirkte, unerwünschte, Bewegung der Wippenstruktur aus der Schwingungsebene heraus deutlich vermindert wird.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen,
    • – dass das erste Torsionselement eine erste Leiterstruktur und/oder das zweite Torsionselement eine zweite Leiterstruktur aufweist, wobei die erste und/oder zweite Leiterstruktur jeweils zwei über mehrere Querstege miteinander verbundene Holmelemente aufweisen, und/oder,
    • – dass sich das erste Torsionselement im Wesentlichen entlang der ersten Haupterstreckungsrichtung mäanderförmig erstreckt und/oder sich das zweite Torsionselement im Wesentlichen entlang der zweiten Haupterstreckungsrichtung mäanderförmig erstreckt.
  • Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, durch jeweils leitförmig ausgebildete erste und/oder zweite Torsionselemente eine Leiterfeder zu realisieren, wobei die Holmelemente insbesondere ebenfalls im Wesentlichen die i-Form aufweisen. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise die Federsteifigkeit bezüglich einer Schwingungsbewegung entlang der Schwingungsebene zu erhöhen, ohne eine Torsionssteifigkeit bezüglich der Torsionsmode bzw. der Torsionsbewegung um die Torsionsachse zu verändern. Hierdurch wird eine Trennung von erster und zweiter Resonanzfrequenz erreicht, ohne die Querempfindlichkeit wesentlich zu verändern.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Dämpfungsstruktur zur Dämpfung der Translationsbewegung der Wippenstruktur entlang der X-Richtung und/oder zur Dämpfung der Rotationsbewegung der Wippenstruktur um die Achse konfiguriert ist, wobei insbesondere die Dämpfungsstruktur ein oder mehrere Dämpfungselemente aufweist, wobei insbesondere die ein oder mehreren Dämpfungselemente in einer sich entlang einer zur Z-Richtung im Wesentlichen parallelen Projektionsrichtung durch die Wippenstruktur hindurch erstreckenden Ausnehmung der Wippenstruktur angeordnet sind und/oder an einer ersten Seite, einer zweiten Seite, einer dritten Seite und/oder einer vierten Seite, bevorzugt an gegenüberliegenden Seiten, der Wippenstruktur angeordnet sind, wobei insbesondere die erste, zweite, dritte und/oder vierte Seite in der Ruhelage jeweils in der Schwingungsebene angeordnet sind und/oder entlang einer zur Z-Richtung parallelen Projektionsrichtung zwischen dem Substrat und der Wippenstruktur angeordnet sind und/oder entlang einer zur Z-Richtung parallelen Projektionsrichtung über der Wippenstruktur angeordnet sind.
  • Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, die Dämpfung der Schwingungsbewegung entlang der Schwingungsebene (in-plane Dämpfung) durch zusätzliche Dämpfungsstrukturen zu erhöhen. Insbesondere werden in Abhängigkeit der Schwingungsbewegung durch die Dämpfungsstrukturen Dämpfungskräfte erzeugt, die der Schwingungsbewegung entgegenwirken. Durch eine Anordnung der Dämpfungselemente an unterschiedlichen Seiten der Wippenstruktur wird in vorteilhafterweise eine Translationsbewegung und/oder Rotationsbewegung gedämpft. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise ein verbesserter und gegenüber störenden mechanischen Vibrationen unempfindlicher Sensor bereitgestellt.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass jedes der ein oder mehreren Dämpfungselemente der Dämpfungsstruktur jeweils eine bewegungsfest mit der Wippenstruktur verbundene Dämpfungselektrode und eine mit dem Substrat bewegungsfest verbundene korrespondierende Dämpfungsgegenelektrode aufweist, wobei insbesondere die ein oder mehreren Dämpfungselemente jeweils zur Dämpfung mittels Gleitfilmdämpfung und/oder Quetschfilmdämpfung konfiguriert sind.
  • Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, die Schwingungsbewegungen in einfacher und effizienter Weise zu dämpfen, sodass der mikromechanische Sensor vergleichsweise unempfindlich gegenüber von außen aufgeprägten Störungen ist.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Dämpfungselektrode mehrere Fingerelektroden und die Dämpfungsgegenelektrode mehrere Gegenfingerelektroden aufweist, wobei die mehreren Fingerelektroden jeweils eine sich entlang der Z-Richtung erstreckende Fingerstrukturhöhe aufweisen, wobei die Wippenstruktur eine sich entlang der Z-Richtung erstreckende Wippenstrukturhöhe aufweist, wobei die Fingerstrukturhöhe im Wesentlichen kleiner als die Wippenstrukturhöhe ist.
  • Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, eine Schwingungsbewegung in einfacher und effizienter Weise zu dämpfen, sodass der mikromechanische Sensor vergleichsweise unempfindlich gegenüber von außen aufgeprägten Störungen ist und gleichzeitig ein Anschlagen der Wippenstruktur an den substratfesten Anschlagselementen zu vermeiden, sodass insbesondere ein verbesserter mikromechanischer Sensor bereitgestellt wird.
  • Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Es zeigen
  • 1 bis 3 einen mikromechanischen Sensor gemäß verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung,
  • 4 und 5 eine Wippenstruktur eines mikromechanischen Sensors gemäß verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung,
  • 6 bis 19 einen mikromechanischen Sensor gemäß verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
  • Ausführungsform(en) 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 benannt bzw. erwähnt.
  • In 1 ist ein mikromechanischer Sensor 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei der mikromechanische Sensor 1 hier in einer schematischen Draufsicht (1, oben) und einer Seitenansicht (1, unten) dargestellt ist.
