DE19813940A1 - Mikromechanischer Beschleunigungssensor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen mikromechanischen Beschleunigungssensor mit einer seismischen Masse, mindestens einem Federelement zur federnden Lagerung der seismischen Masse und Detektionsmitteln zum Erfassen einer Bewegung der seis­ mischen Masse aus einer Ruhestellung in eine Schaltstellung.

Aus der Patentschrift DE 42 29 068 C2 ist ein derartiger mikromechanischer Beschleunigungssensor bekannt, bei dem die seismische Masse bei Beschleuni­ gungen, die kleiner sind als ein vorgegebener erster Schwellwert, nur geringfügig aus der Ruhestellung ausgelenkt wird, beim Überschreiten des ersten Schwellwer­ tes in die Schaltstellung springt und danach beim Unterschreiten eines zweiten Schwellwertes, der kleiner ist als der erste Schwellwert, von der Schaltstellung in die Ruhestellung zurückkehrt. Die Abhängigkeit zwischen der auf die seismische Masse einwirkenden Beschleunigung und der dadurch hervorgerufenen Auslenkung ist bei diesem Sensor nichtlinear und wird durch die Formgebung der Federele­ mente erreicht; die Auslenkung der seismischen Masse ist für kleine Beschleuni­ gungswerte relativ klein und für große Beschleunigungswerte überproportional groß. Der Weg, den die seismische Masse aus der Ruhestellung in die Schaltstel­ lung zurücklegen muß, bis die Detektionsmittel das Erreichen der Schaltstellung sig­ nalisieren, muß demnach größer sein, als die Auslenkungen der seismischen Masse aufgrund von Beschleunigungen, die unterhalb des vorgegebenen Beschleunigungs- Schwellwertes liegen.

Jede seismische Masse bildet mit der federnden Lagerung ein Masse-Feder-System mit einer konstruktionsbedingten Resonanzfrequenz. Fällt nun die Frequenz einer wechselnden Beschleunigung, die beispielsweise durch eine Vibration hervorge­ rufen werden kann, näherungsweise mit der Resonanzfrequenz des mikromechani­ schen Beschleunigungsschalters zusammen, dann werden auch für kleine Beschleu­ nigungswerte relativ große Auslenkungen der seismischen Masse erreicht. Dies kann dazu führen, daß die seismische Masse die Schaltstellung erreicht, obwohl die einwirkende Beschleunigung unterhalb des vorgegebenen Schwellwertes liegt. Dem kann in gewissen Grenzen dadurch abgeholfen werden, daß der Weg zwischen Ruhe- und Schaltstellung konstruktiv weiter vergrößert wird. Dadurch wird aller­ dings ebenfalls die Ansprechzeit vergrößert, die zwischen dem Überschreiten des vorgegebenen Schwellwertes und dem Erreichen der Schaltstellung vergeht. Der mikromechanische Beschleunigungssensor reagiert folglich mit Verzögerung, also mit einer unerwünscht hohen Ansprechzeit.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den mikromechanischen Beschleuni­ gungssensor der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß der Sensor - bei insgesamt einfachem Aufbau - ein Überschreiten eines vorgegebenen Be­ schleunigungs-Schwellwertes mit hoher Detektionssicherheit erkennt, wobei die Ansprechzeit möglichst kurz ist.

Die Aufgabe wird bei dem mikromechanischen Beschleunigungssensor der ein­ gangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwei übereinander angeordnete Wafer einen Hohlraum zwischen den Wafern bilden, in dem die seismische Masse, die Federelemente, die Detektionsmittel und ein Anschlag an­ geordnet sind, gegen den die seismische Masse in ihrer Ruhestellung unter vor­ gegebener Federvorspannung anliegt.

Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, daß der mikromechanische Beschleunigungssensor unempfindlich gegenüber Beschleunigungen ist, die unter­ halb eines ersten Beschleunigungs-Schwellwertes liegen, der durch die vor­ gegebene Federspannung definiert ist. Diese Unempfindlichkeit verhindert ein Bewegen und damit ein Aufschaukeln der seismischen Masse bei wechselnden Beschleunigungen unterhalb des ersten Beschleunigungs-Schwellwertes. Da die seismische Masse nur bei Überschreiten eines ersten Beschleunigungs-Schwell­ wertes ausgelenkt wird, kann der Weg zwischen der Ruhestellung und der Schalt­ stellung reduziert und dadurch die Ansprechzeit des mikromechanischen Beschleu­ nigungssensors verringert werden. Wegen der kurzen Ansprechzeit bei gleichzeitig hoher Wahrscheinlichkeit korrekter Detektion läßt sich der erfindungsgemäße mikromechanische Beschleunigungssensor besonders vorteilhaft dort einsetzen, wo diese Eigenschaften sinnvoll sind. Dies ist im Bereich von Insassenschutzsystemen für Kraftfahrzeuge, wie beispielsweise in einen Airbag oder einen Gurtstraffer, oder für Sicherheitssysteme, z. B. als Glasbruchsensor der Fall.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des mikromechanischen Beschleunigungs­ sensors ist der Hohlraum mittels einer Aussparung in einem oder in beiden Wafern gebildet. Der Hohlraum wird in der Weise geformt, daß die Oberflächen der einzel­ nen Wafer separat bearbeitet und beide Wafer danach zusammengefügt werden. Die üblichen Verfahren der Oberflächenbehandlung und Oberflächen-Strukturierung können angewandt werden, um die Wafer in die vorgegebene Form zu bringen.

Besonders bevorzugt lagert bei dem mikromechanischen Beschleunigungssensor ein Federelement die seismische Masse in einer quer zu den Wafer-Oberflächen ver­ laufenden Detektionsrichtung auslenkbar. Eine vorgegebene Struktur des Feder­ elements bewirkt, daß sich die seismische Masse im wesentlichen nur in Detek­ tionsrichtung, quer zur Wafer-Oberfläche bewegt. Es können auch mehrere Feder­ elemente vorgesehen sein, welche die seismische Masse lagern. Dadurch wird die seismische Masse richtungsstabiler gehalten und damit unempfindlicher gegenüber Beschleunigungen in Richtungen, die von der Detektionsrichtung des mikro­ mechanischen Beschleunigungssensors abweichen.

Der mikromechanische Beschleunigungssensors wird bevorzugt mit entspannten Federelementen hergestellt, die sich zusammen mit der seismischen Masse auf einem der Wafer befinden. In einem abschließenden Herstellungsschritt wird dann die seismische Masse von der Ursprungsstellung in die Ruhestellung bewegt. Dabei wird die seismische Masse gegen die sich aufbauende Kraft der Federelemente aus­ gelenkt. Zu diesem Zweck ist der Anschlag bevorzugt auf dem anderen Wafer angeordnet und erstreckt sich senkrecht zu dessen Oberfläche. Wenn die beiden Wafer miteinander verbunden werden, lenkt der Anschlag die seismische Masse von der Ursprungsstellung in die Ruhestellung aus. In einem zusammengesetzten Zustand der Wafer ragt der Anschlag in Detektionsrichtung in den Hohlraum hinein und die seismische Masse liegt unter Federvorspannung gegen den Anschlag an.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind Mittel vorgesehen, um der Federspan­ nung eine elektrostatische Kraft zu überlagern. Die elektrostatische Kraft kann zum einen dazu genutzt werden, den ersten Beschleunigungs-Schwellwert, der zur Auslenkung der seismischen Masse aus der Ruhelage erforderlich ist, zu verändern. Für den Fall, daß die elektrostatische Kraft in Detektionsrichtung wirkt, verringert sich der Beschleunigungs-Schwellwert. Wird die elektrostatische Kraft entgegen der Detektionsrichtung aufgebracht, dann verändert sich der erste Beschleuni­ gungs-Schwellwert zu höheren Werten. Zum anderen kann die elektrostatische Kraft so groß sein, daß die seismische Masse gegen die Rückstellkraft der Federele­ mente aus der Ruhestellung in die Schaltstellung ausgelenkt wird. Dabei läßt sich neben der Funktionsfähigkeit des mikromechanische Beschleunigungssensors gleichzeitig aus der aufgebrachten elektrostatische Kraft die Höhe des ersten Be­ schleunigungs-Schwellwertes ermitteln, der notwendig ist, um die seismische Masse aus der Ruhelage auszulenken.

