DE102016220510A1 - Mikromechanischer z-Beschleunigungssensor - Google Patents

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Abstract

Mikromechanischer z-Beschleunigungssensor (100), aufweisend:ein seismisches Massenelement (10) mit einer Torsionsfeder (20); wobeidie Torsionsfeder (20) ein Ankerelement (21) aufweist, mit dem die Torsionsfeder (20) an ein Substrat angebunden ist; wobei

Description

  • Die Erfindung betrifft einen mikromechanischen z-Beschleunigungssensor. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen z-Beschleunigungssensors.
  • Stand der Technik
  • US 2008/0087085 A1 offenbart einen MEMS-Sensor mit einer Freifall-Selbsttest-Tauglichkeit, wobei für einen Selbsttest-Aktuator eines Transducers Federn vorgesehen sind, die in drei zueinander orthogonalen Richtungen nachgiebig sind.
  • US 2010/0107763 A1 offenbart einen Transducer mit entkoppelter Sensierfähigkeit in zueinander orthogonalen Richtungen. Zu diesem Zweck ist ein Ankersystem mit Federelementen vorgesehen, die es einer Masse erlauben, in x- und y-Richtung ausgelenkt zu werden.
  • US 2012/0186346 A1 offenbart einen MEMS-Sensor mit gefalteten Torsionsfedern.
  • US 2014/0331770 A1 offenbart eine mechanische Verbindung, die einen Drehpunkt für MEMS- und NEMS-mechanische Strukturen bildet.
  • US 2013/0192362 A1 offenbart eine vibrationstolerante Beschleunigungssensor-Struktur.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Eine Aufgabe der Erfindung ist es, einen verbesserten mikromechanischen z-Beschleunigungssensor bereitzustellen.
  • Die Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt gelöst mit einem mikromechanischen z-Beschleunigungssensor, aufweisend:
    • - ein seismisches Massenelement mit einer Torsionsfeder; wobei
    • - die Torsionsfeder ein Ankerelement aufweist, mit dem die Torsionsfeder an ein Substrat angebunden ist; wobei
    • - die Torsionsfeder an beiden Enden mittels eines in der Ebene des seismischen Massenelements normal zur Torsionsfeder ausgebildeten balkenförmigen Anbindungselements mit dem seismischen Massenelement verbunden ist.
  • Dadurch wird vorteilhaft erreicht, dass bei hohen Belastungen wenigstens ein Teil von mechanischer Verformungsenergie vom Anbindungselement übernommen wird. Vorteilhaft sind dadurch über die Betriebsdauer des mikromechanischen z-Beschleunigungssensors weniger Brüche von Torsionsfedern erreichbar. Vorteilhaft werden mittels der spezifischen Anbindung der Torsionsfeder an die seismische Masse keine nachteiligen Effekte für eine Bewegungscharakteristik des z-Beschleunigungssensors in der xy-Ebene bewirkt.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt wird die Aufgabe gelöst mit einem Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen z-Beschleunigungssensors, aufweisend die Schritte:
    • - Ausbilden eines seismischen Massenelements mit einer Torsionsfeder;
    • - Verankern der Torsionsfeder an einem Substrat mittels eines Ankerelements; wobei
    • - die Torsionsfeder mit dem seismischen Massenelement an beiden Enden mittels jeweils eines Anbindungselements verbunden wird, wobei das Anbindungselement in der Ebene des seismischen Massenelements balkenförmig normal zur Torsionsfeder ausgebildet wird.
  • Bevorzugte Ausführungsformen des mikromechanischen z-Beschleunigungssensors sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen.
  • Eine vorteilhafte Weiterbildung des mikromechanischen z-Beschleunigungssensors ist dadurch gekennzeichnet, dass die Torsionsfeder definiert weicher ist als das Anbindungselement und das Anbindungselement definiert weicher ist als das seismische Massenelement. Auf diese Weise werden günstige Steifigkeitsverhältnisse für die einzelnen Elemente des mikromechanischen z-Beschleunigungssensors bereitgestellt, die bei hohen mechanischen Belastungen günstige Betriebseigenschaften bewirken.
  • Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des mikromechanischen z-Beschleunigungssensors sieht vor, dass eine Breite des Anbindungselements ca. 2 µm bis ca. 5 µm beträgt. Auf diese Weise wird erreicht, dass das Anbindungselement definiert steifer ausgebildet ist als die Torsionsfeder.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausbildung des mikromechanischen z-Beschleunigungssensors sieht vor, dass eine Länge des Anbindungselements ca. 100 µm bis ca. 200 µm beträgt. Auch auf diese Weise wird erreicht, dass das Anbindungselement definiert steifer ausgebildet ist als die Torsionsfeder.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausbildung des mikromechanischen z-Beschleunigungssensors zeichnet sich dadurch aus, dass Abmessungen des Anbindungselements mittels eines Simulationsverfahrens ermittelt werden. Auf diese Weise können an sich bekannte und bewährte Verfahren zur genauen Dimensionierung von Abmessungen des Anbindungselements verwendet werden, beispielsweise in Form von Finite-Elemente-Methoden.
  • Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des mikromechanischen z-Beschleunigungssensors zeichnet sich dadurch aus, dass Übergangsbereiche zwischen der Torsionsfeder und dem Anbindungselement definiert gerundet ausgebildet sind. Auf diese Weise ist vorteilhaft unterstützt, dass eine Bruchgefahr für die mikromechanische Torsionsfeder minimiert ist.
  • Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des mikromechanischen z-Beschleunigungssensors ist dadurch gekennzeichnet, dass das Anbindungselement integral mit dem seismischen Massenelement und der Torsionsfeder ausgebildet wird. Auf diese Weise können für das Herstellen des Anbindungselements für die Torsionsfeder bewährte Herstellungsprozesse der Mikromechanik verwendet werden.
  • Die Erfindung wird im Folgenden mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand von mehreren Figuren detailliert beschrieben. Die Figuren dienen vor allem der prinzipiellen Erläuterung der Erfindung und sind nicht unbedingt maßstabgetreu ausgeführt. Der besseren Übersichtlichkeit halber kann vorgesehen sein, dass nicht in sämtlichen Figuren sämtliche Bezugszeichen eingezeichnet sind.
  • Offenbarte Verfahrensmerkmale ergeben sich analog aus entsprechenden offenbarten Erzeugnismerkmalen und umgekehrt. Dies bedeutet insbesondere, dass sich Merkmale, technische Vorteile und Ausführungen betreffend den mikromechanischen z-Beschleunigungssensor in analoger Weise aus entsprechenden Ausführungen, Merkmalen und Vorteilen betreffend das Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen z-Beschleunigungssensors ergeben und umgekehrt.
  • In den Figuren zeigt:
    • 1 eine Draufsicht auf einen herkömmlichen mikromechanischen z-Beschleunigungssensor;
    • 2 die Anordnung von 1 in einer vergrößerten Ansicht;
    • 3 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform eines vorgeschlagenen mikromechanischen z-Beschleunigungssensors;
    • 4 eine prinzipielles Funktionsdiagramm zum Erläutern einer Wirkungsweise des vorgeschlagenen Anbindungselements für eine Torsionsfeder; und
    • 5 ein prinzipielles Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines mikromechanischen z-Beschleunigungssensors.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • Herkömmliche mikromechanische z-Beschleunigungssensoren mit einer Detektionsrichtung out-of Plane (in z-Richtung) besitzen typischerweise eine Wippenstruktur eines um eine Torsionsachse tordierbaren, asymmetrisch ausgebildeten seismischen Massenelements („z-Wippe“). Dabei wird eine Torsionsfeder direkt an einen Rahmen des seismischen Massenelements ohne dazwischen liegende Elemente angebunden, die zu einer Verringerung von mechanischer Spannung beitragen können.
  • Ein Kerngedanke der Erfindung besteht darin, einen hinsichtlich hoher mechanischer Belastung verbesserten mikromechanischen z-Beschleunigungssensor bereitzustellen.
  • 1 zeigt in einer Draufsicht ein seismisches Massenelement 10 für einen herkömmlichen mikromechanischen Beschleunigungssensor 100, wobei die Torsionsfeder 20 um eine Torsionsachse A tordierbar ausgebildet ist. Über ein Ankerelement 21 ist die Torsionsfeder 20 mit einem darunterliegenden Substrat (nicht dargestellt) verankert. Der besseren Übersichtlichkeit halber sind in 1 und auch in weiterer Folge weitere erforderliche Elemente des z-Beschleunigungssensors, wie zum Beispiel Detektionselektroden, Auswerteelektronik, Gehäuse, usw. nicht dargestellt.
  • Im Ergebnis wird dadurch eine Wippenstruktur für ein z-Sensorelement bereitgestellt, die üblicherweise asymmetrisch ausgebildet ist, um auf diese Weise bei Beschleunigung in z-Richtung eine Auslenkung der Wippenstruktur aus der Ebene zu bewirken und eine in z-Richtung wirkende Beschleunigung zu erfassen. Zur Erläuterung von Koordinaten ist in 1 ein kartesisches Koordinatensystem dargestellt.
  • Die konventionelle Torsionsfeder 20 kann aufgrund der Tatsache, dass sie unmittelbar, d.h. „hart“ am seismischen Massenelement 10 angebunden ist, bei großen Belastungen Schaden nehmen und im Extremfall sogar zu Bruch gehen.
  • 2 zeigt eine vergrößerte Detailansicht des herkömmlichen mikromechanischen z-Beschleunigungssensors 100 von 1. Man erkennt, dass die Torsionsfeder 20 direkt an einen Rahmen des seismischen Massenelements 10 angebunden ist.
  • 3 zeigt eine Draufsicht auf einen Teilbereich eines vorgeschlagenen mikromechanischen z-Beschleunigungssensors 100. Man erkennt, dass vorgesehen ist, die Torsionsfeder 20 über ein balkenförmiges Anbindungselement 30 an das seismische Massenelement 10 anzubinden. Auf diese Weise entsteht in einem Seitenbereich des seismischen Massenelements 10 an beiden Enden der Torsionsfeder 20 jeweils ein spaltenartiger Abschnitt. Der besseren Übersichtlichkeit halber ist in 3 nur ein Endabschnitt der Torsionsfeder 20 dargestellt, wobei das andere Ende der Torsionsfeder 20 in gleicher Weise an das seismische Massenelement 10 angebunden ist, wie das dargestellte Ende.
