EP1266229A1 - Mikromechanisches bauelement - Google Patents

Mikromechanisches bauelement

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EP1266229A1
EP1266229A1 EP01915072A EP01915072A EP1266229A1 EP 1266229 A1 EP1266229 A1 EP 1266229A1 EP 01915072 A EP01915072 A EP 01915072A EP 01915072 A EP01915072 A EP 01915072A EP 1266229 A1 EP1266229 A1 EP 1266229A1
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EP
European Patent Office
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tla
tlb
connecting web
micromechanical component
component according
Prior art date
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Ceased
Application number
EP01915072A
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English (en)
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Inventor
Stefan Pinter
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
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Ceased legal-status Critical Current

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    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
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    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G—PHYSICS
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    • G01P2015/0805—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration
    • G01P2015/0808—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining in-plane movement of the mass, i.e. movement of the mass in the plane of the substrate
    • G01P2015/0811—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining in-plane movement of the mass, i.e. movement of the mass in the plane of the substrate for one single degree of freedom of movement of the mass
    • G01P2015/0814—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining in-plane movement of the mass, i.e. movement of the mass in the plane of the substrate for one single degree of freedom of movement of the mass for translational movement of the mass, e.g. shuttle type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Definitions

  • the present invention relates to a micromechanical component, in particular an acceleration sensor, with a spiral spring device for resiliently supporting a mass over a substrate, the spiral spring device being connected to the mass on the one hand and anchored in the substrate on the other hand.
  • Acceleration sensors and in particular micromechanical acceleration sensors in the technology of surfaces or Volume micromechanics are gaining ever larger market segments in the automotive equipment sector and are increasingly replacing the previously used piezoelectric acceleration sensors.
  • the known micromechanical acceleration sensors usually function in such a way that the spring-mounted seismic mass device, which can be deflected by an external acceleration in at least one direction, causes a change in capacitance when deflected, which is a measure of the acceleration, on a connected differential capacitor device.
  • m is currently set essentially by the stiffness of the spring bearing of the seismic mass, ie by its spring constant. Due to the associated specific integrated electrical circuit (ASIC), only an adjustment in a relatively small sensitivity range is possible.
  • ASIC specific integrated electrical circuit
  • micromechanical component according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that the spring stiffness can be gradually adjusted during pre-measurement or final measurement, ie a single layout or design can be used for a wide range of stiffnesses.
  • a mechanically fixed or fixable structure designed as a spring can be unlocked or locked in order to gradually adjust the effective rigidity of the spiral spring device.
  • Two or more spring elements of the same or different stiffnesses are arranged in series and / or in parallel and a desired effective spring constant is set.
  • the mass is connected to a first spring element which is movable relative to the substrate and is connected to one end of a second spring element via a first connecting web.
  • a first severable anchoring structure for severably anchoring the first connecting web with respect to the substrate intended.
  • the first severable anchoring structure has at least one first separation area, which can be severed by applying electrical current. This is an expedient method for separating a mechanical connection by melting, comparable to an electrical fuse.
  • the first severable anchoring structure has two first separation regions, which are provided on two opposite sides of the first connecting web. In this way, stable, symmetrical anchoring can be achieved.
  • the second spring element is connected to one end of a third spring element via a second connecting web.
  • a second severable anchoring structure for severable anchoring of the second connecting web relative to the substrate is provided on the second connecting web.
  • the second severable anchoring structure has at least one second separation area, which can be severed by applying electrical current.
  • the second severable anchoring structure has two second separation regions, which are provided on two opposite sides of the second connecting web.
  • the respective first and / or second separation region has a first power line, which is connected to the relevant severable anchoring structure, and a second power line, which is connected to the spiral spring device, preferably to an anchoring thereof.
  • first power line which is connected to the relevant severable anchoring structure
  • second power line which is connected to the spiral spring device, preferably to an anchoring thereof.
  • the first and second separation areas or the first and second separation areas have different first power lines, so that they can be cut through selectively.
  • the first and second separation areas or the first and second separation areas have the same first power line and different cross sections, so that they can be cut through selectively. This structure saves the provision of different first power lines for cutting.
  • the mass is connected to a first spring element which is movable relative to the substrate and is connected to one end of a second spring element via a first connecting web.
