DE10116931A1

DE10116931A1 - Sensor

Info

Publication number: DE10116931A1
Application number: DE10116931A
Authority: DE
Inventors: Jochen Franz; Oliver Kohn; Frank Henning; Matthias Maute
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-04-05
Filing date: 2001-04-05
Publication date: 2002-10-17
Also published as: JP2004531714A; WO2002082096A2; US6923062B2; US20040129077A1; DE50211046D1; EP1379884A2; JP4092210B2; EP1379884B1; WO2002082096A3

Abstract

Für einen Sensor, dessen Sensorstruktur in einem mikromechanischen Bauelement realisiert ist und gegenüber dem feststehenden Substrat des Bauelements bewegliche Teile aufweist und der außerdem mindestens umfasst DOLLAR A - eine freitragende seismische Masse (1), DOLLAR A - eine Federanordnung mit mindestens einer Feder (2), wobei die seismische Masse (1) über die Federanordnung mit dem Substrat verbunden ist, DOLLAR A - einen Überlastschutz zum Begrenzen der Auslenkung der Federanordnung bzw. der seismischen Masse (1) in mindestens einer Richtung und DOLLAR A - Mittel zum Erfassen der Auslenkungen der Federanordnung bzw. der seismischen Masse (1), DOLLAR A werden konstruktive Maßnahmen vorgeschlagen, mit denen sich die Anschlagkräfte reduzieren lassen, um Muschelausbrüche und dadurch bedingte Vorschädigungen der Sensorstruktur sowie eine Partikelbildung zu vermeiden. DOLLAR A Dazu ist als Überlastschutz erfindungsgemäß mindestens ein flächiger Anschlag (3) für mindestens ein bewegliches Teil der Sensorstruktur vorgesehen. Alternativ oder ergänzend dazu ist als Überlastschutz erfindungsgemäß mindestens ein federnder Anschlag (7) für mindestens ein bewegliches Teil der Sensorstruktur vorgesehen.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft einen Sensor, dessen Sensorstruktur in einem mikromecha nischen Bauelement realisiert ist und gegenüber dem feststehenden Substrat des Bauelements bewegliche Teile aufweist. Die Sensorstruktur umfasst mindestens eine freitragende seismische Masse und eine Federanordnung mit mindestens einer Feder, wobei die seismische Masse über die Federanordnung mit dem Sub strat verbunden ist. Die Sensorstruktur umfasst ferner einen Überlastschutz zum Begrenzen der Auslenkung der Federanordnung bzw. der seismischen Masse in mindestens einer Richtung. Der Sensor ist außerdem mit Mitteln zum Erfassen der Auslenkungen der Federanordnung bzw. der seismischen Masse ausgestattet.

Aus der Praxis ist ein derartiger Sensor bekannt, der als Beschleunigungssensor konzipiert ist. Die freitragende seismische Masse ist dazu in Form einer Wippe ausgebildet, die über zwei Torsionsfedern mit dem feststehenden Substrat des Bauelements zum einen mechanisch verbunden ist und zum anderen auch elek trisch kontaktiert ist. Während die Massenverteilung der Wippe unsymmetrisch bezüglich der Anordnung der Torsionsfedern ist, weist die Wippe zwei symme trisch zu dieser Federanordnung angeordnete und ausgebildete Kapazitätsflächen auf, die zusammen mit dem Substrat jeweils eine Kapazität bilden. Eine auf die Sensorstruktur einwirkende Beschleunigung verursacht eine Verdrehung und/oder Verkippung der Wippe um die Federanordnung und damit eine Änderung der Ka pazitätsdifferenz zwischen diesen beiden Kapazitäten. Durch Auswertung der Ka pazitätsdifferenz bzw. deren Änderung kann die auf die Sensorstruktur einwir kende Beschleunigung bestimmt werden. Der bekannte Beschleunigungssensor weist eine vertikale Empfindlichkeit auf, so dass sich mit dem bekannten Sensor Beschleunigungen senkrecht zur Chipebene erfassen lassen.

