DE102013222747A1 - Mikromechanischer Z-Sensor - Google Patents

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Abstract

Mikromechanischer Z-Sensor (100), aufweisend: – eine mittels einer Federeinrichtung (10) tordierbar gelagerte Wippe (40) mit Wannenstrukturen (43), wobei die Wippe (40) eine bezogen auf die Federeinrichtung (10) asymmetrische Massenverteilung aufweist; – oberhalb der Wannenstruktur (43) angeordnete erste Elektroden (20); und unterhalb der Wippe (40) angeordnete zweite Elektroden (30); und – eine Auffangeinrichtung (50) mit wenigstens einem Federelement (51), an das ein mit einem Substrat verankertes Anschlagselement (52) anschlagbar ist, wobei pro Wippenarm (41,42) der Wippe (40) wenigstens zwei räumlich voneinander separierte Auffangeinrichtungen (50) vorgesehen sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen mikromechanischen Z-Sensor. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Z-Sensors.
  • Stand der Technik
  • Herkömmliche Sensoren zur Messung von physikalischer Beschleunigung weisen üblicherweise eine mikromechanische Struktur aus Silizium (Sensorkern) und eine Auswerteelektronik auf. Sensorkerne, die es ermöglichen, eine Beschleunigung in einer Richtung orthogonal zu einer Hauptebene des Sensorkerns zu messen, werden als Z-Sensoren bezeichnet. Derartige Sensoren werden im Kraftfahrzeugbereich beispielsweise in ESP-Systemen oder im Bereich der Mobiltelefonie benutzt.
  • Das genannte Sensorprinzip wird beispielsweise in Kapitel 6 der Dissertation „Oberflächenmikromechanik-Sensoren als elektrische Teststrukturen zur Charakterisierung ihrer Herstellungsprozesse“; Maute, Matthias; Universität Tübingen 2003 näher beschrieben.
  • EP 0 244 581 offenbart einen mikromechanischen Sensor zum Zwecke einer selbsttätigen Auslösung von Insassenschutzvorrichtungen.
  • EP 0 773 443 B1 offenbart einen mikromechanischen Beschleunigungssensor.
  • Im Rahmen der so genannten „FP-Funktionalisierung“, die beispielsweise in DE 10 2007 060 878 A1 und DE 10 2009 000 167 A1 offenbart ist, wird für den mikromechanischen Beschleunigungssensor eine Wippe ausgebildet, die nicht nur aus einer einzelnen kompakten Schicht, sondern in zwei unterschiedlichen Siliziumschichten strukturiert ist. Damit können bewegliche “wannenförmige“ Strukturen gebildet werden.
  • Bei der Handhabung des Beschleunigungssensors kann bei plötzlicher Überlast (z.B. wenn ein Steuergerät mit dem Beschleunigungssensor auf den Boden fällt) die Masse und damit die Feder in vertikaler Richtung (d.h. out of plane) ausgelenkt werden. Dabei kann eine Masse einer FP-Funktionsschicht eine obere Elektrode herausreißen bzw. kann auch die FP-Funktionsschicht selbst zerstört werden.
  • Um dies zu verhindern, wurden mechanische Stopps vorgeschlagen, die beispielsweise in DE 10 116 931 A1 beschrieben sind. Die darin offenbarten Stopps blockieren die Wippe erst nach ca. 7 µm bis ca. 10 µm. Da sich allerdings bei der genannten Technologie mit FP-Funktionalisierung die Wippe zwischen den zwei Elektroden befindet und diese weniger als ca. 2 µm voneinander entfernt sind, ist dieser herkömmliche Überlastschutz nicht mehr ausreichend. Daher sind zusätzliche Strukturen entwickelt worden, die in der Lage sind, die Wippe vor dem Anschlag zu stoppen. Solche mechanischen Stopps sind in DE 10 2009 029 095 A1 und US 8 124 895 B2 offenbart.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen mikromechanischen Z-Sensor mit verbessertem Anschlagsschutz bereitzustellen.
