DE4022464A1

DE4022464A1 - ACCELERATION SENSOR

Info

Publication number: DE4022464A1
Application number: DE19904022464
Authority: DE
Inventors: Jiri Dr Ing Dr Marek
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1990-07-14
Filing date: 1990-07-14
Publication date: 1992-01-16
Anticipated expiration: 2010-07-15
Also published as: GB2246635B; CH684029A5; GB9113281D0; JPH04232875A; GB2246635A; DE4022464C2; JP3199775B2

Description

State of the art

Die Erfindung geht aus von einem Sensor zur Messung von Beschleuni gungen, insbesondere von Winkelbeschleunigungen, nach der Gattung des Hauptanspruchs.The invention is based on a sensor for measuring accelerations conditions, in particular of angular accelerations, according to the genus of the main claim.

In der DE-PS 40 00 903 wird ein Beschleunigungssensor beschrieben, der aus einem monokristallinen, zweischichtigen Träger gefertigt ist. Er weist eine parallel zur Trägeroberfläche schwingungsfähige Zunge auf, der gegenüber in Schwingungsrichtung eine feststehende Elektrode angeordnet ist. Die Beschleunigung wird bei diesem Sensor über die kapazitive Änderung zwischen der beweglichen Zunge und der feststehenden Elektrode erfaßt.An acceleration sensor is described in DE-PS 40 00 903, which is made from a monocrystalline, two-layer carrier is. It has a vibration that is parallel to the support surface Tongue on the opposite in the direction of vibration a fixed Electrode is arranged. The acceleration is with this sensor about the capacitive change between the moving tongue and the fixed electrode detected.

Aus "Laterally Driven Polysilicon Resonant Microstructures" W. C. Tang, T. H. Nguyen, R. T. Howe; Sensors and Atuators, 20 (1989) 25-30 sind bereits seismische Massen, die an archimedischen Spiralen aufgehängt sind und mit einem elektrostatischen Kammantrieb versehen sind, bekannt. In diesem Artikel wird die Realisierung solcher Strukturen in Polysilizium-Technologie beschrieben.From "Laterally Driven Polysilicon Resonant Microstructures" W. C. Tang, T.H. Nguyen, R.T. Howe; Sensors and Atuators, 20 (1989) 25-30 are already seismic masses on Archimedes Spirals are suspended and with an electrostatic comb drive are known. In this article, the realization such structures are described in polysilicon technology.

Advantages of the invention

Der erfindungsgemäße Sensor mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß sich durch das Erfassen der Aus lenkung der seismischen Masse an mehreren Seiten der seismischen Masse Drehbewegungen von Linearbeschleunigungen unterscheiden lassen. Je nach Art der Beschleunigung ändern sich die Meßsignale, die an unterschiedlichen Seiten der seismischen Masse erfaßt werden, entweder gleichsinnig oder gegenläufig. Durch einen Vergleich der Signale kann also auf besonders einfache Weise zwischen einer Dreh bewegung und einer Linearbeschleunigung unterschieden werden. Vor teilhaft ist auch, daß die seismische Masse des Sensors bevorzugt in der Trägerebene auslenkbar ist und dabei nicht aus der Trägerober fläche hinausragt. Der Träger selbst dient dabei vorteilhaft als Schutz gegen mechanische Überlast. Eine zumindest zweiseitige Auf hängung der seismischen Masse an dünnen Stegen erhöht die Stabilität des Sensors gegen Überlast und gewährleistet gleichzeitig eine sehr hohe Meßempfindlichkeit. Gleichzeitig wird die Empfindlichkeit gegen Querbeschleunigungen erniedrigt. In Bezug auf Querempfindlichkeit ist auch eine vierseitige symmetrische Aufhängung der seismischen Masse besonders vorteilhaft. Die Herstellung des Sensors aus einem Siliziumträger ist besonders vorteilhaft, da mit Standardverfahren besonders kleine Bauweisen erzielt werden können. Vorteilhaft ist außerdem, daß sich auf einem Siliziumträger auch Auswerteschaltungen des Sensors integrieren lassen.The sensor according to the invention with the characteristic features of The main claim has the advantage that by detecting the off directing the seismic mass on several sides of the seismic Differentiate mass rotary movements from linear accelerations to let. Depending on the type of acceleration, the measurement signals change, which are recorded on different sides of the seismic mass, either in the same direction or in opposite directions. By comparing the Signals can therefore be switched between one rotation in a particularly simple manner motion and a linear acceleration can be distinguished. Before it is also partial that the seismic mass of the sensor is preferred in the support plane is deflectable and not from the upper support area protrudes. The carrier itself advantageously serves as Protection against mechanical overload. An at least two-sided on hanging the seismic mass on thin bars increases stability of the sensor against overload and at the same time ensures a very high sensitivity. At the same time, the sensitivity to Lateral accelerations reduced. In terms of cross sensitivity is also a four-sided symmetrical suspension of the seismic Mass particularly advantageous. The manufacture of the sensor from one Silicon carrier is particularly advantageous because it uses standard methods particularly small designs can be achieved. It is advantageous also that there are also evaluation circuits on a silicon substrate have the sensor integrated.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Hauptanspruch angegebenen Sensors möglich. By the measures listed in the subclaims advantageous developments of the specified in the main claim Sensor possible.

