Titel

Mikromechanisches Bauteil für eine Drucksensorvorrichtung Die Erfindung betrifft ein mikromechanisches Bauteil für eine

Drucksensorvorrichtung und eine Drucksensorvorrichtung. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil für eine Drucksensorvorrichtung. Stand der Technik

In der US 2014/0060169 AI ist ein Drucksensor mit einer um eine Drehachse verkippbaren Wippenstruktur beschrieben. Die Wippenstruktur weist auf einer ersten Seite der Drehachse eine erste Aktorelektrode und auf einer zweiten Seite der Drehachse eine zweite Aktorelektrode auf. Außerdem ist die Wippenstruktur in einem luftdichten Gehäuse eingeschlossen, wobei eine an dem Gehäuse angeordnete Membran einen in dem Gehäuse vorliegenden Referenzdruck von einem in einem Außenvolumen des Gehäuses vorliegenden

Außendruck/Messdruck abgrenzt. Das Gehäuse weist auch eine der ersten Aktorelektrode zugeordnete erste Statorelektrode und eine der zweiten

Aktorelektrode zugeordnete zweite Statorelektrode auf.

Offenbarung der Erfindung Die Erfindung schafft ein mikromechanisches Bauteil für eine

Drucksensorvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine

Drucksensorvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 11 und ein

Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil für eine

Drucksensorvorrichtung den Merkmalen des Anspruchs 12. Vorteile der Erfindung

Die vorliegende Erfindung schafft mikromechanische

Bauteile/Drucksensorvorrichtungen, bei welchen bereits eine vergleichsweise kleine Verwölbung der Membran eine relativ große Auslenkung der

Wippenstruktur (aus ihrer Ausgangsstellung bei Druckgleichheit zwischen der ersten Substratseite und der zweiten Substratseite) bewirkt. Diese relativ große Auslenkung der Wippenstruktur (aus ihrer Ausgangsstellung) ist mittels einfacher Nachweistechniken (wie z.B. kapazitiver Nachweistechniken) verlässlich erkennbar und kann deshalb zur relativ genauen und vergleichsweise fehlerfreien

Festlegung von Sensorwerten (wie beispielsweise dem Druckunterschied zwischen der ersten Substratseite und der zweiten Substratseite) ausgewertet werden. Die vorliegende Erfindung trägt somit zur Verbesserung von

Sensorvorrichtungen, wie insbesondere Drucksensorvorrichtungen, bei.

Die Ausbildung des Hebelelements an dem erfindungsgemäßen Bauteil/der damit ausgestatteten Drucksensorvorrichtung erlaubt nicht nur eine Verstärkung der Auslenkung der Wippenstruktur (aus ihrer Ausgangsstellung) im Verhältnis zur Verwölbung der Membran, sondern ermöglicht auch eine relativ

symmetrische Ausbildung des mikromechanischen Bauteils. Dies erleichtert eine

Minimierung des erfindungsgemäßen mikromechanischen Bauteils/der damit ausgestatteten Drucksensorvorrichtung. Außerdem wirkt sich die Symmetrie des jeweiligen mikromechanischen Bauteils/der damit ausgestatteten

Drucksensorvorrichtung vorteilhaft auf dessen/deren Unempfindlichkeit bezüglich eines von außen wirkenden Stresses aus. Die vorliegende Erfindung schafft somit kleine und stressunempfindliche mikromechanische Bauteile für

Sensorvorrichtungen, wie insbesondere Drucksensorvorrichtungen.

Ein weiterer Vorteil der mittels der vorliegenden Erfindung geschaffenen

Möglichkeit zur„mechanischen Verstärkung" der Auslenkung der Wippenstruktur als Antwort auf die Verwölbung der Membran mittels des Hebelelements liegt darin, dass die erfindungsgemäßen mikromechanischen Bauteile/

Drucksensorvorrichtungen mit einer vergleichsweise kleinflächigen Membran ausgestattet werden können. Derartige kleinflächige Membranen zeichnen sich durch eine gute Linearität zwischen dem Druckunterschied zwischen der ersten Substratseite und der zweiten Substratseite und der resultierenden Verwölbung der Membran aus. Ebenso weisen derartige kleinflächige Membranen eine relativ geringe Stressempfindlichkeit und eine vergleichsweise hohe Überlastrobustheit auf.

In einer vorteilhaften Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils liegt die erste Drehachse in einer die Membran mittig und senkrecht schneidenden Ebene. Alternativ kann die erste Drehachse auch zumindest nahe an der Membran gelegen sein. Eine asymmetrische Anordnung der Membran bezüglich eines Wippenmittelpunktes ist somit nicht notwendig, so dass ungenutzte

„Totflächen" innerhalb der Wippenstruktur, welche beim Stand der Technik oft auftreten, entfallen können.