Die beweglichen Teile der Sensorstruktur des bekannten Sensors lassen sich nur innerhalb gewisser Grenzen auslenken, ohne dass mechanische Schäden, wie z. B. ein Federbruch, oder auch elektrische Kurzschlüsse auftreten, Überlast-Be schleunigungen können jedoch auch zu größeren Auslenkungen der beweglichen Teile und damit zu entsprechenden Beschädigungen führen. Deshalb ist der be kannte Beschleunigungssensor mit Anschlägen für die Torsionsfedern ausgestat tet. Diese Anschläge sind jeweils im Verbindungsbereich zwischen Torsionsfeder und Wippe angeordnet und starr mit dem Substrat des Bauelements verbunden, so dass die Auslenkung der Torsionsiedern bzw. die Bewegung der Wippe in der x/y-Ebene, d. h. parallel zur Chipebene, begrenzt ist. Die Geometrie der Anschläge ist nicht an die zu erwartende Deformation und Auslenkung der Torsionsfedern angepasst, so dass sich die Anschläge und die Torsionsfedern im Fall einer ent sprechenden Überlast-Beschleunigung lediglich punktuell bzw. kantig berühren.

Bezüglich einer Beschleunigung in z-Richtung müssen zwei Fälle unterschieden werden, eine Beschleunigung in das Substrat hinein und eine Beschleunigung aus dem Substrat heraus. Im erstgenannten Fall lässt sich die Bewegung der Tor sionsfeder bzw. der seismischen Masse einfach durch einen Anschlag an einer elektrisch neutralen Substratstelle begrenzen. Eine Bewegung der seismischen Masse aus dem Substrat heraus, wie sie im zweitgenannten Fall zu erwarten ist, lässt sich dagegen nicht ohne weiteres begrenzen. So können bei einer Struktur höhe von ca. 10 µm bereits Auslenkungen ab 10 µm zu einem Herausheben der seismischen Masse aus dem Umgebungsniveau und in Folge zu einem Verhaken der Sensorstruktur führen.

Bei ungerichteten Fallversuchen mit dem bekannten Beschleunigungssensor wur den Muschelausbrüche am äußeren Rand der Anschläge und an der Torsionsfe der festgestellt. Derartige Muschelausbrüche können die mechanischen Eigen schaften der Federanordnung verändern oder zu einem Risswachstum als Vor schädigung der Sensorstruktur führen. Dadurch bedingt können sich die Kennda ten des Sensors, wie Empfindlichkeit, Offset und Testsignal, verändern. Zudem sind Muschelausbrüche eine Quelle für Partikel, die elektrische Kurzschlüsse oder auch eine mechanische Blockierung der Wippe verursachen können. Insgesamt führen die vorgenannten Muschelausbrüche in der Regel zu einer qualitätsrele vanten Beeinträchtigung der Sensorfunktion und können im Extremfall sogar zum Totalausfall der Sensorfunktion führen.

Vorteile der Erfindung

Mit der vorliegenden Erfindung werden zwei konstruktive Maßnahmen vorge schlagen, mit denen sich die Anschlagkräfte bei einem Sensor der eingangs ge nannten Art reduzieren lassen, um Muschelausbrüche und dadurch bedingte Vor schädigungen der Sensorstruktur sowie eine Partikelbildung zu vermeiden.

Dies wird erfindungsgemäß zum einen dadurch erreicht, dass ein als Überlast schutz dienender Anschlag für ein bewegliches Teil der Sensorstruktur flächig ausgebildet ist, so dass das bewegliche Teil diesen Anschlag im Fall einer ent sprechenden Überlast-Beschleunigung flächig kontaktiert. Die Anschlagkräfte können so gleichmäßiger auf die Sensorstruktur verteilt und von dieser aufge nommen werden.