Das Erfassen der Auslenkungen der seismischen Masse erfolgt beson ders vorteilhaft piezoresistiv mit Hilfe von jeweils zwei Piezowi derständen, die auf den Aufhängungsstegen rechts und links von der Stegachse aufgebracht sind. Bei Linearbeschleunigungen der seismi schen Masse ändern sich die mindestens zwei Piezowiderstände auf jedem der Aufhängungsstege gleichsinnig. Im Falle einer Drehbewegung wird eine Seite jedes Aufhängungssteges gedehnt während die andere Seite gestaucht wird. Das führt zu einer gegenläufigen Veränderung der Widerstandswerte eines jeden Aufhängungssteges. Die piezoresis tive Signalerfassung läßt sich auch vorteilhaft auf Sensoren anwen den, die aus einem einschichtigen Träger gefertigt sind. Die Ausbil dung von schmalen Aufhängungsstegen in der gesamten Trägerdicke ist vorteilhaft, da dadurch Auslenkungen der seismischen Masse innerhalb der Trägerebene bevorzugt werden, während Auslenkungen der seismi schen Masse senkrecht zur Trägerebene unterdrückt werden.The seismic mass deflections are recorded in particular advantageous piezoresistive with the help of two Piezowi stands on the suspension bars to the right and left of the Bridge axis are applied. With linear accelerations of the seismi mass, the at least two piezoresistors change each of the suspension bars in the same direction. In the event of a rotational movement one side of each suspension bar is stretched while the other Side is compressed. This leads to an opposite change the resistance values of each suspension bar. The piezoresis tive signal detection can also be used advantageously on sensors those made from a single-layer substrate. The training of narrow suspension bars across the entire beam thickness advantageous because it causes deflections of the seismic mass within the carrier plane are preferred, while deflections of the seismi mass is suppressed perpendicular to the plane of the beam.

Für die Herstellung und zur Isolation von Teilstrukturen des Sensors ist es besonders günstig, zweischichtige Siliziumträger zu verwenden, wobei zwischen der oberen Schicht und der unteren Schicht ein Dotierungsübergang, vorzugsweise ein pn-Übergang besteht. Der Träger kann monokristallin sein, wobei die obere Schicht durch Diffusion von Fremdatomen erzeugt sein kann oder eine auf einem Träger abgeschiedene Epitaxieschicht sein kann. Je nach Sensor struktur ist es von Vorteil, einen Siliziumträger mit einer darauf abgeschiedenen Polysiliziumschicht zu verwenden. In diesem Fall erfolgt die Isolation z. B. über eine Siliziumoxidschicht zwischen den einkristallinen und polykristallinen Siliziumschichten.For the manufacture and isolation of substructures of the It is particularly favorable for sensors to use two-layer silicon substrates use, being between the top layer and the bottom layer there is a doping transition, preferably a pn transition. The Support can be monocrystalline, with the top layer passing through Diffusion of foreign atoms can be generated or one on one Carrier deposited epitaxial layer can be. Depending on the sensor it is advantageous to structure a silicon carrier with one on it to use deposited polysilicon layer. In this case isolation takes place z. B. over a silicon oxide layer between the single-crystal and polycrystalline silicon layers.

Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit besteht in der kapazitiven Signalerfassung. Dazu ist es vorteilhaft, feststehende Elektroden von zwei gegenüberliegenden Seiten des Rahmens ausgehend aus dem Siliziumträger heraus zu strukturieren, die parallel zu den Auf hängungsstegen angeordnet sind. Zusammen mit den als bewegliche Elektroden dienenden Aufhängungsstegen bilden diese feststehenden Elektroden jeweils einen Kondensator. Alternativ oder zur Ver stärkung des Signals ist es vorteilhaft, weitere von dem Rahmen ausgehende feststehende Elektroden zu strukturieren und parallel dazu bewegliche Elektroden, die von der seismischen Masse ausgehen und zusammen mit den feststehenden Elektroden Interdigitalkonden satoren bilden. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung ist auch, diese Kondensatoren durch Anlegen einer variablen Spannung zur Lage regelung zu verwenden, mit der die seismische Masse wieder in ihre Ruhelage gebracht wird. Dies stellt eine besonders günstige Möglich keit der Überlastsicherung dar. Vorteilhaft ist auch eine Kombi nation von kapazitiver Lageregelung, kapazitiver Signalerfassung und piezoresistiver Signalerfassung. Die Isolation der beweglichen Elektroden gegenüber den feststehenden Elektroden läßt sich besonders günstig realisieren, wenn die Aufhängungsstege der seismischen Masse nur in der oberen Schicht ausgebildet sind. Der pn-Ubergang zwischen oberer und unterer Schicht stellt dann eine Isolation der Elektroden gegenüber der unteren Schicht dar; die Isolation in der oberen Schicht kann entweder vorteilhaft durch Isolationsdiffusionen oder durch die obere Schicht vollständig durchdringende Ätzgräben erfolgen.Another advantageous possibility is the capacitive Signal acquisition. For this it is advantageous to have fixed electrodes starting from two opposite sides of the frame Silicon beams to structure out parallel to the on suspension bars are arranged. Along with that as mobile Suspension webs serving electrodes form these fixed Electrodes each have a capacitor. Alternatively or to Ver strengthening the signal, it is advantageous to further out the frame structure outgoing fixed electrodes and parallel in addition movable electrodes that originate from the seismic mass and interdigital condensate with the fixed electrodes form sators. Another advantageous embodiment is also these capacitors to position by applying a variable voltage to use regulation with which the seismic mass back into their Is brought to rest. This represents a particularly favorable option overload protection. A station wagon is also advantageous nation of capacitive position control, capacitive signal detection and piezoresistive signal acquisition. The isolation of the moving Electrodes can be compared to the fixed electrodes Realize particularly cheap if the suspension webs seismic mass are formed only in the upper layer. The The pn transition between the upper and lower layers then creates a Isolation of the electrodes from the lower layer; the Isolation in the top layer can either be beneficial through Isolation diffusions or through the top layer completely penetrating etching trenches.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Sensors besteht darin, die seismische Masse an zwei ineinander verlaufenden, archimedischen Spiralen aufzuhängen, die an den außen liegenden Windungen mit beweglichen Stegen versehen sind. Die beweg lichen Stege weisen kammförmige Fingerstrukturen auf, die zusammen mit von feststehenden Stegen ausgehenden Fingerstrukturen elektro statische Reluktanzantriebe bilden. Diese ineinandergreifenden Fingerstrukturen können vorteilhaft entweder zum Signalabgriff oder aber auch zur Lageregelung verwendet werden. Eine zusätzliche Signalabnahme kann vorteilhaft piezoresistiv mittels auf den Spiralen angeordneten Piezowiderständen erfolgen. Another advantageous embodiment of the invention Sensor is the seismic mass at two one inside the other trending Archimedean spirals hanging on the outside horizontal windings are provided with movable webs. The moving Lichen webs have comb-shaped finger structures that go together with finger structures emanating from fixed webs electro form static reluctance drives. These interlocking Finger structures can advantageously be used either for signal tapping or but can also be used for position control. An additional Signal acquisition can be advantageously piezoresistive by means of the Spiral piezoresistors are made.