  • Die Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt gelöst mit einem mikromechanischen Z-Sensor, aufweisend:
    eine mittels einer Federeinrichtung tordierbar gelagerte Wippe mit Wannenstrukturen, wobei die Wippe eine bezogen auf die Federeinrichtung asymmetrische Massenverteilung aufweist;
    • – oberhalb der Wannenstruktur angeordnete erste Elektroden; und unterhalb der Wippe angeordnete zweite Elektroden; und
    • – eine Auffangeinrichtung mit wenigstens einem Federelement, an das ein mit einem Substrat verankertes Anschlagselement anschlagbar ist, wobei pro Wippenarm der Wippe wenigstens zwei räumlich voneinander separierte Auffangeinrichtungen vorgesehen sind.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt wird die Aufgabe gelöst mit einem Verfahren zum herstellen eines mikromechanischen Z-Sensors, aufweisend die Schritte:
    • – Bereitstellen einer asymmetrisch ausgebildeten Wippe aus wenigstens zwei Funktionsschichten;
    • – Ausbilden von wenigstens zwei räumlich voneinander separierten Auffangeinrichtungen pro Wippenarm, wobei
    • – ein Ausbilden von Federelementen in der untersten Funktionsschicht der Wippe durchgeführt wird; wobei Anschlagselemente derart ausgebildet werden, dass die Anschlagselemente (52) am Substrat (1) verankert sind, wobei ein Anschlagsbereich der Anschlagselemente (52) auf eine Anschlagsfläche der Federelemente (51) auskragt.
  • Erfindungsgemäß wird das bekannte „Steigbügelprinzip“ verbessert und optimiert. Mithilfe der voneinander räumlich separierten wenigstens zwei Auffangeinrichtungen pro Wippenarm bzw. Wippenhälfte kann die Anschlagsenergie der Wippe besser verteilt und damit ein effizienter Schutz der Wippe vor Bruch bereitgestellt werden.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand von Unteransprüchen.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Z-Sensors zeichnet sich dadurch aus, dass das Federelement als eine Aussparung in der Wippe mit einer in einer dritten Funktionsschicht ausgebildeten Bodenfläche ausgebildet ist. Auf diese Weise kann in einem Herstellungsprozess des Z-Sensors, der mittels mehrerer Funktionsschichten durchgeführt werden, eine zuunterst liegende FP-Funktionsschicht als Federelement für die Auffangeinrichtung verwendet werden. Auf diese Weise ist vorteilhaft sowohl die genannte wannenförmige Struktur der Wippe als auch die erfindungsgemäße Auffangeinrichtung realisierbar.
  • Weitere bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Z-Sensors zeichnen sich dadurch aus, dass eine zum Anschlagen auf das Federelement vorgesehene Fläche des Anschlagselements in Relation zu einer Breite auf dem Federelement schmal oder breit ausgebildet ist. Auf diese Weise lassen sich je nach Anforderung eher harte oder eher weiche Dämpfungsstrukturen realisieren.
  • Eine weitere bevorzugte an Ausführungsform des erfindungsgemäßen Z-Sensors zeichnet sich dadurch aus, dass wenigstens zwei Anschlagselemente bezogen auf eine Grundfläche der Wippe gegenüberliegend außerhalb eines Grundrisses der Wippe angeordnet sind. Mittels dieser Variante, die nicht auf dem Substrat verankerte Anschlagselemente vorsieht, können alternative Anschlags- bzw. Dämpfungskonzepte realisiert werden.
  • Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Z-Sensors zeichnet sich dadurch aus, dass das Federelement Perforationen aufweist. Die genannten Perforationen sind für ein Bereitstellen eines Zugangs für Ätzgas erforderlich, wobei die Perforation zur Dimensionierung von elastischen Eigenschaften des Federelements verwendet werden können.
  • Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Z-Sensors sieht vor, dass eine Größe der Perforationen dimensionierbar ist. Auf diese Weise können elastische Eigenschaften des Federelements dimensioniert werden.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Z-Sensors ist vorgesehen, dass der Z-Sensor ferner wenigstens eine Entlastungseinrichtung aufweist, die in Form eines Schlitzes, der sämtliche Schichten der Wippe durchdringt, ausgebildet ist. Vorteilhaft kann auf diese Art und Weise die Gesamtstruktur weicher und nachgiebiger ausgestaltet werden, indem der Schlitz einzelne Bereiche der Wippe voneinander mechanisch entkoppelt.
  • Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Z-Sensors sieht vor, dass der Schlitz um die Auffangeinrichtung herum ausgebildet ist. Auf diese Weise wird die Auffangeinrichtung selbst zu einer Art Federelement weitergebildet, wodurch elastische Eigenschaften der Wippenstruktur vorteilhaft beeinflusst werden.
  • Die Erfindung wird im Folgenden mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand von mehreren Figuren detailliert beschrieben. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung, sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in den Figuren. Gleiche oder funktionsgleiche Elemente haben gleiche Bezugszeichen.
  • In den Figuren zeigt:
  • 1 einen herkömmlichen mikromechanischen Z-Beschleunigungssensor in einer prinzipiellen Seiten- und einer Draufsicht;
  • 2 eine prinzipielle Darstellung eines Anschlagsprinzips eines herkömmlichen mikromechanischen Z-Beschleunigungssensors;
  • 3a3d mehrere Ansichten einer Ausführungsform des mikromechanischen Z-Sensors;
  • 4 eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsformen des mikromechanischen Z-Sensors;
  • 5a5d mehrere perspektivische Ansichten auf eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen mikromechanischen Z-Sensors;
  • 6a6d mehrere Draufsichten von Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Z-Sensors;
  • 7a7b eine Draufsicht und eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform des mikromechanische Z-Sensors;
  • 8 eine Detailansicht einer Auffangeinrichtung einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen mikromechanischen Z-Sensors;
  • 9 eine Detailansicht einer Auffangeinrichtung einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen mikromechanischen Z-Sensors;
  • 10 Varianten einer Auffangeinrichtung und einer Entlastungseinrichtung von weiteren Ausführungsformen des mikromechanischen Z-Sensors; und
  • 11 einen prinzipiellen Ablauf einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • 1 zeigt stark vereinfacht einen mikromechanischen Z-Sensor (z.B. einen Beschleunigungssensor) gemäß Stand der Technik in einer Schnittansicht (obere Darstellung) und in einer Draufsicht (untere Darstellung). Der mikromechanische Z-Sensor 100 weist eine perforierte bewegliche flache Wippe 40 auf. Die Perforierung (nicht dargestellt) der Wippe 40 ist aufgrund von Ätzprozessen herstellungsbedingt und überzieht im Wesentlichen vollständig den Wippenbereich. Mittels einer Federeinrichtung 10, die vorzugsweise als eine Torsionsfeder mit einer definierten Steifigkeit ausgebildet sind, ist die Struktur der Wippe 40 an einem Silizium-Substrat dreh- bzw. tordierbar gelagert bzw. an diesem aufgehängt. Man erkennt, dass Wippenarme 41, 42 aufgrund ungleicher Massenverteilungen bezüglich der Federeinrichtung 10 asymmetrisch ausgebildet sind. Die Asymmetrie kann bei im Wesentlichen gleich langen Wippenarmen 41, 42 (geometrische Symmetrie) durch eine asymmetrische Masseverteilung der Wippenarme 41, 42, beispielsweise durch unterschiedliche Perforierungen der Arme 41, 42 oder durch unterschiedliche Dicken der beiden Wippenarme 41, 42, ausgebildet sein. Die Asymmetrie kann aber zusätzlich oder alternativ auch durch eine Asymmetrie einer Geometrie der beiden Wippenarme 41, 42 (z.B. unterschiedliche Armlängen) erreicht werden.
