WO2019091788A1 - Drehratensensor mit einem eine haupterstreckungsebene aufweisenden substrat, herstellungsverfahren für einen drehratensensor - Google Patents

Drehratensensor mit einem eine haupterstreckungsebene aufweisenden substrat, herstellungsverfahren für einen drehratensensor Download PDF

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WO2019091788A1
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rotation
mass
drive
rate sensor
axis
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PCT/EP2018/079262
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Reinhard Neul
Andreas Lassl
Burkhard Kuhlmann
Peter Degenfeld-Schonburg
Nils Felix Kuhlmann
Jan-Timo Liewald
Niels Bode
Matthias Kuehnel
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Robert Bosch Gmbh
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    • G01C19/574—Structural details or topology the devices having two sensing masses in anti-phase motion
    • G01C19/5747—Structural details or topology the devices having two sensing masses in anti-phase motion each sensing mass being connected to a driving mass, e.g. driving frames

Definitions

  • Yaw rate sensor with a main extension plane having a substrate manufacturing method for a rotation rate sensor
  • the invention relates to a rotation rate sensor according to the preamble of claim 1.
  • Such yaw rate sensors are special microelectromechanical systems (MEMS) with which yaw rates can be measured.
  • MEMS microelectromechanical systems
  • Typically, such sensors are silicon-based
  • yaw rate sensors are often used, which typically can measure yaw rates by only one axis. Also biaxial
  • Rotation rate sensors for automotive applications are known from the prior art.
  • known from the prior art sensors have the disadvantage that a measurement of rotation rates, the in
  • the yaw rate sensor according to the invention has the advantage over the prior art that the yaw rate sensor a sensor arrangement, wherein the sensor arrangement is designed for detecting a rotation rate applied perpendicular to a main extension plane of the substrate, wherein both the sensor arrangement and the rotation element arrangement, which for detecting rotational rates fitting in a first main axis of extension of the substrate and a second perpendicular to the first main extension axis second
  • Main extension axis of the substrate is formed, are driven by means of a drive arrangement, wherein the drive arrangement is formed for driving movement along the first main axis of extension.
  • both the rotary element arrangement and the sensor arrangement can be driven by means of the same drive arrangement (for example, the same drive frame).
  • the same drive arrangement for example, the same drive frame.
  • ASIC application-specific integrated circuit
  • the advantage of the common drive lies in particular in the avoidance of different drive frequencies of the individual sensor cores. So a mutual influence, e.g. by parasitic crosstalk of the driving forces, inventively minimized.
  • the packaging is easier and that possible misalignment of the measuring axes to each other by the tolerances of the monolithic
  • Sensor production can be determined, whereby such can be reduced by orders of magnitude compared to the arrangement of individual cores by means of construction and connection technology.
  • the multi-axis sensor design according to the invention is the avoidance of spurious modes, which can lead to a false signal of the sensor in various ways, e.g. by (resonant) excitation by means of external forces (vibration) or by nonlinear crosstalk in the mechanics or electrostatics of the system. According to the invention, it is possible that a particularly advantageous reliability and safety of
  • Yaw rate sensor can be achieved, for example, an insert in the
  • a multi-axis sensor element it is possible to design the sensor element such that it has less than three times the number of spurious modes.
  • a significant reduction of the spurious modes is possible, in particular, if the same detection structures are each designed to be sensitive for more than just one measuring axis.
  • Main extension plane of the substrate is. The same applies to the rotational rates applied to the first or second main extension axis of the substrate.
  • Rotation element and a second rotation element comprises, wherein the first rotation element is driven by means of the drive arrangement about a first axis of rotation, wherein the second rotation element is driven by means of the drive arrangement about a second axis of rotation, wherein the first axis of rotation is arranged perpendicular to the main extension plane, wherein the second axis of rotation perpendicular is arranged to the main plane of extension, it is according to an embodiment of the present invention advantageously possible that outer linear and
  • Detection electrodes are arranged below the first and second rotation element, by means of which a tilting of the rotation elements about the first and / or second main extension axis can be measured.
  • the sensor arrangement comprises a first mass, a second mass and a third mass, wherein the first and the second mass, at least partially, are formed during the drive movement for the same direction movement, wherein the third mass, at least partially, during the drive movement to is designed to move the first and second mass in opposite directions movement, wherein the third mass in particular in a direction parallel to the second
  • Main extension axis of the substrate between the first mass and the second mass is arranged, it is possible according to an embodiment of the present invention that a particularly advantageous
  • Formation of the sensor arrangement with three masses can be realized. As the same direction movement is to be understood that move the first and second mass simultaneously in a (the same) direction along the first main axis of extension. Meanwhile, the third mass moves in the opposite direction, ie in the opposite direction.
  • first, second and third mass - each fully or only partially (for example, only one
  • the third mass is substantially twice as heavy as each of the first and second masses.
  • the first mass is a first drive structure of the
  • Rotation element arrangement is made possible. This allows a particularly advantageous two-sided drive of the two rotation elements.
  • first mass to be coupled to the first rotational element by means of a first beam or web (and in particular additionally via a spring) and the second mass to be coupled to the first rotating element by means of a second beam or web (and in particular additionally via a spring) second rotary element is coupled.
  • second rotary element is coupled.
  • Rotation element continues and in particular such that the first and second rotational element relative to each other perform an opposite phase rotational movement about the first and second axis of rotation.
  • Rotation element are connected by means of the spring structure, in particular such that a parallel tilting of the first and second
  • Rotation element is suppressed around the first main extension axis and an anti-parallel tilting of the first and second
  • Rotation element is realized. It is preferably possible for the spring structure to be connected to at least one web structure of the third drive structure, in particular such that a mechanical connection is established between the third mass and the first rotational element and the second rotational element with the aid of the spring structure and the web structure. Characterized in that the first rotation element and the second
  • Rotation element are mechanically connected by means of a coupling structure, wherein the coupling structure comprises in particular at least one rocker structure, wherein the rocker structure is formed such that a parallel tilting of the first and second rotation member is suppressed to the second main extension axis and an anti-parallel tilting of the first and second rotation member to the second main axis of extension is possible, it is according to a
  • Embodiment of the present invention possible that in the direction of the second main extension axis only antiparallel tilting of the first and second rotation element are possible, which is advantageously a purely anti-parallel detection movement of the two
  • Rotation element are mechanically connected by means of another coupling structure, wherein the further coupling structure is crossed by at least one web structure of the third drive structure, wherein the
  • Web structure is preferably arranged in the crossing region in an additional layer below the further coupling structure, it is possible according to an embodiment of the present invention that the third drive structure preferably with the first and second rotation element, in particular in the region between the first and second
  • Rotation element (in the direction of the second main extension axis) is connected. It is particularly preferred that the third drive structure is connected to the spring structure arranged between the first and second rotation element.
  • Rotating element is connected to the substrate by means of a second suspension, wherein in particular the first suspension is partially disposed in a central recess in the first rotary member, in particular the second suspension is partially disposed in a central recess in the second rotary member, it is according to a Embodiment of the present invention possible that a
  • first and second suspension are designed such that the first and second rotation element can rotate about the first and second rotation axis and at the same time are tiltable about the first and second main extension axis.
