WO2017080740A1 - Acceleration sensor - Google Patents

Acceleration sensor Download PDF

Info

Publication number
WO2017080740A1
WO2017080740A1 PCT/EP2016/074416 EP2016074416W WO2017080740A1 WO 2017080740 A1 WO2017080740 A1 WO 2017080740A1 EP 2016074416 W EP2016074416 W EP 2016074416W WO 2017080740 A1 WO2017080740 A1 WO 2017080740A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
test mass
substrate
acceleration sensor
stop
elastic
Prior art date
Application number
PCT/EP2016/074416
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Guenther-Nino-Carlo Ullrich
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Publication of WO2017080740A1 publication Critical patent/WO2017080740A1/en

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • 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
    • G01P15/125—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 by capacitive pick-up
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B3/00—Devices comprising flexible or deformable elements, e.g. comprising elastic tongues or membranes
    • B81B3/0035—Constitution or structural means for controlling the movement of the flexible or deformable elements
    • B81B3/0051—For defining the movement, i.e. structures that guide or limit the movement of an element
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/18—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration in two or more dimensions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
    • B81B2201/02—Sensors
    • B81B2201/0228—Inertial sensors
    • B81B2201/0235—Accelerometers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
    • B81B2201/02—Sensors
    • B81B2201/0228—Inertial sensors
    • B81B2201/0242—Gyroscopes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • 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
    • G01P2015/0862—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 particular means being integrated into a MEMS accelerometer structure for providing particular additional functionalities to those of a spring mass system
    • G01P2015/0871—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 particular means being integrated into a MEMS accelerometer structure for providing particular additional functionalities to those of a spring mass system using stopper structures for limiting the travel of the seismic mass

