DE102019213491A1 - Micromechanical sensor - Google Patents

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Abstract

Es wird ein mikromechanischer Sensor, insbesondere ein mikromechanischer Drehratensensor vorgeschlagen, wobei der mikromechanische Sensor ein Substrat sowie einen Rotationsschwinger mit einer Haupterstreckungsebene aufweist, wobei der Rotationsschwinger in einem zentralen Bereich des Rotationsschwingers in der Haupterstreckungsebene einen Aufhängepunkt zur Aufhängung des Rotationsschwingers an dem Substrat aufweist, wobei der Rotationsschwinger eine erste Steifigkeit gegenüber Verformungen aufgrund von Kräften parallel zur Haupterstreckungsebene aufweist und eine zweite, von der ersten Steifigkeit verschiedene Steifigkeit gegenüber Verformungen aufgrund von Kräften senkrecht zur Haupterstreckungsebene aufweist und wobei der Rotationsschwinger an mindestens zwei Punkten seiner Peripherie jeweils einen zusätzlichen peripheren Aufhängepunkt zur Aufhängung des Rotationsschwingers an dem Substrat aufweist.A micromechanical sensor, in particular a micromechanical yaw rate sensor, is proposed, the micromechanical sensor having a substrate and a rotary oscillator with a main extension plane, the rotary oscillator having a suspension point in the main extension plane in the main extension plane for suspending the rotary oscillator on the substrate, wherein the rotary oscillator has a first stiffness against deformations due to forces parallel to the main extension plane and a second stiffness different from the first stiffness against deformations due to forces perpendicular to the main extension plane and wherein the rotary oscillator has an additional peripheral suspension point for suspension at at least two points on its periphery of the rotary vibrator on the substrate.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht aus von einem mikromechanischen Sensor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention is based on a micromechanical sensor according to the preamble of claim 1.

Mikromechanische Sensoren sind allgemein bekannt. Beispielsweise kommen mikromechanische Sensoren zur Messung von Beschleunigungen und Drehraten in vielfältigen Anwendungen zum Einsatz. Solche mikromechanische Sensoren weisen im Allgemeinen mehrere bewegliche Strukturen auf, die über Federn mit dem Substrat des Sensors verbunden ist. Insbesondere weisen mikromechanische Sensoren regelmäßig Rotorstrukturen auf, mittels derer sich Beschleunigungen und Drehraten bestimmen lassen. Durch Substratverbiegungen und/oder -verwölbungen, beispielsweise durch Leiterplattenmontage und/oder Leiterplattenverbiegung, aber auch aufgrund des eingeprägten Stresses des Schichtaufbaus des Sensors, wird die Detektion von Beschleunigungen und Drehraten kompromittiert. Eine exakte Bestimmung der genannten Bewegungsgrößen ist bei einer Verbiegung oder Verwölbung des Substrats nicht mehr möglich.Micromechanical sensors are well known. For example, micromechanical sensors are used to measure accelerations and rotation rates in a wide variety of applications. Such micromechanical sensors generally have a plurality of movable structures that are connected to the substrate of the sensor via springs. In particular, micromechanical sensors regularly have rotor structures by means of which accelerations and rotation rates can be determined. The detection of accelerations and rotation rates is compromised by substrate bending and / or warping, for example due to printed circuit board assembly and / or printed circuit board bending, but also due to the impressed stress on the layer structure of the sensor. An exact determination of the mentioned movement variables is no longer possible if the substrate is bent or warped.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen mikromechanischen Sensor mit erhöhter Sensitivität, insbesondere bei Substratverbiegungen und/oder -verwölbungen, zur Verfügung zu stellen.It is therefore the object of the present invention to provide a micromechanical sensor with increased sensitivity, in particular when the substrate is bent and / or warped.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen mikromechanischen Sensor gemäß dem Hauptanspruch.This object is achieved by a micromechanical sensor according to the main claim.

Der erfindungsgemäße mikromechanische Sensor gemäß dem Hauptanspruch hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass eine Verwölbung des Rotationsschwingers, insbesondere aus der Haupterstreckungsebene, ermöglicht wird. Somit kann der Rotationsschwinger einer Verbiegung des Substrats folgen. Gegenüber dem Stand der Technik wird die durch die Substratverwölbung oder - verbiegung hervorgerufene Abstandsänderung zwischen Substrat und Rotationsschwinger entlang der Haupterstreckungsebene reduziert. Die durch die mindestens zwei zusätzlichen Aufhängepunkte umgesetzte zusätzliche Anbindung des Rotationsschwingers an das Substrat gewährleistet einen vergleichsweise konstanten mittleren Abstand von Substrat und Rotationsschwinger. Die Sensitivität des Drehratensensors bleibt somit trotz Substratverbiegung erhalten.The micromechanical sensor according to the invention according to the main claim has the advantage over the prior art that the rotary oscillator can be curved, in particular from the main extension plane. The rotary oscillator can thus follow a bending of the substrate. Compared to the state of the art, the change in the distance between the substrate and the rotary oscillator caused by the substrate warping or bending is reduced along the main plane of extent. The additional connection of the rotary oscillator to the substrate implemented by the at least two additional suspension points ensures a comparatively constant mean distance between the substrate and the rotary oscillator. The sensitivity of the rotation rate sensor is thus retained despite the bending of the substrate.

Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ist der Begriff „mikroelektromechanischer Sensor“ so zu verstehen, dass der Begriff sowohl mikromechanische Sensoren als auch mikroelektromechanische Sensoren umfasst.In connection with the present invention, the term “microelectromechanical sensor” is to be understood such that the term encompasses both micromechanical sensors and microelectromechanical sensors.

