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Die Erfindung betrifft ein mikromechanisches Bauteil für eine Sensorvorrichtung. Ebenso betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil für eine Sensorvorrichtung.
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Stand der Technik
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines herkömmlichen Beschleunigungssensors, welcher der Anmelderin als interner Stand der Technik bekannt ist.
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Der in 1 schematisch wiedergegebene herkömmliche Beschleunigungssensor hat zwei seismische Massen 10, welche jeweils über je zwei Federeinrichtungen 12 an einer Halterung 14 derart angebunden sind, dass die zwei seismischen Massen 10 in entlang einer Achse 16 ausgerichtete Schwingbewegungen versetzbar sind. Die zwei seismischen Massen 10 sind derart „hintereinander“ angeordnet, dass die Achse 16 jede der beiden seismischen Massen 10 mittig schneidet. Ein Abstand d zwischen den zwei seismischen Massen 10 ist jedoch derart groß gewählt, dass ein mechanischer Kontakt zwischen den beiden seismischen Massen 10 selbst bei deren Schwingbewegungen entlang der Achse 16 nicht auftritt.
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An den seismischen Massen 10 sind Aktorelektroden 18 ausgebildet, denen an der Halterung 14 befestigte Statorelektroden 20 zugeordnet sind. Ein Einwirken einer Beschleunigung mit einer entlang der Achse 16 ausgerichteten Beschleunigungskomponente ungleich Null auf den herkömmlichen Beschleunigungssensor der 1 bewirkt ein Auslenken der beiden seismischen Massen 10 aus ihren in 1 wiedergegebenen Ruhestellungen, wodurch sich ein jeweiliger Zwischenabstand zwischen jeder der Aktorelektroden 18 und der mindestens einen jeweils zugeordneten Statorelektrode 20 verändert. Unter Nutzung von an der Halterung 14 ausgebildeten Leiterbahnen 22 kann die Änderung des jeweiligen Zwischenabstands zwischen den Aktorelektroden 18 und den zugeordneten Statorelektroden 20 zum Nachweisen oder Messen der entlang der Achse 16 ausgerichteten Beschleunigungskomponente detektiert werden.
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Der herkömmliche Beschleunigungssensor der 1 weist außerdem für jede der zwei seismischen Massen je eine erste Stoppstruktur 24 und je eine zweite Stoppstruktur 26 auf. Die ersten Stoppstrukturen 24 sind so an der Halterung 14 befestigt, dass die jeweils zugeordnete seismische Masse 10 bei deren Verstellung aus ihrer Ruhestellung um einen ersten Grenzweg in eine erste Richtung entlang der Achse 16 die zugeordnete erste Stoppstruktur 24 mechanisch kontaktiert. Entsprechend sind auch die zweiten Stoppstrukturen 26 so an der Halterung 14 fest angeordnet, dass die jeweils zugeordnete seismische Masse 10 nach deren Verstellung aus ihrer Ruhestellung um einen zweiten Grenzweg in eine der ersten Richtung entgegen gerichtete zweite Richtung entlang der Achse 16 die zugeordnete zweite Stoppstruktur 26 mechanisch kontaktiert.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung schafft ein mikromechanisches Bauteil für eine Sensorvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil für eine Sensorvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 7.
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Vorteile der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung schafft vorteilhafte Möglichkeiten, um ein unerwünschtes Haften oder Kleben (englisch: stiction) zumindest der ersten seismischen Masse eines jeweils mit zwei seismischen Massen ausgestatteten mikromechanischen Bauteils an zumindest einer der ersten seismischen Masse zugeordneten ersten Stoppstruktur einer Halterung des mikromechanischen Bauteils zu verhindern. Die vorliegende Erfindung trägt damit zur Erhöhung einer mechanischen Robustheit bzw. einer Überlastfestigkeit von derartigen mikromechanischen Bauteilen bei. Ein mittels der vorliegenden Erfindung realisiertes mikromechanisches Bauteil kann damit auch einem Belastungsprofil mit gestiegenen Robustheitsanforderungen ausgesetzt werden, ohne dass eine Messgenauigkeit oder eine Messverlässlichkeit einer das jeweilige mikromechanische Bauteil nutzenden Sensorvorrichtung (wesentlich) beeinträchtigt sind. Beispielsweise kann die mit dem erfindungsgemäßen mikromechanischen Bauteil ausgestattete Sensorvorrichtung als Inertialsensor in einem Eingabestift eines Tablets oder eines Smartphones vorteilhaft eingesetzt werden, obwohl bei einem derartigen Einsatz das erfindungsgemäße mikromechanische Bauteil gelegentlich harten Schocks ausgesetzt ist.
