DE102018209512A1 - Micromechanical system - Google Patents

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DE102018209512A1
DE102018209512A1 DE102018209512.4A DE102018209512A DE102018209512A1 DE 102018209512 A1 DE102018209512 A1 DE 102018209512A1 DE 102018209512 A DE102018209512 A DE 102018209512A DE 102018209512 A1 DE102018209512 A1 DE 102018209512A1
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seismic mass
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stop
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Stefano Cardanobile
Robert Ramsperger
Odd-Axel Pruetz
Markus Linck-Lescanne
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • G01P2015/0871Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with particular means being integrated into a MEMS accelerometer structure for providing particular additional functionalities to those of a spring mass system using stopper structures for limiting the travel of the seismic mass

Abstract

Mikromechanisches System (100), aufweisend:- wenigstens eine in eine Auslenkrichtung bewegliche seismische Masse (10); und- wenigstens ein rahmenförmiges Federelement (20), das aufgrund einer Auslenkung der seismischen Masse (10) in eine von der Auslenkrichtung der seismischen Masse (10) unterschiedliche Richtung auslenkbar ist; und- eine Anschlagseinrichtung (30) zum Anschlagen des Federelements (20) im Falle eines Einwirkens einer mechanischen Überlast auf das mikromechanische System (100).Micromechanical system (100), comprising: - at least one seismic mass (10) movable in a deflection direction; and- at least one frame-shaped spring element (20) which can be deflected in a direction different from the deflection direction of the seismic mass (10) due to a deflection of the seismic mass (10); and a stop device (30) for striking the spring element (20) in the event of a mechanical overload acting on the micromechanical system (100).

Description

Die Erfindung betrifft ein mikromechanisches System. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Systems.The invention relates to a micromechanical system. The invention further relates to a method for producing a micromechanical system.

Stand der TechnikState of the art

Mikromechanische Inertialsensoren, zum Beispiel zur Detektion von Beschleunigung oder Drehrate, sowie auch mikromechanische Mikrospiegel basieren im Allgemeinen auf Feder-Masse-Systemen. Dabei existieren bewegliche Strukturen, die an Federn aufgehängt sind und sich innerhalb gewisser Bereiche auslenken können. Im Normalbetrieb der genannten Sensoren sind diese Auslenkungen klein genug, dass es nicht zum mechanischen Anschlagen kommt. Bei mechanischer Überlast, die z.B. durch externe Linear- oder Drehbeschleunigungen sowie auch durch zu hohe elektrostatische Kräfte verursacht ist, kann es vorkommen, dass Teile der beweglichen Struktur mechanisch anschlagen.Micromechanical inertial sensors, for example for the detection of acceleration or rotation rate, as well as micromechanical micromirrors are generally based on spring-mass systems. There are movable structures that are suspended from springs and can deflect within certain areas. In normal operation of the sensors mentioned, these deflections are small enough that mechanical stops do not occur. In the event of mechanical overload, e.g. caused by external linear or rotational accelerations as well as by excessive electrostatic forces, it can happen that parts of the moving structure strike mechanically.

Das mechanische Anschlagen kann zwischen zwei beweglichen Strukturen sowie zwischen einer beweglichen und einer Feststruktur stattfinden. Wenn es zu solchen Berührungen kommt, besteht die Gefahr von Schädigungen bzw. Partikelbildung.Mechanical striking can take place between two movable structures and between a movable and a fixed structure. If such contact occurs, there is a risk of damage or particle formation.

Ein anderer ungünstiger Fall liegt vor, wenn bei Überlast gar keine bewegungseinschränkende Struktur vorhanden ist, wodurch große Auslenkungen entstehen können, die unter Umständen dazu führen, dass z.B. Federn brechen, da die mechanischen Spannungen größer werden als die Bruchspannungsgrenze des verwendeten Materials.Another unfavorable case is when there is no movement-restricting structure in the event of an overload, which can result in large deflections which, under certain circumstances, can lead to e.g. Springs break because the mechanical stresses exceed the breaking stress limit of the material used.

Um diese beiden ungünstigen Situationen zu vermeiden, werden üblicherweise sogenannte mechanische Anschläge eingesetzt, die ein definiertes Abbremsen der sich auslenkenden Strukturen ermöglichen. Diese Anschläge sollen idealerweise so ausgelegt sein, dass ein guter Kompromiss zwischen ausreichender Beweglichkeit und frühem Unterbinden von zu großen Auslenkungen erreicht wird.In order to avoid these two unfavorable situations, so-called mechanical stops are usually used, which allow a defined braking of the deflecting structures. Ideally, these stops should be designed so that a good compromise between sufficient mobility and early prevention of excessive deflections is achieved.