  • the first mass is connected by means of a first spring arrangement with the third mass, wherein the second mass is connected by means of a second spring arrangement with the third mass, it is possible according to an embodiment of the present invention that the sensor arrangement in a particularly advantageous manner Detection of perpendicular to the main plane of extension of the substrate adjacent
  • first and second spring arrangements are designed in such a way that they permit an in-phase movement of the first and third masses and of the second and third masses into the second main extension axis.
  • a partial area of the first drive arrangement (a first part of a first drive arrangement) encompassed by the first mass
  • Drive frame is connected to a part of the third drive arrangement (a third part of a drive frame) encompassed by the third mass by means of the first spring arrangement.
  • Drive assembly (a second part of a drive frame) is connected to a part of the third drive assembly (a third part of a drive frame) encompassed by the third mass by means of the second spring arrangement.
  • FIG. 1 shows a schematic plan view of a rotation rate sensor according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 shows a schematic plan view of a rotation rate sensor according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 shows a schematic plan view of a rotation rate sensor according to a third embodiment of the present invention.
  • Figure 5 and Figure 6 are schematic plan views of a first suspension 11 and second suspension 21 according to
  • FIG. 7 shows a schematic plan view of a rotation rate sensor according to a fourth embodiment of the present invention.
  • Figure 8 shows schematically a portion of a rotation rate sensor according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 9 shows schematically a portion of a rotation rate sensor according to a fifth embodiment of the present invention.
  • Exemplary rotational element arrangements 10, 20, which are for detecting rotational rates adjacent to a first main extension axis 100 of the substrate and of rotation rate adjacent to one of the first
  • Main extension axis 100 vertical second main extension axis 100 of the substrate are formed, are shown in Figures 1, 2, 3 and 7.
  • Exemplary sensor arrangements 40 which are designed to detect a rotational rate applied perpendicular to the main extension plane 100, 200 of the substrate, are shown in FIGS. 1, 2, 3 and 7.
  • FIG. 1 shows a schematic plan view of a rotation rate sensor 1 according to a first embodiment of the present invention.
  • the rotation rate sensor 1 comprises a
  • Main extension axis 200 of the substrate Main extension axis 200 of the substrate.
  • Rotational element arrangement 10, 20 comprises a first rotational element 10 and a second rotational element 20, wherein the first rotational element 10 is drivable by the drive assembly 30 about a first axis of rotation and the second rotational element 20 is driven by the drive assembly 30 about a second axis of rotation.
  • Rotary element 10, 20 each have a central recess.
  • the first and second axes of rotation are perpendicular to the
  • first rotary member 10 is connected by means of a first suspension 11 to the substrate and the second rotary member 20 connected by means of a second suspension 21 to the substrate.
  • the first suspension 11 is disposed (at least partially) in the central recess in the first rotary member 10 and the second suspension 21 is (at least partially) in the central one
  • the rotation rate sensor 1 comprises a sensor arrangement 40.
  • the sensor arrangement 40 is for detecting a position perpendicular to the sensor
  • Rotational element arrangement 10, 20 can by means of a
  • Drive assembly 30 are driven.
  • the drive arrangement 30 is designed for driving movement along the first main extension axis 100.
  • the drive assembly 30 includes a first one
  • the first drive structure 31 is assigned a first mass 41 of the sensor arrangement 40.
  • the first drive structure 31 comprises in particular a beam.
  • the first mass 41 is connected to the first rotational element 10.
  • the second drive structure 32 is assigned a second mass 42 of the sensor arrangement 40.
  • the second drive structure 32 comprises in particular a beam.
  • the second mass 42 is connected to the second rotation element 20.
  • the sensor arrangement 40 comprises a third mass 43.
  • the first and the second masses 41, 42 are designed to move in the same direction during the drive movement.
  • the third mass 43 is formed during the drive movement to a movement for the movement of the first and second mass 41, 42 in opposite directions (with respect to the first main extension axis 100). This is illustrated by the arrows 41, 42, 43 drawn arrows.
  • the first, second and third masses 41, 42, 43 are substantially parallel to the second in the embodiment shown
  • Main extension axis 200 formed.
  • the first mass 41 and the third mass 43 are connected by means of a first spring arrangement 37 and the third mass 43 and the second mass 42 are connected by means of a second spring arrangement 38.
  • Spring arrangement (or coupling structures) 37, 38 are designed such that they the antisymmetric movement of the masses 41, 42, 43, so the in-phase movement of the first and second mass and the opposite phase movement of the third mass, in the direction of the second main extension axis 200 allow (illustrated by the arrows).
  • Spring arrangement 70 Between the first rotation element 10 and the second rotation element 20 is a spring structure 70
  • the spring structure 70 is in particular designed such that a parallel tilting of the first and second rotation elements 10, 20 about the first main extension axis 100 is suppressed and an antiparallel tilting of the first and second rotation element about the first main extension axis 100 is made possible.
  • the spring structure 70 is connected to a web structure 45 of the third drive structure 33 of FIG.
  • the web structure 45 comprises
  • Coupling structure 60 includes a rocker structure 61, which suppresses a parallel tilting of the first and second rotation member 10, 20 about the second main extension axis 200 and allows an anti-parallel tilting of the first and second rotation member about the second main extension axis 200.
  • the antiparallel tilting of the first and second rotation elements 10, 20 in the direction parallel to the second main extension axis 200 and the direction parallel to the first main extension axis 100 is represented by the arrows perpendicular to the top view (and thus to the main extension plane 100, 200) (ie the crosses and Points) in the first and second rotary members 10, 20.
  • the further coupling structure 63 is crossed by the web structure 45, in particular by the two beams of the web structure 45, without contact. This is possible because the
  • the further coupling structure 63 comprises a further rocker structure 61, which is a parallel tilt of the first and second rotary members 10, 20 about the second
  • Main extension axis 200 is suppressed and an anti-parallel tilting of the first and second rotation element to the second
  • Main extension axis 200 allows.
  • the first rotational element 10, the second rotational element 20 and the sensor arrangement 40 can be drivable by means of the same drive arrangement 30.
  • FIG. 2 shows a schematic plan view of a rotation rate sensor 1 according to a second embodiment of the present invention.
  • the second embodiment is similar to the first embodiment shown in Figure 1 with the difference that no further coupling structure 63 is present. This makes it possible that the web structure 45 (and in particular their beams) not in one
  • junction 81 is arranged in an additional layer, but in the same layer as the other elements.
  • FIG. 3 shows a schematic plan view of a rotation rate sensor 1 according to a third embodiment of the present invention.
  • the third embodiment is similar to the first embodiment shown in Figure 1 with the difference that no web structure 45 is present. As a result, no mechanical connection between the spring structure 70 and the third mass 43 is made.
