Die Erfindung betrifft ein mikromechanisches Element, ein Bauelement mit einem mikromechanischen Element und ein Verfahren zum Herstellen eines Bauelements.

In aktiven und passiven Sicherheitssystemen heutiger Automobile werden zahlreiche Sensorinformationen, wie Raddrehzahl, Lenkwinkeleinschlag, Beschleunigungen und Drehgeschwindig ^¬ keiten benötigt. So verwendet beispielsweise eine Airbag- Funktion Beschleunigungsinformationen entlang einer Längsachse und entlang einer Querachse des Fahrzeugs mit einem Messbereich bis zu 500-1000 m/s ² . Für das elektronische Sta ^¬ bilitätsprogramm hingegen werden Beschleunigungssensorinformationen im Bereich bis 20 m/s ² benötigt zusätzlich zur Drehgeschwindigkeitmessung um die Hochachse des Fahrzeugs. Hierbei werden herkömmlich zur Messung der Beschleunigung für unterschiedliche Messbereiche separate Sensoren einge ^¬ setzt .

Eine weitere Vorgehensweise schlägt eine Integration von mehreren Sensoren zu einer Einheit vor. Es sind bereits Anordnungen mit Sensor-Integrationen auf einem einzelnen Chip bekannt. In EP 2 081 030 A2 wird eine Kombination eines Be- schleunigungssensors mit einem Drehratensensor beschrieben. WO 2008/026331 AI zeigt einen Beschleunigungssensor mit erweitertem Messbereich.

Es ist jedoch bisher problematisch, mit einem einzelnen mikromechanischen Element Messungen verschiedener Messgrößen, wie Drehgeschwindigkeit und Beschleunigung, durchzuführen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Lösungen vorzu ^¬ schlagen, um unterschiedliche physikalische Messgrößen mit einer einzelnen Vorrichtung bereitstellen zu können.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprü ^¬ che gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, ein mikromechanisches Element, ein Bauelement mit einem mikromechanischen Element und ein Verfahren zur Herstellung des Bauelements bereitzustellen. Hierbei weist das mikromechanische Element, das Teil eines Bauelementes sein kann, eine Mehrzahl von Einzelsensorelementen auf, wobei mindestens zwei Einzelsensorelemente eines mikromechanischen Elementes in einem Ge ^¬ häuse eines Bauelementes angeordnet sind.

Einzelsensorelemente können als Sensoren ausgebildet sein, wie beispielsweise Drehzahlsensoren und Beschleunigungssensoren. Mit dem erfindungsgemäßen mikromechanischen Element können Sensoren zur Messung von Drehgeschwindigkeiten und Beschleunigungen mit erweitertem Messbereich bereitgestellt werden. Durch die Integration mehrerer Einzelsensorelemente innerhalb eines mikromechanischen Elementes können unter- schiedliche physikalische Messgrößen, wie Beschleunigung, Geschwindigkeit, Drehrate, Druck, Temperatur und Winkel, wie Neigungswinkel, zeitlich gemessen werden.

Eine Kombination von Einzelsensorelementen, die physikalische Messgrößen unterschiedlicher Bereiche aufnehmen kann, z.B. als Beschleunigungssensoreinheit, ist ebenfalls geeig ^¬ net, innerhalb des erfindungsgemäßen mikromechanischen Elementes angeordnet zu werden. Solche mikromechanischen Ele ^¬ mente erweitern den Messbereich der Einzelsensorelemente. Dies ist insbesondere bei der Messung einer Beschleunigung bei Fahrzeugen von Vorteil. Hierbei können geringe Beschleu ^¬ nigungswerte sowie hohe Beschleunigungswerte mit einer ähn ^¬ lichen Präzision mit Hilfe eines einzelnen mikromechanischen Elementes innerhalb eines Bauelementes gemessen werden. Re ^¬ gelungseinheiten oder Regelungselektronikeinheiten, die ebenfalls in dem Bauelement angeordnet sind, können die er- fassten Messwerte weiterverarbeiten.

Es kann somit mit einem einzelnen Bauelement oder Sensor die Messung von Drehgeschwindigkeiten und Beschleunigungen mit erweitertem Messbereich zur Verfügung gestellt werden. Eine Integration von Elementen auf einem einzelnen elektromecha- nischen Element oder Chip kann beispielsweise bereitgestellt werden, indem unterschiedliche mikromechanische Strukturen unter verschiedenen Gasdrücken auf einem Chip integriert werden, um unterschiedliche Messaufgaben wahrzunehmen. Hierbei ist es möglich, unterschiedliche Anforderungen mit Hilfe von unterschiedlich einstellbaren Drücken in dem Chip bereitzustellen.

