DE19709731A1

DE19709731A1 - Elektrostatisch-kapazitiver Beschleunigungssensor

Info

Publication number: DE19709731A1
Application number: DE19709731A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Otani; Yasuo Yamaguchi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1996-09-12
Filing date: 1997-03-10
Publication date: 1998-03-26
Anticipated expiration: 2017-03-11
Also published as: DE19709731C2; JPH1090299A; KR100234919B1; KR19980023925A; US5864063A; TW326576B

Description

Die Erfindung betrifft einen Trägheitskraftsensor zum Er fassen der auf ein verschiebbares Objekt wirkenden Be schleunigung und Winkelgeschwindigkeit, und bezieht sich insbesondere auf einen elektrostatisch-kapazitiven Be schleunigungssensor, der die Beschleunigung aus der Kapazi tätsänderung eines Kondensators erfaßt.

Ein elektrostatisch-kapazitiver Beschleunigungssensor um faßt eine nicht bewegliche, feste Elektrode und eine ver schiebbare oder bewegliche Elektrode, die durch eine von einer Beschleunigung verursachte Trägheitskraft verschoben wird. Weil die Dielektrizitätskonstante zwischen der fe sten Elektrode und der verschiebbaren Elektrode konstant ist, ändert sich der Elektrodenabstand zwischen der festen Elektrode und der verschiebbaren Elektrode mit der Ver schiebung der verschiebbaren Elektrode, und ändert sich die Kapazität des durch einen dielektrischen Körper zwischen der festen Elektrode und der verschiebbaren Elektrode ge bildeten Kondensators. Diese Kapazitätsänderung macht es möglich, eine Beschleunigung zu erfassen, indem unter Ver wendung einer Erfassungsschaltung die Kapazitätsänderung erfaßt wird.

Die Erfassungsschaltung zum Erfassen einer Beschleunigung, die einen wie vorstehend beschriebenen elektrostatisch- kapazitiven Beschleunigungssensor verwendet, besteht ty pisch aus einer anwendungsspezifischen integrierten Schal tung (ASIC) oder einer andersartigen integrierten Schaltung (IC), die von dem elektrostatisch-kapazitiven Beschleuni gungssensor getrennt ist. Die von einer Beschleunigung ver ursachte Trägheitskraft in diesen elektrostatisch-kapaziti ven Beschleunigungssensor ist jedoch klein, so daß daher die Erfassungsschaltung die Beschleunigung aus dieser klei nen Kapazitätsänderung erfassen muß. Der elektrostatisch kapazitive Beschleunigungssensor und die Erfassungsschal tung sind auch durch das Verdrahtungslayout der gedruckten Schaltung oder Platine verbunden, so daß daher das Erfas sungsergebnis durch die parasitäre Kapazität des Verdrah tungslayouts beeinträchtigt wird. Dies erschwert es der Er fassungsschaltung, die Kapazität des elektrostatisch-kapa zitiven Beschleunigungssensors genau zu erfassen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die vorste henden Probleme zu lösen, indem ein elektrostatisch-kapazi tiver Beschleunigungssensor bereitgestellt wird, bei dem die Wirkungen der parasitären Kapazität der den elektrosta tisch-kapazitiven Beschleunigungssensor mit der Erfassungs schaltung verbindenden Verdrahtung verringert sind und der es dadurch ermöglicht, die Beschleunigung genau zu erfas sen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen elek trostatisch-kapazitiven Beschleunigungssensor, der eine ebene Verschiebung nutzt, um eine Beschleunigung aus der elektrostatischen Kapazität zwischen einer festen Elektrode und einer beweglichen Elektrode, die durch eine von einer Beschleunigung verursachten Trägheitskraft verschoben wird, zu erfassen, gekennzeichnet durch eine Sensoreinheit, die aus einem Siliziumsubstrat hergestellt ist und eine beweg liche Elektrode und eine feste Elektrode umfaßt, ein Paar von Schutzsubstraten, die auf entgegengesetzten Seiten der Sensoreinheit gebondet sind, und eine integrierte Schaltung zum Erfassen der Beschleunigung aus der elektrostatischen Kapazität der Sensoreinheit, wobei Anschlußelektroden der Sensoreinheit, die zum Verbinden der Sensoreinheit mit der integrierten Schaltung bereitgestellt sind, auf der Seite der Sensoreinheit angeordnet sind, die einem der Schutz substrate zugewandt ist, Elektrodenlöcher in dem einen der Schutzsubstrate angeordnet sind, wobei die Elektrodenlöcher durchgehende Löcher sind, die in dem Substrat an Positionen ausgebildet sind, die den Anschlußelektroden entsprechen, und die integrierte Schaltung auf das Schutzsubstrat gebon det ist, in dem die Elektrodenlöcher ausgebildet sind, mit Anschlußpins der integrierten Schaltung, die in die Elek trodenlöcher eingreifen und elektrisch mit den Anschluße lektroden der Sensoreinheit verbunden sind.

