DE102014202816A1 - Wippeneinrichtung für einen mikromechanischen Z-Sensor - Google Patents

Wippeneinrichtung für einen mikromechanischen Z-Sensor Download PDF

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Abstract

Wippeneinrichtung (100) für einen mikromechanischen Z-Sensor (200), aufweisend: – zwei um eine Torsionsachse (10) lagerbare wannenartig ausgebildete Wippenarme (20, 21), wobei die Wippeneinrichtung (100) bezogen auf die Torsionsachse (10) asymmetrisch ausgebildet ist; – pro Wippenarm (20, 21) einen Anschlagsbereich mit wenigstens einem ersten Anschlagselement (30), wobei an jedem Wippenarm (20, 21) der Anschlagsbereich relativ zu einem Sensierbereich (SB) der Wippeneinrichtung (100) definiert erhöht ausgebildet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Wippeneinrichtung für einen mikromechanischen Z-Sensor. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen einer Wippeneinrichtung für einen mikromechanischen Z-Sensor.
  • Stand der Technik
  • Herkömmliche Sensoren zur Messung von physikalischer Beschleunigung weisen üblicherweise eine mikromechanische Struktur aus Silizium (Sensorkern) und eine Auswerteelektronik auf. Sensorkerne, die es ermöglichen, eine Beschleunigung in einer Richtung orthogonal zu einer Hauptebene des Sensorkerns zu messen, werden als Z-Sensoren bezeichnet. Derartige Sensoren werden im Kraftfahrzeugbereich beispielsweise in ESP-Systemen oder im Bereich der Mobiltelefonie benutzt.
  • Das genannte Sensorprinzip wird beispielsweise in Kapitel 6 der Dissertation „Oberflächenmikromechanik-Sensoren als elektrische Teststrukturen zur Charakterisierung ihrer Herstellungsprozesse"; Maute, Matthias; Universität Tübingen 2003 näher beschrieben.
  • EP 0 244 581 A1 offenbart einen mikromechanischen Sensor zum Zwecke einer selbsttätigen Auslösung von Insassenschutzvorrichtungen.
  • EP 0 773 443 B1 offenbart einen mikromechanischen Beschleunigungssensor.
  • Im Rahmen der so genannten „FP-Funktionalisierung“, die beispielsweise in DE 10 2007 060 878 A1 und DE 10 2009 000 167 A1 offenbart ist, wird für den mikromechanischen Beschleunigungssensor eine Wippe ausgebildet, die nicht nur aus einer einzelnen kompakten Schicht, sondern in zwei unterschiedlichen Siliziumschichten strukturiert ist. Damit können bewegliche “wannenförmige“ Strukturen gebildet werden.
  • Bei der Handhabung des Beschleunigungssensors kann bei plötzlicher Überlast (z.B. wenn ein Steuergerät mit dem Beschleunigungssensor auf den Boden fällt) die Masse und damit die Feder in vertikaler Richtung (d.h. out of plane) ausgelenkt werden. Dabei kann eine Masse einer FP-Funktionsschicht eine obere Elektrode herausreißen bzw. kann auch die FP-Funktionsschicht selbst zerstört werden.
  • Um dies zu verhindern, wurden mechanische Stopps vorgeschlagen, die beispielsweise in DE 10 116 931 A1 beschrieben sind. Die darin offenbarten Stopps blockieren die Wippe erst nach ca. 7 µm bis ca. 10 µm. Da sich allerdings bei der genannten Technologie mit FP-Funktionalisierung die Wippe zwischen den zwei Elektroden befindet und diese weniger als ca. 2 µm voneinander entfernt sind, ist dieser herkömmliche Überlastschutz nicht mehr ausreichend. Daher sind zusätzliche Strukturen entwickelt worden, die in der Lage sind, die Wippe vor dem Anschlag zu stoppen. Solche mechanischen Stopps sind in DE 10 2009 029 095 A1 und US 8 124 895 B2 offenbart.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen mikromechanischen Z-Sensor mit erhöhter Anschlagsbeschleunigung bereitzustellen.