Es ist auch möglich die erfindungsgemäßen Sensoren für die Messung der Längs- und Querbeschleunigung eines Fahrzeugs im niedrigen und im hohen Messbereich einzusetzen, sowie die Erfassung der Drehgeschwindigkeit um die Hochachse eines Fahrzeuges. Es kann durch die Integration der Sensoren innerhalb eines Bauteiles Platz und Kosten gespart werden.

Ferner ist es vorteilhaft, Drehraten- und Beschleunigungs ^¬ sensoren auf einer Einheit miteinander zu kombinieren, um für unterschiedliche Messaufgaben ein einzelnes Bauteil be ^¬ reitzustellen. Dies ist möglich, da die Messungen von Drehzahl und Beschleunigung auf ähnlichen physikalischen Prinzipien beruhen können, was die Integration aller Sensoren in einem einzelnen mikromechanischen Element ermöglicht.

Auch ist es von Vorteil, wenn Herstellungsprozesse der Be ^¬ schleunigungssensoren und der Drehratensensoren ähnlich ausgebildet werden, so dass durch eine Harmonisierung der Prozesse oder Verfahrensschritte bei der Herstellung der beiden Sensortypen dieselbe Technologieplattform verwendet werden kann .

Ferner ist es von Vorteil, dass die Integration eine Redu ^¬ zierung der Kosten für die Aufbau- und Verbindungstechnik darstellt, da weniger Elemente verarbeitet werden müssen. Auch kann ein kombiniertes mikromechanisches Element kosten ^¬ günstiger hergestellt werden, da Strukturen, wie z.B. Rahmen eingespart werden können. Schließlich ist der Platzbedarf eines einzelnen Elementes geringer im Vergleich zu einer Anordnung mit mehreren Elementen.

Auch können Crash-Situationen vorzeitig erkannt werden, wenn starkes und abruptes Bremsen, welches sich im niederen Be- schleunigungsbereich abspielt, erkannt und in einem Airbag- Auslöseverfahren implementiert werden. Aufgrund von Signal ^¬ laufzeit- und Phasenunterschieden zwischen getrennt arbeitenden, physikalisch unabhängigen Beschleunigungssensoren können sich Nachteile bei der Auslegung des Auslöseverfahrens ergeben. Diese Nachteile können nun mit Hilfe der vor ^¬ geschlagenen Anordnungen überwunden werden.

Weiterbildungen des Verfahrens können Verfahrensschritte sein, die die Merkmale der angegebenen Bauelemente gemäß den Unteransprüchen sinngemäß realisieren.

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigt:

Fig. 1 eine herkömmliche Anordnung von Bauelementen;

Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemä ^¬ ßen Anordnung; und

Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemä ^¬ ßen Anordnung.

Es werden hierbei für identische oder ähnliche Elemente in den Figuren gleiche Bezugszeichen verwendet.

Fig. 1 zeigt eine herkömmliche Anordnung von Bauelementen 101, 102, 103. Im Falle mikromechanischer Sensoren sind hierbei üblicherweise ein mikromechanisches Drehratensensor- element la zusammen mit einer Regelungselektronikeinheit lb in einem gemeinsamen Gehäuse lc angeordnet. Ebenso ist ein Beschleunigungssensorelement mit niedrigem Messbereich 2a und ein Beschleunigungssensorelement mit hohem Messbereich 3a und entsprechender Regelungselektronik für den niedrigen Messbereich 2b und für den hohen Messbereich 3b verpackt und jeweils in einem gemeinsamen Gehäuse 2c bzw. 3c angeordnet. Es werden somit für drei Messaufgaben, nämlich der Messung einer niedrigen Beschleunigung, einer hohen Beschleunigung und einer Drehrate, drei einzelne Bauelemente 101, 102, 102 verwendet, in denen sich jeweils mikromechanische Elemente la, lb bzw. 2a, 2b, bzw. 3a, 3b befinden.