Ein elektrostatisch-kapazitiver Beschleunigungssensor gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung ist dadurch gekennzeich net, daß die integrierte Schaltung und die Anschlußelektro den durch Bonden mit Leiterdraht verbunden sind.

Ein elektrostatisch-kapazitiver Beschleunigungssensor gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist dadurch ge kennzeichnet, daß Anschlüsse an Positionen angeordnet sind, die jedem der Elektrodenlöcher in der Oberfläche der inte grierten Schaltung, die mit den Schutzsubstrat verbunden ist, entsprechen, jedes der Elektrodenlöcher mit einem leitfähigen Material gefüllt ist, und jeder der Anschlüsse elektrisch mit den leitfähigen Material in den entsprechen den Elektrodenloch verbunden ist.

Ein elektrostatisch-kapazitiver Beschleunigungssensor gemäß einem nochmals weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist da durch gekennzeichnet, daß Leiterdrähte an die integrierte Schaltung auf der Oberfläche derselben gebondet sind, die an jedem der Elektrodenlöcher entsprechenden Positionen an dem Schutzsubstrat anhaftet, jedes der Elektrodenlöcher mit einem leitfähigen Material gefüllt ist, und jeder der ge bondeten Leiterdrähte elektrisch mit dem leitfähigen Mate rial in dem entsprechenden Elektrodenloch verbunden ist.

Ein elektrostatisch-kapazitiver Beschleunigungssensor gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist dadurch ge kennzeichnet, daß jeder der gebondeten Leiterdrähte auf ei ne Länge geschnitten ist, die kleiner ist als die Dicke des Schutzsubstrats, in dem die Elektrodenlöcher ausgebildet sind, in das entsprechende Elektrodenloch eingeführt ist und durch Verschmelzen mit dem leitfähigen Material elek trisch angeschlossen ist.

Ein elektrostatisch-kapazitiver Beschleunigungssensor gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist dadurch ge kennzeichnet, daß die integrierte Schaltung unter Verwen dung eines gering belastenden Harzes an das Schutzsubstrat, in dem die Elektrodenlöcher ausgebildet sind, gebondet sind.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von bevorzugten Aus führungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schrägansicht eines mit ebener Verschiebung ar beitenden, elektrostatisch-kapazitiven Beschleunigungssen sors gemäß einen ersten Ausführungsbeispiel;

Fig. 2 einen Querschnitt durch den elektrostatisch-kapa zitiven Beschleunigungssensor entlang der Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 eine Aufsicht auf die Struktur einer Sensoreinheit, wenn ein Substrat entfernt ist;

Fig. 4 einen Querschnitt durch den elektrostatisch-kapazi tiven Beschleunigungssensor entlang der Linie IV-IV in Fig. 3;

Fig. 5 einen Querschnitt durch den elektrostatisch-kapazi tiven Beschleunigungssensor entlang der Linie V-V in Fig. 3;

Fig. 6 eine Schrägansicht eines mit ebener Verschiebung ar beitenden, elektrostatisch-kapazitiven Beschleunigungssen sors gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;

Fig. 7 einen Querschnitt durch den elektrostatisch-kapazi tiven Beschleunigungssensor entlang der Linie VII-VII in Fig. 6;

Fig. 8 einen Querschnitt durch den elektrostatisch-kapazi tiven Beschleunigungssensor gemäß einem dritten Ausfüh rungsbeispiel der Erfindung; und

Fig. 9 einen Querschnitt des an das Substrat gebondeten ICs des in Fig. 8 gezeigten elektrostatisch-kapazitiven Be schleunigungssensors.

Ausführungsbeispiel 1

Fig. 1 ist eine Schrägansicht eines mit ebener Verschiebung arbeitenden, elektrostatisch-kapazitiven Beschleunigungs sensors gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.