  • Figure 5 and Figure 6 are schematic plan views of a first suspension 11 of a first rotary member 10 and a second suspension 21 of a second rotary member 20 according to
  • the first and second suspension 11, 21 on the substrate is in each case designed such that the first and second rotation element 10, 20 a
  • Rotary movement / rotational movement about the first axis of rotation or about the second axis of rotation perpendicular to the main extension surface 100, 200 of the substrate can perform and simultaneously tilting of the first and second rotary member 10, 20 about the first and second
  • Main extension axis 100, 200 (or about axes parallel to these) is possible.
  • FIG. 7 shows a schematic plan view of a rotation rate sensor according to a fourth embodiment of the present invention.
  • the fourth embodiment comprises the components shown schematically in FIG. Furthermore, in the fourth
  • the sensor assembly 40 a detection structure that can move in the detection direction, a Coriolis structure that can move in the drive direction and detection direction, and a
  • Each of the masses 41, 42, and 43 each comprise a portion of the
  • Detection structure Coriolis structure and drive structure.
  • the associated partial area of the Coriolis structure 42 'and the detection structure 42 are provided with reference marks for the second mass 42.
  • the Coriolis structure is connected to the drive structure via springs
  • the drive arrangement 30 comprises the drive structures of the first, second and third masses 41, 42, 43 and is additionally provided as a peripheral frame (in particular with small interruptions) around the
  • Rotation elements 10, 20 and the Coriolis structures of the sensor assembly 40 is formed and also connected between the rotating elements 10, 20 by means of the web structure 45, spring structure 70 and another web structure.
  • the additional layer is used to carry out the drive arrangement 30 below or above the coupling structure 60 or the further coupling structure 63.
  • the additional layer can be used to carry out the drive arrangement 30 below or above the coupling structure 60 or the further coupling structure 63.
  • Rotating elements 10, 20 tilt about the first main axis of extension 100, it is advantageous if the drive assembly 30 (or the drive frame) in the vicinity of the connection to the rotating elements 10, 20 can move out of the plane. This will be in this
  • the sensor assembly 40 may consist of only two frames. The detection structures are then integrated in the Coriolis frame and move with in the drive movement.
  • FIG. 8 schematically shows a partial region of a rotation rate sensor 1 according to an embodiment of the present invention.
  • the additional layer can be recognized by the perspective view.
  • the web structure 45 is in
  • junction 81 is arranged with the further coupling structure 63.
  • FIG. 9 schematically shows a partial region of a rotation rate sensor according to a fifth embodiment of the present invention. In this embodiment, in the crossing region 81 the other
  • the further coupling structure 63 here comprises three rocker structures 61.
  • the triple rocker structure makes possible a desired detection movement of the rotary elements 10, 20, as shown by arrows pointing out into the plane and out of the plane. It is advantageous in this embodiment that the thinner additional layer rests in the drive movement and is not loaded.
  • the coupling structure 60 has the same features described above as the other

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Abstract

Drehratensensor (1) mit einem eine Haupterstreckungsebene (100, 200) aufweisenden Substrat beansprucht, wobei der Drehratensensor (1) eine Rotationselementanordnung (10, 20) umfasst, wobei die Rotationselementanordnung (10, 20) zur Detektion von Drehraten anliegend in einer ersten Haupterstreckungsachse (100) des Substrats und von Drehraten anliegend in einer zur ersten Haupterstreckungsachse (100) senkrechten zweiten Haupterstreckungsachse (200) des Substrats ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehratensensor (1) eine Sensoranordnung (40) aufweist, wobei die Sensoranordnung (40) zur Detektion einer senkrecht zu der Haupterstreckungsebene (100, 200) des Substrats anliegenden Drehrate ausgebildet ist, wobei sowohl die Sensoranordnung (40) als auch die Rotationselementanordnung (10, 20) mithilfe einer Antriebsanordnung (30) antreibbar sind, wobei die Antriebsanordnung (30) zur Antriebsbewegung entlang der ersten Haupterstreckungsachse (100) ausgebildet ist.

Description

Beschreibung Titel
Drehratensensor mit einem eine Haupterstreckungsebene aufweisenden Substrat, Herstellungsverfahren für einen Drehratensensor
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Drehratensensor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Derartige Drehratensensoren sind spezielle mikroelektromechanische Systeme (MEMS), mit welchen Drehraten gemessen werden können. Typischerweise werden derartige Sensoren auf Silizium-basierten
Substraten hergestellt. Insbesondere in Automotive-Anwendungen kommen häufig Drehratensensoren zum Einsatz, die typischerweise Drehraten um nur eine Achse messen können. Auch zweiachsige
Drehratensensoren für Automotive Anwendungen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Aus dem Stand der Technik bekannte Sensoren haben jedoch den Nachteil, dass eine Messung von Drehraten, die in
unterschiedliche Richtungen anliegen können, mit hoher Präzision und mit hoher Zuverlässigkeil Robustheit nicht realisierbar ist.
Offenbarung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Drehratensensor vorzuschlagen, der Drehratenmessungen um drei Achsen erlaubt und gleichzeitig robust gegenüber äußeren Linear- und/oder
Drehbeschleunigungen ist, um insbesondere eine vorteilhafte
Zuverlässigkeit Sicherheit zu gewährleisten.
Der erfindungsgemäße Drehratensensor gemäß dem Hauptanspruch hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass der Drehratensensor eine Sensoranordnung aufweist, wobei die Sensoranordnung zur Detektion einer senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene des Substrats anliegenden Drehrate ausgebildet ist, wobei sowohl die Sensoranordnung als auch die Rotationselementanordnung, welche zur Detektion von Drehraten anliegend in einer ersten Haupterstreckungsachse des Substrats und einer zur ersten Haupterstreckungsachse senkrechten zweiten
Haupterstreckungsachse des Substrats ausgebildet ist, mithilfe einer Antriebsanordnung antreibbar sind, wobei die Antriebsanordnung zur Antriebsbewegung entlang der ersten Haupterstreckungsachse ausgebildet ist. Erfindungsgemäß ist es hierdurch in vorteilhafter Weise möglich, dass sowohl die Rotationselementanordnung als auch die Sensoranordnung mithilfe der gleichen Antriebsanordnung (beispielsweise dem gleichen Antriebsrahmen) antreibbar sind. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass in den Sensorkernen andere Antriebsstrukturen sowie Anschlusspads und die dazugehörigen Verdrahtungen eingespart werden können. Durch den gemeinsamen Antrieb kann auch die betroffene anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) kompakter gebaut werden, insbesondere da nur ein Antriebsregelkreis zur Verfügung gestellt werden muss. Der Vorteil des gemeinsamen Antriebs liegt insbesondere auch in der Vermeidung von unterschiedlichen Antriebsfrequenzen der einzelnen Sensorkerne. So ist eine gegenseitige Beeinflussung, z.B. durch parasitäres Übersprechen der Antriebskräfte, erfindungsgemäß minimierbar. Außerdem ist es möglich, dass das Packaging einfacher wird und dass mögliche Fehlstellungen der Messachsen zueinander durch die Toleranzen der monolithischen
Sensorfertigung bestimmt werden, wodurch solche um Größenordnungen reduzierbar sind gegenüber der Anordnung von Einzelkernen mittels Aufbau- und Verbindungstechnik. Ein weiterer Vorteil eines
erfindungsgemäßen mehrachsigen Sensordesigns ist die Vermeidung von Störmoden, die auf verschiedene Arten zu einem Fehlsignal des Sensors führen können, z.B. durch (resonante) Anregung mittels äußerer Kräfte (Vibration) oder durch nichtlineares Übersprechen in der Mechanik oder der Elektrostatik des Systems. Erfindungsgemäß ist es möglich, dass eine besonders vorteilhafte Zuverlässigkeit und Sicherheit des
Drehratensensors erzielbar ist, was beispielsweise einen Einsatz im
Automotive- Bereich ermöglicht. Im Gegenteil dazu haben, bei der Verwendung von aus dem Stand der Technik bekannten System mit drei (identischen) einachsige Sensoren (und separaten Antriebsstrukturen), alle Sensoren die gleichen Störmoden, die prozessbedingt bei leicht unterschiedlichen Frequenzen liegen, so dass sich insgesamt die Zahl der Störmoden bei solchen aus dem Stand der Technik bekannten Sensoren in einem betrachteten Frequenzbereich nachteilhaft verdreifacht.
