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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
DE 10 2009 000 167 A1 ein Beschleunigungssensor bekannt, welcher ein Halbleiter-Substrat und ein mittels MEMS-Herstellungsprozessen in das Substrat strukturierte Wippenstruktur aufweist. Die Wippenstruktur umfasst eine seismische Masse, welche um eine zu einer Haupterstreckungsebene des Substrats parallel Torsionsachse auslenkbar ist und hinsichtlich der Torsionsachse eine asymmetrische Massenverteilung aufweist. Beim Vorliegen einer Beschleunigung des Beschleunigungssensors senkrecht zur Haupterstreckungsebene wirkt somit ein durch Trägheitskräfte auf die seismische Masse hervorgerufenes Drehmoment, wodurch die seismische Masse um die Torsionsachse ausgelenkt wird. Zur quantitativen Bestimmung der Beschleunigung wird die Auslenkung der seismischen Masse mittels Messelektroden detektiert. Zur Erhöhung der Messgenauigkeit und zur Reduktion von Offsets durch Substratverbiegungen schlägt die Lehre der DE 10 2009 000 167 A1 vor, anstelle oder zusätzlich zu den zwischen der seismischen Masse und dem Substrat üblicherweise vorgesehenen substratfesten Flächenelektroden auch oberhalb der seismischen Masse substratfeste Messelektroden vorzusehen. Diese Messelektroden sind freitragend ausgebildet, so dass die seismische Masse zwischen diesen Messelektroden und den auf dem Substrat befindlichen Flächenelektroden angeordnet ist. Eine Auslenkung der seismischen Masse ist somit differentiell auswertbar. Bei freitragenden Messelektroden besteht jedoch die Gefahr, dass die Aufhängungen der Messelektroden bei vergleichsweise hohen mechanischen Belastungen, beispielsweise wenn die Sensoranordnung versehentlich herunterfällt, brechen können.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Sensoranordnung gemäß dem Hauptanspruch hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass die Robustheit der Sensoranordnung gegenüber äußeren mechanischen Krafteinwirkungen, wie beispielsweise äußeren Stößen, gesteigert wird. Insbesondere wird die Gefahr, dass die freitragende Messelektrode beim Auftreten von vergleichsweise hohen Beschleunigungs- bzw. Verzögerungskräften (beispielsweise während des Auftreffens des Sensoranordnung auf einen Untergrund nach einem versehentlich herbeigeführten freien Fall) brechen, unterbunden, indem die Messelektrode über das Federelement federnd am Substrat befestigt ist. Vorteilhafterweise wird somit eine im Vergleich zum Stand der Technik stärkere Auslenkung der Messelektrode ermöglicht, bevor in der Aufhängung der Messelektrode eine kritische Bruchspannung erreicht wird. Denkbar ist, dass die sich derart stark auslenkende Messelektrode dann von einem optional realisierbaren Anschlag gestoppt bzw. gebremst wird. Der Begriff „freitragend“ im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet insbesondere, dass die Messelektrode nicht vollflächig, sondern nur in einem Teilbereich an das Substrat angebunden ist, so dass wenigstens ein anderer Teilbereich der Messelektrode überhängend ausgebildet ist. Die seismische Masse fungiert vorzugsweise als Gegenelektrode zur Messelektrode (die Messelektrode und die Gegenelektrode bilden somit vorzugsweise einen Plattenkondensator). Bei einer Auslenkung der seismischen Masse aufgrund von einer auf die Sensoranordnung wirkenden Beschleunigung verändert sich der geometrische Abstand zwischen der Messelektrode und der Gegenelektrode und somit auch eine vom Abstand abhängige elektrische Kapazität zwischen der Messelektrode und der Gegenelektrode. Zur quantitativen Detektion der Auslenkung der seismischen Masse wird die elektrische Kapazität entsprechend ausgewertet. Die erfindungsgemäße Sensoranordnung umfasst insbesondere ein MEMS-Bauelement (Micro Electro Mechanical System), welches in einem Halbleiterherstellungsprozess gefertigt ist. Das Substrat umfasst vorzugsweise ein Halbleitermaterial, insbesondere Silizium, welches zur Ausbildung der seismischen Masse, sowie der Messelektrode entsprechend strukturiert wird. Die Strukturierung erfolgt dabei vorzugsweise im Rahmen eines Lithographie-, Ätz-, Abscheide- und/oder Bondverfahrens.
