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Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung, insbesondere in Form eines Beschleunigungssensors, aufweisend ein Substrat und mindestens eine seismische Masse, welche vom Substrat beabstandet und durch mindestens einen Federabschnitt beweglich mit dem Substrat verbunden ist, und aufweisend mindestens ein erstes Elektrodenpaar zum Ausbilden einer ersten Kapazität zwischen dem Substrat und der seismischen Masse und mindestens ein zweites Elektrodenpaar zum Ausbilden einer zweiten Kapazität zwischen dem Substrat und der seismischen Masse.
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Stand der Technik
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Im Bereich von Sensoren auf Basis der MEMS Struktur können sich die sensorinternen Elektroden durch äußere Einflüsse, wie beispielsweise durch Temperaturschwankungen, Biegebelastungen und Einwirkung von Feuchtigkeit, verformen. Diese Verformung der Elektroden resultiert in einer Veränderung der Eigenschaften des Sensors. Das Ausmaß derartiger Veränderungen wird durch verschiedene Größen ausgedrückt, für die bestimmte Spezifikationen gelten. Einige dieser kritischen Größen sind beispielsweise der Temperaturkoeffizient (TCO/TCS), der Offset bzw. die Empfindlichkeit oder der Gleichrichtungsfehler (VRE) des Sensors.
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Für die Kompensierung von Offset- und Empfindlichkeitsabweichungen von Sensoren sind bereits verschiedene Lösungen bekannt. Beispielsweise können Offset- und Empfindlichkeitsregler in den ASIC implementiert werden. Derartige Regler arbeiten jedoch mit geringer Geschwindigkeit und erfordern zusätzliche Funktionen im ASIC, weshalb sie keine allgemein nutzbare Lösung darstellen.
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Eine weitere bekannte Möglichkeit besteht darin, auf MEMS-Entwurfsebene die Anker einer seismischen Masse möglichst zentriert auszubilden. Auch diese Maßnahme kann nicht in jedem Sensor umgesetzt werden, da immer ein Abstand zwischen den Befestigungen der verschiedenen Teile des Sensorkerns bzw. Sensorsubstrats vorzusehen sind, die eine geringfügige Dezentrierung des Ankers verursachen.
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Bei einem sogenannten out-of-plane-Beschleunigungsmesser befindet sich eine der Elektroden direkt auf dem Substrat. Aus diesem Grund können bei derartigen Sensoren die Auswirkungen der Verformung des Substrats auf die Funktionsfähigkeit des Sensors nicht vermieden werden. Hierbei kann lediglich das Ausmaß der Verformung durch eine Änderung der Chipdicke oder des Verpackungsmaterials verringert werden. Derartige Modifikationen resultieren jedoch in erhöhten Herstellungskosten.
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Offenbarung der Erfindung
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann darin gesehen werden, eine Sensoranordnung vorzuschlagen, die eine Elektrodenverformung nachträglich kompensieren kann.
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Diese Aufgabe wird mittels des jeweiligen Gegenstands der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von jeweils abhängigen Unteransprüchen.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Sensoranordnung bereitgestellt. Die Sensoranordnung kann beispielsweise in Form eines out-of-plane Beschleunigungssensors ausgestaltet sein.
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Die Sensoranordnung weist ein Substrat und mindestens eine seismische Masse auf, welche vom Substrat beabstandet und durch mindestens einen Federabschnitt beweglich mit dem Substrat verbunden ist. Insbesondere kann die seismische Masse durch mindestens einen Anker mit dem Substrat federnd gekoppelt sein. Bei out-of-plane Beschleunigungssensoren schwingt die seismische Masse im Wesentlichen senkrecht zu einer flächigen Ausdehnung des Substrats und verursacht durch die resultierende Abstandsänderung messbare Änderungen von mindestens einer elektrischen Größe, wie beispielsweise einer Kapazität.