In einem erfindungsgemäßen mehrachsigen Sensorelement ist es möglich, das Sensorelement so auszulegen, dass es weniger als die dreifache Zahl an Störmoden aufweist. Eine deutliche Reduzierung der Störmoden ist bei einem dreiachsigen Sensorelement insbesondere dann möglich, wenn dieselben Detektionsstrukturen jeweils für mehr als nur eine Messachse sensitiv ausgelegt sind.
Unter einer senkrecht zur Haupterstreckungsebene des Substrats anliegenden Drehrate wird erfindungsgemäß verstanden, dass die
Drehachse der betroffenen Drehrate senkrecht auf der
Haupterstreckungsebene des Substrats steht. Entsprechendes gilt für die in die erste bzw. zweite Haupterstreckungsachse des Substrats anliegenden Drehraten.
Dadurch, dass die Rotationselementanordnung ein erstes
Rotationselement und ein zweites Rotationselement umfasst, wobei das erste Rotationselement mithilfe der Antriebsanordnung um eine erste Drehachse antreibbar ist, wobei das zweite Rotationselement mithilfe der Antriebsanordnung um eine zweite Drehachse antreibbar ist, wobei die erste Drehachse senkrecht zur Haupterstreckungsebene angeordnet ist, wobei die zweite Drehachse senkrecht zur Haupterstreckungsebene angeordnet ist, ist es gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise möglich, dass äußere Linear- und
Drehbeschleunigungen kein (bzw. ein minimiertes) differentielles Signal erzeugen. Es ist dadurch möglich, dass eine vibrationsrobuste Messung der Drehrate um zwei Achsen (erste und zweite Haupterstreckungsachse des Substrats) durchführbar ist. Des Weiteren ist es möglich, dass dadurch Störmoden nur reduziert auftreten. Es ist gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung des Weiteren möglich, dass
Detektionselektroden unterhalb des ersten und zweiten Rotationselements angeordnet sind, mithilfe derer eine Verkippung der Rotationselemente um die erste und/oder zweite Haupterstreckungsachse messbar sind.
Dadurch, dass die Sensoranordnung eine erste Masse, eine zweite Masse und eine dritte Masse umfasst, wobei die erste und die zweite Masse, zumindest teilweise, während der Antriebsbewegung zur gleichsinnigen Bewegung ausgebildet sind, wobei die dritte Masse, zumindest teilweise, während der Antriebsbewegung zu einer zur Bewegung der ersten und zweiten Masse gegensinnigen Bewegung ausgebildet ist, wobei die dritte Masse insbesondere in eine Richtung parallel zur zweiten
Haupterstreckungsachse des Substrats zwischen der ersten Masse und der zweiten Masse angeordnet ist, ist es gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung möglich, dass eine besonders vorteilhafte
Ausbildungsform der Sensoranordnung mit drei Massen realisierbar ist. Als gleichsinnige Bewegung ist dabei zu verstehen, dass sich die erste und zweite Masse gleichzeitig in eine (die gleiche) Richtung entlang der ersten Haupterstreckungsachse bewegen. Die dritte Masse bewegt sich währenddessen dazu gegensinnig, also in die entgegengesetzte Richtung.
Es ist prinzipiell möglich, dass die erste, zweite und dritte Masse - jeweils vollumfänglich oder jeweils nur teilweise (beispielsweise nur eine
Antriebsrahmenkomponente der jeweiligen Masse) - die jeweilige
Antriebsbewegung vollziehen,
Es ist besonders bevorzugt, dass die dritte Masse im Wesentlichen doppelt so schwer ist wie jeweils die erste und zweite Masse.
Dadurch, dass der ersten Masse eine erste Antriebsstruktur der
Antriebsanordnung zugeordnet ist, wobei die erste Antriebsstruktur mechanisch mit dem ersten Rotationselement verbunden ist, wobei der zweiten Masse eine zweite Antriebsstruktur der Antriebsanordnung zugeordnet ist, wobei die zweite Antriebsstruktur mechanisch mit dem zweiten Rotationselement verbunden ist, ist es gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung möglich, dass eine vorteilhafte Kopplung der Sensoranordnung und der
Rotationselementanordnung ermöglicht wird. Dies erlaubt einen besonders vorteilhaften beidseitigen Antrieb der beiden Rotationselemente. Hierbei ist es beispielsweise möglich, dass die erste Masse mithilfe eines ersten Balkens oder Steges (und insbesondere zusätzlich über eine Feder) an das erste Rotationselement gekoppelt ist und die zweite Masse mithilfe eines zweiten Balkens oder Steges (und insbesondere zusätzlich über eine Feder) an das zweite Rotationselement gekoppelt ist. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, dass während der Antriebsbewegung eine parallele Antriebsbewegung der ersten und zweiten Masse entlang der ersten Haupterstreckungsachse vollziehbar ist und sich diese Bewegung der Massen in eine Rotationsbewegung des ersten und zweiten
Rotationselements fortsetzt und zwar insbesondere derart, dass das erste und zweite Rotationselement relativ zueinander eine gegenphasige Rotationsbewegung um die erste bzw. zweite Drehachse vollziehen.
