DE102009001847B4

DE102009001847B4 - Micromechanical component, sensor device with a micromechanical component and method for operating a micromechanical component

Info

Publication number: DE102009001847B4
Application number: DE102009001847.6A
Authority: DE
Inventors: Matthias Maute
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-03-25
Filing date: 2009-03-25
Publication date: 2022-07-28
Anticipated expiration: 2029-03-26
Also published as: DE102009001847A1

Abstract

Mikromechanisches Bauteil mit:
einer Halterung (50);
einer ersten seismischen Masse (52x), welche über mindestens eine erste Feder verstellbar mit der Halterung (50) verbunden ist;
einer zweiten seismischen Masse (52y), welche über mindestens eine zweite Feder verstellbar mit der Halterung (50) verbunden ist; und
einer ersten Elektrode (54x) und einer zweiten Elektrode (54y), wobei die erste Elektrode (54x) und eine Teiloberfläche (58x) der ersten seismischen Masse (52x) als ein erster Kondensator (62x) und die zweite Elektrode (54y) und eine Teiloberfläche (58y) der zweiten seismischen Masse (52y) als ein zweiter Kondensator (62y) ausgebildet sind;
wobei je eine Kondensatorfläche (54x, 54y) des ersten Kondensators (62x) und des zweiten Kondensators (62y) an einen gemeinsamen ersten elektrischen Kontakt (C1) angekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass
das mikromechanische Bauteil eine dritte seismische Masse (52z), welche über mindestens eine dritte Feder verstellbar mit der Halterung (50) verbunden ist, und eine dritte Elektrode (54z) umfasst, wobei die dritte Elektrode (54z) und eine dritte Teiloberfläche (58z) der dritten seismischen Masse (52z) als ein dritter Kondensator (62z) ausgebildet sind, und wobei eine Kondensatorfläche (54z) des dritten Kondensators (62z) an den ersten elektrischen Kontakt (C1) angekoppelt ist.

Micromechanical component with:
a bracket (50);
a first seismic mass (52x) which is adjustably connected to the mount (50) via at least one first spring;
a second seismic mass (52y) which is adjustably connected to the mount (50) via at least one second spring; and
a first electrode (54x) and a second electrode (54y), wherein the first electrode (54x) and a partial surface (58x) of the first seismic mass (52x) as a first capacitor (62x) and the second electrode (54y) and a partial surface (58y) of the second seismic mass (52y) are formed as a second capacitor (62y);
one capacitor surface (54x, 54y) of each of the first capacitor (62x) and of the second capacitor (62y) being coupled to a common first electrical contact (C1), characterized in that
the micromechanical component comprises a third seismic mass (52z), which is adjustably connected to the mount (50) via at least one third spring, and a third electrode (54z), the third electrode (54z) and a third partial surface (58z) of the third seismic mass (52z) are formed as a third capacitor (62z), and wherein a capacitor surface (54z) of the third capacitor (62z) is coupled to the first electrical contact (C1).

Description

Die Erfindung betrifft ein mikromechanisches Bauteil und eine Sensorvorrichtung mit einem mikromechanischen Bauteil. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines mikromechanischen Bauteils.The invention relates to a micromechanical component and a sensor device with a micromechanical component. Furthermore, the invention relates to a method for operating a micromechanical component.

Stand der TechnikState of the art

1A bis C zeigen einen schematischen Aufbau und einen Teilschaltplan eines herkömmlichen Beschleunigungssensors und ein Teilphasendiagramm eines bekannten Verfahrens zum Betreiben des Beschleunigungssensors. 1A until C show a schematic structure and a partial circuit diagram of a conventional acceleration sensor and a partial phase diagram of a known method for operating the acceleration sensor.

Das in 1A schematisch dargestellte Substrat 10 des herkömmlichen Beschleunigungssensors weist drei seismische Massen 12x, 12y und 12z auf. Jede der drei seismischen Massen 12x, 12y und 12z ist über mindestens eine (nicht skizzierte) Feder so mit dem Substrat 10 verbunden, dass jede der drei seismischen Massen 12x, 12y und 12z entlang einer anderen Achse des Koordinatensystems in Bezug auf das Substrat 10 verstellbar ist.This in 1A Schematically illustrated substrate 10 of the conventional acceleration sensor has three seismic masses 12x, 12y and 12z. Each of the three seismic masses 12x, 12y and 12z is connected to the substrate 10 via at least one spring (not shown) in such a way that each of the three seismic masses 12x, 12y and 12z can be adjusted along a different axis of the coordinate system in relation to the substrate 10 is.

Zum Ermitteln einer Stellung und/oder einer Verstellbewegung der drei seismischen Massen 12x, 12y und 12z in Bezug auf das Substrat 10 sind benachbart zu jeder seismischen Masse 12x, 12y und 12z je zwei (nicht dargestellte) Elektroden unverstellbar/fest an dem Substrat 10 angeordnet. Zur genaueren Beschreibung der Funktion der insgesamt sechs Elektroden des Beschleunigungssensors wird auf die 1B verwiesen.To determine a position and/or an adjustment movement of the three seismic masses 12x, 12y and 12z in relation to the substrate 10, two electrodes (not shown) are arranged immovably/fixedly on the substrate 10 adjacent to each seismic mass 12x, 12y and 12z . For a more detailed description of the function of the total of six electrodes of the acceleration sensor, refer to 1B referred.

1B zeigt einen Teilschaltplan des Beschleunigungssensors für die seismische Masse 12y und der ihr zugeordneten Elektroden 14y und 16y. Der Gesamtschaltplan für alle drei seismischen Massen 12x, 12y und 12z des Beschleunigungssensors entspricht dem im Weiteren beschriebenen Teilschaltplan. 1B 12 shows a partial circuit diagram of seismic mass acceleration sensor 12y and associated electrodes 14y and 16y. The overall circuit diagram for all three seismic masses 12x, 12y and 12z of the acceleration sensor corresponds to the partial circuit diagram described below.

Die erste Elektrode 14y der seismischen Masse 12y bildet zusammen mit einer ersten Teiloberfläche 18y der seismischen Masse 12y einen ersten Kondensator 20y. Entsprechend bilden die zweite Elektrode 16y der seismischen Masse 12y und eine zweite Teiloberfläche 22y der seismischen Masse 12y einen zweiten Kondensator 24y. Eine Verstellbewegung der seismischen Masse 12y führt somit zu einer Änderung der Kapazitäten der Kondensatoren 20y und 24y, welche der seismischen Masse 12y zugeordnet sind.The first electrode 14y of the seismic mass 12y forms a first capacitor 20y together with a first partial surface 18y of the seismic mass 12y. Correspondingly, the second electrode 16y of the seismic mass 12y and a second partial surface 22y of the seismic mass 12y form a second capacitor 24y. An adjustment movement of the seismic mass 12y thus leads to a change in the capacitances of the capacitors 20y and 24y, which are assigned to the seismic mass 12y.

Die erste Elektrode 14y der seismischen Masse 12y ist an einen ersten Kontakt C1y angekoppelt. Ein zweiter Kontakt C2y ist mit der zweiten Elektrode 16y der seismischen Masse 12y verbunden. Die beiden Teiloberflächen 18y und 22y der seismischen Masse 12y sind an einen Eigenkontakt C0y angekoppelt. Über das Anlegen von Spannungen U1y und U2y zwischen den Kontakten C0y, C1y und C2y kann somit ein Stromfluss über die beiden Kondensatoren 20y und 24y generiert werden. Zusätzlich kann an dem Eigenkontakt C0y ein Ausgangspotential Vmy der seismischen Masse 12y abgegriffen werden.The first electrode 14y of the seismic mass 12y is coupled to a first contact Cly. A second contact C2y is connected to the second electrode 16y of the seismic mass 12y. The two partial surfaces 18y and 22y of the seismic mass 12y are coupled to an intrinsic contact C0y. A current flow can thus be generated via the two capacitors 20y and 24y by applying voltages U1y and U2y between the contacts C0y, C1y and C2y. In addition, an output potential Vmy of the seismic mass 12y can be tapped at the self-contact C0y.

Wie in 1A zu erkennen ist, weist der Beschleunigungssensor weitere Kontakte C0x, C1x, C2x, C0z, C1z und C2z für die beiden anderen seismischen Massen 12x und 12z auf. Zusätzlich ist auf dem Substrat 10 ein Substratkontakt CS angeordnet. Die Gesamtanzahl der auf dem Substrat 10 ausgebildeten (elektrischen) Kontakte C0x, C1x, C2x, C0y, C1y, C2y, C0z, C1z, C2z und CS liegt somit bei zehn.As in 1A As can be seen, the acceleration sensor has further contacts C0x, C1x, C2x, C0z, C1z and C2z for the other two seismic masses 12x and 12z. In addition, a substrate contact CS is arranged on the substrate 10 . The total number of (electrical) contacts C0x, C1x, C2x, C0y, C1y, C2y, C0z, C1z, C2z and CS formed on the substrate 10 is thus ten.

