-
Die Erfindung betrifft eine mikromechanische Struktur und einen mikromechanischen Sensor.
-
Stand der Technik
-
Aus dem Stand der Technik sind mikromechanische Strukturen und mikromechanische Sensoren bekannt. Diese Sensoren können eine seismische Masse aufweisen, die gegenüber einem Substrat in zumindest einer Richtung beweglich ist. Aufgrund einer zu messenden Größe, beispielsweise einer Beschleunigung, kann die seismische Masse aus einer Ruhelage ausgelenkt werden. Mittels Elektroden kann diese Auslenkung und damit die zu messende Größe ermittelt werden. Ist die Ruhelage aufgrund einer nicht idealen Fertigung nicht derart, dass an der seismischen Masse angeordnete Elektroden exakt mittig zwischen am Substrat angeordneten Elektroden liegen, kann ein Temperaturgradient innerhalb der mikromechanischen Struktur und/oder innerhalb eines die mikromechanische Struktur umgebenden Gases, beispielsweise Luft, dazu führen, dass aufgrund des Temperaturgradienten die aufgrund der zu messenden Größe verursachte Auslenkung mit einer weiteren Auslenkung überlagert wird und deshalb ein Messfehler zu beobachten ist.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte mikromechanische Struktur anzugeben, bei der diese Temperatureffekte zumindest verringert werden. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen mikromechanischen Sensor mit einer solchen mikromechanischen Struktur anzugeben.
-
Diese Aufgaben werden mit den Gegenständen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
-
Eine mikromechanische Struktur weist ein Substrat und eine gegenüber dem Substrat bewegliche seismische Masse auf. Ferner weist die mikromechanische Struktur Detektionsmittel auf. Eine erste Richtung und eine zur ersten Richtung im Wesentlichen senkrechte zweite Richtung definieren eine Haupterstreckungsebene des Substrats, wobei die Detektionsmittel zur Detektion einer translatorischen Auslenkung der seismischen Masse in der ersten Richtung vorgesehen sind. Die Detektionsmittel weisen eine Elektrodenstruktur mit an der seismischen Masse befestigten ersten Elektroden und mit am Substrat befestigten zweiten Elektroden auf, wobei die ersten Elektroden und zweiten Elektroden eine im Wesentlichen zweidimensionale Ausdehnung in der zweiten Richtung und in einer dritten Richtung aufweisen, wobei die dritte Richtung senkrecht zur Haupterstreckungsebene ist. Die mikromechanische Struktur weist eine Temperaturausgleichsstruktur auf, wobei die Temperaturausgleichsstruktur eingerichtet ist, durch einen Temperaturgradienten in der mikromechanischen Struktur verursachte Kräfte zumindest teilweise auszugleichen.
-
Durch die Temperaturausgleichsstruktur kann also Kräften, die aufgrund des Temperaturgradienten auf die mikromechanische Struktur wirken, entgegengewirkt werden. Dies ermöglicht, dass die seismische Masse bei Anliegen des Temperaturgradienten in ihrer Ursprungsruhelage verharrt, also der Position im thermischen Gleichgewicht bei Abwesenheit jeglicher Temperaturgradienten. Der Temperaturgradient kann dabei dadurch erzeugt sein, dass das Substrat mit verschiedenen Wärmequellen in thermischer Verbindung steht und dadurch eine inhomogene Temperaturverteilung innerhalb der mikromechanischen Struktur vorliegt. Ferner kann alternativ oder zusätzlich dazu ein die mikromechanische Struktur umgebendes Gas, insbesondere Luft, eine Temperaturverteilung aufweisen und so auch zu einer inhomogenen Temperaturverteilung innerhalb der mikromechanischen Struktur beitragen.
-
Die seismische Masse kann mit dem Substrat über einen Befestigungsbereich verbunden sein.
-
In einer Ausführungsform ist die Temperaturausgleichsstruktur Teil einer Dämpfungsstruktur, wobei die Dämpfungsstruktur an der seismischen Masse angeordnete erste Dämpfungsfinger und unbeweglich gegenüber dem Substrat angeordnete zweite Dämpfungsfinger aufweist. Ein erster Spalt zwischen einem ersten Dämpfungsfinger und einem zweiten Dämpfungsfinger weist eine erste Spaltbreite auf. Ein zweiter Spalt zwischen einem ersten Dämpfungsfinger und einem zweiten Dämpfungsfinger weist eine zweite Spaltbreite auf. Die erste Spaltbreite und die zweite Spaltbreite sind unterschiedlich.
