DE19813941A1 - Micromechanical acceleration sensor - Google Patents

Micromechanical acceleration sensor

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Abstract

The acceleration sensor includes an end stop (13) on a substrate, against which a seismic mass (2) lies in a rest position under the biasing force of a flexion spring (5). A voltage source and an electrical wire (25) are provided for exerting an electrostatic force on the seismic mass.

Description

Die Erfindung betrifft einen mikromechanischen Beschleunigungssensor mit einer seismischen Masse, mindestens einem Federelement zur federnden Lagerung der seismischen Masse, Detektionsmitteln zum Erfassen einer Bewegung der seismi­ schen Masse aus einer Ruhestellung in eine Schaltstellung, einem Substrat, auf dem das Federelement und die Detektionsmittel angeordnet sind.The invention relates to a micromechanical acceleration sensor with a seismic mass, at least one spring element for the resilient mounting of the seismic mass, detection means for detecting movement of the seismi mass from a rest position to a switch position, a substrate on which the spring element and the detection means are arranged.

Aus der Patentschrift DE 42 29 068 C2 ist ein derartiger mikromechanischer Beschleunigungssensor bekannt, bei dem die seismische Masse bei Beschleuni­ gungen, die kleiner sind als ein vorgegebener erster Schwellwert, nur geringfügig aus der Ruhestellung ausgelenkt wird, beim Überschreiten des ersten Schwellwertes in die Schaltstellung springt und danach beim Unterschreiten eines zweiten Schwellwertes, der kleiner ist als der erste Schwellwert, von der Schaltstellung in die Ruhestellung zurückkehrt. Die Abhängigkeit zwischen der auf die seismische Masse einwirkenden Beschleunigung und der dadurch hervorgerufenen Auslenkung ist bei diesem bekannten Sensor nichtlinear und wird durch die Formgebung der Federelemente erreicht; die Auslenkung der seismischen Masse ist für kleine Beschleunigungswerte relativ klein und für große Beschleunigungswerte überpro­ portional groß. Der Weg, den die seismische Masse aus der Ruhestellung in die Schaltstellung zurücklegen muß, bevor die Detektionsmittel das Erreichen der Schaltstellung signalisieren, muß demnach größer sein, als die Auslenkungen der seismischen Masse aufgrund von Beschleunigungen, die unterhalb des vorgegebe­ nen Beschleunigungs-Schwellwertes liegen.Such a micromechanical device is known from patent specification DE 42 29 068 C2 Accelerometer known in which the seismic mass at acceler conditions that are smaller than a predetermined first threshold value, only slightly is deflected from the rest position when the first threshold value is exceeded jumps to the switch position and then falls below a second Threshold value, which is smaller than the first threshold value, from the switch position in the rest position returns. The dependence between that on the seismic Mass acting acceleration and the resulting deflection is nonlinear in this known sensor and is formed by the shape of the Spring elements reached; the deflection of the seismic mass is for small ones  Acceleration values relatively small and overpro for large acceleration values portionally large. The path that the seismic masses take from their rest position to the Must switch position before the detection means reaching the Signal switching position must therefore be greater than the deflections of the seismic mass due to accelerations below the given acceleration threshold.

Jede seismische Masse bildet mit der federnden Lagerung ein Masse-Feder-System mit einer konstruktionsbedingten Resonanzfrequenz. Fällt nun die Frequenz einer wechselnden Beschleunigung, die beispielsweise durch eine Vibration hervorgerufen werden kann, näherungsweise mit der Resonanzfrequenz des mikromechanischen Beschleunigungsschalters zusammen, dann werden auch für kleine Beschleuni­ gungswerte relativ große Auslenkungen der seismischen Masse erreicht. Dies kann dazu führen, daß die seismische Masse die Schaltstellung erreicht, obwohl die ein­ wirkende Beschleunigung unterhalb des vorgegebenen Schwellwertes liegt. Dem kann in gewissen Grenzen dadurch abgeholfen werden, daß der Weg zwischen Ruhe- und Schaltstellung konstruktiv weiter vergrößert wird. Dadurch wird aller­ dings ebenfalls die Ansprechzeit vergrößert, die zwischen dem Überschreiten des vorgegebenen Schwellwertes und dem Erreichen der Schaltstellung vergeht. Der mikromechanische Beschleunigungssensor reagiert folglich mit Verzögerung, also mit einer unerwünscht hohen Ansprechzeit.Each seismic mass forms a mass-spring system with the resilient bearing with a design-related resonance frequency. Now the frequency drops changing acceleration caused, for example, by a vibration can be approximately with the resonance frequency of the micromechanical Accelerator switch together, then also for small accelerations relatively large deflections of the seismic mass. This can cause the seismic mass to reach the switch position, although the one acting acceleration is below the predetermined threshold. The can be remedied within certain limits by the fact that the path between Rest and switch position is further increased in construction. This makes everything dings also increases the response time between the exceeding of the predetermined threshold value and the switch position is reached. Of the micromechanical acceleration sensor consequently reacts with deceleration, ie with an undesirably high response time.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den mikromechanischen Beschleuni­ gungssensor der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß die seismische Masse ein Überschreiten eines vorgegebenen Beschleunigungs-Schwellwertes mit hoher Detektionssicherheit erkennt, wobei die Ansprechzeit möglichst kurz ist.The object of the present invention is the micromechanical acceleration tion sensor of the type mentioned in such a way that the seismic Mass with exceeding a predetermined acceleration threshold value recognizes high detection reliability, the response time being as short as possible.

Die Aufgabe wird bei dem mikromechanischen Beschleunigungssensor der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Anschlag auf dem Substrat vorgesehen ist, an dem die seismische Masse in ihrer Ruhestellung gegen Federvor­ spannung anliegt.The task becomes the beginning with the micromechanical acceleration sensor mentioned type according to the invention solved in that a stop on the substrate is provided on which the seismic mass in its rest position against spring voltage is present.

Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, daß der mikromechanische Beschleunigungssensor unempfindlich gegenüber Beschleunigungen ist, die unter­ halb des vorgegebenen ersten Beschleunigungs-Schwellwertes liegen. Diese Unempfindlichkeit verhindert ein Aufschaukeln der seismischen Masse bei wech­ selnden Beschleunigungen unterhalb des ersten Beschleunigungs-Schwellwertes. Unerwünschte Resonanzeffekte und dadurch bedingtes inkorrektes Detektieren der tatsächlich wirksamen Beschleunigung werden dadurch wirkungsvoll verhindert. Da die seismische Masse nur bei Überschreiten des ersten Beschleunigungs-Schwell­ wertes ausgelenkt wird, kann der Weg zwischen der Ruhestellung und der Schalt­ stellung reduziert und dadurch die Ansprechzeit des mikromechanischen Beschleu­ nigungssensors verringert werden. Wegen der kurzen Ansprechzeit bei gleichzeitig hoher Wahrscheinlichkeit korrekter Detektion läßt sich der erfindungsgemäße mikro­ mechanische Beschleunigungssensor besonders vorteilhaft dort einsetzen, wo diese Eigenschaften zwingend erforderlich sind. Dies ist im Bereich von Insassenschutz­ systemen für Kraftfahrzeuge, wie beispielsweise in einen Airbag oder einen Gurtstraffer, oder für Sicherheitssysteme, z. B. als Glasbruchsensor der Fall.The advantages of the invention are in particular that the micromechanical Accelerometer is insensitive to accelerations that are under are half of the predetermined first acceleration threshold value. This Insensitivity prevents the seismic mass from rocking when changing accelerations below the first acceleration threshold value. Undesired resonance effects and consequent incorrect detection of the  this effectively prevents acceleration that is actually effective. There the seismic mass only when the first acceleration threshold is exceeded value is deflected, the path between the rest position and the switching position and thus the response time of the micromechanical accelerator be reduced. Because of the short response time at the same time high probability of correct detection can be the micro according to the invention Use mechanical acceleration sensors particularly advantageously where they are Properties are mandatory. This is in the area of occupant protection systems for motor vehicles, such as in an airbag or a Belt tensioners, or for security systems, e.g. B. as the glass break sensor.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind Mittel vorzusehen, um der Federspan­ nung eine elektrostatische Kraft zu überlagern. Die elektrostatische Kraft kann zum einen dazu genutzt werden, den ersten Beschleunigungs-Schwellwert, der zur Auslenkung der seismischen Masse aus der Ruhestellung erforderlich ist, zu verändern. Für den Fall, daß die elektrostatische Kraft in Detektionsrichtung wirkt, verringert sich der Beschleunigungs-Schwellwert. Wird die elektrostatische Kraft entgegen der Detektionsrichtung aufgebracht, dann verändert sich der erste Beschleunigungs-Schwellwert zu höheren Werten. Zum anderen kann die elektrostatische Kraft so groß sein, daß die seismische Masse gegen die Rück­ stellkraft der Federelemente aus der Ruhestellung in die Schaltstellung ausgelenkt wird. Dies ermöglicht, die Funktionsfähigkeit des mikromechanische Beschleuni­ gungssensors durch einen Selbsttest zu überprüfen. Dabei kann aus der aufgebrach­ ten elektrostatische Kraft die Höhe des Beschleunigungs-Schwellwertes ermittelt werden, die erreicht sein muß, um die seismische Masse von der Ruhestellung in die Schaltstellung zu verschieben.In a preferred embodiment, means are provided for the spring chip overlay an electrostatic force. The electrostatic force can one is used to determine the first acceleration threshold, which is used for Deflection of the seismic mass from the rest position is required to change. In the event that the electrostatic force acts in the direction of detection, the acceleration threshold decreases. Will the electrostatic force applied against the direction of detection, then the first changes Acceleration threshold to higher values. On the other hand, it can electrostatic force must be so great that the seismic mass against the back positioning force of the spring elements deflected from the rest position into the switching position becomes. This enables the functionality of the micromechanical acceleration to check the sensor by means of a self-test. It can be broken out of the electrostatic force determines the level of the acceleration threshold that must be reached to keep the seismic mass from resting to shift the switch position.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen mikro­ mechanischen Beschleunigungssensors ist die seismische Masse an mehreren Federelementen aufgehängt. Dadurch wird die seismische Masse richtungsstabiler gehalten und damit unempfindlicher gegenüber Beschleunigungen in Richtungen, die von der Detektionsrichtung des mikromechanischen Beschleunigungssensors abweichen.In a further advantageous embodiment of the micro according to the invention mechanical acceleration sensor is the seismic mass at several Suspended spring elements. This makes the seismic mass more directionally stable held and thus less sensitive to accelerations in directions, that of the detection direction of the micromechanical acceleration sensor differ.