  • a first controllable anchoring structure for controllably anchoring the first connecting web with respect to the substrate is provided on the first connecting web.
  • a controllable anchoring structure has the advantage that it can be reversibly locked and unlocked between the states. In addition, stepless control of the effective spring constant is possible in principle.
  • the first controllable anchoring structure has at least one first separating area, which can be controlled by a generating device for a magnetic or electrical field. Contactless control can thus be achieved.
  • the first controllable anchoring structure has two first separation areas, which are provided on two opposite sides of the first connecting web.
  • the second spring element is connected to one end of a third spring element via a second connecting web.
  • a second controllable anchoring structure for controllably anchoring the second connecting web with respect to the substrate is provided on the second connecting web.
  • the second controllable anchoring structure has at least one second separating area, which can be controlled by a generating device for a magnetic or electrical field.
  • the second controllable anchoring structure has two second separation areas, which are provided on two opposite sides of the second connecting web.
  • FIG. 1 shows a plan view of an acceleration sensor according to a first embodiment of the present invention.
  • Fig. 2 is a plan view of an acceleration sensor according to a second embodiment of the present invention. DESCRIPTION OF THE EXEMPLARY EMBODIMENTS
  • FIG. 1 shows a top view of an acceleration sensor according to a first embodiment of the present invention.
  • 1 denotes a micromechanical acceleration sensor, 3 a seismic mass, 4 a substrate, 10a-f movable electrodes which are attached to the seismic mass 3, 11a-h fixed electrodes which are firmly anchored in the substrate 4, 60 or 600 anchoring areas in the substrate 4, Cl and C2 capacitor connections, CL1 and CL2 capacitor connection lines, Fl, F2, F3 spring elements of the spiral spring device, Tl and T2 separation connections, Tla, Tlb and T2a, T2b separation areas, TL1 and TL2 separation lines, V12 a connecting bridge between Fl and F2 and V23 a connecting bridge between F2 and F3.
  • VF denotes a connecting web between the seismic mass 3 and the first spiral spring element F1 and VA denotes a connecting web between the third spiral spring element F3 and the anchor 600.
  • the micromechanical acceleration sensor 1 is constructed such that its seismic mass 3 can be deflected in the x direction due to accelerations.
  • the seismic mass is 3 suspended elastically above the substrate 4 via the spiral spring device F1, F2, F3.
  • the spiral spring device F1, F2, F3 is in turn anchored in the substrate via the anchoring 600, but in the state shown also via connecting webs V12 or V23 and the corresponding separating areas Tla, Tlb or T2a, T2b, which are each connected to an anchoring 60 are.
  • a change in the capacitance of the differential capacitor device composed of the fixed electrodes 11a-h and movable electrodes 10a-f can be determined at the terminals C1 and C2, which is a measure of the deflection.
  • An electrical current can be passed through the separating line TL1, the anchoring 60, the respective separating area Tla, Tlb or T2a, T2b, the relevant connecting web V12 or V23 and back via the spring elements F2 or F3 via the separating connections T1 and T2 and connect the connecting bar VA to the anchor 600 and the separation line TL2.
  • the anchoring of the second spring element F2 or of the third spring element F3 can be selectively severed by this current flow and thus a state of lower effective spring constant of the entire spiral spring device can be set. This process is comparable to the blowout of an electrical single-use fuse in the event of an overload.
  • a suitable choice of the geometry or the layer structure of the separation areas allows the precise location for the separation to be determined and, in the case of several spring elements, also the selection of the separation area to be cut at a specific current value.
  • the targeted separation of the structures in the separation areas can generally be done in this embodiment by different electrical resistances. Was done with a common power supply line, and not only through different cross-sections or, for example, separate electrical supply lines.
  • an aluminum layer can optionally be applied to partial areas of the structures for local adaptation of the resistance.
  • the separating areas Tla and Tlb have a smaller cross section than that
  • Separation areas T2a and T2b are separated by first the separation areas Tla and Tlb melt at a first lower current and only at a second higher current, the separation areas T2a and T2b, so that the second spring element F2 and then the third spring element gradually first F3 can be activated.
  • the severing can take place both during electrical pre-measurement and during electrical final measurement.
