DE102021200147A1 - Verfahren zum Betreiben eines mikromechanischen Inertialsensors und mikromechanischer Inertialsensor - Google Patents

Verfahren zum Betreiben eines mikromechanischen Inertialsensors und mikromechanischer Inertialsensor Download PDF

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Abstract

Es wird ein Verfahren 300 zum Betreiben eines mikromechanischen Inertialsensors sowie ein mikromechanischer Inertialsensor, der insbesondere als Beschleunigungssensor 700 ausgebildet ist, vorgeschlagen. Der mikromechanische Beschleunigungssensor 700 kann einen federnd gelagerten Massekörper 715, sowie eine flexible Anschlagsstruktur 720 und eine Feststruktur 705 aufweisen. Die Feststruktur 705 umfasst eine feststehende Elektrode 735 und die Anschlagsstruktur 720 ist an der Feststruktur 705 befestigt. Die Anschlagsstruktur 720 umfasst ein Wirkelement 725 und eine Elektrode 730. Bei einer Auslenkung des Massekörpers 715 aus einer Ausgangsposition gelangt der Massekörper 715 in Anlage an das Wirkelement 725. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung 799 an die feststehende Elektrode 735 wirkt eine elektrostatische Kraft 795 zwischen der feststehenden Elektrode 735 und der Elektrode 730 der Anschlagstruktur 725, um die Anschlagsstruktur 725 mit dem Wirkelement 725 in Richtung der feststehenden Elektrode 735 und weg vom Massekörper 715 zu bewegen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines mikromechanischen Inertialsensors. Die Erfindung betrifft des Weiteren einen mikromechanischen Inertialsensor.
  • Stand der Technik
  • Die Offenlegungsschrift US 2018 113147 A1 offenbart ein Verfahren zum Betreiben eines mikromechanischen Inertialsensors und einen mikromechanischen Inertialsensor.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Betreiben eines mikromechanischen Inertialsensors sowie einen optimierten mikromechanischen Inertialsensor anzugeben.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Die Erfindung kann im Zusammenhang mit Smartphones und Tablets für die folgenden Anwendungen genutzt werden:
    • Bildschirmausrichtung; signifikante Bewegung (significant motion);
    • Geräteausrichtung; Aktivitäts-, Gesten- und Kontexterkennung; Bildstabilisierung;
    • SLAM im Innenbereich (gleichzeitige Lokalisierung und Kartenerstellung, SLAM:
      • simultaneous localization and map building); Schock- und Freifallerkennung; Bewegungssteuerung.
  • Im Zusammenhang mit wearables, hearables, AR und VR kann die Erfindung für die folgenden Anwendungen genutzt werden:
    • Anzeige von Informationen; Schrittzählung; Aktivitäts-, Gesten- und
    • Kontexterkennung; Kalorienzählung; Im-Ohr-Erkennung; Schlafüberwachung;
    • Altenpflege; Navigation in Innenräumen; Positionsverfolgung; Low-Power-Sensorik, Echtzeit-Bewegungserkennung, Verfolgung von Kopfbewegungen; präzise Sensordatenfusion.
  • Im Zusammenhang mit Drohnen, Spielen und Spielzeug kann die Erfindung für die folgenden Anwendungen eingesetzt werden:
    • Orientierung; kardanische Aufhängung; Altidenstabilisierung (altidude stabilization); Flugkontrolle; Bewegungsverfolgung, Bewegungskontrolle, Gleichgewicht; Aktivitäts- und Gestenerkennung.
  • Im Zusammenhang mit Robotern kann die Erfindung für die folgenden Anwendungen verwendet werden:
    • Navigation; Grenzdetektion; dynamische Bahnplanung; SLAM in Innenräumen/Innenbereichen; Überwachung der Luftqualität; Erkennung von Verstopfungen.
  • Im Zusammenhang mit Smart Home kann die Erfindung für die folgenden Anwendungen genutzt werden: Navigation; Grenzdetektion; dynamische Wegplanung; Innenraum/Innenbereich-SLAM; Luftqualitätsüberwachung; Verstopfungserkennung: Eindringungskontrolle; Überwachung der Luftqualität; Schimmelpilzerkennung; Klimaregelung; Erkennung des Bodenniveaus; Navigation in Innenräumen.
  • Die Erfindung kann auch in einem industriellen Kontext für die folgenden Anwendungen genutzt werden:
    • Wasserstandserfassung; Bestandsverfolgung (asset tracking); Navigation und
    • Steuerung; Bewegungs- und Positionsverfolgung; Energiemanagement; vorbeugende Wartung.
  • Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines mikromechanischen Inertialsensors sowie ein mikromechanischer Inertialsensor vorgeschlagen. Der mikromechanische Inertialsensor kann mittels MEMS Technologie hergestellt sein (MEMS: Micro-Electro-Mechanical-Systems) und zumindest einen federnd gelagerten Massekörper, sowie zumindest eine flexible Anschlagsstruktur und zumindest eine Feststruktur aufweisen. Weiterhin umfasst der mikromechanische Inertialsensor ein mikromechanisches Bauelement und eine Auswerteeinheit, die eine Auswerteelektronik aufweist. Der mikromechanische Inertialsensor ist vorzugsweise als mikromechanischer Beschleunigungssensor ausgebildet, sodass das mikromechanische Bauelement als Beschleunigungselement ausgebildet ist. Alternativ kann das mikromechanische Bauelement auch als Drehratenelement ausgebildet sein, sodass der Inertialsensor einen Drehratensensor bildet. Die Feststruktur umfasst eine feststehende Elektrode und die Anschlagsstruktur ist an der Feststruktur befestigt. Die Anschlagsstruktur umfasst ein Wirkelement und eine Elektrode. Bei einer Auslenkung des Massekörpers aus einer Ausgangsposition gelangt der Massekörper in Anlage an das Wirkelement. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung an die feststehende Elektrode wirkt eine elektrostatische Kraft zwischen der feststehenden Elektrode und der Elektrode der Anschlagstruktur, um die Anschlagsstruktur mit dem Wirkelement in Richtung der feststehenden Elektrode und weg vom Massekörper zu bewegen.
  • Der mikromechanische Inertialsensor ist vorzugsweise als MEMS Sensor und insbesondere als Beschleunigungssensor ausgebildet und kann aus Halbleitermaterial, insbesondere aus dotiertem Silizium hergestellt sein. Hierbei können der Massekörper, die federnde Lagerung, die Anschlagsstruktur, die Feststruktur sowie die feststehende Elektrode und die Elektrode der Anschlagsstruktur aus dotiertem Silizium gefertigt sein. Denkbar ist, dass einzelne Bereiche des Beschleunigungssensors, wie Leiterbahnen oder die Bereiche, an denen die Elektroden ausgebildet werden, eine höhere Dotierung umfassen, als andere Bereiche. Zudem können die Elektroden in Form einer Aluminiumschicht oder einer vergleichbaren metallischen Schicht bzw. eines leitfähigen Areals ausgebildet sein. Der Beschleunigungssensor kann die genannten mikromechanischen Komponenten sowie eine Auswerteeinheit mit einer Auswerteelektronik umfassen, die vorzugsweise als elektrische Auswerteschaltung (ASIC) ausgebildet ist. Insbesondere kann der Massekörper sowie die feststehende Elektrode in Form einer Kammstruktur oder einfacher Platten ausgebildet sein, wobei die Kammstruktur und/oder die Platten einen Kondensator bilden kann.
  • Bei Auslenkung des Massekörpers aus einer Ausgangsposition kann der Massekörper in Anlage an das Wirkelement der Anschlagsstruktur gelangen. Dieser Kontakt kann dabei zu einem sogenannten „Kleben“ bzw. einer „Adhäsion“ führen. Unter „Kleben/Adhäsion“ versteht man, dass sich die Strukturen nach einem mechanischen Kontakt nicht mehr voneinander lösen, da an der Grenzfläche der Strukturen eine Haftkraft/Adhäsionskraft entsteht, die größer als eine Rückstellkraft der ausgelenkten Feder bzw. der federnden Lagerung des Massekörpers ist. Der Klebeeffekt stellt einen Vorgang auf atomarer Ebene dar, der aus den chemischen Bindungen beziehungsweise den Van der Waals Kräften zwischen den Atomen bzw. Molekülen resultiert.
  • Durch das Anlegen einer Spannung an die feststehende Elektrode kann in vorteilhafter Weise eine elektrostatische Kraft erzeugt werden, die die Adhäsionskraft überwinden kann, indem sie zu einer Bewegung der Anschlagsstruktur mit dem Wirkelement in Richtung der feststehenden Elektrode und weg von dem Massekörper führt, wobei der Massekörper aufgrund der Auslenkung aus der Ausgangsposition und der damit erzeugten Rückstellkraft aus der federnden Lagerung wieder in Richtung Ausgangsposition zurück bewegt wird. Ausgenutzt wird dabei, dass neben den Kontaktkräften, also der oben genannten Adhäsionskraft, die bei der Berührung zweier Oberflächen wirksam ist, in dem mikromechanischen Beschleunigungssensor zwischen sich nahekommenden Halbleiteroberflächen, insbesondere den Elektroden auch langreichweitige Kräfte auftreten. Diese bewirken zwischen den Oberflächenladungen des Halbleitermaterials der Elektrode der Anschlagsstruktur und der feststehenden Elektrode eine elektrostatische Wechselwirkung, also eine elektrostatische Anziehungskraft gemäß dem Coulombschen Gesetz.
  • Mithilfe der vorgeschlagenen Anschlagsstruktur mit dem Wirkelement ist es insbesondere nicht erforderlich, dass hohe elektrische Spannungen eingesetzt werden, um die notwendigen elektrostatischen Kräfte aufzubringen. Eine angelegte Spannung im einstelligen Voltbereich, beispielsweise 3,5 V ist hierbei ausreichend. Insbesondere kann das elektrische Potential zwischen der feststehenden Elektrode und der Elektrode der Anschlagsstruktur dem Mittelmassenpotential zwischen den Detektionselektroden des Sensors entsprechen. Das Mittelmassenpotential kann 0 V entsprechen, weist vorzugsweise aber den oben genannten Wert von 3,5 V auf. Die Detektionselektroden können als feststehenden Elektroden ausgebildet sein und/oder am Massekörper angebracht sein.