  • Der mikromechanische Sensor 1 weist ein Substrat 10 mit einer Haupterstreckungsebene und eine über ein Torsionsmittel 40 mit dem Substrat 10 verbundene Wippenstruktur 20 auf. Das Torsionsmittel 40 erstreckt sich hauptsächlich entlang einer Torsionsachse 102‘, wobei die Torsionsachse 102‘ im Wesentlichen parallel zur Haupterstreckungsebene 100 des Substrats 10 angeordnet ist. Hier erstreckt sich die Torsionsachse 102‘ im Wesentlichen parallel zu einer Y-Richtung 102.
  • Eine zur Y-Richtung 102 im Wesentlichen senkrechte und zur Haupterstreckungsebene 100 im Wesentlichen parallele Richtung wird hier als X-Richtung 101 und eine zur Haupterstreckungsebene 100 im Wesentlichen senkrechte Richtung als Z-Richtung 103 bezeichnet.
  • Insbesondere weist die Wippenstruktur hier ein Torsionsmittel 40 und ein weiteres Torsionsmittel 40‘ auf, welche sich jeweils hauptsächlich entlang der Torsionsachse 102‘ erstrecken und jeweils an einem substratfesten Verbindungselement 11 und der beweglichen Wippenstruktur 20 angebunden sind.
  • Die Wippenstruktur 20 ist aus einer Ruhelage in eine Auslenkposition um die Torsionsachse 102‘ verschwenkbar. Dabei weist die Wippenstruktur 20 gegenüber der Torsionsachse 102‘ eine asymmetrische Massenverteilung auf, die derart ausgebildet ist, dass in Abhängigkeit einer entlang einer zur Haupterstreckungsebene 100 des Substrats 10 im Wesentlichen senkrechten Z-Richtung 103 orientierten Inertialkraft auf die Wippenstruktur 20 ein Drehmoment um die Torsionsachse 102‘ erzeugt wird. In Abhängigkeit des Drehmoments wird die Wippenstruktur 20 zu einer Torsionsbewegung um die Torsionsachse 102‘ angeregt bzw. die Torsionsmode der Wippenstruktur 20 angeregt.
  • Die Wippenstruktur 20 ist hier insbesondere rechteckförmig, wobei sich die Wippenstruktur 20 hier parallel zur X-Richtung 101 entlang einer Wippenlänge 201 und parallel zur Y-Richtung 102 entlang einer Wippenbreite 202 erstreckt. Hier erstreckt sich die Wippenstruktur 20 in der Ruhelage hauptsächlich entlang einer zur Haupterstreckungsebene 100 im Wesentlichen parallelen Schwingungsebene 100‘. Ferner weist die Wippenstruktur 20 eine sich parallel zur Z-Richtung 103 erstreckende Wippenhöhe 203 auf. Zur Begrenzung einer Amplitude der Torsionsmode weist der mikromechanische Sensor 1 hier insbesondere zwei substratfeste Anschlagselemente 26 auf, welche verhindern, dass die Wippenstruktur 20 bzw. Masse 20 bei einer seitlichen Überlastbeschleunigung eine kritische Auslenkung erreicht. Weiterhin weist die Wippenstruktur 20 hier eine Mehrzahl von Perforationen auf, welche sich jeweils entlang einer zur Z-Richtung 103 parallelen Projektionsrichtung durch die Wippenstruktur 20 hindurch erstrecken.
  • Hier weist der mikromechanische Sensor 1 eine Elektrodenanordnung 70 auf, welche die Wippenstruktur 20, eine erste Elektrode 71, zweite Elektrode 72 und dritte Elektrode 73 umfasst. Hier sind die erste, zweite und dritte Elektrode 71, 72, 73 jeweils entlang einer zur Z-Richtung 103 parallelen Projektionsrichtung zwischen dem Substrat 10 und Wippenstruktur 20, und insbesondere mit der Wippenstruktur 20 überlappend, angeordnet. Durch eine elektronische Schaltung (nicht dargestellt) werden die Wippenstruktur 20 – welche hier auch als Wippe 20 bezeichnet wird – und die dritte Elektrode 73 mit einem als CM bezeichnetes elektrischen Potential beaufschlagt. Die erste Elektrode 71 wird mit einem als C1 bezeichneten elektrischen Potential beaufschlagt und die zweite Elektrode 72 wird mit einem als C2 bezeichneten elektrischen Potential beaufschlagt. In Abhängigkeit einer Kapazitätsänderung einer Kapazität zwischen der Wippenstruktur 20 und der ersten Elektrode 71 und/oder zwischen der Wippenstruktur 20 und der zweiten Elektrode 72 wird insbesondere eine Torsion bzw. Neigung der Wippenstruktur 20 um die Torsionsachse 102‘ – beispielsweise in Abhängigkeit der Inertialkraft – detektiert.
