WO2020002384A1 - Mikroelektromechanischer sensor - Google Patents

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WO2020002384A1
WO2020002384A1 PCT/EP2019/066920 EP2019066920W WO2020002384A1 WO 2020002384 A1 WO2020002384 A1 WO 2020002384A1 EP 2019066920 W EP2019066920 W EP 2019066920W WO 2020002384 A1 WO2020002384 A1 WO 2020002384A1
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WO
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spring
bar
sensor
mass
drive movement
Prior art date
Application number
PCT/EP2019/066920
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English (en)
French (fr)
Inventor
Robert Ramsperger
Odd-Axel Pruetz
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Publication of WO2020002384A1 publication Critical patent/WO2020002384A1/de

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    • 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
    • B81B3/004—Angular deflection
    • B81B3/0045—Improve properties related to angular swinging, e.g. control resonance frequency
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
    • G01C19/5719—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using planar vibrating masses driven in a translation vibration along an axis
    • G01C19/5733—Structural details or topology
    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2203/00—Basic microelectromechanical structures
    • B81B2203/01—Suspended structures, i.e. structures allowing a movement
    • B81B2203/0145—Flexible holders
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2203/00—Basic microelectromechanical structures
    • B81B2203/01—Suspended structures, i.e. structures allowing a movement
    • B81B2203/0145—Flexible holders
    • B81B2203/0154—Torsion bars

Definitions

  • the invention relates to a microelectromechanical sensor
  • rotation rate sensor comprising a spring which connects a first mass and a second mass of the sensor.
  • Inertial sensors made of thin layers with moving structures are known from surface micromechanics - in particular with rotation rate sensors (DRS). These act e.g. as spring-mass systems.
  • rotation rate sensors in particular, special areas of the movable structure have the task of realizing a drive movement that is often (but not necessarily) oriented in the plane (in-plane).
  • rotation rate sensors based on the Coriolis effect a Coriolis force arises when an external rotation rate is applied, which deflects the detection structures of the sensor perpendicular to the drive direction (and to the axis of rotation).
  • DRS rotation rate sensors
  • such coupling structures are often realized by a single bar or a combination of a bar with a U-spring (fork structure), which carry out the transmission of the drive movement analogously to a “push rod”.
  • the movement transverse to the drive direction necessary for the detection is usually realized by bending the bars or, if necessary, deflecting the U-springs mentioned.
  • the detection movement direction can be in-plane (so-called Z-channel DRS), or out-of-plane (so-called X-channel DRS), or combined in plane and out-plane (so-called XZ channel DRS) ,
  • Error patterns such as offset, vibration sensitivity,
  • Microelectromechanical sensor comprising a first and a second mass, in which a hard coupling of a
  • the microelectromechanical sensor according to the invention has the advantage over the prior art that, with the aid of the at least four U-spring areas and / or at least two O-spring areas, an improved decoupling of a detection movement is made possible, while at the same time a hard coupling of a
  • Detection movements can be accomplished.
  • Main extension plane of a substrate of the sensor are formed, it is according to an embodiment of the present invention in
  • the second mass is a detection mass of the sensor, the first mass being a further detection mass or a
  • Drive mass of the sensor it is possible according to one embodiment of the present invention, for example, that with the aid of the spring a hard coupling of a drive movement of the drive mass to the detection mass with a good decoupling
  • Detection movement of the detection mass can be achieved.
  • the mirror symmetry plane extends parallel to the drive movement axis and perpendicular to the main extension plane of the substrate, it is possible according to one embodiment of the present invention to enable designs and layouts that are particularly error-prone using the mirror symmetry.
  • a conductor track is at least partially arranged above or below the spring such that an overlap area between the spring and the conductor track when the spring is deflected parallel to the drive movement axis, at least over a certain one
  • Modulation effects which can arise due to an interaction of the spring (and possibly the masses) with wiring conductors running underneath / above, are avoided or at least minimized. Unwanted force and signal modulations can thus be avoided constructively. It is particularly conceivable that the overlap area (based on a rest position of the sensor) is arranged mirror-symmetrically about the first and / or second mirror-symmetry plane. Alternatively or additionally, it is conceivable that an overlap area between the spring and the conductor track when the spring is deflected perpendicular to the
  • Drive movement axis (and parallel to the main extension plane) remains constant, at least over a certain deflection range.
  • each, of the U-spring regions each have a first bar, a second bar and a third bar, the first bar extending parallel to the drive movement axis, the third bar extending parallel to the
  • Embodiment of the present invention possible to provide an efficient U-spring area.
  • the second bar preferably connects the ends of the first and second bars, so that the first, second and third bars jointly form a U-shape.
  • the third bar of a first U- Spring area is connected by means of a fourth bar to the third bar of a second U-spring area, the fourth bar parallel to the main plane of extent of the substrate and perpendicular to
  • the fourth bar can thus be partially assigned to the first and partially to the second U-spring area).
  • the first U-spring area and the second U-spring area can form a pair of U-springs with particular advantages in the decoupling of detection movements.
  • a third U-spring area and a fourth U-spring area are also connected by means of a (further fourth) bar, the further fourth bar being arranged parallel to the main extension plane of the substrate and perpendicular to the drive movement axis is. This makes it possible, in particular, to make a spring that is mirror-symmetrical about the second mirror-symmetry plane.
  • each of the O-spring regions each has a further first bar, a further second bar, a further third bar and a further fourth bar, the further first bar extending parallel to the drive movement axis, the further third bar Bars parallel to
  • Drive movement axis extends, wherein the further second bar is arranged parallel to the main extension plane of the substrate and perpendicular to the drive movement axis, the further fourth bar is arranged parallel to the main extension plane of the substrate and perpendicular to the drive movement axis, it is according to one
  • Embodiment of the present invention possible that an advantageous decoupling of detection movements is possible using the O-spring area (the O-spring areas). It is in particular possible that the O-spring area or each of the O-spring areas in each case
  • first U-spring area and a second U-spring area are designed as a U-spring pair and adjoin the first mass, while a third U-spring area and a fourth U-spring area are designed as a U-spring pair and that limit second mass.
  • Figure 1 shows a schematic section of a
  • microelectromechanical sensor according to an exemplary
  • Figure 2 shows a schematic section of a
  • microelectromechanical sensor according to a first embodiment of the present invention.
  • Figure 3 shows a schematic section of a
  • microelectromechanical sensor according to a second embodiment of the present invention.