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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 Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Federelement wenigstens eine Biegefeder umfasst, wobei ein erstes Ende der Biegefeder an einem substratfesten Verankerungselement und ein zweites Ende der Biegefeder an der Messelektrode befestigt ist. In vorteilhafter Weise wird durch die Implementierung der Biegefeder einerseits eine „im Normalbetrieb“ (d.h. ohne Vorliegen von Überlasten) gegenüber dem Substrat fixierte Messelektrode realisiert, mit welcher eine Auslenkung der seismischen Masse präzise detektierbar ist, und andererseits wird „in Ausnahmezuständen“ (d.h. beim Vorliegen von Überlast) eine Auslenkung der Messelektrode ermöglicht, um einer Beschädigung der Messelektrode bzw. der Aufhängung der Messelektrode vorzubeugen. Die Biegefeder ist vorzugsweise als Einfachfeder, Doppelfeder, U-förmige Feder oder Mäanderfeder ausgebildet.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Biegefeder wenigstens einen sich im Wesentlichen parallel zur Haupterstreckungsebene erstreckenden Steg und vorzugsweise zwei parallel zueinander verlaufende Stege umfasst. Die Stege sind vorzugsweise jeweils derart ausgebildet, dass ihre Höhe senkrecht zur Haupterstreckungsebene größer als ihre Breite ist. Dies hat den Vorteil, dass eine Verbiegung senkrecht zur Haupterstreckungsebene, also in Sensierrichtung der Sensoranordnung, nur bei großen Überlastbeschleunigungen stattfindet und somit die Messgenauigkeit der Sensoranordnung im Normalbetrieb nicht beeinträchtigt wird. Die Schwelle, ab welchen Überlastbeschleunigungen eine Auslenkung der Messelektrode senkrecht zur Haupterstreckungsebene erst möglich ist, ist durch die die Anpassung der Geometrie der Stege und/oder der Steganzahl, insbesondere ein einzelner Steg oder zwei parallele Stege, flexibel anpassbar (insbesondere an die Masse der Messelektrode und die Dimensionierung der Aufhängung).
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Biegefeder einen ersten und einen zweiten Abschnitt umfasst, wobei der erste Abschnitt zwei parallel zueinander verlaufende Stege umfasst und der zweiten Abschnitt einen einzigen Steg umfasst, wobei der erste Abschnitt mit dem Verankerungselement und der zweite Abschnitt mit der Messelektrode verbunden ist und wobei der erste und der zweite Abschnitt senkrecht zueinander verlaufend ausgebildet sind. In vorteilhafter Weise wird somit ein optimiertes Auslenkungsverhalten der Messelektrode beim Vorliegen von Überlast erzielt. Vorzugsweise ist die Messelektrode mit zwei solchen Federelementen an das Substrat angebunden, welche an parallel zur Haupterstreckungsebene gegenüberliegenden Bereichen der Messelektrode mittig angreifen. Dies hat den Vorteil, dass im Überlastfall die Messelektrode derart senkrecht zur Haupterstreckungsebene ausgelenkt wird, dass die Ebene der Messelektrode möglichst parallel zur Haupterstreckungsebene bleibt, also nur eine möglichst geringe Verkippung der Messelektrode erfolgt. Die Auslenkung der Messelektrode ist somit vergleichsweise sicher durch einen optimal realisierten Anschlag zu stoppen bzw. zu bremsen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Biegefeder entlang einer Richtung parallel zur Haupterstreckungsebene weicher als gegenüber einer zur Haupterstreckungsebene senkrechten Richtung ausgebildet ist. In vorteilhafter Weise wird somit eine Auslenkung der Messelektrode senkrecht zur Sensierrichtung schon bei geringeren Beschleunigungen erlaubt, während eine Auslenkung parallel zur Sensierrichtung, wodurch die Vermessung der Beschleunigung beeinträchtigt wird, nur beim Vorliegen einer vergleichsweise großen Überlast erlaubt wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die seismische Masse zumindest teilweise zwischen der Messelektrode und dem Substrat angeordnet ist. Vorzugsweise weist die Sensoranordnung ferner eine auf das Substrat aufgebrachte Flächenelektrode auf, welche zwischen der seismischen Masse und dem Substrat angeordnet