Vorzugsweise ist die Hebelstruktur über ein Hubelement, welches eine

Membranoberfläche der Membran kontaktiert und mittels der Verwölbung der

Membran senkrecht zu der Membranoberfläche verstellbar ist, mit der Membran verbunden. Zusätzlich kann die Hebelstruktur über mindestens ein parallel zu der ersten Drehachse ausgerichtetes Stegelement mit der Wippenstruktur verbunden sein. Somit können vergleichsweise einfache Elemente zum Anbinden der Hebelstruktur an die Membran und zum Anbinden der Hebelstruktur an die

Wippenstruktur verwendet werden.

Bevorzugter Weise ist ein Abstand des mindestens einen Stegelements von der zweiten Drehachse größer als ein Drehachsenabstand der ersten Drehachse von der zweiten Drehachse. Dies erlaubt eine Steigerung der Auslenkung der

Wippenstruktur (aus ihrer Ausgangsstellung) im Verhältnis zu der Verwölbung der Membran um mindestens einen Faktor 2.

Vorteilhafterweise ist die Hebelstruktur über mindestens eine erste Torsionsfeder an mindestens einem an dem Substrat verankerten ersten Säulenelement aufgehängt, wobei die Wippenstruktur über mindestens eine zweite

Torsionsfeder an dem mindestens einen ersten Säulenelement und/oder mindestens einem an dem Substrat verankerten zweiten Säulenelement aufgehängt ist. Insbesondere kann die Hebelstruktur über die mindestens eine erste Torsionsfeder an dem mindestens einen ersten Säulenelement aufgehängt sein, und auch die Wippenstruktur kann über die mindestens eine zweite

Torsionsfeder an dem mindestens einen ersten Säulenelement derart aufgehängt sein, dass die einzige erste Torsionsfeder oder mindestens eine der ersten Torsionsfedern und die einzige zweite Torsionsfeder oder mindestens eine der zweiten Torsionsfedern an dem gleichen ersten Säulenelement verankert sind.

Das mindestens eine erste Säulenelement und/oder das mindestens eine zweite Säulenelement sind vorzugsweise äquidistant von einem Mittelpunkt der

Membran an dem Substrat verankert. Dies steigert eine Stressunempfindlichkeit dieser Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils/bzw. der damit ausgestatteten Drucksensorvorrichtung.

Als vorteilhafte Weiterbildungen können mindestens eine erste Aktorelektrode auf einer ersten Seite der ersten Drehachse an der Wippenstruktur und mindestens eine zweite Aktorelektrode auf einer zweiten Seite der ersten

Drehachse an der Wippenstruktur ausgebildet sein, wobei in diesem Fall vorzugsweise mindestens eine der mindestens einen ersten Aktorelektrode zugeordnete erste Statorelektrode und mindestens eine der mindestens einen zweiten Aktorelektrode zugeordnete zweite Statorelektrode derart an und/oder in dem mikromechanischen Bauteil angeordnet sind, dass eine Position der Statorelektroden unbeeinflusst von der Drehbewegung der Hebelstruktur um die zweite Drehachse und unbeeinflusst von der weiteren Drehbewegung der Wippenstruktur um die erste Drehachse ist. Mittels eines aus der mindestens einen ersten Aktorelektrode und der mindestens einen ersten Statorelektrode gebildeten ersten Kondensators und eines aus der mindestens einen zweite Aktorelektrode und der mindestens einen zweiten Statorelektrode gebildeten zweiten Kondensators kann die aktuelle Auslenkung der Wippenstruktur (aus ihrer Ausgangsstellung) leicht und verlässlich erfassl nachgewiesen werden.

Bevorzugter Weise ist die einzige erste Statorelektrode oder mindestens eine der ersten Statorelektroden auf einer ersten Seite der Membran an dem Substrat angeordnet und die einzige zweite Statorelektrode oder mindestens eine der zweiten Statorelektroden ist auf einer zweiten Seite der Membran an dem

Substrat angeordnet. Aufgrund der oben beschriebenen Möglichkeit zur Anordnung der ersten Drehachse direkt über der Membran oder zumindest nahe an der Membran kann ein Abstand zwischen den auf dem Substrat angeordneten Statorelektroden vergleichsweise klein gewählt werden, wodurch eine

Empfindlichkeit dieser Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils auch eine durch äußeren Stress verursachte Verbiegung des Substrats reduziert wird.

Als vorteilhafte Weiterbildung können zusätzlich zu den an dem Substrat angeordneten Statorelektroden noch mindestens eine weitere erste

Statorelektrode und mindestens eine weitere zweite Statorelektrode auf einer von dem Substrat weg gerichteten Seite der Wippenstruktur angeordnet sein. Dies kann zur Steigerung der Kapazitäten der mittels der Elektroden realisierten Kondensatoren bei vergleichsweise geringen Elektrodenflächen beitragen.

Die oben genannten Vorteile sind auch bei einer Drucksensorvorrichtung mit einem derartigen mikromechanischen Bauteil gewährleistet.