1 zeigt stark vereinfacht eine derartige Struktur mit einer seismischen Masse 10, die in x-Richtung (Auslenkungsrichtung) beweglich ist und ein rahmenförmiges Federelement 20 aufweist. Eine strichlierte Umrandung der seismischen Masse 10 deutet die geometrische Ruhelage der seismischen Masse 10 an. Das Federelement 20 ist ferner mit einem unbeweglichen Anbindungselement 11 verbunden. 1 shows such a structure with a seismic mass in a highly simplified manner 10 , in the x -Direction (deflection direction) is movable and a frame-shaped spring element 20 having. A dashed border around the seismic mass 10 indicates the geometric rest position of the seismic mass 10 on. The spring element 20 is also with an immobile connecting element 11 connected.

In 2 ist eine Auslenkung der seismischen Masse 10 aus der Ruhelage angedeutet, wobei sich aufgrund einer Bewegung der seismischen Masse 10 in x-Richtung das rahmenförmige Federelement 20 nach innen, d.h. in y-Richtung klappt und dabei an sich selbst anschlägt bevor die seismische Masse 10 an die Anschlagselemente 31 angeschlagen hat.In 2 is a deflection of the seismic mass 10 indicated from the rest position, whereby due to a movement of the seismic mass 10 in x -Direction of the frame-shaped spring element 20 inside, ie in y Direction works and strikes itself before the seismic mass 10 to the stop elements 31 struck.

In 3 ist erkennbar, dass die seismische Masse 10 an die Anschlagselemente 31 angeschlagen ist, wobei zu diesem Zeitpunkt jedoch möglicherweise schon das rahmenartige Federelement 20 beschädigt wurde bzw. eine Partikelbildung verursacht hat.In 3 can be seen that the seismic mass 10 to the stop elements 31 is struck, but at this time the frame-like spring element may already be 20 has been damaged or caused particle formation.

Die 1 bis 3 zeigen somit eine schematische Darstellung einer beweglichen Struktur in Form einer seismischen Masse 10, die aufgrund ihrer Auslenkung eine weitere filigrane Balkenstruktur mit auslenkt. Die Anschlagselemente 31 bilden „Soll-Anschläge“. Erkennbar ist, dass sich die filigrane Balkenstruktur in einer zur Auslenkungsrichtung der seismischen Masse 10 unterschiedlichen Richtung auslenkt, wobei die filigrane Struktur mit sich selbst kollidiert, bevor die Soll-Anschläge wirken können.The 1 to 3 thus show a schematic representation of a movable structure in the form of a seismic mass 10 which, due to its deflection, also deflects another filigree bar structure. The stop elements 31 form "target stops". It can be seen that the filigree bar structure is aligned with the direction of deflection of the seismic mass 10 deflects different directions, whereby the filigree structure collides with itself before the target stops can act.

Üblicherweise werden Anschläge beim Sensor-Design so platziert, dass Bewegungen in der Hauptbewegungsrichtung der sich auslenkenden Masse unterbunden werden. Auftretende Schwierigkeiten dabei sind jedoch oft:

  • - dass der notwendige Platz für ausreichend stabil dimensionierte Anschläge nicht vorhanden ist
  • - dass nicht alle an der Auslenkung beteiligten Teilstrukturen in die gleiche Hauptrichtung auslenken, sondern aufgrund von Schrägbewegungen und/oder Umlenkungseffekten zum Teil schräg, quer oder gar rückwärtig dazu gerichtet sind
  • - dass es über Layout-Regeln prozesstechnisch bedingte Vorgaben bezüglich minimal möglicher Anschlagsgaps gibt, und diese in gewissen Situationen nicht wirksam sein können, wenn z.B. Hebelarme auslenkungsverstärkend wirken.
Stops in sensor design are usually placed in such a way that movements in the main direction of movement of the deflecting mass are prevented. However, difficulties that often arise are:
  • - That the necessary space for sufficiently sturdy stops is not available
  • - That not all of the substructures involved in the deflection deflect in the same main direction, but are directed partly obliquely, transversely or even backwards due to oblique movements and / or deflection effects
  • - That there are process-related specifications regarding minimum possible stop gaps, which cannot be effective in certain situations if, for example, lever arms reinforce the deflection.