-
Durch die unterschiedliche Spaltbreite kann zwischen den ersten Dämpfungsfingern und den zweiten Dämpfungsfingern angeordnete Luft bei hinreichend gro-ßen Gasdrücken einen unterschiedlichen Kraftübertrag auf den ersten Dämpfungsfinger bewirken. Eine mittlere freie Weglänge der Luftmoleküle ist in diesem Fall in beiden Spalten gleich. Im Spalt mit der geringeren Spaltbreite ist dadurch die Wahrscheinlichkeit für einen Stoß mit dem ersten Dämpfungsfinger größer als im Spalt mit der größeren Spaltbreite, wobei deshalb durch die Stöße der Luftmoleküle mit dem ersten Dämpfungsfinger eine Kraft auf den ersten Dämpfungsfinger erzeugt wird, die derart ist, dass gezielt radiometrische Kräfte erzeugt werden, die die in der restlichen mikromechanischen Struktur wirkenden radiometrischen Kräfte zumindest teilweise und insbesondere vollständig kompensieren. Dies kann genutzt werden, um aufgrund eines Temperaturgradienten wirkende radiometrische Kräfte in der mikromechanischen Struktur auszugleichen. Insbesondere eignet sich diese Anordnung für einen in der ersten Richtung verlaufenden Temperaturgradienten.
-
In einer Ausführungsform ist die Anzahl der ersten Dämpfungsfinger um eins kleiner als die Anzahl der zweiten Dämpfungsfinger. Dies ermöglicht einen effizienten und einfachen Aufbau der Temperaturausgleichsstruktur, bei der gleich viele erste Spalte und zweite Spalte angeordnet sind.
-
In einer Ausführungsform sind die Dämpfungsfinger im Wesentlichen entlang der zweiten Richtung angeordnet. Mindestens einer der Dämpfungsfinger ist an verschiedenen Stellen bezogen auf die zweite Richtung unterschiedlich dick. Dadurch können auch Temperaturgradienten ausgeglichen werden, die nicht in der ersten Richtung verlaufen.
-
In einer Ausführungsform beträgt die erste Spaltbreite zwischen dem 1,01-fachen und dem 5-fachen der zweiten Spaltbreite. Insbesondere beträgt die erste Spaltbreite zwischen dem 1,01-fachen und dem 2-fachen der zweiten Spaltbreite. Diese Abmessungen sind zum Erzielen einer effizienten Temperaturausgleichsstruktur bevorzugt, es können jedoch auch andere Verhältnisse vorgesehen sein. Die Anzahl der Dämpfungsfinger insgesamt kann zwischen einem Zehntel und dem Dreifachen der Elektroden, insbesondere der ersten Elektroden, sein. Bevorzugt kann die Anzahl der Dämpfungsfinger zwischen der Anzahl der Elektroden, insbesondere der ersten Elektroden, und einem Sechstel der Anzahl der Elektroden, insbesondere der ersten Elektroden, sein. Insbesondere bevorzugt kann die Anzahl der Dämpfungsfinger zwischen der Hälfte der Anzahl der Elektroden, insbesondere der ersten Elektroden, und einem Drittel der Anzahl der Elektroden, insbesondere der ersten Elektroden, sein. Diese Verhältnisse der Anzahl der Dämpfungsfinger zur Anzahl der Elektroden ermöglichen ebenfalls eine effiziente Dämpfungsstruktur. Die Dämpfungsfinger können dabei weitere Aufgaben wie beispielsweise eine mechanische Dämpfung von Schwingungen der seismischen Masse übernehmen.
-
In einer Ausführungsform sind zwischen einem Masserahmen der seismischen Masse und einem Substratrahmen des Substrats ein erster Rahmenspalt und ein zweiter Rahmenspalt angeordnet. Der Masserahmen und der Substratrahmen sind Teil der Temperaturausgleichsstruktur. Eine erste Rahmenspaltbreite des ersten Rahmenspalts und eine zweite Rahmenspaltbreite des zweiten Rahmenspalts sind unterschiedlich. Es kann dabei vorgesehen sein, dass sich die Rahmenspaltbreiten auf eine Schnittlinie der mikromechanischen Struktur in der ersten Richtung beziehen.