Wie in Fig. 1 gezeigt, umfaßt ein elektrostatisch-kapazi tiver Beschleunigungssensor 1 ein aus einer Sensoreinheit 2 und einem Paar von Substraten 3 und 4, die auf entgegenge setzten Seiten der Sensoreinheit 2 angeordnet sind, beste hendes Sensorelement 5 und eine integrierte Schaltung (IC), die auf der Oberseite des einen Substrats 3 gebondet ist.

Die Sensoreinheit 2 besteht aus einem Siliziumsubstrat und drückt die durch eine Beschleunigung verursachte Trägheits kraft als eine Änderung der elektrostatischen Kapazität aus. Die Substrate 3 und 4 bestehen aus einem Material wie etwa Aluminosilikat oder Borsilikatglas mit einem linearen Ausdehnungskoeffizienten nahe dem von Silizium. Das IC 6 umfaßt eine Erfassungsschaltung zum Erfassen einer Be schleunigung aus der Änderung in der elektrostatischen Ka pazität der Sensoreinheit 2.

In dem Substrat 3 sind außerdem Elektrodenlöcher 8 vorgese hen, die durchgehende Löcher zum Verbinden des ICs 6 mit den verschiedenen Elektroden der Sensoreinheit 2 mittels Leiterdrähten oder anderen Bonddrähten sind. Das IC 6 wird mittels eines adhäsiven Materials oder Klebstoffs 9 an dem Substrat 3 befestigt.

Die innere Struktur des in Fig. 1 gezeigten elektrosta tisch-kapazitiven Beschleunigungssensors 1 ist anhand von - lediglich - Beispielen in den Fig. 2 bis 5 gezeigt. Fig. 2 ist ein Querschnitt durch den elektrostatisch-kapazitiven Beschleunigungssensor entlang der Linie II-II in Fig. 1. Fig. 3 ist eine Aufsicht auf die Struktur der Sensoreinheit 2, wenn das Substrat 3 entfernt ist. Fig. 4 ist ein Quer schnitt durch den elektrostatisch-kapazitiven Beschleuni gungssensor entlang der Linie IV-IV in Fig. 3. Fig. 5 ist ein Querschnitt durch den elektrostatisch-kapazitiven Be schleunigungssensor entlang der Linie V-V in Fig. 3.

Wie in den Fig. 2 bis 5 gezeigt, umfaßt die Sensoreinheit 2 aus dem Siliziumsubstrat bestehende Anker oder Verankerun gen 10 und 11, Querelemente 12 und 13, eine Masse 14, feste Elektroden 15 und 16, feste Erfassungselektroden 17 und 18 und einen Hilfsträger 19. Aus Cr, Au oder anderen Werkstof fen hergestellte Anschlußelektroden 20 sind auf den Ober flächen des Ankers 10, der festen Elektroden 15 und 16, der festen Erfassungselektroden 17 und 18 und des Hilfsträgers 19 das Substrat 3 kontaktierend ausgebildet.

Die Anker 10 und 11, die Querelemente 12 und 13 und die Masse 14 sind integral ausgebildet, um einen Vibrationskör per zu bilden, in dem die Masse 14 als eine verschiebbare Elektrode arbeitet. Es wird angemerkt, daß die Masse 14 so hergestellt wird, daß sie bezogen auf die in Fig. 1 gezeig ten X-Y-Z-Achsen in der Y-Richtung verschieblich ist. Die Masse 14 verschiebt sich infolgedessen parallel zu dem die Sensoreinheit 2 bildenden Siliziumsubstrat. Die Verschie bung in der X- oder Y-Richtung gemäß Fig. 1 wird als "ebene Verschiebung" (enplane displacement) bezeichnet.

Der elektrostatisch-kapazitive Beschleunigungssensor 1 wird wie folgt hergestellt. Zunächst wird ein mit Ätzkanälen vorgeätztes Siliziumwafer kathodisch auf das Substrat 4 ge bondet und sodann anisotropisch geätzt, um die Anker 10 und 11, die Querelemente 12 und 13, die Masse 14, die festen Elektroden 15 und 16, die festen Erfassungselektroden 17 und 18 und den Hilfsträger 19 zu erzeugen. Dann werden die Anschlußelektroden 20 an den angegebenen Positionen herge stellt, und das Substrat 3 wird kathodisch an die Anker 10 und 11, die Querelemente 12 und 13, die Masse 14, die fe sten Elektroden 15 und 16, die festen Erfassungselektroden 17 und 18 und den Hilfsträger 19 gebondet.