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Mindestens ein erstes Elektrodenpaar ist zum Ausbilden einer ersten Kapazität zwischen dem Substrat und der seismischen Masse und mindestens ein zweites Elektrodenpaar ist zum Ausbilden einer zweiten Kapazität zwischen dem Substrat und der seismischen Masse vorgesehen. Erfindungsgemäß weist die Sensoranordnung mindestens eine mit einer Vielzahl von Elektrodenpixeln versehene Fläche auf.
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Die Elektrodenpixel können beispielsweise als Elektrodenarray mit geordnet oder ungeordnet positionierten Elektrodenpixeln ausgestaltet sein. Dabei können die Abmessungen der Elektrodenpixel in Abhängigkeit von dem Herstellungsprozess einstellbar sein. Beispielsweise können quadratisch geformte Elektrodenpixel eine minimale Größe von 30 × 30 µm aufweisen, wenn bei dem Herstellungsprozess ein Halbleiterätzvorgang eingesetzt wird, welcher ein Unterätzen verursacht. Ein derartiger Halbleiterätzvorgang kann beispielsweise ein fotolithografisches Verfahren sein. Wird ein Halbleiterätzvorgang ohne ein Unterätzen eingesetzt, beispielsweise lonenätzen, können die Elektrodenpixel kleiner ausgestaltet sein und somit laterale Abmessungen von beispielsweise 10 × 10 µm aufweisen.
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Vorteilhafterweise sind die Elektrodenpixel dazu eingerichtet, eine Form der Elektroden des ersten Elektrodenpaars und/oder der Elektroden des zweiten Elektrodenpaars zu verändern.
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Die Sensoranordnung ermöglicht durch die Verwendung von Elektrodenpixeln eine Optimierung des allgemeinen Offsets und der Empfindlichkeit. Insbesondere durch die gezielte und individuelle Ansteuerung von einzelnen Elektrodenpixeln können durch Verformungen bedingte Variationen von elektrischen Eigenschaften kompensiert werden. Dies kann insbesondere dadurch erzielt werden, dass die Elektrodenpixel elektrisch den Elektroden des ersten Elektrodenpaars oder des zweiten Elektrodenpaars zugewiesen werden, um eine Modifizierung der Form der Elektroden zu bewirken. Die veränderte geometrische Form der Elektroden ermöglicht eine Anpassung der Kapazitäten an einen verformten Zustand der Sensoranordnung und erzielt somit eine Korrektur von Offset- und Empfindlichkeitsabweichungen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Steuereinheit bereitgestellt, welche die jeweiligen Elektrodenpixel individuell oder gruppenweise ansteuern und auswerten kann. Je nach Ausgestaltung kann die Steuereinheit als ein separates Gerät oder als eine integrierte Schaltung der Sensoranordnung ausgestaltet sein.
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Die Elektrodenpixel können beispielsweise als ein kompensatorisches Elektrodengitter ausgestaltet sein, um gezielt Kompensationsaufgaben für eine Optimierung des Offsets und der Empfindlichkeit umzusetzen. Dabei weist die Verwendung der Elektrodenpixel keinerlei negative Auswirkungen auf andere Sensorbestandteile.
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Vorzugsweise können die Elektrodenpixel einzeln oder in Gruppen mit der Steuereinheit elektrisch verbunden sein und durch die Steuereinheit elektrisch schaltbar sein. Durch diese Maßnahme kann die Steuereinheit im Betrieb der Sensoranordnung die jeweiligen Elektrodenpixel dynamisch unterschiedlichen Elektroden zuweisen, um Korrekturen und Anpassungen vorzunehmen. Die Sensoranordnung ist somit während der Benutzung abstimmbar.
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Des Weiteren wird bei der Implementierung der mindestens einen Fläche mit den Elektrodenpixeln kein zusätzlicher Bauraum oder eine veränderte Bauteildimensionierung benötigt. Die Elektrodenpixel können gezielt auf Oberflächen angebracht werden, die ungenutzt sind. Da üblicherweise auf den relevanten Oberflächen bereits Elektroden vorgesehen sind, können die zusätzlichen oder ausschließlichen Elektrodenpixel ohne einen relevanten Kostenaufwand realisiert werden.
