DE102018210491A1 - Microelectromechanical sensor - Google Patents

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Robert Ramsperger
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Abstract

Mikroelektromechanischer Sensor (1), insbesondere Drehratensensor, umfassend eine Feder (30), die eine erste Masse (10) und eine zweite Masse (20) des Sensors verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (30) mindestens vier U-Federbereiche (40, 40', 40", 40"') und/oder mindestens zwei O-Federbereiche (50, 50') umfasst.Microelectromechanical sensor (1), in particular rotation rate sensor, comprising a spring (30) which connects a first mass (10) and a second mass (20) of the sensor, characterized in that the spring (30) has at least four U-spring regions (40 , 40 ', 40 ", 40"') and / or at least two O-spring areas (50, 50 ').

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft einen mikroelektromechanischen Sensor, insbesondere Drehratensensor, umfassend eine Feder, die eine erste Masse und eine zweite Masse des Sensors verbindet.The invention relates to a microelectromechanical sensor, in particular rotation rate sensor, comprising a spring that connects a first mass and a second mass of the sensor.

Aus der Oberflächen-Mikromechanik sind aus dünnen Schichten hergestellte Inertialsensoren - insbesondere bei Drehratensensoren (DRS) - mit beweglichen Strukturen bekannt. Diese fungieren z.B. als FederMasse-Systeme. Insbesondere bei Drehratensensoren haben spezielle Bereiche der beweglichen Struktur die Aufgabe, eine Antriebsbewegung zu realisieren, die häufig (aber nicht zwingend) in der Ebene (in-plane) orientiert ist. Bei Drehratensensoren, die auf dem Corioliseffekt basieren, entsteht beim Anlegen einer externen Drehrate eine Corioliskraft, welche die Detektionsstrukturen des Sensors senkrecht zur Antriebsrichtung (und zur Drehachse) auslenkt. Um die Bewegung der im Antrieb bzw. der Detektion beteiligten Massen miteinander zu koppeln, sind Koppelstrukturen bzw. Federn notwendig.Inertial sensors made of thin layers with moving structures are known from surface micromechanics - in particular with rotation rate sensors (DRS). These act e.g. as spring mass systems. In the case of rotation rate sensors in particular, special areas of the movable structure have the task of realizing a drive movement that is often (but not necessarily) oriented in the plane (in-plane). With rotation rate sensors based on the Coriolis effect, a Coriolis force arises when an external rotation rate is applied, which deflects the detection structures of the sensor perpendicular to the drive direction (and to the axis of rotation). In order to couple the movement of the masses involved in the drive or the detection with one another, coupling structures or springs are necessary.

Gemäß dem Stand der Technik werden solche Koppelstrukturen häufig durch einen einzelnen Balken oder eine Kombination eines Balkens mit einer U-Feder realisiert (Gabelstruktur), welche die Übertragung der Antriebsbewegung analog einer „Schubstangen“ bewerkstelligen.According to the prior art, such coupling structures are often realized by a single bar or a combination of a bar with a U-spring (fork structure), which carry out the transmission of the drive movement analogously to a “push rod”.

Die zur Detektion notwendige Bewegung quer zur Antriebsrichtung wird üblicherweise durch Biegung der Balken oder ggf. Auslenkung der erwähnten U-Federn realisiert.The movement transverse to the drive direction required for detection is usually realized by bending the bars or, if necessary, deflecting the aforementioned U-springs.

Die Detektionsbewegungsrichtung kann je nach Sensortyp in-plane (sog. Z-Kanal DRS), oder out-of-plane (sog. X-Kanal DRS), oder kombiniert in-plane und out-plane liegen (sog. XZ-Kanal DRS).Depending on the sensor type, the direction of detection movement can be in-plane (so-called Z-channel DRS), or out-of-plane (so-called X-channel DRS), or combined in-plane and out-plane (so-called XZ channel DRS ).

Aufgabe der Koppelstrukturen bzw. Federn ist es dabei, die Antriebsbewegung möglichst hart zu koppeln, d.h. ohne Schlupf oder Effizienzverlust die Bewegung vom Antrieb bis zu einer ersten Detektionsstruktur sowie ggf. weiteren Detektionsstrukturen weiterzugeben, und dabei gleichzeitig die Detektionsbewegung(en) möglichst gut voneinander zu entkoppeln. Mit aus dem Stand der Technik bekannten Koppelstrukturen bzw. Federn ist dies jedoch oft nur unzureichend möglich. Eine schlechte Entkopplung führt dazu, dass die Detektionsbewegung von der Antriebsbewegung beeinflusst wird, oder dass - bei mehrachsigen Sensoren - die verschiedenen Detektionskanäle sich gegenseitig beeinflussen. All dies erzeugt Störsignale und ist Ursache von Fehlerbildern wie Offset, Vibrationsempfindlichkeiten, Querempfindlichkeiten etc..The task of the coupling structures or springs is to couple the drive movement as hard as possible, i.e. to pass on the movement from the drive to a first detection structure and possibly further detection structures without slippage or loss of efficiency, and at the same time to decouple the detection movement (s) as well as possible. With coupling structures or springs known from the prior art, however, this is often only insufficiently possible. Poor decoupling means that the detection movement is influenced by the drive movement or that - in the case of multi-axis sensors - the different detection channels influence one another. All this generates interference signals and is the cause of error patterns such as offset, vibration sensitivity, cross sensitivity etc.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen mikroelektromechanischen Sensor, umfassend eine erste und eine zweite Masse, bereitzustellen, bei dem eine harte Kopplung einer Antriebsbewegung und gleichzeitig eine vorteilhafte Entkopplung von mindestens einer Detektionsbewegung ermöglicht wird.It is an object of the present invention to provide a microelectromechanical sensor comprising a first and a second mass, in which a hard coupling of a drive movement and at the same time an advantageous decoupling of at least one detection movement is made possible.

Der erfindungsgemäße mikroelektromechanische Sensor gemäß dem Hauptanspruch hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass mithilfe der mindestens vier U-Federbereiche und/oder mindestens zwei O-Federbereiche, eine verbesserte Entkopplung einer Detektionsbewegung ermöglicht wird, wobei gleichzeitig eine harte Kopplung einer Antriebsbewegung zwischen der ersten und zweiten Masse erzielbar ist. Durch die vorteilhaften Entkopplungseigenschaften werden Fehler beim Betrieb des Sensors verringert. Gleichzeitig ergeben sich dadurch größere Designfreiheit beim Auslegen/Optimieren von Einzelstrukturen des Gesamtsensors, da Geometrieänderungen an einer Einzelstruktur des Sensors einen verringerten Einfluss auf andere Strukturen des Sensors haben. Bei einer schlechteren Entkopplung hingegen würden selbst kleine Geometrieänderung, z.B. in der Antriebsstruktur, die mechanischen Eigenschaften in davon räumlich weit entfernten anderen Strukturen des Sensors beeinflussen.The microelectromechanical sensor according to the invention has the advantage over the prior art that, with the aid of the at least four U-spring areas and / or at least two O-spring areas, an improved decoupling of a detection movement is made possible, while at the same time a hard coupling of a drive movement between the first and second mass is achievable. The advantageous decoupling properties reduce errors when operating the sensor. At the same time, this gives greater design freedom when designing / optimizing individual structures of the overall sensor, since changes in the geometry of an individual structure of the sensor have a reduced influence on other structures of the sensor. With a poorer decoupling, however, even small changes in geometry, e.g. in the drive structure, influence the mechanical properties in other sensor structures that are far away from it.