  • In 2 ist ein mikromechanischer Sensor 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Seitenansicht dargestellt, wobei die hier dargestellte Ausführungsform im Wesentlichen der anhand 1 illustrierten Ausführungsform entspricht. Hier weist die Wippenstruktur 20 einen Schichtaufbau mit einer ersten, zweiten und dritten Schicht 200‘, 200‘‘, 200‘‘‘ auf, welche entlang der Z-Richtung 103 übereinander angeordnet sind. Hier ist die zweite Schicht 200‘‘ entlang der Z-Richtung 103 zwischen der ersten Schicht 200‘ und der dritten Schicht 200‘‘‘ angeordnet. Insbesondere weist die erste Schicht 200‘ hier Funktionales Polysilizium (FP) auf, wobei die erste Schicht 200‘ auch als FP-Schicht bezeichnet wird. Hier weisen die zweite und/oder dritte Schicht 200‘‘, 200‘‘‘ jeweils epitaktisches Polysilizium auf, wobei die dritte Schicht 200‘‘‘ hier auch als EP-Schicht bezeichnet wird. Bevorzugt ist die zweite Schicht 200‘ entweder eine Opferschicht oder eine Oxidschicht. Insbesondere wird die den Schichtaufbau aufweisende Wannenstruktur 20 mittels FP-Technologie hergestellt, wobei vorteilhaft insbesondere eine wannenförmige Wippenstruktur 20 aus der ersten, zweiten und dritten Schicht 200‘, 200‘‘, 200‘‘‘ gebildet wird. Bevorzugt wird mittels der FP-Technologie die Torsionsfeder 40 und/oder die weitere Torsionsfeder 40‘ aus der ersten, zweiten und dritten Schicht 200‘, 200‘‘, 200‘‘‘ gebildet.
  • In 3 ist ein mikromechanischer Sensor 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die hier dargestellten Ausführungsformen im Wesentlichen den in den anhand 1 bis 2 illustrierten Ausführungsformen entsprechen.
  • Gemäß einer alternativen Ausführungsform umfasst die Torsionsfeder 40 und/oder weitere Torsionsfeder je eine T-Struktur mit einem schmalen – insbesondere eine Höhe von 20 Mikrometern und eine Breite von 3 Mikrometern aufweisenden – Vertikalbalken und einem vergleichsweise breiten – eine Höhe von ca. 2 Mikrometern und eine Breit von ca. 40 Mikrometern aufweisenden – vergleichsweise dünnen Querbalken. Der Querbalken ist insbesondere entlang der Z-Richtung 103 unter dem Vertikalbalken angeordnet. Hierdurch wird vorteilhaft die Steifigkeit des Torsionsmittels 40 bezüglich einer Schwingungsbewegung entlang der Schwingungsebene 100‘ erhöht, jedoch ist eine derart ausgebildete Struktur vergleichsweise empfindlich gegenüber Querbeschleunigungen, welche entlang der Schwingungsebene orientiert sind – d.h. die Wippenstruktur 20 ist querempfindlich.
  • In 3, links oben, ist eine aus einer einzigen Schicht gebildete Wippenstruktur 20 dargestellt, wobei die Wippenstruktur 20 hier in Abhängigkeit einer seitlichen – d.h. parallel zur X-Richtung 101 orientierten – Querbeschleunigung auf einen Massenschwerpunkt (siehe Pfeil 801) der Wippenstruktur 20 lediglich entlang der X-Richtung 101, nicht jedoch entlang der Z-Richtung 103 ausgelenkt wird (siehe Pfeil 803), sodass kein Fehlsignal erzeugt wird. Durch Pfeil 803 ist eine Position eines Drehpunkts angedeutet, welcher sich entlang der Z-Richtung 103 hier in einem mittleren Bereich der Wippenstruktur 20 befindet. In 3, links in der Mitte, links unten und rechts oben, ist jeweils eine aus der ersten, zweiten und dritten Schicht 200‘, 200‘‘, 200‘‘‘ gebildete Wippenstruktur 20 dargestellt, wobei sich Drehpunkt (dargestellt durch Pfeil 802) und Massenschwerpunkt (Pfeil 801) entlang der Z-Richtung 103 übereinander und voneinander beabstandet angeordnet sind. Hierdurch wird die Wippenstruktur in Abhängigkeit der Querbeschleunigung parallel zur Haupterstreckungsebene 100 aus der Schwingungsebene 100‘ heraus ausgelenkt (dargestellt durch Pfeile 803). In 3, oben rechts, weist das Torsionsmittel 40 die T-Form auf, wobei hier durch die Querbeschleunigung eine Auslenkung der Wippenstruktur 20 aus der Schwingungsebene 100‘ heraus – allerdings im umgekehrten Drehsinn – bewirkt wird. Erfindungsgemäß bevorzugt weist das Torsionsmittel 40 die in 3, unten rechts, illustriert i-Form auf, welche auch als i-Feder bezeichnet wird, wobei das als i-Feder ausgebildete Torsionsmittel 40 insbesondere derart konfiguriert ist, dass die Wippenstruktur 20 keine Querempfindlichkeit aufweist – d.h. in Abhängigkeit einer Querbeschleunigung parallel zur Schwingungsebene 100‘ ausschließlich entlang der Schwingungsebene 100‘ und nicht aus der Schwingungsebene 100‘ heraus ausgelenkt wird.
  • In 4 und 5 ist eine Wippenstruktur 20 eines mikromechanischen Sensors 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die hier dargestellte Wippenstruktur 20 im Wesentlichen den anhand 1 bis 3 illustrierten Wippenstrukturen 20 entspricht. Hier ist die Wippenstruktur über eine Translationsfeder 840 an einem Verankerungselement 11 mit dem Substrat 10 verbunden und linear entlang der X-Richtung 101 auslenkbar. Hier weist die Wippenstruktur eine Wannenform auf (4), wobei ein Massenschwerpunkt derart angeordnet ist, dass in Abhängigkeit der Querbeschleunigung eine Auslenkung (illustriert durch Pfeil 803) der Wippenstruktur 20 aus der Schwingungsebene 100‘ heraus bewirkt wird (5).
