Die
vorliegenden Erfindungen gemäß Patentansprüche 1 und
9 beziehen sich einerseits auf einen Halbleitersensor, der in unterschiedlichen
Einsatzgebieten wie etwa auf dem medizinischen Sektor, bei Kraftfahrzeugen,
bei der Messung und der Kalibrierung benutzbar ist, mit einem Halbleitersensorchip
zum Erfassen eines einwirkenden physikalischen Werts, insbesondere
zum Messen einer physikalischen Größe wie etwa einer Beschleunigung,
die in einer rechtwinklig zu der Oberfläche des Halbleitersensorchips
orientierten Richtung einwirkt. Andererseits beziehen sich die Erfindungen
auf ein Gehäuse zur
Aufnahme eines Halbleitersensorchips, insbesondere zur Messung einer
Beschleunigung.The
present inventions according to claims 1 and
On the one hand, FIG. 9 relates to a semiconductor sensor which is in different
Applications such as the medical sector, motor vehicles,
can be used in the measurement and calibration, with a semiconductor sensor chip
for detecting an acting physical value, in particular
for measuring a physical quantity such as an acceleration,
in a direction perpendicular to the surface of the semiconductor sensor chip
oriented direction. On the other hand, the inventions relate
on a housing for
Recording a semiconductor sensor chip, in particular for measuring a
Acceleration.
1 zeigt
ein Beispiel eines zum Stand der Technik rechnenden Halbleitersensors.
Bei diesem herkömmlichen
Beispiel ist ein Beschleunigungssensorchip 500 vorgesehen,
der zum Erfassen einer Beschleunigung dient, die in einer rechtwinklig
zu der Oberfläche
des Chips verlaufenden Richtung 700 wirkt, und der auf
einer gedruckten Leiterplatte montiert ist, derart, daß die Richtung
der Oberfläche
des Chips tatsächlich
exakt rechtwinklig zu der Richtung 700 der Beschleunigung
orientiert ist. Genauer gesagt, ist ein Gehäuse bzw. ein mit Gehäuse versehenes
Bauelement 600, das den Beschleunigungssensorchip 500 enthält, mit
Hilfe eines zum Halten des Sensors dienenden Stifts 910 an
einem hohe Steifigkeit aufweisenden Substrat 900 befestigt.
Dieses hohe Steifigkeit besitzende Substrat 900 ist an
der gedruckten Leiterplatte angebracht. Gehäuseanschlüsse 610 sind elektrisch
mit nicht gezeigten Eingangs/Ausgangsanschlüssen des Beschleunigungssensorchips
verbunden und sind an Anschlüsse 810 der
gedruckten Schaltung über
eine Verdrahtung bzw. über
Leitungen 820 angeschlossen. Ein ähnlicher Aufbau wie der in 1 gezeigte
Halbleiterbeschleunigungssensor ist als Stand der Technik in der japanischen
Patentanmeldungs-Offenlegung JP 8-94663
A (1996) beschrieben. Diese JP 8-94663 A entspricht der US-Patentschrift
US 5 503 016 . 1 shows an example of a prior art semiconductor sensor. In this conventional example, an acceleration sensor chip 500 provided for detecting an acceleration in a direction perpendicular to the surface of the chip extending direction 700 acts, and which is mounted on a printed circuit board, such that the direction of the surface of the chip is actually exactly perpendicular to the direction 700 the acceleration is oriented. More specifically, a housing is a device 600 that the accelerometer chip 500 contains, by means of a pin used to hold the sensor 910 at a high rigidity having substrate 900 attached. This high stiffness possessing substrate 900 is attached to the printed circuit board. housing connections 610 are electrically connected to not shown input / output terminals of the acceleration sensor chip and are connected to terminals 810 the printed circuit via a wiring or via lines 820 connected. A similar construction as the one in 1 The semiconductor acceleration sensor shown is known in the Japanese Patent Application Laid-Open Publication JP 8-94663 A (1996). These JP 8-94663 A equals to US Pat. No. 5,503,016 ,
Als
der Beschleunigungssensorchip 500 kann beispielsweise ein
Sensorchip zum Einsatz kommen, wie er in 2 gezeigt
ist. Der Beschleunigungssensorchip 500 weist vier Balken 510,
die aus einem integralen Einkristall aus Silizium hergestellt sind,
ein Gewicht 520 und einen Stützrahmen 530 auf.
Halbleiterbelastungsfühler 540A bis 540D sind jeweils
an den vier Balken 510 ausgebildet, und es sind diese Halbleiterbelastungsfühler 540A bis 540D mit
einer aus Aluminium bestehenden Verdrahtung 550 so verbunden,
daß sie
eine Wheatstonesche Brückenschaltung
bilden. Die Bezugszeichen 560A und 560C bezeichnen
Eingangsanschlüsse,
wohingegen mit den Bezugszeichen 560B und 560D Ausgangsanschlüsse bezeichnet
sind. Wenn eine Beschleunigung in dem Beschleunigungssensorchip
in der Richtung 700 hervorgerufen wird, die rechtwinklig zu
der Oberfläche 501 verläuft, ist
es möglich,
ein Ausgangssignal in Abhängigkeit
von dieser Beschleunigung zu erhalten, die in der rechtwinklig zu der
Oberfläche
des Beschleunigungssensorchips 500 verlaufenden Richtung 700 hervorgerufen
wird. Dies liegt daran, daß sich
das Gewicht 520 in der Richtung der Beschleunigung verlagert,
wobei von den vier Halbleiterbelastungsfühlern 540A bis 540D die
Belastungsfühler 540A und 540C,
die auf der Seite des Gewichts angeordnet sind, und die Belastungsfühler 540B und 540D,
die auf der Seite des Stützrahmens
angeordnet sind, jeweils Widerstandsänderungen verursachen, die
stets entgegengesetzt zueinander verlaufen. Dies ist die Folge davon,
daß die
Belastungsfühler 540A und 540C auf
sich gegenüberliegenden
Seiten der Wheatstoneschen Brückenschaltung
angeordnet sind, ebenso wie auch die Belastungsfühler 540B und 540D auf
sich gegenüberliegenden
Seiten der Wheatstoneschen Brückenschaltung
positioniert sind. Bei dem vorstehend beschriebenen, zum Stand der
Technik rechnenden Beschleunigungssensor treten allerdings die nachstehend
erläuterten
Probleme auf.
- (1) Da das Beschleunigungssensorgehäuse 600 an
der gedruckten Leiterplatte 800 über das hohe Steifigkeit aufweisende
Substrat 900 angebracht ist, ist die für die Montage benötigte Fläche erhöht, und
es ist demzufolge die Größe des gesamten
Beschleunigungsmeßsystems
einschließlich
der gedruckten Leiterplatte 800 erhöht.
- (2) Mechanische Vibrationen der Verdrahtung 820 werden
auf das Sensorgehäuse übertragen,
wodurch mechanische Störungen
hervorgerufen werden. Da weiterhin die Verdrahtung 820 in
einem dreidimensionalen Raum angeordnet ist, tendiert sie dazu, Induktionsstörungen,
das heißt
induktive Störungen
zu verursachen, die von der Außenseite
her induziert werden.
- (3) Es werden ein Verfahrensschritt zur Befestigung des Gehäuses 600 an
dem hohe Steifigkeit aufweisenden Substrat 900, ein Verfahrensschritt zum
Herstellen der Verdrahtung von dem Gehäuse 600 zu der gedruckten
Leiterplatte 800 und dergleichen benötigt, die jedoch nur schwierig
zu automatisieren sind. Dies führt
zu erhöhten
Montagekosten.
As the acceleration sensor chip 500 For example, a sensor chip can be used as it is in 2 is shown. The acceleration sensor chip 500 has four bars 510 made of an integral single crystal of silicon, a weight 520 and a support frame 530 on. Semiconductor strain gages 540A to 540D are each at the four bars 510 trained, and it is these semiconductor load sensors 540A to 540D with a wiring made of aluminum 550 connected to form a Wheatstone bridge circuit. The reference numerals 560A and 560C Denote input terminals, whereas with the reference numerals 560B and 560D Output terminals are designated. When acceleration in the acceleration sensor chip in the direction 700 caused perpendicular to the surface 501 is possible, it is possible to obtain an output signal in response to this acceleration, which is perpendicular to the surface of the acceleration sensor chip 500 running direction 700 is caused. This is because of the fact that the weight 520 shifted in the direction of acceleration, wherein of the four semiconductor load sensors 540A to 540D the load sensors 540A and 540C which are located on the side of the weight, and the load sensors 540B and 540D , which are arranged on the side of the support frame, each causing resistance changes, which always run in opposite directions. This is the consequence of the load probes 540A and 540C are arranged on opposite sides of the Wheatstone bridge circuit, as well as the load sensors 540B and 540D are positioned on opposite sides of the Wheatstone bridge circuit. However, in the above-described prior art acceleration sensor, the problems explained below arise. - (1) Since the accelerometer housing 600 on the printed circuit board 800 high rigidity substrate 900 is attached, the area required for the assembly is increased, and it is therefore the size of the entire acceleration measuring system including the printed circuit board 800 elevated.
- (2) Mechanical vibration of the wiring 820 are transmitted to the sensor housing, causing mechanical disturbances. Because the wiring continues 820 is arranged in a three-dimensional space, it tends to cause inductive disturbances, that is, inductive disturbances induced from the outside.
- (3) There will be a process step for fixing the housing 600 on the high stiffness substrate 900 a method step of making the wiring from the housing 600 to the printed circuit board 800 and the like, but these are difficult to automate. This leads to increased installation costs.
Die US 5 554 806 offenbart eine
Beschleunigungserfassungsvorrichtung, bei der eine Abdeckung auf
einem Gehäusekörperabschnitt
angeordnet ist, dass sie einen Hohlraumabschnitt bildet, und ein
Sensorchip, der einer Beschleunigung ausgesetzt und verschoben wird,
in dem Hohlraumabschnitt befestigt. Der Gehäusekörperabschnitt weist eine flache
Stirnfläche
auf und elektrische Kabelanschlüsse,
die elektrisch mit dem Sensorchip verbunden sind, sind an der Stirnfläche über das
Innere des Gehäusekörperabschnitts
ausgebildet. Die Stirnfläche
ist elektrisch und mechanisch mit einer Leiterplatte verbunden und
der Gehäusekörperabschnitt
ist im Wesentlichen senkrecht zu der Leiterplatte befestigt.The US 5 554 806 discloses an acceleration detecting device in which a cover is disposed on a housing body portion so as to form a cavity portion, and a sensor chip which is subjected to acceleration and displacement is fixed in the cavity portion. The housing body portion has a flat end face, and electrical wire terminals electrically connected to the sensor chip are formed on the end face via the inside of the housing body portion det. The end face is electrically and mechanically connected to a circuit board and the housing body section is fixed substantially perpendicular to the circuit board.
Die DE 197 06 983 A1 offenbart
eine Oberflächenanbringungshalbleiterbaueinheit,
die auf einer Platine durch Bonden mittels Lötkontakthügeln angebracht ist, wobei
Signalelektroden mit jeweiligen Anschlüssen eines Halbleiterchips,
welches in der Baueinheit enthalten ist, und mit Anschlussflächen elektrisch
verbunden sind, die auf der Platine vorgesehen sind. Auf einer Anbringungsoberfläche der Baueinheit
sind Hilfselektroden vorgesehen, die als Elektroden ausgebildet
sind, welche nicht mit den jeweiligen Anschlüssen des Halbleiterchips elektrisch verbunden
sind und eine Schichtdicke besitzen, welche größer als diejenige der Signalelektroden
ist. Als Ergebnis ist eine Dicke des Lötmittels für die Lötkontakthügel zwischen der Signalelektrode
und der Anschlussfläche
durch einen Unterschied der Schichtdicke zwischen der Hilfselektrode
und der Signalelektrode sichergestellt.The DE 197 06 983 A1 discloses a surface mount semiconductor device mounted on a board by solder bump bonding, wherein signal electrodes are electrically connected to respective terminals of a semiconductor chip contained in the package and to pads provided on the board. On an attachment surface of the package, auxiliary electrodes are provided which are formed as electrodes which are not electrically connected to the respective terminals of the semiconductor chip and have a film thickness larger than that of the signal electrodes. As a result, a thickness of solder for the solder bumps between the signal electrode and the pad is ensured by a difference in layer thickness between the auxiliary electrode and the signal electrode.
Die DE 43 22 034 A1 offenbart
ein System zur Verpackung von integrierten Schaltungen, insbesondere
Sensoren, in einem Gehäuse,
das zugleich mehrpolige Kontaktierungen umfasst, insbesondere Hybrid-ICs
für eine
dreidimensionale Anordnung von Modulen, wobei auf der Grundplatte
oder dem Substrat Sensoren unter einem Winkel zueinander angeordnet
sind und diese gemeinsam mit Kontaktstiften in dem einzigen Gehäuse enthalten
und mit einer ebenen Unterlage durch automatisches Bonden verbunden
sind.The DE 43 22 034 A1 discloses a system for packaging integrated circuits, in particular sensors, in a housing which at the same time comprises multi-pole contacts, in particular hybrid ICs for a three-dimensional arrangement of modules, wherein sensors are arranged at an angle to one another and together on the base plate or the substrate Contained with contact pins in the single housing and connected to a flat surface by automatic bonding.
Die JP 07260822 A offenbart
einen Beschleunigungssensor. Eine Leiterplatte, die aus einem beschleunigungserfassenden
Teil, einem Steuerkreisteil, einer Anschlussfläche und einem Kondensator besteht,
ist auf einem metallischen Unterbau mittels Kleben montiert durch
Schweißen
fest abgedichtet und in einer Abdeckung aufgenommen. In diesem Fall
ist die Leiterplatte mit dem Äußeren eines Anschlusspins
verbunden und die Anschlussfläche ist über ein
glasisolierendes Teil des metallischen Unterbaus verbunden. Der
beschleunigungserfassende Teil erfasst eine Beschleunigung und führt das
Beschleunigungssignal dem Steuerungskreisteil zu. Das Signal wird
verarbeitet, wodurch eine Ausgangsspannung erhalten wird, die proportional
zu der Beschleunigung ist.The JP 07260822 A discloses an acceleration sensor. A printed circuit board, which consists of an acceleration detecting part, a control circuit part, a pad and a capacitor is fixedly mounted on a metallic substructure by gluing by welding and accommodated in a cover. In this case, the circuit board is connected to the exterior of a terminal pin and the terminal surface is connected via a glass-insulating part of the metallic base. The acceleration detecting part detects an acceleration and supplies the acceleration signal to the control circuit part. The signal is processed, whereby an output voltage proportional to the acceleration is obtained.
Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindungen, einen Halbleitersensor
und ein Halbleitersensorgehäuse
dazu zu schaffen, bei denen die Montagefläche noch weiter verringert
ist, die Erzeugung von durch die Verdrahtung hervorgerufenen mechanischen
und induzierten Störungen
verhindert ist, und die Montagekosten möglichst niedrig sind.It
It is an object of the present invention to provide a semiconductor sensor
and a semiconductor sensor package
create, in which the mounting surface further reduced
is the generation of mechanical caused by the wiring
and induced disorders
is prevented, and the installation costs are as low as possible.
Diese
Aufgabe wird hinsichtlich des Halbleitersensors mit den im Patentanspruch
1 genannten Merkmalen gelöst.
Hinsichtlich des Halbleitersensorgehäuses wird diese Aufgabe mit
den im Patentanspruch 9 angegebenen Merkmalen gelöst.These
Task is with respect to the semiconductor sensor with the in claim
1 mentioned features solved.
With regard to the semiconductor sensor housing, this task is with
solved the specified in claim 9 features.
Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindungen sind in den Unteransprüchen angegeben.advantageous
Embodiments of the invention are specified in the subclaims.
Gemäß der vorliegenden
Erfindung gemäß Anspruch
1 wird ein Halbleitersensor bereitgestellt, der einen Halbleitersensorchip
und ein den Halbleitersensorchip enthaltendes Gehäuse umfaßt. Der Halbleitersensorchip
dient zum Erfassen einer physikalischen Größe, und insbesondere von deren
Wert, die in einer rechtwinklig zu der Oberfläche des Chips verlaufenden
Richtung einwirkt. In dem Gehäuse
ist eine Hauptfläche
für die
Montage des Halbleitersensorchips so ausgebildet, daß sie in
einem vorbestimmten Winkel zu der Oberfläche einer gedruckten Leiterplatte
verläuft,
die für
die Montage des Gehäuses
vorgesehen ist. Die Hauptfläche
ist mit einer Mehrzahl von Anschlüssen versehen, die entlang zweier
sich gegenüberliegenden
Seiten der Hauptfläche
angeordnet sind und für
die Verbindung mit den Eingangs/Ausgangsanschlüssen des Halbleitersensorchips
vorgesehen sind. Eine Bodenfläche,
die in einem vorbestimmten Winkel, insbesondere rechtwinklig zu
der Hauptfläche
verläuft,
ist mit einer Mehrzahl von Stiften versehen, die parallel jeweils
entlang der beiden Seitenflächen,
welche die Hauptfläche sandwichartig
umgeben, zu der Hauptfläche
ausgebildet sind. Diese Stifte sind in Montagelöcher eingeführt, die in der gedruckten
Leiterplatte ausgebildet sind, wobei die Mehrzahl von Anschlüssen und
die Mehrzahl von Stiften elektrisch miteinander verbunden sind.
Die Eingangs/Ausgangsanschlüsse
des Halbleitersensorchips, der an der Hauptfläche angebracht ist, sind elektrisch
mit der Mehrzahl von Anschlüssen
des Gehäuses
verbunden.According to the present
Invention according to claim
1, a semiconductor sensor is provided which includes a semiconductor sensor chip
and a housing containing the semiconductor sensor chip. The semiconductor sensor chip
is used to detect a physical quantity, and in particular of their
Value that runs in a direction perpendicular to the surface of the chip
Direction acts. In the case
is a major area
for the
Mounting the semiconductor sensor chip designed to be in
a predetermined angle to the surface of a printed circuit board
runs,
the for
the assembly of the housing
is provided. The main area
is provided with a plurality of terminals along two
opposite each other
Sides of the main surface
are arranged and for
the connection to the input / output terminals of the semiconductor sensor chip
are provided. A floor area,
which at a predetermined angle, in particular at right angles to
the main surface
runs,
is provided with a plurality of pins, each in parallel
along the two side surfaces,
which sandwiches the main surface
surrounded, to the main surface
are formed. These pins are inserted in mounting holes that are printed in the mounting holes
Printed circuit board are formed, wherein the plurality of terminals and
the plurality of pins are electrically connected together.
The input / output connections
of the semiconductor sensor chip attached to the main surface is electric
with the majority of connections
of the housing
connected.
In
einem Ausführungsbeispiel
ist die für
die Montage des Halbleiterchips vorgesehene Hauptfläche im wesentlichen
rechtwinklig zu der Oberfläche der
gedruckten, für
die Montage des Gehäuses
vorgesehenen Leiterplatte ausgebildet. Der Halbleitersensorchip
kann ein Halbleiter-Beschleunigungssensorchip
sein. Dieser Halbleiterbeschleunigungssensorchip kann als ein Beschleunigungssensorchip ausgebildet
sein, der einen Stützrahmenabschnitt und
einen Sensoraufbau enthält,
der mindestens einen verlagerbaren Gewichtsabschnitt und einen Balkenabschnitt
umfaßt, über den
der Gewichtsabschnitt mit dem Stützrahmenabschnitt
verbunden ist. Der Sensoraufbau ist auf einem dünnen, aus Silizium bestehenden
Film ausgebildet, der über
eine isolierende Schicht auf einem aus Silizium bestehenden Substrat
ausgebildet ist, wobei die isolierende Schicht zwischen dem Sensoraufbau
und dem aus Silizium bestehenden Substrat entfernt ist. Der Balkenabschnitt
weist eine Mehrzahl von Sätzen
von parallel zueinander verlaufenden Balken auf. Der Gewichtsabschnitt
ist mit dem Stützrahmenabschnitt über die
Mehrzahl von Sätzen
aus parallelen Balken verbunden. Mindestens zwei Halbleiterbelastungsfühler sind
an der Mehrzahl von Sätzen
aus parallelen Balken ausgebildet.In one embodiment, the main surface provided for mounting the semiconductor chip is formed substantially perpendicular to the surface of the printed circuit board provided for mounting the housing. The semiconductor sensor chip may be a semiconductor acceleration sensor chip. This semiconductor acceleration sensor chip may be formed as an acceleration sensor chip including a support frame portion and a sensor assembly including at least a displaceable weight portion and a beam portion via which the weight portion is connected to the support frame portion. The sensor assembly is formed on a thin film of silicon formed over an insulating layer on a substrate made of silicon with the insulating layer between the sensor assembly and the substrate made of silicon removed. The Bal kenabschnitt has a plurality of sets of mutually parallel bars. The weight portion is connected to the support frame portion via the plurality of sets of parallel beams. At least two semiconductor stress sensors are formed on the plurality of sets of parallel beams.
Der
Halbleiterbeschleunigungssensorchip kann ferner als ein Beschleunigungssensorchip
ausgebildet sein, der einen Stützrahmenabschnitt,
einen Sensoraufbau und eine Spule aufweist, die einen Gewichtsabschnitt
umgibt und an dem Stützrahmenabschnitt
an dem peripheren Bereich des Gewichtsabschnitts ausgebildet ist.
Der Sensoraufbau enthält den
verlagerbaren Gewichtsabschnitt und einen Balkenabschnitt, der zum
Verbinden des Gewichtsabschnitts mit dem Stützrahmenabschnitt dient. Ferner ist
der Sensoraufbau auf einem dünnen
Film aus Silizium ausgebildet, der unter Zwischenlage einer isolierenden
Schicht auf dem aus Silizium bestehenden Substrat gebildet ist.
Hierbei ist die isolierende Schicht zwischen dem Sensoraufbau und
dem aus Silizium bestehenden Substrat entfernt.Of the
The semiconductor acceleration sensor chip may further be used as an acceleration sensor chip
be formed, which has a support frame section,
a sensor assembly and a coil having a weight portion
surrounds and on the support frame section
is formed on the peripheral portion of the weight portion.
The sensor structure contains the
displaceable weight portion and a beam portion to the
Connecting the weight portion with the support frame section is used. Further is
the sensor construction on a thin
Film formed of silicon, with the interposition of an insulating
Layer is formed on the substrate consisting of silicon.
Here, the insulating layer between the sensor structure and
removed from the substrate consisting of silicon.
Der
Halbleiterbeschleunigungssensor kann aber auch als ein Beschleunigungssensor
ausgestaltet sein, der einen Stützrahmenabschnitt
und eine Mehrzahl von Sensorstrukturen enthält, die jeweils einen verlagerbaren
Gewichtsabschnitt, der einen auf der Oberfläche ausgebildeten magnetischen
dünnen
Film aufweist, und einen Balkenabschnitt umfassen, der zum Verbinden
des Gewichtsabschnitts mit dem Stützrahmenabschnitt dient. Diese
Sensorstrukturen sind auf einem dünnen Film aus Silizium ausgebildet,
der unter Zwischenlage einer isolierenden Schicht auf dem aus Silizium
bestehenden Substrat ausgebildet ist. Hierbei ist die isolierende
Schicht zwischen der Mehrzahl von Sensorstrukturen und dem aus Silizium
bestehenden Substrat beseitigt. Weiterhin ist jeweils eine Spule
vorgesehen, die den Gewichtsabschnitt umgibt und an dem Stützrahmenabschnitt
jedes der Gewichtsabschnitte ausgebildet ist. Die Mehrzahl von Spulen
ist in Reihe geschaltet.Of the
However, the semiconductor acceleration sensor can also be used as an acceleration sensor
be configured, the a support frame section
and a plurality of sensor structures each having a displaceable one
Weight portion having a magnetic formed on the surface
thin
Film comprises, and comprise a beam portion for connecting
of the weight portion with the support frame portion is used. These
Sensor structures are formed on a thin film of silicon,
with the interposition of an insulating layer on the silicon
existing substrate is formed. Here is the insulating
Layer between the plurality of sensor structures and that of silicon
eliminated existing substrate. Furthermore, each is a coil
provided surrounding the weight portion and on the support frame portion
each of the weight sections is formed. The majority of coils
is connected in series.
Der
Halbleitersensorchip kann als ein Winkelbeschleunigungssensorchip
auf Halbleiterbasis ausgebildet sein, der eine erste Sensorgruppe,
die einen ersten Stützrahmenabschnitt
umfaßt,
und eine Mehrzahl von ersten Sensorstrukturen enthält, die
jeweils einen ersten verlagerbaren Gewichtsabschnitt, der einen
magnetischen dünnen,
auf der Oberfläche ausgebildeten
Film umfaßt,
und einen ersten Balkenabschnitt enthalten, der zum Verbinden des
ersten Gewichtsabschnitts mit dem ersten Stützrahmenabschnitt dient. Die
ersten Sensorstrukturen sind hierbei auf einem dünnen, aus Silizium bestehenden
Film unter Zwischenlage einer isolierenden Schicht aus dem aus Silizium
bestehenden Substrat ausgebildet, wobei die isolierende Schicht
zwischen der Mehrzahl der ersten Sensorstrukturen und dem aus Silizium bestehenden
Substrat entfernt ist. Weiterhin enthält jede erste Sensorstruktur
eine erste Erfassungsspule, die jeden bzw. den jeweiligen der ersten
Gewichtsabschnitte umgibt, und die an dem ersten Stützrahmenabschnitt
an der Peripherie jedes der bzw. des jeweiligen ersten Gewichtsabschnitts
ausgebildet ist. Die Mehrzahl von ersten Erfassungsspulen ist hierbei in
Reihe geschaltet. Ferner ist eine zweite Sensorgruppe vorhanden,
die einen zweiten Stützrahmenabschnitt
und eine Mehrzahl von zweiten Sensorstrukturen enthält, die
jeweils einen zweiten verlagerbaren Gewichtsabschnitt, der einen
magnetischen dünnen,
auf der Oberfläche
ausgebildeten Film aufweist, und einen zweiten Balkenabschnitt zum
Verbinden des zweiten Gewichtsabschnitts mit dem zweiten Stützrahmenabschnitt
umfassen. Die zweiten Sensorstrukturen sind auf einem dünnen, aus
Silizium bestehenden Film ausgebildet, der unter Zwischenlage einer
isolierenden Schicht aus dem aus Silizium bestehenden Substrat ausgebildet
ist, wobei die isolierende Schicht zwischen der Mehrzahl der zweiten
Sensorstrukturen und dem aus Silizium bestehenden Substrat beseitigt
ist. Die Mehrzahl von Sensorstrukturen der zweiten Sensorgruppe
umfaßt weiterhin
jeweils eine zweite Erfassungsspule, die jeden bzw. den jeweiligen
zweiten Gewichtsabschnitt umgibt und an dem zweiten Stützrahmenabschnitt
an dem Umfang jedes der zweiten Gewichtsabschnitte ausgebildet ist,
wobei die Mehrzahl von zweiten Erfassungsspulen in Reihe geschaltet
ist. Die erste Sensorgruppe und die zweite Sensorgruppe sind auf dem
gleichen Halbleiterchip ausgebildet. Die erste Sensorgruppe und
die zweite Sensorgruppe weisen jeweils die gleiche Anzahl von Sensorstrukturen
auf. Ferner sind die erste Sensorgruppe und die zweite Sensorgruppe
symmetrisch um die als eine Symmetrieachse dienende Erfassungsachse
herum angeordnet, wobei die ersten und die zweiten Erfassungsspulen
der ersten und zweiten Sensorgruppen eine geschlossene Schleife
bilden, derart, daß dann, wenn
eine Winkelbeschleunigung um die Erfassungsachse herum auftritt,
Ströme,
die in der Mehrzahl von ersten und zweiten Erfassungsspulen der ersten
und zweiten Sensorgruppen fließen,
in der gleichen Richtung verlaufen, wobei eine Einrichtung zum Verstärken von
Signalen, die von der Mehrzahl von ersten und zweiten Erfassungsspulen
stammen, und eine Einrichtung zum Integrieren von Ausgangssignalen
von der Mehrzahl von Erfassungsspulen vorgesehen sind, um hierdurch
ein Winkelgeschwindigkeitssignal zu erzeugen.Of the
Semiconductor sensor chip may act as an angular acceleration sensor chip
be formed on a semiconductor basis, which is a first sensor group,
a first support frame section
comprises
and a plurality of first sensor structures including
in each case a first displaceable weight portion, the one
magnetic thin,
trained on the surface
Film includes,
and a first beam portion suitable for connecting the
first weight portion with the first support frame portion is used. The
first sensor structures are here on a thin, made of silicon
Film interposing an insulating layer of silicon
formed existing substrate, wherein the insulating layer
between the plurality of first sensor structures and that made of silicon
Substrate is removed. Furthermore, each first sensor structure contains
a first detection coil, each one of the first one
Surrounds weight portions, and those on the first support frame portion
at the periphery of each of the respective first weight portion
is trained. The plurality of first detection coils is in this case
Series switched. Furthermore, a second sensor group is present,
a second support frame section
and a plurality of second sensor structures including
in each case a second displaceable weight portion, the one
magnetic thin,
on the surface
formed film, and a second beam portion to
Connecting the second weight portion to the second support frame portion
include. The second sensor structures are on a thin, off
Silicon existing film formed, the interposition of a
formed insulating layer of the existing silicon substrate
is, wherein the insulating layer between the plurality of second
Sensor structures and the substrate consisting of silicon eliminated
is. The plurality of sensor structures of the second sensor group
further includes
each a second detection coil, each one or the respective
surrounds the second weight portion and on the second support frame portion
is formed on the circumference of each of the second weight sections,
wherein the plurality of second detection coils are connected in series
is. The first sensor group and the second sensor group are on the
formed the same semiconductor chip. The first sensor group and
the second sensor group each have the same number of sensor structures
on. Further, the first sensor group and the second sensor group
symmetrical about the axis of detection serving as a symmetry axis
arranged around, wherein the first and the second detection coils
the first and second sensor groups a closed loop
form such that when
an angular acceleration occurs around the detection axis,
currents
those in the plurality of first and second detection coils of the first one
and second sensor groups flow,
in the same direction, wherein means for amplifying
Signals received from the plurality of first and second detection coils
and means for integrating output signals
are provided by the plurality of detection coils to thereby
to generate an angular velocity signal.
