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Stand der Technik
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Die
Erfindung geht aus von einer Sensoranordnung nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Solche
Sensoranordnungen sind allgemein bekannt. Beispielsweise ist aus
der Druckschrift
EP
0 244 581 A1 ein Sensor bekannt, welcher ein Silizium-Plättchen
aufweist, in welchem in Ätztechnik zwei gleiche Pendel
mit asymmetrisch ausgebildeten Drehmassen ausgebildet sind und wobei
die Massen der Pendel jeweils an einem Torsionsstab befestigt sind.
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Ferner
ist aus der Druckschrift
EP
0 773 443 A1 ein mikromechanischer Beschleunigungssensor bekannt,
wobei auf einem ersten Halbleiterwafer wenigstens eine erste Elektrode
zur Bildung einer veränderbaren Kapazität vorgesehen
ist und wobei auf einem zweiten Halbleiterwafer eine bewegliche
Elektrode in Form einer asymmetrisch aufgehängten Wippe
vorgesehen ist. Aufgrund der asymmetrischen Aufhängung
erfährt die Wippe bei einer Beschleunigung des mikromechanischen
Beschleunigungssensors senkrecht zur Waferfläche des ersten
Halbleiterwafers ein Drehmoment um eine Drehachse der ersten Elektrode,
wobei eine Auslenkung der Wippe in Folge dieses Drehmoments durch
eine Änderung der elektrischen Kapazität zwischen
der ersten und der zweiten Elektrode detektierbar ist. Die Kapazitätsänderung
ist somit ein Maß für die einwirkende Beschleunigung.
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Nachteilig
an diesem Beschleunigungssensor ist, dass aufgrund der asymmetrischen
Massenverteilung der ersten Elektrode die Unterseite der ersten
Elektrode gegenüber der Oberseite des Substrats keine symmetrische
Geometrie bezüg lich der Drehachse aufweist. Dies hat zur
Folge, dass beim Auftreten von Potentialdifferenzen zwischen der
ersten Elektrode und dem Substrat, beispielsweise aufgrund von getrappten
Oberflächenladungen an den Silizium-Oberflächen,
eine effektive Kraftwirkung auf die erste Elektrode erzeugt wird,
da in diesem Fall auch die Oberflächenladungen aufgrund
der asymmetrischen Geometrie der ersten Elektrode nicht symmetrisch
bezüglich der Drehachse verteilt sind. Insbesondere bei
einer Änderung dieser Oberflächenpotentiale in
Abhängigkeit der Temperatur oder in Abhängigkeit
der Lebensdauer des Sensors besteht die Gefahr von Wippenverkippungen
infolge der effektiven Kraftwirkungen und somit zu unerwünschten
Offsetsignalen und zur Reduktion der Messgenauigkeit des Sensors.
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Ein
weiterer Nachteil des Beschleunigungssensors ist, dass sich bei
einer Verbiegung des Substrats aufgrund von äußerem
Stress, beispielsweise hervorgerufen durch mechanische Spannungen
eines äußeren Gehäuses bzw. thermomechanische Spannungen
im Substrat, die Abstände zwischen der ersten und der zweiten
Elektrode verändern, wodurch ebenfalls unerwünschte
Offsetsignale und eine Reduktion der Messgenauigkeit des Sensors
erzeugt werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Die
erfindungsgemäßen Sensoranordnungen gemäß den
nebengeordneten Ansprüchen haben gegenüber dem
Stand der Technik den Vorteil, dass einerseits die Messgenauigkeit
in einer vergleichsweise einfachen und kostengünstig zu
implementierenden Weise erhöht wird und andererseits die
Gefahr von unerwünschten Offsetsignalen reduziert wird.