Besonders bevorzugt sind die Federelemente des mikromechanischen Beschleuni­ gungssensors als dünne Biegefedern ausgeführt, die sich durch ihren einfachen Aufbau und die gute Berechenbarkeit des Federverhaltens auszeichnen. Dies gilt insbesondere auch für die Herstellung des mikromechanischen Beschleunigungs­ sensors als Halbleiter-Mikrostruktur. Die Federeigenschaften können, beispielsweise bei Vorgabe des Materials, noch optimiert werden, indem der Querschnitt, die Länge oder der Verlauf der Biegefedern den Bedürfnissen angepaßt werden.The spring elements of the micromechanical acceleration are particularly preferred tion sensor designed as thin spiral springs, which are characterized by their simple Characterize structure and the good predictability of the spring behavior. this applies in particular also for the production of the micromechanical acceleration sensors as semiconductor microstructure. The spring properties can, for example  when specifying the material, still be optimized by using the cross section Length or the course of the spiral springs can be adapted to the needs.

Die Biegefedern sind bevorzugt jeweils mit einem Ende am Substrat und mit ihrem anderen Ende an der seismischen Masse befestigt; die Befestigungspunkte auf dem Substrat und die Befestigungspunkte auf der seismischen Masse sind geeignet gewählt, sie liegen beispielsweise an den Ecken eines Rechtecks, können jedoch auch an anderen geeigneten Stellen plaziert sein.The spiral springs are preferably each with one end on the substrate and with their other end attached to the seismic mass; the attachment points the substrate and the attachment points on the seismic mass are suitable selected, for example, they lie at the corners of a rectangle, but can also be placed in other suitable places.

Die Detektionsmittel des mikromechanischen Beschleunigungssensors umfassen bevorzugt einen Kontaktabschnitt an der seismischen Masse und mindestens einen auf dem Substrat angeordneten Kontaktanschlag. Überschreitet die Beschleunigung den ersten Beschleunigungs-Schwellwert, dann bewegt sich die seismische Masse aus der Ruhestellung gegen die Schaltstellung. Überschreitet die Beschleunigung den zweiten Schwellwert, so erreicht die seismische Masse die sogenannte Schalt­ stellung, in welcher der Kontaktabschnitt der Masse mit dem Kontaktanschlag des Substrates in Berührung kommt. Der Kontaktabschnitt und der Kontaktanschlag sind elektrisch leitend ausgebildet. Durch elektrische Leitungen, die zum Kontakt­ abschnitt bzw. zu den Kontaktelementen führen, kann eine Auswerteschaltung eine Berührung zwischen dem Kontaktabschnitt und dem Kontaktanschlag erkennen. Alternativ ist es möglich, daß der Kontaktabschnitt bei entsprechender Auslenkung der seismischen Masse zwei Kontaktanschläge elektrisch leitend verbindet. In einer weiteren alternativen Ausführungsform sind zwei Kontaktanschläge derart zueinander angeordnet, daß die seismische Masse bei entsprechender Auslenkung einen der Kontaktanschläge derart gegenüber dem anderen Kontaktanschlag verschiebt, daß sich beide Kontaktanschläge berühren und eine elektrisch leitende Verbindung bilden.The detection means of the micromechanical acceleration sensor include preferably a contact section on the seismic mass and at least one contact stop arranged on the substrate. Exceeds the acceleration the first acceleration threshold, then the seismic mass moves from the rest position against the switch position. Exceeds the acceleration the second threshold, the seismic mass reaches the so-called switching position in which the contact portion of the mass with the contact stop of the Comes into contact with the substrate. The contact section and the contact stop are electrically conductive. Through electrical lines that lead to contact section or lead to the contact elements, an evaluation circuit Detect contact between the contact section and the contact stop. Alternatively, it is possible that the contact section with appropriate deflection the seismic mass connects two contact stops in an electrically conductive manner. In a another alternative embodiment, two contact stops are such arranged to each other that the seismic mass with appropriate deflection one of the contact stops in this way relative to the other contact stop moves that both contact stops touch and an electrically conductive Form a connection.

Der Kontaktanschlag kann auf dem Substrat ortsfest ausgebildet sein, bevorzugt federt jedoch der Kontaktanschlag in Bewegungsrichtung der seismischen Masse und ist als Kontaktfeder ausgebildet, die mit einem Ende am Substrat befestigt ist, und die an ihrem anderen, freien Ende den Gegenkontakt bildet, gegen den der Kontaktabschnitt der seismischen Masse anläuft. Durch diese konstruktive Maß­ nahme federt der Kontaktanschlag die seismische Masse in ihrer Bewegung aus der Ruhe- in die Schaltstellung ab und verhindert gleichzeitig ein unerwünschtes Kontaktprellen. Wird weiterhin eine Auswerteschaltung eingesetzt, die eine vorge­ gebene hold-Zeit für das detektierte Signal fordert, so ist die Wahrscheinlichkeit, daß ein Auslöseereignis zuverlässig detektiert wird, wesentlich erhöht. The contact stop can be designed to be stationary on the substrate, preferably however, the contact stop springs in the direction of movement of the seismic mass and is designed as a contact spring which is attached at one end to the substrate, and which forms the counter contact at its other, free end against which the Contact section of the seismic mass starts up. By this constructive measure The contact stop cushions the seismic mass in its movement out of the Rest in the switch position and at the same time prevents an undesirable Contact bounces. If an evaluation circuit continues to be used, a pre given hold time for the detected signal, the probability that a triggering event is reliably detected is significantly increased.  

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des mikromechanischen Beschleunigungs­ sensors sind mehrere Kontaktanschläge in Detektionsrichtung der seismischen Masse zueinander versetzt auf dem Substrat angeordnet, so daß die seismische Maske bei einer Bewegung in Detektionsrichtung zuerst mit einem, und bei Weiter­ bewegen mit einem weiteren Kontaktanschlag in Berührung kommt. Hierdurch können beispielsweise mit einer seismischen Masse zwei unterschiedliche Be­ schleunigungs-Schwellwerte detektiert werden.In a preferred embodiment of the micromechanical acceleration sensors are several contact stops in the detection direction of the seismic Mass staggered on the substrate so that the seismic Mask with a movement in the direction of detection first with, and with Next move comes into contact with another contact stop. Hereby can, for example, with a seismic mass two different Be acceleration threshold values are detected.