  • In 1 ist die genannte Asymmetrie durch unterschiedliche Längen der beiden Wippenarme 41, 42 angedeutet (massereicher Wippenarm 41, massearmer Wippenarm 42). Als Folge einer orthogonal zu einer Hauptebene der Wippe 40 wirkenden Beschleunigung (vertikale Beschleunigung) kann die Struktur der Wippe 40 aufgrund der Asymmetrie der beiden Wippenarme 41, 42 um die Torsionsachse tordieren. Die Wippe 40 wird durch eine elektronische Schaltung (nicht dargestellt) auf einem definierten elektrischen Potential gehalten, unterhalb der Wippe 40 angeordnete feststehende zweite Elektroden 30, die für Messzwecke verwendet werden, sind auf anderen definierten elektrischen Potentialen gehalten. Erkennbar sind „wannenförmige“ Strukturen 43 der Wippe 40, wobei oberhalb der wannenförmigen Strukturen 43 erste feststehende Elektroden 20 angeordnet sind.
  • Eine Neigungsänderung der Wippe 40 wird mithilfe einer elektronischen Auswerteeinrichtung (nicht dargestellt) durch eine Erfassung und Auswertung von Ladungsänderungen auf den Elektroden 20, 30 detektiert. Auf diese Art kann eine auf den mikromechanischen Z-Sensor 100 wirkende Vertikalbeschleunigung („in z-Richtung“) ermittelt werden.
  • Es ist in der Schnittansicht ferner prinzipiell dargestellt, dass die Gesamtstruktur der Wippe 40 aus drei Funktionsschichten, nämlich aus einer obenliegenden ersten Funktionsschicht (EP-Schicht), aus einer zwischen der EP-Schicht und einer dritten Funktionsschicht (FP-Schicht) angeordneten zweiten Funktionsschicht (OK-Schicht) und der untenliegenden FP-Schicht, realisiert wird. Die OK-Schicht kann dabei bei Bedarf auch entfallen.
  • Mehrere mechanische Anschläge (nicht dargestellt) im Substrat 1 sollen sicherstellen, dass die Wippenstruktur bei Überlast an definierten Punkten an das Substrat 1 anschlägt und sollen verhindern, dass die Wippe 40 bei seitlichen („inplane“) Überlastbeschleunigungen eine kritische Auslenkung erreicht bzw. überschreitet. Auf diese Weise soll der Z-Sensor 100 wirksam vor einer mechanischen Überbelastung in der Hauptebene mit daraus resultierender Beschädigung geschützt werden.
  • Die im Stand der Technik (z.B. DE 10 2009 029 095 A1 ) offenbarte Grundidee eines mechanischen Stopps für FP-funktionalisierte mikromechanische Beschleunigungssensoren ist in 2 in einer Vorderansicht (obere Abbildung) und in einer Seitenansicht (untere Abbildung) prinzipiell dargestellt. Vorgesehen ist dabei ein Prinzip zur Dämpfung von Anschlagsenergie, die entstehen kann, wenn sich die Masse der Wippe 40 nach oben bewegt. Die Wippe 40 wird in diesem Fall mittels eines Festanschlags in Form von mehreren Anschlagselementen 52 in der Bewegungsfreiheit limitiert. Wenn sich die Masse der Wippe 40 nach oben bewegt, wird diese durch die Anschlagselemente 52 in der Bewegungsfreiheit limitiert. Dieses Konstruktionselement wird üblicherweise als ein sogenannter „Steigbügel“ bezeichnet.
  • Erfindungsgemäß ist nunmehr vorgesehen, dass eine spezifisch verbesserte Ausgestaltung einer Anschlags- bzw. Auffangeinrichtung 50 für die Wippe 40 vorgesehen ist.
  • 3 zeigt in mehreren prinzipiellen Darstellungen Details einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Z-Sensors 100. 3a zeigt eine perspektivische Ansicht eines Viertels der Wippe 40 mit der Federeinrichtung 10, wobei eine Auffangeinrichtung 50 erkennbar ist.