Erfindungsgemäß ist es insbesondere denkbar, dass durch eine Kombination von Torsionsfedern (quer zur Antriebsachse) sowie parallel zur Antriebsachse orientierte Biegebalken eine vorteilhafte Entkopplung für out-of-plane-Detektionsbewegungen erzielbar ist. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass mithilfe von linearen Federstrukturen (insbesondere U-Federbereichen) eine vorteilhafte Entkopplung von in-plane Detektionsbewegungen bewerkstelligt werden kann.According to the invention, it is particularly conceivable that an advantageous decoupling for out-of-plane detection movements can be achieved by a combination of torsion springs (transverse to the drive axis) and bending beams oriented parallel to the drive axis. As an alternative or in addition, it is possible for linear spring structures (in particular U-spring regions) to be used to achieve an advantageous decoupling of in-plane detection movements.

Bevorzugt ist es erfindungsgemäß vorteilhaftweise möglich, eine Homogenisierung der Ätzumgebung der Feder/Koppelverbindung zu erzielen.According to the invention, it is preferably advantageously possible to achieve a homogenization of the etching environment of the spring / coupling connection.

Mithilfe der erfindungsgemäßen Feder ist es möglich, eine besonders genaue und flexible Definition einer (gedachten) Scharnierachse bei out-of-plane Auslenkungen zu ermöglichen.With the aid of the spring according to the invention, it is possible to enable a particularly precise and flexible definition of an (imaginary) hinge axis with out-of-plane deflections.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.Advantageous further developments and embodiments result from the subclaims.

Dadurch, dass die U-Federbereiche zu einer Entkopplung von Bewegungen der ersten und zweiten Masse in einer Haupterstreckungsebene eines Substrats des Sensors und senkrecht zu einer Antriebsbewegung bzw. Antriebsbewegungsachse des Sensors ausgebildet sind, ist es gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise möglich, besonders gute Entkopplungseigenschaften einer Detektionsbewegung in der Haupterstreckungsebene und senkrecht zur Antriebsbewegungsachse (also in-plane) zu erzielen.Characterized in that the U-spring regions for decoupling movements of the first and second mass in a main plane of extent of a substrate of the sensor and perpendicular to one Drive movement or drive movement axis of the sensor are formed, it is possible according to one embodiment of the present invention advantageously to achieve particularly good decoupling properties of a detection movement in the main plane of extension and perpendicular to the drive movement axis (ie in-plane).

Dadurch, dass die O-Federbereiche zu einer Entkopplung von Bewegungen der ersten und zweiten Masse senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene eines Substrats des Sensors ausgebildet sind, ist es gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise möglich, eine besonders bevorzugte Entkopplung von out-of-plane-Detektionsbewegungen zu ermöglichen.Because the O-spring regions are designed to decouple movements of the first and second masses perpendicular to a main plane of extent of a substrate of the sensor, it is advantageously possible according to one embodiment of the present invention to provide a particularly preferred decoupling of out-of- enable plane detection movements.

Dadurch, dass die zweite Masse eine Detektionsmasse des Sensors ist, wobei die erste Masse eine weitere Detektionsmasse oder eine Antriebsmasse des Sensors ist, ist es gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beispielsweise möglich, dass mithilfe der Feder eine harte Kopplung einer Antriebsbewegung der Antriebsmasse an die Detektionsmasse bei gleichzeitiger guter Entkopplung einer Detektionsbewegung der Detektionsmasse erzielbar ist. Andererseits ist es möglich eine harte Kopplung einer Antriebsbewegung zwischen einer Detektionsmasse und einer weiteren Detektionsmasse bei gleichzeitiger vorteilhafter Entkopplung verschiedener (senkrechter) Detektionsbewegungen zu erzielen.Because the second mass is a detection mass of the sensor, the first mass being a further detection mass or a driving mass of the sensor, it is possible, according to one embodiment of the present invention, for example, for the spring to make a hard coupling of a driving movement of the driving mass to the Detection mass with simultaneous good decoupling of a detection movement of the detection mass can be achieved. On the other hand, it is possible to achieve a hard coupling of a drive movement between a detection mass and a further detection mass while simultaneously decoupling different (vertical) detection movements.

Dadurch, dass die Feder spiegelsymmetrisch zu einer ersten Spiegelsymmetrieebene ausgebildet ist, wobei sich die erste Spiegelsymmetrieebene parallel zur Antriebsbewegungsachse und senkrecht zur Haupterstreckungsebene des Substrats erstreckt, ist es gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung möglich, mithilfe der Spiegelsymmetrie besonders fehlerunanfällige Desings und und Layouts zu ermöglichen.Because the spring is mirror-symmetrical to a first mirror-symmetry plane, the first mirror-symmetry plane extending parallel to the drive movement axis and perpendicular to the main plane of extent of the substrate, it is possible according to one embodiment of the present invention to use the mirror symmetry to enable designs and layouts that are particularly error-prone ,

Dadurch, dass die Feder spiegelsymmetrisch zu einer zweiten Spiegelsymmetrieebene ausgebildet ist, wobei sich die zweite Spiegelsymmetrieebene senkrecht zur Antriebsbewegungsachse und senkrecht zur Haupterstreckungsebene des Substrats erstreckt, ist es gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung möglich, dass besonders feherlunanfällige Designs erzielbar sind.Because the spring is mirror-symmetrical to a second mirror-symmetry plane, the second mirror-symmetry plane extending perpendicular to the drive movement axis and perpendicular to the main extension plane of the substrate, it is possible according to one embodiment of the present invention that designs that are particularly susceptible to errors can be achieved.

Dadurch, dass eine Leiterbahn zumindest teilweise derart oberhalb oder unterhalb der Feder angeordnet ist, dass eine Überlappfläche zwischen der Feder und der Leiterbahn bei einer Auslenkung der Feder parallel zur Antriebsbewegungsachse, zumindest über einen bestimmten Auslenkungsbereich, konstant bleibt, ist es gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise möglich, dass Modulationseffekte, die aufgrund einer Interaktion der Feder (und ggf. der Massen) mit darunter/darüber verlaufenden Verdrahtungsleiterbahnen entstehen können, vermieden oder zumindest minimiert werden. Somit können unerwünschte Kraft- und Signalmodulationen konstruktiv vermieden werden. Es ist insbesondere denkbar, dass die Überlappfläche (bezogen auf eine Ruheposition des Sensors) spiegelsymmetrisch um die erste und/oder zweite Spiegelsymmetrieebene angeordnet ist. Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass eine Überlappfläche zwischen der Feder und der Leiterbahn bei einer Auslenkung der Feder senkrecht zur Antriebsbewegungsachse (und parallel zur Haupterstreckungsebene), zumindest über einen bestimmten Auslenkungsbereich, konstant bleibt.The fact that a conductor track is arranged at least partially above or below the spring such that an overlap area between the spring and the conductor track remains constant when the spring is deflected parallel to the drive movement axis, at least over a certain deflection range, according to one embodiment of the present The invention advantageously makes it possible to avoid or at least minimize modulation effects which may arise as a result of an interaction of the spring (and possibly the masses) with wiring conductor tracks running below / above it. Unwanted force and signal modulations can thus be avoided constructively. It is particularly conceivable that the overlap area (based on a rest position of the sensor) is arranged mirror-symmetrically about the first and / or second mirror-symmetry plane. Alternatively or additionally, it is conceivable that an overlap area between the spring and the conductor track remains constant at least over a certain deflection range when the spring is deflected perpendicular to the axis of movement of the drive (and parallel to the main extension plane).