Des Weiteren bewirkt auch ein Ausführen eines korrespondierenden

Herstellungsverfahrens für ein mikromechanisches Bauteil für eine

Drucksensorvorrichtung die beschriebenen Vorteile. Das Herstellungsverfahren ist gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen des mikromechanischen Bauteils weiterbildbar.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

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

Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf eine erste

Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils;

Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf eine zweite

Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils;

Fig. 3 eine schematische Draufsicht auf eine dritte

Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils; Fig. 4a und 4b eine schematische Draufsicht auf eine vierte

Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils und einen Querschnitt durch die vierte Ausführungsform entlang einer Symmetrieachse/Symmetrieebene der Fig. 4a;

Fig. 5a und 5b eine schematische Draufsicht auf eine fünfte

Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils und einen Querschnitt durch die fünfte Ausführungsform entlang einer Symmetrieachse/Symmetrieebene der Fig. 5a; und

Fig. 6 ein Flussdiagramm zum Erläutern einer Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für ein mikromechanisches Bauteil für eine Drucksensorvorrichtung.

Ausführungsformen der Erfindung

Fig. 1 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine erste Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils.

Das in Fig. 1 schematisch wiedergegebene mikromechanische Bauteil weist eine an einem Substrat 10 aufgespannte Membran 12 auf. Die Membran 12 kann beispielsweise eine durch das Substrat 10 durchstrukturierte Öffnung abdecken. Die Membran 12 ist mittels eines Druckunterschieds (ungleich Null) zwischen (einem ersten Druck auf) einer ersten Substratseite des Substrats 10 und (einem zweiten Druck auf) einer zweiten Substratseite des Substrats 10 verwölbbar. Während die Membran 12 bei einer Druckgleichheit zwischen (dem ersten Druck auf) der ersten Substratseite und (dem zweiten Druck auf) der zweiten

Substratseite in ihrer Ausgangsform vorliegt, weist die Membran 12 bei Vorliegen des Druckunterschieds (ungleich Null) zwischen der ersten Substratseite und der zweiten Substratseite eine Verwölbung auf. Unter der Verwölbung der Membran 12 können eine Einwölbung der Membran 12 in ein Innenvolumen des mikromechanischen Bauteils und/oder eine Auswölbung der Membran 12 aus dem Innenvolumen heraus verstanden werden. Die Membran 12 kann deshalb auch als eine Drucksensormembran bezeichnet werden. Das mikromechanische Bauteil umfasst auch eine Wippenstruktur 14, welche derart mit der Membran 12 verbunden ist, dass die Wippenstruktur 14 mittels einer Verwölbung der Membran 12 um eine erste Drehachse 16 verstellbar ist/verstellt wird. Während die Wippenstruktur bei Druckgleichheit auf der ersten Substratseite und der zweiten Substratseite und einem Vorliegen der Membran 12 in ihrer Ausgangsform in ihrer Ausgangsstellung vorliegt, ist die

Wippenstruktur 14 mittels der Verwölbung der Membran 12 aus ihrer

Ausgangsstellung heraus um die erste Drehachse 16 verstellbar.

Außerdem hat das mikromechanische Bauteil eine Hebelstruktur 18, über welche die Wippenstruktur 14 derart mit der Membran 12 verbunden ist, dass die Verwölbung der Membran 12 eine Drehbewegung der Hebelstruktur 18 um eine zweite Drehachse 20 auslöst und die Drehbewegung der Hebelstruktur 18 um die zweite Drehachse 20 eine (weitere) Drehbewegung der Wippenstruktur 14 um die erste Drehachse 16 auslöst. Die zweite Drehachse 20 ist parallel zu der ersten Drehachse 16 ausgerichtet und von der ersten Drehachse 16

beabstandet.

Die Kopplung der Wippenstruktur 14 an die Membran 12 über die Hebelstruktur 18 steigert eine Auslenkung der Wippenstruktur 14 aus ihrer Ausgangsstellung um die zweite Drehachse 20 im Verhältnis zu der Verwölbung der Membran 12 aus deren Ausgangsform. Das Hebelelement 18 dient somit nicht nur zur Übertragung der Verwölbung der Membran 12 auf die Wippenstruktur 14, sondern auch zur Verstärkung einer Auswirkung der Verwölbung der Membran 12 auf die Wippenstruktur 14. Die (im Verhältnis zu der Verwölbung der

Membran 12) gesteigerte Auslenkung der Wippenstruktur 14 aus ihrer

Ausgangsstellung kann leichter und fehlerfreier festgestellt/nachgewiesen werden, wodurch auch die Verwölbung der Membran 12 aus deren

Ausgangsform (bzw. der zwischen der ersten Substratseite und der zweiten Substratseite evtl. vorliegende Druckunterschied) leichter und fehlerfreier feststellbar/nachweisbar ist. Das mikromechanische Bauteil kann somit zum Realisieren einer gegenüber dem Stand der Technik verbesserten