Zum anderen wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass ein als Überlastschutz dienender Anschlag für ein bewegliches Teil der Sensorstruktur federnd ausgebil det ist. In diesem Fall werden die Anschlagkräfte reduziert, indem die kinetische Energie während des Anschlags zumindest teilweise in Biegeenergie umgewan delt wird. Die Umwandlung der kinetischen Energie in Biegeenergie kann durch das Design des federnden Anschlags beeinflusst werden.

An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die beiden voranstehend erläuter ten, erfindungsgemäßen Maßnahmen zur Reduktion der Anschlagkräfte sowohl unabhängig voneinander realisiert werden können als auch miteinander kombiniert werden können. Im Rahmen der Erfindung liegen also sowohl Sensorstrukturen mit flächigen Anschlägen als auch Sensorstrukturen mit federnden Anschlägen als auch Sensorstrukturen, die neben flächigen Anschlägen auch federnde Anschläge umfassen, als auch Sensorstrukturen mit Anschlägen, die sowohl flächig als auch federnd ausgebildet sind.

Grundsätzlich gibt es verschiedene Möglichkeiten für die Realisierung bzw. An ordnung eines flächigen Anschlags in der Sensorstruktur eines erfindungsgemä ßen Sensors.

In einer vorteilhaften Variante ist der flächige Anschlag so angeordnet, dass er eine Anschlagfläche für mindestens eine Feder der Federanordnung bildet, also die Auslenkung dieser Feder begrenzt. Dazu kann der flächige Anschlag in Rich tung der Auslenkung der Feder geneigt oder gekrümmt sein. Als besonders vor teilhaft erweist es sich, wenn die Geometrie des flächigen Anschlags an die Bie gelinie der Feder angepasst ist. Diese Form des Anschlags gewährleistet in je dem Fall eine flächige Berührung zwischen der Feder und dem Anschlag.

Auch für die Ausgestaltung und Anordnung eines federnden Anschlags in der Sensorstruktur eines erfindungsgemäßen Sensors gibt es grundsätzlich verschie dene Möglichkeiten.

Im Hinblick auf eine einfache Realisierung in der Sensorstruktur ist es von Vorteil, wenn der federnde Anschlag mindestens eine einseitig mit dem Substrat verbun dene Biegefeder umfasst. Als freie Designparameter, über die sich die Umwand lung der kinetischen Energie in Biegeenergie beeinflussen lässt, stehen hier die Länge und Breite der Biegefeder zur Verfügung. Ein besonders sanftes, allmähli ches Abbremsen der beweglichen Teile der Sensorstruktur lässt sich in vorteil hafter Weise mit Hilfe eines mehrstufig ausgebildeten federnden Anschlags errei chen, der mehrere im wesentlichen parallel zueinander angeordnete Biegefedern umfasst. Je nach dem, welche Federwirkung erzielt werden soll, können sich die Biegefedern eines solchen mehrstufigen federnden Anschlags in ihrer Länge und/oder in ihrer Breite unterscheiden. Die Federwirkung hängt hier außerdem noch von den Abständen zwischen den einzelnen Biegefedern ab, d. h. davon, wie weit eine Biegefeder des mehrstufigen federnden Anschlags ausgelenkt werden kann, ohne die benachbarten Biegefedern des Anschlags zu tangieren. Dieser Abstand kann unabhängig von der Länge und Breite der einzelnen Biegefedern in vorteilhafter Weise mit Hilfe von Noppen vorgegeben werden, die vorzugsweise im Bereich der freien Enden an den einzelnen Biegefedern ausgebildet sind.