-
Dadurch kann auch unabhängig von eventuell vorhandenen Dämpfungsfingern eine Temperaturausgleichsstruktur bereitgestellt werden. Der Ausgleich des Temperaturgradienten erfolgt über eine unterschiedliche Rahmenspaltbreite analog zu den unterschiedlichen Spaltbreiten im Falle der Verwendung von Dämpfungsfingern. Insbesondere in der ersten Richtung verlaufende Temperaturgradienten können so ausgeglichen werden, wenn sich der erste Rahmenspalt und der zweite Rahmenspalt in der ersten Richtung gegenüberliegen.
-
In einer Ausführungsform weisen der erste Rahmenspalt und/oder der zweite Rahmenspalt in der zweiten Richtung eine veränderliche Rahmenspaltbreite auf. Dies ermöglicht den Ausgleich von Temperaturgradienten, die nicht in der ersten Richtung verlaufen.
-
In einer Ausführungsform weist die mikromechanische Struktur ferner einen am Substrat angeordneten Anschlag und einen an der seismischen Masse angeordneten Gegenanschlag auf. Zwischen dem Anschlag und dem Gegenanschlag ist ein erster Anschlagsspalt mit einer ersten Anschlagsspaltbreite und ein zweiter Anschlagsspalt mit einer zweiten Anschlagsspaltbreite angeordnet. Die erste Anschlagsspaltbreite und die zweite Anschlagsspaltbreite sind unterschiedlich. Dadurch ergibt sich eine weitere, unabhängig von eventuell vorhandenen Dämpfungsfingern ausführbare, Temperaturausgleichsstruktur. Der Ausgleich des Temperaturgradienten erfolgt über eine unterschiedliche Anschlagsspaltbreite analog zu den unterschiedlichen Spaltbreiten im Falle der Verwendung von Dämpfungsfingern. Insbesondere in der ersten Richtung verlaufende Temperaturgradienten können so ausgeglichen werden, wenn sich der erste Anschlagsspalt und der zweite Anschlagsspalt in der ersten Richtung gegenüberliegen.
-
In einer Ausführungsform ist die Temperaturausgleichsstruktur anhand eines vorgegebenen Verlaufs des Temperaturgradienten ausgelegt. Durch den vorgegebenen Verlauf des Temperaturgradienten kann beispielsweise ein Einbauort der mikromechanischen Struktur in einem Sensor oder ein Einbauort des Sensors hinsichtlich nahe zur mikromechanischen Struktur angeordneten Wärmequellen berücksichtigt werden. Insbesondere ist es möglich, die im Betrieb eines Steuerchips für die mikromechanische Struktur, der Teil eines mikromechanischen Sensors sein kann, anfallende Abwärme zu berücksichtigen.
-
Ein mikromechanischer Sensor weist eine erfindungsgemäße mikromechanische Struktur und einen Steuerchip auf, wobei der Temperaturgradient zumindest teilweise durch einen Betrieb des Steuerchips verursacht wird. Dadurch kann ein Ausgleich der durch die Wärmeabgabe des Steuerchips verursachten auf die seismische Masse wirkenden Kräfte ausgeglichen werden und so ein verbesserter mikromechanischer Sensor bereitgestellt werden. Ebenfalls von der Erfindung umfasst ist ein mikromechanischer Sensor mit einer erfindungsgemäßen mikromechanischen Struktur und einem Steuerchip.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der folgenden Zeichnungen erläutert. In der schematischen Zeichnung zeigen:
- 1 eine Draufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel einer mikromechanischen Struktur;
- 2 eine vergrößerte Darstellung einer Temperaturausgleichsstruktur des ersten Ausführungsbeispiels;
- 3 einen Querschnitt des ersten Ausführungsbeispiels;
- 4 eine alternative Temperaturausgleichsstruktur;
- 5 eine weitere alternative Temperaturausgleichsstruktur;
- 6 einen Querschnitt durch eine Temperaturausgleichsstruktur;
- 7 eine Draufsicht auf ein zweites Ausführungsbeispiel einer mikromechanischen Struktur;
- 8 eine Draufsicht auf ein drittes Ausführungsbeispiel einer mikromechanischen Struktur;
- 9 einen Anschlag einer mikromechanischen Struktur; und
- 10 einen mikromechanischen Sensor.