Sensorvorrichtung (wie z.B. einer Inertialsensorvorrichtung und/oder

Drucksensorvorrichtung) eingesetzt werden. Vorzugsweise sind mindestens eine erste Aktorelektrode 22a auf einer ersten Seite der ersten Drehachse 16 an der Wippenstruktur 14 und mindestens eine zweite Aktorelektrode 22b auf einer zweiten Seite der ersten Drehachse 16 an der Wippenstruktur 14 ausgebildet. Das mikromechanische Bauteil der Fig. 1 kann auch mindestens eine der mindestens einen ersten Aktorelektrode 22a zugeordnete erste Statorelektrode und mindestens eine der mindestens einen zweiten Aktorelektrode 22b zugeordnete zweite Statorelektrode aufweisen. Unter den Statorelektroden sind Elektroden zu verstehen, welche derart an und/oder in dem mikromechanischem Bauteil angeordnet sind, dass eine Position der Statorelektroden unbeeinflusst von der Drehbewegung der Hebelstruktur 18 um die zweite Drehachse 20 und unbeeinflusst von der weiteren Drehbewegung der Wippenstruktur 14 um die erste Drehachse 16 bleibt. Man kann die

Statorelektroden somit auch als an dem mikromechanischen Bauteil

fesl unverstellbar angeordnete Elektroden umschreiben. Der besseren

Übersichtlichkeit wegen ist in Fig. 1 jedoch auf ein Einzeichnen der

Statorelektroden verzichtet.

Beispielhaft umfasst die Wippenstruktur 14 des mikromechanischen Bauteils der Fig. 1 zusätzlich zu der (einzigen) ersten Aktorelektrode 22a und der (einzigen) zweiten Aktorelektrode 22b noch mindestens einen Verbindungsbalken 24, insbesondere zwei Verbindungsbalken 24, über welchen/welche die

Aktorelektroden 22a und 22b miteinander verbunden sind. Die Wippenstruktur 14 aus den Komponenten 22a, 22b und 24 umrahmt die Hebelstruktur 18.

Vorzugsweise ist die Wippenstruktur 14 aus den Komponenten 22a, 22b und 24 bezüglich einer die Aktorelektroden 22a und 22b mittig schneidenden und/oder senkrecht zu den Drehachsen 16 und 20 ausgerichteten

Symmetrieachse/Symmetrieebene 25 symmetrisch ausgebildet. Die zwei Verbindungsbalken 24 verlaufen in diesem Fall parallel zu der

Symmetrieachse/Symmetrieebene 25 zwischen den Aktorelektroden 22a und 22b. Auch bezüglich der ersten Drehachse 16 kann die Wippenstruktur 14 aus den Komponenten 22a, 22b und 24 symmetrisch sein. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass eine Ausbildbarkeit der Wippenstruktur 14 nicht auf das hier wiedergegebene Beispiel beschränkt ist. Vorzugsweise ist die Hebelstruktur 18 über ein Hubelement 26 und 28, welches eine Membranoberfläche der Membran 12 kontaktiert und mittels der Verwölbung der Membran 12 senkrecht zu der Membranoberfläche verstellbar ist, mit der Membran 12 verbunden. Beispielhaft umfasst in der Ausführungsform der Fig. 1 das Hubelement 26 und 28 ein zwischen zwei Zwischenfedern/Zwischenstegen 28 angeordnetes Säulenelement 26, wobei die zwei

Zwischenfedern/Zwischenstege 28 sich jeweils entlang der ersten Drehachse 16 erstrecken.

Die mittels des Hubelements 26 und 28 aufgehängte/gehaltene Hebelstruktur 18 kann zwei senkrecht zu den Drehachsen 16 und 20 verlaufende Hebelelemente 30 umfassen. Die Hebelstruktur 18 ist über mindestens eine erste Torsionsfeder 32 an mindestens einem an dem Substrat 10 verankerten ersten Säulenelement 34 aufgehängt. Beispielsweise können die zwei Hebelelemente 30 (an je einem ihrer Enden) über je eine erste Torsionsfeder 32 an dem (einzigen) ersten Säulenelement 34 aufgehängt sein. Auf einer von der zweiten Drehachse 20 weg gerichteten Seite der ersten Drehachse 16 können die zwei Hebelelemente 30 (an ihren anderen Enden) über einen Verbindungssteg 36 miteinander verbunden sein. Auch die Hebelstruktur 18 aus den Komponenten 30, 32 und 36 kann bezüglich der die Aktorelektroden 22a und 22b mittig schneidenden und/oder senkrecht zu den Drehachsen 16 und 20 ausgerichteten

Symmetrieachse/Symmetrieebene 25 symmetrisch sein. Ebenso kann die erste Drehachse 16 mittig durch die Hebelstruktur 18 aus den Komponenten 30, 32 und 36 verlaufen.