  • In 6 bis 19 sind mikromechanische Sensoren 1 gemäß verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die hier dargestellten Ausführungsformen im Wesentlichen einander und den anhand 1 bis 5 illustrierten Ausführungsformen entsprechen.
  • In 6 ist ein mikromechanischer Sensor 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Hier ist das Torsionsmittel 40 und das weitere Torsionsmittel 40‘ jeweils über ein Ende 41 an der Wippenstruktur und über ein weiteres Ende 42 an dem substratfesten Verankerungselement 11 angebunden, wobei sich das Torsionsmittel 40 und das weitere Torsionsmittel 40‘ jeweils entlang der Torsionsachse 102‘ erstrecken, wobei das Verankerungselement 11 zwischen den beiden Torsionsmitteln 40, 40‘ angeordnet ist. Die beiden Torsionsmittel 40, 40‘ weisen jeweils eine Torsionsmittellänge 43 auf, welche sich entlang der Torsionsachse 102‘ zwischen dem Ende 41 und dem weiteren Ende 42 erstreckt. Ferner weist die Wippenstruktur 20 hier insbesondere eine Ausnehmung auf, in der die beiden Torsionsmittel 40, 40‘ und das Verankerungselement 11 angeordnet sind.
  • In 7 ist ein mikromechanischer Sensor 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Hier weist das Torsionsmittel 40 das erste Torsionselement 50 und das zweite Torsionselement 60 auf, wobei das erste Torsionselement 50 entlang einer zur Z-Richtung 103 parallelen Projektionsrichtung zwischen dem zweiten Torsionselement 60 und dem Substrat angeordnet ist und mit dem zweiten Torsionselement 60 im Wesentlichen überlappt. Ferner weist das erste Torsionselement 50 hier eine sich entlang der Z-Richtung 103 erstreckende erste Torsionselementstrukturhöhe 503 und das zweite Torsionselement 60 hier eine sich entlang der Z-Richtung 103 erstreckende zweite Torsionselementstrukturhöhe 603 auf. Ferner ist das erste Torsionselement 50 insbesondere von dem zweiten Torsionselement 60 beabstandet und insbesondere an dem Ende 41 und dem weiteren Ende 42 jeweils über Verbindungselemente 44 mit dem zweiten Torsionselement 60 ausschließlich mittelbar verbunden.
  • In 8 ist ein mikromechanischer Sensor 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Hier weist das die i-Form bzw. i-Struktur aufweisende Torsionsmittel 40, 40‘ neben dem ersten und zweiten Torsionselement 50, 60 noch zwei sich entlang der Y-Richtung 102 und von der Torsionsachse jeweils einen, insbesondere denselben, Abstand aufweisende Balkenelemente 53 auf, welche über Balkenverbindungselemente 54 miteinander verbunden sind.
  • In 9, 10 und 11 ist ein mikromechanischer Sensor 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer perspektivischen Ansicht dargestellt. Hier sind das erste und zweite Torsionselement 50, 60 mittels – auch als Inselelemente bezeichneten – weiteren Verbindungselementen 63 zumindest teilweise – d.h. entlang der Y-Richtung 102 an mehreren voneinander beabstandeten Bereichen – miteinander, beispielsweise ausschließlich mittelbar – verbunden. Die Verbindung kann auch durchgehend über die gesamte Torsionsmittellänge 43 des Torsionsmittels 40 erstreckt sein. Insbesondere wird hierdurch vorteilhaft bei einer EP-Schicht 200‘‘‘ und FP-Schicht 200‘, welche unterschiedlichen Materialeigenschaften aufweisen, eine Instabilität und/oder spontanes Ausbiegen (sogenanntes Buckling) weitestgehend dadurch vermieden, dass insbesondere bei langen als i-Federn ausgebildeten Torsionsmitteln 40, 40‘ mehrere weitere Verbindungselemente 63 entlang der Torsionsachse 102‘ angeordnet werden.
  • In 10 ist illustriert, dass das das erste Torsionselement 50 die erste Haupterstreckungsrichtung 501 und das zweite Torsionselement 60 die zweite Haupterstreckungsrichtung 502 aufweist. Hier erstreckt sich das erste Torsionselement 50 entlang einer ersten Torsionselementbreite 501 und das zweite Torsionselement 60 entlang einer zweiten Torsionselementbreite 601.
  • In 12 ist ein mikromechanischer Sensor 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei das Torsionsmittel 40 hier eine Stressentkopplungsstruktur 50‘ aufweist, wobei die Stressentkopplungsstruktur 50‘ insbesondere ein entlang der Y-Richtung 102 auslenkbares Federelement 50‘ aufweist, welches insbesondere vollständig aus der EP-Schicht 200‘ gebildet ist. Bevorzugt ist das auslenkbare Federelement 50‘ über zwei Verbindungselemente 44 mit der EP-Schicht 200‘‘‘ – d.h. beispielsweise mit der Wippenstruktur 20 und/oder dem ersten und/oder dem zweiten Torsionselement 50, 60 verbunden.
