DE102009000429B4

DE102009000429B4 - Mikromechanische Vorrichtung und Herstellungsverfahren hierfür

Info

Publication number: DE102009000429B4
Application number: DE102009000429.7A
Authority: DE
Inventors: Johannes Classen
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-01-27
Filing date: 2009-01-27
Publication date: 2021-01-28
Anticipated expiration: 2029-01-28
Also published as: CN101786591A; ITMI20100069A1; DE102009000429A1; CN101786591B; IT1397894B1

Abstract

Mikromechanische Vorrichtung (1), umfassend:- ein bewegliches Element (2) mit seitlichen Begrenzungsflächen (A), und- einen Anschlag (4), welcher die Bewegung des beweglichen Elements (2) seitlich begrenzt, mit seitlichen Begrenzungsflächen (B), wobeia) das bewegliche Element (2) aus zumindest einer ersten Schicht (2a) und einer zweiten Schicht (2b) besteht, die derart angeordnet sind, dass sie zumindest eine seitliche Begrenzungsfläche (A), aus der zumindest eine nur in der ersten Schicht (2a) angeordnete Noppe (3) zur Begrenzung der seitlichen Bewegung des beweglichen Elements (2) hervorragt, teilen und/oderb) der Anschlag (4) aus zumindest einer ersten Schicht (4a) und einer zweiten Schicht (4b) besteht, die derart angeordnet sind, dass sie zumindest eine seitliche Begrenzungsfläche (B), aus der zumindest eine nur in der ersten Schicht (4a) angeordnete Noppe (5) zur Begrenzung der seitlichen Bewegung des beweglichen Elements (2) hervorragt, teilen.

Description

Die Erfindung betrifft eine mikromechanische Vorrichtung, umfassend ein bewegliches Element mit Begrenzungsflächen, und einen Anschlag, welcher die Bewegung des beweglichen Elements begrenzt, mit Begrenzungsflächen, wobei

a) das bewegliche Element zumindest eine Begrenzungsfläche mit zumindest einer aus dieser Begrenzungsfläche hervorragenden Noppe zur Begrenzung der Bewegung des beweglichen Elements aufweist und/oder
b) der Anschlag zumindest eine Begrenzungsfläche mit zumindest einer aus dieser Begrenzungsfläche hervorragenden Noppe zur Begrenzung der Bewegung des beweglichen Elements aufweist.

Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer mikromechanischen Vorrichtung.
Stand der Technik
Die DE 199 49 605 A1 und die DE 195 39 049 A1 offenbaren mikromechanische Vorrichtungen, bei denen Anschlagmittel vorgesehen sind, welche eine Auslenkung eines beweglichen Elementes begrenzen.
Die DE 199 30 779 D4 offenbart miteinander zusammenwirkende Anschlagmittel, welche einerseits an einem beweglichen Element und andererseits an einem feststehenden Element angebracht sind.
Ein Beispiel für eine mikromechanische Vorrichtung mit einem beweglichen Element ist ein Beschleunigungssensor. Ein Beschleunigungssensor ist ein Sensor, der Beschleunigungen misst, indem die auf eine Testmasse wirkende Trägheitskraft bestimmt wird. Somit kann beispielsweise bestimmt werden, ob eine Geschwindigkeitszunahme oder -abnahme stattfindet. Der Beschleunigungssensor wird auch Beschleunigungsmesser oder Accelerometer genannt, weiterhin B-Messer und G-Sensor.
Eine Bauart, welche in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung erlangt hat, sind miniaturisierte Beschleunigungssensoren. Diese sind Mikro-Elektro-Mechanische Systeme (MEMS) und werden aus Silicium hergestellt. Diese Sensoren sind Feder-Masse-Systeme, bei denen die Masse aus Silicium hergestellt ist und auch die Federn häufig nur durch wenige Mikrometer breite Silicium-Stege gebildet werden. Durch die Auslenkung bei Beschleunigung kann zwischen dem gefedert aufgehängten Teil und einer festen Bezugselektrode eine Änderung der elektrischen Kapazität gemessen werden.
Für die Herstellung dieser miniaturisierten Sensoren werden die Masse und die kleinen Silicium-Federn mittels Fotolithografie aus dem Silicium herausgeätzt. Diese Art von Beschleunigungssensoren vereinen geringe Stückkosten, geringe Größe, hohe Robustheit und schnelles Ansprechverhalten. Sie werden daher zum Beispiel zur Auslösung von Airbags in Fahrzeugen eingesetzt.
Eines der wesentlichen Qualitäts- und Ausbeuterisiken für die mikromechanischen Strukturen, insbesondere bei Sensoren für vergleichsweise geringe Beschleunigungen, stellt das Kleben (Stiction) dar. Damit wird das Haftenbleiben der beweglichen seismischen Massen nach einem mechanischen Anschlagen bezeichnet. Die Haftneigung resultiert dabei aus Adhäsionskräften und unter anderem aus elektrostatischen Anziehungskräften. Zur Reduktion der Klebeneigung werden neben sogenannten Anti-Stiction-Coatings (ASC), mit denen die Oberflächen zur Verminderung ihrer Klebeneigung passiviert werden, auch besonders geformte Anschlagselemente, welche die seismische Masse in ihrer Bewegung begrenzen, eingesetzt. Vorwiegend kommen dazu Anschlagsnoppen zum Einsatz, welche im Wesentlichen die Aufgabe haben, die Kontaktfläche zwischen seismischer Masse und Anschlag zu reduzieren. Durch die Reduktion der Anschlagsfläche werden aber auch die Haltekräfte zwischen seismischer Masse und Anschlag reduziert, sodass die seismische Masse nicht so leicht „kleben“ beziehungsweise haften bleibt.
Aus prozesstechnischen Gründen ist derzeit die minimale Breite der Noppen auf typischerweise 2-3 µm begrenzt. Bei Silizium-Funktionsschichtdicken von 10-20 µm ergeben sich damit minimale Anschlagsflächen von etwa 20 bis 40 µm² pro Anschlagsnoppe.
