DE102015213440A1

DE102015213440A1 - Mechanische Brücke zur Störmodenoptimierung bei Drehratensensoren

Info

Publication number: DE102015213440A1
Application number: DE102015213440.7A
Authority: DE
Inventors: Benjamin Schmidt
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-07-17
Filing date: 2015-07-17
Publication date: 2017-01-19
Also published as: TW201710644A; WO2017012750A1

Abstract

Es wird ein Drehratensensor mit einem Substrat mit einer Haupterstreckungsebene und mit mindestens einer gegenüber dem Substrat beweglichen ersten Struktur und mit mindestens einer gegenüber dem Substrat und gegenüber der ersten Struktur beweglichen zweiten Struktur vorgeschlagen, wobei die erste Struktur zumindest teilweise in einer ersten Ebene parallel zu der Haupterstreckungsebene angeordnet ist, wobei die zweite Struktur zumindest teilweise in der ersten Ebene angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehratensensor mindestens eine mit der ersten Struktur verbundene mechanische Brücke in einer zweiten Ebene parallel zu der Haupterstreckungsebene umfasst, wobei die Projektion der mechanischen Brücke auf die Haupterstreckungsebene zumindest teilweise die Projektion der zweiten Struktur auf die Haupterstreckungsebene umfasst.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Drehratensensor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein derartiger Drehratensensor ist beispielsweise aus der DE 10 2009 000 345 A1 bekannt. Um mechanische Moden eines derartigen Drehratensensors zu unterdrücken oder zu höheren Frequenzen zu verschieben, müssen die Massen und Teilstrukturen des Drehratensensors möglichst gut an das Substrat oder aneinander angebunden sein. Dadurch dass immer kleinere Drehratensensoren angestrebt werden, verringert sich die Anzahl der Anbindungsmöglichkeiten. Dadurch dass Drehratensensoren möglichst robust gegen Linear- und Drehbeschleunigungen ausgebildet sind, umfassen Drehratensensoren vorzugsweise mehrere Teilmassen. Dies bedeutet, dass bei in diesem Sinne optimal ausgebildeten Drehratensensoren mehr Massen weniger gut angebunden sind als bei weniger optimal ausgebildeten Drehratensensoren.
Offenbarung der Erfindung
Der erfindungsgemäße Drehratensensor hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass ein Drehratensensor auf einer relativ zum Stand der Technik geringen Substratfläche ermöglicht wird, da für die mikromechanische Struktur lediglich eine relativ zum Stand der Technik geringe Substratfläche zur Detektion von Drehraten benötigt wird. Ferner wird ein Drehratensensor bereitgestellt, welcher insbesondere Störmoden zu im Vergleich zum Stand der Technik deutlich höheren Frequenzen verschiebt und/oder unterdrückt. Hierdurch wird der Einfluss von Störmoden, bzw. der Störeinfluss gewisser mechanischer Moden, im Vergleich zum Stand der Technik verringert. Des Weiteren hat der erfindungsgemäße Drehratensensor gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass der erfindungsgemäße Drehratensensor robust gegenüber Linear- und Drehbeschleunigungen ist.
Dies wird dadurch erreicht, dass der erfindungsgemäße Drehratensensor im Gegensatz zum Stand der Technik mindestens eine mit der ersten Struktur verbundene mechanische Brücke in einer zweiten Ebene parallel zu der Haupterstreckungsebene umfasst, wobei die Projektion der mechanischen Brücke auf die Haupterstreckungsebene zumindest teilweise die Projektion der zweiten Struktur auf die Haupterstreckungsebene umfasst. Somit wird mithilfe der mechanischen Brücke in der zweiten Ebene eine Kreuzung zweier mechanischer Strukturen bzw. eine Überbrückung einer mechanischen Struktur durch eine zweite mechanische Struktur bereitgestellt. Beispielsweise ermöglicht eine derartige mechanische Brücke zusätzliche Anbindungsmöglichkeiten für Drehratensensormassen und/oder Drehratensensorstrukturen an das Substrat und/oder auch an weitere Drehratensensormassen und/oder Drehratensensorstrukturen bereitzustellen. Hierdurch ist eine vorteilhafte Verringerung des Störeinflusses gewisser mechanischer Moden, bzw. des Einflusses von Störmoden, durch den Einsatz von mechanischen Brücken möglich. Dadurch können gewisse Störmoden zu höheren Frequenzen geschoben werden, wo sie nicht so stark stören.