ist, so dass die seismische Masse zwischen der Messelektrode und der Flächenelektrode angeordnet ist und somit eine Vermessung der Auslenkung der seismischen Masse von beiden Seiten volldifferentiell erfolgt. Denkbar ist ferner, dass die die Messelektrode entlang der Haupterstreckungsebene auf einer ersten Seite bezüglich der Torsionsachse angeordnet ist und dass die Sensoranordnung ferner eine, zur Messelektrode vorzugsweise baugleiche, weitere Messelektrode aufweist, welche auf einer der ersten Seite bezüglich der Torsionsachse gegenüberliegenden Seite angeordnet ist. Eine Auslenkung der seismischen Masse führt dazu, dass sich der Abstand zwischen der Messelektrode und der seismischen Masse verringert (bzw. vergrößert), während der Abstand zwischen der weiteren Messelektrode und der seismischen Masse in inverser Weise vergrößert (bzw. verringert). Mit einer solchen Sensoranordnung ist auch ohne die Verwendung von Flächenelektroden eine volldifferentielle Auswertung der anliegenden Beschleunigung möglich. Denkbar ist ferner, dass jeweils eine Flächenelektrode und eine weitere Flächenelektrode zwischen der seismischen Masse und dem Substrat realisiert sind.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Sensoranordnung wenigstens einen Anschlag zur Begrenzung einer maximalen Auslenkung der Messelektrode aufweist. In vorteilhafter Weise wird im Überlastfall die maximal mögliche Auslenkung der Messelektrode durch einen Kontakt zwischen der Messelektrode und dem Anschlag begrenzt, so dass eine Beschädigung der Messelektrode bzw. der Aufhängung der Messelektrode vermieden wird. Der Anschlag ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass ein Haftenbleiben der Messelektrode am Anschlag (auch als „Kleben“ bezeichnet) verhindert wird. Beispielsweise ist denkbar, dass der Anschlag eine entsprechende Anti-Haftbeschichtung oder eine vergleichsweise kleine Kontaktfläche aufweist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der Anschlag an einem Verkappungselement der Sensoranordnung ausgebildet ist, wobei die Messelektrode vorzugsweise zwischen dem Anschlag und der seismischen Masse angeordnet ist. In vorteilhafter Weise wird somit die Bewegung der Messelektrode entlang einer vom Substrat weggerichtete Richtung (senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung) begrenzt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Messelektrode eine Aussparung aufweist und wobei der Anschlag zumindest teilweise in die Aussparung vorsteht, wobei der Anschlag vorzugsweise senkrecht zur Haupterstreckungsebene vom Substrat oder vom Verkappungselement ausgehend in die Aussparung vorsteht und/oder wobei der Anschlag vorzugsweise parallel zur Haupterstreckungsebene vom Verankerungselement ausgehend in die Aussparung vorsteht. Das Vorstehen des Anschlags in die Aussparung hat den Vorteil, dass durch den Anschlag eine Bewegung der Messelektrode parallel zur Haupterstreckungsebene durch einen Kontakt zwischen der Wandung der Aussparung und dem Anschlag begrenzt wird. Vorzugsweise werden somit insbesondere Auslenkungen in alle Richtungen parallel zur Haupterstreckungsebene auf ein vorgegebenes Maximalmaß begrenzt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der Anschlag und/oder die Aussparung in einer zur Haupterstreckungsebene parallelen Ebene jeweils T-förmig ausgebildet sind. Auf diese Weise ist es vorteilhaft möglich, dass der Anschlag sich parallel zur Haupterstreckungsebenen bis zum Verankerungselement erstreckt und fest mit dem Verankerungselement verbunden ist und gleichzeitig sämtliche Auslenkungen der Messelektrode in alle Richtungen parallel zur Haupterstreckungsebene auf ein vorgegebenes Maximalmaß begrenzt werden. Der Anschlag und die Messelektrode sind somit ausschließlich durch das Verankerungselement mit dem Substrat verbunden, so dass im Falle einer Substratverbiegung, beispielsweise durch thermische oder mechanische Spannungen, keine Veränderung der geometrischen Abstände zwischen dem Anschlag und der Wandung der Aussparung zu erwarten ist.