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Außerdem kann ein erfindungsgemäßes mikromechanisches Bauteil auch vergleichsweise klein gebaut werden, ohne dass die Miniaturisierung des erfindungsgemäßen mikromechanischen Bauteils dessen Robustheit gegenüber Schockbelastungen (wesentlich) beeinträchtigt. Mittels der Miniaturisierung des erfindungsgemäßen mikromechanischen Bauteils können Herstellungskosten eingespart werden, wobei die vergleichsweise gute mechanische Robustheit/Überlastfestigkeit des miniaturisierten mikromechanischen Bauteils auch zum Einsparen von Reparaturkosten oder Austauschkosten führt.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils kontaktiert die aus ihrer ersten Ruhestellung um einen zweiten Grenzweg in die zweite Richtung entlang der ersten Achse verstellte erste seismische Masse eine zweite Stoppstruktur der Halterung mechanisch, wobei die erste seismische Masse und die zweite seismische Masse derart zueinander angeordnet sind, dass eine vierte Anschlagfläche der aus ihrer zweiten Ruhestellung in die erste Richtung entlang der zweiten Achse verstellten zweiten seismischen Masse eine dritte Anschlagfläche der an der zweiten Stoppstruktur anhaftenden ersten seismischen Masse mechanisch kontaktiert. Wie anhand der nachfolgenden Beschreibung deutlich wird, kann mittels des mechanischen Kontakts der vierten Anschlagfläche mit der dritten Anschlagfläche ein Impuls derart von der zweiten seismischen Masse auf die an der zweiten Stoppstruktur anhaftende erste seismische Masse übertragen werden, dass ein Loslösen der ersten seismischen Masse von der zweiten Stoppstruktur bewirkt wird.
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Vorzugsweise sind die erste seismische Masse und die zweite seismische Masse derart zueinander angeordnet, dass ein erster Abstand der ersten Anschlagfläche der in ihrer ersten Ruhestellung vorliegenden ersten seismischen Masse zu der zweiten Anschlagfläche der in ihrer zweiten Ruhestellung vorliegenden zweiten seismischen Masse größer als der erste Grenzweg und kleiner-gleich als das Zweifache des ersten Grenzwegs ist und/oder ein zweiter Abstand der dritten Anschlagfläche der in ihrer ersten Ruhestellung vorliegenden ersten seismischen Masse zu der vierten Anschlagfläche der in ihrer zweiten Ruhestellung vorliegenden zweiten seismischen Masse größer als der zweite Grenzweg und kleiner-gleich als das Zweifache des zweiten Grenzwegs ist. Mittels eines derartigen Größenverhältnisses zwischen dem ersten Abstand und dem ersten Grenzweg, bzw. zwischen dem zweiten Abstand und dem zweiten Grenzweg, kann verlässlich sichergestellt werden, dass ein mechanischer Kontakt der ersten Anschlagfläche mit der zweiten Anschlagfläche oder ein mechanischer Kontakt der dritten Anschlagfläche mit der vierten Anschlagfläche immer dann auftritt, wenn ein unerwünschtes Haften/Kleben der ersten seismischen Masse an der ersten Stoppstruktur oder an der zweiten Stoppstruktur vorliegt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils sind die erste Anschlagfläche an einer ersten Anschlagstruktur der ersten seismischen Masse, die zweite Anschlagfläche an einer zweiten Anschlagstruktur der zweiten seismischen Masse, die dritte Anschlagfläche an einer dritten Anschlagstruktur der ersten seismischen Masse und/oder die vierte Anschlagfläche an einer vierten Anschlagstruktur der zweiten seismischen Masse ausgebildet. Wie anhand der nachfolgenden Figurenbeschreibung deutlich wird, können die erste Anschlagstruktur, die zweite Anschlagstruktur, die dritte Anschlagstruktur und/oder die vierte Anschlagstruktur mit einer relativ großen Designfreiheit ausgebildet werden.
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Beispielsweise können die erste Anschlagstruktur der ersten seismischen Masse, die zweite Anschlagstruktur der zweiten seismischen Masse, die dritte Anschlagstruktur der ersten seismischen Masse und/oder die vierte Anschlagstruktur der zweiten seismischen Masse jeweils als eine federnde Anschlagstruktur ausgebildet sein. In diesem Fall führt ein mechanischer Kontakt zu einer leichten Auslenkung der jeweiligen Anschlagstruktur und damit zu einer zusätzlichen Rückstellkraft. Gleichzeitig ist mittels der Nachgiebigkeit der jeweiligen Anschlagstruktur sichergestellt, dass die darauf ausgebildete Anschlagfläche seltener geschädigt wird. Alternativ können die erste Anschlagstruktur der ersten seismischen Masse, die zweite Anschlagstruktur der zweiten seismischen Masse, die dritte Anschlagstruktur der ersten seismischen Masse und/oder die vierte Anschlagstruktur der zweiten seismischen Masse jedoch auch jeweils als eine feste Anschlagstruktur ausgebildet sein.