  • Auf diese Weise ist unterstützt, dass bei großen Krafteinwirkungen auf den mikromechanischen z-Beschleunigungssensor 100 das Anbindungselement 30 wenigstens einen Teil der dabei entstehenden mechanischen Energie übernimmt und dadurch entsprechend ausgelenkt wird. Im Ergebnis kann dadurch die Torsionsfeder 20 vorteilhaft vor übergroßen Belastungen und damit eventuell vor Beschädigung geschützt sein.
  • In 4 zeigt qualitativ eine Querschnittsansicht in Richtung der Ebene des seismischen Massenelements 10. Erkennbar ist, dass bei einer großen Belastung des mikromechanischen z-Beschleunigungssensors 100 in z-Richtung das balkenförmige Anbindungselement 30 bogenartig ausgelenkt wird.
  • Es hat sich herausgestellt, dass eine vorteilhafte Längenabmessung des Anbindungselements 30 ca. 100 µm bis ca. 200 µm beträgt, d.h. zu beiden Seiten der Torsionsfeder jeweils ca. 50 µm bis ca. 100 µm beträgt. Eine Breite des Anbindungselements beträgt vorzugsweise ca. 2 µm bis ca. 5 µm. Dabei können zur genauen Dimensionierung an sich bekannte Simulationsverfahren (z.B. Finite-Elemente-Verfahren) verwendet werden.
  • Vorzugweise ist eine mechanische Steifigkeit des Anbindungselements 30 größer als eine Steifigkeit der Torsionsfeder 20 und eine Steifigkeit des seismischen Massenelements 10 größer als eine Steifigkeit des Anbindungselements 30. Das weichste Element repräsentiert auf diese Weise die Torsionsfeder 20. Auf diese Weise ist bei großer Krafteinwirkung (z.B. bei einem Fallereignis eines mobilen Endgeräts mit dem mikromechanischen z-Beschleunigungssensor) eine homogene Energieaufnahme durch das Anbindungselement 30 unterstützt.
  • Vorzugsweise weisen Übergangsbereiche 31 zwischen der Torsionsfeder 20 und dem Anbindungselements 30 jeweils einen Abschnitt mit einer Krümmung mit einem definierten Radius auf. Dadurch können vorteilhaft mechanische Kerbspannungen zwischen der Torsionsfeder 20 und dem Anbindungselement reduziert und dadurch eine Bruchgefahr für die mikromechanische Torsionsfeder 20 verringert sein.
  • Vorteilhaft ist es möglich, die Torsionsfeder 20 zusammen mit dem Anbindungselement 30 und dem seismischen Massenelement 10 mit gängigen herkömmlichen mikromechanischen Verfahren (z.B. Gasphasenätzen) einstückig bzw. integral herzustellen.
  • Vorteilhaft kann der vorgeschlagene mikromechanische z-Beschleunigungssensor für Anwendungen im Automotive Bereich (z.B. für Sensoren für ESP-Steuergeräte) oder in mobilen Endgeräten eingesetzt werden.
  • Nicht in Figuren dargestellt ist eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des vorgeschlagenen mikromechanischen z-Beschleunigungssensors 100, die z.B. ein mäanderartig geformtes Anbindungselement 30 aufweist. Auf diese Weise kann die Anbindung der Torsionsfeder 20 an das seismische Massenelement 10 definiert weicher als in der Anordnung von 3 ausgestaltet werden.
  • Vorteilhaft wird mit der vorgeschlagenen mikromechanischen Massenelement 10 eine Federaufhängung bereitgestellt, die mehr Bewegungsfreiheit in Out-ofplane-Richtung erlaubt. Im Ergebnis wird dadurch eine Anbindung der Torsionsfeder 20 an einen freiliegenden, nicht mit dem Substrat verbundenen, senkrecht zur Torsionsfeder 20 angeordneten und in der Ebene des seismischen Massenelements 10 ausgebildeten Steg bzw. Balken realisiert. Mittels dieser „Aufhängungseinrichtung“ kann mechanische Spannung in der Torsionsfeder 20 reduziert werden, wenn das seismische Massenelement 10 nach oben oder nach unten bewegt wird. Vorteilhaft wird durch diese spezifische Anbindung der Torsionsfeder 20 an das seismische Massenelement 10 eine In-plane-Steifigkeit des seismischen Massenelements 10 nicht wesentlich verringert.
  • 5 zeigt einen schematisch dargestellten Ablauf eines Verfahrens zum Herstellen eines mikromechanischen z-Beschleunigungssensors.
  • In einem Schritt 200 wird ein Ausbilden eines seismischen Massenelements 10 mit einer Torsionsfeder 20 durchgeführt.
  • In einem Schritt 210 wird ein Verankern der Torsionsfeder 20 an einem Substrat mittels eines Ankerelements 21 durchgeführt, wobei die Torsionsfeder 20 mit dem seismischen Massenelement 10 an beiden Enden mittels jeweils eines Anbindungselements 30 verbunden wird, wobei das Anbindungselement 30 in der Ebene des seismischen Massenelements 10 balkenförmig normal zur Torsionsfeder 20 ausgebildet wird.
  • Zusammenfassend wird mit der vorliegenden Erfindung ein vorteilhaftes Design für einen mikromechanischen z-Beschleunigungssensor vorgeschlagen.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen beschrieben worden ist, ist sie keineswegs darauf beschränkt.
  • Der Fachmann wird somit die Merkmale entsprechend abändern und miteinander kombinieren, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 2008/0087085 A1 [0002]
    • US 2010/0107763 A1 [0003]
    • US 2012/0186346 A1 [0004]
    • US 2014/0331770 A1 [0005]
    • US 2013/0192362 A1 [0006]