Eine Koppelstruktur in Form eines so sogenannten „Koppelkreuzes“ eines mikromechanischen Inertialsensors ist aus US 2012/247206 A bekannt. Eine prinzipielle Draufsicht auf eine derartige Koppelstruktur ist in 4 dargestellt. Man erkennt zwei seismische Massen 10, die mittels der Koppelstruktur in Form eines rahmenförmigen Federelements 20 an ein unbewegliches Anbindungselement 11 angebunden sind.A coupling structure in the form of a so-called “coupling cross” of a micromechanical inertial sensor has ended US 2012/247206 A known. A basic plan view of such a coupling structure is shown in 4 shown. Two seismic masses can be seen 10 by means of the coupling structure in the form of a frame-shaped spring element 20 to an immovable connection element 11 are connected.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes mikromechanisches System bereitzustellen.An object of the present invention is to provide an improved micromechanical system.

Gemäß einem ersten Aspekt wird die Aufgabe gelöst mit einem mikromechanischen System, aufweisend:

  • - wenigstens eine in eine Auslenkrichtung bewegliche seismische Masse; und
  • - wenigstens ein rahmenförmiges Federelement, das aufgrund einer Auslenkung der seismischen Masse in eine von der Auslenkrichtung der seismischen Masse unterschiedliche Richtung auslenkbar ist; und
  • - eine Anschlagseinrichtung zum Anschlagen des Federelements im Falle eines Einwirkens einer mechanischen Überlast auf das mikromechanische System.
According to a first aspect, the task is solved with a micromechanical system, comprising:
  • - At least one seismic mass movable in a deflection direction; and
  • - At least one frame-shaped spring element which can be deflected in a direction different from the deflection direction of the seismic mass due to a deflection of the seismic mass; and
  • - A stop device for striking the spring element in the event of a mechanical overload acting on the micromechanical system.

Gemäß einem zweiten Aspekt wird die Aufgabe gelöst mit einem Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Systems, aufweisend die Schritte:

  • - Bereitstellen wenigstens einer in eine Auslenkrichtung beweglichen seismischen Masse;
  • - Bereitstellen wenigstens eines rahmenförmigen Federelements, das aufgrund einer Auslenkung der seismischen Masse in eine von der Auslenkrichtung der seismischen Masse unterschiedliche Richtung auslenkbar ist; und
  • - Bereitstellen einer Anschlagseinrichtung zum Anschlagen des Federelements im Falle eines Einwirkens einer mechanischen Überlast auf das mikromechanische System.
According to a second aspect, the object is achieved with a method for producing a micromechanical system, comprising the steps:
  • - Providing at least one seismic mass movable in a deflection direction;
  • Providing at least one frame-shaped spring element which can be deflected in a direction different from the deflection direction of the seismic mass due to a deflection of the seismic mass; and
  • - Providing a stop device for striking the spring element in the event of a mechanical overload acting on the micromechanical system.

Bevorzugte Weiterbildungen des mikromechanischen Systems sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen.Preferred developments of the micromechanical system are the subject of dependent claims.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des mikromechanischen Systems zeichnet sich dadurch aus, dass die Anschlagseinrichtung ein auf einem Verankerungselement angeordnetes Anschlagselement innerhalb des rahmenförmigen Federelements aufweist. Auf diese Weise werden Anschlagsnoppen auf einem Verankerungselement bereitgestellt, die bei einem Einwirken von mechanischer Überlast auf das mikromechanische System ein Anschlagen des rahmenförmigen Federelements an sich selbst verhindern. Durch das Vorhandensein des Verankerungselements kann zudem vorteilhaft eine Ätzumgebung homogenisiert werden, was in einem Herstellungsprozess des mikromechanischen Systems günstig für die Herstellung von homogenen Strukturen ist. Insbesondere kann dadurch ein Kantenverlust minimiert werden.An advantageous development of the micromechanical system is characterized in that the stop device has a stop element arranged on an anchoring element within the frame-shaped spring element. In this way, stop knobs are provided on an anchoring element which prevent the frame-shaped spring element from striking itself when mechanical overload acts on the micromechanical system. The presence of the anchoring element can also advantageously be used to homogenize an etching environment, which is favorable for the production of homogeneous structures in a manufacturing process of the micromechanical system. In particular, this can minimize edge loss.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des mikromechanischen Systems zeichnet sich dadurch aus, dass das Anschlagselement innerhalb des rahmenartigen Federelements angeordnet ist. Dadurch kann vorteilhaft eine integrale Ausbildung der Anschlagselemente mit dem rahmenförmigen Federelements realisiert werden. Ein funktionales Zusammenwirken der Anschlagselemente erfolgt durch ein geeignet ausgebildetes Verankerungselement im Inneren des rahmenförmigen Federelements.Another advantageous development of the micromechanical system is characterized in that the stop element is arranged within the frame-like spring element. In this way, an integral design of the stop elements with the frame-shaped spring element can advantageously be realized. A functional interaction of the stop elements takes place through a suitably designed anchoring element in the interior of the frame-shaped spring element.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des mikromechanischen Systems zeichnet sich dadurch aus, dass wenigstens ein Anschlagselement außerhalb des rahmenförmigen Federelements angeordnet ist. Auf diese Weise wird vorteilhaft eine alternative Ausbildung des Anschlagselements bereitgestellt, die es vorteilhaft ermöglicht, im Inneren des rahmenförmigen Federelements eine elektrische Leiterbahn auszubilden.Another advantageous development of the micromechanical system is characterized in that at least one stop element is arranged outside the frame-shaped spring element. In this way, an alternative embodiment of the stop element is advantageously provided, which advantageously makes it possible to form an electrical conductor track inside the frame-shaped spring element.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen des mikromechanischen Systems zeichnen sich dadurch aus, dass wenigstens zwei Anschlagselemente orthogonal zur Bewegungsrichtung der seismischen Masse angeordnet sind oder dass wenigstens zwei Anschlagselemente schräg zur Bewegungsrichtung der seismischen Masse angeordnet sind. Dadurch ist vorteilhaft eine hohe Designfreiheit der Ausbildung der Anschlagseinrichtung unterstützt.Further advantageous developments of the micromechanical system are characterized in that at least two stop elements are arranged orthogonally to the direction of movement of the seismic mass or that at least two stop elements are arranged obliquely to the direction of movement of the seismic mass. This advantageously supports a high degree of design freedom in the design of the stop device.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des mikromechanischen Systems zeichnet sich dadurch aus, dass das Verankerungselement ohne Anschlagselement ausgebildet ist. Diese Variante kann insbesondere zur Homogenisierung der Ätzumgebung benutzt werden, wobei gleichmäßigere Strukturen mit geringerem Kantenverlust hergestellt werden können.Another advantageous development of the micromechanical system is characterized in that the anchoring element is designed without a stop element. This variant can be used in particular for homogenizing the etching environment, it being possible to produce more uniform structures with less edge loss.