  • Figure 4 shows a schematic section of a
  • microelectromechanical sensor according to a third embodiment of the present invention.
  • Figure 5 shows a schematic section of a
  • FIG. 6 shows a schematic section of a
  • microelectromechanical sensor according to a fifth embodiment of the present invention.
  • Figure 7 shows a schematic section of a
  • microelectromechanical sensor according to a sixth
  • Figure 8 shows a schematic section of a
  • microelectromechanical sensor according to a seventh embodiment of the present invention.
  • Figure 9 shows a schematic section of a
  • microelectromechanical sensor according to an eighth embodiment of the present invention.
  • microelectromechanical sensor 1 according to an exemplary
  • Embodiment of the present invention shown in a plan view of a substrate 2 with a main extension plane 100.
  • the sensor 1 shown comprises a first mass 10, a second mass 20 and a further mass 21.
  • the first mass 10 is a drive mass
  • the second mass 20 is a drive mass
  • Mass 20 a detection mass and the further mass 21 a further detection mass.
  • a drive movement axis 110 of the sensor 1 along which the drive mass executes a drive movement is shown (arrow 110).
  • the drive movement of the drive mass is passed on to the second mass 20 by means of the spring 30 and with the aid of the further spring 35 and the further mass 21 passed on.
  • the further spring 35 can have the features of the spring 30 according to embodiments of the present invention or can be designed according to any embodiment of the spring 30.
  • the second mass 20 and the further mass 21 are different
  • Detection movements are formed. Accordingly, it is provided that the springs 30, 35 enable an advantageous decoupling of these detection movements transverse to the drive axis 110.
  • Figure 2 is a schematic section of a
  • microelectromechanical sensor 1 according to a first
  • a spring 30 connects a first mass 10 and a second mass 20.
  • the second mass 20 is a detection mass of the sensor 1.
  • the first mass 10 can be a further detection mass or a drive mass of the sensor 1.
  • Adjacent to the first mass 10, the spring 30 comprises a first U-spring area 40 and a second U-spring area 40 '.
  • the first U-spring area 40 comprises a first bar 41, a second bar
  • the second bar 42 is arranged parallel to the main extension plane 100 of the substrate 2 and perpendicular to the drive movement axis 110 and connects the first and third bars 41, 43.
  • the first bar 41 borders directly on the first mass 10.
  • the second U-spring area 40 ' comprises one first bar 4, a second bar 42 'and a third bar 43'.
  • the first bar 4 and the third bar 43 ' are parallel to
  • the second bar 42 ' is arranged parallel to the main extension plane 100 of the substrate 2 and perpendicular to the drive movement axis 110 and connects the first and third bars 4, 43'.
  • the first bar 4 borders directly on the first mass 10.
  • the third bar 43 of the first U-spring area 40 and the third bar 43 'of the second U-spring area 40' are by a fourth bar 44 which is parallel to the main extension plane 100 and perpendicular to Drive movement axis 110 is connected.
  • the two U-spring regions 40, 40 ' form a pair of U-springs, which is arranged mirror-symmetrically about a first mirror-symmetry plane 60 of the spring 30.
  • the first mirror symmetry plane 60 runs through the center of the spring 30 and extends perpendicular to the
  • a further pair of U-springs is formed on the second mass 20, which comprises a third and fourth U-spring region 40 ", 40".
  • the third U-spring area 40 “comprises a first bar 41", a second bar 42 “and a third bar 43".
  • the first bar 41 "and the third bar 43" are parallel to
  • the second bar 42 “is parallel to the main extension plane 100 and perpendicular to
  • the fourth U-spring area 40 comprises a first bar 41 "", a second bar 42 “” and a third bar 43 "".
  • the first bar 41 "and the third bar 43" are parallel to
  • the second bar 42 is parallel to the main extension plane 100 and perpendicular to
  • Main extension plane 100 and perpendicular to the drive movement axis 110 is connected.
  • the third and fourth U-spring areas 40 ", 40" are designed as a reflection of the first and second U-spring areas 40, 40 "on a second mirror symmetry plane 61 of the spring 30.
  • the second mirror plane of symmetry 61 runs centrally through the spring 30 and extends in the
  • Main extension plane 100 perpendicular to the drive movement axis 110 and perpendicular to the main extension plane 100.
  • the spring 30 as a whole is both mirror-symmetrical about the first
  • the first shown Embodiment of sensor 1 thus comprises four U-spring areas 40, 40 ', 40 ", 40'". With the aid of the spring 30, an advantageous decoupling of detection movements perpendicular to the drive movement is possible.
  • Figure 3 is a schematic section of a
  • microelectromechanical sensor 1 according to a second
  • Embodiment comprises a spring 30, which has four U-spring regions 40, 40 ′′, 40 ′′, 40 ′′ ”, which are designed in accordance with the second embodiment shown in FIG.
  • the spring 30 comprises a centrally arranged O-spring area 50.
  • the O-spring area 50 comprises a further first bar 51, a further second bar 52, a further third bar 53 and a further fourth bar 54.
  • the further first bar 51 and further third bars 53 extend parallel to the drive movement axis 110.
  • the further second bar 52 and the further fourth bar 54 extend parallel to the
  • the spring 30 is mirror-symmetrical about the first and second mirror-symmetry planes 60, 61.
  • the use of a plurality of twistable bars improves the out-of-plane decoupling in the second embodiment.
  • Figure 4 is a schematic section of a
  • microelectromechanical sensor 1 according to a third
  • the spring 30 comprises a total of eight U-spring areas 40, 40 ', 40 ", 40'", 70, 70 ', 70 ", 70'” and two O-spring areas 50, 50 '.
  • the U-spring areas 70 ", 70 '" adjoin the second mass 20 and, together with the U-spring areas 40 ", 40'", are designed as a further U-spring arrangement.
  • the further U-spring arrangement is a reflection of the U-spring arrangement on the second axis of symmetry 61.
  • the O-spring regions 50, 51 are arranged in a central region of the spring 30.
  • the O-spring areas 50, 51 each include a further one first, further second, further third and further fourth bars 51, 5, 52, 52 ', 53, 53', 54, 54 '.
  • the second O-spring area 51 is one
  • Figure 5 is a schematic section of a
  • microelectromechanical sensor 1 according to a fourth
  • the spring 30 comprises two O-spring regions 50, 50 'which run along the
  • Each of the O-spring regions 50, 5 comprises a further first, a further second, a further third and a further fourth bar 51, 5, 52, 52 ′′, 53, 53 ′′, 54, 54 ′′.