  • Die elektrostatische Kraft F, die vorliegend zwischen der feststehenden Elektrode und der Elektrode der Anschlagsstruktur wirkt, kann durch die Formel für die elektrostatische Kraft auf die Platten eines Plattenkondensators ausgedrückt werden: F = 0.5 ε 0 dC / dx U 2 = 0.5 ε 0 A / x 2 U 2
    Figure DE102021200147A1_0001
    mit dC/dx=Kapazitätsänderung bei Variation des Elektrodenabstands, A=Fläche der Elektrode bzw. Kondensatorplatte, U=Spannung, x=Abstand der Elektroden bzw. Platten und ε0= elektrische Feldkonstante im Vakuum.
  • Dabei kann die vorgeschlagene Anschlagsstruktur besonders vorteilhaft den Abstand x verringern (im Vergleich zu bekannten Beschleunigungssensoren, bei denen x dem Abstand zwischen den Detektionselektroden entsprechen kann und in einer Größenordnung von etwa 1 bis 3 µm liegen kann). Da die elektrostatische Kraft proportional 1 durch den quadratischen Abstand der Elektroden ist, kann ein kleiner Abstand x, zum Beispiel in der Größenordnung von 100 nm, wie beim vorgeschlagenen Beschleunigungssensor zwischen der Elektrode der Anschlagsstruktur und der feststehenden Elektrode, dazu beitragen die Kraft zu vergrößern. Die elektrostatische Kraft greift zudem nicht an der beweglichen Sensormasse, also am federnd gelagerten Massekörper, sondern an der flexiblen Anschlagsstruktur an.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist der Massekörper in der Weise beweglich gelagert, dass infolge der Auslenkung des Massekörpers aus der Ausgangsposition eine Rückstellkraft auf den Massekörper zurück in Richtung Ausgangsposition wirkt. Anschließend an die Rückbewegung des Massekörpers in Richtung Ausgangsposition wird die elektrische Spannung an die feststehende Elektrode gelegt, die die elektrostatische Kraft zwischen der feststehenden Elektrode und der Elektrode der Anschlagstruktur bewirkt, um die Anschlagsstruktur mit dem Wirkelement in Richtung der feststehenden Elektrode und weg vom Massekörper zu bewegen.
  • Insbesondere kann ein elektrisches Potential zwischen der feststehenden Elektrode und der Elektrode der Anschlagsstruktur dem Mittelmassenpotential zwischen den Detektionselektroden des Sensors entsprechen, vorzugsweise zum Beispiel 3,5 V. Bei der Auslenkung des beweglich gelagerten Massekörpers wird eine Kraft erzeugt. Ist der Massekörper beispielsweise als seismischer Massekörper an einer federnden Aufhängung befestigt, so wird durch die Auslenkung eine Rückstellkraft in der federnden Aufhängung erzeugt. Die Rückstellkraft wirkt der Richtung der Auslenkung aus der Ausgangsposition entgegen und kann in Kombination mit der Ausnutzung der elektrostatischen Kraft zwischen der Elektrode der Anschlagsstruktur und der feststehenden Elektrode dazu beitragen die Adhäsionsfläche zwischen dem Wirkelement der Anschlagsstruktur und dem beweglich gelagerten Massekörper zu lösen. Somit können für den vorgeschlagenen Beschleunigungssensor Ausfälle durch Adhäsion/Kleben verhindert bzw. reduziert werden und dadurch Kosten eingespart werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform wird geprüft, ob der Massekörper bei der Rückbewegung in Richtung Ausgangsposition in Anlage an das Wirkelement gelangt ist, und wobei bei positiver Prüfung die elektrische Spannung an die feststehende Elektrode gelegt wird, die die elektrostatische Kraft zwischen der feststehenden Elektrode und der Elektrode der Anschlagstruktur bewirkt, um die Anschlagsstruktur mit dem Wirkelement in Richtung der feststehenden Elektrode und weg vom Massekörper zu bewegen. Vorteilhaft wird die elektrische Spannung genau dann an die feststehende Elektrode angelegt, sofern zwischen dem Wirkelement der Anschlagsstruktur und dem Massekörper ein Kontakt in Form einer Adhäsion auftritt. Die Auslenkung des Massekörpers selbst aus der Ausgangsposition wird durch eine externe Beschleunigung erzeugt und erfolgt ohne angelegte elektrische Spannung. Auch die Bewegung des Massekörpers zurück in Richtung der Ausgangsposition aufgrund der Rückstellkraft der federnden Lagerung erfolgt ohne angelegte elektrische Spannung. Insbesondere kann ein elektrisches Potential zwischen der feststehenden Elektrode und der Elektrode der Anschlagsstruktur dem Mittelmassenpotential zwischen den Detektionselektroden des Sensors entsprechen, vorzugsweise zum Beispiel 3,5 V.
  • In einer weiteren Ausführungsform umfasst der Intertialsensor, der vorzugsweise als Beschleunigungssensor ausgebildet ist, einen Festanschlag zur Begrenzung einer maximalen Auslenkung des Massekörpers aus der Ausgangsposition. Der Massekörper weist eine Detektionselektrode auf. Bei der Anlage des Massekörpers an das Wirkelement wird eine elektrische Spannung an die Detektionselektrode und die feststehende Elektrode gelegt. Zwischen der Detektionselektrode und der feststehenden Elektrode wirkt durch Anlegen der elektrischen Spannung an die Detektionselektrode und die feststehende Elektrode, eine elektrostatische Kraft, um den Massekörper mit der Detektionselektrode wieder in Richtung des Festanschlags zu bewegen und die Rückstellkraft zu vergrößern, die gegen die Adhäsionskraft wirkt und die den Massekörper zurück in die Ausgangsposition bewegt.
  • Dabei kann auch für die oben genannten Ausführungsbeispiele, bei denen das Anlegen der elektrischen Spannung an die feststehende Elektrode beschrieben wurde, die elektrische Spannung an die Detektionselektrode des Massekörpers und die feststehende Elektrode angelegt werden. Reicht die Rückstellkraft der federnden Aufhängung des Massekörpers nicht aus, um den Massekörper zurück in die Ausgangsposition zu bewegen, so kann durch das Anlegen der elektrischen Spannung zwischen der Detektionselektrode und der feststehenden Elektrode zwischen den genannten Elektroden ein elektrisches Feld aufgebaut werden. Dieses erzeugt eine elektrostatische Anziehungskraft, sodass der Massekörper in Richtung des Festanschlags bewegt wird. Der Festanschlag weist vorzugsweise eine kleine Fläche bzw. eine gekrümmte Fläche auf, um die vorhandene Klebefläche zu minimieren. Insbesondere kann durch Ausnutzung der elektrostatischen Anziehungskraft zwischen der Elektrode der Anschlagsstruktur und der feststehenden Elektrode der Kontakt des Wirkelements mit dem federnden Massekörper, also die Adhäsionskraft überwunden werden.
  • Die resultierende Adhäsionskraft am Festanschlag kann durch das Lösen des Kontakts zwischen dem Wirkelement und dem Massekörper um einen Adhäsionskoeffizienten reduziert werden, das heißt die resultierende Adhäsionskraft am Festanschlag ist proportional zum Quadrat des Adhäsionskoeffizienten, wobei der Adhäsionskoeffizient ohne Quadrierung einen Wert kleiner als 0,5 aufweisen kann. Aufgrund der Rückstellkraft der federnden Lagerung des Massekörpers kann dieser Kontakt entsprechend gelöst werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist die Anschlagsstruktur in Form eines Hebels ausgebildet, der ein erstes und ein zweites Ende aufweist. Der Hebel ist entlang einer der Anschlagsstruktur zugewandten Fläche des Massekörpers ausgerichtet. Das erste Ende des Hebels ist freistehend ausgebildet und umfasst das Wirkelement. Das zweite Ende des Hebels ist mit einem Ende einer Hebelaufhängung verbunden, die mit einem weiteren Ende an der Feststruktur befestigt ist. Der Hebel ist beweglich an der Hebelaufhängung gelagert. Die Anschlagsstruktur kann flexibel an die jeweiligen Systemanforderungen angepasst werden und kann in der Ausgestaltung als Hebel kostengünstig und kompakt hergestellt werden und ist robust einsetzbar.
  • In einer weiteren Ausführungsform sind das erste Ende und das zweite Ende des Hebels jeweils freistehend ausgebildet. Das erste Ende des Hebels weist das Wirkelement auf. Der Hebel ist zwischen dem ersten und dem zweiten Ende beweglich an der Hebelaufhängung gelagert, die im Wesentlichen senkrecht zu der der Anschlagsstruktur zugewandten Fläche des Massekörpers ausgerichtet ist und mit einem Ende mit dem Hebel verbunden ist. Die Hebelaufhängung ist mit einem weiteren Ende an der Feststruktur befestigt. Die Anschlagsstruktur kann flexibel an die jeweiligen Systemanforderungen angepasst werden und kann in der Ausgestaltung als Hebel kostengünstig und kompakt hergestellt werden und ist robust einsetzbar.
  • In einer weiteren Ausführungsform sind das erste Ende und das zweite Ende des Hebels jeweils freistehend ausgebildet. Das erste Ende des Hebels weist ein erstes Wirkelement und das zweite Ende des Hebels ein zweites Wirkelement auf. Der Hebel ist zwischen dem ersten und zweiten Ende beweglich an der Hebelaufhängung gelagert, die im Wesentlichen senkrecht zu der der Anschlagsstruktur zugewandten Fläche des Massekörpers ausgerichtet ist und mit einem Ende mit dem Hebel verbunden ist. Die Hebelaufhängung ist mit einem weiteren Ende an der Feststruktur befestigt. Die elektrische Spannung wird an die feststehende Elektrode angelegt und durch das Anlegen der elektrischen Spannung wirkt die elektrostatische Kraft auf das erste Ende des Hebels mit dem ersten Wirkelement, um das erste Wirkelement des Hebels in Richtung der feststehenden Elektrode und weg vom Massekörper zu bewegen. Das zweite Ende des Hebels mit dem zweiten Wirkelement gelangt durch die Bewegung des ersten Endes des Hebels in Anlage an den Massekörper. Durch das zweite Wirkelement wirkt auf den Massekörper eine Kraft, die den Massekörper zurück in Richtung Ausgangsposition bewegt. Die elektrische Spannung kann insbesondere an die Detektionselektrode des Massekörpers und die feststehende Elektrode angelegt werden.