  • 3b zeigt eine perspektivische Detailansicht die Auffangeinrichtung 50. Federelemente 51 sind in der FP-Funktionsschicht der Wippe 40 ausgebildet, an die Anschlagselemente 52, deren unterer Abschnitt, der mit dem sogenannten „Festland“-Substrat verbunden ist, anschlagen kann. Zu diesem Zweck kragen, wie in 3c dargestellt, die Anschlagselemente 52 zu einem gewissen Anteil auf die Federelemente 51 über, so dass sich die Federelemente 51 im Anschlagsfall durch das Anschlagen der Anschlagselemente 52 dynamisch verformen können. Auf diese Weise kann in effizienter Weise mechanische Anschlagsbzw. Aufprallenergie absorbiert bzw. gedämpft werden. Die Federelemente 51 weisen Perforationen 53 auf, die dadurch bedingt sind, dass im Herstellungsprozess darunter liegende Schichten mittels eines Ätzgases weggeätzt werden können. Die Perforationslöcher der Perforationen 53 können in der Größe dimensioniert werden, so dass auf diese Weise ein Designparameter für das Federelement 51 bereitgestellt wird. Denkbar ist aber auch, die Perforationen 53 der Federelemente 51 ganz wegzulassen.
  • 3d zeigt eine Draufsicht auf eine Variante der Auffangeinrichtung 50. Denkbar ist, dass beispielsweise die Ecken der Federelemente 51, die an das massive Wippenmaterial angrenzen, gerundet sein können. Denkbar ist auch, eine Form der Anschlagselemente 52 im Bereich der Anbindung an das Substrat (nicht dargestellt) zu ändern, um auf diese Weise einen Krafteinleitungseffekt in das Substrat definiert auszugestalten.
  • Aufgrund der relativ großen Anschlagsfläche der Federelemente 51 in Relation zu einer Aufprallfläche der Anschlagselemente 52 auf den Federelementen 51 können besonders günstige mechanische Eigenschaften der Auffangeinrichtung 50 erreicht werden.
  • 4 zeigt eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Z-Sensors 100. Es ist auch in diesem Fall zur besseren Übersicht wiederum lediglich ein Viertel der Wippe 40 dargestellt, wobei in diesem Fall pro Wippenviertel zwei der genannten Auffangeinrichtungen bzw. -strukturen 50 erkennbar sind.
  • 5 zeigt in mehreren Ansichten eine besonders steife Ausführung der erfindungsgemäßen Auffangeinrichtung 50, die dadurch erreicht wird, dass eine Fläche der Federelemente 51 in Relation zu einer Kontaktfläche mit den Anschlagselementen 52 klein ausgebildet ist. Zudem ist eine Anzahl der Federelemente 51 pro Auffangeinrichtung 50 relativ groß, so dass im Ergebnis mittels der in den 5a bis 5d gezeigten Auffangeinrichtung 50 ein relativ harter Dämpfungseffekt für die Wippe 40 (nicht dargestellt in 5) erzielt werden kann.
  • Die 6a bis 6d zeigen in qualitativer Weise einige bevorzugte beispielhafte geometrische Positionen für die Auffangeinrichtung 50 innerhalb der Wippe 40. Es hat sich herausgestellt, dass die herkömmliche Variante von Abbildung 6a und die erfindungsgemäße Variante von 6c besonders viel mechanische Energie aufzunehmen vermögen.
  • In den erfindungsgemäßen Varianten von 6b und 6c ist erkennbar, dass pro Wippenarm 41, 42 jeweils zwei bzw. drei Auffangeinrichtungen 50 vorgesehen sind, die räumlich separiert voneinander angeordnet sind.
  • 6d zeigt eine weitere vorteilhafte erfindungsgemäße Variante, die sich dadurch auszeichnet, dass im Bereich der Federeinrichtung 10 zwei Auffangeinrichtungen 50 außerhalb einer Grundfläche der Wippe 40 an gegenüberliegenden Seiten der Wippe 40 angeordnet sind, wobei Anschlagselemente 52 (nicht dargestellt) gewissermaßen von außen in die Auffangeinrichtungen 50 hineinragen. Auf diese Weise können alternative Dämpfungseffekte erzielt werden, mit denen zusätzliche Bereiche der Wippe 40 vor Überlast geschützt werden können.