Die erwähnten Probleme und Nachteile treten auch bei anderen mikromechanischen Vorrichtungen mit beweglichen Elementen auf, etwa bei Drehratensensoren in Form eines Vibrationskreisels und Mikrofonen. Ein Vibrationskreisel (engl. Vibrating structure gyroscope, kurz VSG) besteht aus einem schwingfähigen System, beispielsweise aus Silicium mittels mikromechanischen Methoden gefertigt. Wird der Drehratensensor senkrecht zu seiner Auslenkungsrichtung mit einer Winkelgeschwindigkeit gedreht, so wirkt die Corioliskraft senkrecht zur Auslenkungsrichtung und zur Drehachse. Die resultierende Detektionsauslenkung kann dann von Erfassungsmitteln, beispielsweise kapazitiven Elektroden, detektiert werden. Beim Vibrationskreisel wird also ein bewegliches Element (ähnlich der seismischen Masse beim Beschleunigungssensor) aktiv in einer Richtung bewegt, das heißt in Schwingung versetzt, und die Auslenkung in einer Richtung quer dazu vermessen. Bei einem (MEMS-) Mikrofon stellt dagegen die Membrane das bewegliche Element dar. Hier kann es etwa bei zu hohem Schalldruck zu einem Durchschwingen der Membran bis auf eine in geringem Abstand angeordnete Rückplatte und zu einem anschließenden Haftenbleiben auf derselben kommen.
Aufgabe der Erfindung ist es nun, die Haftneigung des beweglichen Elements an den Anschlagselementen weiter zu reduzieren.
Offenbarung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung wird mit einer mikromechanischen Vorrichtung nach Anspruch 1 und einem Herstellungsverfahren nach den Ansprüchen 8 oder 9 gelöst.
Ohne Einwirkung einer Kraft befindet sich das bewegliche Element in einer Ruhelage und wird bei Einwirken einer äußereren Kraft (beispielsweise resultierend aus einer Beschleunigung oder Luft- beziehungsweise Schalldruck) ausgelenkt. Bei Überschreiten eines Grenzwerts der Kraft wird eine weitere Bewegung des beweglichen Elements mit Hilfe eines Anschlags unterbunden. Sinkt die Kraft wieder unter den Grenzwert, so sollte sich das bewegliche Element eigentlich sofort wieder zurückbewegen. Durch Haftungsphänomene bleibt das bewegliche Element aber am Anschlag „kleben“ beziehungsweise haften. Die Haftungskräfte können so hoch sein, dass sich das bewegliche Element auch bei einem Sinken der Kraft oder selbst bei einer Kraft in die entgegengesetzte Richtung nicht mehr vom Anschlag loslöst. Der Sensor ist somit unbrauchbar. Aber auch wenn die Haftungskräfte weniger hoch sind und sich das bewegliche Element bei Unterschreiten einer bestimmten Kraft wieder loslöst, ist der Sensor nur bedingt tauglich, denn der erwähnte Effekt verursacht eine unliebsame Hysterese. Erfindungsgemäß wird daher die Haftfläche, deren Größe die Haftung wesentlich beeinflusst, reduziert. Zwar werden im Stand der Technik schon Noppen eingesetzt, jedoch reichen diese über die gesamte Höhe des beweglichen Elements und/oder des Anschlags. Erfindungsgemäß werden Noppen aber nurmehr in einer vergleichsweise dünnen Schicht angeordnet und sind daher deutlich kleiner als in bekannten Lösungen. Die Haftungsneigung und die unerwünschte Hysterese kann somit wesentlich reduziert werden. Die Noppen können dabei nur auf dem beweglichen Element, nur auf dem Anschlag oder auf beiden Elementen angeordnet werden. Wegen der in der MEMS-Technologie üblichen Bearbeitung (z.B. Ätzen) eines Werkstücks in weitgehend voneinander unabhängigen Schichten, können die Noppen in dieser Technologie relativ einfach hergestellt werden. Die Erfindung kann daher erfolgreich in der MEMS-Technologie angewendet werden, ist aber nicht darauf beschränkt.
An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass die dargestellte Abfolge der Verfahrensschritte nicht zwingend ist, sondern auch geändert werden kann. Der Fachmann wird das gezeigte Verfahren daher ohne Mühe variieren, um es an einen konkreten technologischen Prozess seiner Wahl anzupassen. Möglich und vorteilhaft ist beispielsweise die folgende Abfolge von Verfahrensschritten:

a) Abscheiden der ersten Schicht,
b) Strukturieren der ersten Schicht wobei die Noppen geformt werden,
c) Abscheiden einer Opferschicht, beispielsweise einer Oxidschicht,
d) Strukturieren der Opferschicht, insbesondere Entfernen derselben dort, wo die im nachfolgenden Schritt abgeschiedene zweite Schicht in direktem Kontakt mit der ersten Schicht stehen soll (im Bereich der Noppen wird die Opferschicht daher nicht abgetragen),
e) Abscheiden der zweiten Schicht,
f) Strukturierung der zweiten Schicht und dort, wo die Opferschicht entfernt wurde, der ersten Schicht, wobei die Opferschicht oberhalb der Noppe als Ätzstopp dient und
g) Entfernen der Opferschicht zur Freistellung der mikromechanischen Struktur, beispielsweise durch Gasphasenätzen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung in Zusammenschau mit den Figuren der Zeichnung.
Günstig ist es, wenn sowohl Fall a) als auch Fall b) ausgeführt ist und die zumindest eine Noppe des beweglichen Elements und die zumindest eine Noppe des Anschlags derart ausgebildet sind, dass die zumindest eine Noppe des beweglichen Elements bei Begrenzung der Bewegung des beweglichen Elements mit der zumindest einen Noppe des Anschlags zusammenwirkt. Hier wirken die Noppen des beweglichen Elements und des Anschlags zusammen, berühren einander also ganz oder teilweise, wenn das bewegliche Element den Anschlag berührt. Eine Haftungsneigung kann auf diese Weise besonders gut reduziert werden.
Vorteilhaft ist es auch, wenn nur Fall a) oder Fall b) ausgeführt ist und
im Fall a) der Anschlag eine durchgehende Begrenzungsfläche zur Begrenzung der Bewegung des beweglichen Elements aufweist oder
im Fall b) das bewegliche Element eine durchgehende Begrenzungsfläche zur Begrenzung der Bewegung des beweglichen Elements aufweist.
Bei dieser Bauart weist entweder nur das bewegliche Element oder nur der Anschlag Noppen auf. In erstem Fall ist die Grenzfläche des Anschlags durchgehend, weist also keine Noppen auf. In zweitem Fall ist die Grenzfläche des beweglichen Elements durchgehend, weist also keine Noppen auf. Diese Bauart zeichnet sich dadurch aus, dass sie vergleichsweise einfach ist.
Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn nur Fall a) oder Fall b) ausgeführt ist und
im Fall a) der Anschlag aus zumindest einer ersten Schicht und einer zweiten Schicht besteht, die derart angeordnet sind, dass sie zumindest eine Begrenzungsfläche, aus der zumindest eine in der ersten Schicht und zweiten Schicht angeordnete Noppe zur Begrenzung der Bewegung des beweglichen Elements hervorragt, teilen oder
im Fall b) das bewegliche Element aus zumindest einer ersten Schicht und einer zweiten Schicht besteht, die derart angeordnet sind, dass sie zumindest eine Begrenzungsfläche, aus der zumindest eine in der ersten Schicht und zweiten Schicht angeordnete Noppe zur Begrenzung der Bewegung des beweglichen Elements hervorragt, teilen.
Bei dieser Bauart weist entweder nur das bewegliche Element oder nur der Anschlag Noppen auf, die nur in der ersten, dünneren Schicht angeordnet sind. In erstem Fall weist die Grenzfläche des Anschlags dagegen Noppen auf, die in beiden Schichten liegen. In zweitem Fall weist die Grenzfläche des beweglichen Elements Noppen auf, die in beiden Schichten liegen. Diese Bauart zeichnet sich dadurch aus, dass sie ebenfalls vergleichsweise einfach aufgebaut ist.
Günstig ist es, wenn die erste Schicht des beweglichen Elements weniger als 20% und insbesondere weniger als 10% der Begrenzungsfläche des beweglichen Elements und/oder die erste Schicht des Anschlags weniger als 20% und insbesondere weniger als 10% der Begrenzungsfläche des Anschlags bildet. Mit diesen Maßnahmen kann die Haftungsneigung deutlich reduziert werden. Bei einem herkömmlichen Schichtaufbau, wie er für die MEMS-Technologie genutzt wird, weist die Schicht mit den Noppen also weniger als 20% beziehungsweise 10% der Gesamthöhe des beweglichen Elements beziehungsweise des Anschlags auf.
Günstig ist es auch, wenn die Fläche der zumindest einen Noppe des beweglichen Elements weniger als 4% und insbesondere weniger als 2% der Begrenzungsfläche des beweglichen Elements und/oder die Fläche der zumindest einen Noppe des Anschlags weniger als 4% und insbesondere weniger als 2% der Begrenzungsfläche des Anschlags bildet. Bei dieser Bauart weist eine Noppe bei einem herkömmlichen Schichtaufbau, wie er für die MEMS-Technologie genutzt wird, weniger als 20% beziehungsweise 10% der Gesamtbreite des beweglichen Elements beziehungsweise des Anschlags auf. Somit ergibt sich eine Fläche für die Noppen, die kleiner als 4% beziehungsweise 2% der Begrenzungsfläche des beweglichen Elements beziehungsweise des Anschlags ist.
Weiterhin ist es günstig, wenn die Fläche der zumindest einen Noppe des beweglichen Elements und/oder der zumindest einen Noppe des Anschlags weniger als 10µm² beträgt. Die oben genannten Prozentangaben lassen nur bedingt eine Aussage über die absolute Größe der Haltekräfte zu. Aus diesem Grund wird hier eine vorteilhafte Obergrenze für die absolute Größe einer Noppe angegeben. Bei heute üblichen Größen der beweglichen Elemente, reicht somit schon eine vergleichsweise geringe Kraft entgegen der Haltekraft (zum Beispiel eine Beschleunigung der Masse beziehungsweise eine Rückstellkraft einer Feder entgegen der Haltekraft) aus, um das bewegliche Element vom Anschlag wieder loszulösen.
Schließlich ergibt sich ein vorteilhaftes Herstellungsverfahren einer mikromechanischen Vorrichtung, wenn das Formen des beweglichen Elements folgende Schritte umfasst:

- Aufbringen einer zweiten Schicht auf eine erste Schicht zur Bildung des beweglichen Elements mit Begrenzungsflächen, wobei die erste und die zweite Schicht derart angeordnet sind, dass sie die zumindest eine Begrenzungsfläche teilen, und
- Formen zumindest einer Noppe in der ersten Schicht, wobei die zumindest eine Noppe aus der zumindest einen Begrenzungsfläche hervorragt, umfasst, wobei
- die zumindest eine Noppe des beweglichen Elements und die zumindest eine Noppe des Anschlags derart ausgebildet sind, dass die zumindest eine Noppe des beweglichen Elements bei Begrenzung der Bewegung des beweglichen Elements mit der zumindest einen Noppe des Anschlags zusammenwirkt.

Hier wirken die Noppen des beweglichen Elements und des Anschlags zusammen, berühren einander also ganz oder teilweise, wenn das bewegliche Element den Anschlag berührt. Eine Haftungsneigung kann auf diese Weise besonders gut reduziert werden.
Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung lassen sich auf beliebige Art und Weise kombinieren.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:

1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen mikromechanischen Vorrichtung;
2 eine Variante einer Begrenzungsfläche für ein bewegliches Element oder einen Anschlag;
3 eine Variante von Noppen für ein bewegliches Element oder einen Anschlag;
4 eine Variante der Erfindung, bei der drei Schichten vertikal angeordnet sind.