Definitions

  • the invention relates to an acceleration sensor having a substrate and a test mass elastically attached to the substrate, acceleration of the substrate resulting in a measurable deflection of the test mass, and the test mass striking the substrate at an acceleration of the substrate exceeding a maximum value.
  • FIG. 1 shows schematically a plan view of an example of such a sensor.
  • the acceleration sensor (hereinafter referred to as sensor) 100 comprises a substrate 12 and a seismic mass (hereinafter test mass) 14.
  • the test mass 14 is elastically attached to the substrate 12 and thus movable relative to the substrate 12 to a certain degree. An acceleration of the substrate 12 leads to a measurable deflection of the test mass 14 leads.
  • the term acceleration sensor also includes yaw rate sensors.
  • test mass 14 strikes the substrate 12. This can cause it
  • substrate 12 and test mass 14 each extend substantially parallel to a major plane XY (XY plane). That is, their dimensions in the Z direction (the direction perpendicular to the XY plane) are significantly smaller than their dimensions in the X direction and in the Y direction.
  • the test mass 14 is connected to the substrate 12 via elastic supports 16 suspended elastically.
  • the substrate 12 comprises a substantially rigid bearing member 18.
  • the bearing member 18 may be formed as a pillar or pedestal extending perpendicular to the XY plane.
  • the elastic supports 16 are rod-shaped in the example and extend from the bearing element 18 to corresponding suspension points 20 of FIG.
  • Test mass 14 The substrate 12, the test mass 14 and the carrier 16 may be integrally formed. For example, they can be made from a silicon block using a lithographic process.
  • the mass distribution of the test mass 14 is preferably such that the center of gravity of the test mass 14 is in the vicinity of the bearing element 18, preferably within the
  • the acceleration sensor 10 further includes one or more
  • the sensor elements may, for example, respond to changes in the electrical capacitance between the test mass 14 and the substrate 12.
  • the test mass 14 is simultaneously movable in all three directions (X, Y, and Z) relative to the substrate 12.
  • the acceleration in each of the three directions X, Y and Z is measurable.
  • the geometry shown here is just an example.
  • the invention explained in more detail below is not limited to flat geometries or to geometries that allow a three-dimensional movement of the test mass. Rather, the invention is applicable to any type of acceleration sensor according to the
  • the acceleration sensor 10 in FIG. 1 is an example of one
  • a compound vibrator is an acceleration sensor with only one test mass.
  • the test mass may be exactly one, exactly two or (as in the example shown) exactly three have translatory degrees of freedom. Another example of one
  • Acceleration sensor with two or more test masses that are independently movable.
  • the structure described with reference to FIG. 1 is conceivable in principle for any type of acceleration sensor, not just for
  • a high acceleration of the substrate 12 relative to the test mass 14 leads to a strong deflection of the test mass 14 relative to the substrate 12. This is accompanied by a strong elastic deformation of the carrier 16. To limit the deflection in case of overstress of the acceleration sensor (for example, when impacting on a hard surface at high speed) and
  • Acceleration sensor 100 structures formed that stop the test mass. These structures are referred to as stop elements or stop locations.
  • the stop elements are fixedly connected to the substrate 12 or integrally formed with it. In this application, the
  • Stop elements considered as part of the substrate In the example shown in FIG. 1, the substrate 12 has two stop elements 22. In other examples (not shown) are the stop elements of
  • Acceleration sensor realized differently. For example, a
  • Stop element as a test mass at least partially surrounding
  • Figure 2 shows an enlarged detail of Figure 1.
  • Figure 3 shows a further enlarged section.
  • the stop element 22 is provided in the example with nubs 24, which each have a corresponding nub 26 of the
  • Test mass 14 is opposite. In the event of an overload (for example in the Y direction), one or more of the studs 24 of the test mass 14 strike against the corresponding studs 26 of the stop element 22. The studs then form the contact surface between test mass 14 and substrate 12. If the Overload is too large, the nub can break off locally or splinter. This can release particles that can affect the accuracy of measurement or that can lead to further damage in the sensor core. This should be avoided. It has been found that enlarging the contact surfaces (larger surface area of the dimples) does not necessarily solve the problem, because due to process variations, the surfaces are not perfectly flat and thus generally a local contact zone is apparent, in which the
  • the acceleration sensor according to the invention is distinguished from the
  • Stop element is arranged an elastic element for cushioning the stop.
  • the test mass is thus at the attack on the
  • the elastic element is part of the test mass.
  • the elastic element can, for example, on a main body of the test mass.
  • the elastic element is part of
  • the elastic element may for example be attached to a base body of the substrate or be formed integrally therewith.
  • the elastic element has one or more flexible elongated sections.
  • the flexible elongated portions may each be parallel to a surface portion of the
  • the elastic element has a free end. This can be a relatively soft suspension realize.
  • the elastic element has no free
  • the elastic element has an S-shaped section. This can be a particularly soft suspension realize.
  • the elastic element may be an annular one
  • the annular portion may have a greater spring stiffness than, for example, an S-shaped portion.
  • the test mass or the elastic element or both are each provided with one or more knobs limiting the bending of the elastic element.
  • the one or more bumps bounding the bending of the elastic element may, for example, be on a side of the elastic element facing one
  • the test mass and the stop element each have one or more stop nubs.
  • the stop nubs cause additional elastic deformation of the elastic element and / or the stop element and thus an improved damping of the impact.
  • Each stop mop of the stop element is thus assigned an opposite stop mop of the elastic element. The stop nubs effect in pairs an additional elastic deformation of the elastic element and / or the stop element and thus an improved damping of the impact.
  • the substrate or the test mass or both are made of silicon or silicon oxide. These materials are particularly suitable for processing in lithographic processes.
  • FIG. 1 shows schematically a section through an acceleration sensor of conventional type.
  • FIG. 2 shows an enlarged detail from FIG. 1.
  • FIG. 3 shows an enlarged detail from FIG. 2.
  • FIG. 4 shows a section through a region of an acceleration sensor according to a first embodiment.
  • FIG. 5 shows an enlarged detail from FIG. 4.
  • FIG. 6 shows a section through a region of an acceleration sensor according to a second embodiment.
  • Figure 7 shows schematically another example of an embodiment of an elastic element.
  • Figure 4 and Figure 5 show schematically an example of a
  • the acceleration sensor 400 Similar to the acceleration sensor 100 shown in FIG. 1, the acceleration sensor 400 comprises a substrate with at least one stop element 22 and a test mass 14 movably mounted on the substrate Acceleration sensor 400 compared to the acceleration sensor 100 received.
  • Bouncing means braking elastically.
  • An elastic element in this application is to be understood as meaning any structure which, due to its external geometric shape, has a particularly high degree of elasticity.
  • the elastic element may in particular be elastically flexible.
  • Elastic flexible elements can also be made of relatively rigid materials, for example silicon or silicon oxide, by suitable shaping.
  • the elastic element 28 causes that in the case of a striking of the test mass 14 to the stop element 22, the deceleration of the test mass 14 takes place in comparison to the design according to FIG. 1 over a longer time interval.
  • the elastic member 28 acts as a shock absorber between the stopper member 22 and the test mass 14.
  • the elastic member 28 Upon impact of the test mass 14 on the stopper member 22, the elastic member 28 is elastically bent during the decelerating interval, converting kinetic energy into spring energy of the elastic member.
  • the forces occurring between the test mass 14 and the stop element 22 act compared to a design in which no comparable elastic element is provided over a longer time interval and are correspondingly lower. Damage to the contact surfaces between the test mass 14 and the stop element 22 can thus be avoided.
  • the elastic member 28 is part of
  • the elastic element 28 may be formed as part of the test mass 14.
  • the test mass 14 and the elastic element 28 have facing studs 24 and 26, respectively.
  • the stop nubs 26 are not arranged directly on the surface of the main body of the stop element 22, but on a surface section of the elastic element 28 facing the test mass 14.
  • the Stop nubs 24 and 26 are exposed to significantly lower impact forces compared to those in Figure 1. The risk that they will be damaged in the attack is correspondingly lower.
  • no stop knobs are provided.
  • Stop element 22 two facing nubs 30 and 32, respectively.
  • the knobs 30 and 32 limit the deflection of the elastic element 28.
  • the elastic element 28 in the example is substantially bar-shaped or sheet-shaped and extends approximately parallel to one
  • the elastic element 28 has a fixed first end 34 and a free second end 36.
  • the first end 34 is directly connected to a main body of the stopper member 22.
  • the first end 34 of the elastic member 28 may be directly connected to a main body of the test mass 14 (and not to the main body of the stop member 22); In this case, the elastic element 28 is not part of the stop element 22, but part of the test mass 14. Upon impact of the test mass 14 on the stop element 22, the elastic element 28 is bent in the direction of the stop element 22, wherein the nubs 32 and 30 ensure that the bending of the elastic element 28 does not exceed a maximum degree of bending.
  • the knobs 30 and 32 together define a contact surface between the elastic member 28 and the main body of the stopper member 22.
  • the elastic element 28 and the stop element 22 are in one piece in the example, for example a contiguous piece of silicon. It can be seen that the elastic element 28 together with the
  • Stop element 22 (and many or all other components of the core of the acceleration sensor 400) can be produced in a common manufacturing step.
  • FIG. 6 schematically shows a detail of an acceleration sensor 600 according to a second embodiment. In the example that is
  • Stop element 22 similar to the acceleration sensor 400 (see Figure 4 and 5) provided with an elastic member 28 which absorbs the stop of the test mass 14 to the stop element 22.
  • the elastic element 28 is here part of a resilient structure which additionally comprises an elastic element 38 formed in the test mass 14. Upon impact of the test mass 14 on the stop element 22, the elastic elements 28 and 38 abut each other and cushion the impact together.
  • both the test mass 14 and the stopper member 22 are each provided with a shock absorber, and the two shock absorbers (that is, the two springs 28 and 38) are elastically deformed together upon impact. This achieves a particularly gentle deceleration of the test mass 14.
  • the two elastic elements 28 and 38 are connected in series. In other embodiments (not shown), the resilient structure comprises more than two elastic elements connected in series.
  • the elastic element 38 is substantially bar-shaped or sheet-shaped and has two fixed ends 40 and 42. It can be seen that the person skilled in a variety of design options are available to achieve a suitable spring rate of the resilient structure. The design possibilities include, in particular, the number of elastic elements connected in series and the geometric shape of the individual elastic elements. The resulting spring hardness, however, is largely independent of whether an elastic element is attached to the test mass 14 or to the stop element 22. For example, it is expected that a spring structure in which the elastic member 28 of FIG. 6 is attached not to the stopper member 22 but to the test mass 14 will have a hardness similar to the spring structure shown in FIG.
  • One of the test mass 14 facing side of the elastic member 38 or one of the elastic member 38 facing side of the test mass 14 or both sides may be provided with nubs 44 and 46, which limit the bending of the elastic member 38. That's in terms of Knobs 30 and 32 above also apply to nubs 44 and 46.
  • FIG. 7 schematically shows an embodiment in which the elastic element 28 has two elongated sections 48 and 50 which are offset in the direction of impact.
  • the elastic member 28 may have a C-shaped, S-shaped or annular profile.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Pressure Sensors (AREA)

Abstract

The invention relates to an acceleration sensor (10) having a substrate (12) and a test mass (14) which is elastically attached to the substrate. An acceleration of the substrate leads to a measurable deflection of the test mass. If an acceleration of the substrate exceeds a maximum value, the test mass comes into contact with a stop element (22) of the substrate. An elastic element for the cushioning of the stop is arranged between the substrate and the stop element.