Dadurch, dass einer, insbesondere jeder, der U-Federbereiche jeweils einen ersten Balken, einen zweiten Balken und einen dritten Balken aufweist, wobei sich der erste Balken parallel zur Antriebsbewegungsachse erstreckt, wobei sich der dritte Balken parallel zur Antriebsbewegungsachse erstreckt, wobei der zweite Balken parallel zur Haupterstreckungsebene des Substrats und senkrecht zur Antriebsbewegungsachse angeordnet ist, ist es gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung möglich, einen effizienten U-Federbereich bereitzustellen. Der zweite Balken verbindet dabei bevorzugt die Enden des ersten und zweiten Balkens, so dass der erste, zweite und dritte Balken gemeinsam eine U-Form ausbilden.Characterized in that one, in particular each, of the U-spring regions each have a first bar, a second bar and a third bar, the first bar extending parallel to the drive movement axis, the third bar extending parallel to the drive movement axis, the second bar is arranged parallel to the main plane of extent of the substrate and perpendicular to the drive movement axis, it is possible according to one embodiment of the present invention to provide an efficient U-spring area. The second bar preferably connects the ends of the first and second bars, so that the first, second and third bars jointly form a U-shape.

Dadurch, dass jeweils zwei der U-Federbereiche aneinander angrenzen, ist es gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung möglich, U-Federpaare auszubilden. Diese können in vorteilhafter Weise spiegelsymmetrisch um die erste Spiegelsymmetrieebene angeordnet sein. Es ist besonders bevorzugt, dass der dritte Balken eines ersten U-Federbereichs mithilfe eines vierten Balkens mit dem dritten Balken eines zweiten U-Federbereichs verbunden ist, wobei der vierte Balken parallel zur Haupterstreckungsebene des Substrats und senkrecht zur Antriebsbewegungsachs angeordnet ist (Der vierte Balken kann somit teilweise dem ersten und teilweise dem zweiten U-Federbereich zugeordnet sein). Der erste-U-Federbereich und der zweite U-Federbereich können ein U-Federpaar mit besonderen Vorteilen bei der Entkopplung von Detektionsbewegungen ausbilden. Für eine besonders gute Entkopplung ist es gemäß einer Ausführungsform möglich, dass ein dritter U-Federbereich und ein vierter U-Federbereich ebenfalls mithilfe eines (weiteren vierten) Balkens verbunden sind, wobei der weitere vierte Balken parallel zur Haupterstreckungsebene des Substrats und senkrecht zur Antriebsbewegungsachs angeordnet ist. Somit kann insbesondere eine spiegelsymmetrisch um die zweite Spiegelsymmetrieebene ausgebildete Feder ermöglicht werden.Because two of the U-spring regions adjoin each other, it is possible in accordance with one embodiment of the present invention to form U-spring pairs. These can advantageously be arranged mirror-symmetrically about the first mirror-symmetry plane. It is particularly preferred that the third bar of a first U-spring area is connected by means of a fourth bar to the third bar of a second U-spring area, the fourth bar being arranged parallel to the main plane of extension of the substrate and perpendicular to the drive movement axis (the fourth bar can thus partially assigned to the first and partially to the second U-spring area). The first U-spring area and the second U-spring area can form a pair of U-springs with particular advantages in the decoupling of detection movements. For a particularly good decoupling, it is possible according to one embodiment that a third U-spring area and a fourth U-spring area are also connected by means of a (further fourth) bar, the further fourth bar being arranged parallel to the main extension plane of the substrate and perpendicular to the drive movement axis is. This makes it possible, in particular, to make a spring that is mirror-symmetrical about the second mirror-symmetry plane.

Dadurch, dass einer, insbesondere jeder, der O-Federbereiche jeweils einen weiteren ersten Balken, einen weiteren zweiten Balken, einen weiteren dritten Balken und einen weiteren vierten Balken aufweist, wobei sich der weitere erste Balken parallel zur Antriebsbewegungsachse erstreckt, wobei sich der weitere dritte Balken parallel zur Antriebsbewegungsachse erstreckt, wobei der weitere zweite Balken parallel zur Haupterstreckungsebene des Substrats und senkrecht zur Antriebsbewegungsachse angeordnet ist, wobei der weitere vierte Balken parallel zur Haupterstreckungsebene des Substrats und senkrecht zur Antriebsbewegungsachse angeordnet ist, ist es gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung möglich, dass mithilfe des O-Federbereichs (der O-Federbereiche) eine vorteilhafte Entkopplung von Detektionsbewegungen möglich ist. Es ist insbesondere möglich, dass der O-Federbereich bzw. jeder der O-Federbereiche jeweils spiegelsymmetrisch zur ersten Spiegelsymmetrieebene ausgebildet ist. The fact that one, in particular each, of the O-spring regions each has a further first bar, a further second bar, a further third bar and a further fourth bar, the further first bar extending parallel to the drive movement axis, the further third bar Bar extends parallel to the drive movement axis, the further second bar being arranged parallel to the main extension plane of the substrate and perpendicular to the drive movement axis, the further fourth bar being arranged parallel to the main extension plane of the substrate and perpendicular to the drive movement axis, it is possible according to one embodiment of the present invention that with the aid of the O-spring area (the O-spring areas), an advantageous decoupling of detection movements is possible. In particular, it is possible for the O-spring area or each of the O-spring areas to be mirror-symmetrical to the first mirror-symmetry plane.

Dadurch, dass zwei der U-Federbereiche an die erste Masse angrenzen und zwei weitere der U-Federbereiche an die zweite Masse angrenzen, ist es gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung möglich, eine spiegelsymmetrisch ausgebildete Feder zu erzielen. Beispielhaft ist es denkbar, dass ein erster U-Federbereich und ein zweiter U-Federbereich als U-Federpaar ausgebildet sind und an die erste Masse angrenzen, während ein dritter U-Federbereich und ein vierter U-Federbereich als U-Federpaar ausgebildet sind und die zweite Masse grenzen.Due to the fact that two of the U-spring regions adjoin the first mass and two further U-spring regions adjoin the second mass, it is possible according to one embodiment of the present invention to achieve a mirror which is of mirror-symmetrical design. For example, it is conceivable that a first U-spring area and a second U-spring area are designed as a U-spring pair and adjoin the first mass, while a third U-spring area and a fourth U-spring area are designed as a U-spring pair and the limit second mass.

Dadurch, dass vier U-Federbereiche in Antriebsbewegungsrichtung zwischen zwei O-Federbereichen angeordnet sind, ist es gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung möglich, eine spiegelsymmetrische Ausbildung der Feder zu erzielen.Due to the fact that four U-spring regions are arranged between two O-spring regions in the drive movement direction, it is possible according to one embodiment of the present invention to achieve a mirror-symmetrical design of the spring.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Exemplary embodiments of the present invention are illustrated in the drawings and explained in more detail in the description below.