Die Erfindung wird im Folgenden mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand von mehreren Figuren im Detail beschrieben. Die Figuren sind insbesondere zur Verdeutlichung der erfindungswesentlichen Prinzipien gedacht und sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu ausgeführt. Gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente haben gleiche Bezugszeichen. Der besseren Übersichtlichkeit halber kann vorgesehen sein, dass nicht in sämtlichen Figuren sämtliche Bezugszeichen eingezeichnet sind.The invention is described in more detail below with further features and advantages using several figures. The figures are intended in particular to illustrate the principles essential to the invention and are not necessarily carried out to scale. The same or functionally identical elements have the same reference numerals. For the sake of clarity, it can be provided that not all reference numbers are drawn in all the figures.

Offenbarte Vorrichtungsmerkmale ergeben sich analog aus entsprechenden offenbarten Verfahrensmerkmalen und umgekehrt. Dies bedeutet insbesondere, dass sich Merkmale, technische Vorteile und Ausführungen betreffend das Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Systems in analoger Weise aus entsprechenden Ausführungen, Merkmalen und Vorteilen betreffend das mikromechanische System ergeben und umgekehrt.Revealed device features result analogously from corresponding disclosed process features and vice versa. This means in particular that features, technical advantages and designs relating to the method for producing a micromechanical system result analogously from corresponding designs, features and advantages relating to the micromechanical system and vice versa.

In den Figuren zeigt:

  • 1-3 prinzipielle Ansichten eines bekannten mikromechanischen Systems in verschiedenen Bewegungsphasen;
  • 4 eine Draufsicht auf eine herkömmliche Koppelstruktur für einen mikromechanischen Inertialsensor;
  • 5 eine Draufsicht auf einen Ausschnitt der herkömmlichen Koppelstruktur von 4;
  • 6-9 prinzipielle Ansichten von unterschiedlichen Ausführungsformen eines vorgeschlagenen mikromechanischen Systems; und
  • 10 einen prinzipiellen Ablauf einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen eines vorgeschlagenen mikromechanischen Systems.
The figures show:
  • 1-3 basic views of a known micromechanical system in different movement phases;
  • 4 a plan view of a conventional coupling structure for a micromechanical inertial sensor;
  • 5 a plan view of a section of the conventional coupling structure of 4 ;
  • 6-9 basic views of different embodiments of a proposed micromechanical system; and
  • 10 a basic sequence of an embodiment of a method for producing a proposed micromechanical system.

Beschreibung von AusführungsformenDescription of embodiments

Ein Kerngedanke der Erfindung besteht insbesondere darin, ein verbessertes mikromechanisches System bereitzustellen, welches verbesserte Anschlagseigenschaften aufweist.A key idea of the invention is in particular to provide an improved micromechanical system which has improved stop properties.