Die Stromstärke des generierten Stromflusses über die beiden Kondensatoren 20y und 24y hängt von den Kapazitäten der Kondensatoren 20y und 24y ab und ist über den Eigenkontakt C0y der seismischen Masse 12y bestimmbar. Über ein Auswerten der bestimmten Stromstärke des generierten Strömflusses über die beiden Kondensatoren 20y und 24y kann eine Stellung und/oder eine Verstellbewegung der seismischen Masse 12y in Bezug auf das Substrat 10, und damit eine in die y-Richtung gerichtete Beschleunigung der seismischen Masse 12y festgelegt werden. Da Auswerteverfahren zum Festlegen der in die y-Richtung gerichteten Beschleunigung des Beschleunigungssensors aus dem Stand der Technik bekannt sind, wird hier nicht genauer darauf eingegangen.The current strength of the current flow generated across the two capacitors 20y and 24y depends on the capacitances of the capacitors 20y and 24y and can be determined via the intrinsic contact C0y of the seismic mass 12y. A position and/or an adjustment movement of the seismic mass 12y in relation to the substrate 10, and thus an acceleration of the seismic mass 12y directed in the y-direction, can be determined by evaluating the determined current strength of the current flow generated via the two capacitors 20y and 24y will. Since evaluation methods for determining the acceleration of the acceleration sensor directed in the y-direction are known from the prior art, they will not be discussed in more detail here.

1C zeigt ein Teilphasendiagramm eines bekannten Verfahrens zum Betreiben des Beschleunigungssensors mit den seismischen Massen 12x, 12y und 12z. Die Taktschemen der seismischen Massen 12x und 12z entsprechen den folgenden Erläuterungen. 1C shows a partial phase diagram of a known method for operating the acceleration sensor with the seismic masses 12x, 12y and 12z. The clock schemes of the seismic masses 12x and 12z correspond to the following explanations.

Vor einem Ausführen einer Taktperiode 26 mit den Phasen 28 bis 34 wird in einer vorhergehenden Taktperiode das schon beschriebene Ausgangspotential Vmy ermittelt. Zu Beginn der neuen Taktperiode 26 wird in einer ersten Zwischenphase 28 das ermittelte Ausgangspotential Vmy an die Kontakte C0y, C1y und C2y angelegt.Before a clock period 26 with the phases 28 to 34 is carried out, the already described output potential Vmy is determined in a preceding clock period. At the beginning of the new clock period 26, in a first intermediate phase 28, the determined output potential Vmy is applied to the contacts C0y, C1y and C2y.

Während einer nachfolgenden Messphase 30 wird an die erste Elektrode 14y der seismischen Masse 12y über den ersten Kontakt C1y ein Betriebspotential VB angelegt. Die zweite Elektrode 16y der seismischen Masse 12y wird über das an den zweiten Kontakt C2y angelegte Grundpotential V0 auf Masse gelegt. Gleichzeitig kann über den Eigenkontakt C0y ein neuer Wert für das Ausgangspotential Vmy festgelegt und der Stromfluss über die Kondensatoren 20y und 24y ermittelt werden.During a subsequent measurement phase 30, an operating potential VB is applied to the first electrode 14y of the seismic mass 12y via the first contact C1y. The second electrode 16y of the seismic mass 12y is grounded via the ground potential V0 applied to the second contact C2y. At the same time, a new value for the output can be set via the intrinsic contact C0y potential Vmy can be determined and the current flow across the capacitors 20y and 24y can be determined.

In einer zweiten Zwischenphase 32 wird das Ausgangspotential Vmy an alle Kontakte C0y, C1y und C2y angelegt. Danach erfolgt eine Kompensationsphase 34, während welcher eine zuvor in der Messphase 30 auf die seismische Masse 12y ausgeübte Kraft kompensiert wird. Dazu wird an den ersten Kontakt C1y das Grundpotential V0, an den zweiten Kontakt C2y das Betriebspotential VB und an den Eigenkontakt COy die Differenz zwischen der Summe V0+VB aus Grundpotential V0 und dem Betriebspotential VB und dem Ausgangspotential Vmy angelegt.In a second intermediate phase 32, the output potential Vmy is applied to all contacts C0y, C1y and C2y. This is followed by a compensation phase 34, during which a force previously exerted on the seismic mass 12y in the measurement phase 30 is compensated. For this purpose, the ground potential V0 is applied to the first contact C1y, the operating potential VB to the second contact C2y and the difference between the sum V0+VB of the ground potential V0 and the operating potential VB and the output potential Vmy is applied to the self-contact COy.

Bei einer Sensorvorrichtung, wie dem anhand der 1A bis 1C erläuterten Beschleunigungssensor, ist eine geringe Größe vorteilhaft. Es ist deshalb wünschenswert, über eine Möglichkeit zum Verkleinern einer Sensorvorrichtung mit seismischen Massen zu verfügen.In a sensor device, like the one based on FIG 1A until 1C explained acceleration sensor, a small size is advantageous. It is therefore desirable to have a way to downsize a seismic mass sensor device.

Die US 2008 / 0 011 080 A1 beschreibt einen mikromechanischen Inertialsensor, welcher eine erste seismische Masse, eine zweite seismische Masse, erste fixierte Elektroden und zweite fixierte Elektroden aufweist. Die ersten fixierten Elektroden und Teiloberflächen der ersten seismischen Masse bilden einen ersten Kondensator, während die zweiten fixierten Elektroden und Teiloberflächen der zweiten seismischen Masse als ein zweiter Kondensator ausgebildet sind. Außerdem sind die ersten fixierten Elektroden und die zweiten fixierten Elektroden alle an den gleichen ersten Kontakt elektrisch angebunden. Die erste seismische Masse und die zweite seismische Masse sind an einen zweiten Kontakt elektrisch angebunden.the U.S. 2008/0 011 080 A1 describes a micromechanical inertial sensor having a first seismic mass, a second seismic mass, first fixed electrodes and second fixed electrodes. The first fixed electrodes and partial surfaces of the first seismic mass form a first capacitor, while the second fixed electrodes and partial surfaces of the second seismic mass are formed as a second capacitor. In addition, the first fixed electrodes and the second fixed electrodes are all electrically connected to the same first contact. The first seismic mass and the second seismic mass are electrically connected to a second contact.

Entsprechende mikromechanische Vorrichtungen sind auch in der US 2008 / 0 314 147 A1 , der DE 198 44 686 A1 , der DE 198 10 534 A1 , der DE 10 2006 058 746 A1 und in der EP 2 110 672 A1 offenbart.Corresponding micromechanical devices are also in the U.S. 2008/0 314 147 A1 , the DE 198 44 686 A1 , the DE 198 10 534 A1 , the DE 10 2006 058 746 A1 and in the EP 2 110 672 A1 disclosed.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Die Erfindung schafft ein mikromechanisches Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Sensorvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 5 und ein Verfahren zum Betreiben eines mikromechanischen Bauteils mit den Merkmalen des Anspruchs 7.The invention creates a micromechanical component with the features of claim 1, a sensor device with the features of claim 5 and a method for operating a micromechanical component with the features of claim 7.

Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die vergleichsweise große Anzahl von elektrischen Kontakten eines herkömmlichen mikromechanischen Bauteils dessen Größe signifikant steigert und seiner Verkleinerung entgegen wirkt. Selbst wenn die seismischen Massen kleiner ausgebildet werden, so führt dies beim Stand der Technik in der Regel nicht zu einer Verkleinerung des mikromechanischen Bauteils, da die Anzahl der an einer Kontaktierseite angeordneten elektrischen Kontakte und deren Größe eine Mindestseitenlänge der Kontaktierseite festlegen. Weisen die elektrischen Kontakte beispielsweise Bondpads auf, so ist die Mindestseitenlänge der Kontaktierseite häufig durch die Anzahl, die Größe und den Pitch der daran angeordneten Bondpads definiert.The present invention is based on the finding that the comparatively large number of electrical contacts in a conventional micromechanical component significantly increases its size and counteracts its reduction in size. In the prior art, even if the seismic masses are made smaller, this generally does not lead to a reduction in the size of the micromechanical component, since the number of electrical contacts arranged on a contact side and their size define a minimum side length of the contact side. If the electrical contacts have bond pads, for example, then the minimum side length of the contact side is often defined by the number, the size and the pitch of the bond pads arranged thereon.

Das erfindungsgemäße mikromechanische Bauteil und das entsprechende Verfahren zum Betreiben eines mikromechanischen Bauteils bieten die Möglichkeit, die Anzahl der elektrischen Kontakte gegenüber der Anzahl der seismischen Massen zu reduzieren. Dadurch, dass je eine Kondensatorfläche des ersten Kondensators und des zweiten Kondensators an einen gemeinsamen ersten elektrischen Kontakt angekoppelt sind, ist ein Potential an die betreffenden Kondensatorflächen über den gemeinsamen ersten Kontakt gleichzeitig anlegbar. Die Verwendung von zwei einzelnen Kontakten für das Anlegen des Potentials wird überflüssig. Entsprechend kann das gleichzeitige Anlegen des gleichen Betriebspotentials an je eine Kondensatorfläche des ersten Kondensators und des zweiten Kondensators während der Messphase über einen gemeinsamen ersten Kontakt, welcher zwei einzelne Kontakte ersetzt, erfolgen.The micromechanical component according to the invention and the corresponding method for operating a micromechanical component offer the possibility of reducing the number of electrical contacts compared to the number of seismic masses. Since one capacitor surface each of the first capacitor and of the second capacitor is coupled to a common first electrical contact, a potential can be applied to the relevant capacitor surfaces via the common first contact at the same time. The use of two individual contacts for applying the potential becomes superfluous. Accordingly, the same operating potential can be applied simultaneously to one capacitor surface each of the first capacitor and the second capacitor during the measurement phase via a common first contact, which replaces two individual contacts.

