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Die Erfindung betrifft ein mikromechanisches Bauteil für eine Sensorvorrichtung und eine Sensorvorrichtung. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil für eine Sensorvorrichtung.
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Stand der Technik
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In der
DE 10 2017 208 370 A1 ist ein mikromechanischer Sensor beschrieben, welcher mit einer als Anschlag- und/oder Stoppstruktur fungierenden Funktionsschicht für seine seismische Masse ausgebildet ist, wobei die Funktionsschicht auf einem eine Oberfläche eines Substrats zumindest teilweise abdeckenden Oxid angeordnet ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung schafft ein mikromechanisches Bauteil für eine Sensorvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Sensorvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 und ein Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil für eine Sensorvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10.
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Vorteile der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung ermöglicht mittels einer „federnden Anbindung“ einer Anschlag- und/oder Stoppstruktur an und/oder in einer Halterung eines mikromechanischen Bauteils eine gezielte Unterbindung einer unerwünschten Verstell- und/oder Verkippbewegung einer seismischen Masse des jeweiligen mikromechanischen Bauteils mittels der Anschlag- und/oder Stoppstruktur, während die seismische Masse trotzdem eine gute Verstellbarkeit aus ihrer Ausgangsstellung als Reaktion auf eine mittels der seismischen Masse zu detektierende physikalische Kraft/physikalische Größe aufweist. Das jeweilige mikromechanische Bauteil kann deshalb zur verlässlichen Detektion/Messung der physikalischen Kraft/physikalischen Größe mit einer hohen Empfindlichkeit/Sensitivität eingesetzt werden, wobei Fehlmessungen oder eine Beschädigung des mikromechanischen Bauteils aufgrund von unerwünschten Verstell- und/oder Verkippbewegungen seiner seismischen Masse verlässlich verhindert sind. Wie unten genauer erläutert ist, ist die „federnde Anbindung“ der Anschlag- und/oder Stoppstruktur des mikromechanischen Bauteils leicht realisierbar, weshalb eine Nutzung der vorliegenden Erfindung nicht/kaum zu Steigerungen der Herstellungskosten des mikromechanischen Bauteils führt. Des Weiteren verhindert die „federnde Anbindung“ eine Miniaturisierung des mikromechanischen Bauteils nicht/kaum, sodass das die vorliegende Erfindung nutzende mikromechanische Bauteil aufgrund seines vergleichsweise geringen Bauraumbedarfs und seines relativ geringen Gewichts vielseitig einsetzbar ist.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils umfasst die Halterung zumindest ein Substrat mit einer Substratoberfläche, an welcher die seismische Masse mittels der mindestens einen ersten Federeinrichtung und die Anschlag- und/oder Stoppstruktur mittels der mindestens einen zweiten Federeinrichtung angebunden sind. Bevorzugter Weise weist in diesem Fall die mindestens eine zweite Federeinrichtung jeweils in einer parallel zu der Substratoberfläche ausgerichteten Raumrichtung eine erste Federsteifigkeit auf, welche um zumindest einen Faktor 5 größer als ihre zweite Federsteifigkeit in einer senkrecht zu der Substratoberfläche ausgerichteten Raumrichtung ist. Die Anschlag- und/oder Stoppstruktur eignet sich in diesem Fall hervorragend zum Begrenzen einer unerwünschten Bewegung der seismischen Masse parallel zu der Substratoberfläche, während eine gute Verstellbarkeit der seismischen Masse entlang der senkrecht zu der Substratoberfläche ausgerichteten Raumrichtung und/oder um eine parallel zu der Substratoberfläche ausgerichtete Drehachse gewährleistet bleibt.
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Beispielsweise kann die mindestens eine zweite Federeinrichtung mindestens eine Blattfeder umfassen/sein. Die mindestens eine zweite Federeinrichtung ist in diesem Fall einfach und kostengünstig ausbildbar.