  • the targeted severing can be checked by the course of the current-voltage values over time in this process.
  • the set effective spring constant of the spiral spring arrangement can be z. B. on the resonance frequency and in the final measurement z. B. can be determined via the sensitivity. 2 shows a top view of an acceleration sensor according to a second embodiment of the present invention.
  • a generating device for a magnetic field is provided in the separating area, the electric field strength being controllable by the voltage applied to T1 'and T2' (here TL1 'and TL2' are corresponding multi-core lines).
  • the second embodiment is identical to the first embodiment.
  • micromechanical base materials can be used, and not just the exemplary silicon substrate.
  • the separation areas are electrical breakdown areas
  • the separation areas can also be influenced in other ways.
  • the contactless cut can be feasible by means of a laser.
  • the contactless control of the effective spring constant can also be realized by an electric field instead of by a magnetic field.
  • the geometry of the spring arrangement is also not limited to the series connection of three spring elements shown, but can have any series connection / parallel connection of a plurality of spring elements, the effective spring constant of which can be influenced externally.

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Abstract

Die Erfindung schafft ein mikromechanisches Bauelement, insbesondere Beschleunigungssensor, mit einer Biegefedereinrichtung (F1, F2, F3) zum federnden Lagern einer Masse (3) über einem Substrat (4), wobei die Biegefedereinrichtung (F1, F2, F3) einerseits mit der Masse (3) verbunden ist und andererseits im Substrat (4) verankert ist. Die Biegefedereinrichtung (F1, F2, F3) weist mindestens ein Biegefederelement (F2, F3) auf, dessen Beweglichkeit gegenüber dem Substrat (4) zur Veränderung der effektiven Federkonstante der Biegefedereinrichtung (F1, F2, F3) veränderbar ist.

Description

Mikromechanisches Bauelement
STAND DER TECHNIK
Die vorliegende Erfindung betrifft ein mikromechanisches Bauelement, insbesondere Beschleunigungssensor, mit einer Biegefedereinrichtung zum federnden Lagern einer Masse über einem Substrat, wobei die Biegefedereinrichtung einerseits mit der Masse verbunden ist und andererseits im Substrat verankert ist.
Obwohl auf beliebige mikromechanische Bauelemente und
Strukturen, insbesondere Sensoren und Aktuatoren, anwendbar, werden die vorliegende Erfindung sowie die ihr zugrundeliegende Problematik in bezug auf einen in der Technologie der Silizium-Oberflächenmikromechanik herstellbaren mi- kromechanischen Beschleunigungssensor erläutert.
Beschleunigungssensoren, und insbesondere mikromechanische Beschleunigungssensoren in der Technologie der Oberflächenbzw. Volumenmikromechanik, gewinnen immer größere Marktseg- mente im Kraftfahrzeugausstattungsbereich und ersetzen in zunehmendem Maße die bisher üblichen piezoelektrischen Beschleunigungssensoren . Die bekannten mikromechanischen Beschleunigungssensoren funktionieren üblicherweise derart, daß die federnd gelagerte seismische Masseneinnc tung, welche durcn eine externe Beschleunigung m mindestens eine Richtung auslenkbar ist, bei Auslenkung eine Kapazitatsanderung an einer damit verbundenen DifferentialKondensatoremπchtung bewirkt, die ein Maß f r die Beschleunigung ist.
Die Empfindlichkeit solcner bekannter mikromechanischer Be- schleunigungssensoren z.B. für die Meßgroße Beschleunigung wird gegenwartig m wesentlichen durch die Steifigkeit der Federlagerung der seismischen Masse eingestellt, also durcn deren Federkonstante. Durch die zugehörige spezifische integrierte elektrische Schaltung (ASIC) ist lediglich ein Abgleich in einem relativ kleinen Empfmdlichkeitsbereich möglich.
Mikromechanischer Beschleunigungssensoren für maximale Beschleunigungen zwischen beispielsweise 2 g und 50 g (g = Erdbeschleunigung) werden derzeit nur durch unterschiedliche Federsteiflgkeiten eingestellt, wobei die seismischen Massen m der Regel kaum variieren.