Über die Reduzierung der Anzahl der an dem mikromechanischen Bauteil angeordneten Kontakte ist eine Verkleinerung des mikromechanischen Bauteils realisierbar. Als Folge wird auch die Anzahl der Bondloops und der damit verbundene Aufwand für die Aufbau- und Verbindungstechnik reduziert. Zusätzlich ist das kleinere mikromechanische Bauteil leichter in ein Gerät, beispielsweise in eine Sensoreinrichtung, einsetzbar. Des Weiteren kann das kleinere mikromechanische Bauteil auf einem kostengünstigeren Chip, beispielweise auf einem MEMS-Chip (Micro-Electro-Mechanical System), ausgebildet werden.The micromechanical component can be made smaller by reducing the number of contacts arranged on the micromechanical component. As a result, the number of bond loops and the associated outlay for assembly and connection technology is also reduced. In addition, the smaller micromechanical component can be used more easily in a device, for example in a sensor device. Furthermore, the smaller micromechanical component can be formed on a less expensive chip, for example on a MEMS chip (Micro-Electro-Mechanical System).

Weil das mikromechanische Bauteil außerdem eine dritte seismische Masse umfasst, welche über mindestens eine dritte Feder verstellbar mit der Halterung verbunden ist, und eine dritte Elektrode, wobei die dritte Elektrode und eine dritte Teiloberfläche der dritten seismischen Masse als ein dritter Kondensator ausgebildet sind, und wobei eine Kondensatorfläche des dritten Kondensators an den ersten elektrischen Kontakt angekoppelt ist ersetzt der erste elektrische Kontakt ersetzt drei einzelne Kontakte.Because the micromechanical component also comprises a third seismic mass, which is adjustably connected to the mount via at least one third spring, and a third electrode, the third electrode and a third partial surface of the third seismic mass being designed as a third capacitor, and wherein a capacitor surface of the third capacitor is coupled to the first electrical contact replaces the first electrical contact replaces three individual contacts.

Vorzugsweise sind mindestens zwei der Elektroden an den ersten elektrischen Kontakt angekoppelt, und jede Teiloberfläche der mindestens zwei seismischen Massen ist an einen elektrischen Eigenkontakt der zugehörigen seismischen Masse angekoppelt. Dieses Ankoppelmodell ist einfach ausführbar.Preferably, at least two of the electrodes are coupled to the first electrical contact, and each partial surface of the at least two seismic masses is coupled to an electrical self-contact of the associated seismic mass. This coupling model is easy to implement.

Als Alternative dazu ist es auch möglich, die Teiloberflächen der mindestens zwei seismischen Massen an den gemeinsamen ersten elektrischen Kontakt anzukoppeln. In diesem Falle wird jede der mindestens zwei Elektroden mit einem elektrischen Eigenkontakt ausgestattet.As an alternative to this, it is also possible to couple the partial surfaces of the at least two seismic masses to the common first electrical contact. In this case, each of the at least two electrodes is equipped with an electrical self-contact.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist an mindestens zwei seismischen Massen der mindestens zwei seismischen Massen je eine weitere Elektrode angeordnet, welche mit einer weiteren Teiloberfläche der zugehörigen seismischen Masse als weiterer Kondensator ausgebildet ist, wobei jede weitere Teiloberfläche an den elektrischen Eigenkontakt der zugehörigen seismischen Masse angekoppelt ist, und wobei die mindestens zwei weiteren Elektroden an einen gemeinsamen zweiten elektrischen Kontakt angekoppelt sind. Das differenzkapazitive Messprinzip ist somit auf diese Ausführungsform anwendbar. Ein weiterer Vorteil ist die im Vergleich zur Gesamtzahl der seismischen Massen und der Elektroden reduzierte Anzahl der elektrischen Kontakte.In a preferred embodiment, a further electrode is arranged on at least two seismic masses of the at least two seismic masses, which is formed with a further partial surface of the associated seismic mass as a further capacitor, with each further partial surface being coupled to the electrical intrinsic contact of the associated seismic mass , and wherein the at least two further electrodes are coupled to a common second electrical contact. The differential capacitive measuring principle can thus be applied to this embodiment. Another advantage is the reduced number of electrical contacts compared to the total number of seismic masses and electrodes.

Beispielsweise weist ein herkömmlicher Beschleunigungssensor zum Detektieren einer Beschleunigung in alle drei Raumrichtungen für jede zu detektierende Beschleunigungsrichtung je drei elektrische Kontakte auf. Über die vorliegende Erfindung können die nach dem Stand der Technik benötigten neun elektrischen Kontakte durch fünf elektrische Kontakte, an welche die drei seismischen Massen und die sechs Elektroden angekoppelt sind, ersetzt werden.For example, a conventional acceleration sensor for detecting an acceleration in all three spatial directions has three electrical contacts for each direction of acceleration to be detected. With the present invention, the nine electrical contacts required according to the prior art can be replaced by five electrical contacts to which the three seismic masses and the six electrodes are coupled.

Vorzugsweise ist die Halterung aus einem Substrat herausstrukturiert und der erste elektrische Kontakt, der zweite elektrische Kontakt und die mindestens zwei Eigenkontakte umfassen je einen Bondpad. Da bei einer derartigen Ausbildungsform die Anzahl der benötigten elektrischen Kontakte gegenüber dem Stand der Technik deutlich reduziert ist, werden weniger Bondpads benötigt. Deshalb ist der Platzbedarf der Bondpads gegenüber dem Stand der Technik reduziert. Somit lassen sich die elektrischen Kontakte mit den Bondpads über Standardverfahren einfach und kostengünstig herstellen, wobei gleichzeitig die Größe des mikromechanischen Bauteils, insbesondere seine Mindestseitenlänge, reduzierbar ist. Die Reduzierung der Gesamtfläche des Chips, beispielsweise des MEMS-Chips (Micro-Electro-Mechanical System), reduziert die Kosten für den Chip.The holder is preferably structured out of a substrate and the first electrical contact, the second electrical contact and the at least two internal contacts each comprise a bonding pad. Since the number of required electrical contacts is significantly reduced compared to the prior art in such an embodiment, fewer bond pads are required. The space requirement of the bond pads is therefore reduced compared to the prior art. The electrical contacts with the bond pads can thus be produced simply and inexpensively using standard methods, with the size of the micromechanical component, in particular its minimum side length, being able to be reduced at the same time. Reducing the overall area of the chip, such as the MEMS (Micro-Electro-Mechanical System) chip, reduces the cost of the chip.

Des Weiteren kann die Anzahl der benötigten elektrischen Kontakte gegenüber dem Stand der Technik so stark reduziert werden, dass die Seitenlänge des Chips nicht mehr durch die Anzahl und die Größe der Bondpads festgelegt wird. Die vorliegende Erfindung ist daher besonders für ein Zusammenwirken mit neuen Technologien, welche eine Reduktion der seismischen Massen ermöglichen, geeignet.Furthermore, the number of electrical contacts required can be reduced so much compared to the prior art that the side length of the chip is no longer determined by the number and size of the bonding pads. The present invention is therefore particularly suitable for cooperating with new technologies that allow seismic masses to be reduced.

Die in den oberen Absätzen beschriebenen Vorteile sind auch bei einer entsprechenden Sensorvorrichtung gewährleistet.The advantages described in the paragraphs above are also guaranteed with a corresponding sensor device.

Die Sensorvorrichtung kann insbesondere als Beschleunigungssensor ausgebildet sein, wobei die erste seismische Masse entlang einer ersten Achse in Bezug auf die Halterung verstellbar ist und die zweite seismische Masse entlang einer zu der ersten Achse nicht-parallel ausgerichteten zweiten Achse in Bezug auf die Halterung verstellbar ist, und wobei die Steuer- und Auswerteeinrichtung dazu ausgelegt ist, unter Berücksichtigung des ermittelten ersten Stromflusses als erste Information eine Beschleunigung der Sensorvorrichtung entlang der ersten Achse und unter Berücksichtigung des zweiten Stromflusses als zweite Information eine Beschleunigung der Sensorvorrichtung entlang der zweiten Achse festzulegen. Die vorliegende Erfindung kann somit dazu beitragen, einen kostengünstigen Beschleunigungssensor mit einer reduzierten Größe herzustellen.The sensor device can in particular be designed as an acceleration sensor, the first seismic mass being adjustable along a first axis in relation to the holder and the second seismic mass being adjustable along a second axis not aligned parallel to the first axis in relation to the holder, and wherein the control and evaluation device is designed to specify an acceleration of the sensor device along the first axis as first information, taking into account the first current flow determined, and an acceleration of the sensor device along the second axis as second information, taking into account the second current flow. The present invention can thus contribute to manufacturing an inexpensive acceleration sensor with a reduced size.