  • In 13 und 14 ist ein mikromechanischer Sensor 1 mit einer Dämpfungsstruktur 30 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer perspektivischen Ansicht (13) und einer Draufsicht (14) dargestellt. Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass der erfindungsgemäße mikromechanische Sensor 1 besonders unempfindlich gegenüber störende mechanische Vibrationen ist, insbesondere wenn der Sensor 1 in einem Motorraum eines Kraftfahrzeugs eingebaut wird, da mittels der Dämpfungsstruktur 30 vorteilhaft, insbesondere zusätzlich zur Trennung der ersten und zweiten Resonanzfrequenz, eine Dämpfung der Schwingungsbewegung erreicht wird. Die Dämpfungsstruktur 30 ist hier zur Dämpfung einer Translationsbewegung entlang der X-Richtung 101 konfiguriert. Hier weist die Dämpfungsstruktur 30 zwei Dämpfungselemente 31, 32 auf, wobei jedes Dämpfungselement jeweils eine Dämpfungselektrode 31 und eine Dämpfungsgegenelektrode 32 (siehe 14) aufweisen. Hier sind die beiden Dämpfungselemente 31, 32 in einer entlang einer zur Z-Richtung 103 im Wesentlichen parallelen Projektionsrichtung sich durch die Wippenstruktur 20 hindurch erstreckenden Ausnehmung 25 der Wippenstruktur 20 angeordnet und insbesondere innerhalb eines die Wippenstruktur 20 vollständig umgebenden Rahmenelements angeordnet. Hier weist die Wippenstruktur 20 und an eine erste Seite 21, eine zweite Seite 22, eine dritte Seite 23 und eine vierte Seite 24 auf. Hier sind die erste und zweite Seite 21, 22 entlang der Torsionsachse 102‘ an gegenüberliegenden Enden der Wippenstruktur 20 und die dritte und vierte Seite 23, 24 entlang der X-Richtung 101 an gegenüberliegenden Enden der Wippenstruktur 20 angeordnet. Weiterhin ist hier jeweils ein Dämpfungselement 31, 32 an der ersten und zweiten Seite 21, 22 angeordnet, wobei die Dämpfungselektroden 31 jeweils mehrere Fingerelektroden 31‘ aufweisen und die Dämpfungsgegenelektroden 32 jeweils mehrere Gegenfingerelektroden 32‘ aufweisen. Die Fingerelektroden und Gegenfingerelektroden 31‘, 32‘ erstrecken sich jeweils hauptsächlich entlang einer zur Y-Richtung 102 im Wesentlichen parallelen Fingerelektrodenstrukturlänge 301 (14). Die Dämpfungsstruktur 30 ist hierbei insbesondere derart konfiguriert, dass bei einer Schwingungsbewegung der Wippenstruktur 20 entlang der Schwingungsebene 100‘ ein zwischen den Fingerelektroden 31 und Gegenfingerelektroden 32 angeordnetes Gas komprimiert wird und in Abhängigkeit der Kompression des Gases eine Dämpfungskraft erzeugt wird, welche die Schwingungsbewegung der Wippenstruktur 20 – hier entlang der X-Richtung 101 – dämpft. In entsprechender Weise kann eine Auslenkung der Wippenstruktur 20 aus der Schwingungsebene 100‘ heraus gedämpft werden.
  • In 15 ist ein mikromechanischer Sensor 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Hier wird die Trennung der ersten und zweiten Resonanzfrequenz beispielsweise durch eine Verkürzung der Torsionsmittellänge 43 und entsprechender Anpassung der ersten und/oder zweiten Torsionsstrukturbreite 501, 601 (siehe 10) erreicht, sodass sich die erste Resonanzfrequenz bei einer Erhöhung der zweiten Resonanzfrequenz durch Verkürzung der Federmittellänge 43 nicht oder nur unwesentlich ändert. Durch die Verkürzung nimmt vorteilhaft die Federsteifigkeit bezüglich der Schwingungsbewegung entlang der Schwingungsebene 100‘ und damit die zweite Resonanzfrequenz überproportional zu. Bevorzugt beträgt die Torsionsmittellänge 43 des unverkürzten Torsionsmittels 40, sogenannten Standard i-Feder, bevorzugt zwischen 100 und 300 Mikrometern, besonders bevorzugt zwischen 150 und 250 Mikrometern, ganz besonders bevorzugt im Wesentlichen 190 Mikrometer. Die Torsionsmittellänge des – hier verkürzt genannten – Torsionsmittels 40 beträgt alternativ dazu – wie beispielsweise in 15 illustriert, zwischen 10 und 200 Mikrometern, bevorzugt zwischen 30 und 90 Mikrometern, ganz besonders bevorzugt im Wesentlichen 60 Mikrometer. Weiterhin ist insbesondere das Torsionsmittel 40 über ein Verankerungsbalkenelement 12 des Verankerungselements 11 an dem Substrat angebunden.
  • In 16 ist ein mikromechanischer Sensor 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Hier weist das erste Torsionselement 50 eine erste Leiterstruktur 51, 52 und das zweite Torsionselement 60 eine zweite Leiterstruktur 61, 62 auf, wobei die erste und/oder zweite Leiterstruktur 51, 52, 61, 62 jeweils zwei über mehrere Querstege 52, 62 miteinander verbundene Holmelemente 51, 61 aufweisen. Insbesondere wird erfindungsgemäß bevorzugt die eine sich parallel zur Haupterstreckungsebene 100 erstreckende Strukturbreite der Holmelemente 51, 61 und/oder der Querstege 52, 62 derart konfiguriert bzw. angepasst, dass die Querempfindlichkeit gering ist.