Der mikromechanische Sensor ist beispielsweise ein mikromechanischer Drehratensensor.The micromechanical sensor is, for example, a micromechanical rotation rate sensor.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.Advantageous refinements and developments of the invention can be found in the subclaims and the description with reference to the drawings.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die erste Steifigkeit größer als die zweite Steifigkeit ist. Somit wird eine Verbiegung und/oder Verwölbung des Rotationsschwingers aus der Haupterstreckungsebene erleichtert und gleichzeitig die Ausbildung zusätzlicher Schwingungsmoden im Bereich der Arbeitsfrequenz verhindert.According to a preferred development, it is provided that the first rigidity is greater than the second rigidity. Bending and / or warping of the rotary oscillator out of the main extension plane is thus facilitated and at the same time the formation of additional oscillation modes in the area of the working frequency is prevented.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Rotationsschwinger in der Haupterstreckungsebene mindestens eine Biegestelle zur Verformung des Rotationsschwingers senkrecht zur Haupterstreckungsebene aufweist. Die Biegestelle erstreckt sich bevorzugt von einem Randbereich des Rotationsschwingers zu einem dem einen Randbereich gegenüberliegenden Randbereich.According to a further preferred development, it is provided that the rotary oscillator has at least one bending point in the main extension plane for deforming the rotary oscillator perpendicular to the main extension plane. The bending point preferably extends from an edge region of the rotary oscillator to an edge region opposite the one edge region.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Rotationsschwinger im Bereich der mindestens einen Biegestelle unterbrochen ist, wobei die Biegestelle insbesondere im Wesentlichen senkrecht zu einer Verbindungslinie der mindestens zwei peripheren Aufhängepunkte angeordnet ist. Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die mindestens eine Biegestelle den Rotationsschwinger in mindestens einen ersten Schwingkörper und einen zweiten Schwingkörper unterteilt. In einer bevorzugten Weiterbildung wird der Rotationsschwinger feiner unterteilt, insbesondere weist der Rotationsschwinger mehrere Biegestellen auf und ist im Bereich der mehreren Biegestellen unterbrochen, so dass die mehreren Biegestellen den Rotationsschwinger in mehrere Schwingkörper unterteilen. Bevorzugt schwingen die mehreren Schwingkörper, insbesondere der erste und der zweite Schwingkörper, gegenphasig. Hierdurch werden vorteilhaft gemeinsame, beispielsweise durch Vibrationen verursachte Schwingungsmodenanteile unterdrückt.According to a further preferred development, it is provided that the rotary oscillator is interrupted in the area of the at least one bending point, the bending point being arranged in particular essentially perpendicular to a connecting line of the at least two peripheral suspension points. According to a further preferred development, it is provided that the at least one bending point divides the rotary oscillator into at least one first oscillating body and a second oscillating body. In a preferred development, the rotary oscillator is subdivided more finely, in particular the rotary oscillator has several bending points and is interrupted in the area of the several bending points, so that the several bending points divide the rotary oscillator into several vibrating bodies. The plurality of vibrating bodies, in particular the first and second vibrating bodies, preferably vibrate in phase opposition. In this way, common vibration mode components, for example caused by vibrations, are advantageously suppressed.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Rotationsschwinger eine Feder, insbesondere eine Blattfeder, aufweist.According to a preferred development, it is provided that the rotary oscillator has a spring, in particular a leaf spring.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Rotationsschwinger an den zusätzlichen Aufhängepunkten jeweils mittels mindestens einer u-förmigen Feder an dem Substrat aufgehängt ist. Hierdurch wird vorteilhaft eine Drehschwingung des Rotationsschwingers zugelassen und gleichzeitig eine Anbindung des Rotationsschwingers an das Substrat senkrecht zur Haupterstreckungsebene ermöglicht.According to a further preferred development, it is provided that the rotary oscillator is suspended from the substrate at the additional suspension points by means of at least one U-shaped spring. This is advantageous a Torsional oscillation of the rotary oscillator allowed and at the same time a connection of the rotary oscillator to the substrate perpendicular to the main extension plane enabled.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die u-förmige Feder einen ersten und einen zweiten Schenkel aufweist, wobei der Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Schenkel größer ist als der Durchmesser des ersten Schenkels und/oder des zweiten Schenkels.According to a further preferred development it is provided that the U-shaped spring has a first and a second leg, the distance between the first and the second leg being greater than the diameter of the first leg and / or the second leg.