Das
Halbleitersensorgehäuse
nach der vorliegenden Erfindung gemäß Anspruch 9 ist ein Gehäuse zum
Aufnehmen eines Halbleitersensorchips und zeichnet sich dadurch
aus, daß eine
Hauptfläche zum
Montieren des Halbleiterchips in einem vorbestimmten Winkel mit
Bezug zu der Oberfläche
einer gedruckten Leiterplatte, auf der das Gehäuse montiert ist, ausgebildet ist,
wobei die Hauptfläche
mit einer Mehrzahl von Anschlüssen
versehen ist, die entlang zweier sich gegenüberliegender Seiten der Hauptfläche angeordnet
sind und für
die Verbindung mit Eingangs/Ausgangsanschlüssen des Halbleitersensorchips
dienen. Eine vorzugsweise rechtwinklig zu der Hauptfläche verlaufende
Bodenfläche
ist mit einer Mehrzahl von Stiften versehen, die jeweils entlang
der beiden parallel zu der Hauptfläche verlaufenden Seiten ausgebildet
sind, wobei die Mehrzahl von Stiften in Montagelöcher eingeführt sind, die in der gedruckten
Leiterplatte ausgebildet sind. Die Mehrzahl von Anschlüssen und
die Mehrzahl von Stiften sind elektrisch entlang der beiden Seitenflächen verbunden,
die die Hauptfläche
sandwichartig einschließen.The semiconductor sensor package according to the present invention according to claim 9 is a housing for accommodating a semiconductor sensor chip and is characterized in that a main surface for mounting the semiconductor chip at a predetermined angle with respect to the surface of a printed circuit board on which the housing mon The main surface is provided with a plurality of terminals disposed along two opposite sides of the main surface and for connection to input / output terminals of the semiconductor sensor chip. A bottom surface preferably perpendicular to the main surface is provided with a plurality of pins formed respectively along the two sides parallel to the main surface, the plurality of pins being inserted into mounting holes formed in the printed circuit board. The plurality of terminals and the plurality of pins are electrically connected along the both side surfaces sandwiching the main surface.
Vorzugsweise
ist die für
die Montage des Halbleitersensorchips vorgesehene Hauptfläche im wesentlichen
rechtwinklig zu der Oberfläche
der gedruckten Leiterplatte, auf der das Gehäuse montiert ist, ausgebildet.
Die Verdrahtung für
die Verbindung der Mehrzahl von Anschlüssen und der Mehrzahl von Stiften
ist vorzugsweise in dem Gehäuse
vergraben bzw. eingebettet.Preferably
is that for
the mounting of the semiconductor sensor chip provided main surface substantially
perpendicular to the surface
the printed circuit board on which the housing is mounted formed.
The wiring for
the connection of the plurality of terminals and the plurality of pins
is preferably in the housing
buried or embedded.
Die
Erfindungen werden nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf
die Zeichnungen näher
beschrieben.The
Inventions will now be described by way of example with reference to FIG
the drawings closer
described.
1 zeigt
eine schematische perspektivische Darstellung eines zum Stand der
Technik rechnenden Beispiels eines Halbleitersensors, 1 shows a schematic perspective view of a prior art calculating example of a semiconductor sensor,
2 zeigt
eine schematische Darstellung, die ein Beispiel eines zum Stand
der Technik rechnenden Beschleunigungssensors veranschaulicht, 2 shows a schematic diagram illustrating an example of a prior art computing acceleration sensor,
3A zeigt
eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines ersten Ausführungsbeispiels, wobei
eine Frontansicht des erfindungsgemäßen Sensors mit abgenommener
Abdeckung dargestellt ist, 3A shows a schematic representation for explaining a first embodiment, wherein a front view of the sensor according to the invention is shown with the cover removed,
3B zeigt
eine schematische Seitenansicht des Halbleitersensors, 3B shows a schematic side view of the semiconductor sensor,
3C zeigt
eine Schnittansicht, die entlang einer in 3A gezeigten
Linie IIIC-IIIC geschnitten ist, 3C shows a sectional view taken along a in 3A line IIIC-IIIC is cut,
3D zeigt
eine Schnittansicht, die entlang einer in 3A gezeigten
Linie IIID-IIID geschnitten ist, 3D shows a sectional view taken along a in 3A shown line IIID-IIID is cut,
4 zeigt
eine schematische Schnittansicht zur Erläuterung eines Verfahrens zum
Montieren des Halbleitersensors gemäß der vorliegenden Erfindung
an einer gedruckten Leiterplatte, 4 11 is a schematic sectional view for explaining a method of mounting the semiconductor sensor according to the present invention to a printed circuit board;
5A zeigt
eine von oben gesehene Draufsicht, in der ein erstes Beispiel eines
Beschleunigungssensorchips dargestellt ist, der für den in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung stehenden Halbleitersensor geeignet
ist, 5A 10 is a top plan view showing a first example of an acceleration sensor chip suitable for the semiconductor sensor according to the present invention;
5B zeigt
eine Schnittansicht, die entlang einer in 5A gezeigten
Linie VB-VB geschnitten ist, 5B shows a sectional view taken along a in 5A shown line VB-VB is cut,
6A zeigt
eine vergrößerte Darstellung eines
Erfassungsabschnitts des Halbleitersensorchips, der in 5 gezeigt ist, 6A FIG. 10 is an enlarged view of a detecting portion of the semiconductor sensor chip incorporated in FIG 5 is shown
6B zeigt
eine Schnittansicht, die entlang einer in 6A gezeigten
Linie VIB-VIB geschnitten ist, 6B shows a sectional view taken along a in 6A is cut line VIB-VIB shown,
7 zeigt
ein Blockschaltbild einer Beschleunigungserfassungsschaltung in
einem ersten Halbleitersensorchip, 7 shows a block diagram of an acceleration detection circuit in a first semiconductor sensor chip,
8A zeigt
eine von oben gesehene Draufsicht, in der ein zweites Beispiel eines
Beschleunigungssensorchips dargestellt ist, der für den in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung stehenden Halbleitersensor geeignet
ist, 8A 10 is a top plan view showing a second example of an acceleration sensor chip suitable for the semiconductor sensor according to the present invention;
8B zeigt
eine vergrößerte Darstellung eines
Erfassungsabschnitts bei dem Beschleunigungssensorchip, 8B FIG. 10 is an enlarged view of a detecting portion in the acceleration sensor chip; FIG.
9 zeigt
eine Darstellung, die eine Wheatstonesche Brückenschaltung gemäß einem
zweiten Beispiel eines Beschleunigungssensorchips zeigt, 9 1 is a diagram showing a Wheatstone bridge circuit according to a second example of an acceleration sensor chip;
10 zeigt
eine schematische Darstellung, die ein weiteres Beispiel des Erfassungsabschnitts eines
geeigneten Sensorchips veranschaulicht, 10 FIG. 12 is a schematic diagram illustrating another example of the detection section of a suitable sensor chip; FIG.
11A zeigt eine von oben gesehene Draufsicht, in
der ein weiteres Beispiel eines geeigneten Beschleunigungssensorchips
dargestellt ist, 11A shows a plan view seen from above, in which a further example of a suitable acceleration sensor chip is shown,
11B zeigt eine Schnittansicht, die entlang der
in 11A gezeigten Linie XIB-XIB geschnitten ist, 11B shows a sectional view taken along in 11A shown line XIB-XIB is cut,
11C zeigt eine vergrößerte Darstellung, in der ein
Teil der 11B dargestellt ist, 11C shows an enlarged view in which a part of 11B is shown
12 zeigt
eine vergrößerte Darstellung
eines Erfassungsabschnitts bei dem Beschleunigungssensorchip, der
in 11 dargestellt ist, 12 FIG. 10 is an enlarged view of a detection portion in the acceleration sensor chip incorporated in FIG 11 is shown
13A zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung
des Prinzips eines Detektionsvorgangs bei dem in der 11 dargestellten Beschleunigungssensorchips, 13A shows a schematic illustration for explaining the principle of a detection process in which in 11 illustrated acceleration sensor chips,
13B zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung
des Prinzips eines Detektionsvorgangs bei dem in der 11 dargestellten Beschleunigungssensorchips, 13B shows a schematic illustration for explaining the principle of a detection process in which in 11 illustrated acceleration sensor chips,
14 zeigt
eine schematische Darstellung, in der ein weiteres Beispiel eines
Erfassungsabschnitts gemäß 11 des Beschleunigungssensorchips dargestellt
ist, 14 shows a schematic representation in which another example of a detection section according to 11 the acceleration sensor chip is shown,
15A zeigt eine von oben gesehene schematische
Darstellung, in der ein weiteres Beispiel eines geeigneten Beschleunigungssensorchips dargestellt
ist, 15A shows a schematic view from above, in which a further example of a suitable acceleration sensor chip is shown,
15B zeigt eine von oben gesehene schematische
Ansicht, in der eine weitere Ausgestaltung des Beispiels des Beschleunigungssensorchips gemäß 15A veranschaulicht ist, 15B shows a schematic view seen from above, in which a further embodiment of the example of the acceleration sensor chip according to 15A is illustrated
15C zeigt eine von oben gesehene schematische
Draufsicht, in der eine andere abgeänderte Ausführungsform des Beschleunigungssensorchips
gemäß 15A dargestellt ist, 15C shows a schematic top view seen from above, in which another modified embodiment of the acceleration sensor chip according to 15A is shown
16 zeigt
eine schematische Ansicht, in der ein Beispiel des Schaltungsaufbaus
des Beschleunigungssensorchips gemäß 15A dargestellt
ist, 16 FIG. 12 is a schematic view showing an example of the circuit construction of the acceleration sensor chip according to FIG 15A is shown
17 zeigt
eine schematische Darstellung, in der ein weiteres Ausführungsbeispiel
des Schaltungsaufbaus des Beschleunigungssensorchips gemäß 15A dargestellt ist, 17 shows a schematic representation in which another embodiment of the circuit structure of the acceleration sensor chip according to 15A is shown
18 zeigt
eine schematische Darstellung, in der ein Winkelbeschleunigungssensorchip
veranschaulicht ist, der ein weiters Beispiel eines geeigneten Sensorchips
bildet, 18 FIG. 12 is a schematic diagram illustrating an angular acceleration sensor chip forming another example of a suitable sensor chip. FIG.
19 zeigt
eine schematische Darstellung, die ein Beispiel des Schaltungsaufbaus
des Winkelbeschleunigungssensors gemäß 18 veranschaulicht,
und 19 FIG. 12 is a diagram showing an example of the circuit construction of the angular acceleration sensor according to FIG 18 illustrated, and
20 zeigt
eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines zweiten Ausführungsbeispiels der
vorliegenden Erfindungen. 20 shows a schematic illustration for explaining a second embodiment of the present invention.
In 3 ist ein erstes Ausführungsbeispiel des Halbleitersensors
gemäß der vorliegenden
Erfindungen veranschaulicht. In 3A ist
eine von vorne gesehene Ansicht dargestellt, während in 3B eine
Seitenansicht gezeigt ist. 3C zeigt
eine Schnittansicht, die entlang einer in 3A dargestellten
Linie IIIC-IIIC geschnitten ist. In 3D ist eine
Schnittansicht gezeigt, die entlang der in 3A gezeigten
Linie IIID-IIID geschnitten ist. 3A zeigt einen
Zustand, bei dem eine in 3C dargestellte Abdeckung 921 weggenommen
ist.In 3 Fig. 12 illustrates a first embodiment of the semiconductor sensor according to the present invention. In 3A is a front view, while in 3B a side view is shown. 3C shows a sectional view taken along a in 3A shown line IIIC-IIIC is cut. In 3D a sectional view is shown along the in 3A shown line IIID-IIID is cut. 3A shows a state in which an in 3C illustrated cover 921 taken away.