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Die mindestens eine Fläche mit den Elektrodenpixeln besteht aus einer Vielzahl von gegenüber den Elektrodenpaaren kleineren Elektroden, die einzeln oder in Gruppen durch die Steuereinheit angesteuert oder ausgelesen werden können.
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Diese kleineren Elektroden bzw. Elektrodenpixel können eine beliebige Form und Verteilungsdichte entlang der Fläche aufweisen. Durch eine gezielte Zuordnung der jeweiligen Elektrodenpixel zu dem ersten Elektrodenpaar oder dem zweiten Elektrodenpaar kann ein Ausgleich von sich verändernden Eigenschaften der Elektrodenpaare bewirkt werden. Ein derartiger Ausgleich kann im Vorfeld durch eine festgelegte elektrische Anbindung der Elektrodenpixel oder dynamisch bei Bedarf erfolgen. Eine derartige Vergrößerung oder Verkleinerung der Elektrodenflächen von einzelnen Elektroden des ersten Elektrodenpaars und/oder des zweiten Elektrodenpaars der Sensoranordnung ermöglicht eine Feinabstimmung der elektrischen Eigenschaften, die bei Bedarf als Kompensation oder Korrektur fungieren kann.
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Die erfindungsgemäße Sensoranordnung ist hinsichtlich der Anzahl der Elektrodenpaare nicht auf zwei beschränkt. Vielmehr kann die Anzahl der Elektrodenpaare und auch der jeweiligen Elektroden in jedem Elektrodenpaar beliebig sein. In einem Elektrodenpaar ist an zwei gegenüberliegenden Oberflächen jeweils mindestens eine Elektrode vorgesehen. Eine Elektrode kann hierbei als eine flächige Elektrode oder als eine verteilte Elektrode in Form von einer Vielzahl von Elektrodenpixeln oder als eine Kombination von flächig aufgebrachten Elektrodenbereichen und Bereichen mit Elektrodenpixeln ausgestaltet sein. Je nach Ausgestaltung können die jeweiligen Elektroden an unterschiedlichen Positionen der Sensoranordnung positioniert und elektrisch miteinander verbunden sein, um kapazitive Messungen vornehmen zu können.
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Bei einem Ausführungsbeispiel sind einzelne Elektrodenpixel der Vielzahl von Elektrodenpixeln zu dem ersten Elektrodenpaar oder dem zweiten Elektrodenpaar elektrisch zugewiesen. Durch diese Maßnahme kann die effektive Fläche von unterschiedlichen Elektroden vergrößert oder verkleinert werden. Dabei können bei einer technisch einfachen Ausgestaltung diejenigen Elektrodenpixel, die einer Elektrode benachbart sind, zugeordnet werden. Hierdurch kann die resultierende effektive Form der mindestens einen Elektrode von einer Rechteckform auch abweichen.
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Nach einer weiteren Ausführungsform sind die zu dem ersten Elektrodenpaar oder zu dem zweiten Elektrodenpaar elektrisch zugewiesenen Elektrodenpixel als entlang der mindestens einen Fläche verteilte Elektrodenpixel oder als Gruppen von mehreren zusammenhängend angeordneten Elektrodenpixeln der Vielzahl von Elektrodenpixeln ausgestaltet. Hierdurch können sowohl individuelle Elektrodenpixel für eine besonders feine Abstufung der elektrischen Kompensierung oder Gruppen von Elektrodenpixel für eine gröbere Abstufung der elektrischen Kompensierung umgesetzt werden. Die elektrische Kompensierung kann vorteilhafterweise die Folgen einer Verformung der Sensoranordnung bzw. der Elektroden der Sensoranordnung korrigieren oder minimieren. Je nach Ausgestaltung können auch alle Elektrodenpixel innerhalb von Flächenabschnitten der mindestens einen Fläche zu bestimmten Elektroden zugewiesen werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist eine der seismischen Masse zugewandte Seite des Substrats eine Elektrode des ersten Elektrodenpaars und eine Elektrode des zweiten Elektrodenpaars auf. Eine dem Substrat zugewandte Seite der seismischen Masse weist eine Elektrode des ersten Elektrodenpaars und eine Elektrode des zweiten Elektrodenpaars auf. Auf der der seismischen Masse zugewandten Seite des Substrats und/oder auf der dem Substrat zugewandten Seite der seismischen Masse ist mindestens eine mit Elektrodenpixeln versehene Fläche angeordnet. Durch diese Maßnahme können gezielt bestimmte Bereiche der Sensoranordnung einer elektrischen Kompensierung zugängig gemacht werden. Beispielsweise.