  • Die Anschlagsstruktur kann flexibel an die jeweiligen Systemanforderungen angepasst werden und kann insbesondere zwei Wirkelemente aufweisen. Vorzugsweise ist die federnde Anschlagsstruktur als Hebel ausgebildet mit einem ersten und einem zweiten freistehenden Ende, die jeweils ein Wirkelement umfassen. Das erste Wirkelement kann aufgrund der Auslenkung des Massekörpers aus der Ausgangsposition aufgrund einer externen Beschleunigung zunächst in Kontakt mit dem Massekörper sein. Aufgrund der elektrostatischen Anziehungskraft kann das erste Wirkelement am ersten Ende des Hebels in Richtung feststehende Elektrode und das zweite Ende des Hebels aufgrund der Bewegung in Kontakt mit dem Massekörper gelangen, um eine Kraft beispielsweise in Form einer Druckkraft auf den Massekörper auszuüben, die in Richtung der Rückstellkraft des Massekörpers wirkt. Die Rückstellkraft kann den Kontakt lösen und den Massekörper zurück in die Ausgangsposition bewegen. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil einer robusten Ausgestaltung des Sensors gegen wiederholte Überlastbeschleunigungen wie sie beispielsweise in Unfallsituationen in Fahrzeugen auftreten oder beim Herunterfallen eines Gegenstands, beispielsweise ein Smartphone, das einen integrierten Beschleunigungssensor aufweist. Vorteilhaft ist eine Degradation der Oberfläche aufgrund wiederholter Überlastbeschleunigungen auf das erste Wirkelement der Anschlagsstruktur und den Festanschlag beschränkt. Sie tritt in der Regel nicht am zweiten Wirkelement der Anschlagsstruktur auf.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist die Elektrode der Anschlagsstruktur entlang einer der feststehenden Elektrode zugewandten Fläche der Anschlagsstruktur ausgebildet. Weisen die Elektrode der Anschlagsstruktur und die feststehende Elektrode einen Überlapp auf, sind sie also jeweils zueinander orientiert, so kann die elektrostatische Wechselwirkung zwischen den Oberflächenladungen der Elektroden vorteilhaft verbessert werden. Die Wechselwirkung kann dabei umso höher sein, je größer der Überlapp ausgebildet ist. Ist die Elektrode der Anschlagsstruktur beispielsweise am ersten freistehenden Ende des Hebels ausgebildet, also zum Beispiel an der Unterseite, die der feststehenden Elektrode zugewandt ist, so kann beispielsweise die bestmögliche elektrostatische Wechselwirkung zwischen den Oberflächenladungen der genannten Elektroden bewirkt werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Wirkelement eine gekrümmte Oberfläche, um bei einem Kontakt mit dem Massekörper ausgelegt zu sein, entlang der gekrümmten Oberfläche eine seitliche Bewegung gegenüber dem Massekörper auszuführen. Weist das Wirkelement eine gekrümmte Oberfläche auf, so wird die potentielle Klebefläche zwischen dem Wirkelement und dem Massekörper aufgrund des Krümmungsradius der gekrümmten Oberfläche des Wirkelements vorteilhaft reduziert. Folglich ist die Adhäsionskraft nicht so groß wie bei einer ebenen Kontaktfläche. Ferner kann mithilfe dieser Ausgestaltung eine geringere Abnutzung der Kontaktflächen bzw. Kontaktpunkte auch bei wiederholtem Kontakt mit dem Massekörper erzielt werden, da eine seitliche Bewegung entlang der gekrümmten Oberfläche gegenüber dem Massekörper auf sanfte Weise erfolgt, indem sie einer Art Abrollbewegung bzw. einer Rollbewegung entspricht. Es ist dabei außerdem nicht zwingend erforderlich, dass die Oberfläche gleichmäßig gekrümmt ist. Zudem können sowohl das erste Wirkelement als auch das zweite Wirkelement jeweils eine gekrümmte Oberfläche aufweisen.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist der Massekörper als seismische Masse ausgebildet. Der Massekörper ist über ein Federelement beweglich an der Feststruktur gelagert. Das Federelement kann durch Auslenkung des Massekörpers aus der Ausgangsposition in vorteilhafter Weise die Rückstellkraft erzeugen, die den Massekörper wieder in die Ausgangsposition zurück bewegt. Das Federelement kann als mechanische Feder bzw. als mehrere mechanische Federn ausgebildet sein bzw. aus gleichwertigem elastischen Material, das ebenfalls rückstellend bei einer Auslenkung wirkt.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist der Massekörper als eine Wippenstruktur ausgebildet und umfasst eine Detektionselektrode. Der Beschleunigungssensor weist eine Verankerungsstruktur auf, die an einem ersten Ende ein Federelement umfasst. Die Verankerungsstruktur ist mit einem zweiten Ende an der Feststruktur befestigt. Der Massekörper ist mittels dem Federelement der Verankerungsstruktur federnd gelagert. Der Beschleunigungssensor kann in Form eines Lateralbeschleungiungssensors (in plane sensor) sowie in Form eines z-Sensors (out of plane sensor) verwirklicht sein. Hierbei kann der Massekörper flexibel als seismischer Massekörper oder in Form einer Wippenstruktur für beispielsweise einen z-Wippensensor umgesetzt sein, mit einer Auslenkung in z-Richtung. Ist der Massekörper als Wippenstruktur ausgebildet, so kann das oben vorteilhaft dargelegte Prinzip der Erfindung hierauf gleichermaßen Anwendung finden. Insbesondere können der Massekörper der Wippenstruktur sowie die Anschlagsstruktur jeweils in Form einer funktionalen Schicht ausgebildet sein.
  • In einer weiteren Ausführungsform weist der Inertialsensor, der insbesondere als Beschleunigungssensor ausgebildet ist, einen Festanschlag zur Begrenzung der maximalen Auslenkung des Massekörpers aus der Ausgangsposition auf. Auf diese Weise bleibt der Massekörper vorteilhaft bei einer externen Beschleunigung, die zu einer Auslenkung des Massekörpers aus der Ausgangsposition führt, nicht an feststehender Elektrode haften und führt somit zu keinem Kurzschluss.
  • In einer weiteren Ausführungsform weist der Massekörper eine Ausnehmung auf, um die Anschlagsstruktur zumindest teilweise in die Ausnehmung aufzunehmen. Insbesondere kann die Ausnehmung ausgelegt sein, das zweite freistehende Ende des Hebels der Anschlagsstruktur bei der Auslenkung der Anschlagsstruktur zumindest teilweise in die Ausnehmung aufzunehmen. Hierdurch kann der Sensor vorteilhafterweise kompakt umgesetzt werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist die Anschlagsstruktur in Form des Hebels ausgebildet ist, der ein erstes und ein zweites Ende umfasst. Das erste Ende des Hebels weist ein erstes Wirkelement und das zweite Ende des Hebels ein zweites Wirkelement auf. Die Ausnehmung und die Anschlagsstruktur sind ausgelegt, um bei einer Bewegung des ersten Wirkelements der Anschlagsstruktur in Richtung der feststehenden Elektrode aufgrund der elektrostatischen Kraft, in Anlage an das zweite Wirkelement der Anschlagsstruktur zu gelangen. Mithilfe der Ausnehmung kann auch gezielt ein Kontakt erreicht werden, um eine Kraft, zum Beispiel eine Druckkraft, auf den Massekörper auszuüben, die in Richtung der Rückstellkraft wirken kann.
  • Die oben beschriebenen Ausführungsformen können vorteilhaft durch das Anlegen von Gleichspannung oder Wechselspannung an die Elektroden umgesetzt werden. Vorzugsweise wird eine Wechselspannung mit einer Frequenz f gewählt, die die Resonanzfrequenz des schwingenden Systems trifft, also beispielsweise die Resonanzfrequenz des Systems Anschlagsstruktur und federnder Massekörper bzw. die Resonanzfrequenz der Anschlagsstruktur. Die Vibrationen können die Van der Waals Kräfte des Systems bei der Adhäsion lokal auflösen.
  • Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen der Erfindung können - außer zum Beispiel in Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen - einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen.
  • Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung, sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich in Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den schematischen Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:
    • 1 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Betreiben eines mikromechanischen Beschleunigungssensors nach einer ersten Ausführungsform;
    • 2 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Betreiben eines mikromechanischen Beschleunigungssensors nach einer zweiten Ausführungsform;
    • 3 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Betreiben eines mikromechanischen Beschleunigungssensors nach einer dritten Ausführungsform;
    • 4 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Betreiben eines mikromechanischen Beschleunigungssensors nach einer vierten Ausführungsform;
    • 5 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Betreiben eines mikromechanischen Beschleunigungssensors nach einer fünften Ausführungsform;
    • 6 eine schematische Darstellung eines mikromechanischen Beschleunigungssensors nach einer ersten Ausführungsform;
    • 7 a bis 7 c schematische Darstellungen eines mikromechanischen Beschleunigungssensors nach einer zweiten Ausführungsform;
    • 8 a und 8 b schematische Darstellungen eines mikromechanischen Beschleunigungssensors nach einer dritten Ausführungsform;
    • 9 a bis 9 c schematische Darstellungen eines mikromechanischen Beschleunigungssensors nach einer vierten Ausführungsform;
    • 10 a bis 10 c schematische Darstellungen eines mikromechanischen Beschleunigungssensors nach einer fünften Ausführungsform.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass die Figuren lediglich schematischer Natur und nicht maßstabsgetreu sind. In diesem Sinne können in den Figuren gezeigte Komponenten und Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß oder verkleinert dargestellt sein. Ferner wird darauf hingewiesen, dass die Bezugszeichen in den Figuren unverändert gewählt worden sind, wenn es sich um gleich ausgebildete Elemente und/oder Komponenten handelt.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass zusammengehörige Figuren nachfolgend miteinander beschrieben werden.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens 100 zum Betreiben eines mikromechanischen Inertialsensors nach einer ersten Ausführungsform. Hierbei kann der mikromechanische Inertialsensor als Beschleunigungssensor ausgebildet sein und beispielsweise eine in 6 gezeigte Struktur aufweisen. Alternativ kann der mikromechanische Inertialsensor auch als Drehratensensor ausgebildet sein, wobei diese Ausgestaltung nicht in den Figuren gezeigt ist. Der mikromechanische Beschleunigungssensor 600 in 6 weist einen Massekörper 615 auf. Der Massekörper 615 kann als seismischer Massekörper oder in Form einer Wippenstruktur ausgebildet sein. Der Massekörper 615 ist über ein Federelement 610 federnd an einer Feststruktur 605 des Beschleunigungssensors 600 aufgehängt. Das Federelement 610 kann beispielsweise in Form einer mechanischen Feder ausgebildet sein oder mehrere mechanische Federn umfassen. In dem vorliegenden Beispiel ist das Federelement aus einem Halbleitermaterial hergestellt. Ferner ist denkbar ein elastisches Material zu verwenden, das eine federnde Wirkung aufweist. Beispielsweise kann der Massekörper 115 wie in 6 dargestellt ist, in einer Ausgangsposition verweilen, das heißt der Massekörper 115 ist nicht ausgelenkt, da keine externe Beschleunigung auf den Massekörper 115 wirkt. Wirkt auf den Massekörper 115 hingegen eine externe Beschleunigung, so kann er wie exemplarisch in 6 mithilfe des rechtwinkligen Koordinatensystems dargestellt ist, in z-Richtung ausgelenkt werden. Die Auslenkung kann bei Variation der Koordinatenachsen auch in anderer Weise erfolgen und ist nicht auf die Darstellung beschränkt.