Die beschriebenen Vorteile sind auch durch ein korrespondierendes Verfahren zum Betreiben des mikromechanischen Bauteils realisierbar.The advantages described can also be realized by a corresponding method for operating the micromechanical component.

Insbesondere werden während der Messphase das gleiche Betriebspotential an die erste Elektrode und die zweite Elektrode, ein Grundpotential an zwei weitere Elektroden, wobei jede der zwei weiteren mit einer weiteren Teiloberfläche der zugehörigen seismischen Masse als weiterer Kondensator ausgebildet ist, ein erstes Ausgangspotential an die Teiloberfläche und die weitere Teiloberfläche der ersten seismischen Masse und ein zweites Ausgangspotential an die Teiloberfläche und die weitere Teiloberfläche der zweiten seismischen Masse angelegt. Somit ist das differenzkapazitive Messprinzip auch auf das erfindungsgemäße Verfahren anwendbar.In particular, during the measurement phase, the same operating potential is applied to the first electrode and the second electrode, a ground potential to two additional electrodes, each of the two additional ones being designed as an additional capacitor with an additional partial surface of the associated seismic mass, a first output potential to the partial surface and the further partial surface of the first seismic mass and a second output potential is applied to the partial surface and the further partial surface of the second seismic mass. Thus, the differential capacitive measuring principle can also be applied to the method according to the invention.

In einer vorteilhaften Weiterbildung wird während einer Zwischenphase an die beiden Kondensatorflächen eines jeden Kondensators der mindestens zwei Kondensatoren des mikromechanischen Bauteils ein Zwischenpotential angelegt. Dies ermöglicht einen vorteilhaften Betrieb des über das Verfahren betriebenen mikromechanischen Bauteils. Das Zwischenpotential kann ein während des Betriebs konstanter Wert sein. Beispielsweise kann das Zwischenpotential die Hälfte des Betriebspotentials sein.In an advantageous development, an intermediate potential is applied to the two capacitor surfaces of each capacitor of the at least two capacitors of the micromechanical component during an intermediate phase. This enables advantageous operation of the micromechanical component operated via the method. The intermediate potential can con during operation be of constant value. For example, the intermediate potential can be half the operating potential.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform werden während einer Kompensationsphase das Grundpotential an die erste Elektrode und die zweite Elektrode, das Betriebspotential an die zwei weiteren Elektroden, eine Differenz zwischen der Summe aus dem Grundpotential und dem Betriebspotential und dem ersten Ausgangspotential an die Teiloberfläche und die weitere Teiloberfläche der ersten seismischen Masse und eine Differenz zwischen der Summe aus dem Grundpotential und dem Betriebspotential und dem zweiten Ausgangspotential an die Teiloberfläche und die weitere Teiloberfläche der zweiten seismischen Masse angelegt. Durch das Ausführen der Kompensationsphase kann eine während der Messphase auf die mindestens zwei seismischen Massen ausgeübte Kraft kompensiert werden. Das Ausführen der Messphase führt somit nicht zu einem signifikanten Verändern der Stellungen der mindestens zwei seismischen Massen.In a further advantageous embodiment, during a compensation phase, the ground potential at the first electrode and the second electrode, the operating potential at the two further electrodes, a difference between the sum of the ground potential and the operating potential and the first output potential at the partial surface and the further partial surface of the first seismic mass and a difference between the sum of the ground potential and the operating potential and the second output potential are applied to the partial surface and the further partial surface of the second seismic mass. By executing the compensation phase, a force exerted on the at least two seismic masses during the measurement phase can be compensated for. Carrying out the measurement phase therefore does not lead to a significant change in the positions of the at least two seismic masses.

Das in den oberen Absätzen beschriebene Verfahren ist auch auf ein mikromechanisches Bauteil mit mindestens drei seismischen Massen anwendbar.The method described in the paragraphs above can also be applied to a micromechanical component with at least three seismic masses.

Die beschriebenen Verfahrensschritte können auch von der Steuer- und Auswerteeinrichtung einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung ausgeführt werden. Da der Aufbau und die Funktionsweise der Steuer- und Auswerteeinrichtung für einen Fachmann anhand der beschriebenen Verfahrensschritte nahegelegt sind, wird nicht darauf eingegangen.The method steps described can also be carried out by the control and evaluation device of a sensor device according to the invention. Since the structure and the mode of operation of the control and evaluation device are obvious to a person skilled in the art based on the method steps described, they will not be discussed.

Figurenlistecharacter list

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figur erläutert. Es zeigen:

1A bis C einen schematischen Aufbau und einen Teilschaltplan eines herkömmlichen Beschleunigungssensors und ein Teilphasendiagramm eines bekannten Verfahrens zum Betreiben des Beschleunigungssensors;
2A und 2B einen schematischen Aufbau und ein Schaltbild zum Darstellen einer Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils; und
3 ein Teilphasendiagramm zum Darstellen einer Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben eines mikromechanischen Bauteils.

Further features and advantages of the present invention are explained below with reference to the figure. Show it:

1A until C a schematic structure and a partial circuit diagram of a conventional acceleration sensor and a partial phase diagram of a known method for operating the acceleration sensor;
2A and 2 B a schematic structure and a circuit diagram for representing an embodiment of the micromechanical component; and
3 a partial phase diagram for representing an embodiment of the method for operating a micromechanical component.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

2A und 2B zeigen einen schematischen Aufbau und ein Schaltbild zum Darstellen einer Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils. 2A and 2 B show a schematic structure and a circuit diagram for representing an embodiment of the micromechanical component.

Das in 2A schematisch dargestellte mikromechanische Bauteil umfasst eine Halterung 50, an welcher drei seismische Massen 52x, 52y und 52z angeordnet sind. Jede der drei seismischen Massen 52x, 52y und 52z ist über mindestens eine (nicht dargestellte) zugehörige Feder so mit der Halterung 50 verbunden, dass jede der drei seismischen Massen 52x, 52y und 52z entlang einer anderen Achse des Koordinatensystems in Bezug auf die Halterung 50 verstellbar ist. Bei der dargestellten Ausführungsform ist die erste seismischen Masse 52x entlang der x-Achse, die zweite seismische Masse 52y entlang der y-Achse und die dritte seismische Masse 52z entlang der z-Achse verstellbar.This in 2A The micromechanical component shown schematically includes a holder 50 on which three seismic masses 52x, 52y and 52z are arranged. Each of the three seismic masses 52x, 52y and 52z is connected to the mount 50 via at least one associated spring (not shown) such that each of the three seismic masses 52x, 52y and 52z move along a different axis of the coordinate system with respect to the mount 50 is adjustable. In the illustrated embodiment, the first seismic mass 52x is adjustable along the x-axis, the second seismic mass 52y is adjustable along the y-axis, and the third seismic mass 52z is adjustable along the z-axis.

Es wird hier darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf ein mikromechanisches Bauteil beschränkt ist, dessen drei seismischen Massen 52x, 52y und 52z in drei verschiedene, zueinander orthogonale Raumrichtungen verstellbar sind. Die im Weiteren beschriebenen Vorteile ergeben sich auch bei einer Ausbildungsform mit nur zwei seismischen Massen oder mit mehr als drei seismischen Massen. Ebenso können mindestens zwei der seismischen Massen des mikromechanischen Bauteils entlang zueinander parallel ausgerichteter Achsen in Bezug auf die Halterung 50 verstellbar sein. Des Weiteren können zwei der seismischen Massen entlang von Achsen verstellbar sein, die einen Winkel zwischen 0° und 90° einschließen. Mindestens eine der seismischen Massen kann auch so an der Halterung 50 angebracht sein, dass die mindestens eine seismische Masse in Bezug auf die Halterung 50 drehbar/verkippbar ist.It is pointed out here that the present invention is not limited to a micromechanical component whose three seismic masses 52x, 52y and 52z can be adjusted in three different spatial directions that are orthogonal to one another. The advantages described below also result in an embodiment with only two seismic masses or with more than three seismic masses. Likewise, at least two of the seismic masses of the micromechanical component can be adjustable in relation to the holder 50 along axes aligned parallel to one another. Furthermore, two of the seismic masses can be adjustable along axes that enclose an angle between 0° and 90°. At least one of the seismic masses can also be attached to the mount 50 in such a way that the at least one seismic mass can be rotated/tilted in relation to the mount 50 .