Beispielsweise
weist ein Gehäuse 920,
das aus einem Epoxidharz hergestellt ist, eine sensorfixierende
Oberfläche 920A,
die zum Befestigen eines Halbleitersensorchips 910 dient,
eine Abdeckung 921 und eine Mehrzahl von Stiften 922 auf,
die parallel entlang zweier Seitenflächen, die die sensorfixierende
Oberfläche 920A sandwichartig
umgeben, angeordnet sind und von einer Bodenfläche des Gehäuses vorstehen, wobei ein Teil
derselben in einem Hauptkörper
des Gehäuses 920 vergraben
bzw. eingebettet ist. Die zur Fixierung des Sensors dienende Oberfläche 920A ist
mit einer Mehrzahl von Drahtanschlußflächen 923 versehen,
die zum Zuführen
von Strom zu dem Beschleunigungssensorchip und zum Herausführen eines
Erfassungssignals nach außen dienen.
Jede der Drahtanschlußflächen 923 ist
jeweils mit einem der Stifte 922 über eine Verdrahtung 925 verbunden.
In der Praxis können
die jeweiligen Drahtanschlußflächen 923 und
die jeweiligen Verdrahtungen 925 aus einer integralen bzw.
einstückigen
dünnen
Platte aus Metall hergestellt werden. Dies bedeutet dann, daß die dünne Platte
aus Metall in die gewünschte
Form gestanzt wird, einem Biegevorgang für die Verbindung (Bonden) mit
der zur Fixierung des Sensors dienenden Oberfläche 920A und der Seitenfläche des
Gehäuses
unterzogen wird, und mit dem zugehörigen Stift 922 durch
Löten verbunden
wird. Weiterhin ist oder wird die äußere periphere Oberfläche des
Gehäuses
mit einem Epoxidharz oder dergleichen beschichtet, um hierdurch
den Verdrahtungsabschnitt in dem Gehäuse zu vergraben, was im Hinblick
auf den Schutz der Verdrahtung bevorzugt ist. Der Halbleitersensorchip
ist an der zur Fixierung des Sensors vorgesehenen Oberfläche 920A des
in dieser Weise hergestellten Gehäuses mit einem Klebmittel oder
dergleichen fest verbunden. Der Halbleitersensorchip 910 ist
ein Sensorchip, der zum Erfassen eines physikalischen Werts bzw. einer
physikalischen Größe, beispielsweise
einer Beschleunigung dient, die in einer rechtwinklig zu seiner Oberfläche verlaufenden
Richtung 930 einwirkt. Die Drahtanschlußflächen 923 sind jeweils
elektrisch mit einem nicht gezeigten Eingangs/Ausgangsanschluß des Halbleitersensorchips 910 verbunden.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist eine Verbindung gezeigt, bei der ein Drahtbonden unter Einsatz eines
Drahts 924 für
die Verbindung zum Einsatz kommt. Schließlich wird die Abdeckung 921 an
dem Hauptkörper
des Gehäuses
angebracht. Damit ist ein Halbleitersensor hergestellt. Dieser Aufbau
ist hinsichtlich der Gehäusestruktur ähnlich wie
diejenige, die als DIP-Gehäuse
("dual in-line package") bekannt ist. Hierbei
ist jeder aus der Mehrzahl von Stiften 922 zuverlässig in
der dargestellten Weise unabhängig von
den anderen Stiften in dem Gehäuse
aufgebaut, so daß die
jeweiligen Stifte nicht in störende
Wechselwirkung miteinander treten. Da ferner die Verdrahtung 925 in
dem Gehäuse
vergraben eingebettet ist, unterliegt sie niemals vibrierenden Effekten.
Da ferner das Gehäuse 920 durch
die Abdeckung 921 abgedichtet versiegelt ist, ist der Halbleitersensorchip 910 unter
keinen Umständen
den externen Umgebungsbedingungen ausgesetzt.For example, has a housing 920 made of an epoxy resin, a sensor-fixing surface 920A , which is used to attach a semiconductor sensor chip 910 serves, a cover 921 and a plurality of pins 922 on, running parallel along two side surfaces that make up the sensor-fixing surface 920A sandwiched, arranged and protrude from a bottom surface of the housing, a part of which in a main body of the housing 920 buried or embedded. The surface used to fix the sensor 920A is with a plurality of wire pads 923 provided for supplying current to the acceleration sensor chip and for leading out a detection signal to the outside. Each of the wire pads 923 is each with one of the pens 922 via a wiring 925 connected. In practice, the respective wire pads 923 and the respective wiring 925 be made of an integral or thin metal plate. This then means that the thin sheet of metal is punched into the desired shape, a bending process for the connection (bonding) with the serving for fixing the sensor surface 920A and the side surface of the housing is subjected, and with the associated pin 922 connected by soldering. Further, the outer peripheral surface of the case is coated with an epoxy resin or the like to thereby bury the wiring portion in the case, which is preferable in terms of the protection of the wiring. The semiconductor sensor chip is on the surface provided for fixing the sensor 920A of the housing produced in this way firmly connected with an adhesive or the like. The semiconductor sensor chip 910 is a sensor chip that serves to detect a physical value, such as an acceleration, in a direction perpendicular to its surface 930 acts. The wire pads 923 are each electrically connected to an input / output terminal, not shown, of the semiconductor sensor chip 910 connected. In the present embodiment, a connection is shown in which wire bonding using a wire 924 is used for the connection. Finally the cover 921 attached to the main body of the housing. Thus, a semiconductor sensor is manufactured. This structure is similar in structure to the housing structure known as DIP ("dual in-line package") package. Here, each of the plurality of pens 922 reliably constructed in the manner illustrated independently of the other pins in the housing, so that the respective pins do not interfere with each other. Furthermore, the wiring 925 buried in the housing, it never undergoes vibrating effects. Furthermore, the case 920 through the cover 921 from Sealed sealed is the semiconductor sensor chip 910 under no circumstances exposed to external environmental conditions.
Wie
vorstehend beschrieben, ist das Halbleitersensorgehäuse, das
als Baueinheit mit einem Halbleitersensorchip als Halbleitersensor
zusammengefaßt
ist, an einer gedruckten Leiterplatte angebracht, wie dies auch
bei normalen IC-Teilen der Fall ist. 4 veranschaulicht
den Zustand der Montage, wobei ein Querschnitt gezeigt ist, der
der 3D entspricht. Die Stifte 922 des Gehäuses 920 sind
in zur Montage dienende Durchgangslöcher 941 einer gedruckten
Leiterplatte 940 eingeführt
und sind an der unteren Fläche
der gedruckten Leiterplatte mit einem Lötmittel 942 oder ähnlichem
durch Bonden verbunden. Mit diesem Verfahren kann der Halbleitersensor an
der gedruckten Leiterplatte mit genau dem gleichen Verfahren wie
bei der Montage eines DIP-Gehäuses
angebracht werden. Der Eingangsanschluß des Halbleitersensorchips
ist an eine Spannungsversorgung über
eine nicht gezeigte Verdrahtung angeschlossen, die mit den zur Montage
dienenden Durchgangslöchern 941 der
gedruckten Leiterplatte 940 verbunden ist. Ein Signal,
das dem physikalischen Wert bzw. dem Wert der physikalischen Größe entspricht,
der von dem Halbleitersensor erfaßt wird, kann nach außen abgegeben
werden. Wenn der physikalische Wert erfaßt wird, ist die gedruckte
Leiterplatte so angeordnet, daß die
Oberfläche
des Sensorchips des Halbleitersensors, der an der gedruckten Leiterplatte
montiert ist, korrekt der Richtung des physikalischen Werts bzw.
Parameters gegenüberliegt,
der erfaßt
werden soll.As described above, the semiconductor sensor package, which is integrated as a package with a semiconductor sensor chip as a semiconductor sensor, mounted on a printed circuit board, as is the case with normal IC parts. 4 illustrates the state of the assembly, wherein a cross section is shown, the 3D equivalent. The pencils 922 of the housing 920 are in through holes used for mounting 941 a printed circuit board 940 are inserted and attached to the bottom surface of the printed circuit board with a solder 942 or the like connected by bonding. With this method, the semiconductor sensor can be attached to the printed circuit board by exactly the same method as when mounting a DIP package. The input terminal of the semiconductor sensor chip is connected to a power supply via a wiring, not shown, with the serving for mounting through holes 941 the printed circuit board 940 connected is. A signal corresponding to the physical value of the physical quantity detected by the semiconductor sensor may be output to the outside. When the physical value is detected, the printed circuit board is arranged so that the surface of the sensor chip of the semiconductor sensor mounted on the printed circuit board is correctly opposed to the direction of the physical value or parameter to be detected.
Wenn
der Halbleitersensor unter Verwendung des vorstehend beschriebenen
Gehäuses
montiert wird, kann die auf der gedruckten Leiterplatte benötigte Montagefläche erheblich
verringert werden, und es kann der Halbleitersensor zuverlässig so
fixiert werden, daß sich
der Halbleitersensorchip in einer Linie bzw. ausgerichtet mit der
Richtung des zu detektierenden physikalischen Werts oder Parameters
befindet, das heißt
es ist diejenige Richtung, die rechtwinklig zu der Oberfläche des
Halbleitersensorchips verläuft
vorzugsweise, parallel zu der Oberfläche der gedruckten Leiterplatte
orientiert, wobei der Sensorchip auch mit der Anordnungsrichtung
der Mehrzahl von zur Montage dienenden Durchgangslöchern ausgerichtet
ist.If
the semiconductor sensor using the above-described
housing
is mounted, the mounting surface required on the printed circuit board can considerably
can be reduced, and it can reliably do so the semiconductor sensor
be fixed that
the semiconductor sensor chip in a line or aligned with the
Direction of the physical value or parameter to be detected
is located, that is
it is the direction that is perpendicular to the surface of the
Semiconductor sensor chips runs
preferably, parallel to the surface of the printed circuit board
oriented, wherein the sensor chip also with the arrangement direction
aligned with the plurality of through holes for mounting
is.
Der
Halbleitersensorchip 910 der in dem Gehäuse 920 abgedichtet
untergebracht ist, ist beispielsweise in einem integralen bzw. einstückigen, aus
Silizium bestehenden Substrat aufgebaut, wie dies in 1 gezeigt
ist. Der Halbleitersensorchip 910 kann ein Beschleunigungssensorchip
sein, der zum Erfassen einer Beschleunigung dient, die in einer
rechtwinklig zu der Oberfläche
des Sensorchips verlaufenden Richtung 700 auftritt, oder
kann auch ein Beschleunigungssensorchip sein, wie er in der japanischen
offengelegten Patentanmeldung JP 5-273229 A (1993) und der zur gleichen
Patentfamilie gehörenden US-PS 5 490 421 beschrieben
ist. Beispiele von einem Beschleunigungssensorchip und einem Winkelbeschleunigungssensorchip,
bei denen der erfindungsgemäße Halbleitersensor
am vorteilhaftesten zum Einsatz kommen kann, werden nachfolgend
näher beschrieben.
Ein erstes Beispiel eines geeigneten Beschleunigungssensorchips
im erfindungsgemäßen Halbleitersensor,
ist in den 5A und 5B, sowie
in den 6A und 6B gezeigt. 5A zeigt
eine von oben gesehene Draufsicht auf einen Beschleunigungssensorchip,
während
in 5B eine Schnittansicht dargestellt ist, die entlang
der in 5A gezeigten Linie VB-VB geschnitten
ist. 6A zeigt eine vergrößerte, von oben gesehene Darstellung
eines Erfassungsabschnitts, wohingegen in 6B eine
Schnittansicht gezeigt ist, die entlang einer in 6A dargestellten Linie
VIB-VIB geschnitten ist.The semiconductor sensor chip 910 in the case 920 is housed sealed, for example, in an integral or integral, consisting of silicon substrate, as shown in 1 is shown. The semiconductor sensor chip 910 may be an acceleration sensor chip that serves to detect an acceleration in a direction perpendicular to the surface of the sensor chip 700 occurs, or may also be an acceleration sensor chip, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open JP 5-273229 A (1993) and belonging to the same patent family U.S. Patent No. 5,490,421 is described. Examples of an acceleration sensor chip and an angular acceleration sensor chip, in which the semiconductor sensor according to the invention can be used most advantageously, are described in more detail below. A first example of a suitable acceleration sensor chip in the semiconductor sensor according to the invention is shown in FIGS 5A and 5B , as well as in the 6A and 6B shown. 5A shows a top plan view of an acceleration sensor chip, while in 5B a sectional view is shown along the in 5A shown line VB-VB is cut. 6A shows an enlarged, viewed from above representation of a detection section, whereas in 6B a sectional view is shown along a in 6A shown line VIB-VIB is cut.
Wie
in 5A und 5B gezeigt
ist, ist eine aus SiO2 bestehende Schicht 102,
die als eine teilweise zu opfernde bzw. wieder zu entfernende Schicht
für die
elektrische Isolierung dient, zwischen einem aus Silizium bestehenden
Substrat 100 und einem dünnen, aus Silizium bestehenden
Film 101 ausgebildet, wodurch ein Chip gebildet ist. Auf
dem dünnen,
aus Silizium bestehenden Film 101 des Chips sind ein Erfassungsabschnitt 103,
der in dem Zentrum des Chips angeordnet ist, eine digitale Einstellschaltung 104,
eine analoge Verstärkerschaltung 105,
Eingangs/Ausgangsanschlüsse 106 und
digitale Einstellanschlüsse
(Justieranschlüsse) 107 ausgebildet.
Die analoge Verstärkerschaltung 105 dient
zum Verstärken
eines von dem Erfassungsabschnitt 103 stammenden Ausgangssignals.