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Insbesondere kann die Anschlag- und/oder Stoppstruktur eine die seismische Masse umrahmende Rahmenstruktur umfassen/sein, welche mittels einer geradzahligen Gesamtanzahl von Federelementen als der mindestens einen zweiten Federeinrichtung an und/oder in der Halterung angebunden ist, wobei die Federelemente bezüglich mindestens einer die Rahmenstruktur mittig schneidenden Symmetrieebene spiegelsymmetrisch ausgebildet sind. In diesem Fall eignet sich die als Rahmenstruktur ausgebildete Anschlag- und/oder Stoppstruktur vorteilhaft zur Begrenzung der Verstell- und/oder Verkippbewegungen der seismischen Masse in zwei Raumrichtungen, während die seismische Masse weiterhin eine gute Verstellbarkeit entlang einer senkrecht zu der von der Rahmenstruktur umrahmten Fläche ausgerichteten Raumachse und/oder um eine parallel zu der umrahmten Fläche der Rahmenstruktur ausgerichtete Drehachse aufweist.
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Als vorteilhafte Weiterbildung kann die Anschlag- und/oder Stoppstruktur über mindestens eine dritte Federreinrichtung mit der seismischen Masse verbunden sein. Die mindestens eine dritte Federeinrichtung kann bereits vor einem Anschlagen/Anstoßen der seismischen Masse an der Anschlag- und/oder Stoppstruktur zur Begrenzung einer unerwünschten Verstell- und/oder Verkippbewegung der seismischen Masse beitragen.
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Sofern die Halterung zumindest das Substrat mit der Substratoberfläche umfasst, an welcher die seismische Masse mittels der mindestens einen ersten Federeinrichtung und die Anschlag- und/oder Stoppstruktur mittels der mindestens einen zweiten Federeinrichtung angebunden sind, ist es vorteilhaft, wenn die mindestens eine dritte Federeinrichtung jeweils in der senkrecht zu der Substratoberfläche ausgerichteten Raumrichtung eine dritte Federsteifigkeit aufweist, welche um zumindest einen Faktor 5 größer als ihre vierte Federsteifigkeit entlang einer durch die seismische Masse, die mindestens eine dritte Federeinrichtung und die Anschlag- und/oder Stoppstruktur verlaufenden Achse ist. Auch dies trägt zur Beibehaltung einer vorteilhaften Verstellbarkeit der seismischen Masse entlang der senkrecht zu der Substratoberfläche ausgerichteten Raumrichtung und/oder um eine parallel zu der Substratoberfläche ausgerichtete Drehachse bei.
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In einer einfach realisierbaren Ausführungsform umfasst/ist die mindestens eine dritte Federeinrichtung mindestens eine U-Feder. Die Ausbildung der mindestens einen dritten Federeinrichtung trägt somit nicht/kaum zur Steigerung eines Arbeitsaufwands oder der Kosten bei einer Herstellung des mikromechanischen Bauteils bei.
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Beispielhaft kann die seismische Masse mittels der mindestens einen ersten Federeinrichtung derart an und/oder in der Halterung angebunden sein, dass die seismische Masse um eine Drehachse in Bezug zu der Halterung verkippbar ist, wobei die seismische Masse bezüglich der Drehachse eine asymmetrische Massenverteilung aufweist. Die hier beschriebene Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils kann somit vorteilhaft zur Detektion/Messung einer Beschleunigung des mikromechanischen Bauteils verwendet werden.
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Die vorausgehend beschriebenen Vorteile sind auch bei einer Sensorvorrichtung mit einem derartigen mikromechanischen Bauteil bewirkt.
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Des Weiteren schafft auch ein Ausführen eines korrespondierenden Herstellungsverfahrens für ein mikromechanisches Bauteil für eine Sensorvorrichtung die oben beschriebenen Vorteile, wobei das Herstellungsverfahren gemäß den oben erläuterten Ausführungsformen des mikromechanischen Bauteils weitergebildet werden kann.
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Figurenliste
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:
- 1a bis 1d schematische Darstellungen einer ersten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils;
- 2a und 2b schematische Darstellungen einer zweiten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils; und
- 3 ein Flussdiagramm zum Erläutern einer Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für ein mikromechanisches Bauteil für eine Sensorvorrichtung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1a bis 1d zeigen schematische Darstellungen einer ersten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils.