Description

Beschreibung Titel  Description title
Beschleunigungssensor  accelerometer
Die Erfindung betrifft einen Beschleunigungssensor mit einem Substrat und einer elastisch an dem Substrat befestigten Testmasse, wobei eine Beschleunigung des Substrates zu einer messbaren Auslenkung der Testmasse führt und wobei die Testmasse bei einer einen Maximalwert überschreitenden Beschleunigung des Substrates an das Substrat anschlägt. The invention relates to an acceleration sensor having a substrate and a test mass elastically attached to the substrate, acceleration of the substrate resulting in a measurable deflection of the test mass, and the test mass striking the substrate at an acceleration of the substrate exceeding a maximum value.
Figur 1 zeigt schematisch eine Draufsicht auf ein Beispiel eines derartigen Sensors. Der Beschleunigungssensor (nachfolgend kurz Sensor) 100 umfasst ein Substrat 12 und eine seismische Masse (nachfolgend Testmasse) 14. Die Testmasse 14 ist elastisch an dem Substrat 12 befestigt und damit relativ zu dem Substrat 12 zu einem gewissen Grad beweglich. Eine Beschleunigung des Substrates 12 führt zu einer messbaren Auslenkung der Testmasse 14 führt. Der Begriff Beschleunigungssensor umfasst auch Drehratensensoren. Figure 1 shows schematically a plan view of an example of such a sensor. The acceleration sensor (hereinafter referred to as sensor) 100 comprises a substrate 12 and a seismic mass (hereinafter test mass) 14. The test mass 14 is elastically attached to the substrate 12 and thus movable relative to the substrate 12 to a certain degree. An acceleration of the substrate 12 leads to a measurable deflection of the test mass 14 leads. The term acceleration sensor also includes yaw rate sensors.
Wenn die Beschleunigung des Substrates 12 einen Maximalwert überschreitet, schlägt die Testmasse 14 an das Substrat 12 an. Dadurch kann es zu If the acceleration of the substrate 12 exceeds a maximum value, the test mass 14 strikes the substrate 12. This can cause it
Beschädigungen sowohl am Substrat 12 als auch an der Testmasse 14 im Bereich der Anschlagstelle kommen. Damage to both the substrate 12 and the test mass 14 in the region of the stop point come.
In dem gezeigten Beispiel erstrecken sich das Substrat 12 und die Testmasse 14 jeweils im Wesentlichen parallel zu einer Hauptebene XY (XY-Ebene). Das heißt, ihre Abmessungen in der Z-Richtung (der Richtung senkrecht zur XY-Ebene) sind deutlich geringer als ihre Abmessungen in der X-Richtung und in der Y- Richtung. Die Testmasse 14 ist über elastische Träger 16 an dem Substrat 12 elastisch aufgehängt. In dem Beispiel weist das Substrat 12 ein im Wesentlichen starres Lagerelement 18 auf. Das Lagerelement 18 kann zum Beispiel als eine sich senkrecht zur XY-Ebene erstreckende Säule oder Sockel ausgebildet sein. Die elastischen Träger 16 sind in dem Beispiel stabförmig und erstrecken sich von dem Lagerelement 18 zu entsprechenden Aufhängepunkten 20 der In the example shown, substrate 12 and test mass 14 each extend substantially parallel to a major plane XY (XY plane). That is, their dimensions in the Z direction (the direction perpendicular to the XY plane) are significantly smaller than their dimensions in the X direction and in the Y direction. The test mass 14 is connected to the substrate 12 via elastic supports 16 suspended elastically. In the example, the substrate 12 comprises a substantially rigid bearing member 18. For example, the bearing member 18 may be formed as a pillar or pedestal extending perpendicular to the XY plane. The elastic supports 16 are rod-shaped in the example and extend from the bearing element 18 to corresponding suspension points 20 of FIG
Testmasse 14. Das Substrat 12, die Testmasse 14 und die Träger 16 können einstückig ausgebildet sein. Zum Beispiel können sie aus einem Siliziumblock mithilfe eines lithografischen Verfahrens hergestellt werden. Die Masseverteilung der Testmasse 14 ist vorzugsweise so, dass der Schwerpunkt der Testmasse 14 in der Nähe des Lagerelementes 18 liegt, vorzugsweise innerhalb des  Test mass 14. The substrate 12, the test mass 14 and the carrier 16 may be integrally formed. For example, they can be made from a silicon block using a lithographic process. The mass distribution of the test mass 14 is preferably such that the center of gravity of the test mass 14 is in the vicinity of the bearing element 18, preferably within the
Lagerelementes 18. Das von der Gravitationskraft erzeugte Drehmoment der Testmasse 14 bezüglich des Lagerelementes 18 kann damit minimiert werden.  Bearing element 18. The torque generated by the gravitational force of the test mass 14 with respect to the bearing element 18 can thus be minimized.
Der Beschleunigungssensor 10 umfasst des Weiteren ein oder mehrere The acceleration sensor 10 further includes one or more
Sensorelemente (in den Zeichnungen ohne Bezugszeichen), die jeweils ein von der Position der Testmasse 14 bezüglich des Substrates 12 abhängiges Sensor elements (in the drawings without reference numerals), each dependent on the position of the test mass 14 with respect to the substrate 12
Messsignal liefern. Die Sensorelemente können zum Beispiel auf Veränderungen der elektrischen Kapazität zwischen der Testmasse 14 und des Substrates 12 ansprechen. Deliver measuring signal. The sensor elements may, for example, respond to changes in the electrical capacitance between the test mass 14 and the substrate 12.
In dem Beispiel ist die Testmasse 14 gleichzeitig in allen drei Richtungen (X, Y und Z) relativ zu dem Substrat 12 bewegbar. Damit ist die Beschleunigung in jeder der drei Richtungen X, Y und Z messbar. Die hier gezeigte Geometrie ist jedoch lediglich ein Beispiel. Die unten näher erläuterte Erfindung ist nicht auf flache Geometrien oder auf Geometrien, die eine dreidimensionale Bewegung der Testmasse erlauben, beschränkt. Vielmehr ist die Erfindung auf jede Art von Beschleunigungssensor gemäß dem In the example, the test mass 14 is simultaneously movable in all three directions (X, Y, and Z) relative to the substrate 12. Thus, the acceleration in each of the three directions X, Y and Z is measurable. However, the geometry shown here is just an example. The invention explained in more detail below is not limited to flat geometries or to geometries that allow a three-dimensional movement of the test mass. Rather, the invention is applicable to any type of acceleration sensor according to the
Oberbegriff von Anspruch 1 anwendbar. The preamble of claim 1 applicable.
Der Beschleunigungssensor 10 in Figur 1 ist ein Beispiel eines The acceleration sensor 10 in FIG. 1 is an example of one
Einmassenschwingers. Ein Einmassenschwinger ist ein Beschleunigungssensor mit nur einer Testmasse. Die Testmasse kann je nach Ausführungsform genau einen, genau zwei oder (wie in dem gezeigten Beispiel) genau drei translatorische Freiheitsgrade haben. Ein weiteres Beispiel eines Single-mass oscillator. A compound vibrator is an acceleration sensor with only one test mass. Depending on the embodiment, the test mass may be exactly one, exactly two or (as in the example shown) exactly three have translatory degrees of freedom. Another example of one
Einmassenschwingers ist in der US- Patentschrift US 8,596, 122 B2 (Classen et al.) beschrieben. Ein Mehrmassenschwinger hingegen ist ein Single-vibrator is described in US Pat. No. 8,596,122 B2 (Classen et al.). A multi-mass oscillator, however, is one
Beschleunigungssensor mit zwei oder mehr Testmassen, die unabhängig voneinander beweglich sind. Die mit Bezug auf Figur 1 beschriebene Struktur ist prinzipiell für jede Art von Beschleunigungssensor denkbar, nicht nur für Acceleration sensor with two or more test masses that are independently movable. The structure described with reference to FIG. 1 is conceivable in principle for any type of acceleration sensor, not just for
Einmassenschwinger. Es versteht sich, dass die in der vorliegenden Anmeldung anhand des Beispiels eines Einmassenschwingers erläuterte Erfindung ebenso gut in einem Mehrmassenschwinger verwirklicht werden kann. Single mass. It is understood that the invention explained in the present application with reference to the example of a one-shot oscillator can equally well be realized in a multi-mass oscillator.
Eine hohe Beschleunigung des Substrates 12 relativ zur Testmasse 14 führt zu einer starken Auslenkung der Testmasse 14 relativ zu dem Substrat 12. Damit geht eine starke elastische Verformung der Träger 16 einher. Um die Auslenkung bei Überbeanspruchung des Beschleunigungssensors (zum Beispiel beim Aufprall auf eine harte Oberfläche mit hoher Geschwindigkeit) zu begrenzen undA high acceleration of the substrate 12 relative to the test mass 14 leads to a strong deflection of the test mass 14 relative to the substrate 12. This is accompanied by a strong elastic deformation of the carrier 16. To limit the deflection in case of overstress of the acceleration sensor (for example, when impacting on a hard surface at high speed) and