Anschläge werden typischerweise entlang der Richtung verwendet, die der Hauptauslenkungsrichtung der sich auslenkenden Struktur entspricht. Vorteilhaft ist es beim vorgeschlagenen mikromechanischen System auch möglich, Teilstrukturen zu schützen, die sich in davon abweichenden Richtungen bewegen bzw. auslenken.Stops are typically used along the direction corresponding to the main direction of deflection of the deflecting structure. In the proposed micromechanical system, it is also advantageously possible to protect substructures that move or deflect in directions that deviate therefrom.

Durch die Verwendung von Anschlagselementen an ausgewählten Stellen, die nicht der Hauptbewegungsrichtung der sich auslenkenden Struktur entsprechen, werden Bereiche geschützt, die in herkömmlichen Systemen beschädigt werden können. Dabei kann es unter anderem zu Partikelbildung, die für weitere Fehlerbilder ursächlich sind, wie z.B. Offsetverschiebungen, Veränderungen von Sensorparametern über Temperatur und/oder Lebensdauer, usw. kommen. All dies kann durch den Einsatz der nachfolgend beschriebenen spezifischen Anschlagselemente eines mikromechanischen Systems vermieden werden.The use of stop elements at selected locations that do not correspond to the main direction of movement of the deflecting structure protects areas that can be damaged in conventional systems. Among other things, this can lead to particle formation that is the cause of further error patterns, such as Offset shifts, changes in sensor parameters via temperature and / or service life, etc. come. All of this can be avoided by using the specific stop elements of a micromechanical system described below.

Vorteilhaft kann lässt sich die Festanbindung der Anschlagsstrukturen nebenbei als Homogenisierung der Ätzumgebung von sensiblen Federstrukturen verwenden. Dies ist vorteilhaft bezüglich einer Kontrolle von Einflüssen des sogenannten Kantenverlusts auf mechanische Eigenschaften sowie für die Prognostizierbarkeit von Modalfrequenzen (Eigenfrequenzen) durch Simulation.The fixed connection of the stop structures can advantageously also be used as a homogenization of the etching environment of sensitive spring structures. This is advantageous with regard to checking the effects of the so-called edge loss on mechanical properties and for the predictability of modal frequencies (natural frequencies) by simulation.

Ferner kann über eine Dimensionierung sowie der Perforierung der Festanbindung auch ein Füllgrad der polykristallinen Schichtstruktur beeinflusst werden, was eine günstige Einflussnahme auf den globalen Kantenverlust innerhalb des Wafers erlaubt. Dies lässt sich insbesondere dadurch begründen, dass die Ätzgase bzw. -plasmen mit umso geringerer Dynamik bzw. Ätzrate wirken können, je homogener die vorliegende Ätzumgebung ist.Furthermore, a dimensioning and the perforation of the fixed connection can also influence a degree of filling of the polycrystalline layer structure, which allows a favorable influence on the global edge loss within the wafer. This can be explained in particular by the fact that the etching gases or plasmas can act with less dynamic or etching rate, the more homogeneous the etching environment is.

5 zeigt eine Draufsicht auf einen linken oberen Abschnitt (2. Quadrant) der herkömmlichen Koppelstruktur von 4, wobei die Darstellung von 5 einen Abschnitt der ungeschützten Originalstruktur repräsentiert. Man erkennt, dass das rahmenförmige Federelement 20 einen schräg ausgerichteten Abschnitt in Form einer 45°-Stützfeder aufweist, welcher mit dem starren Anbindungselement 11 verbunden ist. 5 shows a top view of a left upper section ( 2 , Quadrant) of the conventional coupling structure from 4 , the representation of 5 represents a section of the unprotected original structure. It can be seen that the frame-shaped spring element 20 has an obliquely aligned section in the form of a 45 ° support spring, which with the rigid connecting element 11 connected is.

In den 6 bis 9 ist jeweils das oberes linke Viertel der Struktur von 5 dargestellt, allerdings jeweils ergänzt mit einer vorgeschlagenen Anschlagseinrichtung.In the 6 to 9 is the top left quarter of the structure of 5 shown, but each supplemented with a proposed stop device.