In den Figuren der Zeichnung sind gleiche und funktionsgleiche Elemente und Merkmale - sofern nichts Anderes ausgeführt ist - mit denselben Bezugszeichen versehen.
1 zeigt eine mikromechanische Vorrichtung in Form eines Beschleunigungssensors 1, welche ein bewegliches Element in Form einer seismischen Masse 2 und Anschläge 4, welche die Bewegung der seismischen Masse 2 begrenzen, aufweist. Die seismische Masse 2 besteht aus einer ersten Schicht 2a und einer zweiten Schicht 2b. In der ersten Schicht 2a sind Noppen 3 angeordnet, welche aus einer Begrenzungsfläche A (schraffiert dargestellt) der seismischen Masse 2 hervorragen. Die Anschläge 4 bestehen ebenfalls aus einer ersten Schicht 4a und einer zweiten Schicht 4b. In der ersten Schicht 4a sind Noppen 5 angeordnet, welche aus einer Begrenzungsfläche B (schraffiert dargestellt) des Anschlags 4 hervorragen. Zum besseren Verständnis ist der rechte Anschlag in der 1 durchsichtig dargestellt.
Die Funktion des in 1 dargestellten Beschleunigungssensors 1 ist nun wie folgt.
In der Ruhelage, das heißt ohne einer Einwirkung einer Beschleunigung, befindet sich die seismische Masse 2 in der Mitte zwischen den beiden Anschlägen 4. Wirkt nun eine äußerere Beschleunigung auf den Beschleunigungssensor 1 ein, so nähert sich die seismische Masse 2 einem Anschlag 4 an. Im gezeigten Beispiel wird davon ausgegangen, dass sich die seismische Masse 2 dem rechten Anschlag 4 in 1 annähert. Bei Überschreiten einer Grenzbeschleunigung, die konstruktiv vorgegeben ist, berühren die Noppen 3 der seismischen Masse 2 die Noppen 5 des Anschlags 4. Eine weitere Auslenkung der seismischen Masse ist daher nicht mehr möglich.
Sinkt die Beschleunigung wieder unter den Grenzwert, so sollte sich die seismische Masse 2 eigentlich sofort wieder zurückbewegen. Durch Haftungsphänomene bleibt die seismische Masse 2 aber am Anschlag 4 „kleben“. Die Haftungskräfte können wie bereits erwähnt so hoch sein, dass sich die seismische Masse 2 auch bei einem Sinken der Beschleunigung oder selbst bei Beschleunigungen in die entgegengesetzte Richtung nicht mehr vom Anschlag 4 loslöst und somit ein Totalausfall des Beschleunigungssensors 1 vorliegt. Aber auch wenn die Haftungskräfte weniger hoch sind und sich die seismische Masse 2 bei Unterschreiten einer bestimmten Beschleunigung wieder vom Anschlag 4 loslöst, ist der Beschleunigungssensor 1 nur bedingt tauglich, denn der erwähnte Effekt verursacht eine unliebsame Hysterese bei den erhaltenen Messwerten. Erfindungsgemäß wird daher die Haftfläche, deren Größe die Haftung beeinflusst, reduziert. Nach dem Stand der Technik reichen Noppen über die gesamte Begrenzungsfläche A (ähnlich wie in 3 für den Anschlag dargestellt). Erfindungsgemäß sind die Noppen 3 aber nurmehr in der ersten Schicht 2a angeordnet und sind daher deutlich kleiner als bei bekannten Lösungen. Die Haftungsneigung und die unerwünschte Hysterese kann somit deutlich reduziert werden. Im gezeigten Beispiel ist der Anschlag 4 analog zur seismischen Masse 2 aufgebaut, weist also ebenfalls Noppen 5 in nur der ersten Schicht 4a des Anschlags 4 auf.
Durch entsprechende Bearbeitung bei der Herstellung des Beschleunigungssensors 1, beispielsweise durch Ätzen, können die Noppen 3 und 5 relativ einfach hergestellt werden. Die Anordnung der Schichten 2a, 2b und 4a, 4b kommt der Materialbearbeitung bei der MEMS-Technologie dabei sehr entgegen.