  • Die Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt gelöst mit einer Wippeneinrichtung für einen mikromechanischen Z-Sensor, aufweisend:
    • – zwei um eine Torsionsachse lagerbare, wannenartig ausgebildete Wippenarme, wobei die Wippeneinrichtung bezogen auf die Torsionsachse asymmetrisch ausgebildet ist; und
    • – pro Wippenarm einen Anschlagsbereich mit wenigstens einem ersten Anschlagselement, wobei an jedem Wippenarm der Anschlagsbereich relativ zu einem Sensierbereich der Wippeneinrichtung definiert erhöht ausgebildet ist.
  • Mittels des erhöhten Bereichs der Wippenarme kann mehr Bewegungsfreiheit und dadurch eine erhöhte Anschlagsbeschleunigung für einen Z-Sensor mit der erfindungsgemäßen Wippeneinrichtung bereitgestellt werden. Auf diese Weise kann eine Leistungsfähigkeit des mikromechanischen Z-Sensors vorteilhaft gesteigert sein.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt wird die Aufgabe gelöst mit einem Verfahren zum Herstellen einer Wippeneinrichtung für einen mikromechanischen Z-Sensor, aufweisend die Schritte:
    • – Bereitstellen von zwei asymmetrisch wannenartig ausgebildeten Wippenarmen; und
    • – Ausbilden von jeweils einem Bereich pro Wippenarm derart, dass der Bereich wenigstens ein erstes Anschlagselement aufweist und relativ zu einem Sensierbereich der Wippeneinrichtung definiert erhöht ausgebildet ist.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Wippeneinrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand von Unteransprüchen.
  • Eine vorteilhafte Weiterbildung der Wippeneinrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass ein Ausmaß der Erhöhung der Wippeneinrichtung im Anschlagsbereich im Wesentlichen einer Höhe des ersten Anschlagselements entspricht. Auf diese Weise kann ein Bewegungsspielraum der Wippenarme unter Berücksichtigung von mechanischen Gegebenheiten der Wippeneinrichtung optimiert werden, so dass dadurch eine Anschlagsbeschleunigung in bestmögliche Maße gesteigert ist.
  • Eine vorteilhafte Weiterbildung der Wippeneinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass an der Unterseite der Wippeneinrichtung pro Wippenarm zwischen dem ersten Anschlagselement und der Torsionsachse zusätzlich wenigstens ein zweites Anschlagselement angeordnet ist. Auf diese Weise kann vorteilhaft eine Fallfestigkeit der gesamten Wippeneinrichtung bzw. des gesamten mikromechanischen Z-Sensors vorteilhaft erhöht sein. Insbesondere ist dadurch ein sensibler Übergangsbereich zwischen dem erhöhten Bereich der Wippenarme und dem Sensierbereich der Wippeneinrichtung vor Beschädigung bzw. Bruch geschützt.
  • Günstige Weiterbildungen der Wippeneinrichtung sehen vor, dass Perforationen der Wippeneinrichtung als Öffnungen mit abgerundeten Ecken oder als schlitzartige Öffnungen mit abgerundeten Ecken ausgebildet sind. Dadurch kann eine erhöhte mechanische Robustheit der Wippenarme der Wippeneinrichtung realisiert werden, weil mechanische Spannungen gleichmäßiger auf das Material verteilt werden. Im Ergebnis wird mehr physikalische Masse bereitgestellt, die mehr mechanische Energie aufnehmen kann. Zudem kann auf diese Weise vorteilhaft eine erhöhte elektrische Kapazität bereitgestellt werden, die ein Sensierverhalten des Z-Sensors verbessern kann.
  • Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Wippeneinrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Wippeneinrichtung ferner wenigstens ein Entlastungselement aufweist, das in Form eines Schlitzes, der sämtliche Schichten der Wippeneinrichtung durchdringt, ausgebildet ist. Vorteilhaft kann auf diese Art und Weise die Gesamtstruktur der Wippeneinrichtung weicher und nachgiebiger ausgestaltet werden, indem der Schlitz einzelne Bereiche der Wippeneinrichtung voneinander mechanisch entkoppelt. Auf diese Weise kann eine mechanische Elastizität der Wippeneinrichtung erhöht werden, wodurch eine Fallfestigkeit der gesamten Wippeneinrichtung vorteilhaft weiter gesteigert ist.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Wippeneinrichtung zeichnen sich dadurch aus, dass der Schlitz im Bereich einer Anschlagseinrichtung der Wippeneinrichtung und/oder aus einem Randbereich der Wippeneinrichtung in die Wippeneinrichtung einschneidend ausgebildet ist. Dadurch werden Designmöglichkeiten für die Schlitze bestmöglich ausgenutzt, wobei eine Form und eine Positionierung der Schlitze an Nutzungscharakteristika der Wippeneinrichtung angepasst werden. Im Ergebnis können dadurch elastische Eigenschaften der Wippenstruktur vorteilhaft beeinflusst werden.