Die digitale Einstellschaltung 104 bildet eine Schaltung
zum Ausführen einer
Kompensation der Empfindlichkeit und einer Temperaturkompensation
des Sensors und dergleichen und ist beispielsweise durch ein ROM
(Festwertspeicher) gebildet. Die digitalen Justieranschlüsse 107 dienen
als Anschlüsse
zum Einspeisen von für
die Justierung dienenden Daten in die digitale Einstellschaltung 104.As in 5A and 5B is shown, is a layer consisting of SiO 2 102 serving as a partially sacrificial or redetachable layer for electrical insulation between a substrate made of silicon 100 and a thin film of silicon 101 formed, whereby a chip is formed. On the thin film made of silicon 101 of the chip are a detection section 103 located in the center of the chip, a digital adjustment circuit 104 , an analog amplifier circuit 105 , Input / output connections 106 and digital adjustment connections (adjustment connections) 107 educated. The analog amplifier circuit 105 serves to amplify one of the detection section 103 originating output signal. The digital setting circuit 104 constitutes a circuit for performing compensation of sensitivity and temperature compensation of the sensor and the like, and is constituted by, for example, a ROM (Read Only Memory). The digital adjustment connections 107 serve as terminals for feeding data for adjustment into the digital setting circuit 104 ,
Wie
in 6A gezeigt ist, weist der Erfassungsabschnitt 103 einen
Gewichtsabschnitt 110 und vorstehende Teile (Balkenabschnitte) 111a1, 111a2, 111b1 und 111b2 an
den vier Ecken des Gewichtsabschnitts 110 auf. Der Gewichtsabschnitt 110 ist
mit einem umgebenden Stützrahmenabschnitt 112 über die
vorstehenden Teile (Balkenabschnitte) 111a1, 111a2, 111b1 und 111b2 an
den vier Ecken integral bzw. einstückig verbunden. Bei diesem
Aufbau wird der Gewichtsabschnitt 110 durch zwei Sätze von
parallelen Balkenabschnitten an seinen beiden Seiten abgestützt, das
heißt,
genauer gesagt, an dem Stützrahmenabschnitt 112 über einen
ersten Balkenabschnitt, der die vorstehenden Teile 111a1 und 111a2 enthält, und
einen zweiten Balkenabschnitt gehalten, der die vorstehenden Teile 111b1 und 111b2 enthält. Das
Bezugszeichen 108 bezeichnet Durchgangslöcher, die
durch den dünnen,
aus Silizium bestehenden Film 101 hindurch geführt sind.
Unter Ausnutzung dieser Durchgangslöcher 108 ist der Anteil
der aus SiO2 bestehenden Schicht 102 unterhalb
des Gewichtsabschnitts 110 und der Balkenabschnitte 111a1, 111a2, 111b1 und 111b2 durch
Naßätzen entfernt
(siehe die 5B und 6B). Als
Ergebnis dessen sind der Gewichtsabschnitt 110 und der
erste und der zweite Balkenabschnitt in einer Richtung verlagerbar,
die rechtwinklig zu ihrer Oberfläche
verläuft. Der
Gewichtsabschnitt 110 und die Balkenabschnitte 111a1, 111a2, 111b1 und 111b2 weisen
gleich große Dicke
auf, die beispielsweise 5 μm
beträgt.
Die Abmessungen des Gewichtsabschnitts 110 sind beispielsweise
850 μm × 600 μm, und die
Breite der Balkenabschnitte beispielsweise 30 μm beträgt. An den jeweiligen Seiten
des Stützrahmens
und an den Seiten des Gewichtsabschnitts an den beiden Enden der Balkenabschnitte 111a1, 111a2, 111b1 und 111b2 sind
insgesamt acht Halbleiterbelastungsfühler 113a, 113b, 113c, 113d, 113e, 113f, 113g und 113h vorgesehen,
die durch Diffusion, das heißt
Eindiffundieren eines Dotiermaterials ausgebildet sind. Mit dem
Bezugszeichen 114 ist eine Verdrahtung für die Verbindung
dieser Belastungsmeßfühler bezeichnet,
wobei eine Wheatstonesche Brückenschaltung
durch die acht Belastungsmeßfühler gebildet
ist. Die Wheatstonesche Brücken
ist an eine Konstantspannungsversorgung Vcc und an Massepotential
GND angeschlossen. Die Ausgänge
bzw. Ausgangssignale V+ und V– der
Wheatstoneschen Brückenschaltung
sind zu der Verstärkerschaltung 105 geführt.As in 6A is shown, the detecting section 103 a weight section 110 and protruding parts (beam sections) 111a1 . 111a2 . 111b1 and 111B2 at the four corners of the weight section 110 on. The weight section 110 is with a surrounding support frame section 112 over the protruding parts (beam sections) 111a1 . 111a2 . 111b1 and 111B2 integrally connected at the four corners. In this construction, the weight portion becomes 110 supported by two sets of parallel beam portions on both sides thereof, that is, more specifically, on the support frame portion 112 over a first bar cut the protruding parts 111a1 and 111a2 contains, and a second beam portion held, the protruding parts 111b1 and 111B2 contains. The reference number 108 denotes through-holes through the thin film of silicon 101 passed through. Taking advantage of these through holes 108 is the proportion of the layer consisting of SiO 2 102 below the weight section 110 and the beam sections 111a1 . 111a2 . 111b1 and 111B2 removed by wet etching (see the 5B and 6B ). As a result, the weight portion 110 and the first and second beam portions are displaceable in a direction perpendicular to their surface. The weight section 110 and the beam sections 111a1 . 111a2 . 111b1 and 111B2 have the same thickness, which is for example 5 microns. The dimensions of the weight section 110 For example, 850 microns × 600 microns, and the width of the beam sections, for example, 30 microns. At the respective sides of the support frame and at the sides of the weight portion at both ends of the beam portions 111a1 . 111a2 . 111b1 and 111B2 are a total of eight semiconductor stress sensors 113a . 113b . 113c . 113d . 113e . 113f . 113g and 113h provided, which are formed by diffusion, that is, diffusing a doping material. With the reference number 114 is a wiring for the connection of these strain gauges designated, wherein a Wheatstone bridge circuit is formed by the eight strain gauges. The Wheatstone bridges are connected to a constant voltage supply Vcc and to ground potential GND. The outputs V + and V- of the Wheatstone bridge circuit are to the amplifier circuit 105 guided.
In 7 ist
ein Blockschaltbild einer Beschleunigungserfassungsschaltung gezeigt.
Die Ausgangssignale V + und V– der
Wheatstoneschen Brückenschaltung,
die durch die acht Halbleiterbelastungsfühler 113a, 113b, 113c, 113d, 113e, 113f, 113g und 113h gebildet
ist, werden in die Verstärkerschaltung 105 eingespeist
und in dieser verstärkt. Wenn
eine Beschleunigung in der Richtung eines in 6B gezeigten
Pfeils ausgeübt
wird, wird auf die Belastungsmeßfühler 113b, 113c, 113f und 113g auf der
Seite des Gewichtsabschnitts eine Druckbeanspruchung ausgeübt, wodurch
ihr Widerstandswert verringert wird. Demgegenüber wird auf die auf der Seite
des Stützrahmenabschnitts
befindlichen Belastungsmeßfühler 113a, 113d, 113e und 113h eine Zugbeanspruchung
ausgeübt,
wodurch ihr Widerstandswert vergrößert wird. Als Ergebnis dessen
wird von der Wheatstoneschen Brückenschaltung
ein Sensorausgangssignal erhalten, das von der Größe der Beschleunigung
abhängig
ist und das durch die Verstärkerschaltung 105 verstärkt wird.
Weiterhin werden von der digitalen Einstellschaltung 104 an
die Verstärkerschaltung 105 Daten
Vg für
die Kompensation der Empfindlichkeit Daten TCS und eine Offsetspannung
Voff (Sensorausgangssignal, wenn keine Beschleunigung ausgeübt wird)
zum Kompensieren der Temperatureigenschaften der Empfindlichkeit,
und Daten ΔVoff
zum Kompensieren einer Abweichung der Offsetspannung angelegt. Das
Ausgangssignal der Verstärkerschaltung 105 wird
als ein Ausgangssignal Vout über
ein Hochpaßfilter 116 und ein
Tiefpaßfilter 117 erhalten.
Folglich kann ein Erfassungsergebnis, das je nach Notwendigkeit
kompensiert ist, als die Ausgangsspannung Vout der Brückenschaltung
herausgegriffen werden. Das Hochpaßfilter 116 und das
Tiefpaßfilter 117 können externe
Schaltungen sein, oder es können
Einstellabschnitte für
Frequenzantwortbereiche dieser Filter in der digitalen Einstellschaltung 104 vorgesehen
sein.In 7 a block diagram of an acceleration detection circuit is shown. The output signals V + and V- of the Wheatstone bridge circuit formed by the eight semiconductor load sensors 113a . 113b . 113c . 113d . 113e . 113f . 113g and 113h is formed in the amplifier circuit 105 fed and reinforced in this. When an acceleration in the direction of an in 6B is applied to the load sensor 113b . 113c . 113f and 113g on the side of the weight portion exerted a compressive stress, whereby their resistance value is reduced. On the other hand, is on the load sensor located on the side of the support frame section 113a . 113d . 113e and 113h applied a tensile stress, whereby their resistance value is increased. As a result, the Wheatstone bridge circuit obtains a sensor output dependent on the magnitude of the acceleration and that through the amplifier circuit 105 is reinforced. Furthermore, from the digital setting circuit 104 to the amplifier circuit 105 Data Vg for the compensation of the sensitivity data TCS and an offset voltage Voff (sensor output when no acceleration is applied) for compensating the temperature characteristics of the sensitivity, and data ΔVoff for compensating for a deviation of the offset voltage applied. The output signal of the amplifier circuit 105 is output as an output signal Vout via a high pass filter 116 and a low pass filter 117 receive. Consequently, a detection result which is compensated as necessary can be taken out as the output voltage Vout of the bridge circuit. The high pass filter 116 and the low pass filter 117 may be external circuits or frequency response range adjusting sections of these filters in the digital adjustment circuit 104 be provided.
Bei
dem vorliegenden Beispiel ist der Gewichtsabschnitt 110 beweglich
an dem Stützrahmenabschnitt 112 durch
die beiden parallelen Balkenabschnitte 111a und 111b abgestützt, die
auf den beiden Seiten ausgebildet sind. Hierdurch wird ein Meßfehler
verhindert, der auf eine torsionsmäßige Deformation der Balkenabschnitte
zurückzuführen ist.
Da ferner bei dem vorliegenden Beispiel zwei Belastungsmeßfühler jeweils
an einer Seite bzw. in einem Zweig der Brücke angeordnet sind, kann die
Empfindlichkeit des Sensors verbessert sein. Da ferner bei dem vorliegenden
Beispiel die Wheatstonesche Brückenschaltung
durch Halbleitermeßfühler gebildet
ist, ist selbst dann, wenn Fremdmaterialien mit einer Größe, die
die Bewegung des Gewichtsabschnitts nicht stört, zwischen den Erfassungsabschnitt 103 und
das aus Silizium bestehende Substrat 100 eindringt, der Einfluß auf die
Eigenschaften des Sensors klein, was einen Unterschied gegenüber dem
Fall eines kapazitiven Typs darstellt.In the present example, the weight portion 110 movable on the support frame section 112 through the two parallel bar sections 111 and 111b supported, which are formed on the two sides. As a result, a measurement error is prevented, which is due to a torsional deformation of the beam sections. Further, in the present example, since two strain gauges are respectively disposed on one side and on a branch of the bridge, the sensitivity of the sensor can be improved. Further, in the present example, since the Wheatstone bridge circuit is constituted by semiconductor sensors, even if foreign matters having a size which does not disturb the movement of the weight portion are interposed between the detecting portion 103 and the substrate made of silicon 100 the influence on the characteristics of the sensor is small, which is a difference from the case of a capacitive type.
Der
Beschleunigungssensor ist bei dem vorliegenden Beispiel mit einer
Funktion versehen, durch die bestätigt bzw. ermittelt wird, ob
das Verhalten des Sensors normal ist oder nicht. Dies bedeutet, daß eine Eigenüberprüfungsfunktion,
das heißt
eine Selbsttestfunktion, vorgesehen ist. Dies wird in der folgenden
Weise ausgeführt.
Für das
aus Silizium bestehende Substrat 100 wird Silizium benutzt,
das einen kleinen spezifischen Widerstand aufweist. Eine Elektrode 115,
die an der Rückseite
des Substrats 100 vorgesehen ist, wird extern mit einer
Spannung Vself beaufschlagt, um hierdurch eine Potentialdifferenz
zwischen dem aus Silizium bestehenden Substrat 100 und
dem dünnen,
aus Silizium bestehenden Film 101 zu erzeugen. Der Sensor 103 wird
durch die elektrostatische Kraft ausgelenkt, wobei das zu diesem
Zeitpunkt von der Brückenschaltung
erhaltene Ausgangssignal detektiert wird. Der Spalt zwischen dem
aus Silizium bestehende Substrat 100 und dem dünnen Film 101 aus
Silizium wird durch die Dicke der zwischen ihnen befindlichen aus
SiO2 bestehenden Schicht bestimmt. Anders
ausgedrückt,
kann die Größe des Spalts
leicht dadurch gesteuert werden, daß die Dicke der aus SiO2 bestehenden Schicht während der Herstellung eines
SOI-Wafers (Silizium aus Isolator) gesteuert wird. Da die Größe der elektrostatischen
Kraft, die durch die angelegte Spannung hervorgerufen wird, leicht
und präzise
berechnet werden kann, ist eine Eigendiagnose (Selbsttest) dadurch
möglich,
daß die
Beziehung zwischen der Größe einer
Wechselspannung oder einer Gleichspannung, die an die Elektrode 115 angelegt
wird, und dem Ausgangssignal des Sensors überprüft wird. Da die Abmessungen
des beweglichen Abschnitts, der den Gewichtsabschnitt und die Balkenabschnitte
umfaßt,
naturgemäß zum Zeitpunkt
des Entwurfs (Designs) festgelegt werden, kann ein Spannungsbereich
für die
Erzeugung einer Verlagerung, bei der sich kein Kontakt mit dem aus
Silizium bestehenden Substrat einstellt, in einfacher Weise festgelegt
werden.The acceleration sensor in the present example is provided with a function of confirming whether the behavior of the sensor is normal or not. This means that a self-checking function, that is, a self-test function, is provided. This is done in the following way. For the substrate made of silicon 100 Silicon is used which has a low resistivity. An electrode 115 at the back of the substrate 100 is provided externally applied to a voltage Vself, thereby a potential difference between the substrate made of silicon 100 and the thin silicon film 101 to create. The sensor 103 is deflected by the electrostatic force, wherein the output signal obtained at this time by the bridge circuit is detected. The gap between the silicon substrate 100 and the thin film 101 of silicon is determined by the thickness of the SiO 2 layer between them. In other words, the Size of the gap can be easily controlled by controlling the thickness of the layer made of SiO 2 during the production of an SOI wafer (silicon of insulator). Since the magnitude of the electrostatic force caused by the applied voltage can be easily and accurately calculated, a self-diagnosis is possible in that the relationship between the magnitude of an AC voltage or a DC voltage applied to the electrode 115 is applied, and the output signal of the sensor is checked. Since the dimensions of the movable portion including the weight portion and the beam portions are naturally set at the time of design, a voltage range for generating a displacement in which contact with the substrate made of silicon does not become more easily possible Be set way.