Zur Empfindlichkeitssteigerung des Sensors kann die seismische Masse entweder in voller Trägerdicke ausgebildet werden. Bei Ausbildung der seismischen Masse in der gleichen Dicke wie die der Aufhängung können entweder das Trägheitsmoment oder die Querempfindlichkeit optimiert werden.The seismic mass can be used to increase the sensitivity of the sensor either be formed in full beam thickness. During training of the seismic mass with the same thickness as that of the suspension can be either the moment of inertia or the cross sensitivity be optimized.

drawing

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigenEmbodiments of the invention are shown in the drawing and explained in more detail in the following description. Show it

Fig. 1 die Aufsicht auf einen Sensor mit piezoresistivem Signal abgriff, Fig. 1, the supervisory tap to a sensor with piezoresistive signal,

Fig. 2 die Aufsicht auf einen Sensor mit kapazitivem Signalabgriff, Fig. 2 shows the top view of a sensor with capacitive signal,

Fig. 3 den Schnitt durch diesen Sensor, Fig. 3 shows the section by this sensor,

Fig. 4 die Aufsicht auf einen Sensor mit Interdigitalkondensatoren, Fig. 4 shows the top view of a sensor with interdigital capacitors,

Fig. 5 die Aufsicht auf einen Sensor mit einer Aufhängung mittels archimedi scher Spiralen und die Fig. 5 shows the supervision of a sensor with a suspension by means of Archimedean spirals and

Fig. 6a und b Schnitte durch diesen Sensor entlang der A- und B-Achse. FIGS. 6a and b show sections through this sensor along the A- and B-axis.

Description of the invention

In Fig. 1 ist ein Sensor dargestellt, mit einem feststehenden Rahmen 10 und einer darin befestigten, auslenkbaren seismischen Masse 20. Die seismische Masse 20 ist hier symmetrisch über vier dünne Stege 21 bis 24 aufgehängt. Diese Struktur kann aus einem ein- oder zweischichtigen Siliziumträger strukturiert sein. Der Träger kann monokristallin sein oder mit einer Poly-Silizium-Schicht versehen sein. Die Stege 21 bis 24 und die seismische Masse 20 können sowohl in voller Trägerdicke ausgebildet sein als auch in ihrer Dicke reduziert sein. Zur Erhöhung der Empfindlichkeit ist es sinnvoll, die seismische Masse 20 möglichst groß zu machen, also in voller Trägerdicke auszubilden. Bei seismischen Massen 20, deren Stege 21 bis 24 dicker als breit sind, also z. B. die gesamte Trä gerdicke haben, sind Auslenkungen innerhalb der Trägerebene gegen über Auslenkungen senkrecht zur Trägerebene bevorzugt. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind auf jedem Steg 21 bis 24 jeweils zwei Piezowiderstände 81, 82, aufgebracht. Sie sind je weils rechts und links von den Stegachsen angeordnet. Eine Linear beschleunigung des Sensors in der Trägerebene oder senkrecht dazu führt immer zu einer gleichsinnigen Längenänderung der beiden Hälf ten der Aufhängungsstege rechts und links von der Stegachse und also zu einer gleichsinnigen Widerstandsänderung der Piezowiderstände auf einem Steg. Im Gegensatz dazu führt eine Drehbewegung um eine Dreh achse senkrecht zur Trägeroberfläche zu einer gegensinnigen Verbie gung der Steghälften und damit zu einer gegensinnigen Widerstandsän derung der Piezowiderstände auf einem Steg. Durch Vergleich der Wi derstandswerte der Widerstände auf einem Steg bzw. durch entspre chende Verschaltung lassen sich also einfach Linearbeschleunigungen von Drehbewegungen unterscheiden.In Fig. 1, a sensor is shown comprising a fixed frame 10 and secured therein, deflectable seismic mass 20. The seismic mass 20 is here suspended symmetrically via four thin webs 21 to 24 . This structure can be structured from a one- or two-layer silicon carrier. The carrier can be monocrystalline or can be provided with a poly-silicon layer. The webs 21 to 24 and the seismic mass 20 can both be formed in full beam thickness and can be reduced in thickness. In order to increase the sensitivity, it makes sense to make the seismic mass 20 as large as possible, that is to say to form it in full carrier thickness. For seismic masses 20 , the webs 21 to 24 are thicker than wide, that is, for. B. have the entire Trä gerdicke, deflections within the carrier plane are preferred over deflections perpendicular to the carrier plane. In the embodiment shown in FIG. 1, two piezoresistors 81 , 82 are applied to each web 21 to 24 . They are arranged to the right and left of the web axes. A linear acceleration of the sensor in the carrier plane or perpendicular to it always leads to a change in length in the same direction of the two halves of the suspension webs to the right and left of the web axis and thus to a change in the same direction of resistance of the piezoresistors on a web. In contrast, a rotational movement about an axis of rotation perpendicular to the carrier surface leads to an opposing bending of the web halves and thus to an opposing resistance change of the piezoresistors on a web. By comparing the resistance values of the resistors on a web or by connecting them accordingly, linear accelerations can easily be distinguished from rotary movements.