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Das mittels der 1a bis 1d schematisch wiedergegebene mikromechanische Bauteil weist eine seismische Masse 10 auf, welche mittels mindestens einer ersten Federeinrichtung 12a und 12b an und/oder in einer Halterung angebunden ist. Der besseren Übersichtlichkeit wegen ist von der Halterung des mikromechanischen Bauteils nur ein Substrat 14 mit einer Substratoberfläche 14a in den 1a bis 1d dargestellt. Das Substrat 14 kann beispielsweise ein Halbleitersubstrat, insbesondere ein Siliziumsubstrat, sein. Die seismische Masse 10 ist derart mittels der mindestens einen ersten Federeinrichtung 12a und 12b an und/oder in der Halterung angebunden, dass mindestens eine Federkraft der mindestens einen ersten Federeinrichtung 12a und 12b die seismische Masse 10 in ihre Ausgangsstellung drückt und/oder zieht, wobei 1b die in ihrer Ausgangsstellung vorliegende seismische Masse 10 zeigt. Die mindestens eine erste Federeinrichtung 12a und 12b ist jedoch derart ausgebildet, dass die seismische Masse 10 aus ihrer Ausgangsstellung in Bezug zu der Halterung/dem Substrat 14 verstellbar und/oder verkippbar ist. Insbesondere ist die seismische Masse 10 mittels einer physikalischen Kraft, welche zu detektieren ist oder einer zu detektierenden physikalischen Größe entspricht, zu einer Detektionsbewegung D anregbar (siehe 1c), wobei unter der Detektionsbewegung D eine Verstell- und/oder Verkippbewegung der seismischen Masse 10 in Bezug zu der Halterung/dem Substrat 14 verstanden werden kann.
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Das mikromechanische Bauteil hat auch eine Anschlag- und/oder Stoppstruktur 16, welche derart beabstandet von der in ihrer Ausgangsstellung vorliegenden seismischen Masse 10 an und/oder in der Halterung ausgebildet ist, dass die Anschlag- und/oder Stoppstruktur 16 zumindest eine im Weiteren als Auslenkbewegung A bezeichnete (unerwünschte) Verstell- und/oder Verkippbewegung der seismischen Masse 10 räumlich begrenzt (siehe 1d). Außerdem ist die Anschlag- und/oder Stoppstruktur 16 über mindestens eine zweite Federeinrichtung 18 derart an und/oder in der Halterung angebunden, dass die Anschlag- und/oder Stoppstruktur 16 in Bezug zu der Halterung verstellbar und/oder verkippbar ist. Die mindestens eine zweite Federeinrichtung 18 ermöglicht somit eine „federnde Anbindung“ der Anschlag- und/oder Stoppstruktur 16 an und/oder in der Halterung, wodurch die Anschlag- und/oder Stoppstruktur 16 ihre aktuelle Stellung/Position derart an Verstell- und/oder Verkippbewegungen der seismischen Masse 10 anpassen kann, dass unerwünschte Bewegungen der seismischen Masse 10 mittels der Anschlag- und/oder Stoppstruktur 16 verhinderbar/begrenzbar sind, während trotzdem eine vorteilhafte Verstellbarkeit der seismischen Masse 10 zum Ausführen ihrer (gewünschten) Detektionsbewegung D als Reaktion auf die physikalische Kraft gewährleistet bleibt.