In einer vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Sensors ist für mindestens eine Feder der Federanordnung mindestens ein federnder Anschlag vorgesehen. In diesem Zusammenhang erweist es sich als vorteilhaft, wenn die mindestens eine Biegefeder des federnden Anschlags im wesentlichen parallel zu der Feder angeordnet ist, so dass das mit der seismischen Masse verbundene Ende der Fe der und das freie Ende der Biegefeder in dieselbe Richtung weisen. Bei einer sol chen Anordnung von Feder und Biegefeder kann die Biegefeder der Bewegung der Feder folgen und die Bewegung der Feder so besonders sanft abbremsen.

Ergänzend oder auch alternativ dazu kann mindestens ein federnder Anschlag für die seismische Masse vorgesehen sein. In einer ersten Sensorvariante könnte der federnde Anschlag dazu einfach im wesentlichen parallel zu einer Seite der seis mischen Masse angeordnet sein. Aus Platzgründen ist es jedoch von Vorteil, wenn die seismische Masse mindestens einen Ausschnitt aufweist und die min destens eine Biegefeder des federnden Anschlags im wesentlichen parallel zu mindestens einer Seitenwandung dieses Ausschnitts angeordnet ist. Eine beson ders gute Bremswirkung kann erzielt werden, wenn sich der Ausschnitt im Rand bereich der seismischen Masse befindet und die mindestens eine Biegefeder des federnden Anschlags so angeordnet ist, dass zumindest ihr freies Ende in den Ausschnitt hineinragt.

Flächige und federnde Anschläge, wie sie voranstehend erläutert worden sind, lassen sich in vorteilhafter Weise in die mikromechanische Sensorstruktur eines erfindungsgemäßen Sensors integrieren, wenn diese Anschläge die Auslenkung der Federanordnung bzw. der seismischen Masse lediglich in x/y-Richtung be grenzen sollen, d. h. Auslenkungen innerhalb einer Ebene, die parallel zur Haupt ebene des Bauelements orientiert sind. Muschelausbrüchen und einer damit ver bundenen Partikelbildung kann in diesem Fall zusätzlich vorgebeugt werden, in dem zumindest ein Teil der Eckbereiche in der Sensorstruktur mit Verrundungen versehen ist bzw. abgerundet ist.

Zeichnungen

Wie bereits voranstehend ausführlich erörtert, gibt es verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird einerseits auf die den Patentansprüchen 1 und 5 nachgeordneten Patentansprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung mehrerer Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen verwie sen.

Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt einer Sensorstruktur mit einem flächigen Anschlag eines ersten erfindungsgemäßen Sensors in Draufsicht,

Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt einer Sensorstruktur mit einem federnden Anschlag eines weiteren erfindungsgemäßen Sensors in Draufsicht,

Fig. 3 zeigt verschiedene Anschlagpositionen an der seismischen Masse eines erfindungsgemäßen Sensors,

Fig. 4 zeigt einen Ausschnitt einer Sensorstruktur mit einem federnden Anschlag eines weiteren erfindungsgemäßen Sensors in Draufsicht und

Fig. 5 zeigt weitere mögliche Anschlagpositionen an der seismischen Masse eines erfindungsgemäßen Sensors.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Jede der in den Fig. 1 bis 5 dargestellten Sensorstrukturen ist in einem mikro mechanischen Bauelement realisiert und umfasst Teile, die gegenüber dem fest stehenden Substrat des Bauelements beweglich sind, nämlich eine freitragende seismische Masse 1 und eine Federanordnung mit mindestens einer Feder 2. Die seismische Masse 1 ist über die Federanordnung mit dem Substrat verbunden, so dass die Massenverteilung der seismischen Masse 1 unsymmetrisch bezüglich der Federanordnung ist. Alle in den Fig. 1 bis 5 dargestellten Sensorstrukturen sind für den Einsatz in einem Beschleunigungssensor mit horizontaler und verti kaler Empfindlichkeit konzipiert, indem die freitragende seismische Masse 1 in Form einer Wippe ausgebildet ist und die Federanordnung mindestens eine Tor sionsfeder 2 umfasst. Auf die Sensorstruktur einwirkende Beschleunigungen werden hier über die entsprechenden Auslenkungen der Federanordnung bzw. der seismischen Masse erfasst und bestimmt.