  • An dieser Stelle sei erwähnt, dass eine Anzahl bzw. eine Anordnung der Auffangeinrichtungen 50 selbstverständlich beliebig variierbar ist, so dass beispielweise mittels Simulationsprozessen eine gewünschte Dämpfungswirkung bestmöglich an eine Wippe 40 dimensioniert bzw. angepasst werden kann. Die Anzahlen und Anordnungen der Auffangeinrichtungen 50 von 6a bis 6d sind daher lediglich als beispielhaft anzusehen.
  • 7a und 7b zeigt eine weitere Maßnahme zur verbesserten Aufnahme von Anschlagsenergie für den mikromechanischen Z-Sensor 100. In diesem Fall ist zusätzlich zur Auffangeinrichtung 50 eine Entlastungseinrichtung 60 in Form eines schmalen Schlitzes vorgesehen, der durch sämtliche Schichten der Wippe 40 ausgebildet ist und dazu dient, die Wippe 40 insgesamt noch elastischer zu machen.
  • Zudem dient die Entlastungseinrichtung 60 zusätzlich zu einer Reduktion der Steifigkeit der Wippe 40, um damit die Aufnahme von Verformungsenergie zu ermöglichen, die sonst von den Federelementen 51 hätte aufgenommen werden müssen. Die Schlitze sollen die Verformung der Wippe 40 derart beeinflussen, dass alle Federelemente 51 möglichst gleichmäßig belastet werden. Mittels spezifischer Ausformungen bzw. Anordnungen der Schlitze innerhalb der Wippe 40 ist es auf diese Weise möglich, die Aufprallenergie noch besser zu absorbieren, weil auf diese Weise einzelne Bereiche der Wippe 40 voneinander mechanisch entkoppelt und mechanische Spannungen innerhalb der Wippe 40 dadurch vorteilhaft reduziert sind.
  • 8 zeigt mehrere Anordnungen derartiger Schlitze in der Wippe 40, wobei erkennbar ist, dass eine Form der Schlitze 60 sehr flexibel ausgestaltet sein kann.
  • In 9 ist prinzipiell angedeutet, dass ein Schlitz im Wesentlichen ringartig um die Auffangeinrichtung 50 herum ausgebildet ist. Auf diese Weise wird die gesamte Auffangeinrichtung 50 als eine Art mechanische Feder ausgebildet, die nur mit einem relativ kleinen Anteil mit der Masse der Wippe 40 verbunden ist.
  • Die 10a und 10b zeigen weitere Ausführungsformen der Entlastungseinrichtung 60 in Form von Schlitzen, wobei erkennbar ist, dass eine Variationsvielfalt der Schlitze nahezu unbegrenzt ist. Insbesondere kann, wie in 10b prinzipiell dargestellt, vorgesehen sein, dass auch mehrere Schlitze ringartig um die Auffangeinrichtung 50 ausgebildet werden, um auf diese Art und Weise eine besonders weiche Anbindung der Auffangeinrichtung 50 an die Wippe 40 zu erreichen.
  • 11 zeigt ein prinzipielles Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • In einem ersten Schritt S1 wird eine asymmetrisch ausgebildete Wippe 40 aus wenigstens zwei Funktionsschichten EP, FP bereitgestellt.
  • In einem zweiten Schritt S2 wird ein Ausbilden von wenigstens zwei räumlich voneinander separierten Auffangeinrichtungen pro Wippenarm durchgeführt, wobei ein Ausbilden von Federelementen FP der Wippe durchgeführt wird, wobei ein Ausbilden von Anschlagselementen 52 derart durchgeführt wird, dass die Anschlagselemente 52 am Substrat verankert sind, wobei ein Anschlagsbereich der Anschlagselemente 52 auf eine Anschlagsfläche der Federelemente 51 auskragt.
  • Zusammenfassend werden mit der vorliegenden Erfindung ein mikromechanischer Z-Sensor und ein Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Z-Sensors vorgeschlagen, mittels denen eine effektive Dämpfung von Anschlagsenergie für FP-funktionalisierte mikromechanische Beschleunigungssensoren möglich ist. Mittels einer spezifischen Ausgestaltung und Anordnung von Federelementen im Zusammenspiel mit am Festland verankerten Anschlagselementen nach dem Steigbügelprinzip ist es möglich, die mechanische Anschlagsenergie verbessert abzufangen und dadurch einen wirksamen Schutz für die Sensorvorrichtung im Anschlagsfall bereitzustellen.