Insbesondere wird die Empfindlichkeit der Sensoranordnung gegenüber
Oberflächenladungen und/oder gegenüber mechanischem
Stress reduziert. Eine Reduktion der Empfindlichkeit der Sensoranordnung
gegenüber Oberflächenladungen wird dadurch erreicht,
dass die dem Substrat zugewandte Fläche der seismischen
Masse bezüglich der Torsionsachse symmetrisch ausgebildet
wird, so dass sich die Kraftwirkungen von Potentialdifferenzen zwischen
der dem Substrat zugewandten Seite der seismischen Masse und dem
Substrat auf beiden Seiten der Torsionsachse gegenseitig im Wesentlichen
kompensieren. Vorteilhafter Weise ist somit die resultierende Kraftwirkung
auf die seismische Masse im Wesentlichen gleich null, so dass auch
bei einer Veränderung der Oberflächenpotentiale
in Abhängigkeit der Tem peratur und/oder der Lebensdauer
keine ungewünschte Auslenkung der seismischen Masse erzeugt
wird. Eine Reduktion der Empfindlichkeit der Sensoranordnung gegenüber
mechanischem Stress wird dadurch erreicht, dass der Anbindungsbereich senkrecht
zur Torsionsachse und parallel zur Haupterstreckungsebene im Bereich
des Aufhängungsbereichs und/oder unmittelbar benachbart
zum Aufhängungsbereich angeordnet wird. Dies hat zur Folge, dass
sich bei einer Verbiegung des Substrats die Geometrie zwischen der
Elektrode und der seismischen Masse nicht oder nur unwesentlich
verändert, da sowohl die Elektrode, als auch die seismische
Masse in einem gemeinsamen und insbesondere in einem vergleichsweise
kleinen gemeinsamen Bereich am Substrat befestigt sind. Der Anbindungsbereich
und der Ausdehnungsbereich werden dadurch allenfalls in gleicher
Weise verbogen, so dass sich insbesondere der relative Abstand zwischen
der Elektrode und der seismischen Masse nicht oder nur unwesentlich ändert.
Durch die Verringerung der Empfindlichkeit der Sensoranordnung gegenüber
mechanischem Stress wird besonders vorteilhaft eine vergleichsweise
kostengünstige Verpackung der Sensoranordnung in Moldverpackungen
ermöglicht. In beiden Fällen wird in vorteilhafter
Weise die Empfindlichkeit der Sensoranordnung reduziert, wobei die
Reduktion der Empfindlichkeit gegenüber Oberflächenladungen
durch die symmetrisch ausgebildete Unterseite der seismischen Masse
insbesondere dann von großer Bedeutung ist, wenn auch die
Reduktion der Sensoranordnung gegenüber mechanischem Stress
durch die Anordnung des Anbindungsbereichs im Aufhängungsbereich
realisiert wird. Dies resultiert daraus, dass die Verbiegung des
Substrats gegenüber der seismischen Masse zu einer Abstandsänderung
zwischen dem Substrat und der seismischen Masse senkrecht zur Haupterstreckungsebene
führt, so dass bezüglich der Torsionsachse asymmetrische
elektrostatische Wechselwirkungen zwischen der seismischen Masse
und dem Substrat infolge von Oberflächenladungen durch
eine Verbiegung des Substrats verstärkt werden können.
Einer Reduktion der Stressempfindlichkeit muss daher besonders vorteilhaft auch
eine Reduktion der Empfindlichkeit gegen Oberflächenladungen
folgen. Dies gilt auch umgekehrt.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen,
sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
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Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die seismische Masse
auf einer dem Substrat abgewandten Seite wenigstens ein Massenelement
zur Erzeugung der asymmetrischen Massenverteilung aufweist, so dass
in vorteilhafter Weise eine gegenüber der Torsionsachse
asymmetrische Massenverteilung der seismischen Masse erzielt wird,
obwohl die dem Substrat zugewandte Seite eine symmetrische Geometrie
gegenüber der Torsionsachse aufweist. Das Massenelement
wird insbesondere in einem Epitaxieverfahren auf der dem Substrat
abgewandten Seite der seismischen Masse abgeschieden.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass auf der
dem Substrat abgewandten Seite ferner ein Kompensationselement angeordnet
ist, wobei die Torsionsachse parallel zur Haupterstreckungsebene
vorzugsweise zwischen dem Massenelement und dem Kompensationselement
angeordnet ist. Besonders vorteilhaft ist das Kompensationselement
zur Kompensation von elektrostatischen Wechselwirkungen vorgesehen, welche
durch das Massenelement hervorgerufen werden. Insbesondere werden
durch das Kompensationselement parasitäre elektrische Kapazitäten
auf der Seite des Massenelements kompensiert. Das Kompensationselement
ist dabei insbesondere leichter als das Massenelement ausgeführt,
so dass durch das Kompensationselement keine Gewichtskompensation
des Massenelements auf der anderen Seite der Torsionsachse erfolgt.