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In der Ausführungsform der
1a bis
1d sind die seismische Masse
10 mittels der mindestens einen ersten Federeinrichtung
12a und
12b und die Anschlag- und/oder Stoppstruktur
16 mittels der mindestens einen zweiten Federeinrichtung
18 gemeinsam an der Substratoberfläche
14a des Substrats
14 angebunden. Die Anschlag- und/oder Stoppstruktur
16 dient dazu, als (unerwünschte) Auslenkbewegung A eine in eine Richtung
gerichtet Verstellbewegung der seismischen Masse
10 entlang einer parallel zu der Substratoberfläche
14a des Substrats
14 ausgerichteten Raumachse
20 zu begrenzen. Die Anschlag- und/oder Stoppstruktur
16 ist deshalb in der Richtung
̅ beabstandet von der in ihrer Ausgangsstellung vorliegenden seismischen Masse
10 angeordnet (siehe
1a und
1b). Deshalb weist die mindestens eine zweite Federeinrichtung
18 in der parallel zu der Substratoberfläche
14a ausgerichteten Raumrichtung
20 eine erste Federsteifigkeit auf, welche um zumindest einen Faktor
5, vorzugsweise um zumindest einen Faktor
10, größer als ihre zweite Federsteifigkeit in einer senkrecht zu der Substratoberfläche
14a ausgerichteten Raumrichtung
22 ist. Die mittels der mindestens einen zweiten Federeinrichtung
18 realisierte „federnde Anbindung“ der Anschlag- und/oder Stoppstruktur
16 verankert die Anschlag- und/oder Stoppstruktur
16 somit „steif“ entlang der parallel zu der Substratoberfläche
14a ausgerichteten Raumrichtung
20 und „weich“ entlang der senkrecht zu der Substratoberfläche
14a ausgerichteten Raumrichtung
22. Die Anschlag- und/oder Stoppstruktur
16 kann somit ihre Stellung/Position an die (gewünschte) Detektionsbewegung D der seismischen Masse
10 anpassen, und trotzdem die (unerwünschte) Auslenkbewegung A der seismischen Masse
10 in der Richtung
verlässlich begrenzen.
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In der Ausführungsform der 1a bis 1d umfasst die (einzige) zweite Federeinrichtung 18 beispielhaft drei Blattfedern 18a, wobei zwei Außenbereiche der Anschlag- und/oder Stoppstruktur 16 auf je einer Blattfeder 18a verankert sind und ein Mittelbereich der Anschlag- und/oder Stoppstruktur 16 über ein Stegelement 18b mit einer anderen Blattfeder 18a verbunden ist. Die in 1a schematisch wiedergegebene Ausbildung der mindestens einen zweiten Federeinrichtung 18 ist jedoch nur beispielhaft zu interpretieren.
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Als vorteilhafte Weiterbildung weist das mikromechanische Bauteil der 1a bis 1d noch mindestens eine dritte Federeinrichtung 24 auf, über welche die Anschlag- und/oder Stoppstruktur 16 mit der seismischen Masse 10 verbunden ist. Wie anhand eines Vergleichs der 1c und 1d erkennbar ist, weist die mindestens eine dritte Federeinrichtung 24 jeweils in der senkrecht zu der Substratoberfläche 14a ausgerichteten Raumrichtung 22 eine dritte Federsteifigkeit auf, welche zumindest um einen Faktor 5, vorzugsweise um zumindest einen Faktor 10, größer als ihre vierte Federsteifigkeit entlang einer durch die seismische Masse 10, die mindestens eine dritte Federeinrichtung 24 und die Anschlag- und/oder Stoppstruktur 16 verlaufenden Achse 26 ist. Die mindestens eine dritte Federeinrichtung 24 kann beispielsweise mindestens eine U-Feder sein/umfassen. Andere Federformen sind jedoch für die mindestens eine dritte Federeinrichtung 24 auch möglich. Die mindestens eine zweite Federeinrichtung 18 weist bevorzugt eine senkrecht zu der Substratoberfläche 14a ausgerichtete maximale Höhe h18 auf, welche kleiner-gleich einer Hälfte einer senkrecht zu der Substratoberfläche 14a ausgerichteten maximalen Höhe h24 der mindestens einen dritten Federeinrichtung 24 ist.