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 der Drehratensensor mindestens eine gegenüber dem Substrat und gegenüber der ersten Struktur und gegenüber der zweiten Struktur bewegliche dritte Struktur umfasst, wobei die dritte Struktur und die erste Struktur über die mechanische Brücke verbunden sind. Hierdurch wird auf vorteilhafte Weise eine einfache, mechanisch robuste und kostengünstige Brückenanordnung zur Störmodenreduktion bereitgestellt. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die mechanische Brücke auf der dem Substrat zugewandten Seite der zweiten Struktur angeordnet ist. Bevorzugt ist zusätzlich oder alternativ vorgesehen, dass die mechanische Brücke auf der dem Substrat abgewandten Seite der zweiten Struktur angeordnet ist. Hierdurch wird eine besonders robuste Verbindungsmöglichkeit zwischen der ersten Struktur und der dritten Struktur zur Verfügung gestellt.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Drehratensensor mindestens eine im Wesentlichen zumindest teilweise zwischen der ersten Struktur und der mechanischen Brücke angeordnete und sich zumindest teilweise in einer sich parallel zu der Haupterstreckungsebene erstreckenden dritten Ebene erstreckende erste Schicht aufweist. Hierdurch wird vorteilhaft ermöglicht, dass die erste Struktur und die zweite Struktur in der ersten Ebene angeordnet sind und dass die zweite Struktur ganzflächig von der in der zweiten Ebene angeordneten mechanischen Brücke beabstandet ist.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Drehratensensor mindestens eine im Wesentlichen zumindest teilweise zwischen der dritten Struktur und der mechanischen Brücke angeordnete und sich zumindest teilweise in einer sich parallel zu der Haupterstreckungsebene erstreckenden dritten Ebene erstreckende zweite Schicht aufweist. Hierdurch wird vorteilhaft ermöglicht, dass die dritte Struktur und die zweite Struktur in der ersten Ebene angeordnet sind und dass die zweite Struktur ganzflächig von der in der zweiten Ebene angeordneten mechanischen Brücke beabstandet ist.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die zweite Struktur in einem Bereich einer sich parallel zu der Haupterstreckungsebene erstreckenden dritten Ebene zumindest teilweise von der mechanischen Brücke beabstandet ist. In vorteilhafter Weise wird somit eine Verbindungsmöglichkeit zwischen der ersten Struktur und der dritten Struktur zur Störmodenreduktion auf geringer Substratfläche ermöglicht. Vorteilhaft werden somit Störmoden, bei denen sich die erste Struktur und die dritte Struktur gegeneinander bewegen, zu deutlich höheren Frequenzen verschoben, sodass der Einfluss dieser Störmoden verringert wird.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Drehratensensor zum relativ zum Substrat beweglichen Aufhängen der ersten Struktur mindestens ein substratfestes erstes Aufhängmittel umfasst. Hierdurch wird auf vorteilhafte Weise ermöglicht, dass die erste Struktur relativ zum Substrat derart beweglich aufgehängt ist, dass das Schwingverhalten, insbesondere das Antriebs- und Detektionsverhalten, des erfindungsgemäßen Drehratensensors ermöglicht wird.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Drehratensensor zum relativ zum Substrat beweglichen Aufhängen der zweiten Struktur mindestens ein substratfestes zweites Aufhängmittel umfasst. Hierdurch wird auf vorteilhafte Weise ermöglicht, dass die zweite Struktur relativ zum Substrat derart beweglich aufgehängt ist, dass das Schwingverhalten, insbesondere das Antriebs- und Detektionsverhalten, des erfindungsgemäßen Drehratensensors ermöglicht wird.