Claims (10)

  1. Mikromechanischer z-Beschleunigungssensor (100), aufweisend: - ein seismisches Massenelement (10) mit einer Torsionsfeder (20); wobei - die Torsionsfeder (20) ein Ankerelement (21) aufweist, mit dem die Torsionsfeder (20) an ein Substrat angebunden ist; wobei - die Torsionsfeder (20) an beiden Enden mittels eines in der Ebene des seismischen Massenelements (10) normal zur Torsionsfeder (20) ausgebildeten balkenförmigen Anbindungselements (30) mit dem seismischen Massenelement (10) verbunden ist.
  2. Mikromechanischer z-Beschleunigungssensor (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Torsionsfeder (20) definiert weicher ist als das Anbindungselement (30) und das Anbindungselement (30) definiert weicher ist als das seismische Massenelement (10).
  3. Mikromechanischer z-Beschleunigungssensor (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Breite des Anbindungselements ca. 2 µm bis ca. 5 µm beträgt.
  4. Mikromechanischer z-Beschleunigungssensor (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Länge des Anbindungselements (30) ca. 100 µm bis ca. 200 µm beträgt.
  5. Mikromechanischer z-Beschleunigungssensor (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Abmessungen des Anbindungselements (30) mittels eines Simulationsverfahrens ermittelt werden.
  6. Mikromechanischer z-Beschleunigungssensor (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Übergangsbereiche (31) zwischen der Torsionsfeder (20) und dem Anbindungselement (10) definiert gerundet ausgebildet sind.
  7. Mikromechanischer z-Beschleunigungssensor (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anbindungselement integral mit dem seismischen Massenelement (10) und der Torsionsfeder (20) ausgebildet wird.
  8. Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen z-Beschleunigungssensors (100), aufweisend die Schritte: - Ausbilden eines seismischen Massenelements (10) mit einer Torsionsfeder (20); - Verankern der Torsionsfeder (20) an einem Substrat mittels eines Ankerelements (21); wobei - die Torsionsfeder (20) mit dem seismischen Massenelement (10) an beiden Enden mittels jeweils eines Anbindungselements (30) verbunden wird, wobei das Anbindungselement (30) in der Ebene des seismischen Massenelements (10) balkenförmig normal zur Torsionsfeder (20) ausgebildet wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Anbindungselement integral mit dem seismischen Massenelement (10) und der Torsionsfeder (20) ausgebildet wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Torsionsfeder (20) definiert weicher ist als das Anbindungselement (30) und das Anbindungselement (30) definiert weicher ist als das seismische Massenelement (10) ausgebildet wird.
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DE (1) DE102016220510A1 (de)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080087085A1 (en) 2006-10-11 2008-04-17 Freescale Semiconductor, Inc. Sensor having free fall self-test capability and method therefor
US20100107763A1 (en) 2008-10-30 2010-05-06 Freescale Semiconductor, Inc. Transducer with decoupled sensing in mutually orthogonal directions
US20120186346A1 (en) 2011-01-24 2012-07-26 Freescale Semiconductor, Inc. Mems sensor with folded torsion springs
US20130192362A1 (en) 2012-01-12 2013-08-01 Murata Electronics Oy Vibration tolerant acceleration sensor structure
US20140331770A1 (en) 2011-12-12 2014-11-13 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Ene Alt Mechanical connection forming a pivot for mems and nems mechanical structures