  • Die Erfindung wird im Folgenden mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand von mehreren Figuren detailliert beschrieben. Dabei bilden alle beschriebenen Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Darstellung in der Beschreibung oder in den Figuren sowie unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung. Gleiche oder funktionsgleiche Elemente haben gleiche Bezugszeichen. Die Figuren sind qualitativ und nicht maßstabsgetreu ausgeführt. Proportionen und Größenordnungen können den Figuren somit nicht entnommen werden.
  • In den Figuren zeigt:
  • 1 eine herkömmliche Wippeneinrichtung für einen mikromechanischen Z-Beschleunigungssensor in einer prinzipiellen Querschnittansicht;
  • 2 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wippeneinrichtung für einen mikromechanischen Z-Beschleunigungssensor;
  • 3 eine prinzipielle Gegenüberstellung der herkömmlichen Wippeneinrichtung mit einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wippeneinrichtung;
  • 4 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wippeneinrichtung in Querschnittansicht;
  • 5 eine prinzipielle Andeutung einer Elektroden- bzw. Sensierregion der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wippeneinrichtung von 4;
  • 6a, 6b zwei Detailansichten einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wippeneinrichtung;
  • 7 eine perspektivische Detailansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wippeneinrichtung;
  • 8 eine Detailansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wippeneinrichtung;
  • 9 ein Blockschaltbild eines mikromechanischen Z-Sensors mit der erfindungsgemäßen Wippeneinrichtung; und
  • 10 ein prinzipielles Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • 1 zeigt stark schematisiert in einer Querschnittansicht eine herkömmliche Wippeneinrichtung 100 für einen mikromechanischen Z-Sensor (nicht dargestellt). Man erkennt zwei Wippenarme 20, 21, die massenmäßig asymmetrisch ausgebildet sind und um eine Torsionsachse 10, die vorzugsweise als eine Federeinrichtung ausgebildet ist, tordierbar gelagert sind. Mittels der Federeinrichtung, die vorzugsweise eine definierte Steifigkeit aufweist, ist die Struktur der Wippeneinrichtung 100 an einem Siliziumsubstrat dreh- bzw. tordierbar gelagert bzw. an diesem aufgehängt. Unterhalb jedes Wippenarms 20, 21 sind noppenartige, aus dem Material des Wippenarms 20, 21 bestehende Anschlagselemente 30 angeordnet, mittels der die Wippenarme 20, 21 bei einer vorgesehenen Vertikalbeschleunigung auf Elektroden 40 aufschlagen können. Ein Beschleunigungswert, bei dem dieses Anschlagen der Anschlagselemente 30 auf den Elektroden 40 erfolgt, heißt Anschlagsbeschleunigung und stellt einen wichtigen Betriebsparameter für mikromechanische Z-Sensoren dar. Bei der genannten Anschlagsbeschleunigung erfolgt ein kontrolliertes „In-Anschlag-gehen“ des Anschlagselements 30 mit der Elektrode 40. Je höher die genannte Anschlagsbeschleunigung ist, desto besser können Betriebscharakteristika des Z-Sensors sein.
  • Eine in z-Richtung ausgebildete Perforierung (nicht dargestellt) der Wippeneinrichtung 100 ist aufgrund von Ätzprozessen herstellungsbedingt vorhanden und überzieht den Wippenbereich im Wesentlichen vollständig.