  • the spring 30 according to the fourth embodiment is also mirror-symmetrical with respect to the first and second mirror-symmetry planes 60, 61.
  • microelectromechanical sensor 1 according to a fifth
  • the spring 30 comprises four U-spring areas 40, 40 ', 40 ", 40'", which are formed in the center of the spring 30.
  • a first bar 41 of the first U-spring area 40 is directly connected to a first bar 41 "of the third U-spring area 40".
  • the third and fourth U-spring areas are 40 ", 40"
  • the spring 30 according to the fifth embodiment is also mirror-symmetrical about the first and second mirror-symmetry planes 60,
  • Figure 7 is a schematic section of a
  • microelectromechanical sensor 1 according to a sixth
  • the spring 30 according to the sixth embodiment comprises the four U-spring areas 40, 40 ′′, 40 ′′, 40 ′′ ”according to the fifth embodiment (FIG. 6).
  • the spring 30 comprises two O-spring regions 50, 50 '.
  • Figure 8 is a schematic section of a
  • microelectromechanical sensor 1 according to a seventh
  • the spring 30 comprises four spring areas 40, 40 ′′, 40 ′′, 40 ′′ ”, which are arranged in accordance with the fifth embodiment (FIG. 6).
  • the spring 30 comprises one half of an O-spring region 50, which borders the first mass 10 with a further first bar 51 and a further third bar 53.
  • the further first bar 51 and the further third bar 53 are connected to one another by a further second bar 52.
  • FIG. 9 is a schematic section of a
  • microelectromechanical sensor 1 according to an eighth
  • the spring 30 corresponds to the second embodiment described in Figure 3.
  • a conductor track 3 is arranged below (or above) a central region of the spring 30.
  • An overlap area 4 (represented by the dashed lines 4) is formed between the spring 30 and the conductor track 3.
  • the overlap area 4 (or the overlap area) can be understood, for example, as a projection of the spring 30 onto the surface of the conductor track 3 (parallel to the main extension plane 100).
  • the arrows shown in FIG. 9 symbolize a deflection of the arrangement parallel to a drive movement
  • Overlap area 4 (or its size) does not advantageously change over a certain range of such a deflection.
  • the overlap area 4 between the spring 30 and the conductor track 3 thus remains constant over a certain deflection range.
  • Undesired force or signal modulation which would result from a change in the electrical capacitance between the conductor track 3 and the spring 30 (if the overlap area 4 would change during a deflection), can advantageously be avoided or at least greatly reduced.
  • the overlap area 4 between the spring 30 and the conductor track 3 is in particular arranged mirror-symmetrically about the first and / or second mirror-symmetry plane 60, 61 (with respect to a rest position of the spring 30 and the masses 10, 20).

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Abstract

Mikroelektromechanischer Sensor (1), insbesondere Drehratensensor, umfassend eine Feder (30), die eine erste Masse (10) und eine zweite Masse (20) des Sensors verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (30) mindestens vier U- Federbereiche (40, 40', 40'', 40''') und/oder mindestens zwei O- Federbereiche (50, 50') umfasst.

Description

Titel
Mikroelektromechanischer Sensor
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen mikroelektromechanischen Sensor,
insbesondere Drehratensensor, umfassend eine Feder, die eine erste Masse und eine zweite Masse des Sensors verbindet.
Aus der Oberflächen-Mikromechanik sind aus dünnen Schichten hergestellte Inertialsensoren - insbesondere bei Drehratensensoren (DRS) - mit beweglichen Strukturen bekannt. Diese fungieren z.B. als Feder- Masse-Systeme. Insbesondere bei Drehratensensoren haben spezielle Bereiche der beweglichen Struktur die Aufgabe, eine Antriebsbewegung zu realisieren, die häufig (aber nicht zwingend) in der Ebene (in-plane) orientiert ist. Bei Drehratensensoren, die auf dem Corioliseffekt basieren, entsteht beim Anlegen einer externen Drehrate eine Corioliskraft, welche die Detektionsstrukturen des Sensors senkrecht zur Antriebsrichtung (und zur Drehachse) auslenkt. Um die Bewegung der im Antrieb bzw. der Detektion beteiligten Massen miteinander zu koppeln, sind
Koppelstrukturen bzw. Federn notwendig.
Gemäß dem Stand der Technik werden solche Koppelstrukturen häufig durch einen einzelnen Balken oder eine Kombination eines Balkens mit einer U-Feder realisiert (Gabelstruktur), welche die Übertragung der Antriebsbewegung analog einer„Schubstangen“ bewerkstelligen.
Die zur Detektion notwendige Bewegung quer zur Antriebsrichtung wird üblicherweise durch Biegung der Balken oder ggf. Auslenkung der erwähnten U- Federn realisiert. Die Detektionsbewegungsrichtung kann je nach Sensortyp in-plane (sog. Z- Kanal DRS), oder out-of-plane (sog. X-Kanal DRS), oder kombiniert in plane und out-plane liegen (sog. XZ-Kanal DRS).
Aufgabe der Koppelstrukturen bzw. Federn ist es dabei, die
Antriebsbewegung möglichst hart zu koppeln, d.h. ohne Schlupf oder Effizienzverlust die Bewegung vom Antrieb bis zu einer ersten
Detektionsstruktur sowie ggf. weiteren Detektionsstrukturen weiterzugeben, und dabei gleichzeitig die Detektionsbewegung(en) möglichst gut voneinander zu entkoppeln. Mit aus dem Stand der Technik bekannten Koppelstrukturen bzw. Federn ist dies jedoch oft nur unzureichend möglich. Eine schlechte Entkopplung führt dazu, dass die Detektionsbewegung von der Antriebsbewegung beeinflusst wird, oder dass - bei mehrachsigen Sensoren - die verschiedenen Detektionskanäle sich gegenseitig beeinflussen. All dies erzeugt Störsignale und ist Ursache von
Fehlerbildern wie Offset, Vibrationsempfindlichkeiten,
Querempfindlichkeiten etc..
Offenbarung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen
mikroelektromechanischen Sensor, umfassend eine erste und eine zweite Masse, bereitzustellen, bei dem eine harte Kopplung einer
Antriebsbewegung und gleichzeitig eine vorteilhafte Entkopplung von mindestens einer Detektionsbewegung ermöglicht wird.