Ein
zweites Beispiel eines geeigneten Beschleunigungssensorchips ist
in den 8A und 8B gezeigt.A second example of a suitable acceleration sensor chip is shown in FIGS 8A and 8B shown.
8A zeigt
eine von oben gesehene Draufsicht, wohingegen in 8B eine
vergrößerte Darstellung
des Erfassungsabschnitts gezeigt ist. 8A shows a top view seen from above, whereas in 8B an enlarged view of the detection section is shown.
Der
Chip ist so aufgebaut, daß eine
aus SiO2 bestehende Schicht, die zur elektrischen
Isolierung und als eine zu opfernde Schicht dient, zwischen dem
aus Silizium bestehenden Substrat 100 und dem aus Silizium
bestehenden dünnen
Film 101 ausgebildet ist. Auf dem dünnen Film 101 des
Chips sind ein Erfassungsabschnitt 200, der in der Mitte
des Chips angeordnet ist, eine digitale Einstellschaltung bzw. Justierschaltung 104,
eine analoge Verstärkerschaltung 105,
Eingangs/Ausgangsanschlüsse 106 und digitale
Einstellanschlüsse
bzw. Justieranschlüsse 107 ausgebildet.
Das vorliegende Beispiel unterscheidet sich von dem in den 5 bis 7 gezeigten
ersten Beispiel im Hinblick auf die Gestaltung des Erfassungsabschnitts
und auf das Layout der Halbleiterbelastungsfühler in Verbindung mit der
Struktur des Erfassungsabschnitts. Da die anderen Teile die gleichen
sind wie bei dem ersten Beispiel, wird deren detaillierte Beschreibung
hier weggelassen.The chip is constructed so that a layer of SiO 2 , which serves for electrical insulation and as a sacrificial layer, between the substrate consisting of silicon 100 and the silicon thin film 101 is trained. On the thin film 101 of the chip are a detection section 200 located in the center of the chip, a digital adjustment circuit 104 , an analog amplifier circuit 105 , Input / output connections 106 and digital adjustment ports 107 educated. The present example differs from that in the 5 to 7 with regard to the configuration of the detection section and the layout of the semiconductor load sensors in conjunction with the structure of the detection section. Since the other parts are the same as in the first example, their detailed description is omitted here.
Der
Erfassungsabschnitt 200 weist zwei Gewichtsabschnitte 201a und 201b sowie
sechs Verbindungsabschnitte 211a1, 211a1, 211a3, 211b1, 211b2 und 211b3 auf,
die für
die Verbindung der beiden Gewichtsabschnitte mit einem Stützrahmenabschnitt 212 und
für die
jeweils gegenseitige Verbindung der beiden Gewichtsabschnitte dienen.
Die beiden Gewichtsabschnitte 201a und 201b sowie
deren Peripherie ist mit den Durchgangslöchern 108 versehen, wie
dies auch bei dem ersten Beispiel bei dem Gewichtsabschnitt der
Fall ist, und es ist die aus SiO2 bestehende
Schicht unterhalb der beiden Gewichtsabschnitte 201a und 201b sowie
der sechs Verbindungsabschnitte durch Ätzen entfernt. Die beiden Gewichtsabschnitte
sind daher mit den peripheren Stützrahmenabschnitten 212 über die
Verbindungsabschnitte 211a1, 211a3, 211b1 und 211b3 integriert ausgebildet
bzw. einstückig
verbunden, so daß sie
in einer Richtung verlagerbar sind, die rechtwinklig zu der Oberfläche des
Papiers bzw. der Zeichnungsebene verläuft. Bei diesem Aufbau sind
die beiden Gewichtsabschnitte 201a und 201b an
dem Stützrahmenabschnitt 212 durch
zwei Sätze
paralleler Balkenabschnitte abgestützt, nämlich durch einen ersten Balkenabschnitt, der
die Verbindungsabschnitte 211a1, 211a2 und 211a3 umfaßt, und
einen zweiten Balkenabschnitt, der die Verbindungsabschnitte 211b1, 211b2 und 211b3 enthält. Halbleiterbelastungsmeßfühler 213a, 213b, 213c und 213d sind durch
Eindiffundieren von Dotiermaterial in die Verbindungsabschnitte 211a1 und 211a3 des
ersten Balkenabschnitts sowie in die Verbindungsabschnitte 211b2 und 211b3 des
zweiten Balkenabschnitts ausgebildet. Zur Vergrößerung der Empfindlichkeit
ist die Dicke des Balkenabschnitts vorzugsweise kleiner ausgelegt
als die Dicke des Gewichtsabschnitts (Dicke des dünnen, aus
Silizium bestehende Films). Bei dem vorliegenden Beispiel weist
der Balkenabschnitt eine Dicke von 2 μm auf, wohingegen der Gewichtsabschnitt
eine Dicke von 5 μm
besitzt. Zur Verringerung der Dicke des Balkenabschnitts wird eine
Musterätzung
bzw. eine Ätzung
mit Musterbildung ausgeführt,
um hierdurch die Dicke des Balkenabschnitts zu verringern, bevor
die Halbleitermeßfühler, die Schaltungsbauelemente
und dergleichen erzeugt werden.The detection section 200 has two weight sections 201 and 201b as well as six connecting sections 211A1 . 211A1 . 211a3 . 211b1 . 211b2 and 211b3 on, for the connection of the two weight sections with a support frame section 212 and serve for each mutual connection of the two weight sections. The two weight sections 201 and 201b as well as its periphery is with the through holes 108 as is the case with the first example in the weight section, and it is the layer consisting of SiO 2 below the two weight sections 201 and 201b and the six connecting portions removed by etching. The two weight sections are therefore with the peripheral support frame sections 212 over the connecting sections 211A1 . 211a3 . 211b1 and 211b3 integrally formed so as to be displaceable in a direction which is perpendicular to the surface of the paper or the drawing plane. In this construction, the two weight sections 201 and 201b on the support frame section 212 supported by two sets of parallel beam sections, namely by a first beam section connecting the connecting sections 211A1 . 211A2 and 211a3 includes, and a second beam portion, the connecting portions 211b1 . 211b2 and 211b3 contains. Halbleiterbelastungsmeßfühler 213a . 213b . 213c and 213d are by diffusing doping material into the connecting sections 211A1 and 211a3 the first beam portion and in the connecting portions 211b2 and 211b3 formed of the second beam portion. To increase the sensitivity, the thickness of the beam portion is preferably made smaller than the thickness of the weight portion (thickness of the thin film made of silicon). In the present example, the beam portion has a thickness of 2 μm, whereas the weight portion has a thickness of 5 μm. To reduce the thickness of the beam portion, pattern etching is performed to thereby reduce the thickness of the beam portion before the semiconductor sensors, the circuit devices, and the like are formed.
9 zeigt
die bei dem vorliegenden Beispiel vorhandene Wheatstonesche Brückenschaltung.
Wenn eine Beschleunigung in einer Richtung, die auf das aus Silizium
bestehende Substrat gerichtet ist, in Richtung der Dicke des Gewichtsabschnitts gemäß den 8A und 8B ausgeübt wird,
wird in den Balkenabschnitten in demjenigen Teil, in dem die Halbleiterbelastungsfühler 213b und 213c.
ausgebildet sind, eine Druckbeanspruchung hervorgerufen, wohingegen
in demjenigen Teil, in dem die Halbleiterfühler 213a und 213d ausgebildet
sind, eine Zugbeanspruchung hervorgerufen wird. Daher verringert
sich der Widerstand der Halbleiterbelastungsfühler 213b und 213c,
wohingegen sich der Wert des Widerstands der Halbleiterbelastungsfühler 213a und 213d erhöht. Aufgrund
dieser Vorgänge
wird von der Wheatstoneschen Brückenschaltung
eine Spannungsänderung
abgegeben, die von der Änderung der
Beschleunigung abhängt. 9 shows the Wheatstone bridge circuit present in the present example. When an acceleration in a direction directed to the substrate made of silicon, in the direction of the thickness of the weight portion according to the 8A and 8B is applied in the beam portions in the part where the semiconductor strain sensors 213b and 213c , are formed, a compressive stress caused, whereas in the part in which the semiconductor probe 213a and 213d are formed, a tensile stress is caused. Therefore, the resistance of the semiconductor load sensors decreases 213b and 213c whereas the value of the resistance of the semiconductor load sensors 213a and 213d elevated. Due to these operations, the Wheatstone bridge circuit outputs a voltage change that depends on the change of the acceleration.
10 zeigt
ein weiteres Beispiel eines Erfassungsabschnitts, der zwei Gewichtsabschnitte umfaßt. Im Unterschied
zu dem Erfassungsabschnitt, der in 9 gezeigt
ist, sind die Gewichtsabschnitte 201a und 201b mit
dem Stützrahmenabschnitt
durch drei Sätze
paralleler Balkenabschnitte 211c1 und 211c2, 211d1 und 211d2 bzw. 211e1 und 211e2 verbunden.
Die Gewichtsabschnitte 201a und 201b sind wie
bei dem in 9 dargestellten Beispiel durch zwei
parallele Balkenabschnitte 211a und 211b miteinander
verbunden. Die Balkenabschnitte 211d1, 211a, 211b und 211d2 sind
mit den Halbleiterbelastungsfühlern 213a, 213b, 213c und 213d versehen, wodurch
eine Wheatstonesche Brückenschaltung gebildet
ist. Da eine Belastung in der Oberfläche des Balkenabschnitts aufgrund
einer Beschleunigung hervorgerufen wird, wird zur Erhöhung der
Stabilität der
Verdrahtung keine normale, aus Aluminium bestehende Verdrahtungsstruktur
(eine Verdrahtung bzw. Leitung aus Aluminium wird auf dem Silizium unter
Zwischenlage einer isolierenden Schicht vorgesehen) als die Leitungsverbindung
zum Verbinden der jeweiligen Belastungsfühler benutzt, sondern es kann
eine durch Diffusion hergestellte Leitungsverbindung benutzt werden.
In diesem Fall ist die Diffusionsverdrahtung bzw. Diffusionsleitungsverbindung ein
Blattwiderstand bzw. ein blattförmiger
Widerstand, wobei der Wert dieses Widerstands durch die Länge und
Breite bestimmt wird. Bei dem in 8B dargestellten
Beispiel sind in demjenigen Abschnitt, in dem ein oder mehrere Belastungsmeßfühler durch einen
Balkenabschnitt gebildet sind, der den Gewichtsabschnitt und den
Stützrahmenabschnitt
miteinander verbindet, zwei Teile der Verdrahtung bzw. Leitung an
einem einzigen Balkenabschnitt notwendig, so daß daher die Breite der Leitung
gering wird, sich der Widerstandswert des blattförmigen Widerstands erhöht, und
die Empfindlichkeit in diesem Ausmaß verringert ist. Auf der anderen
Seite ist jedoch bei dem in 10 gezeigten
Beispiel ein einziges Verdrahtungs- bzw. Leitungsteil für jeden
Balken ausreichend, so daß daher
die Breite der Leitung erhöht
werden kann und eine geringen Widerstandswert besitzende Verdrahtung
benutzt werden kann, wodurch sich die Verschlechterung der Empfindlichkeit
verringert. 10 Fig. 10 shows another example of a detecting portion including two weight portions. In contrast to the detection section, which in 9 is shown are the weight sections 201 and 201b with the support frame section through three sets of parallel bar sections 211c1 and 211c2 . 211d1 and 211d2 respectively. 211e1 and 211e2 connected. The weight sections 201 and 201b are like in the 9 illustrated example by two parallel beam sections 211 and 211b connected with each other. The beam sections 211d1 . 211 . 211b and 211d2 are with the semiconductor load sensors 213a . 213b . 213c and 213d provided, whereby a Wheatstone bridge circuit is formed. Since a stress is caused in the surface of the beam portion due to an acceleration, a normal wiring structure made of aluminum (an aluminum wiring is provided on the silicon with an insulating layer interposed) is not used as the wiring for increasing the stability of the wiring is used for connecting the respective load sensors, but it can be used by a diffusion produced line connection. In this case, the diffusion wiring is a sheet resistance, and the value of this resistance is determined by the length and width. At the in 8B For example, in the portion where one or more load sensors are constituted by a beam portion connecting the weight portion and the support frame portion, two portions of the wiring on a single beam portion are necessary, and therefore, the width of the conduit becomes small , the resistance value of the sheet-shaped resistor increases, and the sensitivity is reduced to that extent. On the other hand, however, in the case of 10 For example, as shown in FIG. 1, a single wiring portion is sufficient for each beam, so that the width of the wiring can be increased and a low-resistance wiring can be used, thereby reducing the deterioration of the sensitivity.
Da
bei dem vorliegenden Beispiel eine solche Wheatstonesche Brückenschaltung
vorgesehen ist, kann jede beliebige Kombination zum Einsatz kommen,
durch die die gleichen Änderungen
der Belastungsfühler
hervorgerufen werden. Die vorliegende Erfindung gemäß Anspruch
1 ist daher nicht auf einen Chip mit dem Layout und der Kombination
der Belastungsfühler
beschränkt,
die in 8 und in 10 gezeigt
sind.Since in the present example such a Wheatstone bridge circuit is provided, any combination can be used which causes the same changes in the load sensors. The present invention according to claim 1 is therefore not limited to a chip with the layout and the combination of the load sensors, which in 8th and in 10 are shown.