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Beispielhaft ist in der Ausführungsform der 1a bis 1d die seismische Masse 10 mittels der mindestens einen ersten Federeinrichtung 12a und 12b derart an und/oder in der Halterung angebunden, dass die seismische Masse 10 um eine Drehachse 28 in Bezug zu der Halterung/dem Substrat 14 verkippbar ist, wobei die Drehachse 28 parallel zu der Substratoberfläche 14a des Substrats 14 und senkrecht zu der Raumrichtung 20 ausgerichtet ist. Vorteilhafterweise umfasst das mikromechanische Bauteil zwei Torsionsfedern 12a und 12b als seine mindestens eine erste Federeinrichtung 12a und 12b, wobei die beiden Torsionsfedern 12a und 12b sich parallel zu der Drehachse 28 erstrecken und jeweils von einem Innenrand einer durch die seismische Masse 10 strukturierten Öffnung zu einer an der Substratoberfläche 14a befestigten Verankerungsstruktur 30 verlaufen. Bevorzugter Weise ist eine Breite b der Torsionsfedern 12a und 12b entlang der Raumrichtung 20 kleiner-gleich einer Höhe der Torsionsfedern 12a und 12b entlang der Raumrichtung 22. Zusätzlich kann die mindestens eine zweite Federeinrichtung 18 problemlos derart „weich“ ausgebildet sein, dass eine Steifigkeit einer Bewegung der seismischen Masse 10 um die Drehachse 28 zu mehr als 50 % durch eine Federsteifigkeit der Torsionsfedern 12a und 12b festgelegt ist.
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Außerdem weist die seismische Masse 10 bezüglich der Drehachse 28 eine asymmetrische Massenverteilung auf. Die asymmetrische Massenverteilung der seismischen Masse 10 ist beispielsweise realisiert, indem eine erste Teilmasse der seismischen Masse 10 auf einer ersten Seite ihrer Drehachse 28 gegenüber einer zweiten Teilmasse der seismischen Masse 10 auf einer zweiten Seite der Drehachse 28 eine Zusatzmasse 32 aufweist. Die Ausbildung der seismischen Masse 10 mit der Zusatzmasse 32 kann zur vollständigen oder teilweisen Anordnung der mindestens einen zweiten Federeinrichtung 18 zwischen der Zusatzmasse 32 und der Substratoberfläche 14a genutzt werden.
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Eine Beschleunigung des mikromechanischen Bauteils entlang der senkrecht zu der Substratoberfläche 14a ausgerichteten Raumrichtung 22 bewirkt aufgrund der Ausbildung der seismischen Masse 10 mit der Zusatzmasse 32 als Detektionsbewegung D eine Kippbewegung der seismischen Masse 10 um ihre Drehachse 28, welche in 1c bildlich wiedergegeben ist. Die seismische Masse 10 ist darum als eine asymmetrische Wippe bezeichenbar. Diese Detektionsbewegung D ist mittels mindestens einer Elektrode 34 detektierbar, wobei die mindestens eine Elektrode 34 beispielsweise auf einer die Substratoberfläche 14a des Substrats 14 zumindest teilweise abdeckenden Isolierschicht 36 befestigt sein kann. Wie in 1c auch erkennbar ist, ist mittels der oben beschriebenen Ausbildung der mindestens einen zweiten Federeinrichtung 18 und der mindestens einen dritten Federeinrichtung 24 gewährleistet, dass weder die Federeinrichtungen 18 und 24 noch die Anschlag- und/oder Stoppstruktur 16 der Detektionsbewegung D der seismischen Masse 10 entgegen wirken. Insbesondere wirken der Detektionsbewegung D der seismischen Masse 10 (nahezu) keine Querempfindlichkeiten entgegen.
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Allerdings kann eine Beschleunigung des mikromechanischen Bauteil mit einer entlang der Raumachse
20 ausgerichteten Beschleunigungskomponente ungleich Null die (unerwünschte) Auslenkbewegung A der seismischen Masse
10 in die von der zweiten Teilmasse der seismischen Masse
10 zu der ersten Teilmasse der seismischen Masse
10 gerichtete Richtung
auslösen. Wie in
1d jedoch bildlich wiedergegeben ist, ist ddie (unerwünschte) Auslenkbewegung A verlässlich mittels der Anschlag- und/oder Stoppstruktur
16 begrenzt. Die Anschlag- und/oder Stoppstruktur
16 und die Federeinrichtungen
18 und
24 ermöglichen somit einen „definierten Anschlag“, welcher die (unerwünschte) Auslenkbewegung A der seismischen Masse
10 gezielt begrenzt, ohne die gewünschte Detektionsbewegung D der seismischen Masse
10 zu „versteifen“.