Zwischen den Substraten 3 und 4 und den Querelementen 12 und 13 sowie der Masse 14 wird durch Ätzen ein Spalt mit bestimmten Maßen erzeugt. Die Masse 14 kann demzufolge mit tels der Querelemente 12 und 13 in die Richtungen der fe sten Elektroden 15 und 16 verschoben werden, indem an den Ankern 10 und 11 verschwenkt bzw. gedreht wird, wobei die Anker 10 und 11, die festen Elektroden 15 und 16, die fe sten Erfassungselektroden 17 und 18 und der Hilfsträger 19 kathodisch zwischen den Substraten 3 und 4 gebondet sind.

Das IC 6 wird dann unter Verwendung eines Harzes, eines Lots, einer Silberpaste oder eines anderen adhäsiven Mate rials oder Klebstoffs 9 durch Verkleben in einer bestimmten Position auf der Oberseite des Substrats 3 befestigt. Im einzelnen kann dann, wenn das IC 6 unter Verwendung eines Siliziumharzes oder eines anderen gering belastenden, sich gering dehnenden Harzes (low stress resin) auf das Substrat gebondet wird, die Auswirkung von Unterschieden zwischen den thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Substrats 3 und des ICs 6 bei niedrigen und hohen Temperaturen gemil dert werden.

Die Elektrodenlöcher 8 werden in dem Substrat 3 an Positio nen vorgeöffnet, die den Anschlußelektroden 20 entsprechen, und das Substrat 3 wird mit den mit den Anschlußelektroden 20 ausgerichteten Elektrodenlöchern 8 so gebondet, daß das IC 6 und die Anschlußelektroden mittels Bonddraht oder an deren Anschlußdrähten 7 verbunden werden können. Durch Er den der durch das IC 6 an dem Hilfsträger 19 angeordneten Anschlußelektroden 20 kann die Streukapazität stabilisiert werden und kann der Hilfsträger 19 als eine elektrostati sche Abschirmung verwendet werden.

Wenn dann die durch eine Beschleunigung verursachte Träg heitskraft an einem derart aufgebauten elektrostatisch- kapazitiven Beschleunigungssensor 1 angreift, wird die sich auf den Ankern 10 und 11 bzw. um die Anker 10 und 11 dre hende Masse mittels der Querelemente 12 und 13 in Richtung der festen Elektrode 15 oder 16 verschoben. Dies erzeugt einen Unterschied zwischen der elektrostatischen Kapazität des zwischen der festen Elektrode 15 und der Masse 14 ge bildeten Kondensators und der elektrostatischen Kapazität des zwischen der festen Elektrode 16 und der Masse 14 ge bildeten Kondensators. Dieser Unterschied der elektrostati schen Kapazität ermöglicht dem IC 6, die Beschleunigung aus der durch die Leiterdrähte 7 über die an dem Anker 10 und den festen Elektroden 20 angeordneten Anschlußelektroden erfaßten Erfassungsschaltungsdifferenz zu erfassen.

Die festen Erfassungselektroden 17 und 18 sind Elektroden, die zur Erfassung durch den elektrostatisch-kapazitiven Be schleunigungssensor 1 verwendet werden. Wenn keine Träg heitskraft an dem elektrostatisch-kapazitiven Beschleuni gungssensor 1 angreift und durch das IC 6 eine Spannung über die Leiterdrähte 7 an die festen Erfassungselektroden 17 und 18 angelegt wird, tritt eine Potentialdifferenz zwi schen diesen Elektroden und der Masse 14 auf, so daß sich die Masse 14 infolge der elektrostatischen Anziehung ver schiebt.

Die elektrostatische Anziehung ist scheinbar der Trägheit oder anderen äußeren, an dem elektrostatisch-kapazitiven Beschleunigungssensor 1 angreifenden Kräften gleich. Da durch, daß dieses Mal die Änderung der elektrostatischen Kapazität des zwischen der festen Elektrode 15 und der Mas se 14 gebildeten Kondensators und die Änderung der elektro statischen Kapazität des zwischen der festen Elektrode 16 und der Masse 14 gebildeten Kondensators erfaßt wird, kann das IC 6 erfassen, ob sich die Masse 14 des elektrosta tisch-kapazitiven Beschleunigungssensors 1 tatsächlich ver schoben hat.

