DE-102024210709-A1 - Mikroelektromechanische Struktur und mikroelektromechanisches Bauelement

Abstract

Die Erfindung betrifft eine mikroelektromechanische Struktur, aufweisend ein Substrat und zumindest einen Nutzungsabschnitt und einen Anregungsabschnitt. Der Nutzungsabschnitt und der Anregungsabschnitt sind jeweils mit dem Substrat verbunden. Der Nutzungsabschnitt beinhaltet einen Sensor und/oder einen Aktuator. Der Anregungsabschnitt ist eingerichtet, eine lineare Schwingung und/oder eine Rotationsschwingung der mikroelektromechanischen Struktur zu erzeugen.

Inventors

• Lukas Blocher
• Tobias Hiller
• Milos Vujadinovic

Assignees

• Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20241107

Claims (10)

1. Mikroelektromechanische Struktur (10), aufweisend ein Substrat (11) und zumindest einen Nutzungsabschnitt (20) und einen Anregungsabschnitt (30), die jeweils mit dem Substrat (11) verbunden sind, wobei der Nutzungsabschnitt (20) einen Sensor und/oder einen Aktuator beinhaltet, wobei der Anregungsabschnitt (30) eingerichtet ist, eine lineare Schwingung und/oder eine Rotationsschwingung der mikroelektromechanischen Struktur (10) zu erzeugen.
2. Mikroelektromechanische Struktur (10) nach Anspruch 1 , wobei der Anregungsabschnitt (30) eine über ein Federelement (32) mit dem Substrat (11) verbundene Masse (31) und Anregungselektroden (33, 14) für die Masse (31) aufweist.
3. Mikroelektromechanische Struktur (10) nach Anspruch 1 oder 2 , wobei der Anregungsabschnitt ein Anschlageement (34) aufweist.
4. Mikroelektromechanische Struktur (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , wobei der Anregungsabschnitt (30) eine Masse (31) aufweist, die mit mehreren Federelementen (32) mit dem Substrat (11) verbunden ist, wobei mehrere Anregungselektrodensysteme (33, 14) eine Rotationsschwingung der Masse (31) erzeugen können.
5. Mikroelektromechanische Struktur (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 , aufweisend zumindest zwei Anregungsabschnitte (30) mit jeweils einer über ein Federelement (32) mit dem Substrat (11) verbundenen Masse (31) und Anregungselektroden (33, 14) für jede Masse (31).
6. Mikroelektromechanische Struktur (10) nach Anspruch 5 , wobei die Anregungsabschnitte (30) bezogen auf einen Schwerpunkt der mikroelektromechanischen Struktur (10) punktsymmetrisch angeordnet sind.
7. Mikroelektromechanische Struktur (10) nach Anspruch 5 oder 6 , wobei vier Anregungsabschnitte (30) angeordnet sind, wobei die Anregungsabschnitte (30) jeweils eine lineare Schwingung anregen können, wobei mittels jeweils zwei der vier Anregungsabschnitte (30) eine von den anregbaren Schwingungen der jeweils anderen Anregungsabschnitte (30) linear unabhängige Schwingung anregbar ist.
8. Mikroelektromechanisches Bauelement (1) mit einer mikroelektromechanischen Struktur (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 .
9. Mikroelektromechanisches Bauelement (1) nach Anspruch 8 , ferner aufweisend einen Speicher (2), wobei im Speicher (2) eine Kalibrierungsfunktion abgelegt werden kann, wobei mittels der Kalibrierungsfunktion ein Betrieb des Nutzungsabschnitts (20) angepasst werden kann.
10. Verfahren zum Kalibrieren einer mikroelektromechanischen Struktur (10) oder eines mikroelektromechanischen Bauelements (1), wobei mittels einer Anregung des Anregungsabschnitts (30) eine lineare Schwingung und/oder eine Rotationsschwingung der mikroelektromechanischen Struktur (10) erzeugt wird und daraus eine Kalibrierungsfunktion berechnet wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine mikroelektromechanische Struktur (MEMS) und ein mikroelektromechanisches Bauelement. Ferner betrifft die Erfindung ein Kalibrierungsverfahren für eine mikromechanische Struktur und/oder ein mikromechanisches Bauelement. Aus dem Stand der Technik sind mikroelektromechanische Strukturen bekannt. Diese können beispielsweise Drehratensensoren und/oder Beschleunigungssensoren sein. Für sicherheitskritische Anwendungen, beispielsweise in Fahrzeugen als Airbagsensoren oder als Sensoren für ein ESP, aber auch im Elektronikbereich wie beispielsweise in Mobiltelefonen und Kopfhörern, kann notwendig sein, dass die mikroelektromechanischen Strukturen möglichst robust gegenüber störenden