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der mikromechanische Sensor ein erstes Coriolis-Element und einen ersten über eine erste Feder an das erste Coriolis-Element gekoppelten Antriebsbalken aufweist, wobei der erste Antriebsbalken einen ersten Antriebselektrodenträger aufweist, wobei der erste Antriebselektrodenträger eine Vielzahl von ersten Antriebselektroden trägt; ein zweites an der vom ersten Antriebsbalken abgewandten Seite neben dem ersten Coriolis-Element angeordnetes zweites Coriolis-Element aufweist; ein Kopplungsglied aufweist, welches das erste und das zweite Coriolis-Element zu einer antiparallelen Antriebsmode koppelt und wobei der Rotationsschwinger an der dem ersten Coriolis-Element zugewandten Seite des ersten Antriebsbalkens neben dem ersten und zweiten Coriolis-Element angeordnet ist und mittels einer dritten Feder an den ersten Antriebsbalken gekoppelt ist. Die Anordnung des ersten Antriebsbalken, des ersten Antriebselektrodenträgers, des ersten und zweiten Coriolis-Elements, sowie des Rotationsschwingers ermöglicht eine besonders kompakte Bauweise des Drehratensensors sowohl in der zum ersten Antriebsbalken parallelen als auch in der zum ersten Antriebsbalken senkrechten Richtung. Dadurch, dass der Rotationsschwinger an der dem ersten Coriolis-Element zugewandten Seite des ersten Antriebsbalkens neben den Coriolis-Elementen angeordnet ist, kann sich der Antriebsbalken innerhalb eines insgesamt geringen Bauraums entlang sowohl der ersten und zweiten Coriolis-Elemente als auch entlang des Rotationsschwingers erstrecken und so besonders lang ausgebildet werden. Hierdurch wird die Antriebsbewegung stabilisiert.According to a preferred development it is provided that the micromechanical sensor has a first Coriolis element and a first drive bar coupled to the first Coriolis element via a first spring, the first drive bar having a first drive electrode carrier, the first drive electrode carrier having a plurality of first Drive electrodes carries; has a second second Coriolis element arranged on the side facing away from the first drive beam next to the first Coriolis element; having a coupling member which couples the first and the second Coriolis element to an anti-parallel drive mode and wherein the rotary oscillator is arranged on the side of the first drive beam facing the first Coriolis element next to the first and second Coriolis element and by means of a third spring is coupled to the first drive beam. The arrangement of the first drive beam, the first drive electrode carrier, the first and second Coriolis element, and the rotary oscillator enables a particularly compact design of the rotation rate sensor both in the direction parallel to the first drive beam and in the direction perpendicular to the first drive beam. Because the rotary oscillator is arranged on the side of the first drive beam facing the first Coriolis element next to the Coriolis elements, the drive beam can extend within a small overall space along both the first and second Coriolis elements and along the rotary oscillator be trained so particularly long. This stabilizes the drive movement.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der mikromechanische Sensor einen zweiten an der vom ersten Coriolis-Element abgewandten Seite des zweiten Coriolis-Elements angeordneten, über eine zweite Feder an das zweite Coriolis-Element gekoppelten zweiten Antriebsbalken aufweist, wobei der zweite Antriebsbalken einen zweiten Antriebselektrodenträger aufweist, wobei der zweite Antriebselektrodenträger eine Vielzahl von zweiten Antriebselektroden trägt und wobei der Rotationsschwinger mittels einer vierten Feder an den zweiten Antriebsbalken gekoppelt ist. Hierdurch wird vorteilhaft ein besonders ausgeglichener symmetrischer Antrieb ermöglicht. Gleichzeitig bleibt die besonders kompakte Bauweise des Drehratensensors in der zum ersten Antriebsbalken parallelen Richtung erhalten.According to a further preferred development, it is provided that the micromechanical sensor has a second drive bar, which is arranged on the side of the second Coriolis element facing away from the first Coriolis element and is coupled to the second Coriolis element via a second spring having second drive electrode carrier, wherein the second drive electrode carrier carries a plurality of second drive electrodes and wherein the rotary oscillator is coupled to the second drive beam by means of a fourth spring. This advantageously enables a particularly balanced symmetrical drive. At the same time, the particularly compact design of the yaw rate sensor is retained in the direction parallel to the first drive beam.

FigurenlisteFigure list

  • 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Seitenansicht eines mikromechanischen Sensors gemäß dem Stand der Technik. 1 shows a schematic representation of a side view of a micromechanical sensor according to the prior art.
  • 2 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Seitenansicht eines mikromechanischen Sensors gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2 shows a schematic illustration of a side view of a micromechanical sensor according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • 3 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Draufsicht eines mikromechanischen Sensors gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 3 shows a schematic illustration of a top view of a micromechanical sensor according to an exemplary 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 various figures, the same parts are always provided with the same reference numerals and are therefore usually only named or mentioned once.

In 1 ist eine Seitenansicht eines mikromechanischen Sensors 1, insbesondere eines Drehratensensors, gemäß dem Stand der Technik dargestellt. Dabei zeigt die obere Abbildung den mikromechanischen Sensor 1 stressfreiem Substrat 2 und die untere Abbildung den mikromechanischen Sensor 1 bei Substratverbiegung und/oder -verwölbung. Der mikromechanische Sensor 1 gemäß dem Stand der Technik weist, wie in der oberen Abbildung gezeigt, ein planes Substrat 2 und einen Rotationsschwinger 3 auf. Der Rotationsschwinger 3 weist eine Haupterstreckungsebene auf. In der dargestellten Ansicht ist die Haupterstreckungsebene die x-y-Ebene. Der Rotationsschwinger 3 ist in einem Aufhängepunkt 5 mit dem Substrat verbunden. Der Aufhängepunkt 5 befindet sich in einem zentralen Bereich des Rotationsschwingers 3 in der Haupterstreckungsebene, so dass der Rotationsschwinger 3 eine schwingende Drehbewegung um eine durch den Aufhängepunkt 5 verlaufende Rotationsschwingachse ausführen kann. Bevorzugt befindet