Der erfindungsgemäße mikroelektromechanische Sensor gemäß dem Hauptanspruch hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass mithilfe der mindestens vier U- Federbereiche und/oder mindestens zwei O- Federbereiche, eine verbesserte Entkopplung einer Detektionsbewegung ermöglicht wird, wobei gleichzeitig eine harte Kopplung einer
Antriebsbewegung zwischen der ersten und zweiten Masse erzielbar ist. Durch die vorteilhaften Entkopplungseigenschaften werden Fehler beim Betrieb des Sensors verringert. Gleichzeitig ergeben sich dadurch größere Designfreiheit beim Auslegen/Optimieren von Einzelstrukturen des Gesamtsensors, da Geometrieänderungen an einer Einzelstruktur des Sensors einen verringerten Einfluss auf andere Strukturen des Sensors haben. Bei einer schlechteren Entkopplung hingegen würden selbst kleine Geometrieänderung, z.B. in der Antriebsstruktur, die mechanischen Eigenschaften in davon räumlich weit entfernten anderen Strukturen des Sensors beeinflussen.
Erfindungsgemäß ist es insbesondere denkbar, dass durch eine
Kombination von Torsionsfedern (quer zur Antriebsachse) sowie parallel zur Antriebsachse orientierte Biegebalken eine vorteilhafte Entkopplung für out-of-plane-Detektionsbewegungen erzielbar ist. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass mithilfe von linearen Federstrukturen (insbesondere U- Federbereichen) eine vorteilhafte Entkopplung von in-plane
Detektionsbewegungen bewerkstelligt werden kann.
Bevorzugt ist es erfindungsgemäß vorteilhaftweise möglich, eine
Homogenisierung der Ätzumgebung der Feder/Koppelverbindung zu erzielen.
Mithilfe der erfindungsgemäßen Feder ist es möglich, eine besonders genaue und flexible Definition einer (gedachten) Scharnierachse bei out-of- plane Auslenkungen zu ermöglichen.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Dadurch, dass die U- Federbereiche zu einer Entkopplung von
Bewegungen der ersten und zweiten Masse in einer
Haupterstreckungsebene eines Substrats des Sensors und senkrecht zu einer Antriebsbewegung bzw. Antriebsbewegungsachse des Sensors ausgebildet sind, ist es gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise möglich, besonders gute
Entkopplungseigenschaften einer Detektionsbewegung in der
Haupterstreckungsebene und senkrecht zur Antriebsbewegungsachse (also in-plane) zu erzielen. Dadurch, dass die O- Federbereiche zu einer Entkopplung von
Bewegungen der ersten und zweiten Masse senkrecht zu einer
Haupterstreckungsebene eines Substrats des Sensors ausgebildet sind, ist es gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in
vorteilhafter Weise möglich, eine besonders bevorzugte Entkopplung von out-of-plane-Detektionsbewegungen zu ermöglichen.
Dadurch, dass die zweite Masse eine Detektionsmasse des Sensors ist, wobei die erste Masse eine weitere Detektionsmasse oder eine
Antriebsmasse des Sensors ist, ist es gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beispielsweise möglich, dass mithilfe der Feder eine harte Kopplung einer Antriebsbewegung der Antriebsmasse an die Detektionsmasse bei gleichzeitiger guter Entkopplung einer
Detektionsbewegung der Detektionsmasse erzielbar ist. Andererseits ist es möglich eine harte Kopplung einer Antriebsbewegung zwischen einer Detektionsmasse und einer weiteren Detektionsmasse bei gleichzeitiger vorteilhafter Entkopplung verschiedener (senkrechter)
Detektionsbewegungen zu erzielen.
Dadurch, dass die Feder spiegelsymmetrisch zu einer ersten
Spiegelsymmetrieebene ausgebildet ist, wobei sich die erste
Spiegelsymmetrieebene parallel zur Antriebsbewegungsachse und senkrecht zur Haupterstreckungsebene des Substrats erstreckt, ist es gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung möglich, mithilfe der Spiegelsymmetrie besonders fehlerunanfällige Desings und und Layouts zu ermöglichen.
Dadurch, dass die Feder spiegelsymmetrisch zu einer zweiten
Spiegelsymmetrieebene ausgebildet ist, wobei sich die zweite
Spiegelsymmetrieebene senkrecht zur Antriebsbewegungsachse und senkrecht zur Haupterstreckungsebene des Substrats erstreckt, ist es gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung möglich, dass besonders feherlunanfällige Designs erzielbar sind. Dadurch, dass eine Leiterbahn zumindest teilweise derart oberhalb oder unterhalb der Feder angeordnet ist, dass eine Überlappfläche zwischen der Feder und der Leiterbahn bei einer Auslenkung der Feder parallel zur Antriebsbewegungsachse, zumindest über einen bestimmten
Auslenkungsbereich, konstant bleibt, ist es gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise möglich, dass
Modulationseffekte, die aufgrund einer Interaktion der Feder (und ggf. der Massen) mit darunter/darüber verlaufenden Verdrahtungsleiterbahnen entstehen können, vermieden oder zumindest minimiert werden. Somit können unerwünschte Kraft- und Signalmodulationen konstruktiv vermieden werden. Es ist insbesondere denkbar, dass die Überlappfläche (bezogen auf eine Ruheposition des Sensors) spiegelsymmetrisch um die erste und/oder zweite Spiegelsymmetrieebene angeordnet ist. Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass eine Überlappfläche zwischen der Feder und der Leiterbahn bei einer Auslenkung der Feder senkrecht zur
Antriebsbewegungsachse (und parallel zur Haupterstreckungsebene), zumindest über einen bestimmten Auslenkungsbereich, konstant bleibt.
Dadurch, dass einer, insbesondere jeder, der U- Federbereiche jeweils einen ersten Balken, einen zweiten Balken und einen dritten Balken aufweist, wobei sich der erste Balken parallel zur Antriebsbewegungsachse erstreckt, wobei sich der dritte Balken parallel zur
Antriebsbewegungsachse erstreckt, wobei der zweite Balken parallel zur Haupterstreckungsebene des Substrats und senkrecht zur
Antriebsbewegungsachse angeordnet ist, ist es gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung möglich, einen effizienten U- Federbereich bereitzustellen. Der zweite Balken verbindet dabei bevorzugt die Enden des ersten und zweiten Balkens, so dass der erste, zweite und dritte Balken gemeinsam eine U-Form ausbilden.