Dadurch, dass das erste Rotationselement und das zweite
Rotationselement mithilfe der Federstruktur verbunden sind, insbesondere derart, dass eine parallele Verkippung des ersten und zweiten
Rotationselements um die erste Haupterstreckungsachse unterdrückt ist und eine antiparallele Verkippung des ersten und zweiten
Rotationselements um die erste Haupterstreckungsachse ermöglicht ist, ist es gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung möglich, dass eine besonders vorteilhafte Kopplung des ersten und zweiten
Rotationselements realisierbar ist. Es ist bevorzugt möglich, dass die Federstruktur mit mindestens einer Stegstruktur der dritten Antriebsstruktur verbunden ist, insbesondere derart, dass mithilfe der Federstruktur und der Stegstruktur eine mechanische Verbindung zwischen der dritten Masse und dem ersten Rotationselement sowie dem zweiten Rotationselement hergestellt ist. Dadurch, dass das erste Rotationselement und das zweite
Rotationselement mithilfe einer Koppelstruktur mechanisch verbunden sind, wobei die Koppelstruktur insbesondere mindestens eine Wippenstruktur umfasst, wobei die Wippenstruktur derart ausgebildet ist, dass eine parallele Verkippung des ersten und zweiten Rotationselements um die zweite Haupterstreckungsachse unterdrückt ist und eine antiparallele Verkippung des ersten und zweiten Rotationselements um die zweite Haupterstreckungsachse ermöglich ist, ist es gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung möglich, dass in Richtung der zweiten Haupterstreckungsachse lediglich antiparallele Verkippungen des ersten und zweiten Rotationselements möglich sind, was in vorteilhafter Weise eine rein antiparallel Detektionsbewegung der beiden
Rotationselemente erlaubt.
Dadurch, dass das erste Rotationselement und das zweite
Rotationselement mithilfe einer weiteren Koppelstruktur mechanisch verbunden sind, wobei die weitere Koppelstruktur von mindestens einer Stegstruktur der dritten Antriebsstruktur gekreuzt wird, wobei die
Stegstruktur bevorzugt im Kreuzungsbereich in einer zusätzlichen Schicht unterhalb der weiteren Koppelstruktur angeordnet ist, ist es gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung möglich, dass die dritte Antriebsstruktur bevorzugt mit dem ersten und zweiten Rotationselement, insbesondere im Bereich zwischen dem ersten und zweiten
Rotationselement (in Richtung der zweiten Haupterstreckungsachse), verbunden ist. Besonders bevorzugt ist es, dass die dritte Antriebsstruktur mit der zwischen dem ersten und zweiten Rotationselement angeordneten Federstruktur verbunden ist.
Dadurch, dass das erste Rotationselement mithilfe einer ersten
Aufhängung mit dem Substrat verbunden ist, wobei das zweite
Rotationselement mithilfe einer zweiten Aufhängung mit dem Substrat verbunden ist, wobei insbesondere die erste Aufhängung teilweise in einer mittigen Aussparung im ersten Rotationselement angeordnet ist, wobei insbesondere die zweite Aufhängung teilweise in einer mittigen Aussparung im zweiten Rotationselement angeordnet ist, ist es gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung möglich, dass eine
vorteilhafte Rotation des ersten und des zweiten Rotationselements um die erste bzw. zweite Drehachse möglich ist. Insbesondere ist es vorgesehen, dass die erste und zweite Aufhängung derart ausgebildet sind, dass das erste und zweite Rotationselement jeweils um die erste bzw. zweite Drehachse rotieren können und gleichzeitig um die erste und zweite Haupterstreckungsachse verkippbar sind.
Dadurch, dass die erste Masse mithilfe einer ersten Federanordnung mit der dritten Masse verbunden ist, wobei die zweite Masse mithilfe einer zweiten Federanordnung mit der dritten Masse verbunden ist, ist es gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung möglich, dass die Sensoranordnung in besonders vorteilhafter Weise zur Detektion von senkrecht zur Haupterstreckungsebene des Substrats anliegenden
Drehraten ausgebildet ist. Hierbei ist es besonders bevorzugt, dass die erste und zweite Federanordnung derart ausgebildet sind, dass sie eine gegenphasige Bewegung der ersten und dritten Massen sowie der zweiten und dritten Masse in die zweite Haupterstreckungsachse ermöglichen. Insbesondere ist es bevorzugt, dass ein von der ersten Masse umfasster Teilbereich der ersten Antriebsanordnung (ein erster Teil eines
Antriebsrahmens) mit einem von der dritten Masse umfassten Teilbereich der dritten Antriebsanordnung (ein dritter Teil eines Antriebsrahmens) mithilfe der ersten Federanordnung verbunden ist. Ebenso ist es bevorzugt, dass ein von der zweiten Masse umfasster Teilbereich der zweiten
Antriebsanordnung (ein zweiter Teil eines Antriebsrahmens) mit einem von der dritten Masse umfassten Teilbereich der dritten Antriebsanordnung (ein dritter Teil eines Antriebsrahmens) mithilfe der zweiten Federanordnung verbunden ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Drehratensensors nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat gegenüber dem Stand der Technik die bereits im Zusammenhang mit dem
erfindungsgemäßen Drehratensensor oder einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Drehratensensors beschriebenen Vorteile. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in den Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Figur 1 zeigt eine schematische Aufsicht auf einen Drehratensensor gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Figur 2 zeigt eine schematische Aufsicht auf einen Drehratensensor gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Figur 3 zeigt eine schematische Aufsicht auf einen Drehratensensor gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In Figur 4, Figur 5 und Figur 6 sind schematische Aufsichten auf eine erste Aufhängung 11 bzw. zweite Aufhängung 21 gemäß
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dargestellt.
Figur 7 zeigt eine schematische Aufsicht auf einen Drehratensensor gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Figur 8 zeigt schematisch einen Teilbereich eines Drehratensensors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Figur 9 zeigt schematisch einen Teilbereich eines Drehratensensors gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung
In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils n einmal benannt bzw. erwähnt. Beispielhafte Rotationselementanordnungen 10, 20, die zur Detektion von Drehraten anliegend in eine erste Haupterstreckungsachse 100 des Substrats und von Drehraten anliegend in eine zur ersten
Haupterstreckungsachse 100 senkrechten zweite Haupterstreckungsachse 100 des Substrats ausgebildet sind, sind in den Figuren 1, 2, 3 und 7 gezeigt.
Beispielhafte Sensoranordnungen 40, die zur Detektion einer senkrecht zu der Haupterstreckungsebene 100, 200 des Substrats anliegenden Drehrate ausgebildet sind, sind in den Figuren 1, 2, 3 und 7 dargestellt.