sich der Aufhängepunkt 5 in einer Achsposition des Rotationsschwingers 3, beispielsweise im geometrischen Zentrum des Rotationsschwingers 3 in der Haupterstreckungsebene. Der Rotationsschwinger 3 ist im Aufhängepunkt 5 insbesondere über einen Stützpfosten 6 mit dem Substrat verbunden. Im Ruhezustand verläuft die Haupterstreckungsebene des Rotationsschwingers 3 parallel zu dem planen Substrat 2. An seinem äußeren Rand weist der Rotationsschwinger Messelektroden 7a, 7b auf. Entsprechend weist das Substrat 2 jeweils im Wesentlichen senkrecht unter den Messelektroden 7a, 7b (d.h. gemäß einer Projektionsrichtung senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung des Rotationsschwingers 3 bzw. des Substrats 2 mit den Messelektroden 7a, 7b überlappend) angeordnete weitere Messelektroden 8a, 8b auf, wobei die weiteren Messelektroden 8a, 8b (des Substrats 2) zusammen mit den Messelektroden 7a, 7b (des Rotationsschwingers 3) insbesondere zur Detektion von Drehbewegungen (etwa um eine im Wesentlichen senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung von Substrat 2 und/oder Rotationsschwinger 3 verlaufende Drehachse) und/oder von Kippbewegungen (etwa um eine im Wesentlichen parallel zur Haupterstreckungsrichtung von Substrat 2 und/oder Rotationsschwinger 3 verlaufende Drehachse) des Rotationsschwingers 3 vorgesehen ist. Unter mechanischem Stress verformt sich das Substrat 2, siehe untere Abbildung. Insbesondere durch Leiterplattenverbiegung und/oder Leiterplattenmontage, aber auch durch den eingeprägten des Schichtaufbaus des Sensors 1 kommt es zu Substratverbiegungen und/oder -verwölbungen. Auch Lötvorgänge, Temperaturänderungen und Alterung des Drehratensensors 1 verursachen unerwünschte Substratverbiegungen und/oder -verwölbungen. Da der Rotationsschwinger 3 von dem Substrat 2 weitestgehend entkoppelt ist - die zentrale Aufhängung des Rotationschwingers 3 im Aufhängepunkt 5 stellt lediglich einen Stützpunkt auf dem Substrat 2 dar - wird die Substratverbiegung und/oder -verwölbung von dem Rotationsschwinger 3 nicht nachvollzogen. Der Rotationsschwinger 3 bleibt weiterhin plan, so dass sich der Grundabstand, d.h. der mittlere Abstand im Ruhezustand des Rotationsschwingers 3, zwischen Rotationsschwinger 3 und Substrat 2 ändert. Die Abstandsänderung entspricht dabei genau der Substratverbiegung und/oder -verwölbung. Der Grundabstand ist aber umgekehrt proportional zur Sensitivität des Sensors 1, so dass durch die Substratverbiegung und/oder -verwölbung die Sensitivität des Sensors 1 herabgesetzt wird.In 1 is a side view of a micromechanical sensor 1 , in particular a rotation rate sensor, shown according to the prior art. The figure above shows the micromechanical sensor 1 stress-free substrate 2 and the picture below shows the micromechanical sensor 1 if the substrate is bent and / or warped. The micromechanical sensor 1 According to the prior art, as shown in the figure above, has a planar substrate 2 and a rotary oscillator 3 on. The rotary oscillator 3 has a main plane of extent. In the view shown, the main extension plane is the xy plane. The rotary oscillator 3 is in a suspension point 5 connected to the substrate. The suspension point 5 is located in a central area of the rotary oscillator 3 in the main extension plane, so that the rotary oscillator 3 an oscillating rotary motion around one through the suspension point 5 running rotational oscillating axis can perform. The suspension point is preferably located 5 in an axial position of the rotary oscillator 3 , for example in the geometric center of the rotary oscillator 3 in the main plane of extent. The rotary oscillator 3 is in the suspension point 5 especially about a support post 6th connected to the substrate. In the resting state, the main extension plane of the rotary oscillator runs 3 parallel to the plane substrate 2 . The rotary oscillator has measuring electrodes on its outer edge 7a , 7b on. The substrate exhibits accordingly 2 each essentially perpendicular under the measuring electrodes 7a , 7b (ie according to a Projection direction perpendicular to the main direction of extent of the rotary oscillator 3 or the substrate 2 with the measuring electrodes 7a , 7b overlapping) arranged further measuring electrodes 8a , 8b on, with the other measuring electrodes 8a , 8b (of the substrate 2 ) together with the measuring electrodes 7a , 7b (of the rotary oscillator 3 ) in particular for the detection of rotational movements (for example around an essentially perpendicular to the main direction of extent of the substrate 2 and / or rotary oscillators 3 running axis of rotation) and / or tilting movements (approximately around a substantially parallel to the main direction of extent of the substrate 2 and / or rotary oscillators 3 running axis of rotation) of the rotary oscillator 3 is provided. The substrate deforms under mechanical stress 2 , see figure below. In particular by bending the printed circuit board and / or mounting it, but also by the embossed layer structure of the sensor 1 substrate warping and / or warping occurs. Also soldering processes, temperature changes and aging of the rotation rate sensor 1 cause undesirable bending and / or warping of the substrate. Because the rotary oscillator 3 from the substrate 2 is largely decoupled - the central suspension of the rotary oscillator 3 in the suspension point 5 merely provides a support point on the substrate 2 represents - the substrate bending and / or warping is caused by the rotary oscillator 3 not understood. The rotary oscillator 3 remains flat, so that the basic distance, ie the mean distance when the rotary oscillator is at rest 3 , between rotary oscillators 3 and substrate 2 changes. The change in distance corresponds exactly to the bending and / or warping of the substrate. The basic distance is inversely proportional to the sensitivity of the sensor 1 , so that the sensitivity of the sensor due to the bending and / or warping of the substrate 1 is reduced.