In 2B ist das Schaltbild des mikromechanischen Bauteils dargestellt. Benachbart zu jeder der drei seismischen Massen 52x, 52y und 52z sind je zwei (in 1A nicht skizzierte) Elektroden 54x, 54y, 54z, 56x, 56y und 56z unverstellbar/fest mit dem Substrat verbunden. Jede der insgesamt sechs Elektroden 54x, 54y, 54z, 56x, 56y und 56z bildet mit einer Teiloberfläche 58x, 58y, 58z, 60x, 60y und 60z der zugehörigen seismischen Masse 52x, 52y oder 52z einen Kondensator 62x, 62y, 62z, 64x, 64y oder 64z. Der ersten seismischen Masse 52x ist ein erster Kondensator 62x aus einer der seismischen Masse 52x zugeordneten ersten Elektrode 54x und einer ersten Teiloberfläche 58x der ersten seismischen Masse 52x und ein zweiter Kondensator 64x aus einer der seismischen Masse 52x zugeordneten zweiten Elektrode 56x und einer zweiten Teiloberfläche 60x der ersten seismischen Masse 52x zugeordnet. Entsprechend ist für die zweite seismische Masse 52y ein erster Kondensator 62y aus einer der seismischen Masse 52y zugeordneten ersten Elektrode 54y und einer ersten Teiloberfläche 58y der zweiten seismischen Masse 52y und ein zweiter Kondensator 64y aus einer der seismischen Masse 52y zugeordneten zweiten Elektrode 56y und einer zweiten Teiloberfläche 60y der zweiten seismischen Masse 52y an der Halterung 50 ausgebildet. Des Weiteren weist die Halterung 50 für die dritte seismische Masse 52z einen ersten Kondensator 62z aus einer der seismischen Masse 52z zugeordneten ersten Elektrode 54z und einer ersten Teiloberfläche 58z der dritten seismischen Masse 52z und einen zweiten Kondensator 64z aus einer der seismischen Masse 52z zugeordneten zweiten Elektrode 56z und einer zweiten Teiloberfläche 60z der dritten seismischen Masse 52z auf.In 2 B shows the circuit diagram of the micromechanical component. Adjacent to each of the three seismic masses 52x, 52y and 52z are two (in 1A not sketched) Electrodes 54x, 54y, 54z, 56x, 56y and 56z non-adjustable/firmly connected to the substrate. Each of the six electrodes 54x, 54y, 54z, 56x, 56y and 56z forms a capacitor 62x, 62y, 62z, 64x with a partial surface 58x, 58y, 58z, 60x, 60y and 60z of the associated seismic mass 52x, 52y or 52z. 64y or 64z. The first seismic mass 52x is a first capacitor 62x composed of a first electrode 54x assigned to seismic mass 52x and a first partial surface 58x of the first seismic mass 52x and a second capacitor 64x composed of a second electrode 56x assigned to seismic mass 52x and a second partial surface 60x assigned to the first seismic mass 52x. Correspondingly, for the second seismic mass 52y, there is a first capacitor 62y composed of a first electrode 54y assigned to the seismic mass 52y and a first part surface 58y of the second seismic mass 52y and a second capacitor 64y from a second electrode 56y associated with the seismic mass 52y and a second partial surface 60y of the second seismic mass 52y on the mount 50 . Furthermore, the holder 50 for the third seismic mass 52z has a first capacitor 62z composed of a first electrode 54z assigned to the seismic mass 52z and a first partial surface 58z of the third seismic mass 52z and a second capacitor 64z composed of a second electrode assigned to the seismic mass 52z 56z and a second partial surface 60z of the third seismic mass 52z.

Die Kapazitäten der Kondensatoren 62x und 64x, welche der ersten seismischen Masse 52x zugeordnet sind, hängen von der Stellung der seismischen Masse 52x ab. Entsprechend sind die Kapazitäten der Kondensatoren 62y und 64y abhängig von einer Stellung der zweiten seismischen Masse 52y und die Kapazitäten der Kondensatoren 62z und 64z abhängig von einer Stellung der dritten seismischen Masse 52z.The capacitances of the capacitors 62x and 64x associated with the first seismic mass 52x depend on the position of the seismic mass 52x. Correspondingly, the capacitances of the capacitors 62y and 64y are dependent on a position of the second seismic mass 52y and the capacitances of the capacitors 62z and 64z are dependent on a position of the third seismic mass 52z.

Die der ersten seismischen Masse 52x zugeordnete erste Elektrode 54x, die der zweiten seismischen Masse 52y zugeordnete ersten Elektrode 54y und die der dritten seismischen Masse 52z zugeordnete ersten Elektrode 54z sind an einem gemeinsamen ersten Kontakt C1 angekoppelt. Somit ist über den ersten Kontakt C1 ein erstes Potential gleichzeitig an die der ersten seismischen Masse 52x zugeordnete erste Elektrode 54x, die der zweiten seismischen Masse 52y zugeordnete ersten Elektrode 54y und die der dritten seismischen Masse 52z zugeordnete ersten Elektrode 54z anlegbar. Entsprechend sind die der ersten seismischen Masse 52x zugeordnete zweite Elektrode 56x, die der zweiten seismischen Masse 52y zugeordnete zweite Elektrode 56y und die der dritten seismischen Masse 52z zugeordnete zweite Elektrode 56z an einen gemeinsamen zweiten Kontakt C2 angekoppelt. Deshalb kann über den zweiten Kontakt C2 ein zweites Potential gleichzeitig an die der ersten seismischen Masse 52x zugeordnete zweite Elektrode 56x, die der zweiten seismischen Masse 52y zugeordnete zweite Elektrode 56y und die der dritten seismischen Masse 52z zugeordnete zweite Elektrode 56z angelegt werden.The first electrode 54x associated with the first seismic mass 52x, the first electrode 54y associated with the second seismic mass 52y, and the first electrode 54z associated with the third seismic mass 52z are coupled to a common first contact C1. A first potential can thus be applied simultaneously via the first contact C1 to the first electrode 54x associated with the first seismic mass 52x, the first electrode 54y associated with the second seismic mass 52y and the first electrode 54z associated with the third seismic mass 52z. Correspondingly, the second electrode 56x assigned to the first seismic mass 52x, the second electrode 56y assigned to the second seismic mass 52y and the second electrode 56z assigned to the third seismic mass 52z are coupled to a common second contact C2. A second potential can therefore be applied simultaneously to the second electrode 56x associated with the first seismic mass 52x, the second electrode 56y associated with the second seismic mass 52y and the second electrode 56z associated with the third seismic mass 52z via the second contact C2.

Des Weiteren weist jede der drei seismischen Massen 52x, 52y und 52z einen Eigenkontakt C0x, C0y und C0z auf, an welchen die Teiloberflächen 58x, 58y, 58z, 60x, 60y und 60z der Kondensatoren 62x, 62y, 62z, 64x, 64y und 64z angekoppelt sind. Über den Eigenkontakt C0x kann ein Potential an die Teiloberflächen 58x und 60x der ersten seismischen Masse 52x angelegt werden. Zusätzlich kann an dem Eigenkontakt COx ein über die Kondensatoren 62x und 64x fließender Stromfluss ermittelt werden und/oder ein an der ersten seismischen Masse 52x anliegendes Potential als Ausgangspotential Vmx abgegriffen werden. Entsprechend ist der Eigenkontakt COy zum Anlegen eines Potentials an die Teiloberflächen 58y und 60y der zweiten seismischen Masse 52y, zum Bestimmen eines Stromflusses über die Kondensatoren 62y und 64y und zum Abreifen eines an der zweiten seismischen Masse 52y anliegenden Potentials als Ausgangspotential Vmy ausgelegt. Des Weiteren kann über den Eigenkontakt COz ein Potential an die Teiloberflächen 58z und 60z der dritten seismischen Masse 52z angelegt, ein Stromfluss über die beiden Kondensatoren 62z und 64z ermittelt und/oder ein an der dritten seismischen Masse 52z anliegendes Potential als Ausgangspotential Vmz festgelegt werden.Furthermore, each of the three seismic masses 52x, 52y and 52z has an intrinsic contact C0x, C0y and C0z, on which the partial surfaces 58x, 58y, 58z, 60x, 60y and 60z of the capacitors 62x, 62y, 62z, 64x, 64y and 64z are coupled. A potential can be applied to the partial surfaces 58x and 60x of the first seismic mass 52x via the self-contact C0x. In addition, a current flow flowing via the capacitors 62x and 64x can be determined at the self-contact COx and/or a potential present at the first seismic mass 52x can be tapped off as the output potential Vmx. Correspondingly, the self-contact COy is designed to apply a potential to the partial surfaces 58y and 60y of the second seismic mass 52y, to determine a current flow via the capacitors 62y and 64y and to tap a potential present at the second seismic mass 52y as the output potential Vmy. Furthermore, a potential can be applied to the partial surfaces 58z and 60z of the third seismic mass 52z via the self-contact COz, a current flow can be determined via the two capacitors 62z and 64z and/or a potential present at the third seismic mass 52z can be defined as the output potential Vmz.