Schäden (zum Beispiel Bruch der Träger) zu vermeiden, sind im To avoid damage (for example breakage of the carrier) are in the
Beschleunigungssensor 100 Strukturen ausgebildet, die die Testmasse aufhalten. Diese Strukturen werden als Anschlagelemente oder Anschlagstellen bezeichnet. Die Anschlagelemente sind fest mit dem Substrat 12 verbunden oder einstückig mit ihm ausgebildet. In dieser Anmeldung werden die Acceleration sensor 100 structures formed that stop the test mass. These structures are referred to as stop elements or stop locations. The stop elements are fixedly connected to the substrate 12 or integrally formed with it. In this application, the
Anschlagelemente als Teil des Substrates aufgefasst. In dem in Figur 1 gezeigten Beispiel weist das Substrat 12 zwei Anschlagelemente 22 auf. In anderen Beispielen (nicht dargestellt) sind die Anschlagelemente des  Stop elements considered as part of the substrate. In the example shown in FIG. 1, the substrate 12 has two stop elements 22. In other examples (not shown) are the stop elements of
Beschleunigungssensors anders realisiert. Zum Beispiel kann ein Acceleration sensor realized differently. For example, a
Anschlagelement als ein die Testmasse zumindest teilweise umgebenderStop element as a test mass at least partially surrounding
Randbereich des Substrates ausgebildet sein. Be formed edge region of the substrate.
Figur 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus Figur 1. Figur 3 zeigt einen nochmals vergrößerten Ausschnitt. Das Anschlagelement 22 ist in dem Beispiel mit Noppen 24 versehen, denen jeweils eine entsprechende Noppe 26 derFigure 2 shows an enlarged detail of Figure 1. Figure 3 shows a further enlarged section. The stop element 22 is provided in the example with nubs 24, which each have a corresponding nub 26 of the
Testmasse 14 gegenüberliegt. Im Falle einer Überlast (zum Beispiel in Y- Richtung) schlagen eine oder mehrere der Noppen 24 der Testmasse 14 gegen die entsprechenden Noppen 26 des Anschlagelementes 22. Die Noppen bilden dann die Kontaktfläche zwischen Testmasse 14 und Substrat 12. Wenn die Überlast zu groß wird, kann die Noppe lokal abbrechen oder absplittern. Dadurch können Partikel freigesetzt werden, die die Messgenauigkeit beeinträchtigen können oder die zu weiteren Schäden im Sensorkern führen können. Dies sollte vermieden werden. Es hat sich gezeigt, dass das Vergrößern der Kontaktflächen (größere Oberfläche der Noppen) das Problem nicht unbedingt löst, da aufgrund von Prozessschwankungen die Oberflächen nicht perfekt eben sind und sich damit im Allgemeinen eine lokale Kontaktzone abzeichnet, in der die Test mass 14 is opposite. In the event of an overload (for example in the Y direction), one or more of the studs 24 of the test mass 14 strike against the corresponding studs 26 of the stop element 22. The studs then form the contact surface between test mass 14 and substrate 12. If the Overload is too large, the nub can break off locally or splinter. This can release particles that can affect the accuracy of measurement or that can lead to further damage in the sensor core. This should be avoided. It has been found that enlarging the contact surfaces (larger surface area of the dimples) does not necessarily solve the problem, because due to process variations, the surfaces are not perfectly flat and thus generally a local contact zone is apparent, in which the
Aufschlagkräfte gefährlich groß werden können. Es ist Aufgabe der Erfindung, Beschädigungen der Oberfläche der Testmasse oder des Substrates bei Anschlag der Testmasse zu vermeiden. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche beschreiben besonders vorteilhafte Ausführungsformen. Der erfindungsgemäße Beschleunigungssensor zeichnet sich gegenüber demImpact forces can become dangerously large. It is an object of the invention to avoid damage to the surface of the test mass or of the substrate when the test mass is hit. This object is solved by the characterizing features of claim 1. The dependent claims describe particularly advantageous embodiments. The acceleration sensor according to the invention is distinguished from the
Stand der Technik dadurch aus, dass zwischen dem Substrat und dem State of the art characterized in that between the substrate and the
Anschlagelement ein elastisches Element zur Abfederung des Anschlags angeordnet ist. Die Testmasse wird damit beim Anschlag an das Stop element is arranged an elastic element for cushioning the stop. The test mass is thus at the attack on the
Anschlagelement weniger abrupt abgebremst. Stop element braked less abruptly.
Gemäß einer Ausführungsform ist das elastische Element Teil der Testmasse. Das elastische Element kann zum Beispiel an einem Grundkörper des According to one embodiment, the elastic element is part of the test mass. The elastic element can, for example, on a main body of the
Testmasse befestigt sein oder einstückig mit ihm ausgebildet sein. Gemäß einer anderen Ausführungsform ist das elastische Element Teil desTest mass to be attached or be formed integrally with him. According to another embodiment, the elastic element is part of
Substrates oder an dem Substrat, nicht aber an der Testmasse, befestigt. Das elastische Element kann zum Beispiel an einem Grundkörper des Substrates befestigt sein oder einstückig mit ihm ausgebildet sein. Gemäß einer Ausführungsform weist das elastische Element einen oder mehrere biegsame längliche Abschnitte auf. Die biegsamen länglichen Abschnitte können sich zum Beispiel jeweils parallel zu einem Oberflächenabschnitt des Substrate or attached to the substrate, but not to the test mass. The elastic element may for example be attached to a base body of the substrate or be formed integrally therewith. According to one embodiment, the elastic element has one or more flexible elongated sections. For example, the flexible elongated portions may each be parallel to a surface portion of the
Anschlagelementes oder parallel zu einem Oberflächenabschnitt der Testmasse erstrecken. Gemäß einer Ausführungsform weist das elastische Element ein freies Ende auf. Damit lässt sich eine verhältnismäßig weiche Federung realisieren. Stop element or extend parallel to a surface portion of the test mass. According to one embodiment, the elastic element has a free end. This can be a relatively soft suspension realize.
5 Gemäß einer anderen Ausführungsform weist das elastische Element kein freies 5 According to another embodiment, the elastic element has no free
Ende auf. Damit lässt sich eine relativ harte Federung realisieren.  End up. This can be a relatively hard suspension realize.
Gemäß einer Ausführungsform weist das elastische Element einen S-förmigen Abschnitt auf. Damit lässt sich eine besonders weiche Federung realisieren.According to one embodiment, the elastic element has an S-shaped section. This can be a particularly soft suspension realize.
0 Alternativ oder zusätzlich kann das elastische Element einen ringförmigen Alternatively or additionally, the elastic element may be an annular one
Abschnitt auf weisen. Bei vergleichbaren allgemeinen Abmessungen kann der ringförmige Abschnitt eine größere Federhärte haben als zum Beispiel ein S- förmiger Abschnitt. 5 Gemäß einer Ausführungsform sind die Testmasse oder das elastische Element oder beide jeweils mit einer oder mehreren die Verbiegung des elastischen Elementes begrenzenden Noppen versehen. Die eine oder die mehreren die Verbiegung des elastischen Elementes begrenzenden Noppen können zum Beispiel auf einer dem elastischen Element zugewandten Seite eines  Section on. For comparable general dimensions, the annular portion may have a greater spring stiffness than, for example, an S-shaped portion. According to one embodiment, the test mass or the elastic element or both are each provided with one or more knobs limiting the bending of the elastic element. The one or more bumps bounding the bending of the elastic element may, for example, be on a side of the elastic element facing one