  • Der Beschleunigungssensor 600 umfasst weiterhin eine Anschlagsstruktur 620. Die Anschlagsstruktur 620 weist ein Wirkelement 625 und eine Elektrode 630 auf. Die Elektrode 630 der Anschlagsstruktur 620 ist entlang einer einer feststehenden Elektrode 635 zugewandten Fläche der Anschlagsstruktur 620 ausgebildet. Die feststehende Elektrode 635 ist an der Feststruktur 605 befestigt. Die Anschlagsstruktur 620 in 6 ist in Form eines Hebels 645 ausgebildet mit einem ersten Ende 650 und einem zweiten Ende 655. Der Hebel 645 ist entlang einer der Anschlagsstruktur 620 zugewandten Fläche 640 des Massekörpers 615 ausgerichtet. Im gezeigten Beispiel verläuft die Fläche 640 des Massekörpers 615 exemplarisch in der xy-Ebene. Der Hebel 645 ist also beispielsweise parallel zur xy-Ebene orientiert. Die genannten Strukturen können aus der Ebene heraus wirken, wie nachfolgend in 10 gezeigt, als auch in der Ebene. Wirken die Strukturen in der Ebene, so sind die 7 a bis 7 c, 8 a und 8 b und 9 a bis 9 c als Draufsicht zu interpretieren und nicht als eine Schnittdarstellung.
  • Das erste Ende 650 des Hebels 645 ist freistehend ausgebildet und umfasst das Wirkelement 625. Das Wirkelement 625 ist also auf das erste Ende 650 des Hebels 645 aufgesetzt, um bei einer Auslenkung des Massekörpers 615 und einem Anliegen des Massekörpers 615 an die Anschlagsstruktur 620 eine möglichst kleine Kontaktfläche mit dem Hebel 645 der Anschlagsstruktur 620 bereitzustellen, die auf einfache Weise gelöst werden kann. Zudem gewährleistet das Wirkelement 625, dass der Massekörper 615 nicht in Kontakt mit der feststehenden Elektrode 635 treten kann und kann auf diese Weise einen Kurzschluss vermeiden. In dem dargestellten Beispiel ist das Wirkelement ein freies, abgewinkeltes Ende des Hebels 645.
  • Das zweite Ende 655 des Hebels 645 ist mit einem Ende 665 einer Hebelaufhängung 660 verbunden. Die Hebelaufhängung 660 ist mit einem weiteren Ende 670 an der Feststruktur 605 befestigt. Insbesondere ist der Hebel 645 beweglich bzw. federnd an der Hebelaufhängung 660 gelagert. Die Hebelaufhängung 660 ist im Wesentlichen senkrecht zu der der Anschlagsstruktur 620 zugewandten Fläche 640 des Massekörpers 615 ausgerichtet. Im gezeigten Beispiel ist die Hebelaufhängung 660 parallel zur z-Achse orientiert.
  • Das Verfahren 100 zum Betreiben des mikromechanischen Beschleunigungssensors 600 sieht vor, dass der Massekörper 615 des mikromechanischen Beschleunigungssensors 600 in einem ersten Verfahrensschritt 105 aus seiner Ausgangsposition entlang einer Auslenkungsrichtung 675 ausgelenkt wird. Dies geschieht durch eine auf den Massekörper 615 angreifende externe Beschleunigung. Die Auslenkungsrichtung 675 verläuft im dargestellten Ausführungsbeispiel parallel zur z-Achse. Sie könnte bei anderer Orientierung des Massekörpers 615 im Koordinatensystem auch abweichend davon umgesetzt werden. Infolge der Auslenkung des Massekörpers 615 gelangt der Massekörper 615 in einem zweiten Verfahrensschritt 110 in Anlage an das Wirkelement 625 der Anschlagsstruktur 620. Dies ist zwar in 6 nicht dargestellt, wird aber nachfolgend in 7b gezeigt.
  • In einem dritten Verfahrensschritt 115 wird durch Anlegen einer elektrischen Spannung an die feststehende Elektrode 635 eine elektrostatische Kraft zwischen der feststehenden Elektrode 635 und der Elektrode 630 der Anschlagstruktur 620 bewirkt, um die Anschlagsstruktur 620 mit dem Wirkelement 625 in Richtung der feststehenden Elektrode 635 und weg vom Massekörper 615 zu bewegen. Das Anlegen der elektrischen Spannung kann dabei über eine in den Figuren nicht dargestellte Auswerteeinheit mit einer Auswerteelektronik erfolgen.
  • Der Massekörper 615 kann zudem eine Detektionselektrode aufweisen, sodass die elektrische Spannung auch an die Detektionselektrode und die feststehende Elektrode 635 angelegt werden kann, um abhängig von der angelegten Spannung den Massekörper in Richtung feststehende Elektrode oder weg von der feststehenden Elektrode zu bewegen. Dies ist in 6 ebenfalls nicht dargestellt.
  • Nach einem Verfahren 200 zum Betreiben eines mikromechanischen Beschleunigungssensors 600 gemäß einer zweiten Ausführungsform in 2 wird der Massekörper 615 in einem ersten Verfahrensschritt 205 aus der Ausgangsposition ausgelenkt. Die Auslenkung kann entlang der in 6 angedeuteten Auslenkungsrichtung 675 parallel zur z-Achse durch eine auf den Massekörper 615 einwirkende externe Beschleunigung erfolgen. Somit kann der erste Verfahrensschritt 205 in 2 dem ersten Verfahrensschritt 105 in 1 entsprechen. Jedoch wird dies nicht in 6 gezeigt. Da der Massekörper 615 an dem Federelement 610 federnd gelagert ist, erzeugt die Auslenkung des Federelements 610 aus der Ausgangsposition, bei der keine Beschleunigung auf den Massekörper 615 einwirkt, eine Rückstellkraft in dem Federelement 610, um das Federelement 610 mit dem Massekörper 615 wieder in die Ausgangsposition zurück zu bewegen. In einem zweiten Verfahrensschritt 210 wirkt demnach infolge der Auslenkung des Massekörpers 615 aus der Ausgangsposition die Rückstellkraft, die den Massekörper 615 weg von dem Wirkelement 625 zurück in Richtung Ausgangsposition bewegt.
  • Hierbei kann der Massekörper 615 bei der Auslenkung des Massekörpers 615 und des Federelements 610 in Anlage an das Wirkelement 625 der Anschlagsstruktur 620 gelangt sein. In einem dritten Verfahrensschritt 215 wird anschließend an die Rückbewegung des Massekörpers 615 in Richtung Ausgangsposition die elektrische Spannung an die feststehende Elektrode 635 gelegt, die die elektrostatische Kraft zwischen der feststehenden Elektrode 635 und der Elektrode 630 der Anschlagstruktur 620 bewirkt, um die Anschlagsstruktur 620 mit dem Wirkelement 625 in Richtung der feststehenden Elektrode 635 und weg vom Massekörper 615 zu bewegen. Der dritte Verfahrensschritt 215 ist in 6 ebenfalls nicht dargestellt. Zudem kann der Massekörper 615 wie oben erläutert, eine Detektionselektrode umfassen. An die Detektionselektrode und die feststehende Elektrode 635 kann die elektrische Spannung angelegt werden, die den Massekörper 615 und das erste Ende 650 des Hebels 645 der Anschlagsstruktur 620 aufgrund des elektrischen Feldes und der elektrostatischen Anziehungskraft zwischen den Elektroden in Richtung der feststehenden Elektrode 635 bewegt, um die Adhäsionskraft zu überwinden, wie oben stehen erläutert wurde. Beispielsweise kann die Detektionselektrode im oberen Bereich des Massekörpers 615 in Form eines Kamms bzw. eines Steges bzw. eines Fingers angeordnet sein.
  • Nachfolgend wird ein Verfahren 300 in 3 zusammen mit einem in den 7 a bis 7 c dargestellten mikromechanischen Beschleunigungssensor 700 erläutert. Die oben erläuterten Verfahren können ebenfalls mit dem in 7 a bis 7 c gezeigten Beschleunigungssensor 700 bzw. das Verfahren 300 in 3 auch mit dem Beschleunigungssensor 600 in 6 kombiniert werden. Die 7 a bis 7 c zeigen den mikromechanischen Beschleunigungssensor 700, der in ähnlicher Weise zum Beschleunigungssensor 600 in 6 ausgebildet ist. Die Orientierung des Massekörpers 700 im rechtwinkligen Koordinatensystem ist dabei gleichermaßen zur Orientierung des Massekörpers 600 in 6 ausgebildet. Dies ist exemplarisch gewählt worden, um eine einheitliche Auslenkung des Massekörpers 700 entlang der Auslenkungsrichtung 775, die parallel zur z-Achse verläuft, für sämtliche Ausführungsbeispiele aufrechterhalten zu können und dadurch die Beschreibung zu vereinfachen. Gleichwohl kann die Umsetzung auch in anderer Weise erfolgen, wie oben stehend erläutert wurde.
  • Der Beschleunigungssensor 700 in 7 a bis 7 c umfasst ebenfalls einen Massekörper 715, eine Anschlagsstruktur 720 und ist über ein Federelement 710 an einer Feststruktur 705 federnd gelagert bzw. aufgehängt. Im Unterschied zum Beschleunigungssensor 600 in 6 weist der Massekörper 715 in 7 a bis 7 c beispielsweise eine Ausnehmung 785 auf. Die Ausnehmung 785 kann dazu ausgelegt sein, die Anschlagsstruktur 720 zumindest teilweise in die Ausnehmung 785 aufzunehmen, insbesondere bei einer Auslenkung der Anschlagsstruktur 720 aufgrund einer elektrostatischen Kraft 795. Die Ausnehmung 785 in 7 sowie eine Ausnehmung 885 in 8 ist jedoch nicht zwingend erforderlich. In 7 a ist die Ausgangsposition des Massekörpers 715 - ohne angreifende externe Beschleunigung - gezeigt, in 7 b die Auslenkung des Massekörpers 715 entlang der Auslenkungsrichtung 775 und in 7 c die Situation, bei der eine Rückstellkraft 780 durch das Federelement 710 auf den Massekörper 715 wirkt.