Als nachteilhaft bei den bekannten Beschleunigungssensoren hat sich also die Tatsache herausgestellt, daß für verschiedene maximale Beschleunigungen verschiedene Layouts erforderlich sind und e n Abgleicn nur m ganz geringem Umfang möglich ist. VORTEILE DER ERFINDUNG
Das erfindungsgemäße mikromechanische Bauelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist den Vorteil auf, daß die Federsteifigkeit beim Vormessen oder Endmessen graduell einstellbar ist, also ein einziges Layout bzw. Design für einen breiten Bereich von Steifigkeiten verwendbar ist.
Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Idee be- steht darin, daß bei dem mikromechanischen Bauelement eine als Feder ausgebildete mechanisch fixierte oder fixierbare Struktur entarretierbar bzw. arretierbar ist, um die effektive Steifigkeit der Biegefedereinrichtung stufenweise einzustellen. Zwei oder mehr Federelemente gleicher oder un- terschiedlicher Steifigkeiten werden dazu in Serie und/oder parallel angeordnet und eine gewünschte effektive Federkon- stante eingestellt.
In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte eiterbil- düngen und Verbesserungen des in Anspruch 1 angegebenen mikromechanischen Bauelements.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist die Masse mit einem ersten Federelement verbunden, welches gegenüber dem Substrat beweglich ist und über einen ersten Verbindungssteg mit einem Ende von einem zweiten Federelement verbunden ist. Am ersten Verbindungssteg ist eine erste durchtrennbare Verankerungsstruktur zur durchtrennbaren Verankerung des ersten Verbindungsstegs gegenüber dem Substrat vorgesehen. So läßt sich eine einstellbare Reihenschaltung mindestens zweier Federelemente realisieren.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die erste durchtrennbare Verankerungsstruktur mindestens einen ersten Trennbereich auf, welcher durch Anlegen von elektrischem Strom durchtrennbar ist. Dies ist ein zweckmäßiges Verfahren zum Trennen einer mechanischen Verbindung durch Aufschmelzen vergleichbar mit einer elektrischen Sicherung.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die erste durchtrennbare Verankerungsstruktur zwei erste Trennbereiche auf, welche an zwei gegenüberliegenden Seiten des ersten Verbindungsstegs vorgesehen sind. So läßt sich eine stabile symmetrische Verankerung realisieren.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist das zweite Federelement über einen zweiten Verbindungssteg mit einem Ende von einem dritten Federelement verbunden. Am zweiten Verbindungssteg ist eine zweite durchtrennbare Verankerungsstruktur zur durchtrennbaren Verankerung des zweiten Verbindungsstegs gegenüber dem Substrat vorgesehen. Auf diese Weise lassen sich analog weitere Federelemente in Reihe schalten.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die zweite durchtrennbare Verankerungsstruktur mindestens einen zweiten Trennbereich auf, welcher durch Anlegen von elektrischem Strom durchtrennbar ist. Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die zweite durchtrennbare Verankerungsstruktur zwei zweite Trennbereiche auf, welche an zwei gegenüberliegenden Seiten des zweiten Verbindungsstegs vorgesehen sind.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist der jeweilige erste und/oder zweite Trennbereich eine erste Stromleitung aufweist, welche mit der betreffenden durch- trennbare Verankerungsstruktur verbunden ist, und eine zweite Stromleitung, welche mit der Biegefedereinrichtung, vorzugsweise mit einer Verankerung davon, verbunden ist. So läßt sich die Trennstromanbindung ohne viel Zusatzaufwand realisieren.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weisen der erste und zweite Trennbereich bzw. die ersten und zweiten Trennbereiche unterschiedliche erste Stromleitungen auf, so daß sie selektiv durchtrennbar sind.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weisen der erste und zweite Trennbereich bzw. die ersten und zweiten Trennbereiche diegleiche erste Stromleitung und unterschiedliche Querschnitte auf, so daß sie selektiv durch- trennbar sind. Dieser Aufbau erspart das Vorsehen unterschiedlicher erster Stromleitungen zur Durchtrennung.