In Fig. 2 ist eine Sensorstruktur dargestellt, die mit der in Fig. 1 dargestellten vergleichbar ist. Der Signalabgriff erfolgt hier aber nicht piezoresistiv sondern kapazitiv. Dazu sind parallel zu den Aufhängungsstegen 21 bis 24, vom feststehenden Rahmen 10 ausge hend, feststehende Elektroden 11 bis 14 aus dem Träger strukturiert. Diese feststehenden Elektroden 11 bis 14 bilden zusammen mit den als bewegliche Elektroden dienenden Aufhängungsstegen 21 bis 24 Kapazi täten. Die feststehenden Elektroden 11 bis 14 sind bezüglich der be weglichen Elektroden 21 bis 24 so angeordnet, daß eine Linearbe schleunigung in der Trägerebene zu gegenläufigen Kapazitätsänderun gen an den beiden gegenüberliegenden Kapazitäten führt. Nur eine Drehbewegung um eine Drehachse senkrecht zur Trägerebene führt zu einer gleichsinnigen Kapazitätsänderung an mindestens zwei gegen überliegenden Kapazitäten. Diese Sensorstruktur ist aus einem zwei schichtigen Siliziumträger 1 strukturiert, wobei zwischen der oberen Schicht 2 und der unteren Schicht 3 des Siliziumträgers 1 ein Dotierungsübergang besteht. Die Stege 21 bis 24 sind nur in der oberen Schicht 2 ausgebildet. In den Rahmen 10 sind um den Mündungs bereichen der Stege Isolationsdiffusionen 30 eingebracht. Die Iso lationsdiffusionen 30 können aber auch in geeigneter Weise an den Stellen des Rahmens 10 eingebracht werden, von denen die feststehen den Elektroden 11 bis 14 ausgehen. Diese in Verbindung mit dem pn-Übergang zwischen der oberen Schicht 2 und der unteren Schicht 3 dienen dazu, die als bewegliche Elektroden dienenden Aufhängungsste ge 21 bis 24 von den feststehenden-Elektroden 11 bis 14 elektrisch zu isolieren. In Fig. 3 ist ein Schnitt durch diesen Sensor im Bereich der Stege 22 und 24 dargestellt. Der fest- stehende Rahmen 10 ist in voller Trägerdicke ausgebildet, ebenso wie die seismische Masse 20. Möglich ist aber auch, die seismische Masse 20 ganz oder teilweise in ihrer Dicke zu reduzieren oder auch nur in der oberen Schicht 2 auszubilden. FIG. 2 shows a sensor structure that is comparable to that shown in FIG. 1. The signal tapping is not piezoresistive but capacitive. For this purpose, parallel electrodes 11 to 14 from the carrier are structured parallel to the suspension webs 21 to 24 , starting from the fixed frame 10 . These fixed electrodes 11 to 14 form together with the suspension webs serving as movable electrodes 21 to 24 capacities. The fixed electrodes 11 to 14 are arranged with respect to the movable electrodes 21 to 24 in such a way that a linear acceleration in the carrier plane leads to opposite changes in capacitance in the two opposite capacities. Only a rotary movement about an axis of rotation perpendicular to the carrier plane leads to a change in capacitance in the same direction on at least two opposite capacitors. This sensor structure is structured from a two-layer silicon carrier 1 , wherein there is a doping transition between the upper layer 2 and the lower layer 3 of the silicon carrier 1 . The webs 21 to 24 are formed only in the upper layer 2 . In the frame 10 insulation diffusions 30 are introduced around the mouth areas of the webs. The Iso lationsdiffusions 30 can also be introduced in a suitable manner at the locations of the frame 10 , from which the electrodes 11 to 14 are fixed. These in conjunction with the pn junction between the upper layer 2 and the lower layer 3 serve to electrically isolate the suspension webs 21 to 24 serving as movable electrodes from the fixed electrodes 11 to 14 . In Fig. 3 a section through this sensor in the region of the webs 22 and 24. The fixed frame 10 is of full carrier thickness, as is the seismic mass 20 . However, it is also possible to reduce the thickness of the seismic mass 20 entirely or partially or to form it only in the upper layer 2 .