Das mikromechanische Bauteil umfasst somit die Kontakte C1 und C2 und die Eigenkontakte COx, COy und COz. Zusätzlich weist das mikromechanische Bauteil noch einen Substratkontakt CS auf. Die Anzahl der an der Halterung 50 an-, geordneten Kontakte C1, C2, C0x, C0y, COz und CS des mikromechanischen Bauteils liegt somit bei sechs. Durch die Reduzierung der Anzahl der Kontakte C1, C2, C0x, C0y, C0z und CS auf 6 in Vergleich zu der herkömmlichen Anzahl von 10 Kontakten eines gattungsgemäßen mikromechanischen Bauteils ist eine Mindestlänge einer Kontaktierseite 66, auf welcher die Kontakte C1, C2, C0x, C0y, C0z und CS angeordnet sind, auf 60% der herkömmlichen Mindestlänge reduzierbar. Zusätzlich ist die Gesamtfläche des mikromechanischen Bauteils signifikant gegenüber dem Stand der Technik reduzierbar. Das Verkleinern des mikromechanischen Bauteils im Vergleich zu einem gattungsgemäßen Bauteil erleichtert ein Anbringen des mikromechanischen Bauteils in einer Sensorvorrichtung, wie beispielsweise einem Beschleunigungssensor.The micromechanical component thus includes the contacts C1 and C2 and the internal contacts COx, COy and COz. In addition, the micromechanical component also has a substrate contact CS. The number of contacts C1, C2, COx, COy, COz and CS of the micromechanical component arranged on the mount 50 is therefore six. By reducing the number of contacts C1, C2, C0x, C0y, C0z and CS to 6 compared to the conventional number of 10 contacts of a generic micromechanical component, a minimum length of a contact side 66 on which the contacts C1, C2, C0x, C0y, C0z and CS are arranged, can be reduced to 60% of the conventional minimum length. In addition, the total area of the micromechanical component can be significantly reduced compared to the prior art. The miniaturization of the micromechanical component compared to a generic component makes it easier to mount the micromechanical component in a sensor device, such as an acceleration sensor.

Zusätzlich lassen sich die Signalleitungen, welche die Kontakte C1 und C2 mit den zugehörigen Elektroden 54x, 54y, 54z, 56x, 56y und 56z verbinden, durch das gemeinsame Ankoppeln der ersten Elektroden 54x, 54y und 54z an den Kontakt C1 und das gemeinsame Ankoppeln der zweiten Elektroden 56x, 56y und 56z an den Kontakt C2 weitgehend zusammenlegen. Dies erlaubt ein leichteres Herstellen der Signalleitungen und eine zusätzlich Reduzierung der Größe des mikromechanischen Bauteils.Additionally, the signal lines connecting contacts C1 and C2 to their respective electrodes 54x, 54y, 54z, 56x, 56y, and 56z can be created by coupling first electrodes 54x, 54y, and 54z together to contact C1 and coupling together the second electrodes 56x, 56y and 56z at contact C2 largely together. This allows for easier manufacturing of the signal lines and an additional reduction in the size of the micromechanical component.

In einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Halterung 50, die drei freitragenden seismischen Massen 52x, 52y und 52z und/oder die Elektroden 54x, 54y, 54z, 56x, 56y und 56z aus einem Substrat herausstrukturiert. Das mikromechanische Bauteil kann somit über ein einfaches Herstellungsverfahren als Chip, vorzugsweise als MEMS-Chip (Micro-Electro-Mechanical System), ausgebildeten werden. Durch die gegenüber dem Stand der Technik reduzierte Größe des Chips kann ein kleineres und kostengünstigeres Substrat verwendet oder eine größere Anzahl von Chips aus einem Wafer gewonnen werden.In an advantageous embodiment, the holder 50, the three self-supporting seismic masses 52x, 52y and 52z and/or the electrodes 54x, 54y, 54z, 56x, 56y and 56z are structured out of a substrate. The micromechanical component can thus have a simple manufacturing process as a chip, preferably as a MEMS chip (Micro-Electro-Mechanical System). Due to the reduced size of the chip compared to the prior art, a smaller and more cost-effective substrate can be used or a larger number of chips can be obtained from a wafer.

Beispielsweise können die in der xy-Ebene der Halterung 50/des Substrats beweglich angeordneten seismischen Massen 52x und/oder 52y als Teiloberflächen 58x, 58y, 60x und/oder 60y Elektrodenfinger und/oder Kammstrukturen aufweisen. Die zugehörigen Elektroden 54x, 54y, 56x und/oder 56y können ebenfalls Elektrodenfinger und/oder Kammstrukturen umfassen. Die senkrecht zu der xy-Ebene der Halterung 50/des Substrats verstellbare seismische Masse 52z kann eine Wippenstruktur aufweisen. Da Möglichkeiten zum Ausbilden und Anordnen der seismischen Masse 52x, 52y und 52z und ihrer zugehörigen, an der Halterung 50/dem Substrat 10 unverstellbar/fest angeordneten Elektroden 54x, 54y, 54z, 56x, 56y und 56z für einen Fachmann durch die vorhergehende Beschreibung nahegelegt sind, wird hier nicht weiter darauf eingegangen.For example, the seismic masses 52x and/or 52y arranged movably in the xy plane of the holder 50/the substrate can have electrode fingers and/or comb structures as partial surfaces 58x, 58y, 60x and/or 60y. The associated electrodes 54x, 54y, 56x and/or 56y can also include electrode fingers and/or comb structures. The seismic mass 52z, which can be adjusted perpendicular to the xy plane of the holder 50/the substrate, can have a seesaw structure. Because possibilities for forming and arranging the seismic masses 52x, 52y and 52z and their associated electrodes 54x, 54y, 54z, 56x, 56y and 56z fixed to the holder 50/the substrate 10 are suggested to a person skilled in the art by the preceding description are not further discussed here.

Bei der beschriebenen Ausführungsform können die Kontakte C1, C2, C0x, C0y, COz und CS Bondpads aufweisen. Somit lassen sich die Kontakte C1, C2, C0x, C0y, C0z und CS mittels Standardverfahren kostengünstig herstellen, wobei gleichzeitig eine einfache und verlässliche Kontaktierbarkeit der Kontakte C1, C2, C0x, C0y, COz und CS für eine getrennt von dem mikromechanischen Bauteil angeordnete (nicht skizzierte) Steuer- und Auswerteeinrichtung von der Kontaktierseite 66 gewährleistet ist.In the described embodiment, the contacts C1, C2, C0x, C0y, C0z and CS may have bond pads. Thus, the contacts C1, C2, C0x, C0y, C0z and CS can be produced inexpensively using standard methods, while at the same time a simple and reliable contactability of the contacts C1, C2, C0x, C0y, C0z and CS for a separately arranged from the micromechanical component ( not outlined) control and evaluation device is guaranteed by the contacting side 66.

Die Steuer- und Auswerteeinrichtung ist beispielsweise auf einem ASIC (Application Specific Integrated Circuit), welches an das mikromechanische Bauteil gekoppelt ist, ausgebildet. Da die Anzahl der den Kontakten C1, C2, C0x, C0y, COz und CS zugeordneten Kontaktierelemente des ASIC gegenüber dem Stand der Technik ebenfalls reduziert ist, kann die Chipfläche des ASIC ebenfalls verkleinert werden. Der ASIC benötigt deshalb weniger Bondpads und kann, da das Betriebspotential und das Grundpotential jeweils nur an einem einzigen Kontakt benötigt werden, mit einem einfacheren Ausgangstreiber ausgestattet werden. Insgesamt wird somit eine deutlichere Kostenreduktion und eine signifikant verkleinerte Sensorvorrichtung erreicht.The control and evaluation device is embodied, for example, on an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) which is coupled to the micromechanical component. Since the number of contacting elements of the ASIC assigned to the contacts C1, C2, COx, COy, COz and CS is also reduced compared to the prior art, the chip area of the ASIC can also be reduced. The ASIC therefore requires fewer bond pads and can be equipped with a simpler output driver since the operating potential and the ground potential are only required on a single contact. Overall, a clearer cost reduction and a significantly smaller sensor device are thus achieved.

Das mikromechanische Bauteil mit den drei freitragenden seismischen Massen 52x, 52y und 52z kann beispielsweise eine Untereinheit einer Sensorvorrichtung sein. Insbesondere kann die Sensorvorrichtung als Beschleunigungssensor dazu ausgebildet sein, mittels eines differenzkapazitiven Messprinzips eine Verstell, bewegung zumindest einer der seismischen Massen 52x, 52y und 52z in Bezug auf die Halterung 50 zu ermitteln und eine entsprechende Beschleunigung des Beschleunigungssensors in mindestens eine der drei Raumrichtungen festzule- ' gen.The micromechanical component with the three self-supporting seismic masses 52x, 52y and 52z can be a sub-unit of a sensor device, for example. In particular, the sensor device can be designed as an acceleration sensor to use a differential-capacitive measuring principle to determine an adjustment movement of at least one of seismic masses 52x, 52y and 52z in relation to mount 50 and to determine a corresponding acceleration of the acceleration sensor in at least one of the three spatial directions. ' gen.

Zum Erläutern der Verfahrensschritte des differenzkapazitiven Messprinzips wird auf die nachfolgende Beschreibung der 3 verwiesen. Eine geeignete Steuer- und Auswerteeinrichtung zum Ausführen des differenzkapazitiven Messprinzips ist damit für einen Fachmann nahegelegt.To explain the process steps of the differential capacitive measuring principle, reference is made to the following description of 3 referred. A suitable control and evaluation device for carrying out the differential capacitive measuring principle is therefore obvious to a person skilled in the art.

