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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Überprüfen der Dichtheit von gekapselten Mikrosystemen, wie z. B. Erschütterungssensoren, welche bewegliche bzw. auslenkbare federnde mikromechanische Elemente enthalten, deren Auslenkung eine elektrische Messgrösse verändert.
Aus der DE-A1 42 32 258 sind beispielsweise kapazitive Sensoren sowie eine Sensoranordnung für die Erfassung und Umformung mechanischer Grössen in elektrische Signale bekanntgeworden. Weiters sind Beschleunigungssensoren mit einer federnden Biegezunge bekannt, wobei bei derartigen Sensoren kapazitive oder induktive Abstandssensoren vorgesehen sind. Der-
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nehmen.
Mikrosysteme mit kapazitiv beschalteten Elementen erfordern für eine hohe Messgenauigkeit absolut stabile Kennwerte für das Kondensator Dielektrikum über die Produktlebensdauer.
Bei kapazitiven Elementen mit gasgefülltem Elektrodenspalt wird dies durch hermetisches Kapseln des Elementes von der Aussenwelt erreicht.
Für die Herstellung derartiger hermetisch dichter gekapselter Mikrosysteme ist es unumgänglich die Dichtheit überprüfen zu können, um eine entsprechende Langzeitgarantie abgeben zu können. Zur Überprüfung der Dichtheit derartiger gekapselter Mikrosysteme wurde bisher der sogenannte "Helium Fineleak Test" eingesetzt. Bei diesem Test wird der zu testende Bauteil einer Heliumatmosphäre mit hohem Druck ausgesetzt.
Anschliessend wird der zu testende Bauteil in eine Vakuumkammer überführt und gelagert. In der Folge wird das Vakuum nach Heliumspuren untersucht. Der Nachweis von Helium im Vakuum erlaubt die Feststellung, dass ein mit Helium aufgeblasener und daher undichter Hohlraum vorlag, welcher das Helium langsam wieder abgibt.
Mit zunehmender Integration und Verringerung der Baugrösse der einzelnen Bauteile und insbesondere gekapselter Mikrosysteme wird auch das jeweils mit gasförmigen Dielektrikum gefüllte Volumen wesentlich kleiner. Gekapselte Bauteile mit ge-
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ringen Hohlraumvolumina, deren Dichtheit zu überprüfen ist, lassen sich mit der genannten Helium Fineleak Testmethode nicht mehr sicher prüfen, da die gegebenenfalls hier eindringenden Heliummengen zu klein werden bzw. das Helium beim Überführen in das Vakuum zu rasch ausströmt.
Die Erfindung zielt darauf ab, eine einfache und auch für kleinste Bauteile sichere Methode der Dichtheitsprüfung zu schaffen, welche sich insbesondere für Mikrosysteme mit einer beweglichen und in ausreichendem Mass auslenkbaren Struktur, wie beispielsweise für durch eine elektrostatische Kraft auslenkbaren Biegebalken eignet. Derartige auslenkbare Strukturen werden beispielsweise in grosser Zahl als Beschleunigungssensoren eingesetzt.
Zur Lösung dieser Aufgabe besteht das erfindungsgemässe Verfahren im wesentlichen darin, dass das gekapselte Mikrosystem einer feuchten Atmosphäre ausgesetzt wird, worauf eine Auslenkkraft auf das mikromechanische Element bis zur Berührung des Elementes mit einer Unterlage aufgebracht und anschliessend die Auslenkkraft zurückgenommen wird und dass anschliessend die Auslenkung bzw. ein Abstand gemessen wird.
Dadurch, dass das gekapselte Mikrosystem einer feuchten Atmosphäre ausgesetzt wird, wird dann, wenn Feuchtigkeit in den Hohlraum eindringt, eine charakteristische Veränderung der Oberfläche der Bauteile beobachtet. Wenn in der Folge das mikromechanische Element, wie beispielsweise der Biegebalken einer Auslenkkraft unterworfen wird, bis es zur Berührung des Elementes mit einer Unterlage kommt, entstehen zwischen den einander berührenden Oberflächen durch die Reaktion der eingedrungenen Wassermoleküle mit den Oberflächen starke Oberflächenkräfte und die Bauteile bleiben in der Folge dauerhaft aneinander haften.
Diese überaus starke Oberflächenkräfte werden in der Technik beispielsweise für das sogenannte Silizium-Direktbonding ausgenützt, wobei die Mechanismen, welche zur Ausbildung derartig hoher Oberflächenkräfte bei eingedrungener Feuchtigkeit verantwortlich sind, hier keiner näheren Erläuterung bedürfen. Die Dimensionierung der Federkraft ist jedenfalls unkritisch, da die genannten Oberflächenkräfte
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schon bei geringem Feuchtigkeitsgehalt sprunghaft ansteigen. Wenn nun, wie erfindungsgemäss vorgeschlagen, in der Folge nach Zurücknahme der Auslenkkraft die Auslenkung bzw. ein Abstand gemessen wird, lässt sich unmittelbar auf einen Defekt schliessen.
Im Falle von unlösbar aneinander klebenden Bauteilen wird ein wesentlich zu geringer Abstand gemessen, wobei die Auslenkung bzw. der Abstand, wie dies einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemässen Verfahrens entspricht, mit Vorteil durch induktive, kapazitive oder Widerstandsmessung gemessen wird. Bei dichten und somit trockenen Verhältnissen tritt ein derartiges Ankleben nicht auf, wobei die Undichtheit auf diese Weise in einfacher Weise elektrisch, beispielsweise über eine kapazitive Abstandsmessung oder über den elektrischen Durchgangswiderstand unmittelbar detektierbar wird.
Die Messempfindlichkeit lässt sich erfindungsgemäss dadurch weiter steigern, dass die feuchte Atmosphäre unter überatmosphärischem Druck aufgebracht wird.
Besonders hohe Oberflächenkräfte werden, wie bereits oben erwähnt, bei Verwendung von Bauteilen aus Silizium nach dem Eindringen von Wassermolekülen beobachtet. Bevorzugt eignet sich daher das erfindungsgemässe Verfahren für gekapselte Mikrosysteme, bei welchen das mikromechanische Element aus Silizium ausgebildet werden.
Prinzipiell kann die, für eine Berührung des auslenkbaren Elementes mit der Unterlage erforderliche Kraft in beliebiger Weise aufgebracht werden. Bei hinreichender Masse ist es ohne weiteres möglich diese Kraft durch mechanische Erschütterung aufzubringen. Bei extrem kleinen Bauteilen mit extrem geringen abgekapselten Volumina, wird jedoch mit Vorteil diese Kraft durch ein elektrostatisches Feld aufgebracht, wodurch ein hoch empfindlicher Dichtetest für überaus kleinbauende und kleine abgekapselte Volumina zur Verfügung gestellt wird.