-
1 zeigt eine Draufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel einer mikromechanischen Struktur 1, aufweisend ein Substrat 2 und eine gegenüber dem Substrat 2 bewegliche seismische Masse 3, ferner aufweisend Detektionsmittel 4. Eine erste Richtung 11 und eine zur ersten Richtung 11 im Wesentlichen senkrechte zweite Richtung 12 definieren eine Haupterstreckungsebene des Substrats 2. Die Detektionsmittel 4 sind zur Detektion einer translatorischen Auslenkung der seismischen Masse 3 in der ersten Richtung 11 vorgesehen. Die Detektionsmittel 4 weisen eine Elektrodenstruktur mit an der seismischen Masse 3 befestigten ersten Elektroden 41 und mit am Substrat 2 befestigten zweiten Elektroden 42 auf. Die ersten Elektroden 41 und die zweiten Elektroden 42 weisen eine im Wesentlichen zweidimensionale Ausdehnung in der zweiten Richtung 12 und in einer dritten Richtung 13 auf, wobei die dritte Richtung 13 senkrecht zur Haupterstreckungsebene ist. Die mikromechanische Struktur 2 weist eine Temperaturausgleichsstruktur 6 auf, wobei die Temperaturausgleichsstruktur 6 eingerichtet ist, durch einen Temperaturgradienten in der mikromechanischen Struktur 1 verursachte Kräfte zumindest teilweise auszugleichen und damit eine Auslenkung der mikromechanischen Struktur zu verhindern oder zumindest zu reduzieren.
-
Optional in 1 dargestellt sind Leiterbahnen 43 des Substrats 2, wobei die Leiterbahnen 43 jeweils mit mehreren der zweiten Elektroden 42 verbunden sind und zum Messen einer Spannung zwischen den zweiten Elektroden 42 und den ersten Elektroden 41 eingerichtet sind, wobei die ersten Elektroden 41 über den Befestigungsbereich 5 elektrisch kontaktiert sein können. Ferner sind Federn 51 dargestellt, die eine Auslenkung der seismischen Masse 3 in der ersten Richtung 11 dämpfen können. Ebenfalls optional in 1 dargestellt ist ein Befestigungsbereich 5, mittels dem die seismische Masse 3 mit dem Substrat 2 verbunden ist. Der Befestigungsbereich 5 enthält mindestens eine Substratverankerung und kann zusätzlich einen oder mehrere freitragende Verbindungsbalken beinhalten.
-
In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel der mikromechanischen Struktur 1 ist die Temperaturausgleichsstruktur 6 Teil einer Dämpfungsstruktur 7. Die Dämpfungsstruktur 7 weist an der seismischen Masse 3 angeordnete erste Dämpfungsfinger 71 und unbeweglich gegenüber dem Substrat 2 angeordnete zweite Dämpfungsfinger 72 auf. Ein erster Spalt 73 zwischen einem ersten Dämpfungsfinger 71 und einem zweiten Dämpfungsfinger 72 weist eine erste Spaltbreite auf. Ein zweiter Spalt 74 zwischen einem ersten Dämpfungsfinger 71 und einem zweiten Dämpfungsfinger 72 weist eine zweite Spaltbreite auf. Die erste Spaltbreite des ersten Spalts 73 und die zweite Spaltbreite des zweiten Spalts 74 sind unterschiedlich.
-
In 1 sind vier Dämpfungsstrukturen 7 dargestellt, die jeweils die genannten Elemente (erste Dämpfungsfinger 71, zweite Dämpfungsfinger 72, erste Spalte 73, zweite Spalte 74) aufweisen.
-
Die seismische Masse 3 weist einen optionalen Masserahmen 31 auf, wobei der Masserahmen 31 an die Federn 51 angrenzt und die ersten Elektroden 41 und die ersten Dämpfungsfinger 71 am Masserahmen 31 angeordnet sind. Ferner ist innerhalb des Masserahmens ein optionaler Anschlag 8 angeordnet, wobei der Anschlag 8 fest mit dem Substrat 2 verbunden ist und eine Auslenkung der seismischen Masse 3 in der ersten Richtung 11 und der zweiten Richtung 12 begrenzt.
-
2 zeigt eine vergrößerte Darstellung einer der Dämpfungsstrukturen 7 der 1. Es sind zwei erste Dämpfungsfinger 71 und drei zweite Dämpfungsfinger 72 derart angeordnet, dass sich zwei erste Spalte 73 und zwei zweite Spalte 74 ergeben. Die ersten Spalte 73 weisen jeweils eine erste Spaltbreite 75 auf, während die zweiten Spalte 74 jeweils eine zweite Spaltbreite 76 aufweisen.