Figurenlistelist of figures

  • 1 zeigt einen schematischen Ausschnitt eines mikroelektromechanischen Sensors gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 1 shows a schematic section of a microelectromechanical sensor according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • 2 zeigt einen schematischen Ausschnitt eines mikroelektromechanischen Sensors gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2 shows a schematic section of a microelectromechanical sensor according to a first embodiment of the present invention.
  • 3 zeigt einen schematischen Ausschnitt eines mikroelektromechanischen Sensors gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 3 shows a schematic section of a microelectromechanical sensor according to a second embodiment of the present invention.
  • 4 zeigt einen schematischen Ausschnitt eines mikroelektromechanischen Sensors gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 4 shows a schematic section of a microelectromechanical sensor according to a third embodiment of the present invention.
  • 5 zeigt einen schematischen Ausschnitt eines mikroelektromechanischen Sensors gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 5 shows a schematic section of a microelectromechanical sensor according to a fourth embodiment of the present invention.
  • 6 zeigt einen schematischen Ausschnitt eines mikroelektromechanischen Sensors gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 6 shows a schematic section of a microelectromechanical sensor according to a fifth embodiment of the present invention.
  • 7 zeigt einen schematischen Ausschnitt eines mikroelektromechanischen Sensors gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 7 shows a schematic section of a microelectromechanical sensor according to a sixth embodiment of the present invention.
  • 8 zeigt einen schematischen Ausschnitt eines mikroelektromechanischen Sensors gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 8th shows a schematic section of a microelectromechanical sensor according to a seventh embodiment of the present invention.
  • 9 zeigt einen schematischen Ausschnitt eines mikroelektromechanischen Sensors gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 9 shows a schematic section of a microelectromechanical sensor according to an eighth embodiment of the present invention.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

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 the different figures, the same parts are always provided with the same reference numerals and are therefore usually only named or mentioned once.

In 1 ist ein schematischer Ausschnitt eines mikroelektromechanischen Sensors 1 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Draufsicht auf eine Substrat 2 mit einer Haupterstreckungsebene 100 gezeigt. Der dargestellte Sensor 1 umfasst eine erste Masse 10, eine zweite Masse 20 sowie eine weitere Masse 21. Die erste Masse 10 ist eine Antriebsmasse, die zweite Masse 20 eine Detektionsmasse und die weitere Masse 21 eine weitere Detektionsmasse. Eine Antriebsbewegungsachse 110 des Sensors 1 entlang der die Antriebsmasse eine Antriebsbewegung ausführt ist dargestellt (Pfeil 110). Die Antriebsbewegung der Antriebsmasse wird mithilfe der Feder 30 an die zweite Masse 20 weitergegeben und mithilfe der weiteren Feder 35 and die weitere Masse 21 weitergegeben. Die weitere Feder 35 kann dabei gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Merkmale der Feder 30 aufweisen bzw. gemäß einer beliebigen Ausführungsform der Feder 30 ausgebildet sein. Die zweite Masse 20 und die weitere Masse 21 sind zu unterschiedlichen Detektionsbewegungen (senkrecht zur Antriebsbewegung und senkrecht zueinander) ausgebildet. Entsprechend ist es vorgesehen, dass die Federn 30, 35 eine vorteilhafte Entkopplung dieser Detektionsbewegungen quer zur Antriebsachse 110 ermöglichen.In 1 is a schematic section of a microelectromechanical sensor 1 according to an exemplary embodiment of the present invention in a plan view of a substrate 2 with a main extension level 100 shown. The sensor shown 1 includes a first mass 10 , a second mass 20 as well as another mass 21 , The first mass 10 is a drive mass, the second mass 20 a detection mass and the further mass 21 another detection mass. A drive motion axis 110 of the sensor 1 along which the drive mass performs a drive movement is shown (arrow 110 ). The drive movement of the drive mass is made using the spring 30 to the second crowd 20 passed on and with the help of the further feather 35 and the further mass 21 passed. The further feather 35 can according to embodiments of the present invention, the characteristics of the spring 30 have or according to any embodiment of the spring 30 be trained. The second mass 20 and the further mass 21 are related to different detection movements (perpendicular to the drive movement and perpendicular to each other). Accordingly, it is provided that the springs 30 . 35 an advantageous decoupling of these detection movements transverse to the drive axis 110 enable.

In 2 ist ein schematischer Ausschnitt eines mikroelektromechanischen Sensors 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Eine Feder 30 verbindet dabei eine erste Masse 10 und einer zweite Masse 20. Die zweite Masse 20 ist eine Detektionsmasse des Sensors 1. Die erste Masse 10 kann eine weitere Detektionsmasse oder eine Antriebsmasse des Sensors 1 sein. Angrenzend and die erste Masse 10 umfasst die Feder 30 einen ersten U-Federbereich 40 und einen zweiten U-Federbereich 40'. Der erste U-Federbereich 40 umfasst einen ersten Balken 41, einen zweiten Balken 42 und einen dritten Balken 43. Der erste Balken 41 und der dritte Balken 43 sind parallel zur Antriebsbewegungsachse 110 angeordnet. Der zweite Balken 42 ist parallel zur Haupterstreckungsebene 100 des Substrats 2 und senkrecht zur Antriebsbewegungsachse 110 angeordnet und verbindet den ersten und dritten Balken 41, 43. Der erste Balken 41 grenzt unmittelbar an die erste Masse 10. Der zweite U-Federbereich 40' umfasst einen ersten Balken 41', einen zweiten Balken 42' und einen dritten Balken 43'. Der erste Balken 41' und der dritte Balken 43' sind parallel zur Antriebsbewegungsachse 110 angeordnet. Der zweite Balken 42' ist parallel zur Haupterstreckungsebene 100 des Substrats 2 und senkrecht zur Antriebsbewegungsachse 110 angeordnet und verbindet den ersten und dritten Balken 41', 43'. Der erste Balken 41' grenzt unmittelbar an die erste Masse 10. Der dritte Balken 43 des ersten U-Federbereichs 40 und der dritte Balken 43' des zweiten U-Federbereichs 40' sind durch einem vierten Balken 44, der parallel zur Haupterstreckungsebene 100 und senkrecht zur Antriebsbewegungsachse 110 angeordnet ist, verbunden. In 2 is a schematic section of a microelectromechanical sensor 1 according to a first embodiment of the present invention. A feather 30 connects a first crowd 10 and a second mass 20 , The second mass 20 is a detection mass of the sensor 1 , The first mass 10 can be a further detection mass or a drive mass of the sensor 1 his. Adjacent to the first mass 10 includes the feather 30 a first U-spring area 40 and a second U-spring area 40 ' , The first U-spring area 40 includes a first bar 41 , a second bar 42 and a third bar 43 , The first bar 41 and the third bar 43 are parallel to the drive motion axis 110 arranged. The second bar 42 is parallel to the main extension plane 100 of the substrate 2 and perpendicular to the drive motion axis 110 arranged and connects the first and third bars 41 . 43 , The first bar 41 borders directly on the first mass 10 , The second U-spring area 40 ' includes a first bar 41 ' , a second bar 42 ' and a third bar 43 ' , The first bar 41 ' and the third bar 43 ' are parallel to the drive motion axis 110 arranged. The second bar 42 ' is parallel to the main extension plane 100 of the substrate 2 and perpendicular to the drive motion axis 110 arranged and connects the first and third bars 41 ' . 43 ' , The first bar 41 ' borders directly on the first mass 10 , The third bar 43 of the first U-spring area 40 and the third bar 43 ' of the second U-spring area 40 ' are by a fourth bar 44 that is parallel to the main extension plane 100 and perpendicular to the drive motion axis 110 is arranged, connected.