In Figur 1 ist eine schematische Aufsicht auf einen Drehratensensor 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Der Drehratensensor 1 umfasst eine
Rotationselementanordnung 10, 20 zur Detektion von Drehraten anliegend in eine erste Haupterstreckungsachse 100 des Substrats und eine zur ersten Haupterstreckungsachse 100 senkrechten zweiten
Haupterstreckungsachse 200 des Substrats. Die
Rotationselementanordnung 10, 20 umfasst ein erstes Rotationselement 10 und ein zweites Rotationselement 20, wobei das erste Rotationselement 10 durch die Antriebsanordnung 30 um eine erste Drehachse antreibbar ist und das zweite Rotationselement 20 durch die Antriebsanordnung 30 um eine zweite Drehachse antreibbar ist. Das erste und zweite
Rotationselement 10, 20 weisen jeweils eine mittige Aussparung auf. Die erste und zweite Drehachse stehen senkrecht auf der
Haupterstreckungsebene 100, 200. Dabei ist das erste Rotationselement 10 mithilfe einer ersten Aufhängung 11 mit dem Substrat verbunden und das zweite Rotationselement 20 mithilfe einer zweiten Aufhängung 21 mit dem Substrat verbunden. Die erste Aufhängung 11 ist (zumindest teilweise) in der mittigen Aussparung im ersten Rotationselement 10 angeordnet und die zweite Aufhängung 21 ist (zumindest teilweise) in der mittigen
Aussparung im zweiten Rotationselement 20 angeordnet. Die
Antriebsbewegung des ersten und zweiten Rotationselements 10, 20 erfolgt dabei gegenphasig, wie durch die in den Rotationselements 10, 20 eingezeichneten Pfeile verdeutlich ist. Unterhalb und/oder oberhalb der Rotationselemente 10, 20 sind bevorzugt Detektionselektroden angebracht, welche nicht dargestellt sind. Mithilfe solcher Detektionselektroden kann eine Verkippung der Rotationselemente 10, 20 detektiert werden. Des Weiteren umfasst der Drehratensensor 1 eine Sensoranordnung 40. Die Sensoranordnung 40 ist zur Detektion einer senkrecht zu der
Haupterstreckungsebene 100, 200 des Substrats anliegenden Drehrate ausgebildet. Sowohl die Sensoranordnung 40 als auch die
Rotationselementanordnung 10, 20 können mithilfe einer
Antriebsanordnung 30 angetrieben werden. Die Antriebsanordnung 30 ist dabei zur Antriebsbewegung entlang der ersten Haupterstreckungsachse 100 ausgebildet ist. Die Antriebsanordnung 30 umfasst eine erste
Antriebsstruktur 31, eine zweite Antriebsstruktur 32 und eine dritte
Antriebsstruktur 33. Der ersten Antriebsstruktur 31 ist eine erste Masse 41 der Sensoranordnung 40 zugeordnet. Die erste Antriebsstruktur 31 umfasst insbesondere einen Balken. Mithilfe des Balkens (und zusätzlich mithilfe einer Feder) ist die erste Masse 41 mit dem ersten Rotationselement 10 verbunden Der zweiten Antriebsstruktur 32 ist eine zweite Masse 42 der Sensoranordnung 40 zugeordnet. Die zweite Antriebsstruktur 32 umfasst insbesondere einen Balken. Mithilfe des Balkens (und zusätzlich einer Feder) ist die zweite Masse 42 mit dem zweiten Rotationselement 20 verbunden. Des Weiteren umfasst die Sensoranordnung 40 eine dritte Masse 43. Die erste und die zweite Masse 41, 42 sind während der Antriebsbewegung zur gleichsinnigen Bewegung ausgebildet. Die dritte Masse 43 ist während der Antriebsbewegung zu einer zur Bewegung der ersten und zweiten Masse 41, 42 gegensinnigen Bewegung ausgebildet (bezüglich der ersten Haupterstreckungsachse 100). Dies ist durch die an den Massen 41, 42, 43 eingezeichneten Pfeile verdeutlicht. Die erste, zweite und dritte Masse 41, 42, 43 sind in der gezeigten Ausführungsform im Wesentlichen nebeneinander parallel zur zweiten
Haupterstreckungsachse 200 ausgebildet. Hierbei sind die die erste Masse 41 und die dritte Masse 43 mithilfe einer ersten Federanordnung 37 verbunden und die dritte Masse 43 und die zweite Masse 42 mithilfe einer zweiten Federanordnung 38 verbunden. Die erste und zweite
Federanordnung (bzw. Koppelstrukturen) 37, 38 sind dabei derart ausgebildet, dass sie die antisymmetrische Bewegung der Massen 41, 42, 43, also die gleichphasige Bewegung der ersten und zweiten Masse und die dazu gegenphasige Bewegung der dritten Masse, in Richtung der zweiten Haupterstreckungsachse 200 zulassen (veranschaulicht durch die eingezeichneten Pfeile). Zwischen dem ersten Rotationselement 10 und dem zweiten Rotationselement 20 ist ein eine Federstruktur 70
angeordnet, die die beiden Rotationselemente 10, 20 miteinander verbindet. Die Federstruktur 70 ist insbesondere derart ausgebildet, dass eine parallele Verkippung des ersten und zweiten Rotationselements 10, 20 um die erste Haupterstreckungsachse 100 unterdrückt ist und eine antiparallele Verkippung des ersten und zweiten Rotationselements um die erste Haupterstreckungsachse 100 ermöglicht ist. Die Federstruktur 70 ist mit einer Stegstruktur 45 der dritten Antriebsstruktur 33 der
Antriebsanordnung 30 verbunden. Die Stegstruktur 45 umfasst
insbesondere zwei Balken, die sich parallel in Richtung der ersten
Haupterstreckungsachse erstecken und über eine Querstrebe mit der Federstruktur 70 verbunden sind. Durch die Federstruktur 70 und die Stegstruktur 45 ist eine mechanische Verbindung zwischen der dritten Masse 43 und dem ersten Rotationselement 10 sowie dem zweiten Rotationselement 20 hergestellt. Das erste Rotationselement 10 und das zweite Rotationselement 20 sind weiterhin durch eine Koppelstruktur 60 und eine weitere Koppelstruktur 63 mechanisch verbunden. Die
Koppelstruktur 60 umfasst eine Wippenstruktur 61, die eine parallele Verkippung des ersten und zweiten Rotationselements 10, 20 um die zweite Haupterstreckungsachse 200 unterdrückt und eine antiparallele Verkippung des ersten und zweiten Rotationselements um die zweite Haupterstreckungsachse 200 ermöglicht. Die ermöglichte antiparallele Verkippung des ersten und zweiten Rotationselements 10, 20 in die Richtung parallel zur zweiten Haupterstreckungsachse 200 und die Richtung parallel zur ersten Haupterstreckungsachse 100 ist durch die senkrecht zur Aufsicht (und damit zur Haupterstreckungsebene 100, 200) dargestellten Pfeile (also die Kreuze und Punkte) im ersten und zweiten Rotationselement 10, 20 veranschaulicht. Die weitere Koppelstruktur 63 wird von der Stegstruktur 45, insbesondere von den beiden Balken der Stegstruktur 45, berührungslos gekreuzt. Dies ist möglich, da die
Stegstruktur 45 (bzw. die beiden Balken) in diesem Kreuzungsbereich 81 in einer zusätzlichen Schicht ausgebildet ist, welche sich unterhalb (also näher am Substrat) befindet als die weitere Koppelstruktur 63 und insbesondere auch als die restlichen Bereiche der Stegstruktur 45 außerhalb des Kreuzungsbereichs 81. Die weitere Koppelstruktur 63 umfasst eine weitere Wippenstruktur 61, die eine parallele Verkippung des ersten und zweiten Rotationselements 10, 20 um die zweite
Haupterstreckungsachse 200 unterdrückt und eine antiparallele Verkippung des ersten und zweiten Rotationselements um die zweite
Haupterstreckungsachse 200 ermöglicht. Erfindungsgemäß ist es möglich, dass das erste Rotationselement 10, das zweite Rotationselement 20 sowie die Sensoranordnung 40 mittels der gleichen Antriebsanordnung 30 antreibbar sind. Dies bedeutet insbesondere, dass mithilfe der ersten, zweiten und dritten Antriebsstruktur 31, 32, 33 eine Antriebsbewegung der ersten, zweiten und dritte Masse 41, 42, 43 entlang der ersten
Haupterstreckungsachse 100 an die Rotationselemente 10, 20
weitergegeben wird und die Rotationselemente 10, 20 dadurch um die erste und zweite Drehachse antreibbar sind.