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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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1a und 1b schematische Ansicht einer Sensoranordnung gemäß dem Stand der Technik,
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2 eine schematische Ansicht einer Sensoranordnung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
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3 eine Simulation einer Messelektrode einer Sensoranordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und
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4a und 4b schematische Ansichten einer Sensoranordnung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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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 1a ist eine schematische Perspektivansicht einer Sensoranordnung 1 gemäß dem Stand der Technik dargestellt. Die Sensoranordnung 1 weist ein Substrat 2 auf, welches eine Haupterstreckungsebene 100 aufweist. 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 eine Torsionsfeder umfasst. Die seismische Masse 3 umfasst auf einer Seite der Torsionsachse 6 ein Massenelement 10 auf, welches eine asymmetrische Massenverteilung der seismischen Masse 3 bezüglich der Torsionsachse 6 erzeugt. Auf der anderen Seite umfasst die seismische Masse 3 ein Kompensationselement 11. 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. Durch die Auslenkung verändert sich der geometrische Abstand zwischen der Elektrode 4 und der seismischen Masse 3 bzw. zwischen der weiteren Elektrode 4‘ und der seismischen Masse 3, so dass sich eine Änderung der vom jeweiligen Abstand abhängigen elektrische Kapazitäten ergibt. Zur quantitativen Detektion der Auslenkung der seismischen Masse werden die elektrischen Kapazitäten differentiell ausgewertet.
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Damit eine durch mechanische oder thermische Spannungen hervorgerufene Verbiegung des Substrats
2 einen möglichst geringen Einfluss auf die Geometrie zwischen der seismischen Masse
3 und der Elektrode
4 bzw. der weiteren Elektrode
4‘ hat (insbesondere auf den jeweiligen Abstand zwischen der seismischen Masse
3 und der Elektrode
4 bzw. weiteren Elektrode
4‘ senkrecht zur Haupterstreckungsebene
100), sind die Elektroden
4 bzw. die weitere Elektrode
4‘ als freitragende Elektroden ausgebildet, welche über Verankerungselemente
7,
7‘ am Substrat
2 befestigt sind. Die Verankerungselemente
7,
7‘ sind jeweils benachbart zum Aufhängungsbereich
5 angeordnet. Die Sensoranordnung
1 umfasst insbesondere einen in z-Richtung, d.h. senkrecht zur Haupterstreckungsebene
100 sensitiven Beschleunigungssensor, wobei die Sensoranordnung bevorzugt zur Verpackung in einem Moldgehäuse vorgesehen ist. Ferner ist vorgesehen, dass zusätzlich zu der Elektrode
4 und der weiteren Elektrode
4' eine Flächenelektrode
44 und eine weitere Flächenelektrode
44' zwischen der seismischen Masse
3 und dem Substrat
2 angeordnet sind. Alternativ ist ebenfalls denkbar, dass die Elektrode
4 und die weitere Elektroden
4' zwischen der seismischen Masse
3 und dem Substrat
2 angeordnet sind (also unterhalb der seismischen Masse
3). Die seismische Masse
3 ist 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. Hinsichtlich weiterer Ausbildungen und zusätzlicher Merkmale der Sensoranordnung wird hiermit die Offenbarung der Druckschrift
DE 10 2009 000 167 A1 durch Verweis mit einbezogen. Insbesondere wird auf die Absätze 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37 und 38, sowie auf die
1,
2,
3,
4,
5,
6,
7,
8 und
9 der Druckschrift DE 10 2009 000 167 A1 Bezug genommen.