Somit bilden die beiden U-Federbereiche 40, 40' ein U-Federpaar aus, das spiegelsymmetrisch um eine erste Spiegelsymmetrieebene 60 der Feder 30 angeordnet ist. Die erste Spiegelsymmetrieebene 60 verläuft mittig durch die Feder 30 und erstreckt sich senkrecht zur Haupterstreckungsebene 100 des Substrats 2 und parallel zur Antriebsbewegungsachse 110. An der zweiten Masse 20 ist ein weiteres U-Federpaar ausgebildet, das einen dritten und vierten U-Federbereich 40", 40'" umfasst. Der dritte U-Federbereich 40" umfasst einen ersten Balken 41", einen zweiten Balken 42" und einen dritten Balken 43". Der erste Balken 41" und der dritte Balken 43" sind parallel zur Antriebsbewegungsachse 110 angeordnet. Der zweite Balken 42" ist parallel zur Haupterstreckungsebene 100 und senkrecht zur Antriebsbewegungsachse 110 angeordnet und verbindet den ersten und dritten Balken 41", 43". Der erste Balken 41" grenzt unmittelbar an die zweite Masse 20. Der vierte U-Federbereich 40'" umfasst einen ersten Balken 41'", einen zweiten Balken 42'" und einen dritten Balken 43'". Der erste Balken 41'" und der dritte Balken 43'" sind parallel zur Antriebsbewegungsachse 110 angeordnet. Der zweite Balken 42'" ist parallel zur Haupterstreckungsebene 100 und senkrecht zur Antriebsbewegungsachse 110 angeordnet und verbindet den ersten und dritten Balken 41'", 43'". Der erste Balken 41'" grenzt unmittelbar an die zweite Masse 20. Der dritte Balken 43" des dritten U-Federbereichs 40" und der dritte Balken 43'" des vierten U-Federbereichs 40'" sind durch einem weiteren vierten Balken 44', der parallel zur Haupterstreckungsebene 100 und senkrecht zur Antriebsbewegungsachse 110 angeordnet ist, verbunden. Entsprechend sind der dritte und vierte U-Federbereich 40", 40'" als Spiegelung des ersten und zweiten U-Federbereichs 40, 40' an einer zweiten Spiegelsymmetrieebene 61 der Feder 30 ausgebildet. Die zweite Spiegelsymmetrieebene 61 verläuft dabei zentral durch die Feder 30 und erstreckt sich in der Haupterstreckungsebene 100 senkrecht zur Antriebsbewegungsachse 110 sowie senkrecht zur Haupterstreckungsebene 100. Somit ist die Feder 30 insgesamt sowohl spiegelsymmetrisch um die erste Spiegelsymmetrieebene 60 als auch um die zweite Spiegelsymmetrieebene 61 ausgebildet. Die dargestellte erste Ausführungsform des Sensors 1 umfasst somit vier U-Federbereiche 40, 40', 40", 40'". Mithilfe der Feder 30 ist eine vorteilhafte Entkopplung von Detektionsbewegungen senkrecht zur Antriebsbewegung möglich.Thus form the two U-spring areas 40 . 40 ' a pair of U springs that are mirror-symmetrical about a first mirror-symmetry plane 60 the feather 30 is arranged. The first level of mirror symmetry 60 runs through the center of the spring 30 and extends perpendicular to the main plane of extension 100 of the substrate 2 and parallel to the drive motion axis 110 , On the second crowd 20 is a further pair of U-springs formed, the third and fourth U-spring area 40 " , 40 '". The third U-spring area 40 " includes a first bar 41 " , a second bar 42 " and a third bar 43 " , The first bar 41 " and the third bar 43 " are parallel to the drive motion axis 110 arranged. The second bar 42 " is parallel to the main extension plane 100 and perpendicular to the drive motion axis 110 arranged and connects the first and third bars 41 " . 43 " , The first bar 41 " borders directly on the second mass 20 , The fourth U-spring area 40 '"comprises a first bar 41'", a second bar 42 '"and a third bar 43'". The first bar 41 '"and the third bar 43'" are parallel to the drive movement axis 110 arranged. The second bar 42 '"is parallel to the main extension plane 100 and perpendicular to the drive motion axis 110 arranged and connects the first and third beams 41 '", 43'". The first bar 41 '"borders directly on the second mass 20 , The third bar 43 " of the third U-spring area 40 " and the third bar 43 '"of the fourth U-spring area 40'" are through a further fourth bar 44 ' that is parallel to the main extension plane 100 and perpendicular to the drive motion axis 110 is arranged, connected. The third and fourth U-spring areas are corresponding 40 " , 40 '"as a reflection of the first and second U-spring area 40 . 40 ' on a second plane of mirror symmetry 61 the feather 30 educated. The second mirror plane of symmetry 61 runs centrally through the spring 30 and extends in the main extension plane 100 perpendicular to the drive motion axis 110 as well as perpendicular to the main extension plane 100 , So is the feather 30 overall, both mirror-symmetrical about the first mirror-symmetry plane 60 as well as around the second mirror symmetry plane 61 educated. The first embodiment of the sensor shown 1 thus comprises four U-spring areas 40 . 40 ' . 40 " , 40 '". Using the spring 30 an advantageous decoupling of detection movements perpendicular to the drive movement is possible.

In 3 ist ein schematischer Ausschnitt eines mikroelektromechanischen Sensors 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die zweite Ausführungsform umfasst eine Feder 30, die vier U-Federbereiche 40, 40', 40", 40'" aufweist, die entsprechend zu der in 2 dargestellten zweiten Ausführungsform ausgebildet sind. Zusätzlich umfasst die Feder 30 einen zentral angeordneten O-Federbereich 50. Der O-Federbereich 50 umfasst einen weiteren ersten Balken 51, einen weiteren zweiten Balken 52, einen weiteren dritten Balken 53 und einen weiteren vierten Balken 54. Der weitere erste Balken 51 und der weitere dritte Balken 53 erstrecken sich parallel zur Antriebsbewegungsachse 110. Der weitere zweite Balken 52 und der weitere vierte Balken 54 erstrecken sich parallel zur Haupterstreckungsebene 100 des Substrats 2 und senkrecht zur Antriebsbewegungsachse 110. Die Feder 30 ist spiegelsymmetrisch um die erste und zweite Spiegelsymmetrieebene 60, 61 ausgebildet. Durch die Verwendung mehrerer tordierbarer Balken ist die out-of-plane Entkopplung in der zweiten Ausführungsform besonders verbessert.In 3 is a schematic section of a microelectromechanical sensor 1 according to a second embodiment of the present invention. The second embodiment includes a spring 30 who have favourited Four U-Spring Areas 40 . 40 ' . 40 " . 40 '' which corresponds to that in 2 second embodiment shown are formed. In addition, the spring includes 30 a centrally located O-spring area 50 , The O-spring area 50 includes another first bar 51 , another second bar 52 , another third bar 53 and another fourth bar 54 , The other first bar 51 and the other third bar 53 extend parallel to the drive motion axis 110 , The other second bar 52 and the further fourth bar 54 extend parallel to the main extension plane 100 of the substrate 2 and perpendicular to the drive motion axis 110 , The feather 30 is mirror symmetric about the first and second mirror symmetry planes 60 . 61 educated. The use of a plurality of twistable bars improves the out-of-plane decoupling in the second embodiment.