Besonders bevorzugt weist die seismische Masse des mikromechanischen Be­ schleunigungssensors eine durch mehrere Finger und entsprechende Zwischen­ räume gebildete, ebene Kammstruktur auf, die in geringem Abstand über einer ebenen Substratoberfläche an den Federelementen aufgehängt ist. In den Zwi­ schenräumen sind auf dem Substrat substratfeste Wandabschnitte bevorzugt parallel zu den Fingern der Kammstruktur angeordnet. Neben den Eigenschaften der Federelemente, der mechanisch oder elektrostatisch erzeugten Vorspannung der seismischen Masse und ihrer physikalischer Masse, beeinflußt auch die Dämpfung des Masse-Feder-Systems das Verhalten des mikromechanischen Beschleuni­ gungssensors. Die Dämpfung ist im wesentlichen durch den Luftwiderstand be­ dingt, den die seismische Masse bei ihrer Bewegung erfährt und ist daher im wesentlichen von einer Formgebung der seismischen Masse und ihrem Abstand zum Substrat abhängig. Durch die Kammstruktur in Verbindung mit den substrat­ festen Wandelementen läßt sich die Luft-Dämpfung des Masse-Feder-Systems in weiten Grenzen den Anforderungen entsprechend auslegen.The seismic mass of the micromechanical Be particularly preferably acceleration sensor one by several fingers and corresponding intermediate clean, flat comb structure that is a short distance above one flat substrate surface is suspended from the spring elements. In the twos Spaces that are fixed to the substrate are preferred on the substrate arranged parallel to the fingers of the comb structure. In addition to the properties of Spring elements, the mechanically or electrostatically generated bias of the seismic mass and its physical mass, also affects the damping the behavior of the micromechanical acceleration of the mass-spring system sensor. The damping is essentially due to the air resistance that the seismic mass experiences during its movement and is therefore in the essentially of a shape of the seismic mass and its distance depending on the substrate. Through the comb structure in connection with the substrate The air damping of the mass-spring system can be built into solid wall elements interpret wide limits according to requirements.

Die Wandabschnitte weisen zu den Fingern einen ausreichenden Abstand auf, so daß die seismische Masse in ihrem kompletten Auslenkungsbereich frei bewegt werden kann, ohne gegen die Finger zu stoßen.The wall sections are at a sufficient distance from the fingers, so that the seismic mass moves freely in its entire range of deflection without hitting your fingers.

Besonders bevorzugt bilden bei dem mikromechanischen Beschleunigungssensor die Finger der Kammstruktur und die Wandabschnitte ineinandergreifende, komplemen­ täre Elektroden. Wird an die Finger ein erstes Potential angelegt und an die Wandabschnitte ein zweites Potential, so lassen sich die Finger und die Wand­ abschnitte der Kammstruktur als Detektionsmittel zum kapazitiven Messen einer Bewegung oder Beschleunigung der seismischen Masse einsetzen. Die hierfür benötigte Potentialdifferenz ist für diese Meßzwecke sehr gering. Wird dagegen die Potentialdifferenz größer gewählt, so bilden sich durch die anliegende Spannung zwischen den Fingern und den Wandabschnitten merkliche elektrische Felder und damit Kräfte aus, mit denen dann die seismische Masse zusätzlich zu den von den Federelementen aufgebrachten Kräften beaufschlagt ist.The micromechanical acceleration sensor particularly preferably forms the Fingers of the comb structure and the interlocking, complete wall sections tare electrodes. A first potential is applied to the fingers and to the Wall sections a second potential, so the fingers and the wall sections of the comb structure as detection means for capacitive measurement of a Use movement or acceleration of the seismic mass. The one for this required potential difference is very small for these measurement purposes. In contrast, the If the potential difference is chosen to be larger, it is formed by the applied voltage noticeable electric fields and between the fingers and the wall sections forces with which the seismic mass is then added to that of the  Forces applied spring elements is applied.

In einer zweckmäßigen Weiterbildung des mikromechanischen Beschleunigungs­ sensors werden die zwischen einem Finger und den jeweils benachbarten Wandab­ schnitten existierenden Kapazitäten unabhängig voneinander gemessen. Die Größe der Kapazitäten hängt dabei von der Position des entsprechenden Fingers zwischen den benachbarten Wandabschnitten ab. Bei einer Bewegung des Fingers relativ zu den Wandabschnitten vergrößert sich die Kapazität zwischen dem Finger und einem Wandabschnitt, während sich die Kapazität zwischen dem Finger und dem anderen Wandabschnitt gleichzeitig verringert. Ein Meßfehler kann reduziert werden, wenn beide Meßergebnisse durch geeignete mathematische Operationen verknüpft werden. In einem einfachen Fall wird aus den beiden gemessenen Kapazitätswerten eine Differenz gebildet, um auf beide Kapazitätsmessungen gleichwirkende Störgrößen weitestgehend unterdrücken zu können.In an expedient development of the micromechanical acceleration sensors become those between a finger and the neighboring wall cut existing capacities measured independently of each other. The size The capacities depend on the position of the corresponding finger the neighboring wall sections. When the finger moves relative to the wall sections increases the capacity between the finger and one Wall section, while the capacity between the finger and the other Wall section reduced at the same time. A measurement error can be reduced if Both measurement results are linked by suitable mathematical operations become. In a simple case, the two measured capacitance values a difference is made to be equivalent to both capacitance measurements To be able to suppress disturbances as far as possible.

Die Position des Fingers zwischen den Wandabschnitten und damit die Position der seismischen Masse kann somit mittels des Differenzprinzips gemessen werden. Dadurch wird eine genauere Messung eines analogen Beschleunigungssignals - insbesondere auch als Funktion der Zeit - ermöglicht. Aus dem analogen Beschleuni­ gungssignal bzw. aus dessen zeitlichen Verlauf läßt sich beispielsweise eine Gefahrensituation erkennen, bevor der Beschleunigungs-Schwellwert erreicht ist. Außerdem kann z. B. auf die Unfallschwere geschlossen werden.The position of the finger between the wall sections and thus the position of the seismic mass can thus be measured using the differential principle. This enables a more accurate measurement of an analog acceleration signal - especially as a function of time. From the analogue acceleration supply signal or from its temporal course, for example Recognize the dangerous situation before the acceleration threshold is reached. In addition, e.g. B. can be concluded on the severity of the accident.

In einer Ausführungsform der Erfindung enthält die seismische Masse einen Rast­ ansatz, der bevorzugt federnd von der seismischen Masse absteht und bei einer Auslenkung aus der Ursprungsstellung in die Ruhestellung den Anschlag hintergreift und eine Rückkehr in die Ursprungsstellung verhindert.In one embodiment of the invention, the seismic mass contains a rest approach that preferably resiliently protrudes from the seismic mass and at a Deflection from the original position to the rest position engages behind the stop and prevents a return to the original position.

Der mikromechanische Beschleunigungssensor wird bevorzugt mit entspannten Federelementen hergestellt. In einem Herstellungsschritt wird dann die seismische Masse von der Ursprungsstellung in die Ruhestellung bewegt. Dabei wird die seismische Masse gegen die sich aufbauende Kraft der Federelemente ausgelenkt. Erreicht die seismische Masse die Ruhestellung, so greift der Rastansatz hinter den Anschlag, gegen den die seismische Masse dann unter Federvorspannung anliegt. Die seismische Masse wird beispielsweise durch eine vorgegebene Beschleunigung, oder durch eine elektrostatische Kraft aus der Ursprungsstellung in die Ruhestellung ausgelenkt. The micromechanical acceleration sensor is preferably used with relaxed Spring elements made. In a manufacturing step, the seismic Mass moved from the original position to the rest position. The seismic mass deflected against the building force of the spring elements. When the seismic mass reaches the rest position, the catch starts behind the Stop against which the seismic mass then rests under spring preload. The seismic mass is determined, for example, by a predetermined acceleration, or by an electrostatic force from the original position to the rest position deflected.  

In einer alternativen Ausführungsform kann der Rastansatz der seismischen Masse starr ausgebildet sein, während der Anschlag quer zur Detektionsrichtung federt. Bewegt sich bei dieser Ausführungsform die seismische Masse von der Ursprungs­ stellung in die Ruhestellung, drückt sie mit dem Rastansatz den federnden Anschlag quer zur Detektionsrichtung aus dessen entspannter Lage. Erreicht die seismische Masse die Ruhestellung, so federt der Anschlag zurück hinter einen Anschlag oder in eine Ausnehmung der seismischen Masse und verhindert, daß die seismische Masse wieder in die Ursprungsstellung zurückläuft.In an alternative embodiment, the locking approach of the seismic mass be rigid, while the stop springs transversely to the detection direction. In this embodiment, the seismic mass moves from the origin in the rest position, presses the resilient stop with the catch transverse to the direction of detection from its relaxed position. Reaches the seismic If the rest position is measured, the stop springs back behind a stop or into a recess of the seismic mass and prevents the seismic Mass runs back to the original position.