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Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils ragen die erste Anschlagstruktur der ersten seismischen Masse zumindest teilweise in eine zu der ersten Achse offene erste seitliche Vertiefung der zweiten seismischen Masse hinein, die zweite Anschlagstruktur der zweiten seismischen Masse zumindest teilweise in eine zu der zweiten Achse offene zweite seitliche Vertiefung der ersten seismischen Masse hinein, die dritte Anschlagstruktur der ersten seismischen Masse zumindest teilweise in eine zu der ersten Achse offene dritte seitliche Vertiefung der zweiten seismischen Masse hinein und/oder die vierte Anschlagstruktur der zweiten seismischen Masse zumindest teilweise in eine zu der zweiten Achse offene vierte seitliche Vertiefung der ersten seismischen Masse hinein. Damit ergeben sich große Designfreiheiten beim Optimieren der Positionen von Anschlagstrukturen.
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Des Weiteren schafft auch ein Ausführen eines korrespondierenden Herstellungsverfahrens für ein mikromechanisches Bauteil für eine Sensorvorrichtung die vorausgehend erläuterten Vorteile, wobei das Herstellungsverfahren gemäß den oben erläuterten Ausführungsformen des mikromechanischen Bauteils weitergebildet werden kann.
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Figurenliste
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines herkömmlichen Beschleunigungssensors;
- 2a und 2b schematische Darstellungen einer ersten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils;
- 3a und 3b schematische Darstellungen einer zweiten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils;
- 4 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils; und
- 5 ein Flussdiagramm zum Erläutern einer Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für ein mikromechanisches Bauteil.
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Ausführungsformen der Erfindung
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2a und 2b zeigen schematische Darstellungen einer ersten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils.
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Das in 2a schematisch dargestellte mikromechanische Bauteil weist eine erste seismische Masse 30a auf, welche mindestens einer ersten Federeinrichtung 32a derart an einer Halterung 34 des mikromechanischen Bauteils angebunden ist, dass die erste seismische Masse 30a aus ihrer ersten Ruhestellung unter Verformung der mindestens einen ersten Federeinrichtung 32a zumindest entlang einer ersten Achse 36a in Bezug zu der Halterung 34 verstellbar ist. Außerdem hat das mikromechanische Bauteil eine zweite seismische Masse 30b, welche mittels mindestens einer zweiten Federeinrichtung 32b derart an der Halterung 34 angebunden ist, dass die zweite seismische Masse 30b aus ihrer zweiten Ruhestellung unter Verformung der mindestens einen zweiten Federeinrichtung 32b zumindest entlang einer zweiten Achse 36b in Bezug zu der Halterung 34 verstellbar ist. Lediglich beispielhaft liegt bei dem mikromechanischen Bauteil der 2a und 2b die zweite Achse 36b auf der ersten Achse 36a. Die beiden seismischen Massen 30a und 30b sind somit entlang der ersten/zweiten Achse 36a und 36b „hintereinander“ angeordnet. Alternativ kann die zweite Achse 36b auch parallel zu der ersten Achse 36a liegen.
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In dem Beispiel der 2a und 2b ist die Halterung 34 nur schematisch wiedergegeben. Dargestellt sind z. B. je zwei Stützpfosten 38 pro seismischer Masse 30a und 30b und mehrere Statorelektroden 40 pro seismischer Masse 30a und 30b. Die Stützpfosten 38 und die Statorelektroden 40 sind jeweils als feste/unverstellbare Komponenten der Halterung 34 ausgebildet. Jede der seismischen Massen 30a und 30b ist über je eine erste/zweite Federeinrichtung 32a oder 32b an den beiden ihr zugeordneten Stützpfosten 38 angebunden. Außerdem ist jede seismische Masse 30a und 30b jeweils mit Aktorelektroden 42a oder 42b ausgebildet, welche mit den ihr zugeordneten Statorelektroden 40 auf die unten beschriebene Weise zusammenwirken können. Es wird hier jedoch ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die Ausbildung der Halterung 34 mit den Stützpfosten 38 und/oder den Statorelektroden 40 nur beispielhaft zu interpretieren ist.