6 zeigt eine erste Ausführungsform des mikromechanischen Systems 100. In diesem Fall wird bei einer Bewegung der seismischen Masse 10 in x-Richtung eine mögliche Auslenkung des rahmenförmigen Federelements 20 bereits nach einer sehr geringen Wegstrecke unterbunden. Dadurch kann sich kinetische Energie aufgrund von Störbeschleunigung vorteilhaft in nur geringem Maße aufbauen. Infolgedessen ist das Risiko zur Partikelbildung geringer im Vergleich zu einer Situation, bei der eine längere „Anlaufstrecke“ vor einem Anschlag vorhanden ist. Aufgrund der frühen Bewegungseinschränkungen ist jedoch bei Vibration auch sehr frühes Eintreten eines Klebens (engl. clipping) möglich, was aus Anwendungssicht für eine Clipping-Performance ungünstig sein kann. 6 shows a first embodiment of the micromechanical system 100 , In this case, the seismic mass moves 10 in x Direction a possible deflection of the frame-shaped spring element 20 stopped after a very short distance. As a result, kinetic energy can advantageously only build up to a small extent due to interference acceleration. As a result, the risk of particle formation is lower compared to a situation where there is a longer “run-up distance” before a stop. Due to the early movement restrictions, however, vibration can also occur very early (clipping), which can be unfavorable for a clipping performance from an application perspective.

Ein weiteres mögliches Problem dieser Art der Realisierung ist, dass das Anschlagen nicht frontal, sondern mit einer gewissen Seitwärtsbewegung gegenüber dem Festanschlag einhergeht. Daraus resultiert eine gewisse Gefahr für Verklemmung bzw. Verhakung der Struktur, d.h., dass ein Risiko besteht, dass sich die Struktur nach einem Anschlagen unter Umständen nicht wieder löst.Another possible problem with this type of implementation is that the striking is not accompanied by a frontal movement but rather by a certain sideways movement relative to the fixed stop. This results in a certain risk of jamming or snagging of the structure, i.e. there is a risk that the structure may not come loose after striking.

Erreicht wird dies mittels Anschlagselementen 31, die im Inneren des rahmenförmigen Federelements 20 an unbeweglichen Verankerungselementen 30 verankert sind. Spalte zwischen den Anschlagselemente 31 und dem rahmenförmigen Federelement 20 sowie Auslenkungen des rahmenförmigen Federelements 20 sind ausreichend unterschiedlich groß, sodass im Normalbetrieb des mikromechanischen Systems 100 kein Anschlagen des Federelements 20 an die Anschlagselemente 31 erfolgt. Dies kann jedoch bei einer Überlast auf das mikromechanische System, z.B. infolge eines Crashs im Fahrzeug oder eines herabfallenden Sensors mit dem mikromechanischen System 100, usw. der Fall sein, sodass auf diese Weise das mikromechanische System 100 geschützt ist.This is achieved by means of stop elements 31 that inside the frame-shaped spring element 20 on immovable anchoring elements 30 are anchored. Gap between the stop elements 31 and the frame-shaped spring element 20 and deflections of the frame-shaped spring element 20 are sufficiently different in size so that in normal operation of the micromechanical system 100 no striking of the spring element 20 to the stop elements 31 he follows. However, this can also result in the event of an overload on the micromechanical system, for example as a result of a crash in the vehicle or a falling sensor the micromechanical system 100 , etc., so that in this way the micromechanical system 100 is protected.

7 zeigt eine weitere Realisierung eines mikromechanischen Systems 100, die der sich auslenkenden Struktur im Vergleich zur Ausführungsform von 6 einen größeren Freiraum lässt, und damit also später anschlägt. Dafür findet der Anschlagsvorgang im Vergleich zur Ausführungsform von 6 frontal statt. Dabei sind die Anschlagselement 31 integral am Innenbereich des rahmenförmigen Federelements 20 ausgebildet, die mit Nuten der Verankerungselemente 30 zusammenwirken. Beide genannten Nachteile der Ausführungsform von 6 sind hier umgangen, wobei sich in diesem Falle mehr kinetische Energie aufbauen kann und dadurch unter Umständen eine erhöhte Gefahr von Partikelbildung besteht. 7 shows a further implementation of a micromechanical system 100 that of the deflecting structure compared to the embodiment of 6 leaves a larger free space, and thus strikes later. For this, the attack process takes place in comparison to the embodiment of 6 head-on instead. Here are the stop element 31 integral to the interior of the frame-shaped spring element 20 trained with grooves of the anchoring elements 30 interact. Both mentioned disadvantages of the embodiment of 6 are circumvented here, in which case more kinetic energy can build up and there may be an increased risk of particle formation.

In den Ausführungsformen der mikromechanischen Systeme 100 der 6 und 7 sind ferner auch dreieckig ausgebildete Verankerungselemente 30 erkennbar, die neben ihrer Funktion als Festanbindung der Anschlagselemente 31 auch eine Funktion der Homogenisierung der Ätzumgebung erfüllen, sowie zu einer positiven Beeinflussung in Form einer Erhöhung des Füllgrads nützlich sind.In the embodiments of the micromechanical systems 100 of the 6 and 7 are also triangular anchoring elements 30 recognizable, in addition to their function as a permanent connection of the stop elements 31 also perform a function of homogenizing the etching environment, and are useful for a positive influence in the form of an increase in the degree of filling.