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Die 1b zeigt einen schematischen Ausschnitt einer aus dem Stand der Technik bekannten und der in 1a illustrierten Sensoranordnung ähnlichen Sensoranordnung 1, wobei der Übersichtlichkeit halber nur das Verankerungselement 7 und die Elektrode 4 in der Aufsichtsdarstellung gezeigt sind. Es ist zu sehen, dass das Verankerungselement 7 im Unterschied zur in 1a illustrierten Anordnung zentral angeordnet ist. Die nicht gezeigte seismische Masse 3 weist somit eine Aussparung im Bereich des Anbindungsbereichs 7 auf, damit das Verankerungselement 7 (auch als Anbindungsbereich 7 bezeichnet) die Elektrode 4 ohne Kontakt zur seismischen Masse 3 am Substrat 2 befestigt.
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In der 2 ist eine schematische Aufsichtsdarstellung einer Sensoranordnung 1 gemäß einer beispielhaften ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Sensoranordnung 1 ist im Wesentlich baugleich zu den in 1a und 1b illustrierten Sensoranordnungen 1, wobei im Unterschied zu den aus dem Stand der Technik bekannten Sensoranordnungen 1 die Messelektrode 4 (vorher als Elektrode 4 bezeichnet) über zwei Federelemente 50 mit dem Substrat 2 verbunden ist. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind nur das Verankerungselement 7, die Messelektrode 4 und die Federelemente 50 abgebildet. Die übrigen Elemente sind im Wesentlichen wie anhand der 1a bzw. 1b beschrieben ausgebildet. Jedes der Federelement 50 ist mit einem ersten Ende 50‘ an das gemeinsame Verankerungselement 7 und mit einem zweiten Ende 50‘‘ an die Messelektrode 4 gekoppelt. Die beiden zweiten Enden 50‘‘ sind dabei entlang einer zur Torsionsachse 6 parallelen Querrichtung 101 an gegenüberliegenden Seiten der Messelektrode 4 und jeweils mittig an den Seiten der Messelektrode 4 befestigt.
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Die Federelemente 50 umfassen jeweils einen ersten Abschnitt 51, dessen eines Ende mit dem Verankerungselement 7 fest verbunden ist, und einen zweiten Abschnitt 52, dessen eines Ende mit der Messelektrode 4 verbunden ist. Das andere Ende des ersten Abschnitts 51 und das andere Ende des zweiten Abschnitts 52 sind über ein Verbindungsstück fest miteinander verbunden. Der erste und zweite Abschnitt 51, 52 sind in der Haupterstreckungsebene 100 rechtwinklig zueinander angeordnet, wobei das Verbindungsstück den Scheitelpunkt des rechten Winkels darstellen. Der zweite Abschnitt 52 wird durch einen einzigen zur Haupterstreckungsebene 100 parallel und zur Querrichtung 101 senkrecht verlaufenden Steg gebildet, während der erste Abschnitt 51 durch zwei parallel zur Querrichtung 101 verlaufende Stege gebildet wird, wobei die beiden Stege parallel zueinander verlaufen und dabei gleichmäßig voneinander beabstandet sind. Die Stege weisen jeweils vorzugsweise eine Höhe senkrecht zur Haupterstreckungsebene 100 auf, welche größer als die Dicke parallel zur Haupterstreckungsebene 100 sind.
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Wenn auf die Messelektrode 4 nun eine durch eine zu hohe Beschleunigung hervorgerufene Überlast wirkt, verbiegen sich die Federelemente 50, wodurch die Messelektrode 4 ausgelenkt wird, ohne dass die Bruchlast der Messelektrode 4 oder der Aufhängung der Messelektrode 4 erreicht wird. Die Robustheit wird somit gegenüber den in 1a und 1b gezeigten Sensoranordnungen erheblich gesteigert. Denkbar ist, dass die in 2 nicht gezeigte weitere Messelektrode 4‘ in analoger Weise über Federelemente 50 mit dem Verankerungselement 7 oder mit einem weiteren Verankerungselement 7‘ verbunden ist.