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die Masse mit einem ersten Federelement verbunden, welches ge- genuber dem Substrat beweglich ist und über einen ersten Verbindungssteg mit einem Ende von einem zweiten Federelement verbunden ist. Am ersten Verbindungssteg ist eine erste steuerbare Verankerungsstruktur zur steuerbaren Veran- kerung des ersten Verbindungsstegs gegenüber dem Substrat vorgesehen. Eine steuerbare Verankerungsstruktur bringt den Vorteil, daß sie reversibel umschaltbar zwischen den Zustanden arretiert und entarretiert ist. Außerdem ist so prinzipiell eine stufenlose Steuerung der effektiven Feder- konstante möglich.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die erste steuerbare Verankerungsstruktur mindestens einen ersten Trennbereich auf, welcher durch eine Erzeugungsem- richtung für ein magnetisches oder elektrisches Feld steuerbar ist. So laßt sich eine kontaktlose Steuerung erreichen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die erste steuerbare Verankerungsstruktur zwei erste Trennbereiche auf, welche an zwei gegenüberliegenden Seiten des ersten Verbindungsstegs vorgesehen sind.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist das zweite Federelement über einen zweiten Verbindungssteg mit einem Ende von einem dritten Federelement verbunden. Am zweiten Verbindungssteg ist eine zweite steuerbare Verankerungsstruktur zur steuerbare Verankerung des zweiten Verbindungsstegs gegenüber dem Substrat vorgesehen. Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die zweite steuerbare Verankerungsstruktur mindestens einen zweiten Trennbereich auf, welcher durch eine Erzeugungsein- richtung für ein magnetisches oder elektrisches Feld steuerbar ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die zweite steuerbare Verankerungsstruktur zwei zweite Trennbe- reiche auf, welche an zwei gegenüberliegenden Seiten des zweiten Verbindungsstegs vorgesehen sind.
ZEICHNUNGEN
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nach olgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Aufsicht auf einen Beschleunigungssensor gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 2 eine Aufsicht auf einen Beschleunigungssensor gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. BESCHREIBUNG DER AUSFUHRUNGSBEISPIELE
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Bestandteile.
Fig. 1 zeigt eine Aufsicht auf einen Beschleunigungssensor gemäß einer ersten Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung.
In Figur 1 bezeichnen 1 einen mikromechanischen Beschleunigungssensor, 3 eine seismische Masse, 4 ein Substrat, 10a - f bewegliche Elektroden, welche an der seismischen Masse 3 angebracht sind, 11a - h feste Elektroden, welche fest im Substrat 4 verankert sind, 60 bzw. 600 Verankerungsbereiche im Substrat 4, Cl und C2 Kondensatoranschlusse, CL1 und CL2 Kondensatoranschlussleitungen, Fl, F2, F3 Federelemente der Biegefedereinrichtung, Tl und T2 Trennanschlüsse, Tla, Tlb sowie T2a, T2b Trennbereiche, TL1 und TL2 Trennleitungen, V12 einen Verbindungssteg zwischen Fl und F2 und V23 einen Verbindungssteg zwischen F2 und F3. VF bezeichnet einen Verbindungssteg zwischen der seismischen Masse 3 und dem ersten Biegefederelement Fl und VA bezeichnet einen Verbindungssteg zwischen dem dritten Biegefederelement F3 und der Verankerung 600.
Der mikromechanische Beschleunigungssensor 1 gemäß dieser ersten Ausführungsform ist derart aufgebaut, dass seine seismische Masse 3 auf Grund von Beschleunigungen in x- Richtung auslenkbar ist. Dabei ist die seismische Masse 3 über die Biegefedereinrichtung Fl, F2 , F3 elastisch über dem Substrat 4 aufgehängt. Die Biegefedereinrichtung Fl, F2, F3 wiederum ist über die Verankerung 600 im Substrat verankert, aber im gezeigten Zustand auch über Verbindungs- Stege V12 bzw. V23 und die entsprechenden Trennbereiche Tla, Tlb bzw. T2a, T2b, welche jeweils mit einer Verankerung 60 verbunden sind.
Bei einer Auslenkung in x-Richtung ist eine Kapazitatsande- rung der aus den festen Elektroden 11a - h und beweglichen Elektroden 10a - f aufgebauten Differenzialkondensatorein- richtung an den Anschlüssen Cl und C2 feststellbar, welche ein Maß für die Auslenkung ist.
Bei dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind also drei Federelemente Fl, F2, F3 unterschiedlicher Steifigkei- ten hintereinander, d. h. in Reihenschaltung angeordnet.