Ein
drittes Beispiel eines geeigneten Beschleunigungssensors ist in
den 11A, 11B und 11C gezeigt. 11A zeigt
eine von oben gesehene Ansicht, während in 11B eine Schnittansicht gezeigt ist, die entlang
der in 11A dargestellten Linie XIB-XIB
geschnitten ist. In 11C ist eine vergrößerte Darstellung
des in 11B gezeigten Sensorabschnitts
dargestellt.A third example of a suitable acceleration sensor is in 11A . 11B and 11C shown. 11A shows a top view, while in 11B a sectional view is shown along the in 11A shown line XIB-XIB is cut. In 11C is an enlarged view of the in 11B shown sensor section shown.
Wie
auch bei dem ersten Beispiel ist zwischen dem aus Silizium bestehenden
Substrat 100 und dem aus Silizium bestehenden dünnen Film 101 eine
aus SiO2 bestehende Schicht 102 vorgesehen, die
zur elektrischen Isolierung und als eine zu opfernde Schicht dient.
Hierdurch ist ein Chip gebildet. Auf dem aus Silizium bestehenden
dünnen
Film 101 sind ein Erfassungsabschnitt 300, eine
digitale Einstell- bzw. Justierschaltung 104, eine analoge
Verstärkerschaltung 105,
Eingangs/Ausgangsanschlüsse 106 und
digitale Einstell- bzw. Justieranschlüsse 107 ausgebildet.
Die aus SiO2 bestehende Schicht 102 unterhalb
des Erfassungsabschnitts 103, der in der Mitte des Chips
angeordnet ist, wird wie bei den Beispielen 1 und 2 durch Ätzen beseitigt.
Wie im weiteren Text noch erläutert
wird, kann der Sensorabschnitt zu Zwecken eines Eigentests dadurch
verlagert werden, daß eine
Spannung zwischen dem aus Silizium bestehenden Substrat 100 und
dem Erfassungsabschnitt 300 angelegt wird.As in the first example, there is a substrate made of silicon 100 and the silicon thin film 101 a layer consisting of SiO 2 102 provided, which serves for electrical insulation and as a sacrificial layer. As a result, a chip is formed. On the thin film made of silicon 101 are a detection section 300 , a digital adjustment circuit 104 , an analog amplifier circuit 105 , Input / output connections 106 and digital adjustment ports 107 educated. The layer consisting of SiO 2 102 below the detection section 103 which is arranged in the center of the chip is removed as in Examples 1 and 2 by etching. As will be explained further below, the sensor section may be displaced for self-testing purposes by applying a voltage between the silicon substrate 100 and the detection section 300 is created.
Eine
vergrößerte, von
oben gesehene Ansicht des Erfassungsabschnitts ist in 12 dargestellt.
Der Erfassungsabschnitt 300 weist einen Gewichtsabschnitt 302,
in dem ein magnetischer dünner Film 301 des
Typs NbFeB oder des Typs SmCo oder dergleichen als ein dünner Filmmagnet
vorgesehen ist, der an der Oberfläche des dünnen, aus Silizium bestehenden
Films 101 unter Verwendung einer Methode zur Dünnfilmerzeugung
wie etwa eines mit Vakuumabscheidung arbeitenden Verfahrens oder
eines Sputterverfahrens oder dergleichen ausgebildet ist, und einen
elastischen Balkenabschnitt 303 auf, der zum Verbinden
des Gewichtsabschnitts 302 und des Stützrahmenabschnitts 112 dient.
Da das SiO2 Material unterhalb des Erfassungsabschnitts 300 gemäß den vorstehenden
Erläuterung
beseitigt ist, und da auch der dünne,
aus Silizium bestehende Film an der Peripherie des Erfassungsabschnitts
entfernt ist oder wird, ist oder wird ein Durchgangsloch zum Ätzen der zu
opfernden Schicht gebildet. Der Gewichtsabschnitt 302,
der den dünnen
magnetischen Film 301 an der Oberfläche aufweist, ist mit dem Stützrahmenabschnitt über den
elastischen Balken 303 integriert ausgebildet bzw. einstückig verbunden.
Wenn eine Beschleunigung, die rechtwinklig zu der Papier- bzw. Zeichnungsoberfläche auf
den Gewichtsabschnitt 302 ausgeübt wird, wird der elastische
Balken 303 ausgelenkt und es kann der Gewichtsabschnitt 302 verlagert
werden. An dem Stützrahmenabschnitt an
der Peripherie, das heißt
im Umfangsbereich des Durchgangslochs 108 ist eine Erfassungsspule 304, die
den Gewichtsabschnitt umgibt, unter Verwendung einer Dünnfilmmethode
ausgebildet.An enlarged top view of the detection section is shown in FIG 12 shown. The detection section 300 has a weight portion 302 in which a magnetic thin film 301 of the NbFeB or SmCo type or the like is provided as a thin film magnet attached to the surface of the thin film made of silicon 101 is formed by using a thin film forming method such as a vacuum deposition method or a sputtering method or the like, and a beam elastic portion 303 on, to join the weight section 302 and the support frame section 112 serves. Since the SiO 2 material is below the detection section 300 is eliminated according to the above explanation, and since also the thin silicon film at the periphery of the detection portion is removed, a through hole for etching the sacrificial layer is formed. The weight section 302 that the thin magnetic film 301 at the surface is with the support frame portion over the elastic beam 303 integrally formed or integrally connected. When an acceleration perpendicular to the paper or drawing surface on the weight portion 302 is exercised, the elastic beam 303 deflected and it can be the weight section 302 be relocated. On the support frame portion on the periphery, that is in the peripheral region of the through hole 108 is a detection coil 304 forming the weight portion formed using a thin film method.
In
den 13A und 13B sind
schematische Darstellungen zur Erläuterung des Arbeitsprinzips
des vorliegenden Beispiels gezeigt. Wie aus 13A ersichtlich
ist, fließt
dann, wenn eine Beschleunigung G auf den Sensor ausgeübt wird
und sich demzufolge der Gewichtsabschnitt 302 und damit
auch der dünne
magnetische Film 301 nach oben verlagern, gemäß der Lenzschen
Regel ein Strom I in der Erfassungsspule 304 in Abhängigkeit
von einer Änderung
der Beschleunigung des dünnen
magnetischen Films 301. Wenn andererseits jedoch der dünne magnetische
Film 301 nach unten verlagert wird, wie dies in 13B gezeigt ist, fließt in der Erfassungsspule 304 ein
Strom I, dessen Richtung entgegengesetzt ist zu der Richtung des
in 13A fließenden
Stroms. Der in dieser Weise erzeugte Induktionsstrom I kann z. B.
in eine integrierte Schaltung eingespeist werden, um die Beschleunigung
zu erfassen, oder kann in eine zweistufige integrierte Schaltung
zur Erfassung der Geschwindigkeit eingespeist werden, oder kann
auch in eine drei Stufen enthaltende integrierte Schaltung gespeist
werden, um hierdurch die Verlagerung zu ermitteln.In the 13A and 13B are schematic representations for explaining the principle of operation of the present example shown. How out 13A is apparent flows when an acceleration G is applied to the sensor and Consequently, the weight portion 302 and with it the thin magnetic film 301 shift upward, according to the Lenz's rule, a current I in the detection coil 304 in response to a change in the acceleration of the thin magnetic film 301 , On the other hand, however, when the thin magnetic film 301 is shifted down, as in 13B is shown flowing in the detection coil 304 a current I whose direction is opposite to the direction of in 13A flowing electricity. The induction current I generated in this way can z. B. can be fed into an integrated circuit to detect the acceleration, or can be fed into a two-stage integrated circuit for detecting the speed, or can also be fed to a three-stage integrated circuit, thereby determining the displacement.
14 zeigt
ein weiteres Beispiels des Erfassungsabschnitts. Der Gewichtsabschnitt 302 trägt den dünnen magnetischen
Film 301, der an der Oberfläche ausgebildet ist, und wird
durch eine Mehrzahl von elastischen Balken 303a und 303b gehalten. In
diesem Fall erfolgt die Verlagerung des Gewichtsabschnitts 302 und
folglich diejenige des dünnen
magnetischen Films 301 in einer Richtung, die rechtwinklig
zu der Oberfläche
des Papiers ist. 14 shows another example of the detection section. The weight section 302 carries the thin magnetic film 301 , which is formed on the surface, and is defined by a plurality of elastic bars 303a and 303b held. In this case, the shift of the weight section takes place 302 and hence that of the thin magnetic film 301 in a direction that is perpendicular to the surface of the paper.
In
den 15A, 15B und 15C ist ein weiteres Beispiel eines geeigneten
Beschleunigungssensorchips gezeigt. Bei dem vorliegenden Beispiel
sind die bei dem vorstehend erläuterten
Beispiel gemäß 14 vorgesehenen
Erfassungsabschnitte in Reihe geschaltet. Wenn ein Signal eines einzelnen
Erfassungsabschnitts verstärkt
wird, und zwar im Fall eines Sensors mittels eines üblichen Halbleiterbelastungsfühlers, eines
kapazitiven Sensors oder dergleichen, wird dieses Signal im allgemeinen
durch eine Verstärkerschaltung
verstärkt.
Im Fall des vorliegenden Beispiels des Beschleunigungssensors ist
es jedoch aufgrund von dessen fundamentalen Eigenschaften möglich, eine
Verstärkung
in dem Ausmaß der
Anzahl von miteinander verbundenen Erfassungsabschnitten zu erzielen, wenn
eine Mehrzahl von Erfassungsabschnitten in Reihe geschaltet wird. 15 zeigt einen für geringe Beschleunigungen
vorgesehenen Erfassungsabschnitt 401, bei dem eine große Anzahl
von Erfassungsabschnitten 300 miteinander verbunden sind. In 15B ist ein für
mittlere Beschleunigungen ausgelegter Erfassungsabschnitt 402 dargestellt,
bei dem eine mittlere Anzahl von Beschleunigungsabschnitten 300 miteinander
verbunden sind. In 15C ist ein zur Erfassung hoher
Beschleunigungen ausgelegter Erfassungsabschnitt 403 gezeigt, der
einen einzigen Erfassungsabschnitt 300 aufweist. Wenn eine
Mehrzahl von Erfassungsabschnitten, die sich in ihrem Erfassungsbereich
unterscheiden, auf einem einzigen Chip ausgebildet werden, und die
Ausgangssignale aus der Mehrzahl von Erfassungsabschnitten selektiert
und in einen Verstärker
eingespeist werden, kann hiermit ein einzelner Beschleunigungssensorchip
für die
Erfassung einer Beschleunigung über
einen breiten Bereich hinweg benutzt werden.In the 15A . 15B and 15C another example of a suitable acceleration sensor chip is shown. In the present example, those in the above-explained example are as shown in FIG 14 provided detection sections connected in series. When a signal of a single detection section is amplified, in the case of a sensor by means of a conventional semiconductor load sensor, a capacitive sensor or the like, this signal is generally amplified by an amplifier circuit. However, in the case of the present example of the acceleration sensor, because of its fundamental characteristics, it is possible to obtain gain in the amount of the number of interconnected detection sections when a plurality of detection sections are connected in series. 15 shows a provided for low acceleration detection section 401 in which a large number of detection sections 300 connected to each other. In 15B is a detection section designed for medium accelerations 402 illustrated in which an average number of acceleration sections 300 connected to each other. In 15C is a detection section designed to detect high accelerations 403 shown a single detection section 300 having. When a plurality of detection portions differing in their detection range are formed on a single chip, and the output signals from the plurality of detection portions are selected and input to an amplifier, a single acceleration sensor chip for detecting acceleration over a wide range can be provided be used away.
Ein
Beispiel für
den Schaltungsaufbau bei dem Beispiel gemäß 15 ist
in den 16 und 17 gezeigt.
In den beiden Figuren sind aus Gründen der Einfachheit lediglich
die Erfassungsspulen von zwei Erfassungsabschnitten dargestellt.
Ein Induktionsstrom, der in der Erfassungsspule 304 des Sensorabschnitts 300 induziert
wird, wird durch einen zur Spannungsumwandlung dienenden Widerstand 411 in
eine Ausgangsspannung umgewandelt und über die Verstärkerschaltung 105,
die eine durch die digitale Justierschaltung 104 gesteuerte
Justierfunktion aufweist, sowie über
ein Hochpaßfilter 116, ein Tiefpaßfilter 117 und ähnliches
nach außen
abgegeben. 16 zeigt eine Ausführungsform,
bei der die digitale Justierschaltung 104 und die Verstärkerschaltung 105 in
anderen Bereichen als auf demjenigen Chip ausgebildet sind, auf
dem der Erfassungsabschnitt gebildet ist. Demgegenüber ist
in 17 ein Beispiel dargestellt, bei dem diese Komponenten auf
dem gleichen Chip wie der Erfassungsabschnitt ausgebildet sind.An example of the circuit construction in the example according to 15 is in the 16 and 17 shown. In the two figures, for reasons of simplicity, only the detection coils of two detection sections are shown. An induction current flowing in the detection coil 304 of the sensor section 300 is induced by a voltage conversion resistor 411 converted into an output voltage and through the amplifier circuit 105 passing through the digital adjustment circuit 104 has controlled adjustment function, as well as a high pass filter 116 , a low-pass filter 117 and the like delivered to the outside. 16 shows an embodiment in which the digital adjustment circuit 104 and the amplifier circuit 105 are formed in regions other than the chip on which the detection section is formed. In contrast, in 17 an example is shown in which these components are formed on the same chip as the detection section.
Bei
dem vorliegenden Beispiel ist, wie dies in 11C gezeigt
ist, eine Eigenüberprüfung möglich, bei
der der Erfassungsabschnitt durch eine elektrostatische Kraft bewegt
wird, die generiert wird, wenn eine Spannung zwischen dem aus Silizium
bestehenden Substrat 100 und dem Erfassungsabschnitt 300 angelegt
wird, wobei ein induzierter Induktionsstrom, der in der Erfassungsspule
in Abhängigkeit von
der zu diesem Zeitpunkt auftretenden Bewegung des Erfassungsabschnitts
induziert wird, durch die Verstärkerschaltung 105 verstärkt wird.