o Hauptkörpers der Testmasse angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich können eine oder mehrere die Verbiegung des elastischen Elementes begrenzende Noppen auf einer dem Hauptkörper der Testmasse zugewandten Seite des elastischen Elementes angeordnet sein. 5 Gemäß einer Ausführungsform weisen die Testmasse und das Anschlagelement jeweils eine oder mehrere Anschlagnoppen auf. Die Anschlagnoppen bewirken eine zusätzliche elastische Deformierung des elastischen Elementes und/oder des Anschlagelementes und damit eine verbesserte Dämpfung des Aufpralls. o Gemäß einer Ausführungsform treffen die Anschlagnoppen der Testmasse und die Anschlagnoppen des Anschlagelementes beim Anschlagen der Testmasse an das Anschlagelement paarweise aufeinander. Jeder Anschlagnoppe des Anschlagelementes ist somit eine ihr entgegengesetzte Anschlagnoppe des elastischen Elementes zugeordnet. Die Anschlagnoppen bewirken paarweise eine zusätzliche elastische Deformierung des elastischen Elementes und/oder des Anschlagelementes und damit eine verbesserte Dämpfung des Aufpralls. o be arranged main body of the test mass. Alternatively or additionally, one or more knobs limiting the bending of the elastic element may be arranged on a side of the elastic element facing the main body of the test mass. According to one embodiment, the test mass and the stop element each have one or more stop nubs. The stop nubs cause additional elastic deformation of the elastic element and / or the stop element and thus an improved damping of the impact. o According to one embodiment meet the stop knobs of the test mass and the stop knobs of the stop element in hitting the test mass to the stop element in pairs. Each stop mop of the stop element is thus assigned an opposite stop mop of the elastic element. The stop nubs effect in pairs an additional elastic deformation of the elastic element and / or the stop element and thus an improved damping of the impact.
Gemäß einer Ausführungsform sind das Substrat oder die Testmasse oder beide aus Silizium oder Siliziumoxid gefertigt. Diese Materialien eignen sich besonders zur Verarbeitung in lithografischen Verfahren. According to one embodiment, the substrate or the test mass or both are made of silicon or silicon oxide. These materials are particularly suitable for processing in lithographic processes.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten The invention will now be described with reference to the appended drawings
Zeichnungen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen dabei gleiche Elemente. Drawings explained in more detail. The same reference numerals designate the same elements.
Figur 1 zeigt schematisch einen Schnitt durch einen Beschleunigungssensor konventioneller Art. FIG. 1 shows schematically a section through an acceleration sensor of conventional type.
Figur 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus Figur 1. FIG. 2 shows an enlarged detail from FIG. 1.
Figur 3 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus Figur 2. FIG. 3 shows an enlarged detail from FIG. 2.
Figur 4 zeigt einen Schnitt durch einen Bereich eines Beschleunigungssensors gemäß einer ersten Ausführungsform. FIG. 4 shows a section through a region of an acceleration sensor according to a first embodiment.
Figur 5 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus Figur 4. FIG. 5 shows an enlarged detail from FIG. 4.
Figur 6 zeigt einen Schnitt durch einen Bereich eines Beschleunigungssensors gemäß einer zweiten Ausführungsform. FIG. 6 shows a section through a region of an acceleration sensor according to a second embodiment.
Figur 7 zeigt schematisch ein weiteres Beispiel einer Ausführungsform eines elastischen Elementes. Figure 7 shows schematically another example of an embodiment of an elastic element.
Figur 4 und Figur 5 zeigen schematisch ein Beispiel eines Figure 4 and Figure 5 show schematically an example of a
Beschleunigungssensors 400. Der Beschleunigungssensor 400 umfasst ähnlich wie der in Figur 1 gezeigte Beschleunigungssensor 100 ein Substrat mit wenigstens einem Anschlagelement 22 und eine beweglich an dem Substrat befestigte Testmasse 14. Nachfolgend wird lediglich auf die Unterschiede des Beschleunigungssensors 400 gegenüber dem Beschleunigungssensor 100 eingegangen. Acceleration sensor 400. Similar to the acceleration sensor 100 shown in FIG. 1, the acceleration sensor 400 comprises a substrate with at least one stop element 22 and a test mass 14 movably mounted on the substrate Acceleration sensor 400 compared to the acceleration sensor 100 received.
Zwischen der Testmasse 14 und dem Anschlagelement 22 befindet sich ein elastisches Element 28, das den Anschlag der Testmasse 14 an das Between the test mass 14 and the stop element 22 is an elastic element 28, which stops the test mass 14 at the
Anschlagelement 22 abfedert. Abfedern bedeutet elastisch abbremsen. Unter einem elastischen Element ist in dieser Anmeldung jede Struktur zu verstehen, die aufgrund ihrer äußeren geometrischen Gestalt einen besonders hohen Grad an Elastizität aufweist. Das elastische Element kann insbesondere elastisch biegsam sein. Elastisch biegsame Elemente lassen sich durch geeignete Formgebung auch aus relativ starren Marialien, zum Beispiel Silizium oder Siliziumoxid fertigen. Das elastische Element 28 bewirkt, dass im Falle eines Anschlagens der Testmasse 14 an das Anschlagelement 22 die Abbremsung der Testmasse 14 im Vergleich zu der Gestaltung gemäß Figur 1 über ein längeres Zeitintervall hinweg erfolgt. Das elastische Element 28 wirkt als Stoßdämpfer zwischen dem Anschlagelement 22 und der Testmasse 14. Beim Aufprall der Testmasse 14 auf das Anschlagelement 22 wird das elastische Element 28 während des Abbremsintervalls elastisch verbogen, wobei kinetische Energie in Federenergie des elastischen Elementes umgewandelt wird. Die dabei auftretenden Kräfte zwischen der Testmasse 14 und dem Anschlagelement 22 wirken im Vergleich zu einer Gestaltung, in der kein vergleichbares elastisches Element vorgesehen ist, über ein längeres Zeitintervall hinweg und sind dementsprechend geringer. Beschädigungen an den Kontaktflächen zwischen der Testmasse 14 und dem Anschlagelement 22 können damit vermieden werden. In dem Beispiel ist das elastische Element 28 Teil des Stop element 22 cushioning. Bouncing means braking elastically. An elastic element in this application is to be understood as meaning any structure which, due to its external geometric shape, has a particularly high degree of elasticity. The elastic element may in particular be elastically flexible. Elastic flexible elements can also be made of relatively rigid materials, for example silicon or silicon oxide, by suitable shaping. The elastic element 28 causes that in the case of a striking of the test mass 14 to the stop element 22, the deceleration of the test mass 14 takes place in comparison to the design according to FIG. 1 over a longer time interval. The elastic member 28 acts as a shock absorber between the stopper member 22 and the test mass 14. Upon impact of the test mass 14 on the stopper member 22, the elastic member 28 is elastically bent during the decelerating interval, converting kinetic energy into spring energy of the elastic member. The forces occurring between the test mass 14 and the stop element 22 act compared to a design in which no comparable elastic element is provided over a longer time interval and are correspondingly lower. Damage to the contact surfaces between the test mass 14 and the stop element 22 can thus be avoided. In the example, the elastic member 28 is part of
Anschlagelementes 22. Alternativ könnte das elastische Element 28 als Teil der Testmasse 14 ausgebildet sein. Stop element 22. Alternatively, the elastic element 28 may be formed as part of the test mass 14.
In dem Beispiel weisen die Testmasse 14 und das elastische Element 28 einander zugewandte Anschlagnoppen 24 bzw. 26 auf. Im Unterschied zu dem Beschleunigungssensor 100 in Figur 1 sind bei dem Beschleunigungssensor 400 die Anschlagnoppen 26 nicht direkt auf der Oberfläche des Grundkörpers des Anschlagelementes 22, sondern auf einem der Testmasse 14 zugewandten Oberflächenabschnitt des elastischen Elementes 28 angeordnet. Die Anschlagnoppen 24 und 26 sind im Vergleich zu jenen in Figur 1 deutlich geringeren Anschlagkräften ausgesetzt. Das Risiko, dass sie beim Anschlag beschädigt werden, ist entsprechend geringer. In einer nicht gezeigten Variante dieser Ausführungsform sind keine Anschlagnoppen vorgesehen. In the example, the test mass 14 and the elastic element 28 have facing studs 24 and 26, respectively. In contrast to the acceleration sensor 100 in FIG. 1, in the case of the acceleration sensor 400, the stop nubs 26 are not arranged directly on the surface of the main body of the stop element 22, but on a surface section of the elastic element 28 facing the test mass 14. The Stop nubs 24 and 26 are exposed to significantly lower impact forces compared to those in Figure 1. The risk that they will be damaged in the attack is correspondingly lower. In a variant of this embodiment, not shown, no stop knobs are provided.