Hier ist z. B. das steifere Federelement Fl direkt an der seismischen Masse 3 angebunden, wobei die weicheren Federn F2 , F3 durch den jeweiligen Verbindungssteg V12 bzw. V23 angekoppelt sind. Im in Figur 1 gezeigten Zustand ist allerdings nur das erste Federelement Fl zur Federung wirksam, da, wie gesagt, die anderen beiden Federelemente F2 bzw. F3 über den jeweiligen Verbindungssteg V12 bzw. V23 und eine daran angebrachte Verankerungsstruktur 60; Tla, Tlb bzw. 60; T2a, T2b im Substrat verankert sind. Diese mechanische Verankerung kann sowohl im Epitaxie- Polysilizium für die Elektroden und die seismische Masse 3 als auch im vergrabenen Polysilizium für vergrabene Leiterbahnen realisiert sein. Bei dieser Ausfuhrungsform ist sie im Epitaxie-Polysilizium realisiert. Die Einzelheiten dieser Prozesse sind im Stand der Technik bekannt und bedürfen hier keiner weiteren Erläuterung.
Über die Trennanschlusse Tl und T2 lasst sich ein elektri- scher Strom durch die Trennleitung TLl, die Verankerung 60, den jeweiligen Trennbereich Tla, Tlb bzw. T2a, T2b, den betreffenden Verbindungssteg V12 bzw. V23 und zurück über die Federelemente F2 bzw. F3 und den Verbindungssteg VA zur Verankerung 600 und die Trennleitung TL2 anlegen. Durch diesen Stromfluss kann die Verankerung des zweiten Federelementes F2 bzw. des dritten Federelementes F3 selektiv durchtrennt werden und somit ein Zustand niedrigerer effektiver Federkonstante der gesamten Biegefedereinrichtung eingestellt werden. Dieser Vorgang ist vergleichbar mit dem Durchbrennen einer elektrischen Einmal-Sicherung bei Überlast .
Eine geeignete Wahl der Geometrie oder des Schichtaufbaus der Trennbereiche erlaubt die Festlegung der genauen Stelle für die Durchtrennung und bei mehreren Federelementen auch die Selektion des bei einem bestimmten Stromwert zu durchtrennenden Trennbereichs. Die gezielte Durchtrennung der Strukturen in den Trennbereichen kann allgemein bei dieser Ausführungsform durch unterschiedliche elektriscne Wider- Stande bei einer gemeinsamen Stromzuleitung erfolgen, und nicht nur durch unterscniedliche Qαerschnitte oder z.B. getrennte elektrische Zuleitungen.
Sind die Strukturen im Epi-Siliziu realisiert, kann optional auf Teilbereiche der Strukturen eine Aluminiumsch cht zur lokalen Anpassung des Widerstandes aufgebracht werden.
Bei dem m Figur 1 gezeigten Beispiel weisen die Trennbe- reiche Tla und Tlb einen kleineren Querschnitt als die
Trennbereiche T2a und T2b auf. Daher ist zu erwarten, dass bei einem Stromfluss durch diese Parallelanordnung zuerst die Trennbereiche Tla und Tlb bei einem ersten niedrigeren Strom aufschmelzen und erst bei einem zweiten höheren Strom die Trennbereiche T2a und T2b, so dass stufenweise zuerst das zweite Federelement F2 und dann das dritte Federelement F3 aktivierbar ist.
Die Durchtrennung kann sowohl beim elektrischen Vormessen als auch beim elektrischen Endmessen erfolgen. Durch den zeitlichen Verlauf der Strom-Spannungs-Werte bei diesem Vorgang ist die gezielte Durchtrennung überprüfbar. D e eingestellte effektive Federkonstante der Biegefederanord- nung kann beim Vormessen z. B. über die Resonanzfrequenz und beim Endmessen z. B. über die Empfindlichkeit ermittelt werden. Fig. 2 zeigt eine Aufsicht auf einen Beschleunigungssensor gemäß einer zweiten Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung .
In Fig. 2 bezeichnen zusatzlich zu den bereits eingeführten Bezugszeichen Tla', Tlb', T2a', T2b' einen jeweiligen steuerbaren Trennbereich, Tl ' und T2 ' einen jeweiligen modifizierten Trennanschluss und TLl' sowie TL2 ' modifizierte Trennleitungen .