In Figur 2 ist eine schematische Aufsicht auf einen Drehratensensor 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die zweite Ausführungsform ähnelt dabei der in Figur 1 dargestellten ersten Ausführungsform mit dem Unterschied, dass keine weitere Koppelstruktur 63 vorhanden ist. Dadurch ist es möglich, dass die Stegstruktur 45 (und insbesondere deren Balken) nicht in einem
Kreuzungsbereich 81 in einer zusätzlichen Schicht angeordnet ist, sondern in der gleichen Schicht wie die übrigen Elemente.
In Figur 3 ist eine schematische Aufsicht auf einen Drehratensensor 1 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die dritte Ausführungsform ähnelt dabei der in Figur 1 dargestellten ersten Ausführungsform mit dem Unterschied, dass keine Stegstruktur 45 vorhanden ist. Dadurch ist keine mechanische Verbindung zwischen der Federstruktur 70 und der dritten Masse 43 hergestellt. In Figur 4, Figur 5 und Figur 6 sind schematische Aufsichten auf eine erste Aufhängung 11 eines ersten Rotationselements 10 bzw. eine zweite Aufhängung 21 eines zweiten Rotationselements 20 gemäß
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die erste und zweite Aufhängung 11, 21 am Substrat ist jeweils derart ausgestaltet, dass das erste bzw. zweite Rotationselement 10, 20 eine
Drehbewegung/Rotationsbewegung um die erste Drehachse bzw. um die zweite Drehachse senkrecht zur Haupterstreckungsfläche 100, 200 des Substrats vollziehen kann und gleichzeitig ein Kippen des ersten bzw. zweiten Rotationselements 10, 20 um die erste und zweite
Haupterstreckungsachse 100, 200 (bzw. um Achsen parallel zu diesen) möglich ist.
In Figur 7 zeigt eine schematische Aufsicht auf einen Drehratensensor gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die vierte Ausführungsform umfasst dabei die in Figur 1 schematisch dargestellten Komponenten. Des Weiteren umfasst in der vierten
Ausführungsform die Sensoranordnung 40 eine Detektionsstruktur, die sich in Detektionsrichtung bewegen kann, eine Coriolisstruktur, die sich in Antriebsrichtung und Detektionsrichtung bewegen kann, und eine
Antriebsstruktur, die sich in Antriebsrichtung bewegen kann. Jede der Massen 41, 42, und 43 umfasst jeweils einen Teilbereich der
Detektionsstruktur, Coriolisstruktur und Antriebsstruktur. Für die zweite Masse 42 sind der zugehörige Teilbereich der Coriolisstruktur 42' und der Detektionsstruktur 42" mit Referenzzeichen versehen. Die Coriolisstruktur ist mit der Antriebsstruktur über Federn verbunden. Ebenso ist die
Coriolisstruktur mit der Detektionsstruktur über Federn verbunden. Bei der dritten Masse 43 ist der Coriolisrahmen durch den Antriebsrahmen getrennt. Um eine gemeinsame Detektionsmode zu gewährleisten, kann über die zusätzliche Schicht eine Verbindung 80 hergestellt werden. Die Teilbereiche der Detektionsstruktur der verschiedenen Massen 41, 42, 43 sind jeweils über ein Koppelkreuz verbunden, welches eine gegenphasige Bewegung zweier benachbarter Massen erlaubt und eine gleichphasige Bewegung unterdrückt. Die einzelnen Teilbereiche des Antriebsrahmens sind über Koppelstrukturen 37, 38 (Koppelwippen) verbunden, die ebenfalls die gegenphasige Bewegung benachbarter Massen 41, 42, 43 in der Antriebsmode erlauben und die gleichphasige Bewegung unterdrücken. Die Antriebsanordnung 30 umfasst die Antriebsstrukturen der ersten, zweiten und dritten Masse 41, 42, 43 und ist zusätzlich als umlaufender Rahmen (insbesondere mit kleinen Unterbrechungen) um die
Rotationselemente 10, 20 und die Coriolisstrukturen der Sensoranordnung 40 ausgebildet und auch zwischen den Rotationselementen 10, 20 mithilfe der Stegstruktur 45, Federstruktur 70 und einer weiteren Stegstruktur verbunden. Zur Durchführung der Antriebsanordnung 30 unter oder über der Koppelstruktur 60 bzw. der weiteren Koppelstruktur 63 wird die zusätzliche Schicht verwendet. Die zusätzliche Schicht kann
erfindungsgemäß deutlich dünner ausgeführt werden als die Schicht in der die anderen Komponenten angeordnet sind (wie beispielsweise in Figur 8 dargestellt), so dass die Stegstruktur 45 bzw. die weitere Stegstruktur als Biegefedern für Bewegungen aus der Haupterstreckungsebene 100, 200 heraus verwendbar sind. Für die Detektionsbewegung, bei der die
Rotationselemente 10, 20 um die erste Haupterstreckungsachse 100 verkippen, ist es vorteilhaft, wenn sich die Antriebsanordnung 30 (bzw. der Antriebsrahmen) in der Nähe der Anbindung zu den Rotationselementen 10, 20 aus der Ebene heraus bewegen kann. Dies wird in dieser
Ausführungsform durch weitere Strukturen in der zusätzlichen Schicht in der Nähe der Federstruktur 70 und an den äußeren Rahmen realisiert.
In einer alternativen Ausprägung kann die Sensoranordnung 40 auch nur aus zwei Rahmen bestehen. Die Detektionsstrukturen sind dann in den Coriolisrahmen integriert und bewegen sich in der Antriebsbewegung mit.
In Figur 8 ist schematisch ein Teilbereich eines Drehratensensors 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt.
Insbesondere ist durch die perspektivische Sicht die zusätzliche Schicht zu erkennen. In dieser zusätzlichen Schicht ist die Stegstruktur 45 im
Kreuzungsbereich 81 mit der weiteren Koppelstruktur 63 angeordnet.