  • Die Anschlagsstruktur 745 ist in Form eines Hebels 745 ausgebildet mit einem ersten Ende 750 und einem zweiten Ende 755. Das erste Ende 750 und das zweite Ende 755 des Hebels 745 sind jeweils freistehend ausgebildet. Das erste Ende 750 des Hebels 745 weist das Wirkelement 725 auf, das in Anlage an den Massekörper 715 gelangen kann. Das Wirkelement 725 ist z.B. als abgewinkeltes freies erstes Ende 750 ausgebildet. Der Hebel 745 ist zwischen dem ersten Ende 750 und dem zweiten Ende 755 beweglich an einer Hebelaufhängung 760 gelagert. Die Hebelaufhängung 760 ist im Wesentlichen senkrecht zu einer der Anschlagsstruktur 720 zugewandten Fläche 740 des Massekörpers 715 ausgerichtet, vorliegend also parallel zur z-Achse, sofern die Fläche 740 in der xy-Ebene verläuft. Die Hebelaufhängung 760 ist mit einem Ende 765 mit dem Hebel 745 verbunden und mit einem weiteren Ende 770 an der Feststruktur 705 befestigt. Zudem weist der Beschleunigungssensor 700 in den 7 a bis 7 c einen Festanschlag 703 zur maximalen Begrenzung der Auslenkung des Massekörpers 715 auf. Auch der Beschleunigungssensor 600 in 6 kann einen solchen Festanschlag 703 umfassen. Beispielsweise weist der Festanschlag 703 eine gekrümmte Oberfläche auf, um die Kontaktfläche zu minimieren.
  • Nach dem Verfahren 300 in 3 wird der Massekörper 715 in einem ersten Verfahrensschritt 305 durch das Einwirken einer Beschleunigung mittels des Federelements 710 aus der Ausgangsposition in Richtung der Auslenkungsrichtung 775 ausgelenkt. Dies entspricht der in 7 b gezeigten Situation sowie den entsprechenden Verfahrensschritten in den 1 und 2. Die Auslenkung des Federelements 710 mit dem Massekörper 715 erzeugt in einem zweiten Verfahrensschritt 310 eine Rückstellkraft 780, um den Massekörper 715 und das Federelement 710 wieder in die Ausgangsposition zurück zu führen. Die Auslenkung des Massekörpers 715 kann dabei so lange bzw. so weit erfolgen, wie eine Beschleunigung auf den Massekörper 715 wirkt und beispielsweise final durch den Festanschlag 703 gestoppt werden. Atomare bzw. molekulare Wechselwirkungen an den Kontaktflächen zwischen dem Massekörper 715 und dem Festanschlag 703 können zu einer Adhäsionskraft zwischen dem Massekörper 715 und dem Festanschlag 703 führen. Gleichermaßen kann dieser Effekt zwischen dem Massekörper 715 und dem Wirkelement 725 des Hebels 745 der Anschlagsstruktur 720 auftreten.
  • Idealerweise ist die durch die Auslenkung des Massekörpers 715 und des Federelements 710 in dem Federelement 710 generierte Rückstellkraft 780 ausreichend, um die Adhäsionskraft zwischen dem Massekörper 715 und dem Festanschlag 703 zu überwinden, das heißt den Massekörper 715 von dem Festanschlag 703 bei der Bewegung in Richtung Ausgangsposition zu lösen. Dies ist in 7 c dargestellt. In einem dritten Verfahrensschritt 315 in 3 ist der die Auswerteeinheit mit der Auswerteelektronik des Beschleunigungssensors 700 beispielsweise ausgelegt, zu prüfen, ob der Massekörper 715 bei der Rückbewegung in Richtung Ausgangsposition in Anlage an das Wirkelement 720 gelangt ist. Das heißt, es wird geprüft, ob das Wirkelement 720 aufgrund der Adhäsionskraft 790 zwischen der Kontaktfläche des Wirkelements 720 und der Kontaktfläche des Massekörpers 715 an dem Massekörper 715 haftet.
  • Die Adhäsion des Massekörpers 715 und des Wirkelements 725 der Anschlagsstruktur 720 kann durch Auswertung des Messsignals des Beschleunigungssensors 700 detektiert werden. Dazu ist eine nicht dargestellte Auswerteeinheit, umfassend eine Auswerteelektronik, mit elektrischen Kontakten des mikromechanischen Bauelements des Beschleunigungssensors 700 verbunden. Die Auswerteeinheit ist ausgebildet, eine Adhäsion zu erkennen, sofern sich der zeitliche Verlauf des elektrischen Ausgangssignals des Beschleunigungssensors 700 in einem Sättigungsbereich befindet. Alternativ dazu kann die Auswerteeinheit eine Adhäsion über eine Widerstandsmessung zwischen dem Potential des Massekörpers 715 und der Anschlagsstruktur 720 erkennen.
  • Die genannte Prüfung ist mithilfe der Verzweigung in 3 dargestellt. Bei positiver Prüfung (gekennzeichnet durch y) wird in einem vierten Verfahrensschritt 320 eine elektrische Spannung 799 an die feststehende Elektrode 735 durch die Auswerteeinheit angelegt. Die Orientierung der Elektrode 730 der Anschlagsstruktur 720 in Bezug auf die Orientierung der feststehenden Elektrode 735 kann in ähnlicher Weise wie die obige Erläuterung zum Beschleunigungssensor 600 in 6 ausgebildet sein. An dieser Stelle wird auf eine Wiederholung der Merkmale des Sensors verzichtet, und auf obige Ausführung verwiesen. In 7 c haftet das Wirkelement 725 an dem Massekörper 715 aufgrund der wirkenden atomaren bzw. molekularen Adhäsionskraft 790. Demnach wird die elektrische Spannung 799 wie beschrieben angelegt. Die elektrische Spannung 799 erzeugt ein elektrisches Feld, welches eine elektrostatische Kraft 795 zwischen der feststehenden Elektrode 735 und der Elektrode 730 der Anschlagsstruktur 720 bewirkt, um die Anschlagsstruktur 720 mit dem Wirkelement 725 in Richtung der feststehenden Elektrode 735 und weg vom Massekörper 715 zu bewegen. Da auf den Massekörper 715 weiterhin die Rückstellkraft 780 wirkt, kann mithilfe der elektrostatischen Anziehungskraft 795 zwischen der Elektrode 730 der Anschlagsstruktur 720 und der feststehenden Elektrode 735, die zu einer Bewegung des ersten Endes 750 des Hebels 745 der Anschlagsstruktur 720 in Richtung der feststehenden Elektrode 735 führt, die Adhäsionskraft 790 zwischen der Kontaktfläche des Wirkelements 725 und der Kontaktfläche des Massekörpers 715 überwunden werden.
  • Folglich kann damit final sowohl der Hebel 745 der Anschlagsstruktur 720 als auch der Massekörper 715 in die Ausgangsposition zurückgeführt werden. Im dargestellten Verfahren 300 in 3 mündet der vierte Verfahrensschritt 320 wieder zurück auf den dritten Verfahrensschritt 315, also der Prüfung, ob der Massekörper 715 in Anlage an das Wirkelement 725 gelangt ist. In der geschilderten Situation, also, dem Lösevorgang des Kontakts zwischen dem Massekörper 715 und dem Wirkelement 725 ergibt die Prüfung ein negatives Resultat (gekennzeichnet durch n in der Verzweigung), und der Beschleunigungssensor 700 kann einen normalen Messmodus in einem fünften Verfahrensschritt 325 übergehen. Beispielsweise detektiert die Auswerteeinheit hierbei ein höheres Ausgangssignal mit zunehmender Beschleunigung, ohne in einem Sättigungsbereich zu liegen.
  • Zusätzlich kann der Beschleunigungssensor in den 7 a bis 7 c sowie in 6 jeweils eine Detektionselektrode umfassen, die nicht dargestellt ist. Insbesondere kann die genannte elektrische Spannung 799 in 7 c bzw. 6 jeweils an die Detektionselektrode und die feststehende Elektrode 735 angelegt werden. Beispielsweise kann die Detektionselektrode im oberen Bereich des Massekörpers 715 in Form eines Kamms bzw. eines Steges bzw. eines Fingers angeordnet sein.
  • Der mikromechanische Beschleunigungssensor 800 in den 8 a und 8 b kann in ähnlicher Form zum mikromechanischen Beschleunigungssensor 700 in den 7 a bis 7 c ausgebildet sein. Die Systematik der Bezugszeichen der einzelnen Komponenten ist folglich an die Systematik in den 7 a bis 7 c angepasst, wobei auf eine ausführliche Erläuterung der Komponenten an dieser Stelle verzichtet wird und stattdessen auf obige Erläuterung verwiesen wird. Im Unterschied zu den vorangehenden Darstellungen der Beschleunigungssensoren 600 und 700 in den 6 und 7 a bis 7 c, weist der Beschleunigungssensor 800 in 8 a und 8 b eine Detektionselektrode 897 auf. Diese ist vereinfacht gezeichnet und kann in Form eines Kamms bzw. eines Steges bzw. eines Fingers am Massekörper 815 ausgebildet sein. Insbesondere kann bei einer Anlage des Massekörpers 815 an dem Wirkelement 825 die elektrische Spannung 899 an die Detektionselektrode 897 und die feststehende Elektrode 835 angelegt werden. 8 a geht dabei von einer Situation entsprechend der in 7 c dargestellten Situation aus, also einer Bewegung des Massekörpers 715 in Richtung Ausgangsposition aufgrund der Rückstellkraft 780 und dem Anlegen der elektrischen Spannung 799 aufgrund des Feststellens einer Adhäsion. Bei der Situation in 7 c ist die Rückstellkraft 780 des Federelements 710 ausreichend, um die Adhäsionskraft 790 zwischen dem Massekörper 715 und dem Festanschlag 703 zu überwinden und den Massekörper 715 weiter in Richtung Ausgangsposition zu bewegen. In 8 a ist die Rückstellkraft 880 beispielsweise nicht ausreichend, um den Beschleunigungssensor 800 von den Klebeflächen zu lösen.