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Nach einer weiteren Ausführungsform ist die mindestens eine auf der der seismischen Masse zugewandten Seite des Substrats und/oder auf der dem Substrat zugewandten Seite der seismischen Masse mit Elektrodenpixeln versehene Fläche als eine Erweiterung des ersten Elektrodenpaars und/oder des zweiten Elektrodenpaars ausgestaltet. Hierdurch kann zumindest ein Teil der verwendeten Elektroden der Elektrodenpaare mit den Elektrodenpixeln verknüpft werden, um eine Oberfläche der Elektroden und damit der resultierenden Kapazität zu variieren. Neben der Oberfläche der Elektroden kann durch das Zuweisen der Elektrodenpixel zu bestimmten Elektroden bzw. Elektrodenpaaren auch die Verteilung der bei der kapazitiven Messung wirksamen Elektroden verändert werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die Elektroden des ersten Elektrodenpaars und/oder die Elektroden des zweiten Elektrodenpaars als Elektrodenpixel ausgestaltet. Durch diese Maßnahme können alle oder nur einige der Elektroden vollständig als Elektrodenpixel geformt sein. Vorteilhafterweise können einzelne Elektrodenpixel, beispielsweise durch die Steuereinheit, abgeschaltet bzw. abgekoppelt werden, um Korrektureffekte bzw. Kompensierungen im Betrieb der Sensoranordnung zu erzielen.
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Nach einer weiteren Ausführungsform weist die Sensoranordnung ein von der seismischen Masse beabstandetes Kappensubstrat auf, welches die seismische Masse gegenüber einer Umgebung abschirmt. Mindestens eine mit einer Vielzahl von Elektrodenpixeln versehene Fläche ist auf einer von dem Substrat abgewandten Seite der seismischen Masse und auf einer der seismischen Masse zugewandten Seite des Kappensubstrats angeordnet. Durch diese Maßnahme können weitere Elektrodenpaare breitgestellt werden, die eine mögliche Beeinträchtigung der vorhandenen Elektrodenpaare umgehen können. Dabei können die zusätzlichen Elektrodenpaare eine laterale Position aufweisen, die einer lateralen Position des ersten Elektrodenpaars und/oder des zweiten Elektrodenpaars entspricht.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel sind das erste Elektrodenpaar und das zweite Elektrodenpaar und die mindestens eine mit einer Vielzahl von Elektrodenpixeln versehene Fläche von dem Federabschnitt beabstandet angeordnet. Hierdurch kann im Betrieb der Sensoranordnung eine möglichst große Abstandsänderung und damit Kapazitätsänderung zwischen den einander gegenüberliegenden Oberflächen und den Elektroden gewährleistet werden. Bei einer asymmetrischen Ausgestaltung der seismischen Masse kann die mit den Elektrodenpixeln versehene Fläche auf einer schwereren Seite der seismischen Masse und/oder auf dem Substrat der schwereren Seite der seismischen Masse gegenüberliegend angeordnet sein.