Vibrationen sind. MEMS Drehratensensoren und/oder Beschleunigungssensoren unterliegen strengen Vibrationsanforderungen, sowohl linear als auch rotatorisch, in Bereichen bis über 100kHz hinaus. Um solche mikroelektromechanischen Strukturen hinsichtlich ihres Verhaltens bei linearen oder rotatorischen Vibrationen zu testen, werden diese auf ein rüttelndes Element geklebt und dann die Auswirkungen der Vibration auf ein Sensorsignal ausgewertet. Problematisch dabei kann jedoch sein, die mikroelektromechanischen Strukturen beschädigungsfrei wieder von dem rüttelnden Element abzulösen. Offenbarung der Erfindung Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte mikroelektromechanische Struktur und ein mikroelektromechanisches Bauelement anzugeben. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kalibrierungsverfahren für eine solche mikromechanische Struktur und/oder ein solches mikromechanisches Bauelement anzugeben. Diese Aufgaben werden mit den Gegenständen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. Nach einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung eine mikroelektromechanische Struktur, aufweisend ein Substrat und zumindest einen Nutzungsabschnitt und einen Anregungsabschnitt. Der Nutzungsabschnitt und der Anregungsabschnitt sind jeweils mit dem Substrat verbunden. Der Nutzungsabschnitt beinhaltet einen Sensor und/oder einen Aktuator. Der Anregungsabschnitt ist eingerichtet, eine lineare Schwingung und/oder eine Rotationsschwingung der mikroelektromechanischen Struktur zu erzeugen. Durch den Anregungsabschnitt kann also erreicht werden, dass Vibrationen, sowohl linear als auch rotatorisch, in der mikroelektromechanischen Struktur selbst angeregt werden können. Dadurch kann das Verhalten bei linearen oder rotatorischen Schwingungen bei einem Test der mikroelektromechanischen Struktur deutlich einfacher bestimmt werden. Gegebenenfalls kann durch eine Kalibrierung sogar ein Einfluss der linearen oder rotatorischen Schwingung teilweise oder vollständig vernachlässigt werden. In einer Ausführungsform der mikroelektromechanischen Struktur weist der Anregungsabschnitt eine über ein Federelement mit dem Substrat verbundene Masse und Anregungselektroden für die Masse auf. Die Masse kann mittels der Anregungselektroden in eine lineare Schwingung und/oder eine rotatorische Schwingung versetzt werden. Über Sensorelektroden kann ein Einfluss der Schwingung auf ein Sensorsignal bestimmt werden. In einer Ausführungsform der mikroelektromechanischen Struktur weist der Anregungsabschnitt eine Masse auf, die mit mehreren Federelementen mit dem Substrat verbunden ist. Mehrere Anregungselektrodensysteme können eine Rotationsschwingung der Masse erzeugen. In einer Ausführungsform der mikroelektromechanischen Struktur weist diese zumindest zwei Anregungsabschnitte mit jeweils einer über ein Federelement mit dem Substrat verbundenen Masse und Anregungselektroden für jede Masse auf. Zwei solcher Anregungsabschnitte können dabei insbesondere derart ausgestaltet sein, dass sowohl eine lineare Schwingung als auch eine rotatorische Schwingung anregbar ist. In einer Ausführungsform der mikroelektromechanischen Struktur sind die Anregungsabschnitte bezogen auf einen Schwerpunkt der mikroelektromechanischen Struktur punktsymmetrisch angeordnet. Dies ermöglicht ebenfalls die Anregung sowohl einer linearen Schwingung als auch einer rotatorischen Schwingung mit den Anregungsabschnitten. In einer Ausführungsform der mikroelektromechanischen Struktur sind vier Anregungsabschnitte angeordnet. Die Anregungsabschnitte können jeweils eine lineare Schwingung anregen, wobei mittels jeweils zwei der vier Anregungsabschnitte eine von den anregbaren Schwingungen der jeweils anderen Anregungsabschnitte linear unabhängige Schwingung anregbar ist. Die anregbaren Schwingungen können insbesondere senkrecht zueinander sein. In einer Ausführungsform der mikroelektromechanischen Struktur weist diese ferner einen Speicher auf. Im Speicher kann eine Kalibrierungsfunktion abgelegt werden. Mittels der Kalibrierungsfunktion kann ein Betrieb des Nutzungsabschnitts angepasst werden. Insbesondere können beispielsweise Sensordaten anhand der Kalibrierungsfunktion angepasst werden. Nach einem zweite