In dem gezeigten Beispiel weisen das elastische Element 28 und das In the example shown, the elastic element 28 and the
Anschlagelement 22 zwei einander zugewandte Noppen 30 bzw. 32 auf. Die Noppen 30 und 32 begrenzen die Verbiegung des elastischen Elementes 28. Das elastische Element 28 ist in dem Beispiel im Wesentlichen balkenförmig oder blattförmig und erstreckt sich in etwa parallel zu einem Stop element 22 two facing nubs 30 and 32, respectively. The knobs 30 and 32 limit the deflection of the elastic element 28. The elastic element 28 in the example is substantially bar-shaped or sheet-shaped and extends approximately parallel to one
Oberflächenabschnitt des Anschlagelementes 22 und einem Surface portion of the stop element 22 and a
Oberflächenabschnitt der Testmasse 14. Das elastische Element 28 weist ein festes erstes Ende 34 sowie ein freies zweites Ende 36 auf. Das erste Ende 34 ist unmittelbar mit einem Hauptkörper des Anschlagelementes 22 verbunden.Surface portion of the test mass 14. The elastic element 28 has a fixed first end 34 and a free second end 36. The first end 34 is directly connected to a main body of the stopper member 22.
Alternativ (nicht gezeigt) kann das erste Ende 34 des elastischen Elementes 28 unmittelbar mit einem Hauptkörper der Testmasse 14 (und nicht mit dem Hauptkörper des Anschlagelementes 22) verbunden sein; in diesem Fall ist das elastische Element 28 nicht Teil des Anschlagelementes 22, sondern Teil der Testmasse 14. Beim Aufprall der Testmasse 14 auf das Anschlagelement 22 wird das elastische Element 28 in Richtung des Anschlagelementes 22 verbogen, wobei die Noppen 32 und 30 sicherstellen, dass die Biegung des elastischen Elementes 28 einen maximalen Biegungsgrad nicht übersteigt. Die Noppen 30 und 32 definieren gemeinsam eine Kontaktfläche zwischen dem elastischen Element 28 und dem Hauptkörper des Anschlagelementes 22. Alternatively (not shown), the first end 34 of the elastic member 28 may be directly connected to a main body of the test mass 14 (and not to the main body of the stop member 22); In this case, the elastic element 28 is not part of the stop element 22, but part of the test mass 14. Upon impact of the test mass 14 on the stop element 22, the elastic element 28 is bent in the direction of the stop element 22, wherein the nubs 32 and 30 ensure that the bending of the elastic element 28 does not exceed a maximum degree of bending. The knobs 30 and 32 together define a contact surface between the elastic member 28 and the main body of the stopper member 22.
Das elastische Element 28 und das Anschlagelement 22 sind in dem Beispiel aus einem Stück, zum Beispiel aus einem zusammenhängenden Siliziumstück. Man erkennt, dass das elastische Element 28 zusammen mit dem The elastic element 28 and the stop element 22 are in one piece in the example, for example a contiguous piece of silicon. It can be seen that the elastic element 28 together with the
Anschlagelement 22 (und vielen oder allen weiteren Komponenten des Kerns des Beschleunigungssensors 400) in einem gemeinsamen Fertigungsschritt hergestellt werden kann. Figur 6 zeigt schematisch einen Ausschnitt aus einem Beschleunigungssensor 600 gemäß einer zweiten Ausführungsform. In dem Beispiel ist das Stop element 22 (and many or all other components of the core of the acceleration sensor 400) can be produced in a common manufacturing step. FIG. 6 schematically shows a detail of an acceleration sensor 600 according to a second embodiment. In the example that is
Anschlagelement 22 ähnlich wie in dem Beschleunigungssensor 400 (siehe Figur 4 und 5) mit einem elastischen Element 28 versehen, das den Anschlag der Testmasse 14 an das Anschlagelement 22 abfedert. Das elastische Element 28 ist hier Teil einer federnden Struktur, die zusätzlich ein in der Testmasse 14 ausgebildetes elastisches Element 38 umfasst. Beim Aufprall der Testmasse 14 auf das Anschlagelement 22 stoßen die elastischen Elemente 28 und 38 aneinander und federn den Aufprall gemeinsam ab. In anderen Worten sind in dem Beschleunigungssensor 600 sowohl die Testmasse 14 als auch das Anschlagelement 22 jeweils mit einem Stoßdämpfer versehen, wobei die beiden Stoßdämpfer (das heißt die beiden Federn 28 und 38) beim Zusammenprall gemeinsam elastisch deformiert werden. Damit gelingt eine besonders sanfte Abbremsung der Testmasse 14. Die beiden elastischen Elemente 28 und 38 sind in Reihe geschaltet. In anderen Ausführungsformen (nicht dargestellt) umfasst die federnde Struktur mehr als zwei in Reihe geschaltete elastische Elemente. Stop element 22 similar to the acceleration sensor 400 (see Figure 4 and 5) provided with an elastic member 28 which absorbs the stop of the test mass 14 to the stop element 22. The elastic element 28 is here part of a resilient structure which additionally comprises an elastic element 38 formed in the test mass 14. Upon impact of the test mass 14 on the stop element 22, the elastic elements 28 and 38 abut each other and cushion the impact together. In other words, in the acceleration sensor 600, both the test mass 14 and the stopper member 22 are each provided with a shock absorber, and the two shock absorbers (that is, the two springs 28 and 38) are elastically deformed together upon impact. This achieves a particularly gentle deceleration of the test mass 14. The two elastic elements 28 and 38 are connected in series. In other embodiments (not shown), the resilient structure comprises more than two elastic elements connected in series.
In dem gezeigten Beispiel ist das elastische Element 38 im Wesentlichen balkenförmig oder blattförmig und weist zwei feste Enden 40 und 42 auf. Man erkennt, dass dem Fachmann eine Vielzahl von Gestaltungsmöglichkeiten zur Verfügung stehen, um eine geeignete Federhärte der federnden Struktur zu erreichen. Zu den Gestaltungsmöglichkeiten gehören insbesondere die Anzahl der in Reihe geschalteten elastischen Elemente und die geometrische Gestalt der einzelnen elastischen Elemente. Die resultierende Federhärte ist hingegen weitgehend unabhängig davon, ob ein elastisches Element an der Testmasse 14 oder an dem Anschlagelement 22 befestigt ist. Zum Beispiel ist zu erwarten, dass eine Federstruktur, bei der das elastische Element 28 aus Figur 6 nicht an dem Anschlagelement 22, sondern an der Testmasse 14 befestigt ist, eine ähnliche Härte haben wird wie die in Figur 6 gezeigte Federstruktur. In the example shown, the elastic element 38 is substantially bar-shaped or sheet-shaped and has two fixed ends 40 and 42. It can be seen that the person skilled in a variety of design options are available to achieve a suitable spring rate of the resilient structure. The design possibilities include, in particular, the number of elastic elements connected in series and the geometric shape of the individual elastic elements. The resulting spring hardness, however, is largely independent of whether an elastic element is attached to the test mass 14 or to the stop element 22. For example, it is expected that a spring structure in which the elastic member 28 of FIG. 6 is attached not to the stopper member 22 but to the test mass 14 will have a hardness similar to the spring structure shown in FIG.
Eine der Testmasse 14 zugewandte Seite des elastischen Elementes 38 oder eine dem elastischen Element 38 zugewandte Seite der Testmasse 14 oder beide Seiten können mit Noppen 44 beziehungsweise 46 versehen sein, die die Verbiegung des elastischen Elementes 38 begrenzen. Das im Hinblick auf die Noppen 30 und 32 oben Gesagte gilt entsprechend auch für die Noppen 44 und 46. One of the test mass 14 facing side of the elastic member 38 or one of the elastic member 38 facing side of the test mass 14 or both sides may be provided with nubs 44 and 46, which limit the bending of the elastic member 38. That's in terms of Knobs 30 and 32 above also apply to nubs 44 and 46.
Figur 7 zeigt schematisch eine Ausführungsform, in der das elastische Element 28 zwei zueinander in Stoßrichtung versetzte längliche Abschnitte 48 und 50 aufweist. Eine Vielzahl anderer Profile ist denkbar. Zum Beispiel kann das elastische Element 28 ein C-förmiges, S-förmiges oder ringförmiges Profil haben. FIG. 7 schematically shows an embodiment in which the elastic element 28 has two elongated sections 48 and 50 which are offset in the direction of impact. A variety of other profiles is conceivable. For example, the elastic member 28 may have a C-shaped, S-shaped or annular profile.