  • Aufgrund der großen Vielfalt an Variationen der Auffangeinrichtung und der Entlastungseinrichtung kann auf diese Art und Weise für jedes einzelne Sensorvorrichtung eine bestmögliche Dämpfung der Anschlagsenergie erreicht werden.
  • Obwohl die Erfindung anhand von konkreten Ausführungsformen beschrieben worden ist, ist sie keineswegs darauf beschränkt. Der Fachmann wird erkennen, dass vielfältige Abwandlungen, die vorgehend nicht beschrieben wurden, möglich sind, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen. Insbesondere ist es möglich, das erfindungsgemäße Prinzip auch auf andere Sensortechnologien, beispielsweise auf piezoresistive mikromechanische Beschleunigungssensoren anzuwenden.
  • 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.
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Claims (10)

  1. Mikromechanischer Z-Sensor (100), aufweisend: – eine mittels einer Federeinrichtung (10) tordierbar gelagerte Wippe (40) mit Wannenstrukturen (43), wobei die Wippe (40) eine bezogen auf die Federeinrichtung (10) asymmetrische Massenverteilung aufweist; – oberhalb der Wannenstruktur (43) angeordnete erste Elektroden (20); und unterhalb der Wippe (40) angeordnete zweite Elektroden (30); und – eine Auffangeinrichtung (50) mit wenigstens einem Federelement (51), an das ein mit einem Substrat verankertes Anschlagselement (52) anschlagbar ist, wobei pro Wippenarm (41, 42) der Wippe (40) wenigstens zwei räumlich voneinander separierte Auffangeinrichtungen (50) vorgesehen sind.
  2. Z-Sensor (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (51) als eine Aussparung in der Wippe (40) mit einer in einer dritten Funktionsschicht (FP) ausgebildeten Bodenfläche ausgebildet ist.
  3. Z-Sensor (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine zum Anschlagen auf das Federelement vorgesehene Fläche des Anschlagselements (52) in Relation zu einer Breite auf dem Federelement (51) schmal oder breit ausgebildet ist.
  4. Z-Sensor (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Anschlagselemente (52) bezogen auf eine Grundfläche der Wippe (40) gegenüberliegend außerhalb eines Grundrisses der Wippe (40) angeordnet sind.
  5. Z-Sensor (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (51) Perforationen (53) aufweist.
  6. Z-Sensor (100) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Größe der Perforationen (53) dimensionierbar ist.
  7. Z-Sensor (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (100) ferner wenigstens eine Entlastungseinrichtung (60) aufweist, die in Form eines Schlitzes, der sämtliche Schichten der Wippe (40) durchdringt, ausgebildet ist.
  8. Z-Sensor (100) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitz um die Auffangeinrichtung (50) herum ausgebildet ist.
  9. Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Z-Sensors (100), aufweisend die Schritte: – Bereitstellen einer asymmetrisch ausgebildeten Wippe (40) aus wenigstens zwei Funktionsschichten (EP, FP); – Ausbilden von wenigstens zwei räumlich voneinander separierten Auffangeinrichtungen (50) pro Wippenarm (41, 42), wobei ein Ausbilden von Federelementen (51) in der untersten Funktionsschicht (FP) der Wippe (40) durchgeführt wird; wobei Anschlagselemente (52) derart ausgebildet werden, dass die Anschlagselemente (52) am Substrat (1) verankert sind, wobei ein Anschlagsbereich der Anschlagselemente (52) auf eine Anschlagsfläche der Federelemente (51) auskragt.
  10. Verfahren nach Anspruch 8, wobei zusätzlich wenigstens eine Entlastungsstruktur (60) im Bereich der Auffangeinrichtung (50) ausgebildet wird, wobei die Auffangeinrichtung (60) als ein alle Funktionsschichten (EP,FP) der Wippe (40) durchdringender Schlitz ausgebildet ist.
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