Besonders bevorzugt ist der mikromechanische Beschleunigungssensor in einer Technologie zur Herstellung von Mikrostrukturen, insbesondere auf Basis von Silizium, realisiert. Hierfür ist beispielsweise die galvanische Additivtechnik an­ wendbar, die eine Integration metallischer Mikrostrukturen auf vorprozessierten Wafern und damit die Anordnung des mikromechanischen Beschleunigungssensors auf einem beliebigen ASIC erlaubt. Geeignet erweist sich ebenfalls die bulk-micro­ machining-Technik, bei welcher der mikromechanische Beschleunigungssensor durch Trench-Ätzprozesse aus einem monokristallinen Silizium geätzt wird. In dieser Technologie lassen sich Leiterbahnen beispielsweise durch Implantation, durch Beschichtung mit metallischen Stoffen oder durch galvanische Beschichtung aufbringen. Alternativ steht auch die surface-micro-machining-Technik zur Ver­ fügung, bei der ebenfalls sensorspezifische Elektronik mit dem mikromechanischen Beschleunigungssensor integriert werden kann.The micromechanical acceleration sensor is particularly preferred in one Technology for the production of microstructures, in particular based on Silicon, realized. The galvanic additive technology is suitable for this reversible, the integration of metallic microstructures on preprocessed Wafers and thus the arrangement of the micromechanical acceleration sensor allowed on any ASIC. The bulk-micro also proves to be suitable machining technology in which the micromechanical acceleration sensor is etched from a monocrystalline silicon by trench etching processes. In this Technology allows conductor tracks to be used, for example, through implantation Coating with metallic materials or by galvanic coating apply. Alternatively, surface micro machining technology is also available the sensor-specific electronics with the micromechanical Accelerometer can be integrated.

Der vorstehend beschriebene mikromechanische Beschleunigungssensor hat eine konstruktionsbedingte Detektionsrichtung. Sollen unterschiedlich gerichtete Be­ schleunigungen detektiert werden, können mehrere, unterschiedlich ausgerichtete mikromechanische Beschleunigungssensoren in einer Einheit zusammengefaßt werden. Werden beispielsweise zwei mikromechanische Beschleunigungssensoren mit gegenläufig ausgerichteten Detektionsrichtungen in einer Einheit zusammen­ gefaßt, so können positive und negative Beschleunigungen in einer Richtung detektiert werden. Desweiteren können ebenso mikromechanische Beschleuni­ gungssensoren mit unterschiedlichen Beschleunigungs-Schwellwerten kombiniert werden. Damit lassen sich beispielsweise zeitliche Verläufe von Beschleunigungs­ werten aufnehmen.The micromechanical acceleration sensor described above has one design-related detection direction. Should be directed differently accelerations can be detected, several differently oriented Micromechanical acceleration sensors combined in one unit become. For example, two micromechanical acceleration sensors with oppositely aligned detection directions in one unit summarized, so positive and negative accelerations in one direction can be detected. Furthermore, micromechanical accelerations can also combined with different acceleration threshold values become. This can be used, for example, to accelerate over time record values.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale der Unter­ ansprüche gekennzeichnet. Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnun­ gen beispielhaft erläutert. Es zeigen:Advantageous developments of the invention are due to the features of the sub claims marked. In the following the invention with reference to the drawing gene exemplified. Show it:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine erste Ausführungsform eines mikromechani­ schen Beschleunigungssensors in seiner Ruhestellung; Figure 1 is a plan view of a first embodiment of a micromechanical acceleration sensor in its rest position.

Fig. 2 eine Seitenansicht des mikromechanischen Beschleunigungssensors gemäß Fig. 1; FIG. 2 shows a side view of the micromechanical acceleration sensor according to FIG. 1;

Fig. 3 eine Draufsicht auf die erste Ausführungsform eines mikromechani­ schen Beschleunigungssensors in seiner Ursprungsstellung; Figure 3 is a plan view of the first embodiment of a micromechanical acceleration sensor in its original position.

Fig. 4 eine Seitenansicht des mikromechanischen Beschleunigungssensors gemäß Fig. 3; FIG. 4 shows a side view of the micromechanical acceleration sensor according to FIG. 3;

Fig. 5 eine Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform eines mikrome­ chanischen Beschleunigungssensors in seiner Ruhestellung; Figure 5 is a plan view of a second embodiment of a mikrome chanical acceleration sensor in its rest position.

Fig. 6 eine Seitenansicht des mikromechanischen Beschleunigungssensors gemäß Fig. 9; FIG. 6 shows a side view of the micromechanical acceleration sensor according to FIG. 9;

Fig. 7 eine Draufsicht auf die zweite Ausführungsform eines mikromechani­ schen Beschleunigungssensors in seiner Ursprungsstellung; Figure 7 is a plan view of the second embodiment of a micromechanical acceleration sensor in its original position.

Fig. 8 eine Seitenansicht des mikromechanischen Beschleunigungssensors gemäß Fig. 11; FIG. 8 shows a side view of the micromechanical acceleration sensor according to FIG. 11;

Fig. 9 eine schematische Darstellung einer Anordnung von zwei mikrome­ chanischen Beschleunigungssensoren; Figure 9 is a schematic representation of an arrangement of two mikrome chanical acceleration sensors.

Fig. 10 eine schematische Darstellung einer Anordnung von vier mikro­ mechanischen Beschleunigungssensoren; Figure 10 is a schematic illustration of an arrangement of four micro-mechanical acceleration sensors.

Fig. 11 eine Draufsicht auf eine dritte Ausführungsform eines mikromechani­ schen Beschleunigungssensors in seiner Ruhestellung; 11 is a plan view of a third embodiment of a micromechanical acceleration sensor's in its rest position.

Fig. 12 eine Draufsicht auf eine vierte Ausführungsform eines mikromechani­ schen Beschleunigungssensors in seiner Ruhestellung; 12 is a plan view of a fourth embodiment of a micromechanical acceleration sensor's in its rest position.

Fig. 13 eine Draufsicht auf eine fünfte Ausführungsform eines mikromechani­ schen Beschleunigungssensors in seiner Ruhestellung; 13 is a plan view of a fifth embodiment of a micromechanical acceleration sensor's in its rest position.

Fig. 14 eine Draufsicht auf eine sechste Ausführungsform eines mikromecha­ nischen Beschleunigungssensors in seiner Ruhestellung; Fig. 14 is a plan view of a sixth embodiment of a micromechanical acceleration sensor in its rest position;

Fig. 15 eine Draufsicht auf eine siebte Ausführungsform eines mikromechani­ schen Beschleunigungssensors in seiner Ruhestellung; Figure 15 is a plan view of a seventh embodiment of a micromechanical acceleration sensor's in its rest position.

Fig. 16 eine Draufsicht auf eine achte Ausführungsform eines mikromechani­ schen Beschleunigungssensors in seiner Ruhestellung. Fig. 16 is a plan view of an eighth embodiment of a micromechanical acceleration sensor in its rest position.

Fig. 17 eine Draufsicht auf eine neunte Ausführungsform eines mikromecha­ nischen Beschleunigungssensors in seiner Ursprungsstellung. Fig. 17 is a plan view of a ninth embodiment of a micromechanical acceleration sensor in its original position.

Fig. 18 eine Draufsicht auf eine neunte Ausführungsform eines mikromecha­ nischen Beschleunigungssensors in seiner Ruhestellung. Fig. 18 is a plan view of a ninth embodiment of a micromechanical acceleration sensor in its rest position.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine erste Ausführungsform eines mikromechanischen Beschleunigungssensors 1. In einem vorgegebenen Abstand über einem Substrat 11 ist eine seismischen Masse 2 angeordnet, die eine im wesentlichen flache, plattenförmige Struktur aufweist. Vier Biegeelemente 5 lagern die seismische Masse 2 federnd. Detektionsmittel 7 und 9 dienen zum Erfassen einer Bewegung der seismischen Masse 2 aus einer Ruhestellung in eine Schaltstellung. In den Darstel­ lungen der Fig. 1 und 2 befindet sich die seismische Masse 2 in der Ruhestellung. Figs. 1 and 2 show a first embodiment of a micromechanical acceleration sensor 1. A seismic mass 2 , which has an essentially flat, plate-shaped structure, is arranged at a predetermined distance above a substrate 11 . Four bending elements 5 resiliently support the seismic mass 2 . Detection means 7 and 9 serve to detect a movement of the seismic mass 2 from a rest position into a switch position. In the Figure 1 depicting the lungs. 2 and is the seismic mass 2 in the rest position.