Der elektrostatisch-kapazitive Beschleunigungssensor 1 ge mäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist infolgedessen in der Lage, die Wirkungen der parasitären Kapazität der zur Ver bindung des ICs 6 mit der Sensoreinheit 2 verwendeten Ver drahtung zu reduzieren und die elektrostatische Kapazität der Sensoreinheit genau zu erfassen, indem das IC 6 und die Sensoreinheit 2 durch kürzestmögliche Leiterdrähte verbun den werden. Dies wird, wie vorstehend beschrieben, dadurch ermöglicht, daß das IC 6 auf das Substrat 3 gebondet wird und die verschiedenen Anschlußelektroden 20 der Sensorein heit 2 mittels durch die Elektrodenlöcher 8 in dem Substrat 3 geführte Leiterdrähte 7 mit dem IC 6 verbunden werden.

Es ist daher möglich, die Genauigkeit eines mit ebener Ver schiebung arbeitenden elektrostatisch-kapazitiven Beschleu nigungssensors zu verbessern, die elektrischen Anschlüsse des Sensors zu vereinfachen und eine kompaktere Sensorein heit zu erzielen.

Ausführungsbeispiel 2

In dem wie vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbei spiel eines elektrostatisch-kapazitiven Beschleunigungssen sors sind das IC 6 und die Anschlußelektroden 20 der Sen soreinheit 2 unter Verwendung von Leiterdrähten verbunden. Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist das IC 6 jedoch mit den Anschlußelektroden 20 verbunden, ohne daß hierzu Leiterdrähte verwendet werden.

Fig. 6 ist eine Schrägansicht des mit ebener Verschiebung arbeitenden, elektrostatisch-kapazitiven Beschleunigungs sensors gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Fig. 7 ist ein Querschnitt durch den elektrostatisch-kapazitiven Be schleunigungssensor entlang der Linie VII-VII in Fig. 6. Es wird angemerkt, daß gleiche Abschnitte in Fig. 6 und Fig. 7 des zweiten Ausführungsbeispiels und Fig. 1 und Fig. 2 des ersten Ausführungsbeispiels durch dieselben Bezugszeichen identifiziert werden, so daß deren weitere Beschreibung nachstehend unterbleibt. Nachstehend werden nur die Unter schiede zwischen dem ersten Ausführungsbeispiel und dem zweiten Ausführungsbeispiel näher beschrieben.

Das zweite Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 und Fig. 7 un terscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel da durch, daß die Leiterdrähte 7 entfernt wurden, und daß An schlüsse 31 an der Haftfläche zwischen dem IC 6 und dem Substrat 3 gemäß Fig. 1 und Fig. 2 an Positionen angeordnet sind, die den Anschlußelektroden der Sensoreinheit 2 ent sprechen. Darüber hinaus sind die Elektrodenlöcher 8 in dem Substrat 3 mit einem leitfähigen Material 32 gefüllt, um das leitfähige Material 32 in jedem der Elektrodenlöcher 8 mit dem entsprechenden Anschluß 31 zu verbinden. Daher wer den das IC 6 und der elektrostatisch-kapazitive Beschleuni gungssensor 1 gemäß Fig. 1 und Fig. 2 nachstehend als IC 33 und elektrostatisch-kapazitiver Beschleunigungssensor 30 bezeichnet.

Bezugnehmend auf die Fig. 6 und 7 sind die Elektrodenlöcher 8 in dem Substrat 3 mit einem leitfähigen Material 32, etwa einem Lot oder Silberpaste, gefüllt. Lot- bzw. Lötzinn- oder Au-Anschlüsse (bumps) 31 werden auch an dem IC 33 aus gebildet, und zwar an Positionen, die den Anschlußelektro den 20 der Sensoreinheit 2 auf der an dem Substrat 3 haf tenden Seite entsprechen. Die Anschlüsse 31 und das ent sprechend positionierte leitfähige Material 32 werden mit einander verschmolzen, um beispielsweise eine elektrische Verbindung zwischen diesen herzustellen, wodurch die An schlußelektroden 20 der Sensoreinheit 2 mit dem IC 33 ver bunden werden und das IC 33 auf das Substrat 3 gebondet wird. Zur Erhöhung der Bondfestigkeit zwischen dem IC 33 und dem Substrat 3 kann zusätzlich zu der elektrischen Ver bindung auch ein Haftmittel oder Klebstoff 9 zwischen den IC 33 und dem Substrat 3 angebracht werden.