In 2 ist eine Seitenansicht eines mikromechanischen Sensors 1, insbesondere eines mikromechanischen Drehratensensors, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Dabei zeigt die obere Abbildung den erfindungsgemäßen mikromechanischen Sensor 1 mit stressfreiem Substrat 2 und die untere Abbildung den erfindungsgemäßen mikromechanischen Sensor 1 bei Substratverbiegung und/oder -verwölbung. Die in 2 dargestellte Anordnung, insbesondere der dargestellte Sensor 1, das dargestellte Substrat 2 und der dargestellte Rotationsschwinger 3, ist insbesondere bezüglich der Messelektroden und der weiteren Messelektroden, analog zur Anordnung in 1 aufgebaut. Der Sensor 1 weist ein planes Substrat 2 und einen mit dem planen Substrat 2 verbundenen Rotationsschwinger 3 auf. Der Rotationsschwinger 3 weist eine Haupterstreckungsebene auf, die in der vorliegenden Darstellung durch die x-y-Ebene gegeben ist. Der Rotationsschwinger 3 weist in einem zentralen Bereich des Rotationsschwingers 3 in der Haupterstreckungsebene einen Aufhängepunkt 5 zur Aufhängung des Rotationsschwingers 3 an dem Substrat 2 auf. Beispielsweise ist der Rotationsschwinger 3 im Aufhängepunkt 5 über einen Stützpfosten mit dem Substrat 2 verbunden. Im Ruhezustand erstreckt sich die Haupterstreckungsebene des Rotationsschwingers 3 parallel zum Substrat 2. Der Rotationsschwinger 3 weist eine erste Steifigkeit gegenüber Verformungen aufgrund von Kräften parallel zur Haupterstreckungsebene, d.h. in der vorliegenden Darstellung parallel zur x- und/oder y-Achse, auf und eine zweite, von der ersten Steifigkeit verschiedene Steifigkeit gegenüber Verformungen aufgrund von Kräften senkrecht zur Haupterstreckungsebene, d.h. in der vorliegenden Darstellung parallel zur z-Achse, auf. Bevorzugt ist die erste Steifigkeit größer als die zweite Steifigkeit. Verformungen parallel zur x- und/oder y-Achse werden somit im Vergleich zu Verformung parallel zur z-Achse unterdrückt. Dies ermöglicht vorteilhaft eine Verformung des Rotationsschwingers 3 parallel zur z-Achse und verhindert die Herausbildung von unerwünschten Schwingungsmoden im Bereich der Arbeitsfrequenz des mikromechanischen Sensors 1. Der erfindungsgemäße Rotationsschwinger 3 weist weiterhin an mindestens zwei Punkten seiner Peripherie jeweils einen zusätzlichen peripheren Aufhängepunkt 9a, 9b zur Aufhängung des Rotationsschwingers 3 an dem Substrat 2 auf. Durch die zusätzliche Anbindung an das Substrat 2 und die vergleichsweise geringere zweite Steifigkeit gegenüber Verformungen aufgrund von Kräften senkrecht zur Haupterstreckungsebene, kann der Rotationsschwinger 3 einer Verbiegung und/oder Verwölbung des Substrats 2 folgen, siehe untere Abbildung. Eine Substratverbiegung und/oder - verwölbung hat bei dem Rotationsschwinger 3 eine im Vergleich zum Stand der Technik geringere Änderung des Grundabstands zur Folge. Die Konstanz des Grundabstands von Rotationsschwinger 3 und Substrat 2 ist gewährleistet. Somit wird ein mikromechanischer Sensor 1, insbesondere ein mikromechanischer Drehratensensor, zur Verfügung gestellt, der gegenüber dem Stand der Technik eine erhöhte Sensitivität aufweist. Insbesondere ist die Sensitivität des mikromechanischen Sensors 1, insbesondere des mikromechanischen Drehratensensors, robust gegen Substratverbiegungen und/oder -verwölbungen.In 2 is a side view of a micromechanical sensor 1 , in particular a micromechanical rotation rate sensor, shown according to a preferred embodiment of the present invention. The top figure shows the micromechanical sensor according to the invention 1 with a stress-free substrate 2 and the lower figure shows the micromechanical sensor according to the invention 1 if the substrate is bent and / or warped. In the 2 illustrated arrangement, in particular the illustrated sensor 1 , the illustrated substrate 2 and the illustrated rotary oscillator 3 , is, in particular with regard to the measuring electrodes and the further measuring electrodes, analogous to the arrangement in FIG 1 built up. The sensor 1 has a planar substrate 2 and one with the flat substrate 2 connected rotary oscillator 3 on. The rotary oscillator 3 has a main extension plane, which is given in the present illustration by the xy plane. The rotary oscillator 3 points in a central area of the rotary oscillator 3 a suspension point in the main extension plane 5 for suspending the rotary oscillator 3 on the substrate 2 on. For example, the rotary oscillator 3 in the suspension point 5 via a support post to the substrate 2 connected. In the resting state, the main extension plane of the rotary oscillator extends 3 parallel to the substrate 2 . The rotary oscillator 3 has a first rigidity with respect to deformations due to forces parallel to the main extension plane, ie in the present illustration parallel to the x and / or y-axis, and a second rigidity different from the first rigidity with respect to deformations due to forces perpendicular to the main extension plane, ie in the present illustration parallel to the z-axis. The first rigidity is preferably greater than the second rigidity. Deformations parallel to the x- and / or y-axis are thus suppressed in comparison to deformations parallel to the z-axis. This advantageously enables the rotary oscillator to be deformed 3 parallel to the z-axis and prevents the development of undesired oscillation modes in the area of the working frequency of the micromechanical sensor 1 . The rotary oscillator according to the invention 3 furthermore has an additional peripheral suspension point at at least two points on its periphery 9a , 9b for suspending the rotary oscillator 3 on the substrate 2 on. Due to the additional connection to the substrate 2 and the comparatively lower second stiffness compared to deformations due to forces perpendicular to the main extension plane can be achieved by the rotary oscillator 3 bending and / or warping of the substrate 2 follow, see figure below. A substrate bending and / or warping has in the rotary oscillator 3 results in a smaller change in the base distance compared to the prior art. The constancy of the basic distance of rotary transducers 3 and substrate 2 is guaranteed. Thus it becomes a micromechanical sensor 1 , in particular a micromechanical rotation rate sensor, is made available, which has an increased sensitivity compared to the prior art. In particular, the sensitivity of the micromechanical sensor 1 , in particular the micromechanical yaw rate sensor, robust against substrate bending and / or warping.