Besonders bevorzugt sind die Federelemente des mikromechanischen Beschleuni­ gungssensors als dünne Biegefedern ausgeführt, die sich durch ihren einfachen Aufbau und die gute Berechenbarkeit des Federverhaltens auszeichnen. Dies gilt insbesondere auch für die Herstellung des mikromechanischen Beschleunigungs­ sensors als Halbleiter-Mikrostruktur. Die Federeigenschaften können, beispielsweise bei Vorgabe des Materials, noch optimiert werden, indem der Querschnitt, die Länge oder der Verlauf der Biegefedern den Bedürfnissen angepaßt werden.

Die Biegefedern sind bevorzugt jeweils mit einem Ende an einem der Wafer und mit ihrem anderen Ende an der seismischen Masse befestigt; die Befestigungspunkte an einem der Wafer und die Befestigungspunkte an der seismischen Masse sind geeignet gewählt, sie liegen beispielsweise im Bereich der Kanten seitlicher Be­ grenzungsflächen des Hohlraums, können jedoch auch an anderen geeigneten Stellen plaziert sein.

Die Detektionsmittel des mikromechanischen Beschleunigungssensors umfassen bevorzugt einen Kontaktabschnitt an der seismischen Masse und mindestens einen auf einem der Wafer angeordneten Kontaktanschlag. Überschreitet die Beschleuni­ gung den ersten Beschleunigungs-Schwellwert, dann bewegt sich die seismische Masse aus der Ruhestellung gegen die Schaltstellung. Überschreitet die Beschleuni­ gung den zweiten Schwellwert, so erreicht die seismische Masse die sogenannte Schaltstellung, in welcher der Kontaktabschnitt der seismischen Masse mit dem Kontaktanschlag des Wafers in Berührung kommt. Der Kontaktabschnitt und der Kontaktanschlag sind elektrisch leitend ausgebildet. Durch elektrische Leitungen, die zum Kontaktabschnitt bzw. zu den Kontaktelementen führen, kann eine Aus­ werteschaltung eine Berührung zwischen dem Kontaktabschnitt und dem Kontakt­ anschlag erkennen. Alternativ ist es möglich, daß der Kontaktabschnitt bei entspre­ chender Auslenkung der seismischen Masse zwei Kontaktanschläge elektrisch lei­ tend verbindet.

Der Kontaktanschlag kann auf einem der Wafer ortsfest oder auch in Bewegungs­ richtung der seismischen Masse federnd ausgebildet sein. Ist der Kontaktanschlag ortsfest mit einem der Wafer verbunden, so ist der Kontaktabschnitt in Detektions­ richtung federnd mit der seismischen Masse verbunden. In einer bevorzugten Ausführungsform sitzt der Kontaktabschnitt am freien Ende eines Federarms. Um die Bewegbarkeit des Kontaktabschnittes richtungsstabiler zu machen, können mehrere Federarme vorgesehen sein, die den Kontaktabschnitt mit der seismischen Masse verbinden. Durch diese konstruktive Maßnahme federt der Kontaktabschnitt die seismische Masse in ihrer Bewegung aus der Ruhe- in die Schaltstellung ab und verhindert gleichzeitig ein unerwünschtes Kontaktprellen. Wird weiterhin eine Auswerteschaltung eingesetzt, die eine vorgegebene hold-Zeit für das detektierte Signal fordert, so ist die Wahrscheinlichkeit, daß ein Auslöseereignis zuverlässig detektiert wird, wesentlich erhöht.

Es sind Ausführungsformen des mikromechanischen Beschleunigungssensors mit mehreren Kontaktabschnitten und Kontaktanschlägen möglich, wobei die einzelnen Kontaktabschnitte mit Kontaktanschlägen in unterschiedlichen Abständen zusam­ menwirken. Bewegt sich die seismische Masse in Detektionsrichtung, so kommt zuerst der eine Kontaktabschnitt mit demjenigen Kontaktanschlag in Berührung, der den geringsten Abstand von der Ruhestellung aufweist. Bewegt sich die seismische Masse weiter, berühren nach und nach auch die anderen Kontaktabschnitte ihre korrespondierenden Kontaktanschläge. Hierdurch können mit einer seismischen Masse mehrere unterschiedliche Beschleunigungs-Schwellwerte detektiert werden.