Daher kann der elektrostatisch-kapazitive Beschleunigungs sensor 30 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zusätzlich zu den durch das vorstehende erste Ausführungsbeispiel er reichten Wirkungen die Zuverlässigkeit der Einrichtung wei ter verbessern, indem Kurzschlüsse zwischen Leiterdrähten vermieden werden, weil die Bonddrähte und andere Leiter drähte 7 eliminiert sind und das IC 33 über die Anschlüsse 31, die auf dem IC 33 angeordnet sind, und das in die ent sprechenden Elektrodenlöcher 8 eingefüllte leitfähige Mate rial 32 elektrisch mit dem Substrat 3 verbunden ist.

Ausführungsbeispiel 3

Während in dem vorstehenden zweiten Ausführungsbeispiel An schlüsse 31 auf dem IC 33 vorgesehen sind, werden gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel Leiterdrähte oder andere Bond drähte anstelle der Anschlüsse 31 gebondet und diese gebon deten Leiterdrähte elektrisch mit dem leitfähigen Material 32 verbunden. Es wird angemerkt, daß eine Schrägansicht des elektrostatisch-kapazitiven Beschleunigungssensor gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel identisch ist zu der des zwei ten Ausführungsbeispiels, so daß daher die in Fig. 6 ge zeigte Figur in Bezug auf das nachstehende dritte Ausfüh rungsbeispiel verwendet wird.

Fig. 8 ist ein Querschnitt durch den elektrostatisch-kapa zitiven Beschleunigungssensor entlang der Linie VII-VII in Fig. 6. Es wird angemerkt, daß gleiche Teile in Fig. 7 und Fig. 8 durch gleiche Bezugszeichen identifiziert werden, so daß deren weitere Beschreibung nachstehend weggelassen wird. Nur die Unterschiede zwischen dem zweiten und den dritten Ausführungsbeispiel werden nachstehend beschrieben.

Das dritte Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 8 unterscheidet sich von dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 da durch, daß die Anschlüsse 31 entfernt wurden, und daß Bond drähte oder andere Leiterdrähte 41 an die Positionen der Anschlüsse 31 gebondet sind, um ein Bondelement 42 zu bil den. Die Leiterdrähte werden dann abgeschnitten. Daher wer den nachstehend das IC 33 in Fig. 7 als IC 43 und der elek trostatisch-kapazitive Beschleunigungssensor 30 als elek trostatisch-kapazitiver Beschleunigungssensor 40 bezeich net.

Fig. 9 ist ein Querschnitt des an das Substrat 3 gebondeten ICs 43 des in Fig. 8 gezeigten elektrostatisch-kapazitiven Beschleunigungssensors 40.

Bezugnehmend auf Fig. 9 sind Leiterdrähte 41 auf der an dem Substrat 3 haftenden Oberfläche an die Anschlußelektroden 20 der Sensoreinheit 2 entsprechenden Positionen an das IC 43 gebondet, um Bondelemente 42 zu bilden. Die Leiterdrähte 41 werden dann auf eine Länge abgeschnitten, die kleiner ist als die Dicke des Substrats 3.

Darüber hinaus sind die Elektrodenlöcher 8 in dem Substrat 3 mit einem Lot, einem leitfähigem Klebstoff oder einem ähnlichem leitfähigen Material 32 gefüllt, um das leitfähi ge Material 32 in jedem der Elektrodenlöcher 8 mit dem ent sprechenden Leiterdraht 41 zu verbinden. Infolgedessen wer den die Anschlußelektroden 20 der Sensoreinheit 2 mit den Leiterdrähten 41 des IC 43 verbunden und wird das IC 43 an das Substrat 43 gebondet. Um die Festigkeit der Bondverbin dung zwischen dem IC 43 und dem Substrat 3 zu erhöhen, ist es ebenfalls möglich, zusätzlich zu der elektrischen Ver bindung einen Klebstoff oder ein adhäsives Material 9 zwi schen das IC 43 und das Substrat 3 einzubringen.