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Obwohl die hier beschriebene Ausführungsform nur seine (einzige) Anschlag- und/oder Stoppstruktur 16 aufweist, ist entsprechend auch ein mikromechanisches Bauteil realisierbar, welches mehrere derartige Anschlag- und/oder Stoppstrukturen 16 umfasst.
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2a und 2b zeigen schematische Darstellungen einer zweiten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils.
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Das mikromechanische Bauteil der 2a und 2b weist als Weiterbildung gegenüber der zuvor beschriebenen Ausführungsform eine als Rahmenstruktur ausgebildete Anschlag- und/oder Stoppstruktur 16, welche die seismische Masse 10 (in allen parallel zu der Substratoberfläche 14a ausgerichteten Richtungen) umrahmt. Die als Rahmenstruktur ausgebildete Anschlag- und/oder Stoppstruktur 16 ist vorteilhafterweise mittels einer geradzahligen Gesamtanzahl von Federelementen 18 als der mindestens einen zweiten Federeinrichtung 18 an und/oder in der Halterung/an dem Substrat 14 angebunden. Bevorzugter Weise sind in diesem Fall die Federelemente 18 bezüglich mindestens einer die Rahmenstruktur mittig schneidenden Symmetrieebene 38 spiegelsymmetrisch ausgebildet. Zusätzlich kann eine Gesamtanzahl der dritten Federeinrichtungen 24 gerade sein. In diesem Fall sind auch die dritten Federeinrichtungen 24 spiegelsymmetrisch bezüglich der die Rahmenstruktur mittig schneidenden Symmetrieebene 38 ausgebildet. Beispielhaft weist das mikromechanische Bauteil der 2a und 2b eine zweifache Ausstattung der Federeinrichtungen 18 und 24 der Ausführungsform der 1a bis 1d auf.
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Bezüglich weiterer Merkmale des mikromechanischen Bauteils der 2a und 2b und ihrer Vorteile wird auf die zuvor beschriebene Ausführungsform verwiesen.
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Bei allen oben beschriebenen mikromechanischen Bauteilen kann selbst bei einer extremen Überlast mittels seiner Anschlag- und/oder Stoppstruktur 16 eine Beschädigung oder eine Zerstörung des mikromechanischen Bauteils verlässlich verhindert werden. Die oben beschriebene Anschlag- und/oder Stoppstruktur 16 kann außerdem problemlos mit mindestens einer bekannten/herkömmlichen Anschlagstruktur kombiniert werden.
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Bei den oben beschriebenen mikromechanischen Bauteilen ist eine Verwendung der zwei Torsionsfedern
12a und
12b als die mindestens eine erste Federeinrichtung
12a und
12b realisiert, obwohl es im Allgemeinen nicht möglich ist, bei einer Anbindung einer seismischen Masse
10 an eine Substratoberfläche
14a über mindestens eine sich parallel zu der Substratoberfläche
14a erstreckende Torsionsfeder
12a und
12b die jeweilige Torsionsfeder
12a und
12b einerseits „weich“ bezüglich einer Drehungen der seismischen Masse um ihre Drehachse
28 aber gleichzeitig „hart/steif“ bezüglich einer Auslenkung der seismischen Masse
10 in eine parallel zu der Substratoberfläche
14a ausgerichtete Richtung
zu machen. Mittels der oben beschriebenen Beispiele von Anschlag- und/oder Stoppstrukturen
16 entfällt jedoch die herkömmliche Notwendigkeit zur „Versteifung“ der mindestens einen Torsionsfeder
12a und
12b derart, dass eine (unerwünschte) Auslenkung der seismischen Masse
10 in eine parallel zu der Substratoberfläche
14a ausgerichtete Richtung
mittels der Ausbildung der mindestens einen Torsionsfeder
12a und
12b begrenzt/verhindert ist.