Besonders bevorzugt weist die seismische Masse einen elektrisch leitenden Elektro­ denabschnitt auf, der einem stationären Elektrodenabschnitt auf einem der Wafer beabstandet gegenübersteht. Wird an die Elektrodenabschnitte eine geringe elektri­ sche Spannung angelegt, so lassen sich die Elektrodenabschnitte als Detektionsmit­ tel zum kapazitiven Messen einer Bewegung oder Beschleunigung der seismischen Masse einsetzen. Die hierfür benötigte Spannung ist für die Spannung Meßzwecke sehr gering. Wird dagegen die Spannung größer gewählt, so bildet sich durch diese zwischen den Elektrodenabschnitten ein merkliches elektrisches Feld und damit eine Kraft aus, mit der dann die seismische Masse zusätzlich zu den von den Federelementen aufgebrachten Kraft beaufschlagt ist.

Die Elektrodenabschnitte weisen zueinander einen ausreichenden Abstand auf, so daß die seismische Masse in ihrem kompletten Auslenkungsbereich frei bewegt werden kann, ohne daß die Elektrodenabschnitte sich berühren.

Besonders bevorzugt läßt sich der mikromechanische Beschleunigungssensor in einer Technologie zur Herstellung von Mikrostrukturen, insbesondere auf Basis von Silizium, realisieren. Hierfür ist beispielsweise die galvanische Additivtechnik an­ wendbar, die eine Integration metallischer Mikrostrukturen auf vorprozessierten Wafern und damit die Anordnung des mikromechanischen Beschleunigungssensors auf einem beliebigen ASIC erlaubt. Geeignet erweist sich ebenfalls die bulk-micro­ machining-Technik, bei welcher der mikromechanischer Beschleunigungssensor durch Trench-Ätzprozesse aus einem monokristallinen Silizium geätzt wird. In dieser Technologie lassen sich Leiterbahnen beispielsweise durch Implantation, durch Beschichtung mit metallischen Stoffen oder durch galvanische Beschichtung aufbringen. Alternativ steht auch die surface-micro-machining-Technik zur Ver­ fügung, bei der ebenfalls sensorspezifische Elektronik mit dem mikromechanischen Beschleunigungssensor integriert werden kann.

Der vorstehend beschriebene mikromechanische Beschleunigungssensor hat eine konstruktionsbedingte Detektionsrichtung. Sollen unterschiedlich gerichtete Be­ schleunigungen detektiert werden, können mehrere, unterschiedlich ausgerichtete mikromechanische Beschleunigungssensoren in einer Einheit zusammengefaßt werden. Werden beispielsweise zwei mikromechanische Beschleunigungssensoren mit gegenläufig ausgerichteten Detektionsrichtungen in einer Einheit zusammen­ gefaßt, so können positive und negative Beschleunigungen in einer Richtung detektiert werden. Desweiteren können ebenso mikromechanische Beschleuni­ gungssensoren mit unterschiedlichen Beschleunigungs-Schwellwerten kombiniert werden. Damit lassen sich beispielsweise zeitliche Verläufe von Beschleunigungs­ werten aufnehmen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale der Unter­ ansprüche gekennzeichnet. Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnun­ gen beispielhaft erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt einer ersten Ausführungsform eines mikromecha­ nischen Beschleunigungssensors, entlang der Linie I-I der Fig. 2;

Fig. 2 einen Querschnitt des mikromechanischen Beschleunigungssensors gemäß Fig. 1, längs der Linie II-II der Fig. 1;

Fig. 3 einen Längsschnitt einer zweiten Ausführungsform eines mikro­ mechanischen Beschleunigungssensors, entlang der Linie III-III der Fig. 4;

Fig. 4 einen Querschnitt des mikromechanischen Beschleunigungssensors gemäß Fig. 3, längs der Linie IV-IV der Fig. 3.

