CH673897A5

CH673897A5 -

Info

Publication number: CH673897A5
Application number: CH229987A
Authority: CH
Inventors: Helmut Seidel
Original assignee: Messerschmitt Boelkow Blohm
Priority date: 1986-07-26
Filing date: 1987-06-18
Publication date: 1990-04-12
Also published as: GB8716443D0; DE3625411A1; FR2602055B1; GB2194341B; FR2602055A1; DE3625411C2; GB2194341A

Description

Die Erfindung betrifft einen kapazitiven Beschleunigungs- zium monolithisch herausgearbeitet sind, können die Ober-sensor gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1. 65 flächen der Beschleunigungsplatte 2 als die einen Elektroden

Ein solcher Beschleunigungssensor ist durch die DE-OS und die metallischen Filme 7 in den Deckplatten 5 als die 32 23 987 bekannt. Dieser weist eine Klappe auf, die an anderen Elektroden von zwei Plattenkondensatoren mit den einem Träger über zwei Torsionshalterungen befestigt ist, die Vertiefungen 6 als Spalte zwischen den Elektroden dienen.

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Beim Einwirken von Beschleunigungen bilden die Elek- SÌO2, Weiterhin können die Biegestreifen 15 direkt aus einem troden variable Kapazitäten, die zur Messung der Beschleu- Metallfilm bzw. einer Metallfolie direkt aufgedampft oder nigung dienen. Die Abnahme der wechselnden Stromände- aufgetragen werden. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass rungen durch Änderungen der Spalte 6 bei verschiedenen die als mittlere Kondensatorelektroden dienenden Biege-

Beschleunigungen erfolgt in bekannter Weise z. B. durch 5 streifen 15 bzw. die Metallfilme 16 gegenüber dem Rahmen 4

einen mit der Beschleunigungsplatte 2 verbundenen Lei- dielektrisch isoliert werden können.

stungsstreifen 6 (sh. Fig. 2) und von den metallischen Filmen In der Ausführungssform eines Beschleunigungssensors lb 6 zwischen den Deckplatten 5 und dem Rahmen 4 herausge- entsprechend Fig. 4 sind die Beschleunigungsplatte 2 und die führte Leitungsstreifen 9, (sh. Fig. 1). Zur Dämpfung des Biegebänder 3 um die Breite der Spalte 6 dünner als der Sensors 1 sind zwei Möglichkeiten vorhanden. Erstens kann 10 Rahmen 4. Diese verringerte Dicke lässt sich bei der Hersteider aus den Spalten 6 und Freiräumen 11 rund um die lung aus einem einheitlichen Substrat ohne Schwierigkeiten Beschleunigungsplatte 2 vorhandene Innenraum bis auf herausarbeiten. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass die einen definierten Restdruck durch einen in die obere Deck- Deckplatten 5 nicht gesondert bearbeitet werden müssen, platte 5 eingearbeiteten Kanal 12 evakuiert werden. Die Alle drei Ausführungsformen des Beschleunigungssensors zweite Möglichkeit besteht darin, den Kanal 12 als Luftkanal is 1,1a und lb können direkt als kapazitive Signalgeber benutzt offen zu lassen. werden, wobei sich beim Einwirken von Beschleunigungen Zur Herstellung dieser Ausführungsform, bei der die zwei sich gegenläufig ändernde Kapazitäten zur Verfügung Beschleunigungsplatte 2, die Biegebalken 3 und der Rahmen stehen, die in einer geeigneten Brückenanordnung ver-4 aus einem einkristallinen Substrat monolithisch herausge- schaltet werden können. Ferner können die beiden Messka-arbeitet werden, wird für das Substrat Silizium mit niedriger 20 pazitäten durch zwei starre Kapazitäten ergänzt werden, die Dotierung und einer Kristallorientierung (100) verwendet. zwischen dem Rahmen 4 und den Deckplatten 5 eine Tempe-Die Biegebalken 3, die nicht parallel zu einer (111) Kristalle- raturkompensation der Messkapazitäten ermöglichen.

bene liegen dürfen, müssen mit einer hohen Bordotierung Eine andere Möglichkeit der Signalauswertung besteht in (> 7x10" cm") versehen werden, damit S1e fur den nachfol- der elektrischen Fesselung der Beschleunigungsplatte 2,

genden Strukturierungsvorgang atzresistent gemacht sind. 2s wobei diese durch Anl einer Gegenspannung in ihrer

Dieses kann mittels einer entsprechend dotierten Epitaxie- Nullposition gehalten werden kann. Es wird dabei die bei schicht, bzw. mit Ionenimplantation oder Diffusion erreicht einer Beschleunigung auftretende Gegenspannung werden. Danach werden die Umrisse der Atzgrube lithogra- gemessen. Mit dieser Messanordnung können Resonanzef-

fisch definiert und anisotrop geätzt. In die Deckplatten 5, die fekte herauskompensiert werden.