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Die erste seismische Masse 30a ist aus ihrer in 2a dargestellten ersten Ruheposition entlang der ersten Achse 36a sowohl in eine erste Richtung 44 als auch in eine der ersten Richtung 44 entgegen gerichtete zweite Richtung 46 verstellbar. Auch die zweite seismische Masse 30b ist aus ihrer in 2a dargestellten zweiten Ruheposition entlang der zweiten Achse 36b sowohl in die erste Richtung 44 als auch in die zweite Richtung 46 verstellbar. Die Halterung 34 umfasst außerdem zumindest für die erste seismische Masse 30a eine erste Stoppstruktur 48a, welche derart zu der ersten seismischen Masse 30a angeordnet ist, dass die aus ihrer ersten Ruhestellung um einen ersten Grenzweg s1 in die erste Richtung 44 entlang der ersten Achse 36a verstellte erste seismische Masse 30a die erste Stoppstruktur 48a mechanisch kontaktiert. Eine Verstellbewegung der ersten seismischen Masse 30a aus ihrer ersten Ruhestellung entlang der ersten Achse 36a in die erste Richtung 44 ist somit mittels der ersten Stoppstruktur 48a (in der Regel) auf den ersten Grenzweg s1 begrenzt. Als vorteilhafte Ergänzung hat die Halterung 34 zusätzlich auch für die zweite seismische Masse 30b eine zweite Stoppstruktur 48b, welche so zu der zweiten seismischen Masse 30b angeordnet ist, dass die aus ihrer zweiten Ruhestellung um den ersten Grenzweg s1 in die zweite Richtung 46 entlang der zweiten Achse 36b verstellte zweite seismische Masse 30b die zweite Stoppstruktur 48b mechanisch kontaktiert. Darum kann auch eine Verstellbewegung der zweiten seismischen Masse 30b aus ihrer zweiten Ruhestellung entlang der zweiten Achse 36b in die zweite Richtung 46 mittels der zweiten Stoppstruktur 48b (in der Regel) auf den ersten Grenzweg s1 begrenzt sein. Die erste Stoppstruktur 48a und/oder die zweite Stoppstruktur 48b sind vorzugsweise derart an der Halterung 14 angeordnet oder ausgebildet, dass die erste Stoppstruktur 48a und/oder die zweite Stoppstruktur 48b nur mittels einer Beschädigung der Halterung 14 verstellbar sind.
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2b zeigt einen vergrößerten Teilausschnitt der 2a. Wie in 2b erkennbar ist, sind die erste seismische Masse 30a und die zweite seismische Masse 30b derart zueinander angeordnet, dass eine erste Anschlagfläche 50a der ersten seismischen Masse 30a und eine zweite Anschlagfläche 50b der zweiten seismischen Masse 30b miteinander in einen mechanischen Kontakt bringbar sind. Insbesondere sind die seismischen Massen 30a und 30b so zueinander angeordnet und ausgerichtet, dass die zweite Anschlagfläche 50b der aus ihrer zweiten Ruhestellung in die zweite Richtung 46 entlang der zweiten Achse 36b verstellten zweiten seismischen Masse 30b die erste Anschlagfläche 50a der an ihrer ersten Stoppstruktur 48a anhaftenden ersten seismischen Masse 30a mechanisch kontaktiert. Mittels des mechanischen Kontakts zwischen der ersten Anschlagfläche 50a und der zweiten Anschlagfläche 50b ist ein Impulsübertrag von der zweiten seismischen Masse 30b auf die erste seismische Masse 30a derart möglich, dass die an ihrer ersten Stoppstruktur 48a anhaftende erste seismische Masse 30a von der ersten Stoppstruktur 48a wieder losgelöst/losgeschlagen wird. Ein unerwünschtes Haften oder Kleben der ersten seismischen Masse 30a an ihrer ersten Stoppstruktur 48a ist somit schnell wieder behebbar. Die in 2b schematisch wiedergegebene vorteilhafte Anordnung der seismischen Massen 30a und 30b zueinander verbessert somit eine mechanische Robustheit bzw. eine Überlastfestigkeit des mikromechanischen Bauteils.
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Aufgrund der vorteilhaften Anordnung der seismischen Massen 30a und 30b zueinander kontaktiert außerdem die erste Anschlagfläche 50a der aus ihrer ersten Ruhestellung in die erste Richtung 44 entlang der ersten Achse 36a verstellte erste seismische Masse 30a die zweite Anschlagfläche 50b der an ihrer zweiten Stoppstruktur 48b anhaftenden zweiten seismischen Masse 30b mechanisch so, dass ein Impulsübertrag von der ersten seismischen Masse 30a auf die zweite seismische Masse 30b stattfindet. Deshalb ist auch ein unerwünschtes Haften oder Kleben der zweiten seismischen Masse 30b an ihrer zweiten Stoppstruktur 48b schnell wieder behebbar. Dies trägt zur zusätzlichen Verbesserung der mechanischen Robustheit bzw. der Überlastfestigkeit des mikromechanischen Bauteils bei. Selbst bei einem Auftreten von mechanischen Belastungen (also nicht-statischen Beschleunigungen), wenn eine der seismischen Massen 30a oder 30b mit der ihr zugeordneten ersten/zweiten Stoppstruktur 48a oder 48b in mechanischen Kontakt kommt, wird der Klebezustand der jeweiligen seismischen Masse 30a oder 30b an der ihr zugeordneten ersten/zweiten Stoppstruktur 48a oder 48b schnell wieder aufgehoben, wodurch das mikromechanische Bauteil wieder in seinen vollfunktionsfähigen Zustand überführt ist. Da es ausgesprochen unwahrscheinlich ist, dass bei einem Auftreten von dynamischen Belastungen die beiden seismischen Massen 30a und 30b gleichzeitig an den ihnen zugeordneten ersten/zweiten Stoppstrukturen 48a und 48b ankleben, kann somit immer bei einem Klebezustand einer seismischen Masse 30a oder 30b die andere seismische Masse 30a oder 30b noch ein Loslösen/Losschlagen der anhaftenden seismischen Masse 30a oder 30b bewirken.