Dadurch, dass jeweils zwei der U- Federbereiche aneinander angrenzen, ist es gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung möglich, U- Federpaare auszubilden. Diese können in vorteilhafter Weise
spiegelsymmetrisch um die erste Spiegelsymmetrieebene angeordnet sein. Es ist besonders bevorzugt, dass der dritte Balken eines ersten U- Federbereichs mithilfe eines vierten Balkens mit dem dritten Balken eines zweiten U- Federbereichs verbunden ist, wobei der vierte Balken parallel zur Haupterstreckungsebene des Substrats und senkrecht zur
Antriebsbewegungsachs angeordnet ist (Der vierte Balken kann somit teilweise dem ersten und teilweise dem zweiten U-Federbereich zugeordnet sein). Der erste-U-Federbereich und der zweite U-Federbereich können ein U-Federpaar mit besonderen Vorteilen bei der Entkopplung von Detektionsbewegungen ausbilden. Für eine besonders gute Entkopplung ist es gemäß einer Ausführungsform möglich, dass ein dritter U- Federbereich und ein vierter U-Federbereich ebenfalls mithilfe eines (weiteren vierten) Balkens verbunden sind, wobei der weitere vierte Balken parallel zur Haupterstreckungsebene des Substrats und senkrecht zur Antriebsbewegungsachs angeordnet ist. Somit kann insbesondere eine spiegelsymmetrisch um die zweite Spiegelsymmetrieebene ausgebildete Feder ermöglicht werden.
Dadurch, dass einer, insbesondere jeder, der O- Federbereiche jeweils einen weiteren ersten Balken, einen weiteren zweiten Balken, einen weiteren dritten Balken und einen weiteren vierten Balken aufweist, wobei sich der weitere erste Balken parallel zur Antriebsbewegungsachse erstreckt, wobei sich der weitere dritte Balken parallel zur
Antriebsbewegungsachse erstreckt, wobei der weitere zweite Balken parallel zur Haupterstreckungsebene des Substrats und senkrecht zur Antriebsbewegungsachse angeordnet ist, wobei der weitere vierte Balken parallel zur Haupterstreckungsebene des Substrats und senkrecht zur Antriebsbewegungsachse angeordnet ist, ist es gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung möglich, dass mithilfe des O- Federbereichs (der O- Federbereiche) eine vorteilhafte Entkopplung von Detektionsbewegungen möglich ist. Es ist insbesondere möglich, dass der O- Federbereich bzw. jeder der O- Federbereiche jeweils
spiegelsymmetrisch zur ersten Spiegelsymmetrieebene ausgebildet ist.
Dadurch, dass zwei der U- Federbereiche an die erste Masse angrenzen und zwei weitere der U- Federbereiche an die zweite Masse angrenzen, ist es gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung möglich, eine spiegelsymmetrisch ausgebildete Feder zu erzielen. Beispielhaft ist es denkbar, dass ein erster U- Federbereich und ein zweiter U- Federbereich als U- Federpaar ausgebildet sind und an die erste Masse angrenzen, während ein dritter U- Federbereich und ein vierter U- Federbereich als U- Federpaar ausgebildet sind und die zweite Masse grenzen.
Dadurch, dass vier U- Federbereiche in Antriebsbewegungsrichtung zwischen zwei O- Federbereichen angeordnet sind, ist es gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung möglich, eine
spiegelsymmetrische Ausbildung der Feder zu erzielen.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Figur 1 zeigt einen schematischen Ausschnitt eines
mikroelektromechanischen Sensors gemäß einer beispielhaften
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Figur 2 zeigt einen schematischen Ausschnitt eines
mikroelektromechanischen Sensors gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Figur 3 zeigt einen schematischen Ausschnitt eines
mikroelektromechanischen Sensors gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Figur 4 zeigt einen schematischen Ausschnitt eines
mikroelektromechanischen Sensors gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Figur 5 zeigt einen schematischen Ausschnitt eines
mikroelektromechanischen Sensors gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Figur 6 zeigt einen schematischen Ausschnitt eines
mikroelektromechanischen Sensors gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Figur 7 zeigt einen schematischen Ausschnitt eines
mikroelektromechanischen Sensors gemäß einer sechsten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Figur 8 zeigt einen schematischen Ausschnitt eines
mikroelektromechanischen Sensors gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Figur 9 zeigt einen schematischen Ausschnitt eines
mikroelektromechanischen Sensors gemäß einer achten 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 nur einmal benannt bzw. erwähnt. In Figur 1 ist ein schematischer Ausschnitt eines
mikroelektromechanischen Sensors 1 gemäß einer beispielhaften
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Draufsicht auf eine Substrat 2 mit einer Haupterstreckungsebene 100 gezeigt. Der dargestellte Sensor 1 umfasst eine erste Masse 10, eine zweite Masse 20 sowie eine weitere Masse 21. Die erste Masse 10 ist eine Antriebsmasse, die zweite
Masse 20 eine Detektionsmasse und die weitere Masse 21 eine weitere Detektionsmasse. Eine Antriebsbewegungsachse 110 des Sensors 1 entlang der die Antriebsmasse eine Antriebsbewegung ausführt ist dargestellt (Pfeil 110). Die Antriebsbewegung der Antriebsmasse wird mithilfe der Feder 30 an die zweite Masse 20 weitergegeben und mithilfe der weiteren Feder 35 and die weitere Masse 21 weitergegeben. Die weitere Feder 35 kann dabei gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Merkmale der Feder 30 aufweisen bzw. gemäß einer beliebigen Ausführungsform der Feder 30 ausgebildet sein. Die zweite Masse 20 und die weitere Masse 21 sind zu unterschiedlichen
Detektionsbewegungen (senkrecht zur Antriebsbewegung und senkrecht zueinander) ausgebildet. Entsprechend ist es vorgesehen, dass die Federn 30, 35 eine vorteilhafte Entkopplung dieser Detektionsbewegungen quer zur Antriebsachse 110 ermöglichen.