Auch die Wippenstruktur 14 kann über mindestens eine zweite Torsionsfeder 38 an dem mindestens einen ersten Säulenelement 36 und/oder an mindestens einem an dem Substrat 10 verankerten zweiten Säulenelement 40 aufgehängt sein. Beispielhaft sind in der Ausführungsform der Fig. 1 die zwei

Verbindungsbalken 24 über je eine sich entlang der ersten Drehachse 16 (von der Hebelstruktur 18 weg) erstreckende zweite Torsionsfeder 38 an je einem zweiten Säulenelement 40 aufgehängt.

In der Ausführungsform der Fig. 1 ist die Aktorelektrode 22b auf der von der zweiten Drehachse 20 weg gerichteten Seite der ersten Drehachse 16 über einen Verbindungsanker 42 mit dem Verbindungssteg 36 der Hebelstruktur 18 verbunden. Ein Abstand zwischen dem Verbindungsanker 42 und der zweiten Drehachse 20 beträgt das Doppelte eines Drehachsenabstands zwischen den beiden Drehachsen 16 und 20. Dies ermöglicht eine Verdoppelung der

Auslenkung der Wippenstruktur 14 (aus ihrer Ausgangsstellung als Reaktion auf die Verwölbung der Membran 12) durch die Verwendung der Hebelstruktur 18.

Bezüglich weiterer Vorteile des mikromechanischen Bauteils der Fig. 1 wird auf die untere Beschreibung verwiesen.

Fig. 2 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils.

In der Ausführungsform der Fig. 2 sind die Hebelelemente 30 über zwei

Verbindungsstege 44 miteinander verbunden, wodurch eine höhere mechanische

Robustheit der Hebelstruktur 18 erreicht wird. Trotzdem kann die Hebelstruktur 18 symmetrisch bezüglich der die Aktorelektroden 22a und 22b mittig

schneidenden und/oder senkrecht zu den Drehachsen 16 und 20 ausgerichteten Symmetrieachse/Symmetrieebene 25 sein. Ebenso kann die erste Drehachse 16 mittig durch die Hebelstruktur 18 verlaufen.

Zusätzlich ist die Hebelstruktur 18 über mindestens ein parallel zu der ersten Drehachse 16 ausgerichtetes Stegelement 46 mit der Wippenstruktur 14 verbunden, wobei ein Abstand des mindestens einen Stegelements 46 von der zweiten Drehachse 20 größer als der Drehachsenabstand der ersten Drehachse

16 von der zweiten Drehachse 20 ist. Dies bewirkt eine Steigerung der

Auslenkung der Wippenstruktur 14 (aus ihrer Ausgangsstellung als Reaktion auf die Verwölbung der Membran 12) durch die Verwendung der Hebelstruktur 18 um mehr als einen Faktor 2. Der Verstärkungsfaktor, um welchen die Auslenkung der Wippenstruktur 14 (aus ihrer Ausgangsstellung als Reaktion auf die

Verwölbung der Membran 12) gesteigert wird, kann mittels des Abstands des mindestens einen Stegelements 46 von der zweiten Drehachse 20 festgelegt werden. Somit können beispielsweise Sensorvorrichtungen (wie insbesondere Inertialsensorvorrichtungen und/oder Drucksensorvorrichtungen) mit

unterschiedlichen Messbereichen, welche jedoch eine gleiche Grundanordnung, eine gleiche Größe und eine gleiche Grundstruktur ihrer Auswerteschaltung haben, mittels der Festlegung des Abstands des mindestens einen Stegelements 46 von der zweiten Drehachse 20 für ihren gewünschten Messbereich spezifiziert werden. Zusätzlich kann nahezu das gleiche Herstellungsverfahren zum

Herstellen dieser Sensorvorrichtungen mit unterschiedlichen Messbereichen ausgeführt werden. Beispielhaft sind in der Ausführungsform der Fig. 2 die zwei Hebelelemente 30 über je ein Stegelement 46 mit dem benachbarten

Verbindungsbalken 24 der Wippenstruktur 14 verbunden.

Bezüglich weiterer Merkmale des mikromechanischen Bauteils der Fig. 2 und ihrer Vorteile wird auf die zuvor erläuterte Ausführungsform und auf die untere Beschreibung verwiesen.

Fig. 3 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine dritte Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils.