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Nach einer weiteren Ausführungsform weisen die Elektrodenpixel eine rechteckige, eine quadratische, eine abgerundete oder eine runde Form auf. Vorteilhafterweise sind die Elektrodenpixel in Form eines geordneten Gitters oder in einer ungeordneten Form entlang der Fläche verteilt. Durch diese Maßnahmen können die jeweiligen Elektrodenpixel eine beliebige Form aufweisen, um die Herstellung der Sensoranordnung zu vereinfachen. Darüber hinaus kann die Verteilung der jeweiligen Sensoranordnung entlang der verfügbaren Oberflächen innerhalb der Sensoranordnung beliebig ausgestaltet sein, um freie bzw. ungenutzte Oberflächen, beispielsweise neben den vorgesehenen Elektroden, erfolgen. Hierdurch werden die verfügbaren Oberflächen in der Sensoranordnung optimal ausgenutzt.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist eine Verteilung der Elektrodenpixel und/oder eine Zuordnung von Elektrodenpixeln zu dem ersten Elektrodenpaar und/oder dem zweiten Elektrodenpaar derart ausgestaltet, dass durch externe Einflüsse bedingte Verformung der seismischen Masse, des Substrats und/oder des Kappensubstrats kompensiert sind. Vorteilhafterweise kann die gezielte Verteilung der Elektrodenpixel und die Zuweisung der jeweiligen Elektrodenpixel zu den unterschiedlichen Elektroden der Sensoranordnung im Rahmen von Simulationsuntersuchungen ermittelt werden, um eine optimale Korrektur von Verformungen der Elektroden der Sensoranordnung zu erzielen.
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Beispielsweise kann eine Beschreibung oder Definition der Verformungszustände von Elektroden der Sensoranordnung unter den äußeren Belastungen, für die eine Optimierung bzw. Korrektur erfolgen soll (z.B. Temperatur, Biegung und Feuchtigkeit gleichzeitig), als Eingangsgröße für die Simulationsuntersuchung dienen. Dann kann mittels einer Optimierungsroutine nach einer optimalen Verteilung der Elektrodenpixel als Ausgabe ermittelt werden. Als Zielgröße können Sensorparameter, wie beispielsweise der Temperaturkoeffizient (TCO/TCS), der Offset bzw. die Empfindlichkeit, der Gleichrichtungsfehler (VRE) und dergleichen der Sensoranordnung gewählt werden.
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Nach einer weiteren Ausführungsform weisen die Elektrodenpixel eine Verteilung und Zuweisung zu dem ersten Elektrodenpaar und/oder zweiten Elektrodenpaar auf, die dazu eingerichtet sind, ein Risiko für ein Zusammenkleben der seismischen Masse bei einer Überbelastung der Sensoranordnung zu reduzieren. Die Elektrodenpixel können auch dazu verwendet werden, die Resistenz der Sensoranordnung hinsichtlich eines Zusammenklebens der voneinander beabstandeten Elektroden zu verbessern. Bei hohen Beschleunigungslasten können Sensoranordnungen, die auf kapazitiven Messungen basieren, an einer Gegenfläche wie dem Substrat oder dem Kappensubstrat haften. In diesem Fall kann an die herkömmlichen Elektroden ein Spannungsimpuls angelegt werden, um eine höhere Schwingungsamplitude anzuregen und die gesamten Sensoranordnung zum Schwingen zu bringen. Die Elektrodenpixel können so angeordnet werden, dass spezielle oder bevorzugte Moden angeregt werden und die Wahrscheinlichkeit des Ablösens erhöht oder die Gefahr eines Zusammenklebens minimiert wird.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weisen die Elektrodenpixel eine Verteilung und Zuweisung zu dem ersten Elektrodenpaar und/oder zweiten Elektrodenpaar auf, die dazu eingerichtet sind, parasitäre Anregungsschwingungen zu kompensieren. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können die Elektrodenpixel gezielt bestimmte Frequenzen bzw. Anregungsschwingungen kompensieren. Diese Kompensierung kann anwendungsspezifisch erfolgen. Beispielsweise können typischerweise im automobilen Bereich auftretende Frequenzen von parasitären Anregungsschwingungen auf die seismische Masse der Sensoranordnung übertragen werden. Diese Anregungsschwingungen würden ein Signal durch resultierende Schwankungen der gemessenen Kapazität verursachen. Durch eine gezielte Verteilung der Elektrodenpixel bzw. eine gezielte Zuweisung einzelner Elektrodenpixel zu den Elektrodenpaaren können derartige Folgen von parasitären Anregungsschwingungen gedämpft oder minimiert werden.