Die durch das Kompensationselement zu kompensierenden elektrostatischen Wechselwirkungen
umfassen insbesondere elektrostatische Wechselwirkungen zwischen
dem Massenelement und einer feststehenden Elektrode, welche senkrecht
zur Haupterstreckungsebene vorzugsweise unterhalb oder oberhalb
der seismischen Masse und parallel zur Haupterstreckungsebene vorzugsweise
neben dem Massenelement angeordnet sind, wobei entsprechende und
gleich große elektrostatische Wechselwirkungen auf der
anderen Seite der Torsionsachse zwischen dem Kompensationselement
und einer feststehenden weiteren Elektrode, welche vorzugsweise
analog zur feststehenden Elektrode angeordnet ist, erzeugt werden.
Die Summe der elektrostatischen Wechselwirkungen ist demzufolge
null oder im Wesentlichen null.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die seismische
Masse eine erste und eine zweite Wechselwirkungsfläche aufweist,
wobei die erste Wechselwirkungsfläche einer feststehenden
Elektrode und die zweite Wechselwirkungsfläche einer feststehenden
weiteren Elektrode zugeordnet sind und wobei die Größe
der ersten Wechselwirkungsfläche gleich der Größe
der zweiten Wechselwirkungsfläche ist und wobei insbesondere die
geometrische Form der ersten Wechselwirkungsfläche gleich
der geometrischen Form der zweiten Wechselwirkungsfläche
ist. Besonders vorteilhaft wird somit eine Kompensation der elektrostatischen Wechselwirkungen
zwischen der ersten Wechselwirkungsfläche und der Elektrode
und der zweiten Wechselwirkungsfläche und der weiteren
Elektrode erzielt. Dies hat insbesondere zum Vorteil, dass sich neben
den auf beiden Seiten der Torsionsachse auftretenden elektrostatischen
Kraftwirkungen auf der dem Substrat zugewandten Seite der seismischen Masse
auch die auf beiden Seiten der Torsionsachse auftretenden elektrostatischen
Wechselwirkungen auf der dem Substrat abgewandten Seite der seismischen
Masse gegenseitig kompensieren. Die Summe der effektiven Kräfte,
welche durch Oberflächenladungen auf die seismische Masse
wirken, ist daher vorteilhafterweise null oder im Wesentlichen null. Eine
jeweilige Wechselwirkungsfläche im Sinne der vorliegenden
Erfindung umfasst insbesondere diejenige Oberfläche der
seismische Masse, welche unmittelbar mit der Elektrode oder der
weiteren Elektrode elektrostatisch zusammenwirkt.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die erste
und die zweite Wechselwirkungsflächen insbesondere symmetrisch bezüglich
der Torsionsachse ausgebildet sind, wobei insbesondere die erste
Wechselwirkungsfläche Bereiche der dem Substrat abgewandten
Seite der seismischen Masse und Bereiche des Massenelements umfasst
und die zweite Wechselwirkungsfläche weitere Bereiche der
dem Substrat abgewandten Seite der seismischen Masse und Bereiche
des Kompensationselements umfasst. Die ersten und zweiten Wechselwirkungsflächen
umfassen daher bevorzugt Bereiche der seismischen Masse, des Massenelements
und/oder des Kompensationselements, wobei die Bereiche besonders
bevorzugt sowohl parallel zur Haupterstreckungsebene als auch senkrecht
zur Haupterstreckungsebene ausgerichtet sind. Besonders vorteilhaft
wird somit die elektrostatische Wechselwirkung zwischen der Elektrode
und dem Massenelement auf der einen Seite der Torsionsachse durch eine
Wechselwirkung zwischen der weiteren Elektrode und dem Kompensationselement
auf der anderen Seite der Torsionsachse kompensiert, ohne dass dabei
eine Gewichtskompensation bezüglich der Torsionsachse erzeugt
wird.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Abstand
zwischen dem Aufhängungsbereich und dem Anbindungsbereich
senkrecht zur Torsionsachse und parallel zur Haupterstreckungsebene
bevorzugt weniger als 50 Prozent, besonders bevorzugt weniger als