Ferner ist es auch bei dem vorliegenden Beispiel möglich, einen Eigentest
auszuführen,
indem Wählschalter 412 und 413 benutzt
werden, die zum Auswählen
zwischen der üblichen
Erfassung der Beschleunigung und der Eigenüberprüfung, das heißt dem Selbsttest,
dienen. Bei dem Eigentest werden folglich die Schalter 412 und 413 so
selektiert bzw. umgeschaltet, daß ein Strom zu den Erfassungsanschlüssen 414 und 415 und
zu dem Eigentestanschluß 416 fließt. Bei
dem Eigentest wird an die Erfassungsspule ein gepulstes Ausgangssignal
angelegt, um hierdurch dem Sensorabschnitt 300 eine impulsförmige elektromagnetische
Kraft aufzuzwingen, durch die der Gewichtsabschnitt 302 bewegt
wird. Das zu diesem Zeitpunkt erhaltene Antwortsignal wird verarbeitet
und durch die im Anschluß an
die Verstärkerschaltung
vorgesehenen Schaltungen überprüft, um hierdurch
den Eigentest auszuführen.
Gemäß diesen
Methoden kann die Eigentestfunktion durch einen einfachen Aufbau
erzielt werden. Zusätzlich
zu den vorstehend erläuterten
Methoden ist es weiterhin auch möglich,
einen Eigentest mit Hilfe eines Verfahrens zu erreichen, bei dem
ein Permanentmagnet oder ein Elektromagnet in der Nähe des Erfassungsabschnitts 300 angeordnet
wird oder ist, um hierdurch ein Magnetfeld von außen auf
den Sensorabschnitt auszuüben,
wobei hierbei ein induzierter Strom detektiert wird, der in der Erfassungsspule 304 erzeugt
wird, wenn der Erfassungsabschnitt 300 durch das Magnetfeld
bewegt wird. Selbstverständlich
können diese
Selbstüberprüfungsfunktionen
auch bei dem Beschleunigungschip gemäß dem Beispiel gemäß 14 vorgesehen sein.In the present example, as shown in FIG 11C is possible, a self-examination is possible, in which the detecting section is moved by an electrostatic force, which is generated when a voltage between the substrate made of silicon 100 and the detection section 300 is applied, wherein an induced induction current, which is induced in the detection coil in response to the movement of the detection section occurring at this time, by the amplifier circuit 105 is reinforced. Furthermore, it is also possible in the present example to perform a self-test by selecting switches 412 and 413 which are used for selecting between the usual detection of the acceleration and the self-examination, that is, the self-test. In the self-test, therefore, the switches 412 and 413 so selected or switched that a current to the detection terminals 414 and 415 and to the self test terminal 416 flows. In the self-test, a pulsed output signal is applied to the detection coil, thereby to the sensor section 300 imposing a pulsed electromagnetic force through which the weight portion 302 is moved. The response signal obtained at this time is processed and checked by the circuits provided subsequent to the amplifier circuit to thereby perform the self-test. According to these methods, the self-test function can be achieved by a simple construction. In addition to the above-explained Furthermore, it is also possible to achieve a self-test by means of a method in which a permanent magnet or an electromagnet in the vicinity of the detection section 300 is arranged or is to thereby exert a magnetic field from the outside to the sensor portion, in which case an induced current is detected in the detection coil 304 is generated when the detection section 300 is moved by the magnetic field. Of course, these self-checking functions also in the acceleration chip according to the example according to 14 be provided.
Unter
Bezugnahme auf 18 wird nachfolgend ein weiteres
Beispiel eines geeigneten Sensorchips erläutert. Bei dem vorliegenden
Beispiel werden zwei Einheiten gemäß dem in 10 gezeigten Beispiel,
oder dem in 15 gezeigten Beispiel, kombiniert,
um hierdurch eine Winkelbeschleunigung erfassen zu können. Bei
dem vorliegenden Beispiel sind jeweils drei Einheiten von Erfassungseinheiten 300L und 300R symmetrisch
auf der rechten bzw. der linken Seite einer Erfassungsachse X angeordnet. Wenn
sich die beispielsweise um die Erfassungsachse X herum auftretende
Winkelbeschleunigung ändert,
verlagert sich beispielsweise der Gewichtsabschnitt in dem auf der
linken Seite angeordneten Erfassungsabschnitt nach oben, während sich
der Gewichtsabschnitt in dem auf der rechten Seite angeordneten
Erfassungsabschnitt nach unten verlagert. Wie in 19 gezeigt
ist, sind diese Erfassungsabschnitte so miteinander verdrahtet,
daß eine
geschlossene Schleife gebildet ist, so daß Ströme in den gleichen Richtungen
in den Erfassungsspulen 304L und 304R der rechten
und der linken Erfassungsabschnittsanordnungen fließen, wenn
eine Änderung
der Winkelbeschleunigung um die Erfassungsachse X herum hervorgerufen
wird. Wie bei dem Beispiel gemäß 15 werden diese Ströme durch den zur Umwandlung
in eine Spannung vorgesehenen Widerstand 411 in eine Spannung
umgewandelt, wonach sich eine Integration und eine Verstärkung anschließt. Dies
ermöglicht
es, den Sensor als einen Erfassungssensor zum Erfassen einer Winkelbeschleunigung
zu benutzen, durch den eine Winkelbeschleunigung, die um die Erfassungsachse
X herum auftritt, detektierbar ist.With reference to 18 a further example of a suitable sensor chip will be explained below. In the present example, two units according to the in 10 shown example, or the in 15 shown example, combined to thereby detect an angular acceleration can. In the present example, there are three units of detection units each 300L and 300R arranged symmetrically on the right and the left side of a detection axis X. For example, when the angular acceleration occurring around the detection axis X changes, the weight portion in the left-side detection portion shifts upward while the weight portion in the right-side detection portion shifts downward. As in 19 2, these detection sections are wired together to form a closed loop so that currents in the same directions in the detection coils 304L and 304R of the right and left detection section arrays flow when a change in the angular acceleration about the detection axis X is caused. As in the example according to 15 these currents are passed through the resistor intended for conversion to voltage 411 converted into a voltage, followed by integration and amplification. This makes it possible to use the sensor as a detection sensor for detecting an angular acceleration by which an angular acceleration occurring around the detection axis X is detectable.
Die
vorliegenden Erfindungen sind nicht nur auf den vorstehend erläuterten
Beschleunigungssensorchip und den Winkelbeschleunigungssensorchip beschränkt, sondern
können
auch bei Halbleitersensorchips zum Einsatz kommen, die zum Erfassen
von physikalischen Werten oder Parametern dienen, bei denen die
Richtung wichtig ist. Bei dem Halbleitersensor, der in den 3 und 4 gezeigt
ist, ist ein erstes Beispiel vorgesehen, bei dem die für die Mon tage
des Halbleitersensorchips vorgesehene Hauptfläche im wesentlichen rechtwinklig
zu der Oberfläche
der gedruckten Leiterplatte verläuft,
die für
die Montage bzw. Halterung des Gehäuses vorgesehen ist. Erfindungsgemäß ist jedoch
der Winkel, den die für
die Montage des Halbleitersensorchips vorgesehene Hauptfläche mit
Bezug zu der Oberfläche
der für
die Montage des Gehäuses
dienenden gedruckten Leiterplatte einschließt, flexibel in Abhängigkeit von
der Richtung der physikalischen, zu detektierenden Größe und von
der Montageposition der gedruckten Leiterplatte, die die Sensoranordnung
bildet, gewählt.The present inventions are not limited only to the acceleration sensor chip and the angular acceleration sensor chip described above, but may also be applied to semiconductor sensor chips for detecting physical values or parameters in which the direction is important. In the semiconductor sensor incorporated in the 3 and 4 is shown, a first example is provided, in which provided for the Mon day of the semiconductor sensor chip main surface is substantially perpendicular to the surface of the printed circuit board, which is provided for the mounting or mounting of the housing. However, in the present invention, the angle included by the main surface for mounting the semiconductor sensor chip with respect to the surface of the printed circuit board for mounting the housing is flexible depending on the direction of the physical size to be detected and the mounting position of the printed circuit board , which forms the sensor arrangement selected.
20 zeigt
ein zweites Ausführungsbeispiel
für eine
solche Gestaltung, bei der die Richtung 930 des physikalischen
Werts bzw. der physikalische Größe, die
rechtwinklig zu der Oberfläche
des Halbleitersensorchips einwirkt, in einem Winkel von 45° mit Bezug
zu der gedruckten Leiterplatte 940 liegt. Da die verwendeten
Bezugszeichen gleich sind wie die in 4 benutzten
Bezugszeichen, entfällt
eine detaillierte Beschreibung dieser Komponenten. In diesem Fall
liegt die Hauptfläche
des Halbleitersensorgehäuses,
die für
die Montage des Halbleitersensorchips 910 vorgesehen ist,
in einer Richtung, die einen Winkel von 45° mit Bezug zu der gedruckten
Leiterplatte 940 einschließt. Wie gezeigt ist, ist die Hauptfläche des
Gehäuses,
die für
die Montage des Halbleitersensorchips vorgesehen ist, bzw. der Winkel
dieser Hauptfläche
unter Berücksichtigung
der Richtung des zu erfassenden physikalischen Parameters und der
aktuellen Montagerichtung der gedruckten Leiterplatte 940 gewählt, wobei
zu berücksichtigen
ist, daß der
Halbleitersensorchip 910 zur Erfassung eines physikalischen
Parameters dient, der in einer rechtwinklig zu der Oberfläche des
Halbleitersensorchips einwirkenden Richtung orientiert ist. 20 shows a second embodiment of such a design, in which the direction 930 of the physical value that acts perpendicular to the surface of the semiconductor sensor chip at an angle of 45 ° with respect to the printed circuit board 940 lies. Since the reference numerals used are the same as those in FIG 4 used reference numerals, eliminates a detailed description of these components. In this case, the main surface of the semiconductor sensor package, which is for mounting the semiconductor sensor chip 910 is provided, in a direction at an angle of 45 ° with respect to the printed circuit board 940 includes. As shown, the main area of the housing intended for the mounting of the semiconductor sensor chip and the angle of this main area are respectively considering the direction of the physical parameter to be detected and the current mounting direction of the printed circuit board 940 is chosen, it should be noted that the semiconductor sensor chip 910 is used for detecting a physical parameter which is oriented in a direction acting at right angles to the surface of the semiconductor sensor chip direction.
Wie
vorstehend beschrieben, können
mit den vorliegenden Erfindungen die nachstehend erläuterten
Effekte erzielt werden:
- 1) Die Montagefläche kann
verringert werden, und es kann die Größe des gesamten Erfassungssystems
einschließlich
des Sensors verkleinert werden.
- 2) Wie bei herkömmlichen
ICs ist eine Lötmontage
durch Verlöten
der Stifte mit der gedruckten Leiterplatte möglich und es kann der Herstellungsprozeß in einfacher
Weise automatisiert werden, wodurch die Produktionskosten verringert
werden.
- 3) Da eine Montage durch die Einführung der Stifte in die gedruckte
Leiterplatte möglich
ist, können die
Richtung des zu detektierenden physikalischen Parameters und die
Richtung des Sensorchips positiv und definiert in einer einzigen
Richtung angeordnet werden, wodurch die Zuverlässigkeit des Erfassungssignals
verbessert wird.
As described above, with the present inventions, the following effects can be obtained: - 1) The mounting area can be reduced, and the size of the entire detection system including the sensor can be reduced.
- 2) As with conventional ICs, solder mounting by soldering the pins to the printed circuit board is possible, and the manufacturing process can be easily automated, thereby reducing the production cost.
- 3) Since mounting by the insertion of the pins into the printed circuit board is possible, the direction of the physical parameter to be detected and the direction of the sensor chip can be positively and defined arranged in a single direction, thereby improving the reliability of the detection signal.
Bei
dem beschriebenen, zur Aufnahme eines Halbleitersensorchips vorgesehenen
Gehäuse
ist somit die Hauptfläche,
an der der Halbleiterchip montiert ist, mit einem vorbestimmten
Winkel gegenüber der
Oberfläche
der gedruckten Leiterplatte geneigt, an der das Gehäuse angebracht
ist. Die Hauptfläche ist
an ihren beiden gegenüberliegenden
Seiten mit einer Mehrzahl von Anschlüssen versehen, über die die
Verbindung mit Eingangs/Ausgangsanschlüssen des Halbleitersensorchips
hergestellt wird. Die in einem bestimmten Winkel, insbesondere rechtwinklig zu
der Hauptfläche
verlaufende Bodenfläche
ist mit einer Mehrzahl von Stiften ausgestattet, die jeweils an
zwei Seiten parallel zu der Hauptfläche ausgebildet sind, wobei
die Stifte in Montagelöcher
eingeführt sind,
die in der gedruckten Leiterplatte ausgebildet sind. Die Mehrzahl
von Anschlüssen
und die Mehrzahl von Stiften, die entlang paralleler Seiten angeordnet
sind, werden elektrisch entlang der beiden Seitenflächen miteinander
verbunden, die die Hauptfläche
sandwichartig umgeben. Durch diesen Aufbau wird die Montagefläche des
Halbleitersensors verringert und zugleich das Auftreten von durch
die Verdrahtung bedingten mechanischen Störungen und induktiven Störungen verhindert.
Ferner sind die Montagekosten reduziert.In the described, for receiving a Semiconductor sensor chips provided housing is thus the main surface on which the semiconductor chip is mounted, inclined at a predetermined angle to the surface of the printed circuit board to which the housing is mounted. The main surface is provided on its two opposite sides with a plurality of terminals, via which the connection is made with input / output terminals of the semiconductor sensor chip. The bottom surface which extends at a certain angle, in particular at right angles to the main surface, is provided with a plurality of pins, each formed on two sides parallel to the main surface, the pins being inserted in mounting holes formed in the printed circuit board. The plurality of terminals and the plurality of pins arranged along parallel sides are electrically connected to each other along the two side surfaces sandwiching the main surface. This construction reduces the mounting area of the semiconductor sensor while preventing the occurrence of wiring-related mechanical noise and inductive noise. Furthermore, the assembly costs are reduced.