Fig. 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfin ^¬ dungsgemäßen Anordnung eines Bauelements 100. Hierbei weist ein einzelnes mikromechanisches Element 123a, hier ein Sen ^¬ sorelement in einem Chip, mehrere Einzelelemente l'a, 2'a, 3'a auf. Die Einzelelemente l'a, 2'a, 3'a können dabei von ^¬ einander hermetisch getrennte Bereiche innerhalb des gemein ^¬ samen Chips 123a einnehmen, die unterschiedliche Drücke ein ^¬ schließen können. Die jeweilige Regelungselektronik ist auf separaten Einheiten l'b, 2'b, 3'b angeordnet und ist mit dem Sensorelement 123a in einem gemeinsamen Gehäuse 123c unter ^¬ gebracht. Auf diese Weise kann eine Beschleunigungsmessung in einem großen Messbereich abgedeckt werden sowohl mit niedrigen wie auch hohen Beschleunigungswerten, wie beispielsweise von etwa 1 m/s ² bis etwa 1000 m/s ² . Auch kann ein einzelnes Element einen solchen Messbereich abdecken, indem eine Beschleunigungssensoreinheit 23a bereitgestellt wird, wie in Fig. 3 und 4 gezeigt. Fig. 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfin ^¬ dungsgemäßen Anordnung. Fig. 3 zeigt ein mikromechanisches Element 123a mit einem Drehratensensor l'a und mit einer kombinierten Beschleunigungssensoreinheit 23a. Die Einzel ^¬ elemente l'a und 23a können dabei voneinander hermetisch getrennte Bereiche innerhalb des gemeinsamen Chips 123a ein ^¬ nehmen, die unterschiedliche Drücke einschließen. Die jewei ^¬ lige Regelungselektronik befindet sich auf separaten Einheiten l'b, 23b und ist mit dem Sensorelement 123a in einem ge ^¬ meinsamen Gehäuse 123c untergebracht.

Fig. 4 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfin ^¬ dungsgemäßen Anordnung. Das Bauelement 100 weist eine Kombi ^¬ nation eines Drehratensensors l'a mit einer kombinierten Be ^¬ schleunigungssensoreinheit 23a auf, beispielsweise einer Kombination 23a zur Messung hoher Beschleunigungswerte und niedriger Beschleunigungswerte in einer Einheit. Die Einzel ^¬ elemente l'a und 23a können dabei voneinander hermetisch getrennte Bereiche innerhalb des gemeinsamen Chips 123a ein ^¬ nehmen, die unterschiedliche Drücke einschließen, um auf diese Weise unterschiedliche Ansprechcharakteristiken be ^¬ reitzustellen. Die Regelungselektronik für alle Einzelelemente 23a, l'a befindet sich auf einer einzigen Einheit 123b und ist mit dem Sensorelement 123a in einem gemeinsamen Ge ^¬ häuse 123c des Bauelementes 100 untergebracht.

In Fig. 2, Fig. 3 und 4 ist innerhalb des Gehäuses 123c des Bauelementes 100 jeweils mindestens ein mikromechanisches Element 123a und mindestens eine Regelungseinrichtung l'b, 2'b, 3'b, 23b, 123b angeordnet. Das mikromechanische Element 123a weist mindestens zwei Einzelsensorelemente l'a, 2'a, 3'a, 23a auf. Jedem Einzelsensorelement l'a, 2'a, 3'a, 23a kann jeweils eine Regelungselektronikeinheit l'b, 2'b, 3'b, 23b, 123b zugeordnet werden. Hierbei steht das mikromechani ^¬ sche Element 123a für mindestens zwei Messaufgaben zur Ver ^¬ fügung, so dass mindestens eine Regelungseinrichtung l'b, 2'b, 3'b, 23b, 123b mit dem mikromechanischen Element 123a verbunden ist.

Das mikromechanische Element 123a und die Regelungseinrich ^¬ tungen l'b, 2'b, 3'b, 23b, 123b sind jeweils über eine erste Anschlussgeometrie 11 elektrisch miteinander verbunden. Die Regelungseinrichtungen l'b, 2'b, 3'b, 23b, 123b weisen jeweils eine zweite Anschlussgeometrie 12 auf, die mit einer dritten Anschlussgeometrie 13 des Bauelementes 100 elekt ^¬ risch in Verbindung steht. Mit der dritten Anschlussgeometrie 13 kann das Bauelement 100 mit einer äußeren elektri ^¬ schen Beschaltung kontaktiert werden.

Bezugszeichenliste : lcL 2 cL ^ 3cL _/ mikromechanisches Element

lb, 2b, 3b mikromechanisches Element

l'a, 2'a, 3'a, 23a, 123a mikromechanisches Element

l'b, 2'b, 3'b, 23b, 123b Regelungselektronikeinheit

lc, 2c, 3c, 123c Gehäuse erste Anschlussgeometrie

zweite Anschlussgeometrie

dritte Anschlussgeometrie

100, 101, 102, 103 Bauelement