Die seismische Masse 2 besitzt einen länglichen, quaderförmigen Zentralabschnitt 3, an dessen Längsseiten seitlich abstehende Finger 19 und am vorderen Ende des Zentralabschnittes 3 in Längsrichtung ein länglicher Kontaktabschnitt 7 mit seitlich abstehenden, im spitzen Winkel zur Längsrichtung aufgestellten, federnden Rast­ ansätzen 26 angeordnet sind. Die Längsrichtung des Zentralabschnittes 3 und des Kontaktabschnittes 7 verläuft parallel zu einer konstruktionsbedingten Detek­ tionsrichtung 15, in welcher die seismische Masse 2 beim Auftreten einer Be­ schleunigung ausgelenkt wird. Die einstückig am Zentralabschnitt 3 der seismischen Masse 2 angeformten, seitlichen Finger 19 definieren Ausnehmungen 17 und bilden eine doppelte Kammstruktur 21.The seismic mass 2 has an elongated, rectangular central section 3 , on the longitudinal sides of which laterally projecting fingers 19 and at the front end of the central section 3 in the longitudinal direction an elongated contact section 7 with laterally projecting, at an acute angle to the longitudinal direction, resilient latching approaches 26 are arranged. The longitudinal direction of the central section 3 and the contact section 7 runs parallel to a design-related detection direction 15 , in which the seismic mass 2 is deflected when acceleration occurs. The lateral fingers 19 formed integrally on the central section 3 of the seismic mass 2 define recesses 17 and form a double comb structure 21 .

In den Ausnehmungen 17 sitzen auf dem Substrat 11 Wandabschnitte 23 parallel und beabstandet zu den Fingern 19. Die Ausnehmungen 17 sind so groß bemessen, daß sich die seismische Masse 2 in ihrem kompletten Auslenkungsbereich frei bewegen kann, ohne mit den Fingern 19 gegen die Wandabschnitte 23 zu stoßen. Die Finger 19 und Wandabschnitte 23 bestehen aus einem elektrisch leitenden Material, z. B. aus Silizium vorgegebener Dotierung, aus einer Beschichtung mit metallischen Stoffen oder einer galvanischen Beschichtung, und bilden komplemen­ täre Elektroden, zwischen denen eine Spannung angelegt werden kann. Zu diesem Zweck verbinden elektrische Leitungen 25 zum einen die Finger 19 und zum anderen die Wandabschnitte 23 mit jeweils einem Pol einer Spannungsquelle 24. Wall sections 23 sit in the recesses 17 on the substrate 11 parallel and spaced apart from the fingers 19 . The recesses 17 are dimensioned so large that the seismic mass 2 can move freely in its entire deflection area without hitting the wall sections 23 with the fingers 19 . The fingers 19 and wall portions 23 are made of an electrically conductive material, e.g. B. from silicon predetermined doping, from a coating with metallic materials or a galvanic coating, and form complementary electrodes, between which a voltage can be applied. For this purpose, electrical lines 25 on the one hand connect the fingers 19 and on the other hand the wall sections 23 to one pole of a voltage source 24 .

Im Bereich der Eckkanten des Zentralabschnittes 3 sind vier Biegefedern 5 jeweils an der seismischen Masse 2 befestigt, das jeweils andere Ende der Biegefedern 5 ist an jeweils einem Halteblock 6 befestigt. Die Halteblöcke 6 sind auf der Oberfläche des Substrates 11 an den Ecken eines Rechtecks angeordnet, welches konform zu dem Zentralabschnitt 3 verläuft und in dem dargestellten Beispiel die Finger 19 einschließt. Die Lagerung der seismischen Masse 2 mittels der Biegefe­ dern 5 beschränkt die Bewegungsfreiheit der seismischen Masse 2 im wesentlichen auf eine Bewegung entlang der Detektionsrichtung 15 parallel zum Substrat.In the area of the corner edges of the central section 3 , four spiral springs 5 are each fastened to the seismic mass 2 , the other end of the spiral springs 5 is fastened to a holding block 6 in each case. The holding blocks 6 are arranged on the surface of the substrate 11 at the corners of a rectangle which conforms to the central section 3 and in the example shown includes the fingers 19 . The storage of the seismic mass 2 by means of the bending springs 5 restricts the freedom of movement of the seismic mass 2 essentially to a movement along the detection direction 15 parallel to the substrate.

Zwei federnde Kontaktanschläge 9, die zusammen mit dem Kontaktabschnitt 7 die Detektionsmittel bilden, verlaufen über dem Substrat 11 im wesentlichen senkrecht zur Detektionsrichtung 15. Mit einem Ende sind die Kontaktanschläge an substrat­ festen Halteblöcken 6a befestigt. Das freie Ende der Kontaktanschläge 9 befindet sich in Detektionsrichtung 15 einen vorgegebenen Abstand vor dem Kontakt­ abschnitt 7.Two resilient contact stops 9 , which together with the contact section 7 form the detection means, run essentially perpendicular to the detection direction 15 above the substrate 11 . With one end, the contact stops are attached to substrate-fixed holding blocks 6 a. The free end of the contact stops 9 is in the detection direction 15 a predetermined distance before the contact section 7 .

Zu beiden Seiten des länglichen Kontaktabschnittes 7 ist jeweils ein Anschlag 13 den freien Enden der Rastansätze 26 benachbart fest mit dem Substrat 11 verbunden. Die Rastansätze 26 liegen in der sogenannten Ruhestellung der seismischen Masse 2 vor den Anschlägen 13 und spannen dabei die Biegefedern 5 vor, so daß die Rastansätze 26 unter der Vorspannung der Biegefedern 5 gegen die Anschläge 13 anliegen.On both sides of the elongated contact section 7 , a stop 13 is firmly connected to the substrate 11 adjacent to the free ends of the latching projections 26 . The locking lugs 26 are in the so-called rest position of the seismic mass 2 in front of the stops 13 and thereby tension the spiral springs 5 , so that the locking lugs 26 abut against the stops 13 under the pretension of the spiral springs 5 .

Die Fig. 3 und 4 zeigen den Beschleunigungssensor 1 in seiner Ursprungsstellung, in der die Biegefedern 5 entspannt sind und die Rastansätze 26 nicht vor den Anschlägen 13 liegen. Um die seismische Masse 2 von der Ursprungsstellung in die Ruhestellung zu bringen, muß eine Kraft in Detektionsrichtung 15 auf die seismische Masse 2 wirken. Diese Kraft kann beispielsweise durch eine auf die seismische Masse 2 wirkende Beschleunigung oder durch temporäres Anlegen eines elektrostatischen Feldes zwischen den Fingern 19 und den Wandabschnitten 23 aufgebracht werden. FIGS. 3 and 4 show the acceleration sensor 1 in its original position in which the spiral springs 5 are released and the locking lugs 26 do not lie in front of the stops 13. In order to bring the seismic mass 2 from the original position into the rest position, a force in the detection direction 15 must act on the seismic mass 2 . This force can be applied, for example, by an acceleration acting on the seismic mass 2 or by temporary application of an electrostatic field between the fingers 19 and the wall sections 23 .

In den Fig. 5 bis 8 ist eine zweite Ausführungsform des mikromechanischen Be­ schleunigungssensors 1 dargestellt, bei der die seismische Masse 2 an lediglich ei­ ner Biegefeder 5 aufgehängt ist; Fig. 5 und 6 zeigen die Ruhestellung, Fig. 7 und 8 die Ursprungsstellung. In dieser Ausführungsform umfaßt die seismische Masse 2 ebenfalls einen länglichen, quaderförmigen Zentralabschnitt 3, der in Längs­ richtung parallel zur Detektionsrichtung 15 verläuft und einen Rastansatz 26 am Kontaktabschnitt 7 aufweist. Beabstandete Finger 19 bilden eine Kammstruktur 21 und sind nur an einer Längsseite des Zentralabschnittes 3 ausgebildet, die der Biegefeder 5 gegenüberliegt. In Detektionsrichtung 15 schließt sich an der vorderen Stirnseite des Zentralabschnittes 3 in Längsrichtung der längliche Kontaktabschnitt 7 an, der eine geringere Breite als der Zentralabschnitt 3 hat, aber auch breiter ausgeführt sein kann. Vom freien Ende des Kontaktabschnittes 7 geht seitlich ein fingerförmiger Rastansatz 26 aus, der um einen vorgegebenen Winkel gegen die Detektionsrichtung 15 angestellt ist. Ein Anschlag 13 sitzt seitwärts vom Kontaktabschnitt 7, benachbart zum freien Ende des Rastansatzes 26 fest auf dem Substrat 11, wobei der Rastansatz 26 in der Ruhestellung der seismischen Masse 2 unter Vorspannung der Biegefeder gegen den Anschlag 13 anliegt.In Figs. 5 to 8 show a second embodiment of the micromechanical Be is shown schleunigungssensors 1, wherein the seismic mass is suspended from only egg ner spiral spring 5 2; FIGS. 5 and 6 show the position of rest, Fig. 7 and 8, the origin position. In this embodiment, the seismic mass 2 also comprises an elongated, parallelepiped-shaped central section 3 which runs in the longitudinal direction parallel to the detection direction 15 and has a latching projection 26 on the contact section 7 . Spaced fingers 19 form a comb structure 21 and are formed only on one long side of the central section 3 , which is opposite the spiral spring 5 . In the direction of detection 15 , the elongated contact section 7 adjoins the front end face of the central section 3 in the longitudinal direction, which has a smaller width than the central section 3 , but can also be made wider. From the free end of the contact section 7 extends laterally a finger-shaped latching projection 26 , which is set against the detection direction 15 by a predetermined angle. A stop 13 sits sideways from the contact section 7 , adjacent to the free end of the latching shoulder 26, firmly on the substrate 11 , the latching shoulder 26 resting against the stop 13 in the rest position of the seismic mass 2 under pretension of the spiral spring.