-
3 zeigt einen Querschnitt durch die mikromechanische Struktur 1 der 1 an der mit AA` bezeichneten Schnittlinie. Dabei ist gezeigt, dass die zweiten Elektroden 42 und die zweiten Dämpfungsfinger 72 jeweils direkt mit dem Substrat verbunden sind. Es kann ferner alternativ zur Darstellung der 3 vorgesehen sein, dass die zweiten Elektroden 42 nur jeweils im Bereich der Leiterbahnen 43 mit dem Substrat 2 verbunden sind und dass die zweiten Dämpfungsfinger 72 nur mit dem Befestigungsbereich 5 verbunden sind.
-
In einem Ausführungsbeispiel ist die Anzahl der ersten Dämpfungsfinger 71 um eins kleiner ist als die Anzahl der zweiten Dämpfungsfinger 72. Dies kann generell für die gesamte mikromechanische Struktur 1 so sein, oder aber auch innerhalb der einzelnen Dämpfungsstrukturen 7. In 1 bis 3 ist exemplarisch gezeigt, dass für jede der Dämpfungsstrukturen 7 die Anzahl der ersten Dämpfungsfinger 73 um eins kleiner als die Anzahl der zweiten Dämpfungsfinger 74 ist. Somit ergeben sich jeweils gleich viele erste Spalte 73 und zweite Spalte 74.
-
In einem Ausführungsbeispiel beträgt die erste Spaltbreite 75 zwischen dem 1,01-fachen und dem 5-fachen der zweiten Spaltbreite 76. Insbesondere beträgt die erste Spaltbreite 75 zwischen dem 1,01-fachen und dem 2-fachen der zweiten Spaltbreite 76. Diese Abmessungen sind zum Erzielen einer effizienten Temperaturausgleichsstruktur 6 bevorzugt, es können jedoch auch andere Verhältnisse vorgesehen sein. Die Anzahl der Dämpfungsfinger 71, 72 insgesamt kann zwischen einem Zehntel und dem Dreifachen der Elektroden 41, 42, insbesondere der ersten Elektroden 41, sein. Bevorzugt kann die Anzahl der Dämpfungsfinger 71, 72 zwischen der Anzahl der Elektroden 41, 42, insbesondere der ersten Elektroden 41, und einem Sechstel der Anzahl der Elektroden 41, 42, insbesondere der ersten Elektroden 41, sein. Insbesondere bevorzugt kann die Anzahl der Dämpfungsfinger 71, 72 zwischen der Hälfte der Anzahl der Elektroden 41, 42, insbesondere der ersten Elektroden 41, und einem Drittel der Anzahl der Elektroden 41, 42, insbesondere der ersten Elektroden 41, sein. Diese Verhältnisse der Anzahl der Dämpfungsfinger 71, 72 zur Anzahl der Elektroden 41, 42 ermöglichen ebenfalls eine effiziente Dämpfungsstruktur 7. Die Dämpfungsfinger 71, 72 können dabei weitere Aufgaben wie beispielsweise eine mechanische Dämpfung von Schwingungen der seismischen Masse 3 übernehmen.
-
4 zeigt eine alternative Ausgestaltung einer Dämpfungsstruktur 7, die ebenfalls innerhalb der mikromechanischen Struktur 1 vorgesehen sein kann. Vom Substrat 2 geht ein Befestigungselement 77 aus, an dem die zweiten Dämpfungsfinger 72 angebracht sind. Die zweiten Dämpfungsfinger 72 greifen dabei zwischen erste Dämpfungsfinger 71 der seismischen Masse 3, so dass wieder erste Spalte 73 und zweite Spalte 74 gebildet sind.
-
5 zeigt eine alternative Ausgestaltung einer Dämpfungsstruktur 7, bei der die Dämpfungsfinger 71, 72 im Wesentlichen entlang der zweiten Richtung 12 angeordnet sind und mindestens einer der Dämpfungsfinger 71, 72 an verschiedenen Stellen bezogen auf die zweite Richtung 12 unterschiedlich dick ist. Im in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist jeder der dargestellten Dämpfungsfinger 71, 72 an verschiedenen Stellen bezogen auf die zweite Richtung 12 unterschiedlich dick. Somit ergeben sich für die ersten Spalte 73 jeweils veränderliche erste Spaltbreiten 75 und für die zweiten Spalte 74 jeweils veränderliche zweite Spaltbreiten 76. Es kann ebenfalls vorgesehen sein, dass nur die ersten Spaltbreiten 75 oder die zweite Spaltbreiten 76 veränderlich sind.