Daher kann der elektrostatisch-kapazitive Beschleunigungs sensor 40 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel zusätzlich zu den durch das erste Ausführungsbeispiel erreichten Wir kungen die Zuverlässigkeit der Einrichtung weiter verbes sern, indem Kurzschlüsse dadurch vermieden werden, daß die an das IC 43 gebondeten Leiterdrähte 41 mit dem in die ent sprechenden Elektrodenlöcher 8 zur Herstellung einer elek trischen Verbindung dazwischen eingefüllten leitfähigen Ma terial 32 verschmolzen werden.

Ein elektrostatisch-kapazitiver Beschleunigungssensor wie hierin anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben ist ein mit ebener Verschiebung arbeitender elektrostatisch-kapazi tiver Beschleunigungssensor, wobei jede der in der Sen soreinheit zum Anschluß an das IC ausgebildeten Anschluße lektroden auf einem der Schutzsubstrate bereitgestellt ist. Durchgehende Löcher sind ebenfalls in diesem Schutzsubstrat ausgebildet, und zwar als Elektrodenlöcher an Positionen, die den Anschlußelektroden entsprechen. Das IC wird an das Schutzsubstrat, in dem diese Elektrodenlöcher ausgebildet sind, gebondet, wobei die Pins des IC in die Elektrodenlö cher eingeführt sind, um eine elektrische Verbindung zu den Anschlußelektroden der Sensoreinheit herzustellen. Die Sen soreinheit und das IC können daher mit über kürzestmögliche Leiterdrähte verbunden werden, die Wirkungen der parasitä ren Kapazität der zur Verbindung von Sensoreinheit und IC verwendeter Anschlußverdrahtung kann verringert werden, und die elektrostatische Kapazität der Sensor kann genau erfaßt werden. Die Genauigkeit eines mit ebener Verschiebung ar beitenden elektrostatisch-kapazitiven Beschleunigungssen sors kann daher verbessert werden, elektrische Verbindungen können leicht hergestellt werden, und der Beschleunigungs sensor kann kompakt dargestellt werden.

Der elektrostatisch-kapazitive Beschleunigungssensor ist gemäß einem Gesichtspunkt ein elektrostatisch-kapazitiver Beschleunigungssensor, bei dem die das IC und die Anschluß elektroden des Beschleunigungssensors verbindenden Leiter drähte miteinander verbondet sind. Die Sensoreinheit und das IC können daher über kürzestmögliche Leiterdrähte ver bunden werden, die Wirkungen der parasitären Kapazität der zur Verbindung der Sensoreinheit mit dem IC verwendeten An schlußverdrahtung kann verringert werden, und die elektro statische Kapazität der Sensoreinheit kann genau erfaßt werden. Die Genauigkeit eines mit ebener Verschiebung ar beitenden elektrostatisch-kapazitiven Beschleunigungssen sors kann daher verbessert werden, elektrische Verbindungen können leicht hergestellt werden, und der Beschleunigungs sensor kann kompakt dargestellt werden.

Der elektrostatisch-kapazitive Beschleunigungssensor ist gemäß einem anderen Gesichtspunkt ein elektrostatisch-kapa zitiver Beschleunigungssensor, bei dem als ein Mittel zur elektrischen Verbindung der Sensoreinheit und des ICs An schlüsse an dem IC angeordnet werden, und zwar an Positio nen, die den Elektrodenlöchern in dem Schutzsubstrat ent sprechen. Die Anschlüsse werden dann zu den Elektrodenlö chern ausgerichtet und werden elektrisch mit den Anschlüs sen verbunden. Die Sensoreinheit und das IC können daher über kürzestmögliche Leiterdrähte verbunden werden, die Wirkungen der parasitären Kapazität der zur Verbindung der Sensoreinheit mit dem IC verwendeten Anschlußverdrahtung kann verringert werden, die elektrostatische Kapazität der Sensoreinheit kann genau erfaßt werden, und die Möglich keit, daß Kurzschlüsse auftreten, wenn die Sensoreinheit und das IC durch Bonden von Leiterdrähten verbunden werden, kann ausgeschlossen werden. Daher kann die Zuverlässigkeit eines mit ebener Verschiebung arbeitenden elektrostatisch kapazitiven Beschleunigungssensors verbessert werden, kann die Erfassungsgenauigkeit verbessert und die Größe verrin gert werden, und werden die elektrischen Verbindungen ein fach hergestellt.