vorzugsweise aus Glas bestehen, werden die Vertiefungen 6 30

ebenfalls herausgeätzt und daran anschliessend die metalli- Die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen sehen Filme 7 und Leitungsstreifen 9 aufgedampft. stellen die gebräuchlichste Art des erfindungsgemässen

Schliesslich werden die Deckplatten 5 mit den Rahmen 4 mit Beschleunigungssensors dar. Es liegt auch im Rahmen der

Hilfe einer anodischen Verbindungstechnik durch Anlegen Erfindung, mindestens zwei Biegebänder anzuordnen, die in einer elektrischen Spannung bei erhöhter Temperatur ver- 35 der Mitte einer Längsseite die Ober- und Unterseiten der bunden. Beschleunigungsplatte und des Rahmens verbinden. Eine

Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform eines weitere, in der Praxis verwendbare Ausführungsform besteht

Beschleunigungssensors la sind anstelle der aus dem einheit- darin, dass vier Biegebänder spiegelbildlich an nur einer liehen Substrat herausgearbeiteten Biegebänder 3 gesonderte Längsseite der Beschleunigungsplatte angeordnet sind, und

Biegestreifen 15 vorhanden, die zwischen die Beschleuni- 40 diese Längsseite mit der Ober- und Unterseite des Rahmens gungsplatte 5 eingelegt sind. Die Biegestreifen 15 können, verbinden. Diese Ausführungsform ist für besonders emp-

wie hier dargestellt, aus einem mit einem Metallfilm 16 findliche Messungen geeignet, z.B. zur Messung der Neigung beschichteten Dielektrikum bestehen, z. B. aus SÌ3N4 oder eines Gegenstandes gegenüber dem Schwerefeld der Erde.

B

1 Blatt Zeichnungen

Claims

673897 2 PATENTANSPRÜCHE symmetrisch und in Verlängerung einer Kante der Klappe

1. Kapazitiver Beschleunigungssensor, der mit mikrome- angeordnet sind. Eine Elektrode, die auf einer unterhalb der chanischer Fertigungstechnologie und Ätztechnik hergestellt Klappe vorhandenen Platte aufgebracht ist, ermöglicht das ist, wobei innerhalb eines Rahmens eine Beschleunigungs- Messen der Beschleunigung durch Messen der entspre-platte mit symmetrisch zwischen Ober- und Unterseite der s chenden Änderung der Kapazität zwischen der Klappe und Beschleunigungsplatte angeordneten Biegebändern im der Elektrode. Ein derartiger Sensor erzeugt eine Kapazitäts-Innern des Beschleunigungssensors aufgehängt ist und wobei änderung, die eine relativ komplizierte Funktion der mindestens eine Kondensatorelektrode vorhanden ist, deren Beschleunigung ist, weil sich der Luftspalt zwischen der Gegenelektrode auf einer der Beschleunigungsplatte gegen- Klappe und der Elektrode nur keilförmig ändert. Ferner sind überliegenden Deckplatte, die durch einen Spalt von der xo bei dieser Torsionsaufhängung relativ grosse Querempfind-Beschleunigungsplatte getrennt ist, aufgebracht ist, dadurch lichkeiten zu erwarten. Durch die in vertikaler Richtung gekennzeichnet, dass die Aufhängung der Beschleunigungs- unsymmetrische Anordnung der Klappe besteht auch kein platte (2) mit mehreren zweifach übereinander liegenden ausreichender Überlastschutz des Sensors.

Biegebändern (3,15) erfolgt, die im Abstand zur Mittelebene Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem und spiegelsymmetrisch zu ihr angeordnet sind, wobei die is Beschleunigungssensor der eingangs genannten Art die Biegebänder (3) entweder aus einem einkristallinen Substrat Linearität des Ausgangssignals, die Querempfindlichkeit und zusammen mit der Beschleunigungsplatte (2) und dem den Überlastschutz zu verbessern. Diese Aufgabe wird

Rahmen (4) herausgearbeitet sind oder als gesonderte Biege- gemäss der Erfindung durch die in den Ansprüchen gekenn-streifen (15) zwischen die Beschleunigungsplatte (2) und die zeichneten Merkmale gelöst.