Die 8 und 9 zeigen Draufsichten auf alternative Ausführungsformen eines mikromechanischen Systems 100, bei denen die entsprechenden Anschlagselemente 31 außerhalb des rahmenartigen Federelements 20 angeordnet sind. Denkbar wäre es auch, analog zu den Ausführungsformen der 6 und 7 ausgebildete Anschlagselemente 31 vorzusehen (nicht dargestellt).The 8th and 9 show top views of alternative embodiments of a micromechanical system 100 , where the corresponding stop elements 31 outside the frame-like spring element 20 are arranged. It would also be conceivable, analogous to the embodiments of the 6 and 7 trained stop elements 31 to be provided (not shown).

Vorteilhaft können die Varianten der 6 und 7 auch mit den Varianten der 8 und 9 kombiniert werden (nicht dargestellt).The variants of the 6 and 7 also with the variants of 8th and 9 can be combined (not shown).

Im Ergebnis kann mit den vorgehend erläuterten Maßnahmen ein definiertes Anschlagen der seismischen Masse 10 an die Anschlagselemente 31 erreicht werden, wodurch das gesamte mikromechanische System 100 wirksam geschützt ist.As a result, with the measures explained above, the seismic mass can be struck in a defined manner 10 to the stop elements 31 can be achieved, thereby the entire micromechanical system 100 is effectively protected.

Vorteilhaft kann das vorgeschlagene mikromechanische System 100 für einen Inertialsensor oder für einen mikromechanischen Mikrospiegel verwendet werden. Ein Aufprall eines mit dem vorgeschlagenen mikromechanischen System ausgestatteten Geräts (z.B. ein Mobiltelefon) hat vorteilhaft keine nachteiligen Folgen auf einen mit dem vorgeschlagenen mikromechanischen System 100 ausgestatteten Inertialsensor.The proposed micromechanical system can be advantageous 100 can be used for an inertial sensor or for a micromechanical micromirror. An impact of a device equipped with the proposed micromechanical system (for example a mobile phone) advantageously has no disadvantageous consequences for a device equipped with the proposed micromechanical system 100 equipped inertial sensor.

Nicht in Figuren dargestellt ist, dass die Verankerungselemente 30 auch ohne jegliche Anschlagselemente 31 ausgebildet sein können, sodass in diesem Fall eine Erhöhung des Füllgrads realisiert werden kann.It is not shown in figures that the anchoring elements 30 even without any stop elements 31 can be designed so that in this case an increase in the degree of filling can be realized.

10 zeigt einen prinzipiellen Ablauf einer Ausführungsform zum Herstellen eines mikromechanischen Systems 100. 10 shows a basic sequence of an embodiment for producing a micromechanical system 100 ,

In einem Schritt 200 wird ein Bereitstellen wenigstens einer in eine Auslenkrichtung beweglichen seismischen Masse 10 durchgeführt.In one step 200 is a provision of at least one seismic mass movable in a deflection direction 10 carried out.

In einem Schritt 210 wird ein Bereitstellen wenigstens eines rahmenförmigen Federelements 20 durchgeführt, das aufgrund einer Auslenkung der seismischen Masse 10 in eine von der Auslenkrichtung der seismischen Masse 10 unterschiedliche Richtung auslenkbar ist.In one step 210 is a provision of at least one frame-shaped spring element 20 carried out due to a deflection of the seismic mass 10 in one of the direction of deflection of the seismic mass 10 different direction can be deflected.

In einem Schritt 220 wird ein Bereitstellen einer Anschlagseinrichtung zum Anschlagen des Federelements 20 im Falle eines Einwirkens einer mechanischen Überlast auf das mikromechanische System 100 durchgeführt.In one step 220 is a provision of a stop device for striking the spring element 20 in the event of mechanical overload acting on the micromechanical system 100 carried out.

Die Reihenfolge der Schritte 200 und 220 ist dabei in geeigneter Weise auch vertauschbar.The order of the steps 200 and 220 is also interchangeable in a suitable manner.

Zusammenfassend wird mit der vorliegenden Erfindung ein verbessertes mikromechanisches System bereitgestellt, welches ein definiertes Anschlagsverhalten der seismischen Masse an Anschlagselemente realisiert. Erreicht wird dies durch so genannte „Umlenkungsanschläge“, die die Koppelstruktur aufgrund eines Auslenkens der seismischen Masse vor einer Zerstörung bzw. zumindest einer Beschädigung schützen.In summary, the present invention provides an improved micromechanical system which realizes a defined stop behavior of the seismic mass on stop elements. This is achieved by so-called "deflection stops", which protect the coupling structure from destruction or at least damage due to deflection of the seismic mass.