An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass die Federn, welche mit der seismischen Masse 2 ein Feder-Masse-System bilden, der besseren Übersicht halber nicht dargestellt sind. Gleichermaßen wurde auf die Darstellung des vorderen und hinteren Anschlags verzichtet. Zwar ist in der 1 eine Bewegung der seismischen Masse 2 mit dem Pfeil in zwei orthogonale Richtungen angedeutet, es ist aber auch einleuchtend, dass sich die Erfindung auch auf Beschleunigungssensoren bezieht, die Beschleunigungen in bloß einer Richtung oder aber auch allen drei Dimensionen messen können. Der Fachmann wird die hier offenbarte Lehre ohne Mühe auf andere Bauarten anwenden können.
Weiterhin wird darauf hingewiesen, dass die Anordnung der Schichten 2a und 2b beziehungsweise 4a und 4b nur eine von vielen Möglichkeiten darstellt. Zweifelsohne sind beispielsweise auch vertikale oder schräge Schichten vorstellbar. Wichtig ist dabei, dass die Begrenzungsfläche A beziehungsweise B durch die Schichten 2a, 2b beziehungsweise 4a, 4b unterteilt werden, um ein Herstellen entsprechend kleiner Noppen 3 beziehungsweise 5 zu ermöglichen.
2 zeigt eine Variante eines Anschlags 4, welcher keine Noppen 5 aufweist. In diesem Fall weist daher die (nicht dargestellte) seismische Masse 2 entsprechende Noppen 3 nur in der ersten Schicht 2a auf, sodass ein Anliegen der gesamten Begrenzungsfläche A der seismischen Masse 2 mit der gesamten Begrenzungsfläche B des Anschlags 4 vermieden wird. Auf diese Weise kann das Auftreten allzu hoher Haltekräfte verhindert werden. Selbstverständlich kann auch die seismische Masse 2 ohne Noppen ausgeführt sein, wenn der Anschlag 4 entsprechende Noppen 5 aufweist. Funktional ergeben sich hier nur geringe Unterschiede.
3 zeigt eine weitere Variante eines Anschlags 4, welcher Noppen 5 über die gesamte Begrenzungsfläche B aufweist. In diesem Fall weist daher die (nicht dargestellte) seismische Masse 2 wiederum entsprechende Noppen 3 nur in der ersten Schicht 2a auf, sodass ein Anliegen der gesamten Begrenzungsfläche A der seismischen Masse 2 mit der gesamten Begrenzungsfläche B des Anschlags 4 vermieden wird. Auf diese Weise kann wieder das Auftreten allzu hoher Haltekräfte verhindert werden. Selbstverständlich kann auch hier die seismische Masse 2 mit hohen Noppen ausgeführt sein, wenn der Anschlag 4 entsprechende Noppen 5 aufweist. Funktional ergeben sich hier ebenfalls nur geringe Unterschiede.
4 zeigt schließlich eine Variante der Erfindung, bei welcher die seismische Masse 2 aus drei vertikalen Schichten 2a, 2b und 2c aufgebaut und eine Noppe 3 in der ersten Schicht 2a angeordnet ist. Der Anschlag 4 besteht ebenfalls aus drei vertikalen Schichten 4a, 4b, 4c und weist eine Noppe 5 in der ersten Schicht 4a auf. Die Noppe 3 und die Noppe 5 sind dabei in diagonal gegenüberliegenden Ecken der Grenzflächen A und B angeordnet.
An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass die erste Schicht 2a in allen Varianten aus demselben Material gefertigt werden kann wie die zweite Schicht 2b oder aus verschiedenen Materialien. Zwischen der ersten und zweiten Schicht 2a und 2b kann in allen Varianten auch eine Trennschicht angeordnet sein. Dasselbe gilt in analoger Weise für die erste und zweite Schicht 4a und 4b des Anschlags 4.
Abschließend wird darauf hingewiesen, dass sich die Erfindung auf eine Vielzahl von Anwendungsfällen bezieht, auch wenn die Erfindung nur anhand des speziellen Anwendungsfalles eines Beschleunigungssensors geschildert wurde. Für den Fachmann ist es aber ein Leichtes, und es liegt daher im Bereich seines Könnens, die Erfindung auf seine Bedürfnisse anzupassen, beispielsweise auf Drehratensensoren und Mikrofone.