Claims

Ansprüche claims
1. Beschleunigungssensor (10) mit einem Substrat (12) und einer elastisch an dem Substrat befestigten Testmasse (14), wobei eine Beschleunigung des Substrates zu einer messbaren Auslenkung der Testmasse führt und wobei die Testmasse bei einer einen Maximalwert überschreitenden Beschleunigung des Substrates an ein Anschlagelement (22) des Substrates anschlägt, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Substrat und dem Anschlagelement ein elastisches Element (28; 38) zur Abfederung des Anschlags angeordnet ist. An acceleration sensor (10) comprising a substrate (12) and a test mass (14) elastically attached to the substrate, acceleration of the substrate resulting in a measurable deflection of the test mass, and wherein the test mass is coupled to an acceleration of the substrate exceeding a maximum value Stop element (22) of the substrate abuts, characterized in that between the substrate and the stop element, an elastic element (28, 38) is arranged to cushion the stop.
2. Beschleunigungssensor nach Anspruch 1 , wobei das elastische Element Teil der Testmasse ist. 2. An acceleration sensor according to claim 1, wherein the elastic element is part of the test mass.
3. Beschleunigungssensor nach Anspruch 1 , wobei das elastische Element Teil des Substrates ist oder an dem Substrat, nicht aber an der Testmasse, befestigt ist. 3. An acceleration sensor according to claim 1, wherein the elastic element is part of the substrate or is attached to the substrate, but not to the test mass.
4. Beschleunigungssensor nach Anspruch 1 , wobei das elastische Element einen oder mehrere biegsame längliche Abschnitte (48; 50) aufweist. The acceleration sensor according to claim 1, wherein said elastic member has one or more flexible elongate portions (48; 50).
5. Beschleunigungssensor nach Anspruch 1 , wobei das elastische Element (28) ein freies Ende (36) aufweist. 5. An acceleration sensor according to claim 1, wherein the elastic member (28) has a free end (36).
6. Beschleunigungssensor nach Anspruch 1 , wobei das elastische Element (38) kein freies Ende aufweist. The acceleration sensor according to claim 1, wherein the elastic member (38) has no free end.
7. Beschleunigungssensor nach Anspruch 1 , wobei das elastische Element einen S-förmigen Abschnitt oder einen ringförmigen Abschnitt aufweist. 7. The acceleration sensor according to claim 1, wherein the elastic member has an S-shaped portion or an annular portion.
8. Beschleunigungssensor nach Anspruch 1 , wobei die Testmasse oder das elastische Element oder beide jeweils mit einer oder mehreren Noppen (30, 32; 44, 46) versehen sind, die die Verbiegung des elastischen Elementes begrenzen. An acceleration sensor according to claim 1, wherein the test mass or the elastic element or both are each provided with one or more nubs (30, 32, 44, 46) which limit the deflection of the elastic element.
9. Beschleunigungssensor nach Anspruch 1 , wobei die Testmasse (14) und das Anschlagelement (22) jeweils eine oder mehrere Anschlagnoppen (24, 26) aufweisen. 9. The acceleration sensor according to claim 1, wherein the test mass (14) and the stop element (22) each have one or more stop nubs (24, 26).
10. Beschleunigungssensor nach Anspruch 9, wobei die Anschlagnoppen (24) der Testmasse und die Anschlagnoppen (26) des Anschlagelementes beim Anschlagen der Testmasse an das Anschlagelement paarweise aufeinandertreffen. 10. Acceleration sensor according to claim 9, wherein the stop nubs (24) of the test mass and the stop nubs (26) of the stop element meet when striking the test mass to the stop element in pairs.
1 1. Beschleunigungssensor nach Anspruch 1 , wobei das Substrat oder die Testmasse oder beide aus Silizium oder Siliziumoxid gefertigt sind. 1 1. An acceleration sensor according to claim 1, wherein the substrate or the test mass or both are made of silicon or silicon oxide.
PCT/EP2016/074416 2015-11-10 2016-10-12 Acceleration sensor WO2017080740A1 (en)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015222050 2015-11-10
DE102015222050.8 2015-11-10
DE102016203092.2 2016-02-26
DE102016203092.2A DE102016203092A1 (en) 2015-11-10 2016-02-26 accelerometer