  • Man erkennt, dass Wippenarme 20, 21 aufgrund ungleicher Massenverteilungen bezüglich der Federeinrichtung 10 asymmetrisch ausgebildet sind. Die Asymmetrie kann bei im Wesentlichen gleich langen Wippenarmen 20, 21 (geometrische Symmetrie) durch eine asymmetrische Masseverteilung der Wippenarme 20, 21, beispielsweise durch unterschiedliche Perforierungen der Arme 20, 21 oder durch unterschiedliche Dicken der beiden Wippenarme 20, 21 ausgebildet sein. Die Asymmetrie kann aber zusätzlich oder alternativ auch durch eine Asymmetrie einer Geometrie der beiden Wippenarme 20, 21 (z.B. unterschiedliche Armlängen) erreicht werden.
  • In 1 ist die genannte Asymmetrie durch unterschiedliche Massen der beiden Wippenarme 20, 21 angedeutet (massereicher Wippenarm 21, massearmer Wippenarm 20). Als Folge einer orthogonal zu einer Hauptebene der Wippeneinrichtung 100 wirkenden Beschleunigung (vertikale Beschleunigung) kann die Struktur der Wippeneinrichtung 100 aufgrund der Asymmetrie der beiden Wippenarme 20, 21 um die Torsionsachse 10 tordieren. Die Wippeneinrichtung 100 wird durch eine elektronische Schaltung (nicht dargestellt) auf einem definierten elektrischen Potential gehalten, die unterhalb der Wippeneinrichtung 100 angeordneten feststehenden Elektroden 40, die für Messzwecke verwendet werden, sind auf anderen definierten elektrischen Potentialen gehalten. Erkennbar sind „wannenförmige“ Strukturen der Wippeneinrichtung 100, wobei oberhalb der wannenförmigen Strukturen feststehende Elektroden 50 angeordnet sind.
  • Eine Neigungsänderung der Wippeneinrichtung 100 wird mithilfe einer elektronischen Auswerteeinrichtung (nicht dargestellt) durch eine Erfassung und Auswertung von Ladungsänderungen auf den Elektroden 40, 50 detektiert. Auf diese Art kann eine auf den mikromechanischen Z-Sensor wirkende Vertikalbeschleunigung („in z-Richtung“) ermittelt werden.
  • Zum Realisieren der wannenförmigen Strukturen der Wippenarme 20, 21 ist eine Gesamtstruktur der Wippeneinrichtung 100 in der Regel aus drei Funktionsschichten (nicht dargestellt), nämlich aus einer obenliegenden ersten Funktionsschicht (sogenannte EP-Schicht), aus einer zwischen der EP-Schicht und einer dritten Funktionsschicht (sogenannte FP-Schicht) angeordneten zweiten Funktionsschicht (sogenannte OK-Schicht), und der untenliegenden FP-Schicht realisiert wird. Die OK-Schicht kann dabei bei Bedarf auch entfallen.
  • Mehrere mechanische Anschläge 70 (sogenannte „Steigbügel“) im Substrat sind vorgesehen, dass die Wippenstruktur bei Überlast an definierten Punkten an das Substrat anschlägt und sollen verhindern, dass die Wippeneinrichtung 100 bei seitlichen („in-plane“) Überlastbeschleunigungen eine kritische Auslenkung erreicht bzw. überschreitet.
  • 2 zeigt in einer prinzipiellen Querschnittansicht eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wippeneinrichtung 100. Man erkennt, dass jeweils ein außenliegender Bereich jedes Wippenarms 20, 21 im Vergleich zu einem innen an der Torsionsachse 10 liegenden Bereich hochgezogen bzw. definiert erhöht ausgebildet sind. Als Folge haben die Wippenarme 20, 21 in vertikaler Arbeitsrichtung einen größeren geometrischen Bewegungsspielraum und können dadurch mit einer vorteilhaft erhöhten Anschlagsbeschleunigung auf die darunter angeordneten Elektroden 40 anschlagen. Im Ergebnis ist durch das partielle Höherlegen der Wippenarme 20, 21 somit vorteilhaft eine erhöhte Anschlagsbeschleunigung und damit günstige Benutzungscharakteristika für den mikromechanischen Z-Sensor bereitgestellt.
  • Vorzugsweise wird auch eine Unterseite der Elektroden 50 an die Wannenstruktur der abgesenkten Bereiche der Wippenarme 20, 21 angepasst.