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Drehratensensor zum relativ zum Substrat beweglichen Aufhängen der dritten Struktur mindestens ein substratfestes drittes Aufhängmittel umfasst. Hierdurch wird auf vorteilhafte Weise ermöglicht, dass die dritte Struktur relativ zum Substrat derart beweglich aufgehängt ist, dass das Schwingverhalten, insbesondere das Antriebs- und Detektionsverhalten, des erfindungsgemäßen Drehratensensors ermöglicht wird.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Drehratensensor zum relativ zum Substrat beweglichen Aufhängen der mechanischen Brücke mindestens ein substratfestes viertes Aufhängmittel umfasst. Hierdurch wird auf vorteilhafte Weise ermöglicht, dass die mechanische Brücke relativ zum Substrat derart beweglich aufgehängt ist, dass das Schwingverhalten, insbesondere das Antriebs- und Detektionsverhalten, des erfindungsgemäßen Drehratensensors ermöglicht wird.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das erste Aufhängmittel und/oder das zweite Aufhängmittel und/oder das dritte Aufhängmittel und/oder das vierte Aufhängmittel jeweils mindestens eine Feder umfasst. Auf vorteilhafte Weise wird somit ein einfaches, mechanisch robustes und kostengünstiges erstes Aufhängmittel und/oder zweites Aufhängmittel und/oder drittes Aufhängmittel und/oder viertes Aufhängmittel bereitgestellt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Drehratensensor gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung
In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.
In 1 ist eine schematische Darstellung eines Drehratensensors 1 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei der Drehratensensor 1 ein Substrat 3 mit einer Haupterstreckungsebene 100, eine gegenüber dem Substrat 3 bewegliche erste Struktur 5, eine gegenüber dem Substrat 3 und gegenüber der ersten Struktur 5 bewegliche zweite Struktur 7 sowie eine gegenüber dem Substrat 3 und gegenüber der ersten Struktur 5 und gegenüber der zweiten Struktur 7 bewegliche dritte Struktur 15 umfasst. Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die erste Struktur 5, die zweite Struktur 7 und die dritte Struktur 15 jeweils zumindest teilweise in einer ersten Ebene 9 angeordnet. Ferner umfasst der in 1 dargestellte Drehratensensor 1 beispielhaft eine die erste Struktur 5 und die dritte Struktur 15 verbindende mechanische Brücke 11. Hierbei ist die mechanische Brücke 11 in einer zweiten Ebene 13 angeordnet.
Der in der 1 beispielhaft dargestellte Drehratensensor umfasst eine zumindest teilweise zwischen der ersten Struktur 5 und der mechanischen Brücke 11 angeordnete erste Schicht 19 sowie eine zumindest teilweise zwischen der dritten Struktur 15 und der mechanischen Brücke 11 angeordnete zweite Schicht 21. Die erste Schicht 19 und die zweite Schicht 21 sind derart angeordnet, dass die zweite Struktur 7 in einem Bereich einer sich parallel zu der Haupterstreckungsebene 100 erstreckenden dritten Ebene 17 zumindest teilweise von der mechanischen Brücke 11 beabstandet ist.
Des Weiteren umfasst der in 1 dargestellte Drehratensensor 1 beispielsweise ein nicht dargestelltes substratfestes erstes Aufhängmittel zum relativ zum Substrat 3 beweglichen Aufhängen der ersten Struktur 5 und/oder ein nicht dargestelltes substratfestes zweites Aufhängmittel zum relativ zum Substrat 3 beweglichen Aufhängen der zweiten Struktur 7 und/oder ein nicht dargestelltes substratfestes drittes Aufhängmittel zum relativ zum Substrat 3 beweglichen Aufhängen der dritten Struktur 15. Beispielsweise ist auch vorgesehen, dass der Drehratensensor 1 in einer weiteren Ausführungsform ein nicht dargestelltes substratfestes viertes Aufhängmittel zum relativ zum Substrat 3 beweglichen Aufhängen der mechanischen Brücke 11 umfasst. Bevorzugt ist beispielsweise vorgesehen, dass das erste Aufhängmittel und/oder das zweite Aufhängmittel und/oder das dritte Aufhängmittel und/oder das vierte Aufhängmittel jeweils mindestens eine Feder umfasst.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102009000345 A1 [0002]