Wie anhand von Fig. 3 erkennbar ist, kann auf die Ausbildung der Hebelstruktur 18 mit den Verbindungsstegen 44 auch verzichtet werden. Außerdem können die zwei Verbindungsbalken 24 der Wippenstruktur 14 über je eine sich entlang der ersten Drehachse 16 in Richtung zu der Hebelstruktur 18 erstreckende zweite Torsionsfeder 38 an je einem zweiten Säulenelement 40 aufgehängt sein. Die Wippenstruktur 14 umrahmt in diesem Fall die Hebelstruktur 18, die

Stegelemente 46 und alle Säulenelemente 34 und 40. Mittels einer derartigen Anordnung der Säulenelemente 34 und 40 können alle Säulenelemente 34 und 40 äquidistant von einem Mittelpunkt der Membran 12 an dem Substrat 10 verankert sein. Eine Verbiegung des Substrats 10 aufgrund einer von außen darauf ausgeübten Kraft oder einer Temperaturänderung hat somit

Auswirkungen auf die Säulenelemente 34 und 40 und die daran aufgehängten Strukturen 14 und 18, welche sich gegenseitig„herausmitteln". Die

Ausführungsform der Fig. 3 weist deshalb eine relative geringe Empfindlichkeit auf die von außen auf das Substrat 10 ausgeübte Kraft oder auf eine

Temperaturänderung auf.

Bezüglich weiterer Merkmale und Vorteile des mikromechanischen Bauteils der Fig. 3 wird auf die untere Beschreibung verwiesen. Fig. 4a und 4b zeigen eine schematische Draufsicht auf eine vierte

Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils und einen Querschnitt durch die vierte Ausführungsform entlang einer Symmetrieachse/Symmetrieebene der Fig. 4a.

In der Ausführungsform der Fig. 4a und 4b sind die zwei Hebelelemente 30 (an je einem ihrer Enden) über je eine erste Torsionsfeder 32, welche sich entlang der zweiten Drehachse 20 in Richtung zu der Wippenstruktur 14 erstreckt, an je einem Säulenelement 48 aufgehängt. Die zwei Verbindungsbalken 24 der

Wippenstruktur 14 sind ebenso über die je eine sich entlang der ersten

Drehachse 16 in Richtung zu der Hebelstruktur 18 erstreckende zweite

Torsionsfeder 38 an dem jeweils benachbarten Säulenelement 48 aufgehängt. Außerdem weist jedes der zwei Säulenelemente 48 zwei Verankerungsbereiche an dem Substrat 10 auf, wobei die insgesamt vier Verankerungsbereiche äquidistant zu dem Mittelpunkt der Membran 12 an dem Substrat 10 ausgebildet sind. Auch die Ausführungsform der Fig. 4a und 4b weist damit eine relative geringe Empfindlichkeit auf eine von außen auf das Substrat 10 ausgeübte Kraft oder auf eine Temperaturänderung auf.

Fig. 4b zeigt einen Querschnitt durch das mikromechanische Bauteil der Fig. 4a und 4b entlang der Symmetrieachse/Symmetrieebene 25. Erkennbar ist, dass (zumindest) die Membran 12, mindestens eine der mindestens einen ersten Aktorelektrode 22a zugeordnete erste Statorelektrode 50a und mindestens eine der mindestens einen zweiten Aktorelektrode 22b zugeordnete zweite

Statorelektrode 50b aus einer ersten Halbleiter- und/oder Metallschicht 52, welche auf einer das Substrat 10 teilweise abdeckenden ersten Isolierschicht 54 abgeschieden ist, herausstrukturiert sind. Die mindestens eine erste

Statorelektrode 50a ist auf einer ersten Seite der Membran 12 an dem Substrat 10 angeordnet. Entsprechend liegt die mindestens eine zweite Statorelektroden

50b auf einer zweiten Seite der Membran 12 an dem Substrat 10. Alternativ können auch„freigestellte" Statorelektroden auf einer zu dem Substrat 10 ausgerichteten Seite der Wippenstruktur 14 liegen, wodurch eine Empfindlichkeit des mikromechanischen Bauteils der Fig. 4a und 4b auf eine von außen auf das Substrat 10 ausgeübte Kraft zusätzlich verringerbar ist. Eine strukturierte zweite Halbleiter- und/oder Metallschicht 56 ist auf einer von dem Substrat 10 weg gerichteten Seite der ersten Halbleiter- und/oder

Metallschicht 52 gebildet, wobei Reste einer zweiten Isolierschicht 58 zwischen Teilbereichen der strukturierten zweiten Halbleiter- und/oder Metallschicht 56 und der strukturierten ersten Halbleiter- und/oder Metallschicht 52 vorliegen, während andere Teilbereiche der strukturierten zweiten Halbleiter- und/oder Metallschicht 56 die strukturierte erste Halbleiter- und/oder Metallschicht 52 direkt kontaktieren. Außerdem liegt eine strukturierte dritte Halbleiter- und/oder Metallschicht 60 auf einer von dem Substrat 10 weg gerichteten Seite der zweiten Halbleiterund/oder Metallschicht 56 vor, wobei Teilbereiche der strukturierten dritten Halbleiter- und/oder Metallschicht 60 die strukturierte zweite Halbleiter- und/oder Metallschicht 56 direkt kontaktieren, während andere Teilbereiche der strukturierten dritten Halbleiter- und/oder Metallschicht 60 mittels Resten einer dritten Isolierschicht 62 von der strukturierten zweiten Halbleiter- und/oder Metallschicht 56 abgetrennt isoliert sind.