3 zeigt ein Teilphasendiagramm zum Darstellen einer Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben eines mikromechanischen Bauteils. Beispielhaft wird das Verfahren unter Verwendung des anhand der 2A und B beschriebenen mikromechanischen Bauteils ausgeführt. Es wird hier jedoch darauf hingewiesen, dass die Ausführung des Verfahrens nicht auf die Verwendung eines derartigen mikromechanischen Bauteils beschränkt ist. 3 FIG. 12 shows a partial phase diagram for representing an embodiment of the method for operating a micromechanical component. The method is exemplified using the basis of 2A and B described micromechanical component executed. However, it is pointed out here that the implementation of the method is not limited to the use of such a micromechanical component.

Das dargestellte Teilphasendiagramm gibt das Taktschema des differenzkapazitiven Messprinzips zum Ermitteln einer Stellung und/oder Verstellbewegung der zweiten seismischen Masse 52y wieder. Da die Taktschemen zum Ermitteln einer Stellung und/oder Verstellbewegung der ersten seismischen Masse 52x oder der dritten seismischen Masse 52z für einen Fachmann anhand der folgenden Beschreibungen und der 3 nahegelegt sind, wird nicht darauf eingegangen.The partial phase diagram shown reproduces the timing scheme of the differential capacitive measurement principle for determining a position and/or adjustment movement of the second seismic mass 52y. Since the timing schemes for determining a position and / or adjustment movement of the first seismic mass 52x or the third seismic mass 52z for a person skilled in the art based on the following descriptions and the 3 suggested, will not be discussed.

Die Abszisse des Teilphasendiagramms ist die Zeitachse t. Die Ordinaten sind die an den Kontakten C0y, C1 und C2 angelegten Potentiale.The abscissa of the partial phase diagram is the time axis t. The ordinates are the potentials applied to contacts C0y, C1 and C2.

Vor einem Ausführen einer Taktperiode 68 mit den nachfolgend beschriebenen Phasen 70 bis 76 wird in einer vorhergehenden Taktperiode das Ausgangspotential Vmy ermittelt. Zu Beginn der Taktperiode 68 wird während einer ersten Zwischenphase 70 ein Zwischenpotential VZ an die Kontakte C1 und C2 und den Eigenkontakt C0y angelegt. Somit liegt während der ersten Zwischenphase 70 an allen Kontakten C0x, C0y, C0z, C1 und C2 das gleiche Zwischenpotential VZ an. Das Zwischenpotential VZ ist vorzugsweise ein konstant/fest vorgegebener, für alle Taktperioden 68 des Verfahrens konstanter Wert. Das Zwischenpotential VZ beträgt beispielsweise die Hälfte des Betriebspotentials VB.Before executing a clock period 68 with the phases 70 to 76 described below, the output potential Vmy is determined in a preceding clock period. At the beginning of clock period 68, during a first intermediate phase 70, an intermediate potential VZ is applied to contacts C1 and C2 and self-contact C0y. Thus, during the first intermediate phase 70, the same intermediate potential VZ is present at all contacts C0x, C0y, C0z, C1 and C2. The intermediate potential VZ is preferably a constant/fixed predetermined value that is constant for all clock periods 68 of the method. The intermediate potential VZ is, for example, half the operating potential VB.

Beim Stand der Technik wird anstelle eines für alle seismischen Massen 52x, 52y und 52z gleich und konstant/fest vorgegebenen Zwischenpotentials VZ ein einer bestimmten seismischen Masse 52x, 52y oder 52z zugehöriges Ausgangspotential Vmx, Vmy oder Vmz an die der jeweiligen seismischen Masse 52x, 52y oder 52z zugeordneten Kondensatoren 62x, 62y, 62z, 64x, 64y oder 64z angelegt. Im Unterschied zum Stand der Technik erlaubt das Ausführen der hier beschriebenen Zwischenphase 70 durch das Anlegen des konstant/fest vorgegebenen, gleichen Zwischenpotentials VZ an die Kondensatoren 62x, 62y, 62z, 64x, 64y oder 64z aller seismischen Massen 52x, 52y und 52z eine Reduzierung der Anzahl der Kontakte C0x, C0y, C0z, C1 und C2.In the prior art, instead of an intermediate potential VZ that is predetermined to be the same and constant/fixed for all seismic masses 52x, 52y and 52z, a specific seismic mass 52x, 52y or 52z associated output potential Vmx, Vmy or Vmz applied to the capacitors 62x, 62y, 62z, 64x, 64y or 64z associated with the respective seismic mass 52x, 52y or 52z. In contrast to the prior art, the execution of the intermediate phase 70 described here by applying the constant/fixed predetermined, same intermediate potential VZ to the capacitors 62x, 62y, 62z, 64x, 64y or 64z of all seismic masses 52x, 52y and 52z allows a reduction the number of contacts C0x, C0y, C0z, C1 and C2.

Im Anschluss an die erste Zwischenphase 70 erfolgt eine Messphase 72, in welcher über den ersten Kontakt C1 ein Betriebspotential VB und über den zweiten Kontakt ein Grundpotential V0 angelegt werden. Durch das Anlegen eines Betriebspotentials VB an alle ersten Elektroden 54x, 54y und 54z und eines Grund• Potentials VO an alle zweiten Elektroden 56x, 56y und 56z der seismischen Massen 52x, 52y und 52z ist ein Ankoppeln der ersten Elektroden 54x, 54y und 54z an den ersten Kontakt C1 und ein Ankoppeln der zweiten Elektroden 56x, 56y und 56z an den zweiten Kontakt C2 realisierbar. Dies gewährleistet die schon beschriebenen Vorteile.The first intermediate phase 70 is followed by a measurement phase 72, in which an operating potential VB is applied via the first contact C1 and a ground potential V0 is applied via the second contact. By applying an operating potential VB to all first electrodes 54x, 54y and 54z and a ground potential VO to all second electrodes 56x, 56y and 56z of seismic masses 52x, 52y and 52z, coupling of the first electrodes 54x, 54y and 54z is possible the first contact C1 and a coupling of the second electrodes 56x, 56y and 56z to the second contact C2 can be realized. This ensures the advantages already described.

Auf diese Weise wird durch den Potentialsprung von der ersten Zwischenphase 70 in die Messphase 72 ein Stromfluss über die beiden zugehörigen Kondensatoren 62y und 64y der zweiten seismischen Masse 52y generiert. Dieser Stromfluss kann zum Festlegen einer Kapazitätsdifferenz zwischen den beiden der zweiten seismischen Masse 52y zugeordneten Kondensatoren 62y und 64y von einer Steuer- und Auswerteeinrichtung ausgewertet werden. Da nur die Differenz der Potentialsprünge zwischen den Phasen 70 und 72 ausgewertet wird, ist die Auswertung vergleichsweise einfach und mit Standardeinrichtungen, beispielsweise mittels eines C/U-Frontend, durchführbar.In this way, a current flow is generated via the two associated capacitors 62y and 64y of the second seismic mass 52y as a result of the potential jump from the first intermediate phase 70 into the measurement phase 72 . This current flow can be evaluated by a control and evaluation device to establish a capacitance difference between the two capacitors 62y and 64y assigned to the second seismic mass 52y. Since only the difference in potential jumps between phases 70 and 72 is evaluated, the evaluation is comparatively simple and can be carried out using standard devices, for example using a C/U front end.

Anhand der Kapazitätsdifferenz zwischen den beiden der zweiten seismischen Masse 52y zugeordneten Kondensatoren 62y und 64y kann beispielsweise eine Stellung und/oder eine Verstellbewegung der zweiten seismischen Masse 52y festgelegt werden. Da Verfahrensschritte zum Festlegen der Stellung und/oder der Verstellbewegung der zweiten seismischen Masse 52y unter Berücksichtigung der Kapazitätsdifferenz für einen Fachmann naheliegend sind, wird hier nicht darauf eingegangen. Beispielsweise kann auch unter Berücksichtigung der Kapazitätsdifferenz eine Beschleunigung des mikromechanischen Bauteils ermittelt werden.A position and/or an adjustment movement of the second seismic mass 52y can be established, for example, on the basis of the capacitance difference between the two capacitors 62y and 64y assigned to the second seismic mass 52y. Since method steps for determining the position and/or the adjustment movement of the second seismic mass 52y, taking into account the capacitance difference, are obvious to a person skilled in the art, they will not be discussed here. For example, an acceleration of the micromechanical component can also be determined taking into account the capacitance difference.

Während der Messphase 72 kann an dem Eigenkontakt C0y zusätzlich ein Potential abgegriffen und auch als neues Ausgangspotential Vmy festgelegt werden.During the measurement phase 72, a potential can also be tapped off at the self-contact C0y and also defined as the new output potential Vmy.