Eine weitere Möglichkeit der Isolation von Strukturteilen und des Signalabgriffs ist in Fig. 4 dargestellt. Mit 45 sind Ätzgräben bezeichnet, die die obere Schicht 2 vollständig durchdringen. Damit sind in Fig. 4 vom Rahmen ausgehende feststehende Elektroden 41 elektrisch von den von der seismischen Masse 20 ausgehenden beweg lichen Elektroden 42 getrennt. Die beweglichen Elektroden 42 bilden mit den feststehenden Elektroden 41 parallelgeschaltete Interdigi talkondensatoren, die signalverstärkend wirken. Die Funktionsweise des in Fig. 4 dargestellten Sensors entspricht der des in den Fi guren 2 und 3 dargestellten Sensors. Möglich sind auch alle Kombina tionen der dargestellten Signalerfassungsmethoden, wie Interdigital kondensatoren mit den in Fig. 2 dargestellten Diffusionsisolationen und/oder in Verbidung mit einer piezoresisitiven Signalerfassung wie in Fig. 1 dargestellt. Außerdem denkbar ist es, die in den Fig. 2 und 4 dargestellten Kondensatorstrukturen nicht nur zur Signaler fassung sondern auch durch Anlegen einer variablen Spannung zur La geregelung der seismischen Masse 20 einzusetzen. Auf diese Weise kann Überlastsituationen besser begegnet werden, was die Lebensdauer des Sensors erhöht. Die Linearität des Ausgangssignals wird hier durch auch verbessert.Another possibility of isolating structural parts and tapping signals is shown in FIG. 4. 45 are etched trenches that penetrate the upper layer 2 completely. Thus, in Fig. 4 starting from the frame fixed electrodes 41 are electrically separated from the outgoing from the seismic mass 20 movable electrodes 42 . The movable electrodes 42 form with the fixed electrodes 41 parallel-connected Interdigi talc capacitors, which act to amplify the signal. The operation of the sensor shown in FIG. 4 corresponds to that of the sensor shown in FIGS. 2 and 3 . All combinations of the signal detection methods shown are also possible, such as interdigital capacitors with the diffusion insulation shown in FIG. 2 and / or in conjunction with a piezoresistive signal detection as shown in FIG. 1. It is also conceivable to use the capacitor structures shown in FIGS . 2 and 4 not only for signal detection but also by applying a variable voltage to regulate the seismic mass 20 . In this way, overload situations can be better countered, which increases the life of the sensor. The linearity of the output signal is also improved here.