Bei dieser zweiten Ausfuhrungsform ist im Trennbereich eine Erzeugungseinrichtung f r ein magnetisches Feld vorgesehen, wobei die elektrische Feldstarke durch die an Tl' und T2 ' angelegte Spannung steuerbar ist (hier handelt es sich bei TLl' sowie TL2 ' um entsprechende mehradrige Leitungen) . Dadurch lässt sich die effektive Federkonstante der gesamten Biegefedereinrichtung quasi stufenlos als Funktion des erzeugten Magnetfeldes einstellen.
Ansonsten ist die zweite Ausfuhrungsform mit der ersten Ausfuhrungsform identisch.
Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfaltige Weise modi izierbar. Die Erfindung ist insbesondere auf beliebige federnd gelagerte mikromechanische Bauelemente anwendbar, und nicht nur auf Beschleunigungssensoren.
Es können z.B. beliebige mikromechanische Grundmaterialien verwendet werden, und nicht nur das exemplarisch angeführte Siliziumsubstrat .
Obwohl im obigen Beispiel die Trennbereiche elektrische Durchsch elzbereiche sind, können die Trennbereiche auch auf andere Weise beeinflußbar sein. So kann das Durchtrennen kontaktlos z.B. mittels eines Lasers durchführbar sein.
Ebenfalls kann die kontaktlose Steuerung der effektiven Fe- derkonstante anstatt durch ein magnetisches Feld durch ein elektrisches Feld realisiert werden.
Auch die Geometrie der Federanordnung ist nicht auf gezeigte Reihenschaltung dreier Federelemente beschränkt, sondern kann eine beliebige Reihenschaltung/Parallelschaltung einer Mehrzahl von Federelementen aufweisen, deren effektive Federkonstante extern beeinflussbar ist.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Mikromechanisches Bauelement, insbesondere Beschleunigungssensor, mit einer Biegefedereinrichtung (Fl, F2 , F3) zum federnden Lagern einer Masse (3) über einem Substrat (4), wobei die Biegefedereinrichtung (Fl, F2 , F3) einerseits mit der Masse (3) verbunden ist und andererseits im Substrat (4) verankert ist;
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß
die Biegefedereinrichtung (Fl, F2, F3) mindestens ein Biegefederelement (F2, F3) aufweist, dessen Beweglichkeit gegenüber dem Substrat (4) zur Veränderung der effektiven Fe- derkonstante der Biegefedereinrichtung (Fl, F2, F3) veränderbar ist.
2. Mikromechanisches Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse (3) mit einem ersten Feder- element (Fl) verbunden ist, welches gegenüber dem Substrat (4) beweglich ist und über einen ersten Verbindungssteg (V12) mit einem Ende von einem zweiten Federelement (F2) verbunden ist; und daß am ersten Verbindungssteg (V12) eine erste durchtrennbare Verankerungsstruktur (60; Tla, Tlb) zur durchtrennbaren Verankerung des ersten Verbindungsstegs (V12) gegenüber dem Substrat (4) vorgesehen ist.
3. Mikromechanisches Bauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste durchtrennbare Verankerungsstruktur (60; Tla, Tlb) mindestens einen ersten Trennbereich (Tla, Tlb) aufweist, welcher durch Anlegen von elektrischem Strom durchtrennbar ist.
4. Mikromechanisches Bauelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste durchtrennbare Verankerungsstruktur (60; Tla, Tlb) zwei erste Trennbereiche (Tla, Tlb) aufweist, welche an zwei gegenüberliegenden Seiten des ersten Verbindungsstegs (V12) vorgesehen sind.
5. Mikromechanisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Federelement (F2) über einen zweiten Verbindungssteg (V23) mit einem Ende von einem dritten Federelement (F3) verbunden ist; und daß am zweiten Verbindungssteg (V23) eine zweite durchtrennbare Verankerungsstruktur (60; T2a, T2b) zur durchtrennbaren Verankerung des zweiten Verbindungsstegs (V23) gegenüber dem Substrat (4) vorgesehen ist.