Die Hebelstruktur 18 (mit den gezeigten Verbindungsstegen 44), die

Stegelemente 46 und die Torsionsfedern 32 und 38 sind vorzugsweise aus der dritten Halbleiter- und/oder Metallschicht 60 herausstrukturiert. Aus der dritten Halbleiter- und/oder Metallschicht 60 sind auch

Elektrodenaufhängungsstrukturen 64a und 64b herausstrukturiert, über welche die Aktorelektroden 22a und 22b der Wippenstruktur 14 beabstandet von der Membran 10 gehalten werden. Ergänzend weist das mikromechanische Bauteil der Fig. 4a und 4b eine Verkappung 66 auf, welche die Strukturen 14 und 18 und die Statorelektroden 50a und 50b überspannt und mittels mindestens einer Bondverbindung 68 an Resten der strukturierten dritten Halbleiter- und/oder Metallschicht 60 befestigt ist. Als weiter optionale Komponente kann noch extern von der Verkappung 66 mindestens ein Kontakt 70 aus Teilbereichen der Halbleiter- und/oder Metallschichten 52, 56 und 60 zusammengesetzt sein.

Weitere Merkmale und Vorteile der Ausführungsform der Fig. 4a und 4b werden unten noch beschrieben. Fig. 5a und 5b zeigen eine schematische Draufsicht auf eine fünfte

Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils und einen Querschnitt durch die fünfte Ausführungsform entlang einer Symmetrieachse/Symmetrieebene der Fig. 5a.

Als Weiterbildung zu der zuvor beschriebenen Ausführungsform sind bei dem mikromechanischen Bauteil der Fig. 5a und 5b (zusätzlich zu den an dem Substrat 10 angeordneten Statorelektroden 50a und 50b) noch mindestens eine weitere erste Statorelektrode 72a und mindestens eine weitere zweite

Statorelektrode 72b auf einer von dem Substrat 10 weg gerichteten Seite der

Wippenstruktur 14 angeordnet. Die mindestens eine weitere erste

Statorelektrode 72a und die mindestens eine weitere zweite Statorelektrode 72b sind auch aus der dritten Halbleiter- und/oder Metallschicht 60 herausstrukturiert. (Dies ist in Fig. 5b, welche einen Querschnitt entlang der

Symmetrieachse/Symmetrieebene 25 der Fig. 5a zeigt, zu erkennen.)

Stützelemente 74a und 74b der weiteren Statorelektroden 72a und 72b, welche aus Teilbereichen der Halbleiter- und/oder Metallschichten 52, 56 und 60 zusammengesetzt sind, stellen einen verlässlichen Halt der weiteren

Statorelektroden 72a und 72b in von Bewegungen der Strukturen 14 und 18 unbeeinträchtigten Positionen an dem Substrat 10 sicher.

Mittels der weiteren Statorelektroden 72a und 72b können selbst bei einem vergleichsweise geringen Volumen des mikromechanischen Bauteils der Fig. 5a und 5b Kondensatoren aus den Elektroden 22a, 22b, 50a, 50b, 72a und 72b mit vergleichsweise hohen Kapazitäten geschaffen werden. Ebenso ist es auch möglich, die Statorelektroden 50a und 50b auf Wippenpotential zu legen, um auf diese Weise eine geringere Stressempfindlichkeit des mikromechanischen Bauteils der Fig. 5a und 5b auf eine von außen auf das Substrat 10 ausgeübte Kraft zu erreichen.

Außerdem sind Hilfselemente 76 an den Säulenelementen 48 ausgebildet, an welchen die ersten Torsionsfedern 32 verankert sind. Mittels der Hilfselemente 76 kann eine Verstellbarkeit der Hebelstruktur 18 aus ihrer Ausgangsstellung heraus zusätzlich gesteigert werden. Des Weiteren sind bei dem

mikromechanischen Bauteil der Fig. 5a und 5b die Säulenelemente 48 und die Stützelemente 74a und 74b der weiteren Statorelektroden 72a und 72b äquidistant von einem Mittelpunkt der Membran 12 an dem Substrat 10 verankert. Dies steigert eine Stressunempfindlichkeit dieser Ausführungsform gegenüber einer von außen auf das Substrat 10 ausgeübten Kraft oder einer Temperaturänderung.

Weitere Eigenschaften des mikromechanischen Bauteils der Fig. 5a und 5b werden nun im Zusammenhang mit den zuvor beschriebenen

Ausführungsformen erläutert.