  • In 17 ist ein mikromechanischer Sensor 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Hier weist die Dämpfungsstruktur 30 drei Dämpfungselemente 31, 32 auf, wobei hier ein Dämpfungselement 31, 32 der drei Dämpfungselemente 31, 32 an der vierten Seite 24 angeordnet ist, sodass eine rotatorische Bewegung der Wippenstruktur 20 um eine zur Z-Richtung 103 im Wesentlichen parallele Achse 103‘ gedämpft wird. Zusätzlich kann auch an der ersten, zweiten und/oder dritten Seite 21, 22, 23 eine Dämpfungselement 31, 32 angeordnet werden, um beispielsweise eine Translationsbewegung der Wippenstruktur 20 entlang der X-Richtung 101 und/oder Y-Richtung 102 zu dämpfen. Bevorzugt weisen alle Fingerelektroden 31‘ und/oder Gegenfingerelektroden 32‘ – des an der dritten Seite angeordneten Dämpfungselements 31, 32 und oder aller Dämpfungselemente 31, 32 – jeweils eine sich entlang der Z-Richtung 103 erstreckende Fingerelektrodenstrukturhöhe 303 auf, welche kleiner ist, als die Wippenstrukturhöhe 303, um insbesondere ein Anschlagen der Wippenstruktur bei einer Torsionsbewegung bzw. Wippbewegung der Wippenstruktur 20 um die Torsionsachse 102‘ zu vermeiden.
  • In 18 und 19 ist ein mikromechanischer Sensor 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in verschiedenen Draufsichten dargestellt. Hier ist insbesondere die Wirkungsweise der Fingerelektroden bzw. Gegenfingerelektroden 31‘, 32‘ der Dämpfungsstruktur 30 illustriert. Insbesondere weisen die Fingerelektroden 31‘ und/oder Gegenfingerelektroden 32‘ jeweils eine Fingerstrukturlänge 301 zwischen 10 und 100 Mikrometern, bevorzugt zwischen 30 und 90 Mikrometern, besonders bevorzugt von ungefähr 68 Mikrometern auf. Weiterhin weisen die Fingerelektroden 31‘ und/oder Gegenfingerelektroden 32‘ jeweils insbesondere eine sich senkrecht zu einer Haupterstreckungsrichtung der Fingerelektroden 31‘ bzw. Gegenfingerelektroden 32‘ erstreckende Strukturbreite zwischen 1 und 10 Mikrometer, bevorzugt zwischen 1 und 5 Mikrometern, besonders bevorzugt von ca. 2 Mikrometern auf. Insbesondere weisen die Fingerelektroden 31‘ und die Gegenfingerelektroden 32‘ jeweils im Wesentlichen einen Elektrodenabstand entlang einer sich zur Haupterstreckungsrichtung der Fingerelektroden bzw. Gegenfingerelektroden 31‘, 32‘ erstreckenden Richtung auf, wobei der Elektrodenabstand bevorzugt zwischen 1 und 10 Mikrometern, besonders bevorzugt zwischen 3 und 6 Mikrometern, ganz besonders bevorzugt ungefähr 4,3 Mikrometer beträgt.

Claims (10)

  1. Mikromechanischer Sensor (1) mit einem eine Haupterstreckungsebene (100) aufweisenden Substrat (10) und einer über ein Torsionsmittel (40) mit dem Substrat (10) verbundenen Wippenstruktur (20), wobei sich das Torsionsmittel (40) hauptsächlich entlang einer Torsionsachse (102‘) erstreckt, wobei die Torsionsachse (102‘) im Wesentlichen parallel zur Haupterstreckungsebene (100) des Substrats (10) angeordnet ist, wobei die Wippenstruktur (20) aus einer Ruhelage in eine Auslenkposition um die Torsionsachse (102‘) verschwenkbar ist, wobei die Wippenstruktur (20) gegenüber der Torsionsachse (102‘) eine asymmetrische Massenverteilung aufweist, wobei die Massenverteilung derart ausgebildet ist, dass in Abhängigkeit einer entlang einer zur Haupterstreckungsebene (100) des Substrats (10) im Wesentlichen senkrechten Z-Richtung (103) orientierten Inertialkraft auf die Wippenstruktur (20) eine Torsionsbewegung der Wippenstruktur (20) um die Torsionsachse (102‘) bewirkt wird, dadurch gekennzeichnet, – dass der mikromechanische Sensor (1) eine Dämpfungsstruktur (30) aufweist, wobei die Dämpfungsstruktur (30) zur Dämpfung einer Translationsbewegung der Wippenstruktur (20) entlang einer zur Haupterstreckungsebene (100) des Substrats (10) im Wesentlichen parallelen X-Richtung (101) konfiguriert ist, und/oder, – dass das Torsionsmittel (40) ein erstes Torsionselement (50) und ein mit dem ersten Torsionselement (50) verbundenes zweites Torsionselement (60) aufweist, wobei das erste Torsionselement (50) eine sich im Wesentlichen parallel zur Torsionsachse (102‘) erstreckende erste Haupterstreckungsrichtung (502) aufweist und das zweite Torsionselement (60) eine sich im Wesentlichen parallel zur Torsionsachse (102‘) erstreckende zweite Haupterstreckungsrichtung (602) aufweist, wobei die erste und zweite Haupterstreckungsrichtung (502, 602) entlang einer zur Z-Richtung (103) im Wesentlichen parallelen Projektionsrichtung voneinander beabstandet angeordnet sind, wobei das erste und das zweite Torsionselement (50, 60) entlang der Projektionsrichtung einander zumindest teilweise überlappen, wobei der mikromechanische Sensor (1) derart konfiguriert ist, dass eine erste Resonanzfrequenz einer Torsionsmode der Wippenstruktur (20) um die Torsionsachse (102‘) kleiner als eine zweite Resonanzfrequenz einer Schwingungsmode der Wippenstruktur (20) ist, wobei die Schwingungsmode eine Schwingungsbewegung der Wippenstruktur (20) entlang einer zur Haupterstreckungsebene (100) im Wesentlichen parallelen Schwingungsebene (100‘) umfasst.