In 4 ist ein schematischer Ausschnitt eines mikroelektromechanischen Sensors 1 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Feder 30 umfasst dabei insgesamt acht U-Federbereiche 40, 40', 40", 40'", 70, 70', 70", 70'" sowie zwei O-Federbereiche 50, 50'. Die U-Federbereiche 70, 70' grenzen an die erste Masse 10 und sind gemeinsam mit den U-Federbereichen 40, 40' als eine U-Federanordnung ausgebildet. Die U-Federbereiche 70", 70'" grenzen an die zweite Masse 20 und sind gemeinsam mit den U-Federbereichen 40", 40'" als weitere U-Federanordnung ausgebildet. Die weitere U-Federanordnung ist eine Spiegelung der U-Federanordnung an der zweiten Symmetrieachse 61. In einem zentralen Bereich der Feder 30 sind die O-Federbereiche 50, 51 angeordnet. Die O-Federbereiche 50, 51 umfassen jeweils einen weiteren ersten, weiteren zweiten, weiteren dritten und weiteren vierten Balken 51, 51', 52, 52', 53, 53', 54, 54'. Der zweite O-Federbereich 51 ist eine Spiegelung des ersten O-Federbereichs 50 an der zweiten Spiegelsymmetrieebene 61. Insgesamt ist die Feder 30 sowohl spiegelsymmetrisch bezüglich der ersten Spiegelsymmetrieebene 60 als auch bezüglich der zweiten Spiegelsymmetrieebene 61 ausgebildet. Im Vergleich zur zweiten Ausführungsform (3) sind bei der dritten Ausführungsform die im Wesentlichen parallel zur Haupterstreckungsebene und senkrecht zur Antriebsbewegungsachse 110 auslenkbaren (bzw. weichen) U-Federbereiche jeweils dupliziert. Entsprechendes gilt für den O-Federbereich.In 4 is a schematic section of a microelectromechanical sensor 1 according to a third embodiment of the present invention. The feather 30 includes in total eight U-spring areas 40 . 40 ' . 40 " . 40 '' . 70 . 70 ' 70 " 70 '"and two O-spring areas 50 . 50 ' , The U-spring areas 70 . 70 ' border on the first crowd 10 and are together with the U-spring areas 40 . 40 ' formed as a U-spring arrangement. The U-spring areas 70 " . 70 '' border on the second mass 20 and are together with the U-spring areas 40 " . 40 '' designed as a further U-spring arrangement. The further U-spring arrangement is a reflection of the U-spring arrangement on the second axis of symmetry 61 , In a central area of the spring 30 are the O-spring areas 50 . 51 arranged. The O-spring areas 50 . 51 each include a further first, a further second, a further third and a further fourth bar 51 . 51 ' . 52 . 52 ' . 53 . 53 ' . 54 . 54 ' , The second O-spring area 51 is a reflection of the first O-spring area 50 at the second mirror plane of symmetry 61 , Overall, the feather 30 both mirror-symmetrical with respect to the first mirror-symmetry plane 60 as well as with respect to the second mirror plane of symmetry 61 educated. Compared to the second embodiment ( 3 ) in the third embodiment are essentially parallel to the main plane of extension and perpendicular to the drive movement axis 110 deflectable (or soft) U-spring areas duplicated in each case. The same applies to the O-spring area.

Prinzipiell sind n-fache Wiederholungen der U-Federbereiche und/oder O-Federbereiche (beispielsweise aus 3) und beliebige Anordnungen denkbar.In principle, n-fold repetitions of the U-spring areas and / or O-spring areas are (for example, off 3 ) and any arrangement possible.

In 5 ist ein schematischer Ausschnitt eines mikroelektromechanischen Sensors 1 gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Feder 30 umfasst dabei zwei O-Federbereiche 50, 50', die entlang der Antriebsbewegungsachse 110 versetzt sind. Jeder der O-Federbereiche 50, 51' umfasst einen weiteren ersten, weiteren zweiten, weiteren dritten und weiteren vierten Balken 51, 51', 52, 52', 53, 53', 54, 54'. Auch die Feder 30 gemäß der vierten Ausführungsform ist spiegelsymmetrisch bezüglich der ersten und zweiten Spiegelsymmetrieebene 60, 61 ausgebildet.In 5 is a schematic section of a microelectromechanical sensor 1 according to a fourth embodiment of the present invention. The feather 30 includes two O-spring areas 50 . 50 ' that along the drive motion axis 110 are offset. Each of the O-spring areas 50 . 51 ' comprises a further first, a further second, a further third and a further fourth bar 51 . 51 ' . 52 . 52 ' . 53 . 53 ' . 54 . 54 ' , The feather too 30 according to the fourth embodiment is mirror-symmetrical with respect to the first and second mirror-symmetry planes 60 . 61 educated.

In 6 ist ein schematischer Ausschnitt eines mikroelektromechanischen Sensors 1 gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Feder 30 umfasst vier U-Federbereiche 40, 40', 40", 40'", die mittig an der Feder 30 ausgebildet sind. Ein erster Balken 41 des ersten U-Federbereichs 40 ist mit einem ersten Balken 41" des dritten U-Federbereichs 40" direkt verbunden. Entsprechendes gilt für einen ersten Balken 41' des zweiten U-Federbereichs 40' und einen ersten Balken 41'" des vierten U-Federbereichs 40'". Der erste und zweite U-Federbereich 40, 40' (insbesondere die dritten Balken 43, 43') sind durch einen senkrecht zur Antriebsbewegungsachse 110 ausgebildeten vierten Balken 44 miteinander verbunden. Der dritte und vierte U-Federbereich 40", 40'" sind entsprechend durch einen weiteren vierten Balken 44' miteinander verbunden. Auch die Feder 30 gemäß fünfter Ausbildungsform ist spiegelsymmetrisch um die erste und zweite Spiegelsymmetrieebene 60, 61 ausgebildet.In 6 is a schematic section of a microelectromechanical sensor 1 according to a fifth embodiment of the present invention. The feather 30 includes four U-spring areas 40 . 40 ' . 40 " . 40 '' that are centered on the spring 30 are trained. A first bar 41 of the first U-spring area 40 is with a first bar 41 " of the third U-spring area 40 " directly connected. The same applies to a first bar 41 ' of the second U-spring area 40 ' and a first bar 41 '"of the fourth U-spring area 40 '' , The first and second U-spring area 40 . 40 ' (especially the third bars 43 . 43 ' ) are perpendicular to the axis of motion of the drive 110 trained fourth bar 44 connected with each other. The third and fourth U-spring area 40 " . 40 '' are correspondingly by a further fourth bar 44 ' connected with each other. The feather too 30 According to the fifth embodiment, it is mirror-symmetrical about the first and second mirror-symmetry levels 60 . 61 educated.