  • 3 zeigt in einer Aufsicht einen Vergleich einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wippeneinrichtung 100 mit einer Aufsicht einer herkömmlichen Wippeneinrichtung 100. Dargestellt sind zur Verdeutlichung jeweils nur die beiden Wippenarme 21, wobei links die erfindungsgemäße Ausbildung des Wippenarms 21 und rechts die herkömmliche Ausbildung des Wippenarm 21 dargestellt sind. Man erkennt, dass im Vergleich mit der herkömmlichen Wippeneinrichtung 100 die erfindungsgemäße Wippeneinrichtung 100 eine erhöhte Bewegungsfreiheit B in z-Richtung aufweist, was in einer erhöhten Anschlagsbeschleunigung für die mikromechanische Z-Sensoreinrichtung resultiert.
  • 4 zeigt einer Querschnittansicht auf eine weitere Ausführungsform der Wippeneinrichtung 100. Man erkennt, dass an der Unterseite der Wippenarme 20, 21 zusätzliche Anschlagselemente 31 zwischen den ersten Anschlagselementen 30 und der Torsionsachse 10 angeordnet sind, die den mechanisch sensiblen Übergangsbereich zwischen den erhöhten Bereichen der Wippenarme 20, 21 und den abgesenkten Wannenstrukturen der Wippenarme 20, 21 bei einem harten Aufprall schützen sollen.
  • Zu diesem Zweck sind die zusätzlichen noppenartigen Anschlagselemente 31 vorzugsweise im Wesentlichen gleich hoch ausgestaltet wie die Erhöhung der Wippenarme 20, 21. Eine Höhe der noppenartigen Anschlagselemente 30, 31 beträgt ca. 20 µm. Die zusätzlichen Anschlagselemente 31 können in beliebiger Anzahl über die untere Fläche der Wippenarme 20, 21 verteilt sein, so dass bestmöglich Anschlags- bzw. Aufprallerfordernisse berücksichtigt werden. Im Ergebnis ist durch die zusätzlichen Anschlagselemente 31 somit vorteilhaft eine erhöhte Aufprallfestigkeit der gesamten Wippeneinrichtung 100 unterstützt. Obwohl in der 4 die zusätzlichen Anschlagselemente 31 nahe bei den Anschlagselementen 30 angeordnet sind, kann es vorzugsweise günstig sein, die Anschlagselemente 30 und 31 voneinander deutlich beabstandet anzuordnen.
  • 5 zeigt schraffiert angedeutet Sensierbereiche bzw. Elektrodenbereiche SB der Wippeneinrichtung 100, in denen Kapazitätsänderungen der Elektroden 40, 50 erfasst werden und in denen eine nachfolgend beschriebene vorteilhafte Ausgestaltung einer Perforierung der Wippenarme 20, 21 vorgenommen wird.
  • 6a zeigt in einer Draufsicht eine erste Form einer verbesserten vertikalen Perforierung der Wippenarme 20, 21. Man erkennt, dass die herkömmlichen eckigen Strukturen der Perforationslöcher 80 (linke Darstellung) im Wesentlichen durch Öffnungen mit abgerundeten Ecken ersetzt werden (rechte Darstellung). Auf diese Weise ist es möglich, eine mechanische Belastung besser auf das Material des Wippenarms 20, 21 zu übertragen. In 6b ist in der rechten Darstellung eine weitere Variante der Perforationslöcher 80 dargestellt, man erkennt, dass in diesem Fall die rechteckigen Perforationslöcher 80 durch kleine schlitzartige Perforationslöcher 80 ersetzt sind, wobei auch in diesem Fall die Ecken abgerundet ausgebildet sind.
  • Im Ergebnis wird mit der genannten spezifischen Ausgestaltung der Perforationslöcher 80 eine Verminderung von Auswirkungen des physikalischen Kerbeffekts erreicht. Vorzugweise können die verbesserten Perforationslöcher 80 vollständig oder teilweise in Bereichen der Wippeneinrichtung 100 angeordnet werden, in denen die Wippeneinrichtung 100 stärker belastet wird. Eine günstige Dimensionierung der genannten Perforationslöcher 80 bewegt sich in einer Größenordnung von ca. 0,5 µm mal ca. 4 µm.