In Figur 2 ist ein schematischer Ausschnitt eines
mikroelektromechanischen Sensors 1 gemäß einer ersten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Eine Feder 30 verbindet dabei eine erste Masse 10 und einer zweite Masse 20. Die zweite Masse 20 ist eine Detektionsmasse des Sensors 1. Die erste Masse 10 kann eine weitere Detektionsmasse oder eine Antriebsmasse des Sensors 1 sein. Angrenzend and die erste Masse 10 umfasst die Feder 30 einen ersten U- Federbereich 40 und einen zweiten U- Federbereich 40‘. Der erste U- Federbereich 40 umfasst einen ersten Balken 41, einen zweiten Balken
42 und einen dritten Balken 43. Der erste Balken 41 und der dritte Balken
43 sind parallel zur Antriebsbewegungsachse 110 angeordnet. Der zweite Balken 42 ist parallel zur Haupterstreckungsebene 100 des Substrats 2 und senkrecht zur Antriebsbewegungsachse 110 angeordnet und verbindet den ersten und dritten Balken 41, 43. Der erste Balken 41 grenzt unmittelbar an die erste Masse 10. Der zweite U- Federbereich 40‘ umfasst einen ersten Balken 4 , einen zweiten Balken 42‘ und einen dritten Balken 43‘. Der erste Balken 4 und der dritte Balken 43‘ sind parallel zur
Antriebsbewegungsachse 110 angeordnet. Der zweite Balken 42‘ ist parallel zur Haupterstreckungsebene 100 des Substrats 2 und senkrecht zur Antriebsbewegungsachse 110 angeordnet und verbindet den ersten und dritten Balken 4 , 43‘. Der erste Balken 4 grenzt unmittelbar an die erste Masse 10. Der dritte Balken 43 des ersten U- Federbereichs 40 und der dritte Balken 43‘ des zweiten U- Federbereichs 40‘ sind durch einem vierten Balken 44, der parallel zur Haupterstreckungsebene 100 und senkrecht zur Antriebsbewegungsachse 110 angeordnet ist, verbunden. Somit bilden die beiden U-Federbereiche 40, 40‘ ein U-Federpaar aus, das spiegelsymmetrisch um eine erste Spiegelsymmetrieebene 60 der Feder 30 angeordnet ist. Die erste Spiegelsymmetrieebene 60 verläuft mittig durch die Feder 30 und erstreckt sich senkrecht zur
Haupterstreckungsebene 100 des Substrats 2 und parallel zur
Antriebsbewegungsachse 110. An der zweiten Masse 20 ist ein weiteres U- Federpaar ausgebildet, das einen dritten und vierten U- Federbereich 40“, 40‘“ umfasst. Der dritte U- Federbereich 40“ umfasst einen ersten Balken 41“, einen zweiten Balken 42“ und einen dritten Balken 43“. Der erste Balken 41“ und der dritte Balken 43“ sind parallel zur
Antriebsbewegungsachse 110 angeordnet. Der zweite Balken 42“ ist parallel zur Haupterstreckungsebene 100 und senkrecht zur
Antriebsbewegungsachse 110 angeordnet und verbindet den ersten und dritten Balken 41“, 43“. Der erste Balken 41“ grenzt unmittelbar an die zweite Masse 20. Der vierte U- Federbereich 40‘“ umfasst einen ersten Balken 41‘“, einen zweiten Balken 42‘“ und einen dritten Balken 43‘“. Der erste Balken 41‘“ und der dritte Balken 43‘“ sind parallel zur
Antriebsbewegungsachse 110 angeordnet. Der zweite Balken 42‘“ ist parallel zur Haupterstreckungsebene 100 und senkrecht zur
Antriebsbewegungsachse 110 angeordnet und verbindet den ersten und dritten Balken 41‘“, 43‘“. Der erste Balken 41‘“ grenzt unmittelbar an die zweite Masse 20. Der dritte Balken 43“ des dritten U- Federbereichs 40“ und der dritte Balken 43‘“ des vierten U- Federbereichs 40‘“ sind durch einem weiteren vierten Balken 44‘, der parallel zur
Haupterstreckungsebene 100 und senkrecht zur Antriebsbewegungsachse 110 angeordnet ist, verbunden. Entsprechend sind der dritte und vierte U- Federbereich 40“, 40‘“ als Spiegelung des ersten und zweiten U- Federbereichs 40, 40‘ an einer zweiten Spiegelsymmetrieebene 61 der Feder 30 ausgebildet. Die zweite Spiegelsymmetrieebene 61 verläuft dabei zentral durch die Feder 30 und erstreckt sich in der
Haupterstreckungsebene 100 senkrecht zur Antriebsbewegungsachse 110 sowie senkrecht zur Haupterstreckungsebene 100. Somit ist die Feder 30 insgesamt sowohl spiegelsymmetrisch um die erste
Spiegelsymmetrieebene 60 als auch um die zweite
Spiegelsymmetrieebene 61 ausgebildet. Die dargestellte erste Ausführungsform des Sensors 1 umfasst somit vier U- Federbereiche 40, 40‘, 40“, 40‘“. Mithilfe der Feder 30 ist eine vorteilhafte Entkopplung von Detektionsbewegungen senkrecht zur Antriebsbewegung möglich.
In Figur 3 ist ein schematischer Ausschnitt eines
mikroelektromechanischen Sensors 1 gemäß einer zweiten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die zweite
Ausführungsform umfasst eine Feder 30, die vier U- Federbereiche 40, 40‘, 40“, 40‘“ aufweist, die entsprechend zu der in Figur 2 dargestellten zweiten Ausführungsform ausgebildet sind. Zusätzlich umfasst die Feder 30 einen zentral angeordneten O- Federbereich 50. Der O- Federbereich 50 umfasst einen weiteren ersten Balken 51, einen weiteren zweiten Balken 52, einen weiteren dritten Balken 53 und einen weiteren vierten Balken 54. Der weitere erste Balken 51 und der weitere dritte Balken 53 erstrecken sich parallel zur Antriebsbewegungsachse 110. Der weitere zweite Balken 52 und der weitere vierte Balken 54 erstrecken sich parallel zur
Haupterstreckungsebene 100 des Substrats 2 und senkrecht zur
Antriebsbewegungsachse 110. Die Feder 30 ist spiegelsymmetrisch um die erste und zweite Spiegelsymmetrieebene 60, 61 ausgebildet. Durch die Verwendung mehrerer tordierbarer Balken ist die out-of-plane Entkopplung in der zweiten Ausführungsform besonders verbessert.