Obwohl die Erfindung vorgehend anhand eines konkreten Ausführungsbeispiels beschrieben wurde, ist sie keineswegs darauf beschränkt. Der Fachmann wird erkennen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen des vorgeschlagenen mikromechanischen Systems gemäß dem erläuterten Prinzip möglich ist.Although the invention was described above on the basis of a specific exemplary embodiment, it is in no way limited to it. The person skilled in the art will recognize that a large number of modifications of the proposed micromechanical system are possible in accordance with the principle explained.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • US 2012247206 A [0011]US 2012247206 A [0011]

Claims (8)

Mikromechanisches System (100), aufweisend: - wenigstens eine in eine Auslenkrichtung bewegliche seismische Masse (10); und - wenigstens ein rahmenförmiges Federelement (20), das aufgrund einer Auslenkung der seismischen Masse (10) in eine von der Auslenkrichtung der seismischen Masse (10) unterschiedliche Richtung auslenkbar ist; und - eine Anschlagseinrichtung zum Anschlagen des Federelements (20) im Falle eines Einwirkens einer mechanischen Überlast auf das mikromechanische System (100).Micromechanical system (100), comprising: - At least one seismic mass (10) movable in a deflection direction; and - At least one frame-shaped spring element (20) which can be deflected in a direction different from the deflection direction of the seismic mass (10) due to a deflection of the seismic mass (10); and - A stop device for striking the spring element (20) in the event of a mechanical overload acting on the micromechanical system (100). Mikromechanisches System (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlagseinrichtung ein auf einem Verankerungselement angeordnetes Anschlagselement (31) innerhalb des rahmenförmigen Federelements (20) aufweist.Micromechanical system (100) according to Claim 1 , characterized in that the stop device has a stop element (31) arranged on an anchoring element within the frame-shaped spring element (20). Mikromechanisches System (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlagselement (31) innerhalb des rahmenartigen Federelements (20) angeordnet ist.Micromechanical system (100) according to Claim 1 or 2 , characterized in that the stop element (31) is arranged within the frame-like spring element (20). Mikromechanischer Inertialsensor (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Anschlagselement (31) außerhalb des rahmenartigen Federelements (20) angeordnet ist.Micromechanical inertial sensor (100) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one stop element (31) is arranged outside the frame-like spring element (20). Mikromechanisches System (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Anschlagselemente (31) orthogonal zur Bewegungsrichtung der seismischen Masse (10) angeordnet sind.Micromechanical system (100) according to one of the preceding claims, characterized in that at least two stop elements (31) are arranged orthogonally to the direction of movement of the seismic mass (10). Mikromechanisches System (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Anschlagselemente (31) schräg zur Bewegungsrichtung der seismischen Masse (10) angeordnet sind.Micromechanical system (100) according to one of the preceding claims, characterized in that at least two stop elements (31) are arranged obliquely to the direction of movement of the seismic mass (10). Mikromechanisches System (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verankerungselement ohne Anschlagselement (31) ausgebildet ist.Micromechanical system (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the anchoring element is designed without a stop element (31). Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Systems (100), aufweisend die Schritte: - Bereitstellen wenigstens einer in eine Auslenkrichtung beweglichen seismischen Masse (10); - Bereitstellen wenigstens eines rahmenförmigen Federelements (20), das aufgrund einer Auslenkung der seismischen Masse (10) in eine von der Auslenkrichtung der seismischen Masse (10) unterschiedliche Richtung auslenkbar ist; und - Bereitstellen einer Anschlagseinrichtung (30) zum Anschlagen des Federelements (20) im Falle eines Einwirkens einer mechanischen Überlast auf das mikromechanische System (100).Method for producing a micromechanical system (100), comprising the steps: - Providing at least one seismic mass (10) movable in a deflection direction; - Providing at least one frame-shaped spring element (20) which can be deflected in a direction different from the deflection direction of the seismic mass (10) due to a deflection of the seismic mass (10); and - Providing a stop device (30) for striking the spring element (20) in the event of a mechanical overload acting on the micromechanical system (100).
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WO2021185581A1 (en) * 2020-03-20 2021-09-23 Robert Bosch Gmbh Micromechanical component, in particular acceleration sensor or rotation rate sensor, having a stop arrangement comprising a flexible-spring arrangement

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US20120247206A1 (en) 2011-03-30 2012-10-04 Torsten Ohms Yaw-rate sensor

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