In Fig. 1 ist ein mikromechanischer Beschleunigungssensor 1 gemäß der vorliegen­ den Erfindung im Längsschnitt entlang der Linie I-I der Fig. 2 dargestellt. Der Beschleunigungssensor 1 umfaßt eine seismischen Masse 3, zwei Federelemente 5 zur federnden Lagerung der seismischen Masse 3, Detektionsmittel 7 und 9 zum Erfassen einer Bewegung der seismischen Masse 3 aus einer Ruhestellung in eine Schaltstellung und zwei Wafer 2 und 4, die schichtförmig miteinander verbunden sind.

Eine im Wafer 4 vorgesehene Aussparung 11 bildet zwischen den Wafern 2 und 4 einen Hohlraum 10, vergleiche Fig. 2. Die ebene Oberfläche des Wafers 2 formt im Bereich der Aussparung 11 eine im wesentlichen quadratische Bodenfläche 27 des Hohlraums 10. Vier quer zur Oberfläche des Wafers 2 verlaufende Wandabschnitte 28 begrenzen die Bodenfläche 27. In einem vorgegebenen Abstand verläuft parallel zur Bodenfläche 27 des Hohlraums 10 eine im wesentlichen ebene Deckenfläche 29. Die Wandabschnitte 28 und die Deckenfläche 29 stellen die Oberfläche des Wafers 4 im Bereich der Aussparung 11 dar.

Ein quaderförmiger Halteblock 6 ist auf der quadratischen Bodenfläche 27 mit relativ geringem Abstand mittig vor einem benachbarten Wandabschnitt 28 aus dem Wafer 2 herausgeätzt. Die Höhe des Halteblockes 6 entspricht in etwa dem halben Abstand zwischen der Bodenfläche 27 und der Deckenfläche 29. Im Bereich der oberen Kanten der Stirnflächen des quaderförmigen Halteblockes 6 erstrecken sich, von dem benachbarten Wandabschnitt 28 auf den gegenüberliegenden Wand­ abschnitt 28 weisend, zwei Biegefedern 5. Die Biegefedern 5, die im wesentlichen zueinander und zur Bodenfläche 27 parallel verlaufen, sind mit einer plattenförmi­ gen seismischen Masse 3 verbunden. Die Biegefedern 5 lagern die seismische Masse 3 im wesentlichen parallel zur Wafer-Oberfläche, zentral über der Boden­ fläche 27 und auf halber Höhe zur Deckenfläche 29. Durch die federnde Lagerung läßt sich die seismische Masse 3 im wesentlichen quer zur Bodenfläche 27, in Detektionsrichtung 15, auslenken.

In Verlängerung der Biegefedern 5 schließen sich auf der den Biegefedern 5 gegen­ überliegenden Seite der seismischen Masse 3 zwei Federarme 8 an, deren Enden durch einen quer Verlaufenden Kontaktabschnitt 7 verbunden sind. Der Kontakt­ abschnitt 7 kann sich aufgrund der federnden Lagerung durch die Federarme 8 relativ zur seismischen Masse 3 quer zu den Waferoberflächen bewegen.

Die seismische Masse 3 weist auf der Bodenfläche 27 zugewandt einen elektrisch leitenden Elektrodenabschnitt 19 auf. Dem Elektrodenabschnitt 19 der seismischen Masse 3 in Detektionsrichtung 15 gegenüberliegend ist auf der Bodenfläche 27 ein korrespondierender, Elektrodenabschnitt 23 vorgesehen. Die Elektrodenabschnitte 19 und 23 sind über elektrische Leitungen mit jeweils einem Pol einer elektrischen Spannungsquelle (nicht dargestellt) verbunden.

Ein Kontaktanschlag 9 sitzt in Detektionsrichtung 15 dem Kontaktabschnitt 7 ge­ genüber auf der Bodenfläche 27. Über elektrischen Leitungen (nicht dargestellt) ist es möglich, einen Kontaktschluß zwischen dem Kontaktanschlag 9 und dem Kon­ taktabschnitt 7 zu detektieren.