  • Vorteilhaft wird mit den Strukturen der verbesserten vertikalen Perforationslöcher 80 der 6a und 6b eine verbesserte Kraftverteilung innerhalb der Wippenarme 20, 21 erreicht. Der damit verbundenen erhöhten Steifigkeit der Wippenarme 20, 20 kann relativ einfach mit einer vergrößerten Ausgestaltung der Wippenarme 20, 21 begegnet werden. Die Strukturen der verbesserten Perforationslöcher 80 von 6a und 6b können sowohl getrennt als auch gemischt in den Wippenarmen 20, 21 ausgebildet sein.
  • 7 zeigt eine weitere Maßnahme zur verbesserten Aufnahme von mechanischer Anschlagsenergie für die Wippeneinrichtung 100. Dazu sind mehrere Entlastungselemente 60 in Form von schmalen Schlitzen vorgesehen, die durch sämtliche Schichten der Wippeneinrichtung 100 ausgebildet sind und dazu dienen, die Wippeneinrichtung 100 insgesamt noch elastischer zu machen.
  • Zudem dienen die Entlastungselemente 60 zusätzlich zu einer Reduktion der Steifigkeit der Wippeneinrichtung 100, um damit die Aufnahme von Verformungsenergie zu ermöglichen. Die Schlitze sollen die Verformung der Wippeneinrichtung 100 derart beeinflussen, dass die Wippeneinrichtung 100 im Bereich eines möglichen Anpralls möglichst gleichmäßig belastet wird. Mittels spezifischer Ausformungen bzw. Anordnungen der Schlitze 60 innerhalb der Wippeneinrichtung 100 ist es auf diese Weise möglich, die Aufprallenergie noch besser zu absorbieren, weil auf diese Weise einzelne Bereiche der Wippeneinrichtung 100 voneinander mechanisch entkoppelt und mechanische Spannungen innerhalb der Wippeneinrichtung 100 dadurch vorteilhaft reduziert sind.
  • 8 zeigt mehrere Anordnungen derartiger Schlitze 60 in der Wippeneinrichtung 100, wobei erkennbar ist, dass eine Form der Schlitze 60 sehr flexibel ausgestaltet sein kann. Beispielsweise kann es vorgesehen sein, die Schlitze ineinander verlaufend auszubilden und/oder vom Randbereich der Wippeneinrichtung 100 einschneidend in die Wippeneinrichtung 100 auszubilden. Rein qualitativ ist in 8 auch eine Vielzahl der Perforationslöcher 80 dargestellt.
  • Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass eine Anzahl bzw. eine Anordnung der Anschlagselemente 30 und 31, der Perforationslöcher 80 und der Entlastungselemente 60 beliebig variierbar sind, so dass mittels Simulationsprozessen eine gewünschte Wirkung der genannten Elemente bestmöglich an eine Wippeneinrichtung 100 angepasst werden kann. Vorzugsweise sind die Anzahl bzw. die Positionierung der genannten Elemente 30, 31, 80, 60 an eine Geometrie bzw. an ein Design der Wippeneinrichtung 100 angepasst. Alle Anzahlen, Dimensionierungen und Anordnungen der genannten Elemente in den Figuren sind daher lediglich als beispielhaft und qualitativ dargestellt anzusehen.
  • 9 zeigt lediglich qualitativ ein Blockschaltbild eines mikromechanischen Z-Sensors 200 mit einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wippeneinrichtung 100.
  • 10 zeigt ein prinzipielles Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • In einem ersten Schritt S1 werden zwei asymmetrische, wannenartig ausgebildeten Wippenarme 20, 21 bereitgestellt.
  • In einem zweiten Schritt S2 wird ein Ausbilden von jeweils einem Bereich pro Wippenarm 20, 21 derart durchgeführt, dass der Bereich wenigstens ein erstes Anschlagselement 30 aufweist und relativ zu einem Sensierbereich SB der Wippeneinrichtung 100 definiert erhöht ausgebildet ist.