20 Prozent und besonders bevorzugt weniger als 5 Prozent der maximalen
Erstreckung der seismischen Masse senkrecht zur Torsionsachse und
parallel zur Haupterstreckungsebene umfasst. Besonders bevorzugt ist
somit eine Anordnung des Aufhängungsbereichs und des Anbindungsbereichs
auf einer vergleichsweise kleinen Substratfläche gewährleistet,
so dass die Auswirkungen einer Verbiegung des Substrats auf den
Abstand zwischen der seismischen Masse und der Elektrode vergleichsweise
gering sind. Besonders bevorzugt sind der Anbindungsbereich und der
Aufhängungsbereich vergleichsweise nah zur Torsionsachse
angeordnet, so dass besonders vorteilhaft eine vollständig
symmetrische Anordnung der Sensoranordnung insbesondere bei der
Integration von weiteren Elektroden in die Sensoranordnung erleichtert
wird.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Anbindungsbereich senkrecht
zur Torsionsachse und parallel zur Haupterstreckungsebene in einem
der Torsionsachse zugewandten Bereich der Elektrode angeordnet ist und/oder
dass die Fläche des Anbindungsbereichs parallel zur Haupterstreckungsebene
kleiner als die Fläche der Elektrode parallel zur Haupterstreckungsebene
ist. In einer vergleichsweise einfachen Weise ist die Elektrode
somit möglichst nah an der Torsionsachse mittels des Anbindungsbereichs
zu befestigen. Der freitragende Bereich der Elektrode ragt von dem Anbindungsbereich
vorzugsweise senkrecht und/oder parallel zur Torsionsachse über
einen Teilbereich der seismischen Masse, so dass senkrecht zur Haupterstreckungsebene
eine Überdeckung zwischen einer der durch die Torsionsachse
getrennten Seiten der seismischen Masse und dem freitragenden Bereich
der Elektrode hergestellt wird. Besonders vorteilhaft wird ferner
durch einen möglichst kleinflächigen Anbindungsbereich
der mechanische Stress im Anbindungsbereich bei einer Verbiegung des
Substrats auf ein Minimum reduziert.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Elektrode
senkrecht zur Haupterstreckungsebene zwischen der seismischen Masse
und dem Substrat angeordnet ist oder dass die seismische Masse senkrecht
zur Haupterstreckungsebene zwischen der Elektrode und dem Substrat
angeordnet ist. Besonders vorteilhaft wird somit die Messung einer
Auslenkung der seismischen Masse relativ zum Substrat mittels Elektroden unterhalb
der seismischen Masse und/oder mittels Elektroden oberhalb der seismischen
Masse realisiert. Oberhalb der seismischen Masse angeordnete Elektroden
werden insbesondere durch eine zusätzliche Epitaxieschicht
realisiert, welche im Herstellungsprozess der Sensoranordnung oberhalb
der seismischen Masse abgeschieden wird.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass senkrecht
zur Haupterstreckungsebene sowohl oberhalb, als auch unterhalb der
seismischen Masse jeweils eine Elektrode angeordnet ist. Dies hat
zum Vorteil, dass die Auslenkung der seismischen Masse sowohl mit
Elektroden oberhalb der seismischen Masse, als auch mit zusätzlichen,
insbesondere im Wesentlichen baugleichen Elektroden unterhalb der
seismischen Masse vermessen wird. In vorteilhafter Weise wird somit eine
volldifferenzielle Auswertung der Auslenkungsbewegung auf nur einer
Seite der Torsionsachse ermöglicht.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Sensoranordnung eine
weitere Elektrode aufweist, welche baugleich zur Elektrode ist und
welche insbesondere bezüglich der Torsionsachse spiegelsymmetrisch
zur Elektrode angeordnet ist, so dass in vorteilhafter Weise auch eine
volldifferenzielle Auswertung einer Auslenkung der seismischen Masse
mit Elektroden auf nur einer Seite der seismischen Masse ermöglicht