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Die vorteilhafte Anordnung der ersten seismischen Masse 30a und der zweiten seismischen Masse 30b zueinander ist beispielsweise bewirkt, wenn ein erster Abstand d1 der ersten Anschlagfläche 50a der in ihrer ersten Ruhestellung vorliegenden ersten seismischen Masse 30a zu der zweiten Anschlagfläche 50b der in ihrer zweiten Ruhestellung vorliegenden zweiten seismischen Masse 30b größer als der erste Grenzweg s1 und kleiner-gleich als das Zweifache des ersten Grenzwegs s1 ist. Dies gewährleistet eine vorteilhafte Verstellbarkeit der beiden seismischen Massen 30a und 30b während eines Betriebs des mikromechanischen Bauteils, wobei ein mechanischer Kontakt der seismischen Massen 30a und 30b an ihren Anschlagflächen 50a und 50b in der Regel nur bei einem Haften einer der beiden seismischen Massen 30a und 30b an der ihr zugeordneten Stoppstruktur 48a oder 48b auftritt.
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Bei dem mikromechanischen Bauteil der 2a und 2b sind die erste Anschlagfläche 50a an einer ersten Anschlagstruktur 52a der ersten seismischen Masse 30a und die zweite Anschlagfläche 50b an einer zweiten Anschlagstruktur 52b der zweiten seismischen Masse 30b ausgebildet. Die Anschlagstrukturen 52a und 52b können insbesondere als Noppenanschläge oder Noppenanschlagstrukturen ausgebildet sein. Außerdem können die erste seismische Masse 30a und die zweite seismische Masse 30b auch mit mehreren ersten/zweiten Anschlagflächen 50a und 50b, bzw. mit mehreren ersten/zweiten Anschlagstrukturen 52a und 52b ausgebildet sein.
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Als optionale Weiterbildung weist das mikromechanische Bauteil der 2a und 2b noch eine dritte Stoppstruktur 48c auf, welche derart an der Halterung 34 angeordnet/ausgebildet ist, dass die aus ihrer ersten Ruhestellung um einen zweiten Grenzweg s2 in die zweite Richtung 46 entlang der ersten Achse 36a verstellte erste seismische Masse 30a die dritte Stoppstruktur 48c der Halterung 34 mechanisch kontaktiert. Entsprechend ist eine vierte Stoppstruktur 48d derart an der Halterung 34 angeordnet/ausgebildet, dass die aus ihrer zweiten Ruhestellung um den zweiten Grenzweg s2 in die erste Richtung 44 entlang der zweiten Achse 36b verstellte zweite seismische Masse 30b die vierte Stoppstruktur 48c mechanisch kontaktiert. Auch die Verstellbewegungen der ersten seismischen Masse 30a aus ihrer ersten Ruhestellung entlang der ersten Achse 36a in die zweite Richtung 46 und/oder der zweiten seismischen Masse 30b aus ihrer zweiten Ruhestellung entlang der zweiten Achse 36b in die erste Richtung 44 sind somit mittels der dritten/vierten Stoppstruktur 48c und 48d (in der Regel) auf den zweiten Grenzweg s2 begrenzt. Der zweite Grenzweg s2 kann gleich oder ungleich dem ersten Grenzweg s1 sein. Die dritte Stoppstruktur 48c und/oder die vierte Stoppstruktur 48d sind vorzugsweise derart an der Halterung 14 angeordnet oder ausgebildet, dass die dritte Stoppstruktur 48c und/oder die vierte Stoppstruktur 48d nur mittels einer Beschädigung der Halterung 14 verstellbar sind. Lediglich beispielhaft sind bei dem mikromechanischen Bauteil der 2a und 2b die Stoppstrukturen 48a bis 48d an den Stützpfosten ausgebildet.
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3a und 3b zeigen schematische Darstellungen einer zweiten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils.