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Im Folgenden werden anhand von stark vereinfachten schematischen Darstellungen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Hierbei zeigen
- 1 eine seitliche Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
- 2 eine schematische Draufsicht auf eine Sensoranordnung aus 1,
- 3 eine seitliche Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
- 4 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Sensoranordnung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
- 5 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Sensoranordnung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel und
- 6 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Sensoranordnung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel.
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In der 1 ist eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. In der 2 ist eine Draufsicht auf die Sensoranordnung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel gezeigt. Der Übersicht halber sind lediglich die wesentlichen Bestandteile der Sensoranordnung 1 dargestellt. Somit sind mögliche Zwischenschichten, Gehäuse, elektrische Leitungen und dergleichen im Wesentlichen nicht gezeigt, können jedoch Bestandteil der Sensoranordnung 1 sein.
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Die Sensoranordnung 1 ist beispielhaft in Form eines mikro-elektromechanischen Systems (MEMS) ausgestaltet. Insbesondere ist die Sensoranordnung 1 als ein out-of-plane Beschleunigungssensor ausgestaltet, welcher basierend auf Kapazitätsänderungen eine Beschleunigung registrieren kann.
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Die Sensoranordnung 1 weist ein Substrat 2 und mindestens eine seismische Masse 4 auf, welche vom Substrat 2 beabstandet und durch mindestens einen Federabschnitt 6 beweglich mit dem Substrat 2 verbunden ist. In den dargestellten Figuren ist die seismische Masse 4 beispielhaft durch einen Federabschnitt 6 mit dem Substrat 2 verbunden. Je nach Ausgestaltung der Sensoranordnung 1 können auch mehrere Federabschnitte 6 vorgesehen sein, die direkt oder indirekt die zumindest eine seismische Masse 4 mit dem Substrat 2 mechanisch verbinden. Die seismische Masse 4 kann im Wesentlichen senkrecht zu einer flächigen Ausdehnung des Substrats 2 schwingen oder schwanken und verursacht durch die resultierende Abstandsänderung zum Substrat 2 messbare Änderungen von mindestens einer elektrischen Größe, wie beispielsweise einer Kapazität.
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Mindestens ein erstes Elektrodenpaar 8 ist zum Ausbilden einer ersten Kapazität C1 zwischen dem Substrat 2 und der seismischen Masse 4 und mindestens ein zweites Elektrodenpaar 10 ist zum Ausbilden einer zweiten Kapazität C2 zwischen dem Substrat 2 und der seismischen Masse 4 vorgesehen.
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Darüber hinaus weist die Sensoranordnung 1 im dargestellten Ausführungsbeispiel zwei sich gegenüberliegende Flächen 12 auf, die mit einer Vielzahl von Elektrodenpixeln 14 versehen sind. Die beiden mit Elektrodenpixeln 14 versehenen Flächen 12 sind zu dem ersten Elektrodenpaar 8 benachbart angeordnet und können je nach elektrischer Verschaltung als ein Elektrodenpaar fungieren oder dem ersten Elektrodenpaar 8 und/oder dem zweiten Elektrodenpaar 10 elektrisch zugewiesen werden. Dies kann beispielsweise über eine serielle oder parallele Schaltung von einzelnen oder mehreren Elektrodenpixeln 14 mit mindestens einer der Elektroden 9, 11 der Elektrodenpaare 8, 10 erfolgen. Die entsprechende elektrische Verbindung kann durch eine Steuereinheit 16 erfolgen.
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Die Elektrodenpixel 14 sind beispielhaft geordnet in Form eines Elektrodenarrays bzw. Gitters mit zwei Spalten und sechs Reihen bzw. Zeilen angeordnet. Darüber hinaus weisen die Elektrodenpixel 14 eine quadratische Form auf und sind alle gleich groß ausgebildet.