wird.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Anbindungsbereich entlang
der Torsionsachse im Wesentlichen mittig bezüglich der
seismischen Masse angeordnet ist. Besonders bevorzugt wird somit
auch der Einfluss derartiger Verbiegungen des Substrats auf die
Geometrie der Sensoranordnung reduziert, welche eine zur Haupterstreckungsebene
parallele und zur Torsionsachse senkrechte Achse aufweisen.
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Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und
in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Es
zeigen
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1 eine
schematische Perspektivansicht einer Sensoranordnung gemäß einer
ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
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2 eine
schematische Perspektivansicht einer Sensoranordnung gemäß einer
zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
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3 eine
schematische Aufsicht einer Sensoranordnung gemäß einer
dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
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4 eine
schematische Perspektivansicht einer Sensoranordnung gemäß einer
vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
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5a und 5b zwei
schematische Perspektivansichten einer Sensoranordnung gemäß einer
fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
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6 eine
schematische Perspektivansicht einer Sensoranordnung gemäß einer
sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
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7 eine
schematische Aufsicht einer Sensoranordnung gemäß einer
siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
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8 eine
schematische Perspektivansicht einer Sensoranordnung gemäß einer
achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und
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9 eine
schematische Perspektivansicht einer Sensoranordnung gemäß einer
neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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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.
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In 1 ist
eine schematische Perspektivansicht einer Sensoranordnung 1 gemäß einer
ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt,
wobei die Sensoranordnung 1 ein Substrat 2 aufweist,
welches zur Veranschaulichung von mechanischem Stress gegenüber
seiner Haupterstreckungsebene 100 übertrieben
verbogen dargestellt ist. Ferner umfasst die Sensoranordnung 1 eine
seismische Masse 3, welche in einem Aufhängungsbereich 5 am
Substrat 2 derart befestigt ist, dass die seismische Masse 3 um
eine Torsionsachse 6 relativ zum Substrat 2 drehbar
ist, wobei der Aufhängungsbereich 5 insbesondere
eine Biege- und/oder Torsionsfeder umfasst. Die seismische Masse 3 weist
auf einer Seite der Torsionsachse 6 ein Massenelement 10 auf,
welches eine asymmetrische Massenverteilung der seismischen Masse 3 bezüglich
der Torsionsachse 6 erzeugt. Dies hat zur Folge, dass bei
einer Beschleunigung der Sensoranordnung 1 senkrecht zur
Haupterstreckungsebene 100 ein Drehmoment auf die seismische
Masse 3 wirkt. Eine Auslenkung der seismischen Masse 3 wird
kapazitiv mittels einer Elektrode 4 und einer weiteren
Elektrode 4' ausgewertet, wobei die Elektrode 4 und
die weitere Elektrode 4' ”oberhalb” der
seismischen Masse 3 angeordnet sind, d. h. die seismische
Masse 3 ist senkrecht zur Haupterstreckungsebene 100 zwischen dem
Substrat 2 und der Elektrode 4 bzw. der weiteren Elektrode 4' angeordnet.