Außerdem ist in jeder der in den Fig. 1 bis 5 dargestellten Sensorstrukturen ein Überlastschutz zum Begrenzen der Auslenkung der Federanordnung bzw. der seismischen Masse in mindestens einer Richtung vorgesehen.

Die in Fig. 1 dargestellte Sensorstruktur weist einen flächigen Anschlag 3 als Überlastschutz für die Torsionsfeder 2 auf. Dieser flächige Anschlag 3 ist in Form einer auf das Substrat aufgebrachten festen Struktur realisiert und begrenzt die Auslenkung der Torsionsfeder 2 in x/y-Richtung, d. h. innerhalb einer Ebene, die parallel zur Hauptebene des Bauelements orientiert ist. Um ein kantiges Anschla gen der Torsionsfeder 2 zu vermeiden und ein flächiges Anschlagen zu gewähr leisten, ist der Anschlag 3 als Flanke ausgebildet, deren Schräge von der Biege linie der Torsionsfeder 2 abgeleitet worden ist. Alternativ könnte der flächige An schlag auch eine Krümmung aufweisen, beispielsweise die Krümmung einer Hy perbel.

Die Torsionsfeder 2 der in Fig. 1 dargestellten Sensorstruktur weist sowohl im Übergangsbereich zur seismischen Masse 1 als auch im Übergangsbereich zum sogenannten Festland 4, d. h. zu dem Bereich, in dem die Torsionsfeder 2 mit dem Substrat des Bauelements verbunden ist, eine Verrundung 5, 6 auf. Diese Verrun dungen 5 und 6 dienen zur Spannungsreduktion bei vertikalen Auslenkungen der Torsionsfeder 2, d. h. bei Auslenkungen senkrecht zur Hauptebene des Bauele ments. Dadurch lässt sich die Bruchwahrscheinlichkeit bei Falltests reduzieren.

Im Zusammenhang mit Fig. 1 sei noch angemerkt, dass im Rahmen der Erfindung auch für andere bewegliche Teile der Sensorstruktur, nämlich beispielsweise für die seismische Masse, ein flächiger Anschlag als Überlastschutz vorgesehen sein kann. Die verschiedenen Möglichkeiten für die Anordnung eines solchen An schlags in der Sensorstruktur werden in Verbindung mit den Fig. 3 und 5 nä her erläutert.

In Fig. 2 ist ein mehrstufiger federnder Anschlag 7 für die Torsionsfeder 2 darge stellt, der - genau wie der in Fig. 1 dargestellte flächige Anschlag - die Auslenkung der Torsionsfeder 2 in x/y-Richtung begrenzt. Dazu umfasst der federnde An schlag insgesamt vier Biegefedern 8, 9 und 10, 11, die beidseitig der Torsionsfe der 2, im wesentlichen parallel zu dieser angeordnet sind. Die Biegefedern 8, 9 und 10, 11 sind jeweils einseitig mit dem Substrat des Bauelements verbunden, so dass ihre freien Enden und das mit der seismischen Masse 1 verbundene Ende der Torsionsfeder 2 in dieselbe Richtung weisen. Die einzelnen Biegefedern 8, 9 und 10, 11 des hier dargestellten federnden Anschlags unterscheiden sich in ihrer Länge. So sind die inneren, der Torsionsfeder 2 unmittelbar benachbarten Biege federn 8 und 10 deutlich länger als die beiden Biegefedern 9 und 11. Die Auslen kung der einzelnen Biegefedern 8, 9 und 10, 11 wird durch Noppen 12 begrenzt, die jeweils im Bereich der freien Enden der Biegefedern 8, 9 und 10, 11 ausgebil det sind. Außerdem sind die freien Enden der Biegefedern 8, 9 und 10, 11 mit Ver rundungen 14 versehen, um Muschelausbrüchen in diesem Bereich vorzubeugen.