Im Anschluss an die Messphase 72 kann eine zweite Zwischenphase 74 ausgeführt werden. Dabei wird das Zwischenpotential VZ an die (elektrischen) Kontakte C0x, C0y, C0z, C1 und C2 angelegt. Im Unterschied zum Stand der Technik wird somit auch während der zweiten Zwischenphase 74 das gleiche, konstant vorgegebene Zwischenpotential VZ an alle Kondensatorflächen der den seismischen Massen 52x, 52y und 52z zugeordneten Kondensatoren 62x, 62y, 62z, 64x, 64y und 64z angelegt..Dies erlaubt ein gemeinsames Anlegen von Potentialen über den ersten Kontakt C1 und den zweiten Kontakt C2.Following the measurement phase 72, a second intermediate phase 74 can be carried out. The intermediate potential VZ is applied to the (electrical) contacts C0x, C0y, C0z, C1 and C2. In contrast to the prior art, the same, constantly predetermined intermediate potential VZ is thus also applied to all capacitor surfaces of the capacitors 62x, 62y, 62z, 64x, 64y and 64z assigned to the seismic masses 52x, 52y and 52z during the second intermediate phase 74 allows potentials to be applied jointly via the first contact C1 and the second contact C2.

Vorzugsweise wird nach der zweiten Zwischenphase 74 eine Kompensationsphase 76 durchgeführt. Während der Kompensationsphase 76 wird über den ersten Kontakt C1 ein Grundpotential VO angelegt, so dass die zugehörigen ersten Elektroden 54x, 54y und 54z auf Masse gelegt werden. An den zweiten Kontakt C2 wird das Betriebspotential VB angelegt. Um eine während der Messphase 72 auf die zweite seismische Masse 52y ausgeübte Kraft zu kompensieren, wird an den Eigenkontakt COy der zweiten seismischen Masse 52y die Differenz ((VO+VB)-Vmy) zwischen der Summe (VO+VB) aus dem Grundpotential VO und dem Betriebspotential VB und dem Ausgangspotential Vmy angelegt. Die an die Eigenkontakte C0x und C0z während der Kompensationsphase 76 angelegten Potentiale ((V0+VB)-Vmx und (V0+VB)-Vmz) ergeben sich entsprechend. Die Kompensationsphase 76 dient somit der Symmetrisierung der angelegten elektrischen Potentiale, wobei die elektrischen Potentiale auf den C1 zugeordneten Elektroden und den C2 zugeordneten Elektroden im zeitlichen Drittel gleich groß sind.A compensation phase 76 is preferably carried out after the second intermediate phase 74 . During the compensation phase 76, a ground potential VO is applied via the first contact C1, so that the associated first electrodes 54x, 54y and 54z are grounded. The operating potential VB is applied to the second contact C2. In order to compensate for a force exerted on the second seismic mass 52y during the measurement phase 72, the difference ((VO+VB)-Vmy) between the sum (VO+VB) from the ground potential VO and the operating potential VB and the output potential Vmy. The potentials ((V0+VB)-Vmx and (V0+VB)-Vmz) applied to the intrinsic contacts C0x and C0z during the compensation phase 76 result accordingly. The compensation phase 76 thus serves to symmetrize the applied electrical potentials, with the electrical potentials on the electrodes assigned to C1 and the electrodes assigned to C2 being of the same magnitude in the temporal third.

Das in den vorhergehenden Absätzen beschriebene Verfahren gewährleistet die schon genannten Vorteile, auf deren erneute Aufzählung deshalb hier verzichtet wird.The method described in the previous paragraphs ensures the advantages already mentioned, which are therefore not listed again here.

Claims

Micromechanical component with: a holder (50); a first seismic mass (52x) which is adjustably connected to the mount (50) via at least one first spring; a second seismic mass (52y) which is adjustably connected to the mount (50) via at least one second spring; and a first electrode (54x) and a second electrode (54y), wherein the first electrode (54x) and a partial surface (58x) of the first seismic mass (52x) as a first capacitor (62x) and the second electrode (54y) and a partial surface (58y) of the second seismic mass (52y) is formed as a second capacitor (62y); one capacitor surface (54x, 54y) of each of the first capacitor (62x) and of the second capacitor (62y) being coupled to a common first electrical contact (C1), characterized in that the micromechanical component has a third seismic mass (52z) which is adjustably connected to the mount (50) via at least one third spring, and comprises a third electrode (54z), the third electrode (54z) and a third partial surface (58z) of the third seismic mass (52z) acting as a third capacitor ( 62z) are formed, and wherein a capacitor surface (54z) of the third capacitor (62z) is coupled to the first electrical contact (C1).

micromechanical component claim 1 , wherein at least two of the electrodes (54x, 54y, 54z) are coupled to the first electrical contact (C1), and each partial surface (58x, 58y, 58z) of the at least two seismic masses (52x, 52y, 52z) to an electrical self-contact (C0x, C0y, C0z) of the associated seismic mass (52x, 52y, 52z) are coupled.

micromechanical component claim 2 , wherein a further electrode (56x, 56y, 56z) is arranged adjacent to at least two seismic masses (52x, 52y, 52z) of the at least three seismic masses (52x, 52y, 52z), which is connected to a further partial surface (60x, 60y , 60z) of the associated seismic mass (52x, 52y, 52z) is designed as a further capacitor (64x, 64y, 64z), with each further partial surface (60x, 60y, 60z) being connected to the electrical intrinsic contact (COx, C0y, C0z) of associated seismic mass (52x, 52y, 52z), and wherein the at least two further electrodes (56x, 56y, 56z) are coupled to a common second electrical contact (C2).

micromechanical component claim 3 , wherein the holder (50) is structured out of a substrate and the first electrical contact (C1), the second electrical contact (C2) and the at least two internal contacts (COx, C0y, C0z) each comprise a bond pad.

Sensor device with: a micromechanical component with: - a holder (50); - A first seismic mass (52x) which is adjustably connected to the holder (50) via at least one first spring; - A second seismic mass (52y) which is adjustably connected to the mount (50) via at least one second spring; and - a first electrode (54x) and a second electrode (54y), wherein the first electrode (54x) and a partial surface (58x) of the first seismic mass (52x) as a first capacitor (62x) and the second electrode (54y) and a partial surface (58y) of the second seismic mass (52y) is formed as a second capacitor (62y); a capacitor area (54x, 54y) of each of the first capacitor (62x) and of the second capacitor (62y) being coupled to a common first electrical contact (C1); and a control and evaluation device which, during a measurement phase (72), is designed at least to generate and determine a first current flow across the first capacitor (62x) and a second current flow across the second capacitor (62y) via applied voltages, and under Taking into account the determined first current flow, first information regarding a first position of the first seismic mass (52x) in relation to the bracket (50) and taking into account the second current flow, second information regarding a second position of the second seismic mass (52y) in relation set on the bracket (50).

sensor device claim 5 , wherein the first seismic mass (52x) is adjustable along a first axis in relation to the mount (50) and the second seismic mass (52y) is adjustable along a second axis, which is non-parallel to the first axis, in relation to the mount (50 ) is adjustable, and wherein the control and evaluation device is designed to specify an acceleration of the sensor device along the first axis as first information, taking into account the determined first current flow, and an acceleration of the sensor device along the second axis as second information, taking into account the second current flow .

Method for operating a micromechanical component with a holder (50), a first seismic mass (52x) which is adjustably connected to the holder (50) via at least one first spring, a second seismic mass (52y) which is connected via at least a second Spring is adjustably connected to the mount (50), and a first electrode (54x) and a second electrode (54y), the first electrode (54x) and a partial surface (58x) of the first seismic mass (52x) as a first capacitor (62x) and the second electrode (54y) and a partial surface (58y) of the second seismic mass (52y) are designed as a second capacitor (62y), with the steps: determining a first current flow across the first capacitor (62x) and determining first information relating to a first position of the first seismic mass (52x) taking into account the determined first current flow; Determining a second current flow across the second capacitor (62y) and specifying a second piece of information regarding a second position of the second seismic mass (52y) taking into account the determined second current flow; and simultaneous application of the same operating potential (VB) to a respective capacitor area (54x, 54y) of the first capacitor (62x) and of the second capacitor (62y) during a measurement phase (72); characterized by the step that during the measurement phase (72) the same operating potential (VB) to the first electrode (54x) and the second electrode (54y), a ground potential (V0) to two further electrodes (56x,56y), each of the two further electrodes (56x, 56y) with a further partial surface (60x, 60y) of the associated seismic mass (52x, 52y) is designed as a further capacitor (64x, 64y), a first output potential (Vmx) on the partial surface (58x) and applying the further part surface (60x) of the first seismic mass (52y) and a second output potential (Vmy) to the part surface (58y) and the further part surface (60y) of the second seismic mass (52y).

procedure after claim 7 , wherein during an intermediate phase (70,74) an intermediate potential (VZ) is applied to the two capacitor surfaces (54x to 60z) of each capacitor (62x to 64z) of the at least two capacitors (62x to 64z) of the micromechanical component.

procedure after claim 7 or 8th , whereby during a compensation phase (76) the ground potential (V0) to the first electrode (54x) and the second electrode (54y), the operating potential (VB) to the two further electrodes (56x,56y), a difference ((VO+ VB)-Vmx) between the sum (VO+VB) of the ground potential (V0) and the operating potential (VB) and the first output potential (Vmx) to the partial surface (58x) and the further partial surface (60x) of the first seismic mass ( 52x) and a difference ((V0+VB)-Vmy) between the sum (VO+VB) of the ground potential (V0) and the operating potential (VB) and the second output potential (Vmy) to the partial surface (58y) and the further Partial surface (60y) of the second seismic mass (52y) are applied.