Die Elektrode 4 ist als freitragende Elektrode ausgebildet,
welche mittels eines Anbindungsbereichs 7 am Substrat 2 befestigt
ist. Damit die Verbiegung des Substrats 2 einen möglichst
geringen Einfluss auf die Geometrie zwischen der seismischen Masse 3 und
der Elektrode 4, d. h. insbesondere auf den Abstand zwischen
der seismischen Masse 3 und der Elektrode 4 senkrecht
zur Haupterstreckungsebene 100, hat, ist der Anbindungsbereich 7 im
Bereich des Aufhängungsbereichs 5 angeordnet.
Der Anbindungsbereich 7 ist dabei in einem der Torsionsachse 6 zugewandten
Bereich der Elektrode 4 angeordnet, so dass der Abstand
zwischen der Torsionsachse 6 und dem Anbindungsbereich 7 senkrecht
zur Torsionsachse 6 und parallel zur Haupterstreckungsebene 100 minimal wird.
Die Fläche des Anbindungsbereichs 7 parallel zur
Haupterstreckungsebene 100 ist um ein Vielfaches kleiner
als die Fläche der Elektrode 4. Die weitere Elektrode 4' ist
im Wesentlichen baugleich zur Elektrode 4 ausgebildet,
wobei die weitere Elektrode 4' spiegelsymmetrisch zur Elektrode 4' bezüglich
der Torsionsachse 6 ausgebildet ist, so dass die weitere Elektrode 4' mit
einem weiteren Anbindungsbereich 7' an dem Substrat 2 befestigt
ist, welcher ebenfalls im Bereich des Aufhängungsbereichs 5 angeordnet ist.
Die Sensoranordnung 1 umfasst insbesondere einen in z-Richtung,
d. h. senkrecht zur Haupterstreckungsebene 100 sensitiven
Beschleunigungssensoren, wobei die Sensoranordnung bevorzugt zur Verpackung
in einem Moldgehäuse vorgesehen ist. In einer nicht dargestellten
alternativen Ausführungsform sind die Elektroden 4 und
die weiteren Elektroden 4' zwischen der seismischen Masse 3 und
dem Substrat 2 angeordnet oder sind zusätzlich
zu der Elektrode 4 und der weiteren Elektrode 4' gemäß der ersten
Ausführungsform eine zusätzliche Elektrode 44 und
eine zusätzliche weitere Elektroden 44' zwischen
der seismischen Masse 3 und dem Substrat 2 angeordnet.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform weist die Elektrode 4 bzw.
die weitere Elektrode 4' jeweils eine Mehrzahl von Anbindungsbereichen 7 bzw.
eine Mehrzahl von weiteren Anbindungsbereichen 7' auf.
Besonders bevorzugt weist die Elektrode 4 bzw. die weitere
Elektrode 4' genau zwei Anbindungsbereiche 7 bzw.
genau zwei weitere Anbindungsbereiche 7' auf, welche parallel
zur Torsionsachse 6 jeweils auf beiden Seiten der seismischen
Masse 3 angeordnet sind. Die seismische Masse 3 ist
besonders bevorzugt ebenfalls mittels genau zwei Aufhängungsbereichen 5 am
Substrat 2 befestigt, wobei jeweils ein Aufhängungsbereich 5 entlang
der Torsionsachse 6 auf einer der beiden Seiten der seismischen
Masse 3 angeordnet ist.