Die Biegefeder 5 greift - der Kammstruktur 21 gegenüber - etwa mittig an der Längsseite des Zentralabschnittes 3 an und lagert die seismische Masse 2 beab­ standet zu dem Substrat 11, vergleiche Fig. 6 und 8. Mit ihrem anderen Ende sitzt die Biegefeder 5, die über dem Substrat 11 im wesentlichen senkrecht zur Detek­ tionsrichtung 15 verläuft, an einem substratfesten Halteblock 6. In den Ausnehmun­ gen 17 stehen Wandabschnitte 23 parallel und beabstandet zu den Fingern 23 fest auf dem Substrat 11. Die Ausnehmungen 17 sind wiederum so groß bemessen, daß sich die seismische Masse 2 in ihrem kompletten Auslenkungsbereich frei bewegen kann, ohne mit den Fingern 19 gegen die Wandabschnitte 23 zu stoßen. Die Finger 19 und Wandabschnitte 23 sind elektrisch leitfähig und bilden komplementäre Elektroden.The spiral spring 5 engages - opposite the comb structure 21 - approximately centrally on the long side of the central section 3 and supports the seismic mass 2 at a distance from the substrate 11 , compare FIGS . 6 and 8. With its other end, the spiral spring 5 sits above the substrate 11 extends substantially perpendicular to the detection direction 15 , on a substrate-fixed holding block 6 . In the recesses 17 , wall sections 23 are parallel and spaced apart from the fingers 23 on the substrate 11th The recesses 17 are in turn dimensioned so large that the seismic mass 2 can move freely in its entire deflection area without hitting the wall sections 23 with the fingers 19 . The fingers 19 and wall sections 23 are electrically conductive and form complementary electrodes.

Die Fig. 9 stellt eine mögliche Anordnung von zwei mikromechanischen Beschleu­ nigungssensoren 1 schematisch dar, bei der zwei Beschleunigungssensoren 1 mit entgegengesetzt gerichteter Detektionsrichtung 15 benachbart zueinander auf einem Substrat angeordnet sind. Dies ermöglicht, in einer Richtung positive und negative Beschleunigungen zu detektieren. Fig. 9 schematically shows a possible arrangement of two micromechanical acceleration sensors 1 , in which two acceleration sensors 1 with oppositely directed detection direction 15 are arranged adjacent to one another on a substrate. This makes it possible to detect positive and negative accelerations in one direction.

In Fig. 10 ist eine mögliche Anordnung von vier mikromechanischen Beschleu­ nigungssensoren 1 schematisch dargestellt. Bei dieser Anordnung sind jeweils zwei mikromechanische Beschleunigungssensoren 1 mit ihren Detektionsrichtungen 15 paarweise entgegengesetzt zueinander ausgerichtet, die beiden Paare liegen in einer Ebene und sind um 90° gegeneinander verdreht. Dadurch können Beschleunigungen in den vier Detektionsrichtungen 15 detektiert werden.In Fig. 10, a possible arrangement of four micromechanical acceleration sensors 1 is shown schematically. In this arrangement, two micromechanical acceleration sensors 1 with their detection directions 15 are aligned opposite each other in pairs, the two pairs lie in one plane and are rotated by 90 ° with respect to one another. Accelerations in the four detection directions 15 can thereby be detected.

In den Fig. 11 bis 15 sind verschiedene Ausgestaltungen der Rastansätze 26 und der Kontaktanschläge 9 dargestellt. Die seismische Masse 2 ist in den Fig. 11 bis 15 nur schematisch gezeigt, die übrigen Teile des Beschleunigungssensors sind der Übersichtlichkeit halber weggelassen.In Figs. 11 to 15, various embodiments of the latching shoulders 26 and the contact stops 9 are shown. The seismic mass 2 is only shown schematically in FIGS. 11 to 15, the remaining parts of the acceleration sensor are omitted for the sake of clarity.

In Fig. 11 sind in einer dritten Ausführungsform des mikromechanischen Beschleu­ nigungssensors an dem vorderen Kontaktabschnitt 7 zwei seitliche Rastansätze 26 vorhanden, welche in der Ruhestellung einen entsprechend positionierten Anschlag 13 hintergreifen. Vor dem Kontaktabschnitt 7 befindet sich lediglich ein federnder Kontaktanschlag 9, der mit einem entsprechenden, substratfesten Halteblock 6a verbunden ist.In Fig. 11, in a third embodiment of the micromechanical acceleration sensor on the front contact section 7, two lateral latching projections 26 are present, which engage a correspondingly positioned stop 13 in the rest position. In front of the contact section 7 there is only a resilient contact stop 9 , which is connected to a corresponding, substrate-fixed holding block 6 a.

Die Fig. 12 zeigt den vorderen Kontaktabschnitt 7 einer vierten Ausführungsform des Beschleunigungssensors mit nur einem Rastansatz 26, der in der Ruhestellung einen seitlich des Kontaktabschnittes 7 angeordneten, korrespondierenden Anschlag 13 hintergreift. Vor dem Kontaktabschnitt 7 befindet sich ein federnder Kontakt­ anschlag 9, der mit einem entsprechenden substratfesten Halteblock 6a verbunden ist. FIG. 12 shows the front contact section 7 of a fourth embodiment of the acceleration sensor with only one latching projection 26 , which in the rest position engages behind a corresponding stop 13 arranged on the side of the contact section 7 . Before the contact section 7 is a resilient contact stop 9 , which is connected to a corresponding substrate-fixed holding block 6 a.

In der in Fig. 13 dargestellten fünften Ausführungsform weist der vordere Kontakt­ abschnitt 7 einen Rastansatz 26 auf, der in der Ruhestellung einen korrespondie­ renden Anschlag 13 hintergreift. Der Anschlag 13 ist in dieser Ausführungsform im wesentlichen quer zur Detektionsrichtung 15 federnd ausgeführt. Der Rastansatz 26 kann dabei starr an der seismischen Masse 2 sitzen. Vor dem Kontaktabschnitt 7 befindet sich ein federnd er Kontaktanschlag 9, der mit einem entsprechenden substratfesten Halteblock 6a verbunden ist.In the fifth embodiment shown in FIG. 13, the front contact section 7 has a latching projection 26 which engages behind a corresponding stop 13 in the rest position. In this embodiment, the stop 13 is designed to be resilient essentially transversely to the detection direction 15 . The locking projection 26 can sit rigidly on the seismic mass 2 . In front of the contact section 7 there is a resilient contact stop 9 which is connected to a corresponding holding block 6 a fixed to the substrate.