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Als Weiterbildung zu der zuvor beschriebenen Ausführungsform sind bei dem mikromechanischen Bauteil der 3a und 3b auch eine dritte Anschlagfläche 50c der ersten seismischen Masse 30a und eine vierte Anschlagfläche 50d der zweiten seismischen Masse 30b miteinander in mechanische Kontakt bringbar. Insbesondere sind die erste seismische Masse 30a und die zweite seismische Masse 30b derart zueinander angeordnet und die dritte Anschlagfläche 50c der ersten seismischen Masse 30a und die vierte Anschlagfläche 50d der zweiten seismischen Masse 30b so ausgebildet, dass die vierte Anschlagfläche 50d der aus ihrer zweiten Ruhestellung in die erste Richtung 44 entlang der zweiten Achse 36b verstellten zweiten seismischen Masse 30b die dritte Anschlagfläche 50c der an der dritten Stoppstruktur 48c anhaftenden ersten seismischen Masse 30a mechanisch kontaktiert. Mittels des mechanischen Kontakts der vierten Anschlagfläche 50d der zweiten seismischen Masse 30b mit der dritten Anschlagfläche 50c der ersten seismischen Masse 30a kann ein Impuls derart von der zweiten seismischen Massen 30b auf die an der dritten Stoppstruktur 48c anhaftende erste seismische Masse 30a übertragen werden, dass ein Loslösen der ersten seismischen Masse 30a von der dritten Stoppstruktur 48c bewirkt wird. Vorteilhafterweise kann zusätzlich die dritte Anschlagfläche 50c der aus ihrer ersten Ruhestellung in die zweite Richtung 46 entlang der ersten Achse 36a verstellte erste seismische Masse 30a die vierte Anschlagfläche 50d der an ihrer vierten Stoppstruktur 48d anhaftenden zweiten seismischen Masse 30b mechanisch so berühren, dass mittels eines Impulsübertrags von der ersten seismischen Masse 30a auf die zweite seismische Masse 30b auch ein unerwünschtes Haften oder Kleben der zweiten seismischen Masse 30b an ihrer vierten Stoppstruktur 48d schnell wieder behebbar ist. Die Ausbildung der dritten Anschlagfläche 50c der ersten seismischen Masse 30a und der vierten Anschlagfläche 50d der zweiten seismischen Masse 30b bewirkt damit eine zusätzliche Verbesserung der mechanischen Robustheit bzw. der Überlastfestigkeit des mikromechanischen Bauteils
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Vorzugsweise ist ein zweiter Abstand d2 der dritten Anschlagfläche 50c der in ihrer ersten Ruhestellung vorliegenden ersten seismischen Masse 30a zu der vierten Anschlagfläche 50d der in ihrer zweiten Ruhestellung vorliegenden zweiten seismischen Masse 30b größer als der zweite Grenzweg s2 und kleiner-gleich als das Zweifache des zweiten Grenzwegs S2. Auch dies gewährleistet eine vorteilhafte Verstellbarkeit der beiden seismischen Massen 30a und 30b während eines Betriebs des mikromechanischen Bauteils so, dass ein mechanischer Kontakt der seismischen Massen 30a und 30b an ihren Anschlagflächen 50c und 50d in der Regel nur bei einem Haften einer der beiden seismischen Massen 30a und 30b an der ihr zugeordneten Stoppstruktur 48c oder 48d auftritt.
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Bevorzugterweise sind die dritte Anschlagfläche 50c an einer dritten Anschlagstruktur 52c der ersten seismischen Masse 30a und die vierte Anschlagfläche 50d an einer vierten Anschlagstruktur 52d der zweiten seismischen Masse 30b ausgebildet. In diesem Fall können die dritte Anschlagstruktur 52c und die vierte Anschlagstruktur 52d derart geformt sein, dass die dritte Anschlagstruktur 52d der ersten seismischen Masse 30a zumindest teilweise in eine zu der ersten Achse 36a offene seitliche Vertiefung 54c der zweiten seismischen Masse 30b hineinragt und die vierte Anschlagstruktur 52d der zweiten seismischen Masse 30b zumindest teilweise in eine zu der zweiten Achse 36b offene seitliche Vertiefung 54d der ersten seismischen Masse 30a hineinragt. Wie in 3b erkennbar ist, kann auf diese Weise eine Ausrichtung der dritten Anschlagfläche 50c der ersten seismischen Masse 30a zu der vierten Anschlagfläche 50d der zweiten seismischen Masse 30b entgegen gerichtet zu einer Ausrichtung der ersten Anschlagfläche 50a der ersten seismischen Masse 30a zu der zweiten Anschlagfläche 50b der zweiten seismischen Masse 30b sein. Man kann dies auch als eine „ineinander gehakte Ausbildung“ der dritten Anschlagstruktur 52c und der vierten Anschlagstruktur 52d umschreiben. Damit kann auch eine Bewegung der ersten seismischen Masse 30a weg von der zweiten seismischen Masse 30b ein Loslösen der zweiten seismischen Masse 30b von der vierten Stoppstruktur 48d bewirken, während eine Bewegung der zweiten seismischen Masse 30b weg von der ersten seismischen Masse 30a ein Loslösen der ersten seismischen Masse 30a von der dritten Stoppstruktur 48c bewirken kann.
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Auch die Anschlagstrukturen 52c und 52d können als Noppenanschläge oder Noppenanschlagstrukturen ausgebildet sein. Außerdem können die erste seismische Masse 30a und die zweite seismische Masse 30b auch mit mehreren dritten/vierten Anschlagflächen 50c und 50d, bzw. mit mehreren dritten/vierten Anschlagstrukturen 52c und 52d ausgebildet sein.