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017080740A1 true WO2017080740A1 (en) 2017-05-18

Family

ID=58585236

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2016/074416 WO2017080740A1 (en) 2015-11-10 2016-10-12 Acceleration sensor

Country Status (3)

Country Link
DE (1) DE102016203092A1 (en)
TW (1) TW201721150A (en)
WO (1) WO2017080740A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022209079A1 (en) 2022-09-01 2024-03-07 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Sensor arrangement

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017216962A1 (en) 2017-09-25 2019-03-28 Robert Bosch Gmbh Micromechanical sensor arrangement
JP7159548B2 (en) * 2017-11-28 2022-10-25 セイコーエプソン株式会社 physical quantity sensors, physical quantity sensor devices, composite sensor devices, inertial measurement devices, mobile positioning devices, portable electronic devices, electronic devices and mobile objects
US10794701B2 (en) 2018-05-01 2020-10-06 Nxp Usa, Inc. Inertial sensor with single proof mass and multiple sense axis capability
US10712359B2 (en) 2018-05-01 2020-07-14 Nxp Usa, Inc. Flexure with enhanced torsional stiffness and MEMS device incorporating same
DE102020203590A1 (en) * 2020-03-20 2021-09-23 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Micromechanical component, in particular acceleration sensor or rotation rate sensor, with a stop arrangement comprising a spiral spring arrangement
DE102020210142A1 (en) 2020-08-11 2022-02-17 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Micromechanical sensor with stop structure

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4129218A1 (en) * 1991-09-03 1993-03-04 Deutsche Aerospace Micro-mechanical acceleration sensor with air-damped seismic mass - has overload protection device with one or more symmetrically arranged shock absorbers, esp. produced by etching
DE102009029095A1 (en) * 2009-09-02 2011-03-03 Robert Bosch Gmbh Micromechanical component
DE102011006397A1 (en) * 2011-03-30 2012-10-04 Robert Bosch Gmbh Micromechanical device e.g. acceleration sensor used in e.g. automotive industry, has hooking structure whose structural elements are interlocked with each other, according to displacement of movable mass which is suspended movably
US20130186200A1 (en) * 2012-01-23 2013-07-25 Johannes Classen Micromechanical structure and method for manufacturing a micromechanical structure
DE102012207939A1 (en) * 2012-05-11 2013-11-14 Robert Bosch Gmbh Spring stop for accelerometer
US8596122B2 (en) 2008-04-29 2013-12-03 Robert Bosch Gmbh Micromechanical component and method for operating a micromechanical component
US20150241216A1 (en) * 2014-02-26 2015-08-27 Murata Manufacturing Co., Ltd. Microelectromechanical device with motion limiters

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4129218A1 (en) * 1991-09-03 1993-03-04 Deutsche Aerospace Micro-mechanical acceleration sensor with air-damped seismic mass - has overload protection device with one or more symmetrically arranged shock absorbers, esp. produced by etching
US8596122B2 (en) 2008-04-29 2013-12-03 Robert Bosch Gmbh Micromechanical component and method for operating a micromechanical component
DE102009029095A1 (en) * 2009-09-02 2011-03-03 Robert Bosch Gmbh Micromechanical component
DE102011006397A1 (en) * 2011-03-30 2012-10-04 Robert Bosch Gmbh Micromechanical device e.g. acceleration sensor used in e.g. automotive industry, has hooking structure whose structural elements are interlocked with each other, according to displacement of movable mass which is suspended movably
US20130186200A1 (en) * 2012-01-23 2013-07-25 Johannes Classen Micromechanical structure and method for manufacturing a micromechanical structure
DE102012207939A1 (en) * 2012-05-11 2013-11-14 Robert Bosch Gmbh Spring stop for accelerometer
US20150241216A1 (en) * 2014-02-26 2015-08-27 Murata Manufacturing Co., Ltd. Microelectromechanical device with motion limiters

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022209079A1 (en) 2022-09-01 2024-03-07 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Sensor arrangement

Also Published As

Publication number Publication date
TW201721150A (en) 2017-06-16
DE102016203092A1 (en) 2017-05-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2017080740A1 (en) Acceleration sensor
DE102008040855B4 (en) Triaxial accelerometer
DE102007047592B4 (en) Accelerometer
DE102006026880B4 (en) Micromechanical acceleration sensor
DE102018009247B4 (en) Six-axis force sensor with position detection
DE102013222747A1 (en) Micromechanical Z-sensor
DE102008041327B4 (en) Triaxial accelerometer
DE102016214962A1 (en) Micromechanical sensor core for inertial sensor
DE3801514C2 (en)
EP2183548A1 (en) Micromechanical rate-of-rotation sensor
DE102009026476A1 (en) Micromechanical structure
DE102008001863A1 (en) Accelerometer with encompassing seismic mass
DE102009000594A1 (en) Acceleration sensor and method for operating an acceleration sensor
DE102011016081A1 (en) Device for receiving battery of vehicle, particularly electric- or hybrid vehicle, has holding unit which is arranged in or at vehicle, particularly electric- or hybrid vehicle
DE102014202816B4 (en) Rocker device for a micromechanical Z-sensor
DE102012104601A1 (en) Microelectromechanical system acceleration sensor e.g. linear acceleration sensor, has stoppers, where distance of contact region from x-axis is different from distance of another region such that torque acts on sensor mass
DE102016200491B4 (en) Micromechanical spring for an inertial sensor
DE102020205616A1 (en) Micromechanical sensor arrangement, method for using a micromechanical sensor arrangement
DE102011006397B4 (en) Micromechanical component with an interlocking structure
DE102020204767A1 (en) Micromechanical device with a stop spring structure
DE102014223351A1 (en) Micromechanical spring device
WO2020200805A1 (en) Specifying safe speeds for a robot manipulator
DE102006033176B4 (en) Micromechanical component with a stop element
DE102009002701A1 (en) Micromechanical sensor
DE102018221110B3 (en) Micromechanical inertial sensor

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16781111

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 16781111

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1