  • In 4 findet sich das zugehörige Verfahren 400. Dieses umfasst den ersten Verfahrensschritt 405 bis dritten Verfahrensschritt 415, welche in ähnlicher Weise zum Verfahren 300 in 3 ausgebildet sind, daher wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf obige Erläuterung verwiesen. In einem vierten Verfahrensschritt 420 wird bei positiver Prüfung des Beschleunigungssensors 800 auf ein Anliegen des Wirkelements 825 der Anschlagsstruktur 820 mit dem Massekörper 815, die elektrische Spannung 899 an die Detektionselektrode 897 und die feststehende Elektrode 835 angelegt. Die Spannung erzeugt wie oben genannt ein elektrisches Feld zwischen den Elektroden und bewirkt eine elektrostatische Anziehungskraft zwischen den Oberflächenladungen des Massekörpers 815 und den Oberflächenladungen des Festanschlags 803, sodass der Massekörper 815 in einem fünften Verfahrensschritt 425 wieder in Richtung des Festanschlags 803 bewegt wird und aufgrund der atomaren bzw. molekularen Adhäsion am Festanschlag 803 haftet. Dadurch kann gleichermaßen die Rückstellkraft 880 des Federelements 810 vergrößert werden, die den Massekörper 815 in die Ausgangsposition bewegt.
  • Die Adhäsionskraft 890 zwischen dem Massekörper 815 und dem Wirkelement 825 kann durch die beschriebene angelegte elektrische Spannung zwischen der Detektionselektrode 897 und der feststehenden Elektrode 835 zudem überwunden werden, indem zwischen der Elektrode 830 der Anschlagsstruktur 820, die gleichermaßen einen Hebel 845 bildet und die Elektrode 830 im Bereich des ersten Endes 850 des Hebels 845 aufweist, und der feststehenden Elektrode 835 ein elektrisches Feld erzeugt wird, das die elektrostatische Anziehungskraft 895 zwischen der Elektrode 830 und der feststehenden Elektrode 835 bewirkt.
  • Aufgrund der elektrostatischen Anziehungskraft 895 bewegt sich das erste Ende 850 des Hebels 845 mit der Elektrode 830 sowie dem Wirkelement 825 in Richtung der feststehenden Elektrode 835, weg vom Massekörper 815. Die Bewegung ist in den 8 a und 8 b sowie in den vorangehenden bzw. der nachfolgenden 9 a bis 9 c jeweils als Drehung um die Hebelaufhängung 860 dargestellt. Sie kann sich jedoch auch in Form einer Durchbiegung des Hebels 845 äußern. Dies gilt auch für die vorstehend erläuterten Hebel 645, 745, 845 der 6 bis 8 a und 8 b. Die Bewegung kann dazu führen, dass die Haftung des Massekörpers 815 an dem Wirkelement 825 gelöst wird und der Massekörper 815 lediglich am Festanschlag 803 haftet, wie in 8 b dargestellt. Die resultierende Adhäsionskraft 890 am Festanschlag 803 kann durch das Lösen des Kontakts zwischen dem Wirkelement 820 und dem Massekörper 815 dabei um einen Adhäsionskoeffizienten reduziert werden. Das heißt die resultierende Adhäsionskraft am Festanschlag 803 ist dann proportional zum Quadrat des Adhäsionskoeffizienten, wobei der Adhäsionskoeffizient ohne Quadrierung beispielsweise einen Wert kleiner als 0,5 aufweist. Aufgrund der Rückstellkraft 880 des Federelements 810 mit dem Massekörper 815 kann dieser Kontakt entsprechend gelöst werden und der Massekörper 815 sowie die Anschlagsstruktur 820 können sich jeweils in die Ausgangsposition zurückbewegen.
  • Der fünfte Verfahrensschritt 425 in 4 mündet auf den dritten Verfahrensschritt 415, also der Prüfung auf eine Adhäsion. Im erläuterten Beispiel würde die Prüfung nun negativ ausfallen (gekennzeichnet durch n an der Verzweigung), sodass der Beschleunigungssensor 800 in einem sechsten Verfahrensschritt 430 ähnlich zum fünften Verfahrensschritt 325 in 3 in den normalen Messmodus, wie oben beschrieben, zurückkehren kann.
  • 9 a bis 9 c zeigt eine weitere Ausführungsform eines mikromechanischen Beschleunigungssensors 900. Ein Verfahren 500 zum Betrieb des Sensors 900 ist in 5 dargestellt. Im Unterschied zu dem Beschleunigungssensor 800 in den 8 a und 8 b ist die Anschlagsstruktur 920 des Beschleunigungssensors 900 in den 9 a bis 9 c zwar als Hebel 945 ausgebildet, weist jedoch am ersten Ende 950 sowie am zweiten Ende 955 des Hebels 945 jeweils ein erstes Wirkelement 925 und ein zweites Wirkelement 927 auf. Auch das erste Ende 950 des Hebels 945 ist wie das zweite Ende 955 des Hebels 945 freistehend ausgebildet. Der Hebel 945 ist zwischen dem ersten Ende 950 und dem zweiten Ende 955 beweglich an der Hebelaufhängung 960 gelagert. Die Hebelaufhängung 960 ist im Wesentlichen senkrecht zu einer der Anschlagsstruktur 920 zugewandten Fläche 940 des Massekörpers 915 ausgerichtet, vorliegend also parallel zur z-Richtung, sofern die Fläche 940 des Massekörpers 915 in der xy-Ebene verläuft. Die Hebelaufhängung 960 ist mit einem Ende 965 mit dem Hebel 945 verbunden und mit einem weiteren Ende 970 an der Feststruktur 905 befestigt. Insbesondere kann der Hebel 945 auch parallel zur xy-Ebene orientiert sein.
  • 9 a zeigt den Massekörper 915 sowie die Anschlagsstruktur 920 jeweils in ihrer Ausgangsposition. In 9 b wird der Massekörper 915 mithilfe des Federelements 910 ausgelenkt und die elektrische Spannung 999 an die feststehende Elektrode 935 angelegt. In 9 c wird der Kontakt zwischen dem Massekörper 915 und dem zweiten Wirkelement 927 durch die Rückstellkraft 980 des Federelements 910 gelöst und der Massekörper 915, das Federelement 910 sowie die Anschlagsstruktur 920 jeweils in ihre Ausgangsposition zurück bewegt. Das Verfahren 500 ist in einem ersten bis vierten Verfahrensschritt 505 bis 520 ähnlich dem Verfahren 300 in 3 ausgebildet, daher wird auf die obige Erläuterung in Bezug auf die einzelnen Verfahrensschritte verwiesen. Der erste bis vierte Verfahrensschritt 505 bis 520 entspricht dabei den 9 a und 9 b.
  • In einem fünften Verfahrensschritt 525 in 5 und der entsprechenden Darstellung des Sensors 900 in 9 b, wirkt durch das Anlegen der elektrischen Spannung 999 die elektrostatische Kraft 995 auf das erste Ende 950 des Hebels 945 mit dem ersten Wirkelement 925, um das erste Wirkelement 925 des Hebels 945 in Richtung der feststehenden Elektrode 935 und weg vom Massekörper 915 zu bewegen, um die Adhäsionskraft 980 zwischen dem ersten Wirkelement 925 und dem Massekörper 915 zu überwinden. Ähnlich wie in den 7 a bis 7 c wird in 9 a bis 9 c angenommen, dass die Rückstellkraft 980 des Federelements 910 ausreichend ist, um die Adhäsionskraft 990 zwischen dem Festanschlag 903 und dem Massekörper 915 zu überwinden und die Adhäsionsflächen wieder voneinander zu lösen. Andernfalls kann ein zusätzlicher Verfahrensschritt wie in 4 bzw. in der Darstellung des Sensors 800 in den 8 a und 8 b erforderlich sein.
  • Aufgrund der Bewegung des ersten Endes 950 des Hebels 945 gelangt das zweite Ende 955 des Hebels 945 mit dem zweiten Wirkelement 927 in Anlage an den Massekörper 915. Dies zeigt 9 c. In einem sechsten Verfahrensschritt 530 kann das zweite Wirkelement 927 aufgrund der Bewegung des zweiten Wirkelements 927 und dem Kontakt mit dem Massekörper 915 eine Kraft auf den Massekörper 915 erzeugen, zum Beispiel in Form einer Druckkraft, die parallel zur Orientierung der Rückstellkraft 980 ausgerichtet ist, um den Massekörper 915 zusammen mit der Wirkung der Rückstellkraft 980 zurück in die Ausgangsposition zu bewegen. Der sechste Verfahrensschritt 530 führt wie in den vorangehenden Verfahren wieder auf den Verfahrensschritt mit der Prüfung eines Kontakts in Form einer Adhäsion zurück, also dem dritten Verfahrensschritt 515. Bei negativem Prüfungsresultat kann der Sensor 900 in den normalen Messbetrieb wechseln, wie oben stehend ausgeführt worden ist. Die Ausnehmung 985 des Massekörpers 915 kann insbesondere in der in 9 c dargestellten Situation vorteilhaft sein, um eine gezielte Anlage des zweiten Wirkelements 927 mit der Ausnehmung 985 des Massekörpers 915 zu bewirken.
  • 10 a bis 10 c zeigen eine weitere Ausführungsform eines Beschleunigungssensors 1000. Der Beschleunigungssensor 1000 umfasst einen Massekörper 1015. Der Massekörper 1015 ist in der gezeigten Ausführungsform als eine Wippenstruktur ausgebildet, sodass der Beschleunigungssensor 1000 als z-Wippensensor oder out of plane Sensor umgesetzt sein kann. 10 a zeigt die Draufsicht auf den Beschleunigungssensor 1000, also beispielsweise dessen Ausdehnung in der xy-Ebene, 10 b und 10 c sind Schnittdarstellungen des Beschleunigungssensors 1000 für den Bereich des Massekörpers 1015. 10 b zeigt den Massekörper 1015 in seiner Ausgangsposition, während 10 c den Massekörper 1015 entlang einer Auslenkungsrichtung 1075, die parallel zur z-Achse verläuft, aus der Ausgangsposition ausgelenkt zeigt. Der als Wippenstruktur ausgebildete Massekörper 1015 in 10 a weist eine erste Detektionselektrode 1096 und eine zweite Detektionselektrode 1097 auf. Der Beschleunigungssensor 1000 weist überdies eine Verankerungsstruktur 1007 auf. Die Verankerungsstruktur 1007 umfasst ein erstes Ende 1011, wobei an dem ersten Ende 1011 ein Federelement 1010 befestigt ist. Der Massekörper 1015 ist über das Federelement 1010 der Verankerungsstruktur 1007 federnd gelagert. Das Federelement 1010 kann bei der Ausbildung des Beschleunigungssensors 1000 als z-Wippensensor insbesondere einer Torsionsfeder entsprechen. Die Verankerungsstruktur 1007 weist ein zweites Ende 1013 auf, mit dem sie mit einer Feststruktur 1005 befestigt ist. Dies ist in 10 a nur schematisch angedeutet.