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Die in 2 illustrierte Sensoranordnung 1 weist ferner einen Anschlag 8 auf, welcher sich parallel zur Haupterstreckungsebene 100 und senkrecht zur Querrichtung 101 vom Verankerungselement 7 in eine entsprechende Aussparung 10 in der Messelektrode 4 erstreckt. Parallel zur Haupterstreckungsebene 100 weisen der Anschlag 8 sowie die Aussparung 10 jeweils eine T-Form auf. Der Anschlag 8 begrenzt die maximal mögliche Auslenkung der Messelektrode 4 relativ zum Substrat 2 und parallel zur Haupterstreckungsebene 100. Die Federelemente 50 sind vorzugsweise gegenüber Auslenkungen parallel zur Haupterstreckungsebene 100 weicher als gegenüber Auslenkungen senkrecht zur Haupterstreckungsebene 100 ausgebildet. Dies wird durch die rechtwinklige Ausbildung der Federelemente begünstigt.
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In 3 ist eine Simulation der Auslenkung der Messelektrode 4 relativ zum Verankerungselement 7 bei einer Sensoranordnung 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die zweite Ausführungsform ist im Wesentlichen identisch der in 2 illustrierten ersten Ausführungsform, wobei die Sensoranordnung 1 gemäß der zweiten Ausführungsform jedoch keinen Anschlag 8 und keine Aussparung 10 aufweist. Ferner greifen die Federelemente 50 nicht mittig, sondern endseitig auf jeder Seite der Messelektrode 4 an. In der 3 ist zu sehen, dass beim Vorliegen einer Überlast die Messelektrode 4 gegenüber dem Verankerungselement 7 ausgelenkbar ist, ohne dass dabei Spannungsspitzen in der Struktur der Messelektrode 4 oder der Aufhängung, insbesondere der Federelemente 50, entstehen.
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In 4a ist eine schematische Aufsichtsdarstellung einer Sensoranordnung 1 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert, wobei die dritte Ausführungsform im Wesentlichen der in 3 gezeigten zweiten Ausführungsform gleicht, wobei im Unterschied einerseits die beiden Federelemente 50 als U-Federn (auch als Bügelfedern bezeichnet) ausgebildet sind und andererseits die beiden Federelemente 50 an der gleichen Seite der Messelektrode 4 angreifen. Die Federelemente 50 greifen dabei an der dem Verankerungselement 7 zugewandten Seite der Messelektrode 4 an. Ferner weist die Sensoranordnung 1 gemäß der dritten Ausführungsform ein Verkappungselement 9 auf, welches in 4a aus Gründen der Übersichtlickeit nicht eingezeichnet ist und anhand der Schnittbildansicht in 4b beschrieben wird.
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In 4b ist eine Schnittbilddarstellung der in 4a illustrierten Sensoranordnung 1 gezeigt, wobei die Sensoranordnung 1 zusätzlich noch das Verkappungselement 9 aufweist, welches die Sensorstruktur auf einer dem Substrat 2 abgewandten Seite abdeckt und somit vor schädlichen Umwelteinflüssen schützt. Das Verkappungselement 9 ist auf seiner der Messelektrode 4 zugewandten Seite mit Anschlägen 8 versehen, welche die maximale Auslenkung der Messelektrode 4 in Richtung des Verkappungselements 9, d.h. senkrecht zur Haupterstreckungsebene 100, begrenzen. Die in 4b gezeigte Messelektrode 4 ist beispielhaft in einer durch eine Überlast hervorgerufene Auslenkungslage dargestellt, welche durch eine Verbiegung der Federelemente 50 ermöglicht wird. Die maximal mögliche Auslenkung wird hierbei durch den dargestellten mechanischen Kontakt zwischen den Anschlägen 8 und der Messelektrode 4 begrenzt, so dass einer Beschädigung der Messelektrode 4 und/oder der Federelemente 50 aufgrund einer zu großen Auslenkung vorgebeugt wird. Die seismische Masse 3, welche sich senkrecht zur Haupterstreckungsebene 100 zwischen der Messelektrode 4 und dem Substrat 2 befindet, ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009000167 A1 [0002, 0022]