-
6 zeigt eine Vergrößerung des Querschnitts der Dämpfungsstruktur 7 der oben beschriebenen Figuren, insbesondere der 1 bis 3. Durch die unterschiedlichen Spaltbreiten 75, 76 kann zwischen den ersten Dämpfungsfingern 71 und den zweiten Dämpfungsfingern 72 angeordnete Luft einen unterschiedlichen Kraftübertrag auf die ersten Dämpfungsfinger 71 bewirken. Eine mittlere freie Weglänge der Luftmoleküle ist in beiden Spalten 73, 74 gleich. Im zweiten Spalt 74 mit der geringeren zweiten Spaltbreite 76 ist dadurch die Wahrscheinlichkeit für einen Stoß mit dem ersten Dämpfungsfinger 71 größer als im ersten Spalt 73 mit der größeren ersten Spaltbreite 75, wobei deshalb durch die Stöße der Luftmoleküle mit dem ersten Dämpfungsfinger 71 eine Kraft auf den ersten Dämpfungsfinger 71 erzeugt wird, die derart ist, dass gezielt radiometrische Kräfte erzeugt werden, die die in der restlichen mikromechanischen Struktur 2 wirkenden radiometrischen Kräfte zumindest teilweise und insbesondere vollständig kompensieren. Dies kann genutzt werden, um aufgrund eines Temperaturgradienten wirkende radiometrische Kräfte in der mikromechanischen Struktur 2 auszugleichen. Insbesondere eignet sich diese Anordnung für einen in der ersten Richtung 11 verlaufenden Temperaturgradienten.
-
7 zeigt eine mikromechanische Struktur 1, die der mikromechanischen Struktur der 1 bis 3 entspricht, sofern im Folgenden keine Unterschiede beschrieben sind. Zwischen einem Masserahmen 31 der seismischen Masse 3 und einem Substratrahmen 21 des Substrats 2 sind ein erster Rahmenspalt 22 und ein zweiter Rahmenspalt 23 angeordnet. Der Masserahmen 31 und der Substratrahmen 21 sind Teil der Temperaturausgleichsstruktur 6. Eine erste Rahmenspaltbreite 24 des ersten Rahmenspalts 22 und eine zweite Rahmenspaltbreite 25 des zweiten Rahmenspalts 23 sind unterschiedlich.
-
In 7 umfasst die Temperaturausgleichsstruktur 6 also sowohl den Masserahmen 31 und den Substratrahmen 21 mit den dazwischenliegenden Rahmenspalten 22, 23 als auch die Dämpfungsstruktur 7, wie für die 1 bis 3 erläutert.
-
Es kann auch vorgesehen sein, dass die Temperaturausgleichsstruktur 6 nur den Masserahmen 31 und den Substratrahmen 21 mit den dazwischenliegenden Rahmenspalten 22, 23 umfasst und die Dämpfungsstruktur 7 entweder weggelassen wird oder konventionell mit identisch breiten Spalten 73, 74 ausgestaltet wird.
-
Durch die in 7 gezeigte zusätzliche oder alternative Temperaturausgleichsstruktur kann ebenfalls eine aufgrund des Temperaturgradienten auftretende Auslenkung der seismischen Masse 3 zumindest teilweise wieder rückgängig gemacht werden. Auch hier können die im Zusammenhang mit 6 dargelegten Mechanismen relevant sein.