  • Der Massekörper 1015 weist in den 10 a bis 10 c zudem Festanschläge 1003 auf. Diese können beispielsweise abweichend zu den vorstehend erläuterten und in den Figuren gezeigten Festanschlägen 703, 803, 903 eine Noppenform umfassen. Zudem sind in 10 a Bereiche 1001 eingezeichnet, in denen jeweils eine Anschlagsstruktur 1020 angeordnet sein kann. Die Bereiche 1001 sind hierbei in der xy-Ebene beispielsweise gegenüberliegend zueinander und symmetrisch orientiert. Denkbar wäre zudem nur einen einzigen solchen Bereich 1001 am Beschleunigungssensor 1000 auszubilden, beispielsweise im Bereich des Bezugszeichens 1015 hineinragend in Richtung des einzelnen Festanschlags 1003 am Massekörper 1015. Im Bereich 1001 der Anschlagsstruktur 1020 weist der Massekörper 1015 in den Schnittdarstellungen in 10 b und 10 c jeweils eine Ausnehmung 1085 auf. Insbesondere kann die Anschlagsstruktur 1020 zumindest teilweise in die Ausnehmung 1085 aufgenommen werden. Der Massekörper 1015 weist beispielsweise zwei noppenförmige Festanschläge 1003 auf.
  • Die Anschlagsstruktur 1020 ist als Hebel 1045 ausgebildet, wobei der Hebel 1045 ein erstes Ende 1055, das freistehend ausgebildet ist, und ein zweites Ende 1055 umfasst. Das zweite Ende 1055 des Hebels 1045 ist mit einem Ende 106 einer Hebelaufhängung 1060 verbunden, wobei die Hebelaufhängung 1060 beispielsweise einer Feststruktur 1005 entsprechen kann. Insbesondere kann die Feststruktur 1005 als ein Substrat ausgebildet sein. Der Hebel 1045 ist beweglich an der Hebelaufhängung 1060 gelagert. Die Hebelaufhängung 1060 ist im Wesentlichen senkrecht zu einer der Anschlagsstruktur 1020 zugewandten Fläche 1040 des Massekörpers 1015 ausgerichtet, also wie dargestellt parallel zur z-Achse, während die Fläche 1040 parallel zur xy-Ebene orientiert ist. Zudem weist der Hebel 1045 im Unterschied zu den bisherigen Anschlagsstrukturen einen noppenförmigen Festanschlag 1003 auf. Beispielsweise zeigt der Festanschlag 1003 vom Massekörper 1015 weg, anstelle des Wirkelements, das jeweils zum Massekörper hin orientiert ist. Es ist denkbar, dass der Hebel 1045 in 10 zudem ein Wirkelement umfassen kann. Es ist ferner denkbar, dass die in den 6 bis 9 c gezeigten Wirkelemente 625, 725, 825, 925 jeweils in Form eines Festanschlags verwirklicht sind, wobei der Festanschlag noppenförmig ausgebildet sein kann oder eine gekrümmte Oberfläche umfassen kann. Insbesondere können die oben erläuterten Wirkelemente 625, 725, 825, 925 jeweils eine gekrümmte Oberfläche umfassen, um beim Anliegen des Wirkelements 625, 725, 825, 925 am Massekörper 615, 715, 815, 915 eine seitliche Bewegung gegenüber dem Massekörper 615, 715, 815, 915 auszuführen und dadurch ggf. ein gegenseitiges Haften einfacher zu lösen.
  • Der Hebel 1045 umfasst eine Elektrode 1030. Diese ist vorzugsweise entlang einer einer feststehenden Elektrode 1035 zugewandten Fläche des Hebels 1045 ausgebildet. Im gezeigten Beispiel ragt der Hebel 1045 sogar über die feststehende Elektrode 1035 hinaus, um bei einer Überlastbeschleunigung des Massekörpers 1015 beispielsweise den noppenförmigen Festanschlag 1003 am freistehenden ersten Ende 1050 des Hebels 1045 nicht in Kontakt mit der feststehenden Elektrode 1035 zu bringen. Die feststehende Elektrode 1035 ist an der Feststruktur 1005 befestigt, wobei die Feststruktur 1005 wie oben genannt, aus Substratmaterial gebildet werden kann. Eine Auslenkung des Massekörpers 1015 in 10 c entlang der Auslenkungsrichtung 1075 bewirkt beispielsweise ein Anliegen des Festanschlags 1003, der in der Ausnehmung 1085 des Massekörpers 1015 angeordnet ist, mit dem Hebel 1045 der Anschlagsstruktur 1020. Zudem erzeugt die Auslenkung des Massekörpers 1015 aus der Ausgangsposition eine Rückstellkraft 1080 in dem Federelement 1010, um den Massekörper 1015 weg von der Anschlagsstruktur 1020 zurück in Richtung Ausgangsposition zu bewegen.
  • Das Anliegen des Festanschlags 1003 des Massekörpers 1015 an dem Hebel 1045 führt zu einer atomaren bzw. molekularen Adhäsionskraft 1090 zwischen den Komponenten. Das Anliegen kann der Beschleunigungssensor 1000 mithilfe der oben erläuterten Verfahren feststellen und bei positivem Resultat der Prüfung eine elektrische Spannung 1099 an die feststehende Elektrode 1035 anlegen, um eine elektrostatische Anziehungskraft 1095 zwischen der Elektrode 1030 der Anschlagsstruktur 1020 und der feststehenden Elektrode 1035 zu bewirken. Die Anziehungskraft 1095 bewirkt, dass sich das freistehende erste Ende 1050 des Hebels 1045 in Richtung der feststehenden Elektrode 1035 bewegt, also weg vom Massekörper 1015 mit dem Festanschlag 1003. Zusätzlich wirkt die Rückstellkraft 1080 des Federelements 1010 auf den Massekörper 1015, sodass der Massekörper 1015 von dem Hebel 1045 weg in Richtung Ausgangsposition bewegt wird. Somit kann die Adhäsionskraft 1090 zwischen dem Festanschlag 1003 des Massekörpers 1015 und dem Hebel 1045 überwunden werden und der Massekörper 1015, das Federelement 1010 sowie der Hebel 1045 jeweils in ihre Ausgangsposition zurückkehren.
  • Die oben beschriebenen Ausführungsformen können vorteilhaft durch das Anlegen von Gleichspannung oder Wechselspannung an die Elektroden umgesetzt werden. Vorzugsweise wird eine Wechselspannung mit einer Frequenz f gewählt, die die Resonanzfrequenz des schwingenden Systems trifft, also beispielsweise die Resonanzfrequenz des Systems Anschlagsstruktur und Massekörper bzw. die Resonanzfrequenz der Anschlagsstruktur.
  • Für die oben beschriebenen Ausführungsformen in den 6 bis 10 c kann ein elektrisches Potential zwischen der feststehenden Elektrode und der Elektrode der Anschlagsstruktur dem Mittelmassenpotential zwischen den Detektionselektroden des Sensors entsprechen, vorzugsweise zum Beispiel 3,5 V. Die elektrische Spannung 799, 999, 1099 in den 7 a bis 10 c kann zwischen der in den genannten Figuren nicht dargestellten Detektionselektrode des Massekörpers 715, 915, 1015 und der feststehenden Elektrode 735, 935, 1035 angelegt werden, ähnlich wie die angelegte Spannung 899 in 8 a und 8 b zwischen der Detektionselektrode 897 und der feststehenden Elektrode 835 gezeigt ist.
  • Die Erfindung wurde im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele beschrieben. Anstelle der beschriebenen Ausführungsbeispiele sind weitere Ausführungsbeispiele denkbar, welche weitere Abwandlungen oder Kombinationen von beschriebenen Merkmalen aufweisen können. Die Erfindung ist aus diesem Grund nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt, da vom Fachmann andere Variationen daraus abgeleitet werden können, ohne dabei den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • US 2018113147 A1 [0002]

Claims (14)

  1. Verfahren (100, 200, 300, 400, 500) zum Betreiben eines mikromechanischen Inertialsensors, der zumindest einen federnd gelagerten Massekörper (615, 715, 815, 915, 1015) sowie zumindest eine flexible Anschlagsstruktur (620, 720, 820, 920, 1020) und zumindest eine feststehende Elektrode (635, 735, 835, 935, 1035) aufweist, wobei die Anschlagsstruktur (620, 720, 820, 920, 1020) ein Wirkelement (625, 725, 825, 925) und eine Elektrode (630, 730, 830, 930, 1030) umfasst, wobei bei einer Auslenkung des Massekörpers (615, 715, 815, 915, 1015) aus einer Ausgangsposition, der Massekörper (615, 715, 815, 915, 1015) in Anlage an das Wirkelement (625, 725, 825, 925) gelangt, und wobei durch Anlegen einer elektrischen Spannung (799, 899, 999, 1099) an die feststehende Elektrode (635, 735, 835, 935, 1035) eine elektrostatische Kraft (795, 895, 995, 1095) zwischen der feststehenden Elektrode (635, 735, 835, 935, 1035) und der Elektrode (630, 730, 830, 930, 1030) der Anschlagstruktur (620, 720, 820, 920, 1020) wirkt, um die Anschlagsstruktur (620, 720, 820, 920, 1020) mit dem Wirkelement (625, 725, 825, 925) in Richtung der feststehenden Elektrode (635, 735, 835, 935, 1035) und weg vom Massekörper (615, 715, 815, 915, 1015) zu bewegen.
  2. Verfahren (200, 300, 400, 500) nach Anspruch 1, wobei der zumindest eine Massekörper (615, 715, 815, 915, 1015) in der Weise beweglich gelagert ist, dass infolge der Auslenkung des Massekörpers (615, 715, 815, 915, 1015) aus der Ausgangsposition eine Rückstellkraft (780, 880, 980, 1080) auf den Massekörper (615, 715, 815, 915, 1015) zurück in Richtung Ausgangsposition wirkt, und wobei anschließend an die Rückbewegung des Massekörpers (615, 715, 815, 915, 1015) in Richtung Ausgangsposition die elektrische Spannung (799, 899, 999, 1099) an die feststehende Elektrode (635, 735, 835, 935, 1035) gelegt wird, die die elektrostatische Kraft (795, 895, 995, 1095) zwischen der feststehenden Elektrode (635, 735, 835, 935, 1035) und der Elektrode (630, 730, 830, 930, 1030) der Anschlagstruktur (620, 720, 820, 920, 1020) bewirkt, um die Anschlagsstruktur (620, 720, 820, 920, 1020) mit dem Wirkelement (625, 725, 825, 925) in Richtung der feststehenden Elektrode (635, 735, 835, 935, 1035) und weg vom Massekörper (615, 715, 815, 915, 1015) zu bewegen.