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Die Steuereinheit 16 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als eine externe Steuereinheit 16 ausgestaltet und ist mit den Elektroden 9, 11 der Elektrodenpaare 8, 10 und den Elektrodenpixeln 14 elektrisch leitend verbunden. Des Weiteren kann die Steuereinheit 16 die Elektroden 9, 11 und die Elektrodenpixel 14 mit Spannungen und Frequenzen beaufschlagen und elektrische Größen, wie beispielsweise Kapazitäten, Wiederstände, Ströme und dergleichen, messen.
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In der 3 ist eine seitliche Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel weist die Sensoranordnung 1 ein von der seismischen Masse 4 beabstandetes Kappensubstrat 18 auf, welches die seismische Masse 4 gegenüber einer Umgebung U abschirmt.
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Mindestens eine mit einer Vielzahl von Elektrodenpixeln 14 versehene Fläche 12 ist auf einer von dem Substrat 2 abgewandten Seite der seismischen Masse 4 und auf einer der seismischen Masse 4 zugewandten Seite des Kappensubstrats 18 angeordnet. Durch diese Maßnahme können weitere Elektrodenpaare mittels der Elektrodenpixel 14 breitgestellt werden, die eine mögliche Beeinträchtigung der vorhandenen Elektrodenpaare 8, 10 umgehen können.
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Die 4 zeigt eine weitere Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Sensoranordnung 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Hierbei ist eine Draufsicht auf die seismische Masse 4 gezeigt, bei der die dem Substrat 2 zugewandte Seite der seismischen Masse 4 sichtbar ist. Im Unterschied zu den bereits gezeigten Ausführungsbeispielen sind keine regulären Elektrodenpaare 8, 10 vorgesehen, sondern ausschließlich Elektrodenpixel 14. Dabei sind die Elektrodenpixel 14 ungeordnet entlang der Fläche 12 positioniert und weisen unterschiedliche Abmessungen auf.
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In der 5 ist eine weitere Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Sensoranordnung 1 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel gezeigt. Das vierte Ausführungsbeispiel verdeutlicht die möglichen Abweichungen von der quadratischen oder rechteckigen Form der Elektrodenpixel 14. Beispielhaft sind die Elektrodenpixel rund ausgestaltet. Dabei können die Elektrodenpixel 14 eine beliebige Form aufweisen, die auch von üblichen symmetrischen oder unsymmetrischen Grundformen abweichen kann.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
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Die 6 zeigt eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Sensoranordnung 1 gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel. Dabei ähnelt die Sensoranordnung 1 der Sensoranordnung aus 2. Zum Verdeutlichen der möglichen Verschaltung der Elektrodenpixel 14 und der resultierenden Zuweisung der Elektrodenpixel 14 zu den Elektroden 9, 11 durch die Steuereinheit 16. Bedingt durch die Größe und die Anzahl der Elektrodenpixel 14 können beliebig geformte Elektroden 9, 11 eingestellt werden, die der Kompensation von Offset- und Empfindlichkeitsabweichungen dienen.
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Mit zunehmend geringeren Abmessungen und mit zunehmender Dichte der Elektrodenpixel 14 bzw. einer Anzahl der Elektrodenpixel 14 pro Fläche können die Elektroden 9, 11 präziser durch die Elektrodenpixel 14 erweitert bzw. durch die Elektrodenpixel 14 in ihrer Form modifiziert werden. Dabei können die jeweiligen Elektrodenpixel 14 zunehmend verschwimmen bzw. elektrisch nicht mehr als diskrete Elektrodenpixel 14 fungieren, sondern als flächig ausgeprägte Elektroden 14,9 bzw. 14, 11.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel werden drei äußere Elektrodenpixel 14, 11 elektrisch der zweiten Elektrode 11 zugewiesen bzw. mit dieser verschaltet. Alle weiteren Elektrodenpixel 14, 9 werden beispielhaft der ersten Elektrode 9 zugewiesen und vergrößern somit die Fläche der ersten Elektrode 9.
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Durch die Verschaltung der Elektrodenpixel 14 können beliebig geformte Elektroden 14, 9, 11 realisiert werden.