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Bezüglich weiterer Merkmale des mikromechanischen Bauteils der 3a und 3b und deren Vorteile wird auf die Beschreibung der 2a und 2b verwiesen.
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4 zeigt eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils.
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Bei dem in 4 schematisch dargestellten mikromechanischen Bauteil verläuft die zweite Achse 36b parallel zu der ersten Achse 36a. Die seismischen Massen 30a und 30b sind somit „nebeneinander“ angeordnet. Außerdem ragt auch die erste Anschlagstruktur 52a der ersten seismischen Masse 30a zumindest teilweise in eine zu der ersten Achse 36a offene seitliche Vertiefung 54a der zweiten seismischen Masse 30b hinein, während die zweite Anschlagstruktur 52b der zweiten seismischen Masse 30b zumindest teilweise in eine zu der zweiten Achse 36b offene zweite seitliche Vertiefung 54b der ersten seismischen Masse 30a hineinragt. Bei dem mikromechanischen Bauteil der 4 sind damit sowohl die Anschlagstrukturen 52a und 52b als „ineinander greifende Anschlagstrukturen“ als auch die Anschlagstrukturen 52c und 52d als „ineinander greifende Anschlagstrukturen“ ausgebildet.
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Bezüglich weiterer Merkmale des mikromechanischen Bauteils der 4 und deren Vorteile wird auf die Beschreibung der 2a, 2b, 3a und 3b verwiesen.
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Bei allen oben beschriebenen mikromechanischen Bauteilen tragen die Anschlagflächen 50a bis 50d bzw. die Anschlagstrukturen 52a bis 52d zur Erhöhung einer Robustheit des jeweiligen mikromechanischen Bauteils gegenüber einem unerwünschten Kleben einer seiner seismischen Massen 30a oder 30b an einer benachbarten Stoppstruktur 48a bis 48d bei. Die Anschlagstrukturen 52a bis 52d sind bei den oben beschriebenen mikromechanischen Bauteilen derart ausgebildet, dass sie weder das statische Verhalten (Offsetempfindlichkeit) noch das dynamische Verhalten (Frequenz, Dämpfung) des jeweiligen mikromechanischen Bauteils, bzw. einer das jeweilige mikromechanische Bauteil nutzenden Sensorvorrichtung, nennenswert beeinflussen. Außerdem weisen die oben beschriebenen mikromechanischen Bauteile eine gute Kompaktheit auf, weshalb ein auf die Anschlagstrukturen 52a bis 52d zurückzuführender Zusatzplatzbedarf vernachlässigbar ist. In den 2 bis 4 sind die Anschlagstrukturen 52a bis 52d als feste/unverbiegbare Anschlagstrukturen 52a bis 52d wiedergegeben. Alternativ können die erste Anschlagstruktur 52a der ersten seismischen Masse 30a, die zweite Anschlagstruktur 52b der zweiten seismischen Masse 30b, die dritte Anschlagstruktur 52c der ersten seismischen Masse 30a und/oder die vierte Anschlagstruktur 52d der zweiten seismischen Masse 30b jeweils als eine federnde Anschlagstruktur ausgebildet sein. Es wird auch darauf hingewiesen, dass die in 2 bis 4 wiedergegebene Ausbildung der Anschlagstrukturen 52a bis 52d als Noppenanschläge nur beispielhaft zu interpretieren ist.
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Die oben erläuterten mikromechanischen Bauteile weisen lediglich zwei seismische Massen 30a und 30b auf. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass ein derartiges mikromechanisches Bauteil auch mit mindestens drei derartigen seismischen Massen ausgebildet sein kann, wobei an seinen mindestens drei seismischen Massen die oben erläuterten Anschlagsflächen 50a bis 50d, bzw. Anschlagstrukturen 52a bis 52d ausgebildet sein können.
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Jedes oben beschriebene mikromechanische Bauteile kann als (zumindest Teil einer) Sensorvorrichtung verwendet werden. Insbesondere kann ein derartiges mikromechanisches Bauteil als (zumindest Teil eines) Inertialsensors zum Nachweisen oder Messen zumindest einer entlang seiner Achsen 36a und 36b ausgerichteten Beschleunigungskomponente genutzt werden. Eine entlang der Achsen 36a und 36b ausgerichtete Beschleunigungskomponente mit ungleich Null bewirkt ein Auslenken zumindest der seismischen Massen 30a und 30b aus ihren Ruhestellungen, wodurch sich ein jeweiliger Zwischenabstand zwischen jeder der Aktorelektroden 42a und 42b und der mindestens einen jeweils zugeordneten Statorelektrode 40 verändert. Unter Nutzung von an der Halterung 34 ausgebildeten (nicht skizzierten) Leiterbahnen kann die Änderung des jeweiligen Zwischenabstands durch Abgreifen einer Spannungsänderung oder Ermitteln einer Kapazitätsänderung, beispielsweise von einer externen Auswerteschaltung, detektiert werden. Insbesondere kann dabei ein differentielles Signal ausgewertet werden, da bei einer geeigneten Anordnung der Aktorelektroden 42a und 42b und der Statorelektroden 40 das Auslenken zumindest der seismischen Massen 30a und 30b aus ihren Ruhestellungen entlang der Achsen 36a und 36b positive und negative Änderung des jeweiligen Zwischenabstands auslöst. Als Weiterbildung mit mindestens drei seismischen Massen können die mikromechanischen Bauteile auch für zweidimensionale Beschleunigungssensoren verwendet werden.