Claims

Drehratensensor (1) mit einem Substrat (3) mit einer Haupterstreckungsebene (100) und mit mindestens einer gegenüber dem Substrat (3) beweglichen ersten Struktur (5) und mit mindestens einer gegenüber dem Substrat (3) und gegenüber der ersten Struktur (5) beweglichen zweiten Struktur (7), wobei die erste Struktur (5) zumindest teilweise in einer ersten Ebene (9) parallel zu der Haupterstreckungsebene (100) angeordnet ist, wobei die zweite Struktur (7) zumindest teilweise in der ersten Ebene (9) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehratensensor (1) mindestens eine mit der ersten Struktur (5) verbundene mechanische Brücke (11) in einer zweiten Ebene (13) parallel zu der Haupterstreckungsebene (100) umfasst, wobei die Projektion der mechanischen Brücke (11) auf die Haupterstreckungsebene (100) zumindest teilweise die Projektion der zweiten Struktur (7) auf die Haupterstreckungsebene (100) umfasst.
Drehratensensor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehratensensor (1) mindestens eine gegenüber dem Substrat (3) und gegenüber der ersten Struktur (5) und gegenüber der zweiten Struktur (7) bewegliche dritte Struktur (15) umfasst, wobei die dritte Struktur (15) und die erste Struktur (5) über die mechanische Brücke (11) verbunden sind.
Drehratensensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehratensensor (1) mindestens eine im Wesentlichen zumindest teilweise zwischen der ersten Struktur (5) und der mechanischen Brücke (11) angeordnete und sich zumindest teilweise in einer sich parallel zu der Haupterstreckungsebene (100) erstreckenden dritten Ebene (17) erstreckende erste Schicht (19) aufweist.
Drehratensensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehratensensor (1) mindestens eine im Wesentlichen zumindest teilweise zwischen der dritten Struktur (15) und der mechanischen Brücke (11) angeordnete und sich zumindest teilweise in einer sich parallel zu der Haupterstreckungsebene (100) erstreckenden dritten Ebene (17) erstreckende zweite Schicht (21) aufweist.
Drehratensensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Struktur (7) in einem Bereich einer sich parallel zu der Haupterstreckungsebene (100) erstreckenden dritten Ebene (17) zumindest teilweise von der mechanischen Brücke (11) beabstandet ist.
Drehratensensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehratensensor (1) zum relativ zum Substrat (3) beweglichen Aufhängen der ersten Struktur (5) mindestens ein substratfestes erstes Aufhängmittel umfasst.
Drehratensensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehratensensor (1) zum relativ zum Substrat (3) beweglichen Aufhängen der zweiten Struktur (7) mindestens ein substratfestes zweites Aufhängmittel umfasst.
Drehratensensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehratensensor (1) zum relativ zum Substrat (3) beweglichen Aufhängen der dritten Struktur (15) mindestens ein substratfestes drittes Aufhängmittel umfasst.
Drehratensensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehratensensor (1) zum relativ zum Substrat (3) beweglichen Aufhängen der mechanischen Brücke (11) mindestens ein substratfestes viertes Aufhängmittel umfasst.
Drehratensensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Aufhängmittel und/oder das zweite Aufhängmittel und/oder das dritte Aufhängmittel und/oder das vierte Aufhängmittel jeweils mindestens eine Feder umfasst.