  • Zusammenfassend wird mit der vorliegenden Erfindung eine Wippeneinrichtung für einen mikromechanischen Z-Sensor bereitgestellt, die eine erhöhte Anschlagsbeschleunigung und somit eine verbesserte Leistungsfähigkeit des Z-Sensors ermöglicht. Mittels einer erhöhten Anordnung von Außenbereichen der Wippenarme kann dieses Ziel auf einfache Weise realisiert werden.
  • Obwohl die Erfindung anhand von konkreten Ausführungsformen beschrieben worden ist, ist sie keineswegs darauf beschränkt. Der Fachmann wird erkennen, dass vielfältige Abwandlungen möglich sind, die vorgehend nicht oder nur teilweise beschrieben wurden, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen. Insbesondere ist es vorteilhaft auch möglich, das erfindungsgemäße Prinzip auf andere Sensortechnologien, beispielsweise auf piezoresistive mikromechanische Beschleunigungssensoren anzuwenden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 0244581 A1 [0004]
    • EP 0773443 B1 [0005]
    • DE 102007060878 A1 [0006]
    • DE 102009000167 A1 [0006]
    • DE 10116931 A1 [0008]
    • DE 102009029095 A1 [0008]
    • US 8124895 B2 [0008]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • „Oberflächenmikromechanik-Sensoren als elektrische Teststrukturen zur Charakterisierung ihrer Herstellungsprozesse“; Maute, Matthias; Universität Tübingen 2003 [0003]

Claims (10)

  1. Wippeneinrichtung (100) für einen mikromechanischen Z-Sensor (200), aufweisend: – zwei um eine Torsionsachse (10) lagerbare, wannenartig ausgebildete Wippenarme (20, 21), wobei die Wippeneinrichtung (100) bezogen auf die Torsionsachse (10) asymmetrisch ausgebildet ist; und – pro Wippenarm (20, 21) einen Anschlagsbereich mit wenigstens einem ersten Anschlagselement (30), wobei an jedem Wippenarm (20, 21) der Anschlagsbereich relativ zu einem Sensierbereich (SB) der Wippeneinrichtung (100) definiert erhöht ausgebildet ist.
  2. Wippeneinrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ausmaß der Erhöhung der Wippeneinrichtung (100) im Anschlagsbereich im Wesentlichen einer Höhe des ersten Anschlagselements (30) entspricht.
  3. Wippeneinrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der Unterseite der Wippeneinrichtung (100) pro Wippenarm (20, 21) zwischen dem ersten Anschlagselement (30) und der Torsionsachse (10) zusätzlich wenigstens ein zweites Anschlagselement (31) angeordnet ist.
  4. Wippeneinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Perforationen der Wippeneinrichtung (100) als Öffnungen (80) mit abgerundeten Ecken ausgebildet sind.
  5. Wippeneinrichtung (100) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (80) schlitzartig ausgebildet sind.
  6. Wippeneinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wippeneinrichtung (100) ferner wenigstens ein Entlastungselement (60) aufweist, das in Form eines Schlitzes, der sämtliche Schichten der Wippeneinrichtung (100) durchdringt, ausgebildet ist.
  7. Wippeneinrichtung (100) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Entlastungselement (60) im Bereich einer Anschlagseinrichtung (70) der Wippeneinrichtung (100) und/oder aus einem Randbereich der Wippeneinrichtung (100) in die Wippeneinrichtung (100) einschneidend ausgebildet ist.
  8. Mikromechanischer Z-Sensor (200) aufweisend eine Wippeneinrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
  9. Verfahren zum Herstellen einer Wippeneinrichtung (100) für einen mikromechanischen Z-Sensor (200), aufweisend die Schritte: – Bereitstellen von zwei asymmetrisch wannenartig ausgebildeten Wippenarmen (20, 21); und – Ausbilden von jeweils einem Bereich pro Wippenarm (20, 21) derart, dass der Bereich wenigstens ein erstes Anschlagselement (30) aufweist und relativ zu einem Sensierbereich (SB) der Wippeneinrichtung (100) definiert erhöht ausgebildet ist.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei pro Wippenarm (20, 21) wenigstens ein Entlastungselement (60) im Bereich einer Anschlagseinrichtung (70) ausgebildet wird, wobei das Entlastungselement (60) als ein alle Funktionsschichten (EP, FP) der Wippeneinrichtung (100) durchdringender Schlitz ausgebildet ist.
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