Deckplatten (5) eingelegt sind, und dass die Kondensatore- 20 Durch die Anordnung der zentral an Biegebändern aufge-lektrode aus zwei Plattenkondensatoren besteht, die ent- hängten Beschleunigungsplatte hat der erfindungsgemässe weder von der Beschleunigungsplatte (2) selbst oder von auf Beschleunigungssensor eine hohe Empfindlichkeit, die von ihren Oberflächen angebrachten Leitern (16) gebildet sind. bekannten, auch von piezoresistiven Sensoren, nicht erreicht

2. Beschleunigungssensor nach Anspruch 1, dadurch wird. Es werden den aufgebrachten Beschleunigungen entgekennzeichnet, dass die Biegestreifen (15) aus einem mit 25 sprechende, etwa gleichmässig ansteigende Kapazitätsände-einer Metallschicht (16) versehenen Dielektrikum bestehen. rungen erreicht, wobei ein hohes Mass an Überlastschutz

3. Beschleunigungssensor nach Anspruch 1, dadurch erzielbar und somit die Möglichkeit eines Kurzschlusses ver-gekennzeichnet, dass die Biegestreifen (15) aus einer Metall- ringert ist.

folie bestehen. Der voll symmetrische Aufbau der Struktur garantiert eine

4. Beschleunigungssensor nach Anspruch 1, dadurch 30 sehr genau definierte Nullpunktlage. Ausserdem ist durch gekennzeichnet, dass die Spalte (6) zwischen der Beschleuni- die beidseitige Aufhängung mit vier, vorzugsweise acht Biegungsplatte (2) mit den Biegebändern (3,15) und den Deck- gebändern die Querempfindlichkeit äusserst gering. Die platten (5) durch Einätzen der Deckplatten hergestellt sind. beidseitige Anordnung der starren Deckplatten mit den

5, dadurch gekennzeichnet, dass von den Spalten (6) und den Fig. 4 einen Schnitt durch eine dritte Ausführungsform Freiräumen (11) zwischen der Beschleunigungsplatte (2), den eines Beschleunigungssensors.

Deckplatten (5) und dem Rahmen (4) ein Luftkanal (12)

durch eine der Deckplatten führt. Ein Beschleunigungssensor 1 besteht entsprechend den

5, dadurch gekennzeichnet, dass die Spalte (6) und Freiräume Fig. 2 eine Draufsicht auf den Beschleunigungssensor nach (11) zwischen der Beschleunigungsplatte (2), den Deck- Fig. 1 unter Fortlassung einer oberen Deckplatte entspre-

platten (5) und dem Rahmen (4) bis auf einen definierten chend den Pfeilen II-II ;

Restdruck evakuiert sind. Fig. 3 einen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform

5. Beschleunigungssensor nach Anspruch 1, dadurch Gegenelektroden gewährleistet ein hohes Mass an elektri-gekennzeichnet, dass die Spalte (6) zwischen der Beschleuni- 35 scher Sicherheit.

gungsplatte (2) mit den Biegebändern (3,15) und den Deck- Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeich platten (5) durch um die Spaltbreite verringerte Dicke der nung dargestellten Ausführungsformen erläutert. Es zeigen : Beschleunigungsplatte gegenüber dem Rahmen (4) hergestellt sind. Fig. 1 einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform

6. Beschleunigungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 40 eines Beschleunigungssensors;

7. Beschleunigungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 45 eines Beschleunigungssensors und

8. Beschleunigungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis so Fig. 1 und 2 aus einer zentralen Beschleunigungsplatte 2, die 1 gekennzeichnet durch vier Biegebänder (3), welche an nur mittels einer geraden Anzahl von Biegebändern 3, vorzugs-einer Längsseite der Beschleunigungsplatte (2) angeordnet weise jedoch acht Biegebändern 3 an einem Rahmen 4 aufge-sind, und diese Längsseite mit der Ober- und Unterseite des hängt ist. Die Biegebänder 3 führen von den Ecken der Ober-Rahmens (4) verbinden. und Unterseite der Beschleunigungsplatte 2 zu dem im

9. Beschleunigungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis ss Abstand um die Beschleunigungsplatte 2 herum angeord-8, gekennzeichnet durch acht Biegebänder (3), welche an den neten Rahmen 4. Oberhalb und unterhalb der in gleicher Ecken der Beschleunigungsplatte (2) angeordnet sind und Stärke ausgeführten Beschleunigungsplatte 2 und des Rah-ihre Ober- und Unterseite mit dem Rahmen (4) verbinden. mens 4 sind Deckplatten 5 vorhanden, die jeweils auf dem

Rahmen 4 aufliegen. Gegenüber der Beschleunigungsplatte 2 «0 und den Biegebändern 3 sind in die Deckplatten 5 jeweils Vertiefungen 6 eingearbeitet, in die je ein metallischer Film 7 aufgebracht ist. Wenn die Beschleunigungsplatte 2, die Biege-BESCHREIBUNG bänder 3 und der Rahmen 4 aus einem einkristallinen Sili-