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Alle oben beschriebenen mikromechanischen Bauteile sind relativ robuste mechanische Systeme, wobei ihre seismischen Massen 10 vergleichsweise empfindlich/sensitiv mit einer gut detektierbaren Verstellbewegung D auf eine zu detektierende physikalische Kraft/physikalische Größe reagieren. Mittels der oben beschriebenen mikromechanischen Bauteile lässt sich die jeweilige physikalische Kraft/physikalische Größe deshalb verlässlich nachweisen und/oder messen. Obwohl die oben beschriebenen mikromechanischen Bauteile für/als Beschleunigungssensoren ausgebildet sind, können entsprechende mikromechanische Bauteil für eine Vielzahl verschiedener Sensortypen, wie beispielsweise für einen Inertialsensor, insbesondere für einen Beschleunigungssensor und/oder einen Drehratensensor, und/oder für einen Drucksensor, genutzt werden.
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Wahlweise können die oben beschriebenen mikromechanischen Bauteile noch mit einem Kappenwafer versiegelt sein. Je nach Anwendung kann innerhalb des mittels des Kappenwafers verschlossenen Volumens ein bestimmter Druck eingeschlossen sein. Zum Versiegeln kann ein Seal-Glas-Bondverfahren oder ein eutektisches Bondverfahren, insbesondere mit Aluminium und Germanium, ausgeführt sein.
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3 zeigt ein Flussdiagramm zum Erläutern einer Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für ein mikromechanisches Bauteil für eine Sensorvorrichtung.
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Mittels des im Weiteren beschriebenen Herstellungsverfahrens können alle oben erläuterten mikromechanischen Bauteile hergestellt werden. Eine Ausführbarkeit des Herstellungsverfahrens ist jedoch nicht auf das Herstellen dieser mikromechanischen Bauteile beschränkt.
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In einem Verfahrensschritt S1 des Herstellungsverfahrens wird eine seismische Masse mittels mindestens einer ersten Federeinrichtung derart an und/oder in einer Halterung angebunden, dass, während die mindestens eine Federkraft der mindestens einen ersten Federeinrichtung die seismische Masse in ihre Ausgangsstellung drück und/oder zieht, die seismische Masse aus ihrer Ausgangsstellung in Bezug zu der Halterung verstellbar und/oder verkippbar ist. Außerdem wird als zuvor, gleichzeitig, zeitlich überschneidend oder danach ausgeführter Verfahrensschritt S2 eine Anschlag- und/oder Stoppstruktur derart beabstandet von der in ihrer Ausgangsstellung vorliegenden seismischen Masse an und/oder in der Halterung ausgebildet, dass die Anschlag- und/oder Stoppstruktur eine Verstell- und/oder Verkippbewegung der seismischen Masse räumlich begrenzt. Da die Anschlag- und/oder Stoppstruktur über mindestens eine zweite Federeinrichtung derart an und/oder in der Halterung angebunden wird, dass die Anschlag- und/oder Stoppstruktur in Bezug zu der Halterung verstellbar und/oder verkippbar ist, sind bei einem mittels des hier beschriebenen Herstellungsverfahrens hergestellten mikromechanischen Bauteil die Vorteile der „federnden Anbindung“ der Anschlag- und/oder Stoppstruktur an und/oder in einer Halterung realisiert.
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Das oben beschriebene Herstellungsverfahren ist vergleichsweise einfach und kostengünstig ausführbar. Beispielsweise können die mindestens eine zweite Federeinrichtung und evtl. auch mindestens eine Elektrode und/oder mindestens eine Leiterbahn aus einer dünnen „vergrabenen“ Polysiliziumschicht, welche auf/über einer Substratoberfläche eines Substrats abgeschieden ist, herausstrukturiert werden. Die seismische Masse, die Anschlag- und/oder Stoppstruktur, die mindestens eine erste Federeinrichtung und evtl. auch die mindestens eine dritte Federeinrichtung können aus einer Polysilizium-Funktionsschicht herausstrukturiert werden, welche auf einer die dünne vergrabene Polysiliziumschicht zumindest teilweise abdeckenden Opferschicht/Oxidschicht abgeschieden ist. Zur Freistellung der seismischen Masse, der mindestens einen ersten Federeinrichtung und evtl. der mindestens einen dritten Federeinrichtung kann die Opferschicht später entfernt wird. Das Herstellungsverfahren ist damit mittels relativ einfach ausführbarer Verfahrensschritte durchführbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017208370 A1 [0002]