Der Mittelkanal 13 zwischen den beiden inneren Biegefedern 8 und 10 bildet eine Führung für die Torsionsfeder 2 bei vertikalen Beschleunigungen, die zu einem Herausheben der seismischen Masse 1 aus der Substratebene führen. Der Mittel kanal 13 verhindert in diesen Fällen ein Verhaken der seismischen Masse 1 bei der Rückkehr in die Ausgangslage. In den Mittelkanal 13 sollten deshalb keine Noppen hineinragen. Außerdem sollten die Biegefedern 8, 9 und 10, 11 eine kriti sche Biegesteifigkeit nicht unterschreiten, um einem Anhaften der Torsionsfeder 2 an den Biegefedern 8 und 10 entgegenzuwirken. Die kritische Biegesteifigkeit wird in der Regel experimentell bestimmt, wobei Erfahrungen mit vergleichbaren ähnli chen Sensorstrukturen Anhaltspunkte liefern können.

In einer besonders vorteilhaften Variante der in Fig. 2 dargestellten Sensorstruktur sind die der Torsionsfeder 2 zugewandten Seiten der Biegefedern 8 und 10 abge schrägt, so dass auch an dem federnden Anschlag kein kantiges sondern ein flä chiges Anschlagen erfolgt.

In der Sensorstruktur eines erfindungsgemäßen Sensors können zusätzlich oder alternativ zu den voranstehend beschriebenen, als Überlastschutz dienenden An schlägen auch flächige und/oder federnde Anschläge für die seismische Masse vorgesehen sein. In Fig. 3 sind verschiedene Möglichkeiten für die Positionierung solcher Anschläge dargestellt. Dafür kommen im wesentlichen drei Bereiche in Frage: der Bereich direkt an der Torsionsfeder 2 - Anschläge 31, ein Bereich am inneren Rand der seismischen Masse 1 - Anschläge 32 - und der äußere Bereich der seismischen Masse 1 - Anschläge 33.

Die im äußeren Randbereich der seismischen Masse 1 angeordneten Anschläge 33 haben den Vorteil, dass die Bewegung der seismischen Masse 1 bei Rota tionsbeschleunigungen schon bei geringen Auslenkungen im Anschlag endet. Dementsprechend gering ist der Impulsübertrag.

Wie bereits erwähnt, kann es bei Beschleunigungen senkrecht zur Hauptebene des Bauelements zu einem Herausheben der seismischen Masse aus der Sen sorstruktur kommen und in Folge zu einem Verhaken der Sensorstruktur, sofern die Bewegung der seismischen Masse in dieser z-Richtung nicht begrenzt wird. Wenn kein entsprechender z-Anschlag vorhanden ist, erweist es sich als vorteil haft, die Anschläge möglichst dicht an der Drehachse der seismischen Masse zu positionieren, da das Herausheben der seismischen Masse an dieser Stelle der Sensorstruktur minimal ist.

In Fig. 4 ist eine Möglichkeit für die Realisierung eines federnden Anschlags an der seismischen Masse 1 dargestellt. Die seismische Masse ist hier mit zwei Aus schnitten 41 im Randbereich versehen. In jeden dieser Ausschnitte 41 ragen die freien Enden von zwei Biegefedern 42, die jeweils im wesentlichen parallel zu den Seitenwandungen der beiden Ausschnitte 41 angeordnet sind. Die freien Enden der Biegefedern 42 sowie die Seitenwandungen der Ausschnitte 41 sind hier je weils mit Noppen versehen, so dass sich die dadurch ergebenden Anschlagab stände zwischen den Biegefedern 42 innerhalb eines Ausschnitts 41 und den Seitenwandungen des entsprechenden Ausschnitts 41 unterscheiden. Dadurch ergibt sich ein stufenweiser Anschlag. Außerdem ist die Biegesteifigkeit der Bie gefedern 42, die durch die jeweilige Länge und Breite der Biegefedern 42 beein flusst wird, so gewählt, dass die sich daraus ergebenden Rückstellkräfte groß ge nug sind, um ein Anhaften der Biegefedern 42 an der seismischen Masse 1 zu verhindern.