In 7 ist ein schematischer Ausschnitt eines mikroelektromechanischen Sensors 1 gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Feder 30 gemäß sechster Ausführungsform umfasst dabei die vier U-Federbereiche 40, 40', 40", 40'" entsprechend der fünften Ausführungsform (6). Zusätzlich umfasst die Feder 30 zwei O-Federbereiche 50, 50'.In 7 is a schematic section of a microelectromechanical sensor 1 according to a sixth embodiment of the present invention. The feather 30 According to the sixth embodiment, this comprises the four U-spring areas 40 . 40 ' . 40 " . 40 '' according to the fifth embodiment ( 6 ). In addition, the spring includes 30 two O-spring areas 50 . 50 ' ,

In 8 ist ein schematischer Ausschnitt eines mikroelektromechanischen Sensors 1 gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Feder 30 umfasst dabei vier Federbereiche 40, 40', 40", 40'", die entsprechend der fünften Ausführungsform (6) angeordnet sind. Zusätzlich umfasst die Feder 30 eine Hälfte eines O-Federbereichs 50, der mit einem weiteren ersten Balken 51 und einem weiteren dritten Balken 53 an die erste Masse 10 grenzt. Der weitere erste Balken 51 und der weitere dritte Balken 53 sind durch einen weiteren zweiten Balken 52 miteinander verbunden. Angrenzend an die zweite Masse 20 ist eine Hälfte eines zweiten O-Federbereichs 50' ausgebildet. Dieser grenzt mit einem weiteren ersten Balken 51' und einem weiteren dritten Balken 53' an die zweite Masse 20. Der weitere erste Balken 51' und der weitere dritte Balken 53' sind durch einen weiteren zweiten Balken 52' miteinander verbunden. Auch die in den 7 und 8 dargestellten Ausführungsformen einer Feder 30 sind spiegelsymmetrisch bezüglich der ersten und zweiten Spiegelsymmetrieebene 60 , 61.In 8th is a schematic section of a microelectromechanical sensor 1 according to a seventh embodiment of the present invention. The feather 30 includes four spring areas 40 . 40 ' . 40 " . 40 '' which, according to the fifth embodiment ( 6 ) are arranged. In addition, the spring includes 30 one half of an O-spring area 50 with another first bar 51 and another third bar 53 to the first crowd 10 borders. The other first bar 51 and the other third bar 53 are marked by another second bar 52 connected with each other. Adjacent to the second crowd 20 is a half of a second O-spring area 50 ' educated. This borders with another first bar 51 ' and another third bar 53 ' to the second crowd 20 , The other first bar 51 ' and the other third bar 53 ' are marked by another second bar 52 ' connected with each other. Even those in the 7 and 8th illustrated embodiments of a spring 30 are mirror symmetric with respect to the first and second mirror symmetry planes 60 , 61.

In 9 ist ein schematischer Ausschnitt eines mikroelektromechanischen Sensors 1 gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Feder 30 entspricht dabei der in 3 beschriebenen zweiten Ausführungsform. Unterhalb (oder oberhalb) eines zentralen Bereichs der Feder 30 ist eine Leiterbahn 3 angeordnet. Eine Überlappfläche 4 (dargestellt durch die gestrichelten Linien 4) ist zwischen der Feder 30 und der Leiterbahn 3 ausgebildet ist. Die Überlappfläche 4 (bzw. der Überlappbereich) kann dabei beispielsweise als Projektion der Feder 30 auf die Oberfläche der Leiterbahn 3 (parallel zur Haupterstreckungsebene 100) verstanden werden. Die in 9 dargestellten Pfeile symbolisieren eine Auslenkung der Anordnung während einer Antriebsbewegung parallel zur Antriebsbewegungsachse 110. Über einen gewissen Bereich einer solchen Auslenkung ändert sich die Überlappfläche 4 (bzw. deren Größe) in vorteilhafter Weise nicht. Die Überlappfläche 4 zwischen Feder 30 und Leiterbahn 3 bleibt somit über einen gewissen Auslenkungsbereich konstant. Somit können unerwünschte Kraft- oder Signalmodulation, die durch eine Änderung der elektrischen Kapazität zwischen der Leiterbahn 3 und Feder 30 entstehen würden (wenn sich die Überlappfläche 4 bei einer Auslenkung ändern würde), vorteilhafterweise vermieden oder zumindest stark reduziert werden. Der Überlappbereich 4 zwischen der Feder 30 und der Leiterbahn 3 ist insbesondere spiegelsymmetrisch um die erste und/oder zweite Spiegelsymmetrieebene 60, 61 angeordnet (bezüglich einer Ruheposition der Feder 30 und der Massen 10, 20).In 9 is a schematic section of a microelectromechanical sensor 1 according to an eighth embodiment of the present invention. The feather 30 corresponds to that in 3 described second embodiment. Below (or above) a central area of the spring 30 is a conductor track 3 arranged. An overlap area 4 (represented by the dashed lines 4 ) is between the spring 30 and the conductor track 3 is trained. The overlap area 4 (or the overlap area) can for example be a projection of the spring 30 on the surface of the conductor track 3 (parallel to the main extension plane 100 ) are understood. In the 9 The arrows shown symbolize a deflection of the arrangement during a drive movement parallel to the drive movement axis 110 , The overlap area changes over a certain range of such a deflection 4 (or their size) advantageously not. The overlap area 4 between spring 30 and trace 3 thus remains constant over a certain deflection range. This can result in unwanted force or signal modulation caused by a change in the electrical capacitance between the conductor track 3 and feather 30 would arise (if the overlap area 4 would change in the event of a deflection), advantageously avoided or at least greatly reduced. The overlap area 4 between the spring 30 and the conductor track 3 is in particular mirror-symmetrical about the first and / or second mirror-symmetry plane 60 . 61 arranged (with respect to a rest position of the spring 30 and the masses 10 . 20 ).

Für jeweils entsprechend angeordnete Leiterbahnen (beispielsweise zentral um die Spiegelsymmetrieebenen 60, 61) wäre ein solcher Effekt auch mit den Ausführungsformen der Feder 30 gemäß den 2 bis 8 erzielbar.For correspondingly arranged conductor tracks (for example, centrally around the mirror symmetry planes 60 . 61 ) such an effect would also be with the embodiments of the spring 30 according to the 2 to 8th achievable.

Mit vielen aus dem Stand der Technik bekannten Federformen (beispielsweise Gabeln) wäre ein solcher Effekt hingegen nicht erzielbar.However, such an effect would not be achievable with many spring shapes known from the prior art (forks, for example).