In Figur 4 ist ein schematischer Ausschnitt eines
mikroelektromechanischen Sensors 1 gemäß einer dritten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Feder 30 umfasst dabei insgesamt acht U- Federbereiche 40, 40‘, 40“, 40‘“, 70, 70‘, 70“, 70‘“ sowie zwei O- Federbereiche 50, 50‘. Die U- Federbereiche 70, 70‘ grenzen an die erste Masse 10 und sind gemeinsam mit den U- Federbereichen 40, 40‘ als eine U-Federanordnung ausgebildet. Die U- Federbereiche 70“, 70‘“ grenzen an die zweite Masse 20 und sind gemeinsam mit den U- Federbereichen 40“, 40‘“ als weitere U- Federanordnung ausgebildet. Die weitere U-Federanordnung ist eine Spiegelung der U-Federanordnung an der zweiten Symmetrieachse 61. In einem zentralen Bereich der Feder 30 sind die O-Federbereiche 50, 51 angeordnet. Die O-Federbereiche 50, 51 umfassen jeweils einen weiteren ersten, weiteren zweiten, weiteren dritten und weiteren vierten Balken 51, 5 , 52, 52‘, 53, 53‘, 54, 54‘. Der zweite O- Federbereich 51 ist eine
Spiegelung des ersten O- Federbereichs 50 an der zweiten
Spiegelsymmetrieebene 61. Insgesamt ist die Feder 30 sowohl
spiegelsymmetrisch bezüglich der ersten Spiegelsymmetrieebene 60 als auch bezüglich der zweiten Spiegelsymmetrieebene 61 ausgebildet. Im Vergleich zur zweiten Ausführungsform (Figur 3) sind bei der dritten Ausführungsform die im Wesentlichen parallel zur Haupterstreckungsebene und senkrecht zur Antriebsbewegungsachse 110 auslenkbaren (bzw.
weichen) U-Federbereiche jeweils dupliziert. Entsprechendes gilt für den O- Federbereich.
Prinzipiell sind n-fache Wiederholungen der U-Federbereiche und/oder O- Federbereiche (beispielsweise aus Figur 3) und beliebige Anordnungen denkbar.
In Figur 5 ist ein schematischer Ausschnitt eines
mikroelektromechanischen Sensors 1 gemäß einer vierten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Feder 30 umfasst dabei zwei O- Federbereiche 50, 50‘, die entlang der
Antriebsbewegungsachse 110 versetzt sind. Jeder der O- Federbereiche 50, 5 umfasst einen weiteren ersten, weiteren zweiten, weiteren dritten und weiteren vierten Balken 51, 5 , 52, 52‘, 53, 53‘, 54, 54‘. Auch die Feder 30 gemäß der vierten Ausführungsform ist spiegelsymmetrisch bezüglich der ersten und zweiten Spiegelsymmetrieebene 60, 61 ausgebildet.
In Figur 6 ist ein schematischer Ausschnitt eines
mikroelektromechanischen Sensors 1 gemäß einer fünften
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Feder 30 umfasst vier U-Federbereiche 40, 40‘, 40“, 40‘“, die mittig an der Feder 30 ausgebildet sind. Ein erster Balken 41 des ersten U- Federbereichs 40 ist mit einem ersten Balken 41“ des dritten U- Federbereichs 40“ direkt verbunden. Entsprechendes gilt für einen ersten Balken 4 des zweiten U- Federbereichs 40‘ und einen ersten Balken 41‘“ des vierten U- Federbereichs 40‘“. Der erste und zweite U- Federbereich 40, 40‘
(insbesondere die dritten Balken 43, 43‘) sind durch einen senkrecht zur Antriebsbewegungsachse 110 ausgebildeten vierten Balken 44 miteinander verbunden. Der dritte und vierte U- Federbereich 40“, 40‘“ sind
entsprechend durch einen weiteren vierten Balken 44‘ miteinander verbunden. Auch die Feder 30 gemäß fünfter Ausbildungsform ist spiegelsymmetrisch um die erste und zweite Spiegelsymmetrieebene 60,
61 ausgebildet.
In Figur 7 ist ein schematischer Ausschnitt eines
mikroelektromechanischen Sensors 1 gemäß einer sechsten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Feder 30 gemäß sechster Ausführungsform umfasst dabei die vier U- Federbereiche 40, 40‘, 40“, 40‘“ entsprechend der fünften Ausführungsform (Figur 6). Zusätzlich umfasst die Feder 30 zwei O- Federbereiche 50, 50‘.
In Figur 8 ist ein schematischer Ausschnitt eines
mikroelektromechanischen Sensors 1 gemäß einer siebten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Feder 30 umfasst dabei vier Federbereiche 40, 40‘, 40“, 40‘“, die entsprechend der fünften Ausführungsform (Figur 6) angeordnet sind. Zusätzlich umfasst die Feder 30 eine Hälfte eines O- Federbereichs 50, der mit einem weiteren ersten Balken 51 und einem weiteren dritten Balken 53 an die erste Masse 10 grenzt. Der weitere erste Balken 51 und der weitere dritte Balken 53 sind durch einen weiteren zweiten Balken 52 miteinander verbunden.
Angrenzend an die zweite Masse 20 ist eine Hälfte eines zweiten O- Federbereichs 50‘ ausgebildet. Dieser grenzt mit einem weiteren ersten Balken 5 und einem weiteren dritten Balken 53‘ an die zweite Masse 20. Der weitere erste Balken 5 und der weitere dritte Balken 53‘ sind durch einen weiteren zweiten Balken 52‘ miteinander verbunden. Auch die in den Figuren 7 und 8 dargestellten Ausführungsformen einer Feder 30 sind spiegelsymmetrisch bezüglich der ersten und zweiten
Spiegelsymmetrieebene 60 , 61. ln Figur 9 ist ein schematischer Ausschnitt eines
mikroelektromechanischen Sensors 1 gemäß einer achten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Feder 30 entspricht dabei der in Figur 3 beschriebenen zweiten Ausführungsform. Unterhalb (oder oberhalb) eines zentralen Bereichs der Feder 30 ist eine Leiterbahn 3 angeordnet. Eine Überlappfläche 4 (dargestellt durch die gestrichelten Linien 4) ist zwischen der Feder 30 und der Leiterbahn 3 ausgebildet ist. Die Überlappfläche 4 (bzw. der Überlappbereich) kann dabei beispielsweise als Projektion der Feder 30 auf die Oberfläche der Leiterbahn 3 (parallel zur Haupterstreckungsebene 100) verstanden werden. Die in Figur 9 dargestellten Pfeile symbolisieren eine Auslenkung der Anordnung während einer Antriebsbewegung parallel zur
Antriebsbewegungsachse 110. Über einen gewissen Bereich einer solchen Auslenkung ändert sich die Überlappfläche 4 (bzw. deren Größe) in vorteilhafter Weise nicht. Die Überlappfläche 4 zwischen Feder 30 und Leiterbahn 3 bleibt somit über einen gewissen Auslenkungsbereich konstant. Somit können unerwünschte Kraft- oder Signalmodulation, die durch eine Änderung der elektrischen Kapazität zwischen der Leiterbahn 3 und Feder 30 entstehen würden (wenn sich die Überlappfläche 4 bei einer Auslenkung ändern würde), vorteilhafterweise vermieden oder zumindest stark reduziert werden. Der Überlappbereich 4 zwischen der Feder 30 und der Leiterbahn 3 ist insbesondere spiegelsymmetrisch um die erste und/oder zweite Spiegelsymmetrieebene 60, 61 angeordnet (bezüglich einer Ruheposition der Feder 30 und der Massen 10, 20).