In Fig. 5 ist die Aufsicht auf einen Sensor dargestellt, der aus einem Siliziumträger 1 bestehend aus einem Substrat 3, einer darauf aufgebrachten Isolationsschicht 5 und einer auf die lsolations schicht 5 aufgebrachten Polysiliziumschicht 2 strukturiert ist. Die Fig. 6a und b zeigen Schnitte durch den Sensor an den in Fig. 5 mit A und B bezeichneten Achsen. Aus der Polysiliziumschicht 2 ist ein Ankerpunkt 55 herausstrukturiert, der über die Isolationsschicht 5 fest mit dem Substrat 3 verbunden ist. Von diesem Ankerpunkt 55 als Mittelpunkt gehen zwei ineinanderverlaufende Spiralen 50, 60 aus, die nur in der Polysiliziumschicht 2 ausgebildet sind und außer über den Ankerpunkt 55 nicht mit dem Substrat 3 verbunden sind und also wie Spiralfedern beweglich sind. Jeweils an den außenliegenden Windungen der Spiralen 50, 60 sind bewegliche Massen 51, 61 eben falls nur in der Polysiliziumschicht 2 ausgebildet, die sternförmig zum Ankerpunkt 55 angeordnet sind. Sie weisen zweiseitig kammförmige Fingerstrukturen 511, 611 auf. Ebenfalls sternförmig um den Anker punkt 55 sind zwischen den beweglichen Massen 51, 61 feststehende Elektroden 71 angeordnet, die mit dem Substrat 3 und/oder einem in den Fig. 5, 6a und b nicht dargestellten Rahmen verbunden sind. Auch die feststehenden Elektroden 71 weisen kammförmige Fingerstruk turen 711 auf. Die Fingerstrukturen 511, 611 der beweglichen Massen 51, 61 und die Fingerstrukturen 711 der feststehenden Elektroden 71 greifen ineinander. Diese Fingerstrukturen 511, 611, 711 bilden zu sammen Interdigitalkondensatoren bzw. elektrostatische Reluktanzan triebe, die zur Lageregulierung aber auch zur Signalerfassung be nutzt werden können. Eine Signalerfassung bei dieser Struktur ist außerdem mit auf den Spiralen 50 und 60 angeordneten Piezowiderstän den möglich. In FIG. 5, the plan view is displayed on a sensor consisting of a silicon substrate 1 of a substrate 3 having thereon a insulation layer 5 and the layer 5 lsolations deposited polysilicon layer 2 structured in a. FIGS. 6a and b show sections through the sensor at the locations designated in FIG. 5 A and B axes. An anchor point 55 is structured out of the polysilicon layer 2 and is firmly connected to the substrate 3 via the insulation layer 5 . Starting from this anchor point 55 as the center point are two intertwined spirals 50 , 60 , which are formed only in the polysilicon layer 2 and are not connected to the substrate 3 except via the anchor point 55 and are therefore movable like coil springs. Movable masses 51 , 61 are formed on the outer turns of spirals 50 , 60 , if only formed in polysilicon layer 2 , which are arranged in a star shape relative to anchor point 55 . They have comb-shaped finger structures 511 , 611 on two sides. Also in a star shape around the anchor point 55 are fixed electrodes 71 between the movable masses 51 , 61 , which are connected to the substrate 3 and / or a frame not shown in FIGS. 5, 6a and b. The fixed electrodes 71 also have comb-shaped finger structures 711 . The finger structures 511 , 611 of the movable masses 51 , 61 and the finger structures 711 of the fixed electrodes 71 interlock. These finger structures 511 , 611 , 711 form together interdigital capacitors or electrostatic reluctance drives which can be used for position regulation but also for signal detection. Signal detection in this structure is also possible with piezo resistors arranged on spirals 50 and 60 .

Mit diesem Sensor lassen sich besonders günstig Winkelbeschleunigun gen um eine Achse senkrecht zur Trägeroberfläche erfassen. Dabei wirken die archimedischen Spiralen 50, 60 wie Spiralfedern, die je nach Drehrichtung gedehnt oder gestaucht werden, wodurch die Lage der beweglichen Massen 51, 61 bezüglich der feststehenden Elektroden 71 verändert wird, was zu Änderungen der elektrischen Verhältnisse an den Interdigitalkondensatoren führt.With this sensor, angular accelerations around an axis perpendicular to the carrier surface can be detected particularly cheaply. The Archimedean spirals 50 , 60 act like spiral springs that are stretched or compressed depending on the direction of rotation, as a result of which the position of the movable masses 51 , 61 with respect to the fixed electrodes 71 is changed, which leads to changes in the electrical conditions at the interdigital capacitors.

Claims

1. Sensor for measuring accelerations, in particular angular accelerations, which is made of a silicon support, at least one fixed frame and at least one deflectable seismic mass attached to the frame being structured out of the silicon support and means for detecting deflections in the Carrier plane of the at least one seismic mass is present, characterized in that the seismic mass ( 20 ) is connected to the frame ( 10 ) via at least two symmetrically arranged webs ( 21 to 24 ) which can be bent in the carrier plane, and in that the deflection of the seismic masses Mass ( 20 ) in the carrier plane is detected on at least two opposite sides of the seismic mass ( 20 ).