  3. Verfahren (300, 400, 500) nach Anspruch 2, wobei geprüft wird, ob der Massekörper (615, 715, 815, 915, 1015) bei der Rückbewegung in Richtung Ausgangsposition in Anlage an das Wirkelement (625, 725, 825, 925) gelangt ist, und wobei bei positiver Prüfung die elektrische Spannung (799, 899, 999, 1099) an die feststehende Elektrode (635, 735, 835, 935, 1035) gelegt wird, die die elektrostatische Kraft (795, 895, 995, 1095) zwischen der feststehenden Elektrode (635, 735, 835, 935, 1035) und der Elektrode (635, 735, 835, 935, 1035) der Anschlagstruktur (620, 720, 820, 920, 1020) bewirkt, um die Anschlagsstruktur (620, 720, 820, 920, 1020) mit dem Wirkelement in Richtung der feststehenden Elektrode und weg vom Massekörper zu bewegen.
  4. Verfahren (400) nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Inertialsensor einen Festanschlag (803) zur Begrenzung einer maximalen Auslenkung des Massekörpers (815) aus der Ausgangsposition umfasst, wobei der Massekörper (815) eine Detektionselektrode (897) aufweist, wobei bei der Anlage des Massekörpers (815) an das Wirkelement (825) eine elektrische Spannung (899) an die Detektionselektrode (897) und die feststehende Elektrode (835) gelegt wird, und wobei zwischen der Detektionselektrode (897) und der feststehenden Elektrode (835) durch Anlegen der elektrischen Spannung (899) an die Detektionselektrode (897) und die feststehende Elektrode (835), eine elektrostatische Kraft (895) wirkt, um den Massekörper (815) mit der Detektionselektrode (897) wieder in Richtung des Festanschlags (803) zu bewegen und die Rückstellkraft (880) zu vergrößern, die eine Adhäsionskraft überwindet und die den Massekörper (815) zurück in die Ausgangsposition bewegt.
  5. Verfahren (500) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Anschlagsstruktur (520) in Form eines Hebels (945) ausgebildet ist, der ein erstes Ende (950) und ein zweites Ende (955) umfasst und zwischen dem ersten Ende (950) und dem zweiten Ende (955) an einer Feststruktur (905) beweglich gelagert ist, wobei das erste Ende (950) des Hebels (945) ein erstes Wirkelement (925) und das zweite Ende (955) des Hebels (945) ein zweites Wirkelement (927) aufweist, wobei die elektrische Spannung (999) an die feststehende Elektrode (935) angelegt wird und durch das Anlegen der elektrischen Spannung (999) die elektrostatische Kraft (995) auf das erste Ende (950) des Hebels (945) mit dem ersten Wirkelement (925) wirkt, um das erste Wirkelement (925) des Hebels (945) in Richtung der feststehenden Elektrode (935) und weg vom Massekörper (915) zu bewegen, wobei das zweite Ende (955) des Hebels (945) mit dem zweiten Wirkelement (927) durch die Bewegung des ersten Endes (950) des Hebels (945) in Anlage an den Massekörper (915) gelangt, und wobei durch das zweite Wirkelement (927) auf den Massekörper (915) eine Kraft wirkt, die den Massekörper (915) zurück in Richtung Ausgangsposition bewegt.
  6. Mikromechanischer Inertialsensor, wobei der Inertialsensor zumindest einen federnd gelagerten Massekörper (615, 715, 815, 915, 1015) sowie zumindest eine flexible Anschlagsstruktur (620, 720, 820, 920, 1020) und zumindest eine Feststruktur (605, 705, 805, 905, 1005) aufweist, wobei die Feststruktur (605, 705, 805, 905, 1005) eine feststehende Elektrode (635, 735, 835, 935, 1035) aufweist, wobei die Anschlagsstruktur (620, 720, 820, 920, 1020) an der Feststruktur (605, 705, 805, 905, 1005) befestigt ist, wobei die Anschlagsstruktur (620, 720, 820, 920, 1020) ein Wirkelement (625, 725, 825, 925) und eine Elektrode (630, 730, 830, 930, 1030) umfasst, wobei bei einer Auslenkung des Massekörpers (615, 715, 815, 915, 1015) aus einer Ausgangsposition, der Massekörper (615, 715, 815, 915, 1015) ausgelegt ist, in Anlage an das Wirkelement (625, 725, 825, 925) zu gelangen, und wobei durch Anlegen einer elektrischen Spannung (799, 899, 999, 1099) an die feststehende Elektrode (635, 735, 835, 935, 1035) eine elektrostatische Kraft (795, 895, 995, 1095) wirkt, um die Anschlagsstruktur (620, 720, 820, 920, 1020) mit dem Wirkelement (625, 725, 825, 925) in Richtung der feststehenden Elektrode (635, 735, 835, 935, 1035) und weg vom Massekörper (615, 715, 815, 915, 1015) zu bewegen.
  7. Mikromechanischer Inertialsensor nach Anspruch 6, wobei die Anschlagsstruktur (620) in Form eines Hebels (645) ausgebildet ist, der ein erstes und ein zweites Ende (650, 655) aufweist, wobei der Hebel (645) entlang einer der Anschlagsstruktur (620) zugewandten Fläche (640) des Massekörpers (615) ausgerichtet ist, wobei das erste Ende (650) des Hebels (645) freistehend ausgebildet ist und das Wirkelement (625) umfasst, wobei das zweite Ende (655) des Hebels (645) mit einem Ende (665) einer Hebelaufhängung (660) verbunden ist, die mit einem weiteren Ende (670) an der Feststruktur (605) befestigt ist, und wobei der Hebel (645) beweglich an der Hebelaufhängung (660) gelagert ist.
  8. Mikromechanischer Inertialsensor nach Anspruch 7, wobei das erste Ende (750, 850) und das zweite Ende (755, 855) des Hebels (745, 845) jeweils freistehend ausgebildet sind, wobei das erste Ende (750, 850) des Hebels (745, 845) das Wirkelement (725, 825) aufweist, wobei der Hebel (745, 845) zwischen dem ersten und zweiten Ende (750, 755, 850, 855) beweglich an der Hebelaufhängung (760, 860) gelagert ist, die im Wesentlichen senkrecht zu einer der Anschlagsstruktur (720, 820) zugewandten Fläche (740, 840) des Massekörpers (715, 815) ausgerichtet ist und mit einem Ende (765, 865) mit dem Hebel verbunden (745, 845) ist, und wobei die Hebelaufhängung (760, 860) mit einem weiteren Ende (770, 870) an der Feststruktur (705, 805) befestigt ist.
  9. Mikromechanischer Inertialsensor nach Anspruch 7, wobei das erste Ende (950) und das zweite Ende (955) des Hebels (945) jeweils freistehend ausgebildet sind, wobei das erste Ende (950) des Hebels (945) ein erstes Wirkelement (925) und das zweite Ende (955) des Hebels (945) ein zweites Wirkelement (927) aufweist, wobei der Hebel (945) zwischen dem ersten und zweiten Ende (950, 955) beweglich an der Hebelaufhängung (960) gelagert ist, die im Wesentlichen senkrecht zu einer der Anschlagsstruktur (920) zugewandten Fläche (940) des Massekörpers (915) ausgerichtet ist und mit einem Ende (965) mit dem Hebel (945) verbunden ist, wobei die Hebelaufhängung (960) mit einem weiteren Ende (970) an der Feststruktur (905) befestigt ist, wobei durch Anlegen einer elektrischen Spannung (999) an die feststehende Elektrode (935) die elektrostatische Kraft (995) auf das erste Ende (950) des Hebels (945) mit dem ersten Wirkelement (925) wirkt, um das erste Wirkelement (925) des Hebels (945) in Richtung der feststehenden Elektrode (935) und weg vom Massekörper (915) zu bewegen, wobei das zweite Ende (955) des Hebels (945) mit dem zweiten Wirkelement (927) durch die Bewegung des ersten Endes (950) des Hebels (945) in Anlage an den Massekörper (915) gelangt, und wobei durch das zweite Wirkelement (927) auf den Massekörper (915) eine Kraft wirkt, die den Massekörper (915) zurück in Richtung Ausgangsposition bewegt.
  10. Mikromechanischer Inertialsensor nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei das Wirkelement (625, 725, 825, 925) eine gekrümmte Oberfläche umfasst und bei einem Kontakt mit dem Massekörper (615, 715, 815, 915) ausgelegt ist, entlang der gekrümmten Oberfläche eine seitliche Bewegung gegenüber dem Massekörper (615, 715, 815, 915) auszuführen.
  11. Mikromechanischer Inertialsensor nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei der Massekörper (615, 715, 815, 915, 1015) als seismische Masse ausgebildet ist, und wobei der Massekörper (615, 715, 815, 915, 1015) mittels eines Federelements (610, 710, 810, 910, 1010) beweglich an der Feststruktur (605, 705, 805, 905, 1005) gelagert ist.
  12. Mikromechanischer Inertialsensor nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei der Massekörper (1015) als eine Wippenstruktur ausgebildet ist und eine Detektionselektrode (1096, 1097) umfasst, wobei der Intertialsensor eine Verankerungsstruktur (1007) aufweist, die an einem ersten Ende (1011) ein Federelement (1010) umfasst, wobei die Verankerungsstruktur (1007) mit einem zweiten Ende (1013) an der Feststruktur (1005) befestigt ist, und wobei der Massekörper (1015) mittels dem Federelement (1010) der Verankerungsstruktur (1007) federnd gelagert ist.
  13. Mikromechanischer Inertialsensor nach einem der Ansprüche 6 bis 12, wobei der Massekörper (715, 815, 915, 1015) eine Ausnehmung (785, 885, 985, 1085) aufweist, um die Anschlagsstruktur (720, 820, 920, 1020) zumindest teilweise in die Ausnehmung (785, 885, 985, 1085) aufzunehmen.
  14. Mikromechanischer Inertialsensor nach Anspruch 13, wobei die Anschlagsstruktur (920) in Form des Hebels (945) ausgebildet ist, der ein erstes und ein zweites Ende (950, 955) umfasst, wobei das erste Ende (950) des Hebels (945) ein erstes Wirkelement (925) und das zweite Ende (955) des Hebels (945) ein zweites Wirkelement (927) aufweist, und wobei die Ausnehmung (985) und die Anschlagsstruktur (920) ausgelegt sind, um bei einer Bewegung des ersten Wirkelements (925) der Anschlagsstruktur (920) in Richtung der feststehenden Elektrode (935) aufgrund der elektrostatischen Kraft (995), in Anlage an das zweite Wirkelement (927) der Anschlagsstruktur (920) zu gelangen.
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