Alle oben beschriebenen mikromechanischen Bauteile eignen sich gut für eine Verwendung als (zumindest Teil einer) Sensorvorrichtung (wie z.B. einer Inertialsensorvorrichtung und/oder Drucksensorvorrichtung). Die Ankopplung der Membran 12 an die Wippenstruktur 14 über die Hebelstruktur 18 verbessert die Verstärkung der Auslenkung der Wippenstruktur 14 (aus ihrer Ausgangsstellung) gegenüber der Verwölbung der Membran 12 und steigert damit eine Sensitivität der jeweiligen Sensorvorrichtung bei allen oben beschriebenen

mikromechanischen Bauteilen. Die mikromechanischen Bauteile können auch gut als Modul zusammen mit einem anderen Sensortyp, wie z.B. einem

Beschleunigungs- und/oder einem Drehratensensor, hergestellt und eingesetzt werden.

Bei allen oben beschriebenen mikromechanischen Bauteilen liegt die erste Drehachse 16 in einer die Membran 12 mittig und senkrecht schneidenden Ebene. Vorzugsweise ist die Membran 12 symmetrisch innerhalb der

Wippenstruktur 14 und mittig innerhalb der Hebelstruktur 18 angeordnet. Diese Anordnung der Membran 12 innerhalb der Wippenstruktur 14 verbessert die Verstärkung der Auslenkung der Wippenstruktur 14 (aus ihrer Ausgangsstellung) gegenüber der Verwölbung der Membran 12 zusätzlich. Gleichzeitig kann die Membran 12 vergleichsweise kleinflächig ausgebildet sein, ohne dass dies eine

Bewirkbarkeit von vergleichsweise großen Auslenkungen der Wippenstruktur 14 aus ihrer Ausgangsstellung beeinträchtigt. Die vergleichsweise kleinflächig ausgebildete Membran 12 benötigt relativ wenig Fläche/Volumen und weist (gegenüber größerflächigen Membranen) eine geringere Stressempfindlichkeit auf. Außerdem zeigen kleinflächige Membranen ein (nahezu) lineares Verhalten ihrer Membrandurchbiegung als Antwort auf einen Druckunterschied zwischen der ersten Substratseite und der zweiten Substratseite. Kleinflächige Membranen reagieren auch weniger empfindlich auf Überbeanspruchung als großflächige Membranen. Des Weiteren ist ein Substrat 10 mit der vergleichsweise kleinflächig ausgebildeten Membran 12 resistenter gegenüber einer darauf ausgeübten Kraft, als ein Vergleichssubstrat mit den gleichen Substratmaßen aber einer großflächige Membran dies wäre.

Alle oben beschriebenen mikromechanischen Bauteile können ein luftdichtes Innenvolumen aufweisen, wobei ihre Membran 12 einen in dem Innenvolumen vorliegenden Referenzdruck gegenüber einem Außendruck/Messdruck abgrenzt. Insbesondere kann ein Unterdruck oder (nahezu) ein Vakuum in dem

Innenvolumen vorliegen.

Fig. 6 zeigt ein Flussdiagramm zum Erläutern einer Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für ein mikromechanisches Bauteil für eine

Drucksensorvorrichtung.

In einem optionalen Verfahrensschritt SO wird zuerst eine an einem Substrat aufgespannte Membran gebildet, welche mittels eines Druckunterschieds zwischen einer ersten Substratseite des Substrats und einer zweiten

Substratseite des Substrats verwölbbar is1 verwölbt wird. Als Alternative zu dem Verfahrensschritt SO kann jedoch auch ein„fertiges" Substrat mit einer derartigen Membran zum Ausführen des hier beschriebenen Herstellungsverfahrens verwendet werden.

In einem Verfahrensschritt Sl wird eine Wippenstruktur derart mit der Membran verbunden, dass die Wippenstruktur mittels einer Verwölbung der Membran um eine erste Drehachse verstellt wird. Dabei wird die Wippenstruktur über eine Hebelstruktur mit der Membran verbunden. Dies geschieht derart, dass die Hebelstruktur durch die Verwölbung der Membran in eine Drehbewegung um eine parallel zu der ersten Drehachse ausgerichtete und von der ersten

Drehachse beabstandete zweite Drehachse versetzt wird, und die

Wippenstruktur durch die Drehbewegung der Hebelstruktur um die zweite Drehachse in eine weitere Drehbewegung um die erste Drehachse versetzt wird. Als Verfahrensschritt Sl können die Wippenstruktur, die Hebelstruktur und evtl. mindestens eine weitere Komponente des späteren mikromechanischen Bauteils mittels mindestens eines Ätzprozesses aus mindestens einer Halbleiterund/oder Metallschicht herausstrukturiert werden. Beispielsweise können die oben beschriebenen Ausführungsformen des mikromechanischen Bauteils auf diese Weise hergestellt werden. Eine Ausführbarkeit des hier beschriebenen Herstellungsverfahrens ist jedoch nicht auf das Herstellen der oben

beschriebenen Ausführungsformen beschränkt.