In 3 ist eine Draufsicht des mikromechanischen Sensors 1, insbesondere des mikromechanischen Drehratensensors, gemäß einer beispielhafter Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Der mikromechanische Sensor 1 weist ein Substrat 2 und einen Rotationsschwinger 3 auf, wie in 2 dargestellt und beschrieben. Bevorzugt weist der Rotationsschwinger 3 in der Haupterstreckungsebene mindestens eine Biegestelle 4 zur Verformung des Rotationsschwingers 3 senkrecht zur Haupterstreckungsebene, d.h. in der vorliegenden Darstellung parallel zur z-Achse, auf. Die mindestens eine Biegestelle 4 erstreckt sich bevorzugt von einem Randbereich 10a des Rotationsschwinger 3 zu einem dem einen Randbereich 10a gegenüberliegenden Randbereich 10b. Besonders bevorzugt ist die mindestens eine Biegestelle 4 senkrecht zu einer Verbindungslinie der mindestens zwei peripheren Aufhängepunkte 9a, 9b angeordnet. Durch die mindestens eine Biegestelle 4 wird eine Schwächung eingeführt, die geeignet ist, eine Verformung des Rotationsschwingers 3 senkrecht zur Haupterstreckungsebene zu ermöglichen und eine Verformung oder eine Ausbildung von Schwingungsmoden parallel zur Haupterstreckungsebene zu unterdrücken. Bevorzugt weist der Rotationsschwinger 3 eine Blattfeder auf. Besonders bevorzugt weist der Rotationsschwinger 3 im Bereich der mindestens einen Biegestelle 4 eine Blattfeder auf. In einer alternativen Ausführungsform ist der Rotationsschwinger 3 als Blattfeder ausgeführt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Rotationsschwinger 3 im Bereich der mindestens einen Biegestelle 4 unterbrochen. Der Rotationsschwinger 3 wird insbesondere in einen ersten und einen zweiten Schwingkörper 11a, 11b unterteilt. Der erste und der zweite Schwingkörper 11a, 11b schwingen bevorzugt gegenphasig. Hierdurch werden vorteilhaft beispielsweise durch Vibrationen verursachte, gemeinsame Schwingungsanteile (common-mode Anteile) unterdrückt. In einer alternativen Ausführungsform weist der Rotationsschwinger 3 mehrere Biegestellen 4 auf. Der Rotationsschwinger 3 ist bevorzugt in den Bereichen der mehreren Biegestellen 4 jeweils unterbrochen. Der Rotationsschwinger 3 wird somit insbesondere in mehrere Schwingkörper 11 unterteilt, die bevorzugt gegenphasig schwingen. Bevorzugt ist der Rotationsschwinger 3 an den zusätzlichen Aufhängepunkten 9a, 9b jeweils mittels mindestens einer u-förmigen Feder 12a, 12b an dem Substrat 2 aufgehängt. Diese lassen vorteilhaft Drehschwingungen zu und stellen eine Anbindung senkrecht zur Haupterstreckungsebene dar. Insbesondere weist die u-förmige Feder 12a, 12b einen ersten und einen zweiten Schenkel 13a, 13b auf, wobei der Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Schenkel 13a, 13b größer ist als der Durchmesser des ersten Schenkels 13a und/oder des zweiten Schenkels 13b.In 3 Figure 3 is a top view of the micromechanical sensor 1 , in particular the micromechanical yaw rate sensor, shown according to an exemplary embodiment of the present invention. The micromechanical sensor 1 has a substrate 2 and a rotary oscillator 3 on, as in 2 shown and described. The rotary oscillator preferably has 3 at least one bending point in the main extension plane 4th to deform the rotary oscillator 3 perpendicular to the main plane of extent, ie in the present illustration parallel to the z-axis. The at least one bending point 4th preferably extends from an edge region 10a of the rotary oscillator 3 to one of the edge areas 10a opposite edge area 10b . The at least one bending point is particularly preferred 4th perpendicular to a line connecting the at least two peripheral suspension points 9a , 9b arranged. Through the at least one bending point 4th a weakening is introduced which is suitable, a deformation of the rotary oscillator 3 to enable perpendicular to the main extension plane and to suppress a deformation or formation of oscillation modes parallel to the main extension plane. The rotary oscillator preferably has 3 a leaf spring on. The rotary oscillator particularly preferably has 3 in the area of the at least one bending point 4th a leaf spring on. In an alternative embodiment, the rotary oscillator is 3 designed as a leaf spring. In a preferred embodiment, the rotary oscillator 3 in the area of the at least one bending point 4th interrupted. The rotary oscillator 3 is in particular in a first and a second oscillating body 11a , 11b divided. The first and the second vibrating body 11a , 11b preferably oscillate out of phase. In this way, common vibration components (common-mode components) caused by vibrations, for example, are advantageously suppressed. In an alternative embodiment, the rotary oscillator 3 several bending points 4th on. The rotary oscillator 3 is preferred in the areas of the multiple bending points 4th each interrupted. The rotary oscillator 3 is thus in particular in several vibrating bodies 11 divided, which preferably oscillate out of phase. The rotary oscillator is preferred 3 at the additional suspension points 9a , 9b each by means of at least one U-shaped spring 12a , 12b on the substrate 2 hung up. These advantageously allow torsional vibrations and represent a connection perpendicular to the main extension plane. In particular, the U-shaped spring 12a , 12b a first and a second leg 13a , 13b on, wherein the distance between the first and the second leg 13a , 13b is larger than the diameter of the first leg 13a and / or the second leg 13b .