Die Fig. 14 zeigt eine sechste Ausführungsform des mikromechanischen Beschleuni­ gungssensors mit einem ersten und einem zweiten Kontaktanschlag 9, die als Biegefedern ausgebildet sind. Halteblöcke 6a lagern die Kontaktanschläge 9 im wesentlichen senkrecht zur Detektionsrichtung 15 und beabstandet zum Substrat, so daß die freien Enden der Kontaktanschläge 9 im wesentlichen in Detektionsrich­ tung 15 federn. An dem vorderen Kontaktabschnitt 7 sind zwei seitliche Rastansätze 26 vorhanden, welche in der Ruhestellung einen entsprechend positionierten Anschlag 13 hintergreifen. Das freie Ende des ersten Kontaktanschlages 9 weist einen vorgegebenen ersten Abstand und das freie Ende des zweiten Kontakt­ anschlages 9 einen vorgegebenen zweiten Abstand von den Anschlägen 13 auf, wobei der vorgegebene erste Abstand kleiner ist als der vorgegebene zweite Abstand ist. Übersteigt eine auf die seismische Masse wirkende Beschleunigung einen ersten Schwellwert, dann bewegt sich die seismische Masse 2 aus der Ruhestellung in Detektionsrichtung 15. Erreicht die Beschleunigung einen zweiten Schwellwert, so trifft der Kontaktabschnitt 7 der seismischen Masse 2 mit dem ersten Kontaktanschlag 9 zusammen, der den kleineren Abstand zu dem Anschlag 13 benutzt. Ist die auf die seismische Masse 2 wirkende Beschleunigung größer als ein vorgegebener dritter Schwellwert, dann biegt die seismische Masse 2 den ersten Kontaktanschlag 9 in Detektionsrichtung 15 durch, bis der Kontaktabschnitt 7 ebenfalls den zweiten Kontaktanschlag 9 berührt, welcher den größten Abstand zu dem Anschlag 13 hat. Fig. 14 shows a sixth embodiment of the micromechanical sensor Accelerati supply having a first and a second contact stop 9, which are designed as bending springs. Holding blocks 6 a store the contact stops 9 substantially perpendicular to the detection direction 15 and spaced apart from the substrate, so that the free ends of the contact stops 9 spring 15 essentially in the detection direction. On the front contact section 7 there are two lateral latching projections 26 which engage a correspondingly positioned stop 13 in the rest position. The free end of the first contact stop 9 is at a predetermined first distance and the free end of the second contact stop 9 is at a predetermined second distance from the stops 13 , the predetermined first distance being smaller than the predetermined second distance. If an acceleration acting on the seismic mass exceeds a first threshold value, then the seismic mass 2 moves from the rest position in the detection direction 15 . If the acceleration reaches a second threshold value, the contact section 7 of the seismic mass 2 meets the first contact stop 9 , which uses the smaller distance from the stop 13 . If the acceleration acting on the seismic mass 2 is greater than a predetermined third threshold value, the seismic mass 2 bends the first contact stop 9 in the detection direction 15 until the contact section 7 also touches the second contact stop 9 , which is the greatest distance from the stop 13 Has.

In der in Fig. 15 dargestellten siebten Ausführungsform des mikromechanischen Be­ schleunigungssensors sind auf dem Substrat zwei Halteblöcke 6a angeordnet. Die Halteblöcke 6a lagern jeweils einen Kontaktanschlag 9, der als Biegefeder ausge­ bildet ist, im wesentlichen senkrecht zur Detektionsrichtung 15 und beabstandet zum Substrat, so daß die freien Enden der Kontaktanschläge 9 im wesentlichen in Detektionsrichtung 15 federn. In Detektionsrichtung 15 betrachtet überschneiden sich die freien Enden der beiden Kontaktanschläge 9 abschnittsweise. In der Ruhe­ stellung der seismischen Masse 2 weisen die Kontaktanschläge einen vorgegebenen Abstand voneinander auf. Übersteigt eine auf die seismische Masse 2 wirkende Beschleunigung einen ersten Schwellwert, dann bewegt sich die seismische Masse 2 aus der Ruhestellung in Detektionsrichtung 15. Erreicht die Beschleunigung einen zweiten Schwellwert, so trifft der Kontaktabschnitt 7 der seismischen Masse 2 mit dem benachbarten Kontaktanschlag 9 zusammen, der in Detektionsrichtung 15 vor dem anderen Kontaktanschlag angeordnet ist. Ist die auf die seismische Masse 2 wirkende Beschleunigung größer als ein vorgegebener dritter Schwellwert, dann biegt die seismische Masse 2 den einen Kontaktanschlag 9 in Detektionsrichtung 15 durch, bis dieser den anderen Kontaktanschlag 9 berührt. Bei elektrisch leitfähigen Kontaktanschlägen 9 kann das Erreichen des dritten Beschleunigungs- Schwellwertes durch einen Kontaktschluß zwischen den beiden Kontaktanschlägen 9 detektiert werden.In the seventh embodiment of the micromechanical acceleration sensor shown in FIG. 15, two holding blocks 6 a are arranged on the substrate. The holding blocks 6 a each store a contact stop 9 , which is formed as a spiral spring, essentially perpendicular to the detection direction 15 and spaced from the substrate, so that the free ends of the contact stops 9 spring substantially in the detection direction 15 . When viewed in the detection direction 15 , the free ends of the two contact stops 9 overlap in sections. In the rest position of the seismic mass 2 , the contact stops have a predetermined distance from one another. If an acceleration acting on the seismic mass 2 exceeds a first threshold value, then the seismic mass 2 moves from the rest position in the detection direction 15 . If the acceleration reaches a second threshold value, the contact section 7 of the seismic mass 2 meets the adjacent contact stop 9 , which is arranged in the detection direction 15 in front of the other contact stop. If the acceleration acting on the seismic mass 2 is greater than a predetermined third threshold value, then the seismic mass 2 bends one contact stop 9 in the detection direction 15 until it contacts the other contact stop 9 . In the case of electrically conductive contact stops 9 , the reaching of the third acceleration threshold value can be detected by a contact closure between the two contact stops 9 .

Die Fig. 16 zeigt eine achte Ausführungsform des mikromechanischen Beschleuni­ gungssensors mit zwei in Detektionsrichtung 15 versetzt angeordneten, substrat­ festen Kontaktanschlägen 9. Die seitlich des vorderen Kontaktabschnittes 7 ange­ ordneten flexiblen Rastansätze 26, die in der Ruhestellung entsprechende An­ schläge 13 hintergreifen, sind in der dargestellten Ausführungsform elektrisch leitfähig ausgeführt und übernehmen die Funktion des Kontaktabschnittes 7. Ein elektrischer Kontakt zwischen den Kontaktanschlägen 9 und dem Kontaktabschnitt 7 erfolgt über die leitfähigen Rastansätze 26. Durch die versetzte Anordnung der Kontaktanschläge 9 lassen sich wie in der sechsten Ausführungsform des mikro­ mechanischen Beschleunigungssensors verschiedene Beschleunigungs-Schwell­ werte detektieren. Fig. 16 shows an eighth embodiment of the micromechanical Accelerati supply sensor with two in the detection direction 15 of staggered, fixed contact substrate stops 9. The side of the front contact section 7 is arranged flexible locking lugs 26 , which engage in the rest position corresponding to strokes 13 are electrically conductive in the illustrated embodiment and take over the function of the contact section 7th Electrical contact between the contact stops 9 and the contact section 7 takes place via the conductive latching projections 26 . As a result of the offset arrangement of the contact stops 9 , different acceleration threshold values can be detected, as in the sixth embodiment of the micro-mechanical acceleration sensor.

In den Fig. 17 und 18 ist eine neunte Ausführungsform des mikromechanischen Be­ schleunigungssensors in der Ursprungsstellung bzw. in der Ruhestellung gezeigt. Die Fig. 17 und 18 beschränken sich auf eine Darstellung des Zentralabschnittes 3 der seismischen Masse 2, der Finger 19 und der Wandabschnitte 23a und 23b. Die übrigen Teile des Beschleunigungssensors sind der Übersichtlichkeit halber weggelassen. Im Unterschied zu den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sind in der neunten Ausführungsform die zwischen den Fingern 19 angeordneten Wandeabschnitte doppelwandig ausgeführt. Die Finger 19 und die Wandabschnitte 23a und 23b sind elektrisch leitfähig und bilden Elektroden, zwischen denen eine Spannung angelegt werden kann. Die Finger 19 bilden dabei mit den jeweils benachbarten Wandabschnitten 23a und 23b jeweils zwei Kapazitäten, die unab­ hängig voneinander gemessen werden können. Die Kapazitäten verändern sich in Abhängigkeit von der Stellung des Fingers 19 relativ zu den benachbarten Wand­ abschnitten 23a und 23b. Durch eine geeignete mathematische Verknüpfung der beiden von einem der Finger 19 mit den jeweiligen Wandabschnitten 23a und 23b gebildeten Kapazitäten kann deren Meßgenauigkeit erhöht werden. Dadurch ist es genauer möglich, die Stellung des Fingers 19 bzw. bei einer Messung des zeitlichen Verlaufs der Kapazitäten eine Bewegung des Fingers 19 relativ zu den benachbarten Wandabschnitten 23a und 23b zu bestimmen. In Figs. 17 and 18 a ninth embodiment of the micromechanical Be is schleunigungssensors shown in the origin position and in the rest position. FIGS. 17 and 18 are limited to a representation of the central portion 3 of the seismic mass 2, the fingers 19 and the wall portions 23 a and 23 b. The remaining parts of the acceleration sensor have been omitted for the sake of clarity. In contrast to the embodiments described above, in the ninth embodiment the wall sections arranged between the fingers 19 are double-walled. The fingers 19 and the wall sections 23 a and 23 b are electrically conductive and form electrodes between which a voltage can be applied. The fingers 19 form with the respective adjacent wall sections 23 a and 23 b each have two capacities which can be measured independently of one another. The capacities change depending on the position of the finger 19 relative to the adjacent wall sections 23 a and 23 b. The measurement accuracy can be increased by a suitable mathematical combination of the two capacitances formed by one of the fingers 19 with the respective wall sections 23 a and 23 b. As a result, it is more precisely possible to determine the position of the finger 19 or, when the capacitance changes over time, a movement of the finger 19 relative to the adjacent wall sections 23 a and 23 b.