Schließlich sei noch darauf hingewiesen, dass auch der voranstehend beschrie bene federnde Anschlag für die seismische Masse als flächiger Anschlag ausge bildet werden kann und mit den in Verbindung mit Fig. 1 beschriebenen Verrun dungen der Torsionsfeder 2 kombiniert werden kann.

Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit, Anschläge 51, 52 innerhalb der seis mischen Masse 1 zu positionieren, was in Fig. 5 dargestellt ist. Die Anschläge 51 befinden sich in Verlängerung der Torsionsfeder 2 innerhalb der Aufhängungen der Kapazitätsflächen, über die hier die Auslenkungen der seismischen Masse bestimmt werden. Diese Anordnung der Anschläge 51 ermöglicht eine einfache elektrische Kontaktierung.

Bei der Positionierung von Anschlägen in einer Sensorstruktur, wie sie Teil eines erfindungsgemäßen Sensors ist, sind folgende Aspekte zu berücksichtigen:
Anschläge, die die Bewegung zumindest einer Feder der Federanordnung in x/y- Richtung begrenzen, wirken zusätzlich auch als Führung für die Feder, wenn die seismische Masse durch vertikale Beschleunigungen aus der x/y-Ebene heraus gehoben wird, so dass die seismische Masse wieder in ihre Ausgangslage zu rückgleiten kann. Überlast-Beschleunigungen in z-Richtung führen bei dieser Vari ante nicht zwangsläufig zu einem Ausfall der Sensorfunktion. Allerdings können diese Anschläge die Sensoreigenschaften, wie z. B. die Empfindlichkeit, das Test signal und den Offset, bei Vorschädigungen wesentlich beeinflussen, da die fe dern der Federanordnung eine mechanisch sehr empfindliche Struktur darstellen.

Im Gegensatz dazu tangieren Anschläge, die die Bewegung der seismischen Masse in x/y-Richtung begrenzen, die mechanischen Eigenschaften und die Funktionsfähigkeit der Federanordnung nicht. Allerdings wirken diese Anschläge auch nicht als Führung bei Auslenkungen der seismischen Masse in z-Richtung, so dass sich die seismische Masse hier einfacher verhaken und auf der Sensor struktur liegen bleiben kann, was mit einem Ausfall der Sensorfunktion verbunden ist. Außerdem kann hier eine Vorschädigung der Sensorstruktur durch Partikelbil dung nicht erkannt werden, weil die Sensoreigenschaften bzw. die Kennlinienparameter keine Änderungen erfahren. Störungen der Sensorfunktion, die durch wandernde Partikel bedingt sind, können ebenfalls nicht erkannt werden.

Claims

1. Sensor, dessen Sensorstruktur in einem mikromechanischen Bauelement realisiert ist und gegenüber dem feststehenden Substrat des Bauelements beweg liche Teile aufweist, mindestens umfassend
eine freitragende seismische Masse (1),
eine Federanordnung mit mindestens einer Feder (2), wobei die seismische Masse (1) über die Federanordnung mit dem Substrat verbunden ist,
einen Überlastschutz zum Begrenzen der Auslenkung der Federanordnung bzw. der seismischen Masse (1) in mindestens einer Richtung und
Mittel zum Erfassen der Auslenkungen der Federanordnung bzw. der seismischen Masse (1),
dadurch gekennzeichnet, dass als Überlastschutz mindestens ein flächiger Anschlag (3) für mindestens ein bewegliches Teil der Sensorstruktur vor gesehen ist.