-
8 zeigt eine mikromechanische Struktur 1, die der mikromechanischen Struktur 1 der 7 entspricht, sofern im Folgenden keine Unterschiede beschrieben sind. Der erste Rahmenspalt 22 und der zweite Rahmenspalt 23 weisen in der zweiten Richtung 12 eine veränderliche Rahmenspaltbreite 24, 25 auf. Dadurch können Temperaturgradienten ausgeglichen werden, die nicht in der ersten Richtung 11 verlaufen. Die erste Rahmenspaltbreite 24 und die zweite Rahmenspaltbreite 25 können dabei jeweils bezogen sein auf einen Schnitt in der ersten Richtung, beispielsweise an der in 8 mit BB' bezeichneten Schnittlinie. Dass die erste Rahmenspaltbreite 24 und die zweite Rahmenspaltbreite 25 unterschiedlich sind, kann also ebenfalls bedeuten, dass die erste Rahmenspaltbreite 24 und die zweite Rahmenspaltbreite 25 zumindest für eine Schnittlinie entlang der ersten Richtung 11 unterschiedlich sind. In 8 sind beide Rahmenspaltbreite 22, 23 derart ausgestaltet, es ist jedoch ebenfalls auch möglich, nur den ersten Rahmenspalt 22 oder den zweiten Rahmenspalt 23 wie in 8 gezeigt auszugestalten und den jeweiligen anderen Rahmenspalt 23, 22 analog zu 7 auszugestalten.
-
9 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Anschlags 8, wobei der Anschlag 8 und ein Gegenanschlag 32 Teil der mikromechanischen Struktur 1 und insbesondere der Temperaturausgleichsstruktur 6 sind. Der Anschlag 8 ist am Substrat 2 angeordnet. Der Gegenanschlag 32 ist an der seismischen Masse 3 und insbesondere am Masserahmen 31 angeordnet. Zwischen dem Anschlag 8 und dem Gegenanschlag 32 ist ein erster Anschlagsspalt 81 mit einer ersten Anschlagsspaltbreite 83 und ein zweiter Anschlagsspalt 82 mit einer zweiten Anschlagsspaltbreite 84 angeordnet. Die erste Anschlagsspaltbreite 83 und die zweite Anschlagsspaltbreite 84 sind unterschiedlich.
-
In 9 umfasst die Temperaturausgleichsstruktur 6 also den Anschlag 8 und den Gegenanschlag 32 mit den dazwischenliegenden Anschlagspalten 81, 82. Zusätzlich können ebenfalls die Dämpfungsstruktur 7, wie für die 1 bis 3 erläutert, und die Rahmenspalte 22, 23, wie für 7 oder 8 erläutert, vorgesehen sein.
-
Durch die in 7 gezeigte zusätzliche oder alternative Temperaturausgleichsstruktur kann ebenfalls eine aufgrund des Temperaturgradienten auftretende Auslenkung der seismischen Masse 3 zumindest teilweise wieder rückgängig gemacht werden. Auch hier können die im Zusammenhang mit 6 dargelegten Mechanismen relevant sein.
-
In einem Ausführungsbeispiel ist die Temperaturausgleichsstruktur 6 anhand eines vorgegebenen Verlaufs des Temperaturgradienten ausgelegt. Der vorgegebene Verlauf des Temperaturgradienten kann dabei beispielsweise durch bekannte Wärmequellen in der Nähe des Einbauorts eines mikromechanischen Sensors mit der erfindungsgemäßen mikromechanischen Struktur 1 beeinflusst sein. Eine solche Wärmequelle kann beispielsweise einen Steuerchip, aber auch andere, in der Nähe des mikromechanischen Sensors vorgesehene Bauelemente, umfassen.
-
10 zeigt einen mikromechanischen Sensor 9 mit einer der im Zusammenhang mit den 1 bis 9 beschriebenen mikromechanischen Struktur 1, ferner aufweisend einen Steuerchip 91. Der Temperaturgradient ist zumindest teilweise durch einen Betrieb des Steuerchips 91 verursacht. Dies ermöglicht, Kräfte auf die seismische Masse 3 aufgrund der durch den Steuerchip 91 verursachten Wärme zu kompensieren und dadurch einen verbesserten mikromechanischen Sensor 9 bereitzustellen. Dabei kann beispielsweise auch ein Einbauort der Steuerchips 91 relativ zur mikromechanischen Struktur 1 berücksichtigt werden. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Spalte 73, 74, die Anschlagsspalte 81, 82 und/oder die Rahmenspalte 22, 23 derart ausgestaltet sind, dass die innerhalb der Temperaturausgleichsstrukturen 6 vorliegenden Spalte 73, 74, Anschlagsspalte 81, 82 und/oder Rahmenspalte 22, 23 jeweils in Richtung des Steuerchips 91 die kleinere Spaltbreite 75, 76, Anschlagspaltbreite 83, 84 und/oder Rahmenspaltbreite 24, 25 aufweisen.
-
Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht auf die offenbarten Beispiele eingeschränkt, und andere Variationen hieraus können vom Fachmann abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