Claims (12)

Mikroelektromechanischer Sensor (1), insbesondere Drehratensensor, umfassend eine Feder (30), die eine erste Masse (10) und eine zweite Masse (20) des Sensors verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (30) mindestens vier U-Federbereiche (40, 40', 40", 40"') und/oder mindestens zwei O-Federbereiche (50, 50') umfasst.Microelectromechanical sensor (1), in particular rotation rate sensor, comprising a spring (30) that connects a first mass (10) and a second mass (20) of the sensor, characterized in that the spring (30) has at least four U-spring regions (40 , 40 ', 40 ", 40"') and / or at least two O-spring areas (50, 50 '). Mikroelektromechanischer Sensor (1) nach Anspruch 1, wobei die U-Federbereiche (40, 40', 40", 40'") zu einer Entkopplung von Bewegungen der ersten und zweiten Masse (10, 20) in einer Haupterstreckungsebene (100) eines Substrats (2) des Sensors (1) und senkrecht zu einer Antriebsbewegung bzw. Antriebsbewegungsachse (110) des Sensors (1) ausgebildet sind.Microelectromechanical sensor (1) after Claim 1 , The U-spring regions (40, 40 ', 40 ", 40'") for decoupling movements of the first and second masses (10, 20) in a main plane of extent (100) of a substrate (2) of the sensor (1) and are formed perpendicular to a drive movement or drive movement axis (110) of the sensor (1). Mikroelektromechanischer Sensor (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die O-Federbereiche (50, 50') zu einer Entkopplung von Bewegungen der ersten und zweiten Masse (10, 20) senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene (100) eines Substrats (2) des Sensors (1) ausgebildet sind.Microelectromechanical sensor (1) according to one of the preceding claims, wherein the O-spring regions (50, 50 ') for decoupling movements of the first and second mass (10, 20) perpendicular to a main plane of extent (100) of a substrate (2) of the Sensors (1) are formed. Mikroelektromechanischer Sensor (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die zweite Masse (20) eine Detektionsmasse des Sensors (1) ist, wobei die erste Masse (10) eine weitere Detektionsmasse oder eine Antriebsmasse des Sensors (1) ist.Microelectromechanical sensor (1) according to one of the preceding claims, wherein the second mass (20) is a detection mass of the sensor (1), the first mass (10) being a further detection mass or a driving mass of the sensor (1). Mikroelektromechanischer Sensor (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Feder (30) spiegelsymmetrisch zu einer ersten Spiegelsymmetrieebene (60) ausgebildet ist, wobei sich die erste Spiegelsymmetrieebene (60) parallel zur Antriebsbewegungsachse (110) und senkrecht zur Haupterstreckungsebene (100) des Substrats (2) erstreckt.Microelectromechanical sensor (1) according to one of the preceding claims, wherein the spring (30) is mirror-symmetrical to a first mirror-symmetry plane (60), the first mirror-symmetry plane (60) being parallel to the drive movement axis (110) and perpendicular to the main extension plane (100) of the Extends substrate (2). Mikroelektromechanischer Sensor (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Feder (30) spiegelsymmetrisch zu einer zweiten Spiegelsymmetrieebene (61) ausgebildet ist, wobei sich die zweite Spiegelsymmetrieebene (61) senkrecht zur Antriebsbewegungsachse (110) und senkrecht zur Haupterstreckungsebene (100) des Substrats (2) erstreckt.Microelectromechanical sensor (1) according to one of the preceding claims, wherein the spring (30) is mirror-symmetrical to a second mirror-symmetry plane (61), the second mirror-symmetry plane (61) being perpendicular to the drive movement axis (110) and perpendicular to the main extension plane (100) of the Extends substrate (2). Mikroelektromechanischer Sensor (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei eine Leiterbahn (3) zumindest teilweise derart oberhalb oder unterhalb der Feder (30) angeordnet ist, dass eine Überlappfläche (4) zwischen der Feder (30) und der Leiterbahn (3) bei einer Auslenkung der Feder (30) parallel zur Antriebsbewegungsachse, zumindest über einen bestimmten Auslenkungsbereich, konstant bleibt.Microelectromechanical sensor (1) according to one of the preceding claims, wherein a conductor track (3) is at least partially arranged above or below the spring (30) such that an overlap area (4) between the spring (30) and the conductor track (3) deflection of the spring (30) parallel to the drive movement axis, at least over a certain deflection range, remains constant. Mikroelektromechanischer Sensor (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei einer, insbesondere jeder, der U-Federbereiche (40,40',40",40"') jeweils einen ersten Balken (41, 41'), einen zweiten Balken (42,42') und einen dritten Balken (43,43') aufweist, wobei sich der erste Balken (41, 41') parallel zur Antriebsbewegungsachse (110) erstreckt, wobei sich der dritte Balken (43, 43') parallel zur Antriebsbewegungsachse (110) erstreckt, wobei der zweite Balken (42, 42') parallel zur Haupterstreckungsebene (100) des Substrats (2) und senkrecht zur Antriebsbewegungsachse (110) angeordnet ist.Microelectromechanical sensor (1) according to one of the preceding claims, wherein one, in particular each, of the U-spring regions (40, 40 ', 40 ", 40"') each has a first bar (41, 41 '), a second bar (42 , 42 ') and a third bar (43, 43'), the first bar (41, 41 ') extending parallel to the drive movement axis (110), the third bar (43, 43') extending parallel to the drive movement axis ( 110), the second bar (42, 42 ') being arranged parallel to the main extension plane (100) of the substrate (2) and perpendicular to the drive movement axis (110). Mikroelektromechanischer Sensor (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei jeweils zwei der U-Federbereiche (40, 40', 40", 40'") aneinander angrenzen.Microelectromechanical sensor (1) according to one of the preceding claims, wherein two of the U-spring regions (40, 40 ', 40 ", 40'") adjoin each other. Mikroelektromechanischer Sensor (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei einer, insbesondere jeder, der O-Federbereiche (50, 50') jeweils einen weiteren ersten Balken (51, 51'), einen weiteren zweiten Balken (52, 52'), einen weiteren dritten Balken (53, 53') und einen weiteren vierten Balken (54, 54') aufweist, wobei sich der weitere erste Balken (51, 51') parallel zur Antriebsbewegungsachse (110) erstreckt, wobei sich der weitere dritte Balken (53, 53') parallel zur Antriebsbewegungsachse (110) erstreckt, wobei der weitere zweite Balken (52, 52') parallel zur Haupterstreckungsebene (100) des Substrats (2) und senkrecht zur Antriebsbewegungsachse (110) angeordnet ist, wobei der weitere vierte Balken (54, 54') parallel zur Haupterstreckungsebene (100) des Substrats (2) und senkrecht zur Antriebsbewegungsachse (110) angeordnet ist. Microelectromechanical sensor (1) according to one of the preceding claims, wherein one, in particular each, of the O-spring regions (50, 50 ') each has a further first bar (51, 51'), a further second bar (52, 52 '), has a further third bar (53, 53 ') and a further fourth bar (54, 54'), the further first bar (51, 51 ') extending parallel to the drive movement axis (110), the further third bar ( 53, 53 ') extends parallel to the drive movement axis (110), the further second bar (52, 52') being arranged parallel to the main extension plane (100) of the substrate (2) and perpendicular to the drive movement axis (110), the further fourth bar (54, 54 ') is arranged parallel to the main extension plane (100) of the substrate (2) and perpendicular to the drive movement axis (110). Mikroelektromechanischer Sensor (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei zwei der U-Federbereiche (40, 40', 40", 40'") an die erste Masse (10) angrenzen und zwei weitere der U-Federbereiche (40, 40', 40", 40'") an die zweite Masse (20) angrenzen.Microelectromechanical sensor (1) according to one of the preceding claims, wherein two of the U-spring regions (40, 40 ', 40 ", 40'") adjoin the first mass (10) and two further of the U-spring regions (40, 40 ' , 40 ", 40 '") adjoin the second mass (20). Mikroelektromechanischer Sensor (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei vier U-Federbereiche (40, 40', 40", 40'") in Antriebsbewegungsrichtung zwischen zwei O-Federbereichen (50, 50') angeordnet sind.Microelectromechanical sensor (1) according to one of the preceding claims, wherein four U-spring regions (40, 40 ', 40 ", 40'") are arranged in the drive movement direction between two O-spring regions (50, 50 ').
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