2. Sensor according to claim 1, characterized in that the frame ( 10 ) is square, that the seismic mass ( 20 ) has a quadra table top, that the seismic mass ( 20 ) four-sided or two-sided connected to the frame ( 10 ) is so that the edges of the square top of the seismic mass ( 20 ) are oriented parallel to the inner surfaces of the frame ( 10 ) and so that the seis mixed mass ( 20 ) hangs in the middle of the frame ( 10 ), and that the suspension webs ( 21 to 24 ) proceed perpendicularly from the edge centers of the top of the seismic mass ( 20 ).

3. Sensor according to claim 1 or 2, characterized in that on the webs ( 21 to 24 ) at least two piezoresistors ( 81 , 82 ) are applied to the right and left of the web axis or are integrated in the webs ( 21 to 24 ).

4. Sensor according to any one of the preceding claims, characterized in that the webs ( 21 to 24 ) and / or the seismic mass ( 20 ) are formed in whole or in part in the entire thickness of the silicon carrier ( 1 ).

5. Sensor according to any one of the preceding claims, characterized in that the silicon carrier ( 1 ) has an upper layer ( 2 ) and a lower layer ( 3 ).

6. Sensor according to claim 5, characterized in that there is a doping junction, preferably a pn junction, between the upper layer ( 2 ) and the lower layer.

7. Sensor according to claim 5 or 6, characterized in that the silicon carrier ( 1 ) is monocrystalline.

8. Sensor according to claim 5 or 6, characterized in that the upper layer ( 2 ) is a poly-silicon layer.

9. Sensor according to claim 8, characterized in that the silicon carrier ( 1 ) between the upper layer ( 2 ) and the lower layer ( 3 ) has an insulation layer ( 5 ), preferably a silicon oxide layer.

10. Sensor according to one of claims 5 to 9, characterized in that starting from the silicon carrier ( 1 ) from two opposite sides of the frame ( 10 ) at least two fixed electrodes ( 11 to 14 ) are structured, each parallel to a suspension web ( 21 to 24 ) are arranged and together with the suspension bars ( 21 to 24 ) designed as movable electrodes each form a capacitor.

11. Sensor according to one of claims 5 to 10, characterized in that from the silicon carrier ( 1 ) from two opposite Be th of the frame ( 10 ) starting from at least two fixed electrodes ( 41 ) and parallel to it from the seismic mass ( 20th ) starting from at least two movable electrodes ( 42 ) which together form a capacitor.

12. Sensor according to claim 10 or 11, characterized in that the suspension webs ( 21 to 24 ) are ausgebil det only in the upper layer ( 2 ) and that the fixed electrodes ( 11 to 14 , 41 ) against the movable electrodes ( 21 to 24 , 42 ) through a pn junction or an insulation layer ( 5 ) between the upper layer ( 2 ) and the lower layer ( 3 ) and through insulation diffusions ( 30 ) in the upper layer ( 2 ) and / or through the upper layer ( 2 ) completely penetrating etching trenches ( 45 ) are isolated.

13. Sensor for measuring accelerations, in particular of angular accelerations, which is made from a silicon substrate ( 1 ), which has a substrate ( 3 ), an insulation layer ( 5 ) applied thereon, and a polysilicon layer ( 2 ) applied to the insulation layer ( 5 ). characterized in that an anchor point ( 55 ) is structured out of the polysilicon layer ( 2 ), which is firmly connected to the substrate ( 3 ) via the insulation layer ( 5 ), starting from the anchor point ( 55 ) as the center point in the Polysilicon layer ( 2 ) two intertwined spirals ( 50 , 60 ) not connected to the substrate ( 3 ) are structured out so that the spirals ( 50 , 60 ) each have at least one movable mass ( 51 , 61 ) on the outer turn, which are arranged in a star shape around the anchor point ( 55 ), that the movable masses ( 51 , 61 ) have finger structures ( 511 , 611 ) on one or both sides, that star-shaped mig around the anchor point ( 55 ) between the movable masses ( 51 , 61 ) fixed electrodes ( 71 ) connected to the substrate ( 3 ) via the insulation layer ( 5 ) are arranged, which have finger structures ( 711 ) on one or both sides, and that the finger structures ( 511 , 611 ) of the movable masses ( 51 , 61 ) and the finger structures ( 711 ) of the fixed electrodes ( 71 ) interlock.

14. Sensor according to claim 13, characterized in that Piezowider stands on the spirals ( 50 , 60 ) are arranged.