Für jeweils entsprechend angeordnete Leiterbahnen (beispielsweise zentral um die Spiegelsymmetrieebenen 60, 61) wäre ein solcher Effekt auch mit den Ausführungsformen der Feder 30 gemäß den Figuren 2 bis 8 erzielbar.
Mit vielen aus dem Stand der Technik bekannten Federformen
(beispielsweise Gabeln) wäre ein solcher Effekt hingegen nicht erzielbar.

Claims

Ansprüche
1. Mikroelektromechanischer Sensor (1), insbesondere Drehratensensor, umfassend eine Feder (30), die eine erste Masse (10) und eine zweite Masse (20) des Sensors verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass die
Feder (30) mindestens vier U- Federbereiche (40, 40‘, 40“, 40‘“) und/oder mindestens zwei O- Federbereiche (50, 50‘) umfasst.
2. Mikroelektromechanischer Sensor (1) nach Anspruch 1, wobei die U- Federbereiche (40, 40‘, 40“, 40‘“) zu einer Entkopplung von Bewegungen der ersten und zweiten Masse (10, 20) in einer Haupterstreckungsebene (100) eines Substrats (2) des Sensors (1) und senkrecht zu einer
Antriebsbewegung bzw. Antriebsbewegungsachse (110) des Sensors (1) ausgebildet sind.
3. Mikroelektromechanischer Sensor (1) nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei die O- Federbereiche (50, 50‘) zu einer Entkopplung von Bewegungen der ersten und zweiten Masse (10, 20) senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene (100) eines Substrats (2) des Sensors (1) ausgebildet sind.
4. Mikroelektromechanischer Sensor (1) nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei die zweite Masse (20) eine Detektionsmasse des Sensors (1) ist, wobei die erste Masse (10) eine weitere Detektionsmasse oder eine Antriebsmasse des Sensors (1) ist.
5. Mikroelektromechanischer Sensor (1) nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei die Feder (30) spiegelsymmetrisch zu einer ersten Spiegelsymmetrieebene (60) ausgebildet ist, wobei sich die erste
Spiegelsymmetrieebene (60) parallel zur Antriebsbewegungsachse (110) und senkrecht zur Haupterstreckungsebene (100) des Substrats (2) erstreckt.
6. Mikroelektromechanischer Sensor (1) nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei die Feder (30) spiegelsymmetrisch zu einer zweiten Spiegelsymmetrieebene (61) ausgebildet ist, wobei sich die zweite
Spiegelsymmetrieebene (61) senkrecht zur Antriebsbewegungsachse (110) und senkrecht zur Haupterstreckungsebene (100) des Substrats (2) erstreckt.
7. Mikroelektromechanischer Sensor (1) nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei eine Leiterbahn (3) zumindest teilweise derart oberhalb oder unterhalb der Feder (30) angeordnet ist, dass eine Überlappfläche (4) zwischen der Feder (30) und der Leiterbahn (3) bei einer Auslenkung der Feder (30) parallel zur Antriebsbewegungsachse, zumindest über einen bestimmten Auslenkungsbereich, konstant bleibt.
8. Mikroelektromechanischer Sensor (1) nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei einer, insbesondere jeder, der U-Federbereiche
(40,40‘,40“,40“‘) jeweils einen ersten Balken (41, 41‘), einen zweiten
Balken (42,42‘) und einen dritten Balken (43,43‘) aufweist, wobei sich der erste Balken (41, 41‘) parallel zur Antriebsbewegungsachse (110) erstreckt, wobei sich der dritte Balken (43, 43‘) parallel zur Antriebsbewegungsachse (110) erstreckt, wobei der zweite Balken (42, 42‘) parallel zur
Haupterstreckungsebene (100) des Substrats (2) und senkrecht zur
Antriebsbewegungsachse (110) angeordnet ist.
9. Mikroelektromechanischer Sensor (1) nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei jeweils zwei der U- Federbereiche (40, 40‘, 40“, 40‘“) aneinander angrenzen.
10. Mikroelektromechanischer Sensor (1) nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei einer, insbesondere jeder, der O- Federbereiche (50, 50‘) jeweils einen weiteren ersten Balken (51, 5 ), einen weiteren zweiten Balken (52, 52‘), einen weiteren dritten Balken (53, 53‘) und einen weiteren vierten Balken (54, 54‘) aufweist, wobei sich der weitere erste Balken (51, 5 ) parallel zur Antriebsbewegungsachse (110) erstreckt, wobei sich der weitere dritte Balken (53, 53‘) parallel zur Antriebsbewegungsachse (110) erstreckt, wobei der weitere zweite Balken (52, 52‘) parallel zur
Haupterstreckungsebene (100) des Substrats (2) und senkrecht zur Antriebsbewegungsachse (110) angeordnet ist, wobei der weitere vierte Balken (54, 54‘) parallel zur Haupterstreckungsebene (100) des Substrats (2) und senkrecht zur Antriebsbewegungsachse (110) angeordnet ist.
11. Mikroelektromechanischer Sensor (1) nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei zwei der U- Federbereiche (40, 40‘, 40“, 40‘“) an die erste Masse (10) angrenzen und zwei weitere der U- Federbereiche (40, 40‘, 40“, 40‘“) an die zweite Masse (20) angrenzen.
12. Mikroelektromechanischer Sensor (1) nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei vier U- Federbereiche (40, 40‘, 40“, 40‘“) in
Antriebsbewegungsrichtung zwischen zwei O- Federbereichen (50, 50‘) angeordnet sind.
PCT/EP2019/066920 2018-06-27 2019-06-25 Mikroelektromechanischer sensor WO2020002384A1 (de)

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