Bevorzugt ist die zusätzliche Schicht dünner als die Schicht in der die anderen Elemente des Drehratensensors 1 hauptsächlich ausgebildet sind. In Figur 9 ist schematisch ein Teilbereich eines Drehratensensors gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist im Kreuzungsbereich 81 der weiteren
Koppelstruktur 63 und der Stegstruktur 45 die weitere Koppelstruktur 63 in der zusätzlichen Schicht angeordnet (und nicht die Stegstruktur 45). Die weitere Koppelstruktur 63 umfasst hier drei Wippenstrukturen 61. Durch die dreifache Wippenstruktur wird eine gewünschte Detektionsbewegung der Rotationselemente 10, 20 ermöglicht, wie durch in die Ebene hinein und aus der Ebene herauszeigenden Pfeile dargestellt ist. Vorteilhaft ist bei dieser Ausführungsform, dass die dünnere zusätzliche Schicht in der Antriebsbewegung ruht und nicht belastet wird. Die Koppelstruktur 60 weist die gleichen oben beschriebenen Merkmale auf wie die weitere
Koppelstruktur 63.

Claims

Ansprüche
Drehratensensor (1) mit einem eine Haupterstreckungsebene (100, 200) aufweisenden Substrat, wobei der Drehratensensor (1) eine
Rotationselementanordnung (10, 20) umfasst, wobei die
Rotationselementanordnung (10, 20) zur Detektion von Drehraten anliegend in einer ersten Haupterstreckungsachse (100) des Substrats und von Drehraten anliegend in einer zur ersten Haupterstreckungsachse (100) senkrechten zweiten Haupterstreckungsachse (200) des Substrats ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehratensensor (1) eine Sensoranordnung (40) aufweist, wobei die Sensoranordnung (40) zur Detektion einer senkrecht zu der Haupterstreckungsebene (100, 200) des Substrats anliegenden Drehrate ausgebildet ist, wobei sowohl die
Sensoranordnung (40) als auch die Rotationselementanordnung (10, 20) mithilfe einer Antriebsanordnung (30) antreibbar sind, wobei die
Antriebsanordnung (30) zur Antriebsbewegung entlang der ersten
Haupterstreckungsachse (100) ausgebildet ist.
Drehratensensor (1) nach Anspruch 1, wobei die
Rotationselementanordnung (10, 20) ein erstes Rotationselement (10) und ein zweites Rotationselement (20) umfasst, wobei das erste
Rotationselement (10) mithilfe der Antriebsanordnung (30) um eine erste Drehachse antreibbar ist, wobei das zweite Rotationselement (20) mithilfe der Antriebsanordnung (30) um eine zweite Drehachse antreibbar ist, wobei die erste Drehachse senkrecht zur Haupterstreckungsebene (100, 200) angeordnet ist, wobei die zweite Drehachse senkrecht zur
Haupterstreckungsebene (100, 200) angeordnet ist.
Drehratensensor (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Sensoranordnung (40) eine erste Masse (41), eine zweite Masse (42) und eine dritte Masse (43) umfasst, wobei die erste und die zweite Masse (41, 42), zumindest teilweise, während der Antriebsbewegung zur
gleichsinnigen Bewegung ausgebildet sind, wobei die dritte Masse (43), zumindest teilweise, während der Antriebsbewegung zu einer zur
Bewegung der ersten und zweiten Masse (41, 42) gegensinnigen Bewegung ausgebildet ist, wobei die dritte Masse (43) insbesondere in eine Richtung parallel zur zweiten Haupterstreckungsachse (200) des Substrats zwischen der ersten Masse (41) und der zweiten Masse (42) angeordnet ist.
Drehratensensor (1) nach Anspruch 3, wobei der ersten Masse (41) eine erste Antriebsstruktur (31) der Antriebsanordnung (30) zugeordnet ist, wobei die erste Antriebsstruktur (31) mechanisch mit dem ersten
Rotationselement (10) verbunden ist, wobei der zweiten Masse (42) eine zweite Antriebsstruktur (32) der Antriebsanordnung (30) zugeordnet ist, wobei die zweite Antriebsstruktur (32) mechanisch mit dem zweiten Rotationselement (20) verbunden ist.
Drehratensensor (1) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei der dritten Masse (43) eine dritte Antriebsstruktur (33) der Antriebsanordnung (30) zugeordnet ist.
Drehratensensor (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei eine Federstruktur (70) zwischen dem ersten Rotationselement (10) und dem zweiten Rotationselement (20) angeordnet ist, wobei das erste
Rotationselement (10) und das zweite Rotationselement (20) mithilfe der Federstruktur (70) verbunden sind, insbesondere derart, dass eine parallele Verkippung des ersten und zweiten Rotationselements um die erste Haupterstreckungsachse (100) unterdrückt ist und eine antiparallele Verkippung des ersten und zweiten Rotationselements um die erste Haupterstreckungsachse (100) ermöglich ist.
Drehratensensor (1) nach Anspruch 6, wobei die Federstruktur (70) mit mindestens einer Stegstruktur (45) der dritten Antriebsstruktur (33) verbunden ist, insbesondere derart, dass mithilfe der Federstruktur (70) und der Stegstruktur (45) eine mechanische Verbindung zwischen der dritten Masse (43) und dem ersten Rotationselement (10) sowie dem zweiten Rotationselement (20) hergestellt ist.
8. Drehratensensor (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei das erste Rotationselement (10) und das zweite Rotationselement (20) mithilfe einer Koppelstruktur (60) mechanisch verbunden sind, wobei die Koppelstruktur (60) insbesondere mindestens eine Wippenstruktur (61) umfasst, wobei die Wippenstruktur (61) derart ausgebildet ist, dass eine parallele Verkippung des ersten und zweiten Rotationselements um die zweite
Haupterstreckungsachse (200) unterdrückt ist und eine antiparallele Verkippung des ersten und zweiten Rotationselements um die zweite Haupterstreckungsachse (200) ermöglich ist.
9. Drehratensensor (1) nach Anspruch 8, wobei das erste Rotationselement (10) und das zweite Rotationselement (20) mithilfe einer weiteren
Koppelstruktur (63) mechanisch verbunden sind, wobei die weitere
Koppelstruktur (63) von mindestens einer Stegstruktur (45) der dritten Antriebsstruktur (33) gekreuzt wird, wobei die Stegstruktur (45) bevorzugt im Kreuzungsbereich in einer zusätzlichen Schicht unterhalb der weiteren Koppelstruktur (63) angeordnet ist.
10. Drehratensensor (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das erste Rotationselement (10) mithilfe einer ersten Aufhängung (11) mit dem Substrat verbunden ist, wobei das zweite Rotationselement (20) mithilfe einer zweiten Aufhängung (21) mit dem Substrat verbunden ist, wobei insbesondere die erste Aufhängung (11) teilweise in einer mittigen
Aussparung im ersten Rotationselement (10) angeordnet ist, wobei insbesondere die zweite Aufhängung (21) teilweise in einer mittigen Aussparung im zweiten Rotationselement (20) angeordnet ist.
11. Drehratensensor (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die erste Masse (41) mithilfe einer ersten Federanordnung (37) mit der dritten Masse (43) verbunden ist, wobei die zweite Masse (42) mithilfe einer zweiten Federanordnung (38) mit der dritten Masse (43) verbunden ist.
12. Verfahren zur Herstellung eines Drehratensensors (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
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