BezugszeichenlisteReference list

11

Mikromechanischer Beschleunigungssensor
Micromechanical acceleration sensor

22nd

Seismische Masse
Seismic mass

33rd

Zentralabschnitt
Central section

55

Federelement
Spring element

66

, ,

66

a Halteblock
a holding block

77

Kontaktabschnitt
Contact section

99

Kontaktanschlag
Contact stop

1111

Substrat
Substrate

1313

Anschlag
attack

1414

Frontabschnitt des Anschlages
Front section of the stop

1515

Bewegungsrichtung
Direction of movement

1717th

Ausnehmung
Recess

1919th

Finger
finger

2121

Kammstruktur
Comb structure

2323

Wandabschnitt
Wall section

2323

a, b Wandabschnitte
a, b wall sections

2424th

Spannungsquelle
Voltage source

2525th

Elektrische Leitung
Electrical line

2626

Rastansatz
Resting approach

Claims (16)

1. Mikromechanischer Beschleunigungssensor (1) mit
einer seismischen Masse (2),
mindestens einem Federelement(5) zur federnden Lagerung der seismischen Masse (2),
Detektionsmitteln (7, 9) zum Erfassen einer Bewegung der seismischen Masse (2) aus einer Ruhestellung in eine Schaltstellung,
einem Substrat (11), auf dem das Federelement (5), die seismische Masse (2) und
die Detektionsmittel (7, 9) angeordnet sind,
gekennzeichnet durch
einen Anschlag (13) auf dem Substrat (11), an dem die seismische Masse (2) in ihrer Ruhestellung unter Federvorspannung anliegt.
1. Micromechanical acceleration sensor ( 1 ) with
a seismic mass ( 2 ),
at least one spring element ( 5 ) for the resilient mounting of the seismic mass ( 2 ),
Detection means ( 7 , 9 ) for detecting a movement of the seismic mass ( 2 ) from a rest position into a switching position,
a substrate ( 11 ) on which the spring element ( 5 ), the seismic mass ( 2 ) and
the detection means ( 7 , 9 ) are arranged,
marked by
a stop ( 13 ) on the substrate ( 11 ) against which the seismic mass ( 2 ) rests under spring tension in its rest position.
2. Mikromechanischer Beschleunigungssensor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel (24, 25) zum Beaufschlagen der seismischen Masse (2) mit einer elektrostatischen Kraft.2. Micromechanical acceleration sensor according to claim 1, characterized by means ( 24 , 25 ) for applying an electrostatic force to the seismic mass ( 2 ). 3. Mikromechanischer Beschleunigungssensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Federelemente (5) als Biegefedern ausgeführt sind.3. Micromechanical acceleration sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the spring elements ( 5 ) are designed as spiral springs. 4. Mikromechanischer Beschleunigungssensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektionsmittel (7, 9) einen Kontaktabschnitt (7) an der seismischen Masse (2) und mindestens einen auf dem Substrat (11) an­ geordneten Kontaktanschlag (9) umfassen.4. A micromechanical acceleration sensor according to any one of the preceding claims, characterized in that the detection means (7, 9) comprise at least a contact portion (7) on the seismic mass (2) and on said substrate (11) to higher-level contact stop (9). 5. Mikromechanischer Beschleunigungssensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktanschlag (9) substratfest ausgebildet ist.5. Micromechanical acceleration sensor according to claim 4, characterized in that the contact stop ( 9 ) is formed substrate-tight. 6. Mikromechanischer Beschleunigungssensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktanschlag (9) in Bewegungsrichtung (15) der seismischen Masse (2) federnd ausgebildet ist.6. Micromechanical acceleration sensor according to claim 4, characterized in that the contact stop ( 9 ) in the direction of movement ( 15 ) of the seismic mass ( 2 ) is resilient. 7. Mikromechanischer Beschleunigungssensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Kontaktanschläge in Bewegungsrichtung (15) der seismischen Masse (2) zueinander versetzt auf dem Substrat (11) angeordnet sind. 7. Micromechanical acceleration sensor according to claim 6, characterized in that a plurality of contact stops in the direction of movement ( 15 ) of the seismic mass ( 2 ) are arranged offset from one another on the substrate ( 11 ). 8. Mikromechanischer Beschleunigungssensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die seismische Masse (2) mehrere beabstandete Finger (19) aufweist und daß in den Ausnehmungen (17) zwischen den Fingern (19) substratfeste Wandabschnitte (23) angeordnet sind.8. Micromechanical acceleration sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the seismic mass ( 2 ) has a plurality of spaced fingers ( 19 ) and that in the recesses ( 17 ) between the fingers ( 19 ) substrate-fixed wall sections ( 23 ) are arranged. 9. Mikromechanischer Beschleunigungssensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandabschnitte (23) in der Ruhestellung der seismischen Masse (2) und bei Bewegung in die Schaltstellung mindestens einen vorgegebenen, minimalen Abstand zu den Fingern (19) aufweisen.9. Micromechanical acceleration sensor according to claim 8, characterized in that the wall sections ( 23 ) in the rest position of the seismic mass ( 2 ) and when moving into the switch position have at least a predetermined, minimum distance to the fingers ( 19 ). 10. Mikromechanischer Beschleunigungssensor nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Finger (19) und die Wandabschnitte (23) ineinan­ dergreifende, komplementäre Elektroden bilden.10. Micromechanical acceleration sensor according to claim 8 or 9, characterized in that the fingers ( 19 ) and the wall sections ( 23 ) form interlocking, complementary electrodes. 11. Mikromechanischer Beschleunigungssensor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den Fingern (19) angeordneten Wandab­ schnitte (23) jeweils doppelwandig (23a, 23b) ausgebildet sind und jeweils zwei separate Elektroden bilden.11. A micromechanical acceleration sensor according to claim 10, characterized in that the sections between the fingers ( 19 ) arranged Wandab ( 23 ) are each double-walled ( 23 a, 23 b) and each form two separate electrodes. 12. Mikromechanischer Beschleunigungssensor nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektionsmittel (7, 9; 19,23) die Finger (19) und die Wandabschnitte (23) zum kapazitiven Messen einer Bewegung oder Beschleu­ nigung der seismischen Masse (2) umfassen.12. Micromechanical acceleration sensor according to claim 10 or 11, characterized in that the detection means ( 7 , 9 ; 19 , 23 ), the fingers ( 19 ) and the wall sections ( 23 ) for capacitive measurement of a movement or acceleration of the seismic mass ( 2 ) include. 13. Mikromechanischer Beschleunigungssensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Kraftbeaufschlagung eine Span­ nungsquelle (24) und elektrische Leitungen (25) zum Anlegen einer Spannung zwi­ schen der seismischen Masse (2) und den substratfesten Wandabschnitten (23) umfassen.13. Micromechanical acceleration sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the means for applying a voltage source ( 24 ) and electrical lines ( 25 ) for applying a voltage between the seismic mass ( 2 ) and the substrate-fixed wall sections ( 23 ) . 14. Mikromechanischer Beschleunigungssensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Rastansatz (26) an der seismischen Masse (2), der bei einer Auslenkung der seismischen Masse (2) aus einer entspannten Ursprungsstellung in die vorgespannte Ruhestellung den Anschlag (13) hintergreift und eine Rückkehr in die Ursprungsstellung verhindert. 14. Micromechanical acceleration sensor according to one of the preceding claims, characterized by a locking projection ( 26 ) on the seismic mass ( 2 ) which engages the stop ( 13 ) when the seismic mass ( 2 ) is deflected from a relaxed original position into the prestressed rest position prevents a return to the original position. 15. Mikromechanischer Beschleunigungssensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die seismische Masse (2) im wesentlichen plattenför­ mig ausgebildet ist und durch die Federelemente (5) in einem vorgegebenen Ab­ stand über dem in einem Auslenkungsbereich der seismischen Masse (2) im wesentlichen ebenen Substrat (11) gehalten wird.15. Micromechanical acceleration sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the seismic mass ( 2 ) is formed in a substantially plattenför shape and was by the spring elements ( 5 ) in a predetermined Ab above in a deflection range of the seismic mass ( 2 ) in essential flat substrate ( 11 ) is held. 16. Mikromechanischer Beschleunigungssensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der mikromechanische Beschleunigungsschalter in einer Technologie zur Herstellung von Mikrostrukturen, insbesondere auf Basis von Silizium, realisiert ist.16. Micromechanical acceleration sensor according to one of the preceding Expectations, characterized in that the micromechanical acceleration switch in a technology for the production of microstructures, in particular based on Silicon.
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