Zentral über der seismischen Masse 3 ist an der Deckenfläche 29 ein Anschlag 13 befestigt, der in Detektionsrichtung 15 in den Hohlraum 10 hineinragt und gegen den die seismische Masse 3 in ihrer Ruhestellung anliegt. Der Anschlag 13 nähert die seismische Masse 3 gegen die Rückstellkraft der Biegefedern 5 der Bodenfläche 27 an. Dies hat zur Folge, daß die seismische Masse 3 in ihrer Ruhestellung gegen den Anschlag 13 unter Federvorspannung anliegt.

In den Fig. 3 und 4 ist eine zweite Ausführungsform eines mikromechanischen Beschleunigungssensors 1 dargestellt. Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt entlang der Linie III-III der Fig. 4 und Fig. 4 zeigt einen Querschnitt längs der Linie IV-IV der Fig. 3. Der mikromechanische Beschleunigungssensor 1 umfaßt wiederum eine seismischen Masse 3, vier Federelemente 5 zur federnden Lagerung der seismi­ schen Masse 3, Detektionsmittel 7 und 9 zum Erfassen einer Bewegung der seismi­ schen Masse 3 aus einer Ruhestellung in eine Schaltstellung und zwei Wafer 2 und 4, die schichtförmig miteinander verbunden sind. In beiden Wafern 2 und 4 ist gegenüberliegend jeweils eine Aussparung 11 etwa gleicher Ausdehnung und Tiefe vorgesehen, die zwischen den Wafern 2 und 4 einen Hohlraum 10 bilden, verglei­ che Fig. 4. Die ebene Oberfläche des Wafers 2 formt im Bereich der Aussparung 11 eine im wesentlichen quadratische Bodenfläche 27. Die Randbereiche der Aussparungen 11 der Wafer 2 und 4 bilden vier quer zur Bodenfläche 27 verlau­ fende Wandabschnitte 28. In einem vorgegebenen Abstand verläuft parallel zur Bodenfläche 27 des Hohlraums 10 eine im wesentlichen ebene Deckenfläche 29.

Eine im wesentlichen plattenförmige seismische Masse 3 weist eine zentrale Durchbrechung auf. An der Nahtstelle zwischen den Wafern 2 und 4 ragen vier Biegefedern 5 parallel zur Bodenfläche 27 in den Hohlraum 10 und sind mit einem Ende an jeweils einer Ecke der seismische Masse 3 befestigt. Durch die Federnde Lagerung wird die seismische Masse 3 im wesentlichen parallel zur Bodenfläche gelagert. Die Biegefedern 5 ermöglichen der seismischen Masse 3 eine Bewegung quer zur Bodenfläche 27 entlang einer konstruktionsbedingten Detektionsrichtung 15.

Zentral in der Durchbrechung der seismischen Masse 3 ist ein Kontaktabschnitt 7 an vier Biegearmen 8 federnd gelagert, der sich in Detektionsrichtung 15 relativ zur seismischen Masse 3 federnd bewegen kann.

Die seismische Masse 3 weist auf einer der Bodenfläche 27 zugewandten Fläche einen Elektrodenabschnitt 19 auf. Dem Elektrodenabschnitt 19 befindet sich in Detektionsrichtung 15 gegenüberliegend auf der Bodenfläche 27 ein korrespon­ dierender Elektrodenabschnitt 23. Die Elektrodenabschnitte 19 und 23 sind über elektrische Leitungen mit jeweils einem Pol einer elektrischen Spannungsquelle (nicht dargestellt) verbindbar.

Ein Kontaktanschlag 9 sitzt in Detektionsrichtung 15 dem Kontaktabschnitt 7 auf der Bodenfläche 27 gegenüber. Über die elektrischen Leitungen ist es möglich, einen Kontaktschluß zwischen dem Kontaktanschlag 9 und dem Kontaktabschnitt 7 zu detektieren.

Über der seismischen Masse 3 ist an der Deckenfläche 29 ein Anschlag 13 aus­ gebildet, der in Detektionsrichtung 15 in den Hohlraum 10 hineinragt und in einer Ruhestellung die seismische Masse 3 berührt. Der Anschlag 13 ist in Detektions­ richtung 15 so lang, daß er die seismische Masse 3 gegen die Rückstellkraft der Biegefedern 5 ein vorgegebenes Maß an die Bodenfläche 27 annähert. Dies hat zur Folge, daß die seismische Masse 3 in ihrer Ruhestellung gegen den Anschlag 13 unter Federvorspannung anliegt.