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006058747A1 (de) * 2006-12-12 2008-06-19 Robert Bosch Gmbh Mikromechanischer z-Sensor
US7814794B2 (en) * 2007-09-07 2010-10-19 Pixart Imaging Inc. Micromachined sensors
DE102009000167A1 (de) * 2009-01-13 2010-07-22 Robert Bosch Gmbh Sensoranordnung
DE102009002702B4 (de) * 2009-04-28 2018-01-18 Hanking Electronics, Ltd. Mikromechanischer Sensor
DE102010029645B4 (de) * 2010-06-02 2018-03-29 Robert Bosch Gmbh Mikromechanisches Bauelement mit einer Teststruktur zur Bestimmung der Schichtdicke einer Abstandsschicht und Verfahren zum Herstellen einer solchen Teststruktur
CN102012434B (zh) * 2010-09-17 2012-11-07 孙博华 一种微机电电容式角速度传感器及其制作方法
DE102011076551B4 (de) * 2011-05-26 2024-02-22 Robert Bosch Gmbh Inertialsensor
DE102011057169A1 (de) * 2011-12-29 2013-07-04 Maxim Integrated Products, Inc. Mikroelektromechanisches System
DE102012206854B4 (de) * 2012-04-25 2020-11-12 Robert Bosch Gmbh Hybrid integriertes Bauteil und Verfahren zu dessen Herstellung
DE102012207939A1 (de) * 2012-05-11 2013-11-14 Robert Bosch Gmbh Federnder Anschlag für Beschleunigungssensor
DE102013222747A1 (de) * 2013-11-08 2015-05-13 Robert Bosch Gmbh Mikromechanischer Z-Sensor
DE102016208925A1 (de) * 2016-05-24 2017-11-30 Robert Bosch Gmbh Mikromechanischer Sensor und Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Sensors

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080087085A1 (en) 2006-10-11 2008-04-17 Freescale Semiconductor, Inc. Sensor having free fall self-test capability and method therefor
US20100107763A1 (en) 2008-10-30 2010-05-06 Freescale Semiconductor, Inc. Transducer with decoupled sensing in mutually orthogonal directions
US20120186346A1 (en) 2011-01-24 2012-07-26 Freescale Semiconductor, Inc. Mems sensor with folded torsion springs
US20140331770A1 (en) 2011-12-12 2014-11-13 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Ene Alt Mechanical connection forming a pivot for mems and nems mechanical structures
US20130192362A1 (en) 2012-01-12 2013-08-01 Murata Electronics Oy Vibration tolerant acceleration sensor structure

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