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In 2 ist
eine schematische Perspektivansicht einer Sensoranordnung 1 gemäß einer
zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt,
wobei die zweite Ausführungsform im Wesentlichen identisch
zu der in 1 illustrierten ersten Ausführungsform
ist, wobei die seismische Masse 2 zur Erzeugung der bezüglich
der Torsionsachse 6 asymmetrischen Massenverteilung kein
Massenelement 10, sondern auf einer Seite der Torsionsachse 6 stattdessen
eine Verlängerung 3' aufweist. Diese Verlängerung 3' der
seismischen Masse 3 sorgt ebenfalls für eine asymmetrische
Massenverteilung der seismischen Masse 3 bezüglich
der Torsionsachse 6. Die Sensoranordnung 1 gemäß der
zweiten Ausführungsform hat gegenüber der Sensoranordnung 1 gemäß der
ersten Ausführungsform den Vorteil, dass die seismische
Masse 3 unempfindlicher gegenüber Beschleunigungen
ist, welche parallel zur Torsionsachse 6 wirken, da in
diesem Fall kein Drehmoment um eine zur Torsionsachse 6 senkrechte weitere
Drehachse wirkt.
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In 3 ist
eine schematische Aufsicht einer Sensoranordnung 1 gemäß einer
dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei
die dritte Ausführungsform im Wesentlichen identisch zu
der in 2 illustrierten zweiten Ausführungsform
ist, wobei die seismische Masse 3 eine zentrale Öffnung 3'' im
Bereich der Torsionsachse 6 aufweist und wobei der Aufhängungsbereich 5,
der Anbindungsbereich 7 und der weitere Anbindungsbereich 7' in
der zentralen Öffnung 3'' derart angeordnet sind,
dass der Aufhängungsbereich 5, der Anbindungsbereich 7 und
der weitere Anbindungsbereich 7' parallel zur Torsionsachse 6 mittig
bezüglich der seismischen Masse 3 angeordnet sind.
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In 4 ist
eine schematische Perspektivansicht einer Sensoranordnung 1 gemäß einer
vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt,
wobei die vierte Ausführungsform im Wesentlichen identisch
zu der in 2 illustrierten zweiten Ausführungsform
ist, wobei die Elektrode 4 und die weitere Elektrode 4' zwischen
der seismischen Masse 6 und dem Substrat 2 angeordnet
sind.
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In
den 5a und 5b sind
zwei schematische Perspektivansichten einer Sensoranordnung 1 gemäß einer
fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
dargestellt, wobei die fünfte Ausführungsform
im Wesentlichen identisch zu der in 3 illustrierten
dritten Ausführungsform ist, wobei die Elektrode 4 und
die weitere Elektrode 4' zwischen der seismischen Masse 6 und
dem Substrat 2 angeordnet sind.
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In 6 ist
eine schematische Perspektivansicht einer Sensoranordnung 1 gemäß einer
sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt,
wobei die sechste Ausführungsform im Wesentlichen identisch
zu der in 1 illustrierten ersten Ausführungsform
ist, wobei eine dem Substrat 2 zugewandte Fläche
der seismischen Masse 3, d. h. die Unterseite der seismischen
Masse, bezüglich der Torsionsachse 6 symmetrisch
ausgebildet ist, d. h. dass sowohl die Flächengröße,
als auch die Geometrie der Fläche auf beiden Seiten der
Torsionsachse 6 gleich ausgebildet ist. Insbesondere sind
dadurch die parasitären elektrischen Kapazitäten
auf beiden Seiten der Torsionsachse 6 gleich groß.
Oberflächenladungen, welche sich beispielsweise während
des Herstellungsprozesses auf der Unterseite der seismischen Masse 3 anordnen
und dadurch eine elektrostatische Wechselwirkung zwischen der Unterseite der
seismischen Masse 3 und dem Substrat 2 bewirken,
sind dadurch ebenfalls symmetrisch bezüglich der Torsionsachse 6 angeordnet
und bewirken daher kein effektives Drehmoment auf die seismische
Masse 3. Bevorzugt ist die Unterseite der in 1 dargestellten
seismischen Masse 2 in der Sensoranordnung 1 gemäß der
ersten Ausführungsform ebenfalls symmetrisch bezüglich
der Torsionsachse 6 ausgeführt. Ferner weist die
seismische Masse 3 der sechsten Ausführungsform
im Unterschied zur ersten Ausführungsform ein Kompensationselement 11 auf, welches
bezüglich der Torsionsachse 6 auf einer Seite
der seismischen Masse 3 angeordnet ist, welche der das
Massenelement 10 aufweisenden Seite entgegengesetzt ist.