Claims

Mikromechanische Vorrichtung (1), umfassend: - ein bewegliches Element (2) mit seitlichen Begrenzungsflächen (A), und - einen Anschlag (4), welcher die Bewegung des beweglichen Elements (2) seitlich begrenzt, mit seitlichen Begrenzungsflächen (B), wobei a) das bewegliche Element (2) aus zumindest einer ersten Schicht (2a) und einer zweiten Schicht (2b) besteht, die derart angeordnet sind, dass sie zumindest eine seitliche Begrenzungsfläche (A), aus der zumindest eine nur in der ersten Schicht (2a) angeordnete Noppe (3) zur Begrenzung der seitlichen Bewegung des beweglichen Elements (2) hervorragt, teilen und/oder b) der Anschlag (4) aus zumindest einer ersten Schicht (4a) und einer zweiten Schicht (4b) besteht, die derart angeordnet sind, dass sie zumindest eine seitliche Begrenzungsfläche (B), aus der zumindest eine nur in der ersten Schicht (4a) angeordnete Noppe (5) zur Begrenzung der seitlichen Bewegung des beweglichen Elements (2) hervorragt, teilen.
Mikromechanische Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl Fall a) als auch Fall b) ausgeführt ist und die zumindest eine Noppe (3) des beweglichen Elements (2) und die zumindest eine Noppe (5) des Anschlags (4) derart ausgebildet sind, dass die zumindest eine Noppe (3) des beweglichen Elements (2) bei Begrenzung der seitlichen Bewegung des beweglichen Elements (2) mit der zumindest einen Noppe (5) des Anschlags (4) zusammenwirkt.
Mikromechanische Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nur Fall a) oder Fall b) ausgeführt ist und im Fall a) der Anschlag (4) eine durchgehende Begrenzungsfläche (B) zur Begrenzung der seitlichen Bewegung des beweglichen Elements (2) aufweist oder im Fall b) das bewegliche Element (2) eine durchgehende Begrenzungsfläche (A) zur Begrenzung der seitlichen Bewegung des beweglichen Elements (2) aufweist.
Mikromechanische Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nur Fall a) oder Fall b) ausgeführt ist und im Fall a) der Anschlag (4) aus zumindest einer ersten Schicht (4a) und einer zweiten Schicht (4b) besteht, die derart angeordnet sind, dass sie zumindest eine seitliche Begrenzungsfläche (B), aus der zumindest eine in der ersten Schicht (4a) und zweiten Schicht (4b) angeordnete Noppe (5) zur Begrenzung der seitlichen Bewegung des beweglichen Elements (2) hervorragt, teilen oder im Fall b) das bewegliche Element (2) aus zumindest einer ersten Schicht (2a) und einer zweiten Schicht (2b) besteht, die derart angeordnet sind, dass sie zumindest eine Begrenzungsfläche (A), aus der zumindest eine in der ersten Schicht (2a) und zweiten Schicht (2b) angeordnete Noppe (3) zur Begrenzung der seitlichen Bewegung des beweglichen Elements (2) hervorragt, teilen.
Mikromechanische Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht (2a) des beweglichen Elements (2) weniger als 20% der Begrenzungsfläche (A) des beweglichen Elements (2) und/oder die erste Schicht (4a) des Anschlags (4) weniger als 20% der Begrenzungsfläche (B) des Anschlags (4) bildet.
Mikromechanische Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche der zumindest einen Noppe (3) des beweglichen Elements (2) weniger als 4% der Begrenzungsfläche (A) des beweglichen Elements (2) und/oder die Fläche der zumindest einen Noppe (5) des Anschlags (4) weniger als 4% der Begrenzungsfläche (B) des Anschlags (4) bildet.
Mikromechanische Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche der zumindest einen Noppe (3) des beweglichen Elements (2) und/oder der zumindest einen Noppe (5) des Anschlags (4) weniger als 10µm² beträgt.
Verfahren zur Herstellung einer mikromechanischen Vorrichtung (1), umfassend die Schritte: - Aufbringen einer zweiten Schicht (2b) auf eine erste Schicht (2a) zur Bildung eines beweglichen Elements (2) mit seitlichen Begrenzungsflächen (A), wobei die erste und die zweite Schicht (2a, 2b) derart angeordnet sind, dass sie zumindest eine Begrenzungsfläche (A) teilen, - Formen zumindest einer Noppe (3) in der ersten Schicht (2a), wobei die zumindest eine Noppe (3) aus der zumindest einen Begrenzungsfläche (A) hervorragt, und - Formen eines Anschlags (4), welcher für die Begrenzung der seitlichen Bewegung des beweglichen Elements (2) bei Kontakt mit der zumindest einen Noppe (3) vorgesehen ist.
Verfahren zur Herstellung einer mikromechanischen Vorrichtung (1), umfassend die Schritte: - Formen eines beweglichen Elements (2), - Aufbringen einer zweiten Schicht (4b) auf eine erste Schicht (4a) zur Bildung eines Anschlags (4) mit seitlichen Begrenzungsflächen (B), wobei die erste und die zweite Schicht (4a, 4b) derart angeordnet sind, dass sie zumindest eine seitliche Begrenzungsfläche (B) teilen, - Formen zumindest einer Noppe (5) in der ersten Schicht (4a), wobei die zumindest eine Noppe (5) aus der zumindest einen seitlichen Begrenzungsfläche (B) hervorragt und für die Begrenzung der seitlichen Bewegung des beweglichen Elements (2) vorgesehen ist.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Formen des beweglichen Elements (2) - das Aufbringen einer zweiten Schicht (2b) auf eine erste Schicht (2a) zur Bildung des beweglichen Elements (2) mit Begrenzungsflächen (A), wobei die erste und die zweite Schicht (2a, 2b) derart angeordnet sind, dass sie die zumindest eine seitliche Begrenzungsfläche (A) teilen, und - das Formen zumindest einer Noppe (3) in der ersten Schicht (2a), wobei die zumindest eine Noppe (3) aus der zumindest einen seitlichen Begrenzungsfläche (A) hervorragt, umfasst, wobei - die zumindest eine Noppe (3) des beweglichen Elements (2) und die zumindest eine Noppe (5) des Anschlags (4) derart ausgebildet sind, dass die zumindest eine Noppe (3) des beweglichen Elements (2) bei Begrenzung der seitlichen Bewegung des beweglichen Elements (2) mit der zumindest einen Noppe (5) des Anschlags (4) zusammenwirkt.