  2. Mikromechanischer Sensor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, – dass die Schwingungsbewegung die Translationsbewegung der Wippenstruktur (20) entlang der X-Richtung (101) umfasst, wobei die X-Richtung (101) im Wesentlichen senkrecht zur Torsionsachse (102‘) angeordnet ist, und/oder, – dass die Schwingungsbewegung eine Rotationsbewegung der Wippenstruktur (20) um eine zur Z-Richtung (103) im Wesentlichen parallele Achse (103‘) umfasst.
  3. Mikromechanischer Sensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Torsionsmittel (40) eine sich von einem Ende (41) zu einem weiteren Ende (42) des Torsionsmittels (40) entlang der Torsionsachse (102‘) erstreckende Torsionsmittellänge (43) aufweist, – wobei die Torsionsmittellänge (43) weniger als die Hälfte, bevorzugt weniger als ein Drittel, besonders bevorzugt weniger als ein Viertel, ganz besonders bevorzugt weniger als ein Fünftel einer sich entlang der Torsionsachse (102‘) erstreckenden Wippenbreite (202) der Wippenstruktur (20) beträgt, und/oder, – wobei das erste Torsionselement (50) entlang der ersten Haupterstreckungsrichtung (502) die Torsionsmittellänge (43) aufweist, wobei das zweite Torsionselement (60) entlang der zweiten Haupterstreckungsrichtung (602) die Torsionsmittellänge (43) aufweist, wobei das erste und zweite Torsionselement (50, 60) über zwei oder mehr Verbindungselemente (44), insbesondere ausschließlich mittelbar, miteinander verbunden sind, wobei die zwei oder mehr Verbindungselemente (44) entlang der Y-Richtung (102) voneinander beabstandet sind.
  4. Mikromechanischer Sensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wippenstruktur (20) ein sich hauptsächlich entlang der Torsionsachse (102‘) erstreckendes weiteres Torsionsmittel (40‘) aufweist, wobei das Torsionsmittel (40) und das weitere Torsionsmittel (40‘) jeweils an einander abgewandten Enden (41) an der Wippenstruktur (20) angebunden sind und jeweils an einander zugewandten Enden (42) über ein zwischen dem Torsionsmittel (40) und dem weiteren Torsionsmittel (40‘) angeordnetes Verankerungselement (11) an dem Substrat (20) angebunden sind, wobei die Torsionsmittellänge (43) des Torsionsmittels (40) und eine weitere Torsionsmittellänge (43‘) des weiteren Torsionsmittels (40‘) im Wesentlichen gleich groß sind.
  5. Mikromechanischer Sensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Torsionselement (50) eine sich im Wesentlichen parallel zur Haupterstreckungsebene (100) erstreckende erste Torsionselementstrukturbreite (501) und eine sich im Wesentlichen parallel zur Z-Richtung (103) erstreckende erste Torsionselementstrukturhöhe (503) aufweist, wobei das zweite Torsionselement (60) eine sich im Wesentlichen parallel zur Haupterstreckungsebene (100) erstreckende zweite Torsionselementstrukturbreite (601) und eine sich im Wesentlichen parallel zur Z-Richtung (103) erstreckende zweite Torsionselementstrukturhöhe (603) aufweist, wobei die erste und zweite Torsionselementstrukturbreite (501, 601) und/oder die erste und zweite Torsionselementstrukturhöhe (503, 603) derart konfiguriert sind, dass die erste Resonanzfrequenz, bevorzugt um eine Größenordnung, kleiner als die zweite Resonanzfrequenz ist, – wobei die erste Torsionselementstrukturbreite (501) bevorzugt das 0,5-Fache bis 2-Fache, besonders bevorzugt das 0,8-Fache bis 1,4-Fache, ganz besonders bevorzugt das 1,0-Fache bis 1,2-Fache, der zweiten Torsionselementstrukturbreite (601) beträgt, und/oder, – wobei die erste Torsionselementstrukturhöhe (503) bevorzugt das 0,01-Fache bis 0,4-Fache, besonders bevorzugt das 0,05-Fache bis 0,2-Fache, ganz besonders bevorzugt im Wesentlichen das 0,1-Fache, der zweiten Torsionselementstrukturhöhe (603) beträgt.
  6. Mikromechanischer Sensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, – dass das erste Torsionselement (50) eine erste Leiterstruktur (51, 52) und/oder das zweite Torsionselement (60) eine zweite Leiterstruktur (61, 62) aufweist, wobei die erste und/oder zweite Leiterstruktur (51, 52, 61, 62) jeweils zwei über mehrere Querstege (52, 62) miteinander verbundene Holmelemente (51, 61) aufweisen, und/oder, – dass sich das erste Torsionselement (50) im Wesentlichen entlang der ersten Haupterstreckungsrichtung (502) mäanderförmig erstreckt und/oder sich das zweite Torsionselement (60) im Wesentlichen entlang der zweiten Haupterstreckungsrichtung (602) mäanderförmig erstreckt.