Auf der das Massenelement 10 aufweisenden Seite der seismi schen
Masse 3 weist die seismische Masse 3 eine erste
Wechselwirkungsfläche auf, welche wenigstens einen ersten
Teilbereich der seismischen Masse 3 parallel zur Haupterstreckungsebene 100 und
einen zweiten Teilbereich des Massenelements 10 senkrecht
zur Haupterstreckungsebene 100 und parallel zur Torsionsachse 6 umfasst
und welche der Elektrode 4 zugeordnet ist. Um in einer
Ruhelage der seismischen Masse 3 neben der asymmetrischen
Massenverteilung eine symmetrische Verteilung der elektrostatischen Wechselwirkungskräfte
bezüglich der Torsionsachse 6 zu erzielen, weist
die seismische Masse 3 das Kompensationselement 11 auf.
Das Kompensationselement 11 ist derart aufgebaut, dass
wenigstens ein dritter Teilbereich der seismischen Masse 3 parallel zur
Haupterstreckungsebene 100 und ein vierter Teilbereich
des Kompensationselements 11 senkrecht zur Haupterstreckungsebene 100 und
parallel zur Torsionsachse 6 eine zweite Wechselwirkungsfläche bilden,
welche im Wesentlichen die gleiche Geometrie und die gleiche Fläche
wie die erste Wechselwirkungsfläche aufweist. Die erste
und die zweite Wechselwirkungsfläche sind somit symmetrisch
bezüglich der Torsionsachse 6.
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In 7 ist
eine schematische Aufsicht einer Sensoranordnung 1 gemäß einer
siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei
die siebte Ausführungsform im Wesentlichen identisch zu
der in 6 illustrierten sechstens Ausführungsform
ist, wobei die seismische Masse 3 ähnlich wie
in 3 eine zentrale Öffnung 3'' aufweist und
wobei der Aufhängungsbereich 5, der Anbindungsbereich 7 und
der weitere Anbindungsbereich 7' ähnlich wie in 3 parallel
zur Torsionsachse 6 mittig bezüglich der seismischen
Masse 3 angeordnet sind.
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In 8 ist
eine schematische Perspektivansicht einer Sensoranordnung 1 gemäß einer
achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt,
wobei die achte Ausführungsform im Wesentlichen identisch
zu der in 6 illustrierten sechsten Ausführungsform
ist, wobei zwischen der seismischen Masse 3 und dem Substrat 2 eine
zusätzliche Elektrode 44 und eine zusätzliche
weitere Elektrode 44' auf dem Substrat 2 zur Auswertung
der Auslenkung der seismischen Masse 3 relativ zum Substrat 2 angeordnet
sind. Die Torsionsachse 6 verläuft dabei zwischen
der zusätzlichen Elektrode 44 und der zusätzlichen
weiteren Elektrode 44'.
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In 9 ist
eine schematische Perspektivansicht einer Sensoranordnung 1 gemäß einer
neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt,
wobei die neunte Ausführungsform im Wesentlichen identisch
zu der in 8 illustrierten achten Ausführungsform
ist, wobei die zusätzliche Elektrode 44 im Wesentlichen
die gesamte Fläche der seismischen Masse 3 auf
der einen Seite der Torsionsachse 6 senkrecht zur Haupterstreckungsebene 100 überlappt
und wobei die zusätzliche weitere Elektrode 44' im
Wesentlichen die gesamte Fläche der seismischen Masse 3 auf
der anderen Seite der Torsionsachse 6 senkrecht zur Haupterstreckungsebene überlappt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 0244581
A1 [0002]
- - EP 0773443 A1 [0003]