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der mikromechanische Sensor 1 ein Drehratensensor und weist weiterhin ein erstes Coriolis-Element und einen ersten über eine erste Feder an das erste Coriolis-Element gekoppelten ersten Antriebsbalken auf, wobei der erste Antriebsbalken einen ersten Antriebselektrodenträger aufweist, wobei der erste Antriebselektrodenträger eine Vielzahl von ersten Antriebselektroden trägt; und außerdem ein zweites an der vom ersten Antriebsbalken abgewandten Seite neben dem ersten Coriolis-Element angeordnetes zweites Coriolis-Element auf; und weiterhin ein Kopplungsglied auf, welches das erste und das zweite Coriolis-Element zu einer antiparallelen Antriebsmode koppelt. Der Rotationsschwinger 3 ist bevorzugt an der dem ersten Coriolis-Element zugewandten Seite des ersten Antriebsbalkens neben dem ersten und zweiten Coriolis-Element angeordnet und mittels einer dritten Feder an den ersten Antriebsbalken gekoppelt. Weiterhin weist der mikromechanische Drehratensensor 1 bevorzugt einen zweiten an der vom ersten Coriolis-Element abgewandten Seite des zweiten Coriolis-Elements angeordneten, über eine zweite Feder an das zweite Coriolis-Element gekoppelten zweiten Antriebsbalken auf, wobei der zweite Antriebsbalken einen zweiten Antriebselektrodenträger aufweist, wobei der zweite Antriebselektrodenträger eine Vielzahl von zweiten Antriebselektroden trägt. Der Rotationsschwinger 3 ist bevorzugt mittels einer vierten Feder an den zweiten Antriebsbalken gekoppelt. Hiermit wird ein mikromechanischer Drehratensensor 1 mit geringem Bauraum zur Verfügung gestellt, der ausgeglichen und symmetrisch angetrieben werden kann und seine Sensitivität gegenüber Substratverbiegungen und/oder -verwölbungen erhält.In a preferred embodiment, the micromechanical sensor is 1 a rotation rate sensor and furthermore has a first Coriolis element and a first drive beam coupled to the first Coriolis element via a first spring, the first drive beam having a first drive electrode carrier, the first drive electrode carrier carrying a plurality of first drive electrodes; and also a second second Coriolis element arranged on the side facing away from the first drive beam next to the first Coriolis element; and further a coupling member which couples the first and second Coriolis elements in an anti-parallel drive mode. The rotary oscillator 3 is preferably arranged on the side of the first drive beam facing the first Coriolis element next to the first and second Coriolis elements and is coupled to the first drive beam by means of a third spring. The micromechanical yaw rate sensor also has 1 preferably a second drive bar which is arranged on the side of the second Coriolis element facing away from the first Coriolis element and is coupled to the second Coriolis element via a second spring, the second drive bar having a second drive electrode carrier, the second drive electrode carrier having a plurality of second drive electrode carries. The rotary oscillator 3 is preferably coupled to the second drive beam by means of a fourth spring. This is a micromechanical rotation rate sensor 1 made available with little installation space, which can be driven in a balanced and symmetrical manner and which maintains its sensitivity to substrate bending and / or warping.

Claims (10)

Mikromechanischer Sensor (1), insbesondere mikromechanischer Drehratensensor, aufweisend ein Substrat (2) sowie einen Rotationsschwinger (3) mit einer Haupterstreckungsebene, wobei der Rotationsschwinger (3) in einem zentralen Bereich des Rotationsschwingers (3) in der Haupterstreckungsebene einen Aufhängepunkt (5) zur Aufhängung des Rotationsschwingers (3) an dem Substrat (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationsschwinger (3) eine erste Steifigkeit gegenüber Verformungen aufgrund von Kräften parallel zur Haupterstreckungsebene aufweist und eine zweite, von der ersten Steifigkeit verschiedene Steifigkeit gegenüber Verformungen aufgrund von Kräften senkrecht zur Haupterstreckungsebene aufweist und wobei der Rotationsschwinger (3) an mindestens zwei Punkten seiner Peripherie jeweils einen zusätzlichen peripheren Aufhängepunkt (9a, 9b) zur Aufhängung des Rotationsschwingers (3) an dem Substrat (2) aufweist.Micromechanical sensor (1), in particular micromechanical rotation rate sensor, comprising a substrate (2) and a rotary oscillator (3) with a main extension plane, the rotary oscillator (3) in a central area of the rotary oscillator (3) in the main extension plane for a suspension point (5) Suspension of the rotary oscillator (3) on the substrate (2), characterized in that the rotary oscillator (3) has a first rigidity with respect to deformations due to forces parallel to the main extension plane and a second rigidity, different from the first rigidity, with respect to deformations due to forces perpendicular to the main extension plane and wherein the rotary oscillator (3) has an additional peripheral suspension point (9a, 9b) at at least two points on its periphery for suspending the rotary oscillator (3) on the substrate (2). Mikromechanischer Sensor (1), insbesondere mikromechanischer Drehratensensor, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Steifigkeit größer als die zweite Steifigkeit ist.Micromechanical sensor (1), in particular micromechanical rotation rate sensor, according to Claim 1 , characterized in that the first stiffness is greater than the second stiffness. Mikromechanischer Sensor (1), insbesondere mikromechanischer Drehratensensor, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationsschwinger (3) in der Haupterstreckungsebene mindestens eine Biegestelle (4) zur Verformung des Rotationsschwingers (3) senkrecht zur Haupterstreckungsebene aufweist.Micromechanical sensor (1), in particular micromechanical yaw rate sensor, according to one of the preceding claims, characterized in that the rotary oscillator (3) in the main plane of extent has at least one Has bending point (4) for deforming the rotary oscillator (3) perpendicular to the main extension plane. Mikromechanischer Sensor (1), insbesondere mikromechanischer