2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein flächiger Anschlag (3) für mindestens eine Feder (2) der Federanordnung vorge sehen ist.

3. Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der flächige An schlag (3) in Richtung der Auslenkung der Feder (2) geneigt oder gekrümmt ist.

4. Sensor nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Geometrie des flächigen Anschlags (3) an die Biegelinie der Feder (2) ange passt ist.

5. Sensor, dessen Sensorstruktur in einem mikromechanischen Bauelement realisiert ist und gegenüber dem feststehenden Substrat des Bauelements beweg liche Teile aufweist, mindestens umfassend
eine freitragende seismische Masse (1),
eine Federanordnung mit mindestens einer Feder (2), wobei die seismische Masse (1) über die Federanordnung mit dem Substrat verbunden ist,
einen Überlastschutz zum Begrenzen der Auslenkung der Federanordnung bzw. der seismischen Masse (1) in mindestens einer Richtung und
Mittel zum Erfassen der Auslenkungen der Federanordnung bzw. der seismischen Masse (1),
dadurch gekennzeichnet, dass als Überlastschutz mindestens ein federnder Anschlag (7) für mindestens ein bewegliches Teil der Sensorstruktur vorgesehen ist.

6. Sensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der federnde An schlag (7) mindestens eine einseitig mit dem Substrat verbundene Biegefeder (8 bis 11) umfasst.

7. Sensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der federnde An schlag (7) mehrstufig ausgebildet ist, indem er mehrere im wesentlichen parallel zueinander angeordnete Biegefedern (8 bis 11) umfasst.

8. Sensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Biegefe dern (8 bis 11) des mehrstufigen federnden Anschlags (7) in ihrer Länge und/oder in ihrer Breite unterscheiden.

9. Sensor nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass an der mindestens einen Biegefeder (8 bis 11) vorzugsweise im Bereich ihres freien Endes mindestens eine Noppe (12) ausgebildet ist und dass zumindest ein Bereich der Noppenoberfläche eine Anschlagfläche der Biegefeder (8 bis 11) bil det.

10. Sensor nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein federnder Anschlag (7) für mindestens eine Feder (2) der Feder anordnung vorgesehen ist.

11. Sensor nach einem der Ansprüche 6 bis 9 und nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Biegefeder (8 bis 11) des federnden Anschlags (7) im wesentlichen parallel zu der Feder (2) angeordnet ist, so dass das mit der seismischen Masse (1) verbundene Ende der Feder (2) und das freie Ende der Biegefeder (8 bis 11) in dieselbe Richtung weisen.

12. Sensor nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein federnder Anschlag für die seismische Masse (1) vorgesehen ist.

13. Sensor nach einem der Ansprüche 6 bis 9 und nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die seismische Masse (1) mindestens einen Ausschnitt (41) aufweist und dass die mindestens eine Biegefeder (42) des federnden Anschlags im wesentlichen parallel zu mindestens einer Seitenwandung des Ausschnitts (41) angeordnet ist.

14. Sensor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Aus schnitt (41) im Randbereich der seismischen Masse (1) befindet und dass die mindestens eine Biegefeder (42) so angeordnet ist, dass zumindest ihr freies Ende in den Ausschnitt (41) hineinragt.

15. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und/oder nach einem der Ansprüche 5 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag (3; 7) die Aus lenkung der Federanordnung bzw. der seismischen Masse (1) in x/y-Richtung be grenzt, d. h. innerhalb einer Ebene, die parallel zur Hauptebene des Bauelements orientiert ist.

16. Sensor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Eckbereiche in der Sensorstruktur mit Verrundungen (5, 6; 14) versehen ist bzw. abgerundet ist.

17. Beschleunigungssensor mit horizontaler und vertikaler Empfindlichkeit nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die freitragende seismische Masse (1) in Form einer Wippe ausgebildet ist und dass die Federan ordnung mindestens eine Torsionsfeder (2) umfasst.