6. Mikromechanisches Bauelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite durchtrennbare Verankerungsstruktur (60; T2a, T2b) mindestens einen zweiten Trennbereich (T2a, T2b) aufweist, welcher durch Anlegen von elektrischem Strom durchtrennbar ist.
7. Mikromechanisches Bauelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite durchtrennbare Verankerungsstruktur (60; T2a, T2b) zwei zweite Trennbereiche (T2a, T2b) aufweist, welche an zwei gegenüberliegenden Seiten des zweiten Verbindungsstegs (V23) vorgesehen sind.
8. Mikromechanisches Bauelement nach einem der Ansprüche 3, 4, 6, 7, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweilige erste und/oder zweite Trennbereich (Tla, Tlb; T2a, T2b) eine erste Stromleitung (T1L) aufweist, welche mit der betreffenden durchtrennbare Verankerungsstruktur (60; Tla, Tlb; T2a, T2b) verbunden ist, und eine zweite Stromleitung (TL2) , welche mit der Biegefedereinrichtung (Fl, F2, F3 ) , vorzugs- weise mit einer Verankerung (600) davon, verbunden ist.
9. Mikromechanisches Bauelement nach einem der Ansprüche 3, 4, 6, 7, 8 dadurch gekennzeichnet, daß der erste und zweite Trennbereich (Tla, Tlb; T2a, T2b) bzw. die ersten und zweiten Trennbereiche (Tla, Tlb; T2a, T2b) unterschiedliche erste Stromleitungen aufweisen, so daß sie selektiv durchtrennbar sind.
10. Mikromechanisches Bauelement nach einem der Ansprüche 3, 4, 6, 7, 8 dadurch gekennzeichnet, daß der erste und zweite Trennbereich (Tla, Tlb; T2a, T2b) bzw. die ersten und zweiten Trennbereiche (Tla, Tlb; T2a, T2b) diegleiche erste Stromleitung (TLl) und unterschiedliche Querschnitte aufweisen, so daß sie selektiv durchtrennbar sind.
11. Mikromechanisches Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse (3) mit einem ersten Federelement (Fl) verbunden ist, welches gegenüber dem Substrat (4) beweglich ist und über einen ersten Verbindungssteg (V12) mit einem Ende von einem zweiten Federelement (F2) verbunden ist; und daß am ersten Verbindungssteg (V12) eine erste steuerbare Verankerungsstruktur (60; Tla Tlb') zur steuerbaren Verankerung des ersten Verbindungsstegs (V12) gegenüber dem Substrat (4) vorgesehen ist.
12. Mikromechanisches Bauelement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die erste steuerbare Verankerungsstruktur (60; Tlaλ, Tlb ) mindestens einen ersten Trennbereich (Tla Tlb λ ) aufweist, welcher durch eine Erzeugungseinrichtung für ein magnetisches oder elektrisches Feld steuerbar ist.
13. Mikromechanisches Bauelement nach Anspruch 12, da- durch gekennzeichnet, daß die erste steuerbare Verankerungsstruktur (60; Tla Tlb') zwei erste Trennbereiche
(Tla TlbΛ) aufweist, welche an zwei gegenüberliegenden Seiten des ersten Verbindungsstegs (V12) vorgesehen sind.
13. Mikromechanisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Federelement (F2) über einen zweiten Verbindungssteg (V23) mit einem Ende von einem dritten Federelement (F3) verbunden ist; und daß am zweiten Verbindungssteg (V23) ei- ne zweite steuerbare Verankerungsstruktur (60; T2a , T2b ) zur steuerbare Verankerung des zweiten Verbindungsstegs (V23) gegenüber dem Substrat (4) vorgesehen ist.
14. Mikromechanisches Bauelement nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite steuerbare Verankerungsstruktur (60; T2a T2b ) mindestens einen zweiten Trennbereich (T2a, T2b) aufweist, welcher durch eine Erzeugungseinrichtung für e n magnetisches oder elektrisches Feld steuerbar ist.
15. Mikromechanisches Bauelement nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite steuerbare Verankerungsstruktur (60; T2aΛ, T2b λ ) zwei zweite Trennbereiche (T2a, T2b) aufweist, welche an zwei gegenüberliegenden Seiten des zweiten Verbindungsstegs (V23) vorgesehen sind.
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