Bezugszeichenliste

1

Mikromechanischer Beschleunigungssensor

2

Erster Wafer

3

Seismische Masse

4

Zweiter Wafer

5

Federelement

6

Halteblock

7

Kontaktabschnitt

8

Federarm

9

Kontaktanschlag

10

Hohlraum

11

Aussparung

13

Anschlag

15

Bewegungsrichtung

19

Elektrodenabschnitt

23

Elektrodenabschnitt

27

Bodenfläche

28

Wandabschnitt

29

Deckenfläche

Claims (14)

1. Mikromechanischer Beschleunigungssensor (1) mit
einer seismischen Masse (3),
mindestens einem Federelement (5) zur federnden Lagerung der seismischen Masse (3) und
Detektionsmitteln (7, 9) zum Erfassen einer Bewegung der seismischen Masse (3) aus einer Ruhestellung in eine Schaltstellung,
gekennzeichnet durch
zwei übereinander angeordnete Wafer (2, 4), die einen Hohlraum (10) zwischen den Wafern (2, 4) bilden, in dem die seismische Masse (3), die Federelemente (5), die Detektionsmittel (7, 9) und ein Anschlag (13) angeordnet sind, gegen den die seismische Masse (3) in ihrer Ruhestellung unter Federvorspannung anliegt.

2. Mikromechanischer Beschleunigungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (10) mittels einer Aussparung (11) in einem oder in beiden Wafern (2, 4) gebildet ist.

3. Mikromechanischer Beschleunigungssensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Federelemente (5) die seismische Masse (3) in einer quer zu der Bodenfläche (27) des Hohlraums (10) verlaufenden Detektions­ richtung (15) auslenkbar lagern.

4. Mikromechanischer Beschleunigungssensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (13) an einem der Wafer (4) und die Federelemente (5) mit der seismischen Masse (3) am anderen Wafer (2) angeordnet sind.

5. Mikromechanischer Beschleunigungssensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (13) in Detektionsrichtung (15) in den Hohlraum (10) hineinragt und die seismische Masse (3) gegen die Rückstellkraft der Federelemente (5) aus einer Ursprungsstellung in die Ruhestellung auslenkt.

6. Mikromechanischer Beschleunigungssensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Mittel zum Beaufschlagen der seismischen Masse (3) mit einer elektrostatischen Kraft.

7. Mikromechanischer Beschleunigungssensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Federelemente (5) als Biegefedern ausgeführt sind.

8. Mikromechanischer Beschleunigungssensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektionsmittel (7, 9) einen an der seismischen Masse (3) angeordneten Kontaktabschnitt (7) und einen in Detektionsrichtung (15) beabstandeten Kontaktanschlag (9) auf einem der Wafer (2, 4) umfassen.

9. Mikromechanischer Beschleunigungssensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktanschlag (9) fest an einem Wafer (2) sitzt.

10. Mikromechanischer Beschleunigungssensor nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktabschnitt (7) federnd mit der seismischen Masse (3) verbunden ist.

11. Mikromechanischer Beschleunigungssensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die seismische Masse (3) einen elektrisch leitenden Elektrodenabschnitt (19) aufweist, der in Detektionsrichtung (15) einem elektrisch leitenden Elektrodenabschnitt (23) auf einem der Wafer (2, 4) beabstandet gegen­ übersteht.

12. Mikromechanischer Beschleunigungssensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Kraftbeaufschlagung eine Span­ nungsquelle und elektrische Leitungen zum Anlegen einer Spannung zwischen der seismischen Masse (3) und dem Elektrodenabschnitt (23) umfassen.

13. Mikromechanischer Beschleunigungssensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die seismische Masse (3) im wesentlichen plattenför­ mig ausgebildet und parallel und beabstandet zu der Bodenfläche (27) des Hohl­ raums (10) angeordnet ist.

14. Mikromechanischer Beschleunigungssensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der mikromechanische Beschleunigungsschalter in einer Technologie zur Herstellung von Mikrostrukturen, insbesondere auf Basis von Silizium, realisiert ist.