  7. Mikromechanischer Sensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsstruktur (30) zur Dämpfung der Translationsbewegung der Wippenstruktur (20) entlang der X-Richtung (101) und/oder zur Dämpfung der Rotationsbewegung der Wippenstruktur (20) um die Achse (103‘) konfiguriert ist, wobei insbesondere die Dämpfungsstruktur (30) ein oder mehrere Dämpfungselemente (31, 32) aufweist, wobei insbesondere die ein oder mehreren Dämpfungselemente (31, 32) in einer sich entlang einer zur Z-Richtung (103) im Wesentlichen parallelen Projektionsrichtung durch die Wippenstruktur (20) hindurch erstreckenden Ausnehmung (25) der Wippenstruktur (20) angeordnet sind und/oder an einer ersten Seite (21), einer zweiten Seite (22), einer dritten Seite (23) und/oder einer vierten Seite (24), bevorzugt an gegenüberliegenden Seiten (21, 22, 23, 24), der Wippenstruktur (20) angeordnet sind, wobei insbesondere die erste, zweite, dritte und/oder vierte Seite (21, 22, 23, 24) in der Ruhelage jeweils in der Schwingungsebene (100‘) angeordnet sind und/oder entlang einer zur Z-Richtung (103) parallelen Projektionsrichtung zwischen dem Substrat (10) und der Wippenstruktur (20) angeordnet sind und/oder entlang einer zur Z-Richtung (103) parallelen Projektionsrichtung über der Wippenstruktur (20) angeordnet sind.
  8. Mikromechanischer Sensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der ein oder mehreren Dämpfungselemente (31, 32) der Dämpfungsstruktur (30) jeweils eine bewegungsfest mit der Wippenstruktur (20) verbundene Dämpfungselektrode (31) und eine mit dem Substrat (10) bewegungsfest verbundene korrespondierende Dämpfungsgegenelektrode (32) aufweist, wobei insbesondere die ein oder mehreren Dämpfungselemente (31, 32) jeweils zur Dämpfung mittels Gleitfilmdämpfung und/oder Quetschfilmdämpfung konfiguriert sind.
  9. Mikromechanischer Sensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungselektrode (31) mehrere Fingerelektroden (31‘) und die Dämpfungsgegenelektrode (32) mehrere Gegenfingerelektroden (32‘) aufweist, wobei die mehreren Fingerelektroden (31‘) jeweils eine sich entlang der Z-Richtung (103) erstreckende Fingerstrukturhöhe (303) aufweisen, wobei die Wippenstruktur (20) eine sich entlang der Z-Richtung (103) erstreckende Wippenstrukturhöhe (203) aufweist, wobei die Fingerstrukturhöhe (303) im Wesentlichen kleiner als die Wippenstrukturhöhe (203) ist.
  10. Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Sensors (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Herstellungsschritt ein eine Haupterstreckungsebene (100) aufweisendes Substrat (10) bereitgestellt wird, wobei eine Wippenstruktur (20) über ein Torsionsmittel (40) mit dem Substrat (10) verbunden wird, wobei sich das Torsionsmittel (40) hauptsächlich entlang einer Torsionsachse (102‘) erstreckt, wobei die Torsionsachse (102‘) im Wesentlichen parallel zur Haupterstreckungsebene (100) des Substrats (10) angeordnet wird, wobei die Wippenstruktur (20) derart ausgebildet wird, dass die Wippenstruktur (20) aus einer Ruhelage in eine Auslenkposition um die Torsionsachse (102‘) verschwenkbar ist, wobei eine Massenverteilung der Wippenstruktur (20) gegenüber der Torsionsachse (102‘) derart asymmetrisch ausgebildet wird, dass in Abhängigkeit einer entlang einer zur Haupterstreckungsebene (100) des Substrats (10) im Wesentlichen senkrechten Z-Richtung (103) orientierten Inertialkraft auf die Wippenstruktur (20) eine Torsionsbewegung der Wippenstruktur (20) um die Torsionsachse (102‘) bewirkt wird, wobei in einem zweiten Herstellungsschritt eine Dämpfungsstruktur (30) an dem mikromechanischen Sensor (1) angebunden wird, wobei die Dämpfungsstruktur (30) zur Dämpfung einer Translationsbewegung der Wippenstruktur (20) entlang einer zur Haupterstreckungsebene (100) im Wesentlichen parallelen X Richtung (101) konfiguriert wird, und/oder, wobei in einem dritten Herstellungsschritt aus dem Torsionsmittel (40) ein erstes Torsionselement (50) und ein mit dem ersten Torsionselement (50) verbundenes zweites Torsionselement (60) ausgebildet wird, wobei eine erste Haupterstreckungsrichtung (502) des ersten Torsionselements (50) und eine zweite Haupterstreckungsrichtung (602) des zweiten Torsionselements (60) jeweils im Wesentlichen parallel zur Torsionsachse (102‘) angeordnet werden, wobei die erste und zweite Haupterstreckungsrichtung (502, 602) entlang einer zur Z-Richtung (103) im Wesentlichen parallelen Projektionsrichtung voneinander beabstandet angeordnet werden, wobei das erste und das zweite Torsionselement (50, 60) entlang der Projektionsrichtung einander zumindest teilweise überlappend angeordnet werden, wobei in einem vierten Herstellungsschritt das Torsionsmittel (40) derart konfiguriert wird, dass eine erste Resonanzfrequenz einer Torsionsmode der Wippenstruktur (20) um die Torsionsachse (102‘) kleiner als eine zweite Resonanzfrequenz einer Schwingungsmode der Wippenstruktur (20) ist, wobei die Schwingungsmode eine Schwingungsbewegung der Wippenstruktur (20) entlang einer zur Haupterstreckungsebene (100) im Wesentlichen parallelen Schwingungsebene (100‘) umfasst.
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