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5 zeigt ein Flussdiagramm zum Erläutern einer Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für ein mikromechanisches Bauteil.
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In einem Verfahrensschritt St1 wird eine erste seismische Masse derart mittels mindestens einer ersten Federeinrichtung an einer Halterung des mikromechanischen Bauteils angebunden, dass die erste seismische Masse aus ihrer ersten Ruhestellung unter Verformung der mindestens einen ersten Federeinrichtung zumindest entlang einer ersten Achse in Bezug zu der Halterung verstellbar ist. Entsprechend wird als Verfahrensschritt St2 eine zweite seismische Masse derart mittels mindestens einer zweiten Federeinrichtung an der Halterung angebunden, dass die zweite seismische Masse aus ihrer zweiten Ruhestellung unter Verformung der mindestens einen zweiten Federeinrichtung zumindest entlang einer zweiten Achse in Bezug zu der Halterung verstellbar ist, wobei die zweite Achse parallel zu der ersten Achse oder auf der ersten Achse liegt. In einem weiteren Verfahrensschritt St3 wird eine erste Stoppstruktur der Halterung derart ausgebildet, dass die aus ihrer ersten Ruhestellung um einen ersten Grenzweg in eine erste Richtung entlang der ersten Achse verstellte erste seismische Masse die erste Stoppstruktur der Halterung mechanisch kontaktiert. Allerdings werden beim Ausführen der Verfahrensschritte St1 und St2 die erste seismische Masse und die zweite seismische Masse derart zueinander angeordnet, dass eine zweite Anschlagfläche der aus ihrer zweiten Ruhestellung in eine der ersten Richtung entgegen gerichtete zweite Richtung entlang der zweiten Achse verstellten zweiten seismischen Masse eine erste Anschlagfläche der an der ersten Stoppstruktur anhaftenden ersten seismischen Masse mechanisch kontaktiert. Ein unerwünschtes Haften oder Kleben der ersten seismischen Masse an der ersten Stoppstruktur kann somit schnell behoben werden.
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Als optionaler Verfahrensschritt St4 kann noch zusätzlich eine zweite Stoppstruktur der Halterung derart ausgebildet werden, dass die aus ihrer ersten Ruhestellung um einen zweiten Grenzweg in die zweite Richtung entlang der ersten Achse verstellte erste seismische Masse die zweite Stoppstruktur der Halterung mechanisch kontaktiert, wobei beim Ausführen der Verfahrensschritte St1 und St2 die erste seismische Masse und die zweite seismische Masse derart zueinander angeordnet werden, dass eine vierte Anschlagfläche der aus ihrer zweiten Ruhestellung in die erste Richtung entlang der zweiten Achse verstellten zweiten seismischen Masse eine dritte Anschlagfläche der an der zweiten Stoppstruktur anhaftenden ersten seismischen Masse mechanisch kontaktiert. Auch ein unerwünschtes Haften oder Kleben der ersten seismischen Masse an der zweiten Stoppstruktur kann deshalb mittels eines Impulsübertrags von der zweiten Masse auf die erste Masse wiederaufgehoben werden.
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Die Verfahrensschritte St1 bis St3, bzw. die Verfahrensschritte St1 bis St4, können in beliebiger Reihenfolge, teilweise zeitlich überschneidend oder gleichzeitig ausgeführt werden. Vorzugsweise werden die erste Anschlagfläche an einer ersten Anschlagstruktur ersten seismischen Masse, die zweite Anschlagfläche an einer zweiten Anschlagstruktur der zweiten seismischen Masse, die dritte Anschlagfläche an einer dritten Anschlagstruktur der ersten seismischen Masse und/oder die vierte Anschlagfläche an einer vierten Anschlagstruktur der zweiten seismischen Masse ausgebildet. Da die mindestens eine Anschlagstruktur als einfach ausführbare Designmaßnahme realisierbar ist, ist deren Ausbildung leicht ausführbar und ohne (wesentliche) Zusatzkosten möglich.
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Bei einem Ausführen des hier beschriebenen Herstellungsverfahrens können auch weitere Merkmale der oben erläuterten mikromechanischen Bauteile realisiert werden. Auf eine erneute Beschreibung dieser Merkmale wird hier jedoch verzichtet. Bezüglich einer Verwendbarkeit des Produkts des hier beschriebenen Herstellungsverfahrens wird auf die oben erläuterten mikromechanischen Bauteile verwiesen.