Drehratensensor, nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationsschwinger (3) im Bereich der mindestens einen Biegestelle (4) unterbrochen ist, wobei die Biegestelle (4) insbesondere im Wesentlichen senkrecht zu einer Verbindungslinie der mindestens zwei peripheren Aufhängepunkte (9a, 9b) angeordnet ist.Micromechanical sensor (1), in particular micromechanical rotation rate sensor, according to Claim 3 , characterized in that the rotary oscillator (3) is interrupted in the region of the at least one bending point (4), the bending point (4) being arranged in particular essentially perpendicular to a connecting line of the at least two peripheral suspension points (9a, 9b). Mikromechanischer Sensor (1), insbesondere mikromechanischer Drehratensensor, nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Biegestelle (4) den Rotationsschwinger (3) in mindestens einen ersten Schwingkörper (11a) und einen zweiten Schwingkörper (11b) unterteilt.Micromechanical sensor (1), in particular micromechanical rotation rate sensor, according to Claim 4 , characterized in that the at least one bending point (4) divides the rotary oscillator (3) into at least one first oscillating body (11a) and a second oscillating body (11b). Mikromechanischer Sensor (1), insbesondere mikromechanischer Drehratensensor, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationsschwinger (3) eine Feder, insbesondere eine Blattfeder, aufweist.Micromechanical sensor (1), in particular micromechanical yaw rate sensor, according to one of the preceding claims, characterized in that the rotary oscillator (3) has a spring, in particular a leaf spring. Mikromechanischer Sensor (1), insbesondere mikromechanischer Drehratensensor, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationsschwinger (3) an den zusätzlichen Aufhängepunkten (9a, 9b) jeweils mittels mindestens einer u-förmigen Feder (12a, 12b) an dem Substrat (2) aufgehängt ist.Micromechanical sensor (1), in particular micromechanical rotation rate sensor, according to one of the preceding claims, characterized in that the rotary oscillator (3) at the additional suspension points (9a, 9b) each by means of at least one U-shaped spring (12a, 12b) on the substrate (2) is suspended. Mikromechanischer Sensor (1), insbesondere mikromechanischer Drehratensensor, nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die u-förmige Feder (12a, 12b) einen ersten und einen zweiten Schenkel (13a, 13b) aufweist, wobei der Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Schenkel (13a, 13b) größer ist als der Durchmesser des ersten Schenkels (13a) und/oder des zweiten Schenkels (13b).Micromechanical sensor (1), in particular micromechanical rotation rate sensor, according to Claim 7 , characterized in that the U-shaped spring (12a, 12b) has a first and a second leg (13a, 13b), the distance between the first and the second leg (13a, 13b) being greater than the diameter of the first Leg (13a) and / or the second leg (13b). Mikromechanischer Sensor (1), insbesondere mikromechanischer Drehratensensor, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehratensensor: - ein erstes Coriolis-Element und einen ersten über eine erste Feder an das erste Coriolis-Element gekoppelten Antriebsbalken aufweist, wobei der erste Antriebsbalken einen ersten Antriebselektrodenträger aufweist, wobei der erste Antriebselektrodenträger eine Vielzahl von ersten Antriebselektroden trägt; - ein zweites an der vom ersten Antriebsbalken abgewandten Seite neben dem ersten Coriolis-Element angeordnetes zweites Coriolis-Element aufweist; - ein Kopplungsglied aufweist, welches das erste und das zweite Coriolis-Element zu einer antiparallelen Antriebsmode koppelt; - und wobei der Rotationsschwinger (3) an der dem ersten Coriolis-Element zugewandten Seite des ersten Antriebsbalkens neben dem ersten und zweiten Coriolis-Element angeordnet ist und mittels einer dritten Feder an den ersten Antriebsbalken gekoppelt ist.Micromechanical sensor (1), in particular micromechanical yaw rate sensor, according to one of the preceding claims, characterized in that the yaw rate sensor has: a first Coriolis element and a first drive beam coupled to the first Coriolis element via a first spring, the first drive beam a first drive electrode carrier, the first drive electrode carrier carrying a plurality of first drive electrodes; - has a second second Coriolis element arranged on the side facing away from the first drive beam next to the first Coriolis element; - Has a coupling member which couples the first and the second Coriolis element to an anti-parallel drive mode; - and wherein the rotary oscillator (3) is arranged on the side of the first drive beam facing the first Coriolis element next to the first and second Coriolis elements and is coupled to the first drive beam by means of a third spring. Mikromechanischer Sensor (1), insbesondere mikromechanischer Drehratensensor, nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehratensensor - einen zweiten an der vom ersten Coriolis-Element abgewandten Seite des zweiten Coriolis-Elements angeordneten, über eine zweite Feder an das zweite Coriolis-Element gekoppelten zweiten Antriebsbalken aufweist, wobei der zweite Antriebsbalken einen zweiten Antriebselektrodenträger aufweist, wobei der zweite Antriebselektrodenträger eine Vielzahl von zweiten Antriebselektroden trägt; - und wobei der Rotationsschwinger (3) mittels einer vierten Feder an den zweiten Antriebsbalken gekoppelt ist.Micromechanical sensor (1), in particular micromechanical rotation rate sensor, according to Claim 9 characterized in that the rotation rate sensor has a second drive bar, which is arranged on the side of the second Coriolis element facing away from the first Coriolis element and is coupled to the second Coriolis element via a second spring, the second drive bar having a second drive electrode carrier, wherein the second drive electrode support carries a plurality of second drive electrodes; - and wherein the rotary oscillator (3) is coupled to the second drive beam by means of a fourth spring.
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