Der elektrostatisch-kapazitive Beschleunigungssensor ist gemäß einem weiteren Gesichtspunkt ein elektrostatisch kapazitiver Beschleunigungssensor, bei dem als ein Mittel zur elektrischen Verbindung von Sensoreinheit und IC an den Elektrodenlöchern in dem Schutzsubstrat entsprechenden Po sitionen Leiterdrähte auf die Oberfläche des mit dem Schutzsubstrat verbondeten IC gebondet sind. Die Sensorein heit und das IC können daher über kürzestmögliche Verbin dungen verbunden werden, die Wirkungen der parasitären Ka pazität der zur Verbindung der Sensoreinheit mit dem IC verwendeten Anschlußverdrahtung kann verringert werden, die elektrostatische Kapazität der Sensoreinheit kann genau er faßt werden, und die Möglichkeit, daß Kurzschlüsse auftre ten, wenn die Sensoreinheit und das IC durch Bonden von Leiterdrähten verbunden werden, kann ausgeschlossen werden. Daher kann die Zuverlässigkeit eines mit ebener Verschie bung arbeitenden elektrostatisch-kapazitiven Beschleuni gungssensors verbessert werden, kann die Erfassungsgenauig keit verbessert und die Größe verringert werden, und werden die elektrischen Verbindungen einfach hergestellt.

Der elektrostatisch-kapazitive Beschleunigungssensor ist gemäß einem nochmals weiteren Gesichtspunkt ein elektrosta tisch-kapazitiver Beschleunigungssensor, bei dem die auf der Oberfläche des IC verbondeten Leiterdrähte auf eine Länge geschnitten werden, die kleiner ist als die Dicke des Schutzsubstrats, dann in die Elektrodenlöcher eingeführt und durch Verschmelzen der Leiterdrähte mit dem leitfähigen Material elektrisch angeschlossen werden. Die Sensoreinheit und das IC können daher über kürzestmögliche Verbindungen verbunden werden, die Wirkungen der parasitären Kapazität der zur Verbindung der Sensoreinheit mit dem IC verwendeten Anschlußverdrahtung können verringert werden, die elektro statische Kapazität der Sensoreinheit kann genau erfaßt werden, und die Möglichkeit, daß Kurzschlüsse auftreten, wenn die Sensoreinheit und das IC durch Bonden von Leiter drähten verbunden werden, kann ausgeschlossen werden. Daher kann die Zuverlässigkeit eines mit ebener Verschiebung ar beitenden elektrostatisch-kapazitiven Beschleunigungssen sors verbessert werden, kann die Erfassungsgenauigkeit ver bessert und die Größe verringert werden, und werden die elektrischen Verbindungen einfach hergestellt.

Der elektrostatisch-kapazitive Beschleunigungssensor ist gemäß einem weiteren Gesichtspunkt ein elektrostatisch kapazitiver Beschleunigungssensor, bei dem das IC unter Verwendung eines gering belastenden Harzes an das Schutz substrat, in dem die Elektrodenlöcher ausgebildet sind, ge bondet werden, wodurch die Wirkungen der Unterschiede zwi schen den linearen Ausdehnungskoeffizienten des Schutz substrats und des IC unter niedrigen und hohen Temperaturen gemildert werden.

Somit umfaßt der vorstehend beschriebene, ebener Verschie bung arbeitender elektrostatisch-kapazitiver Beschleuni gungssensor eine Sensoreinheit, die aus einem Silizium substrat hergestellt ist und eine bewegliche Elektrode und eine feste Elektrode umfaßt, ein Paar von Schutzsubstraten, die auf entgegengesetzten Seiten der Sensoreinheit gebondet sind, und eine integrierte Schaltung zum Erfassen einer Be schleunigung aus der elektrostatischen Kapazität der Sen soreinheit, wobei die Anschlußelektroden der Sensoreinheit, die zum Verbinden der Sensoreinheit mit der integrierten Schaltung bereitgestellt sind, auf der Seite der Sensorein heit angeordnet sind, die einem der Schutzsubstrate zuge wandt ist, Elektrodenlöcher in den einen der Schutzsubstra te angeordnet sind, wobei die Elektrodenlöcher durchgehende Löcher sind, die in dem Substrat an Positionen ausgebildet sind, die den Anschlußelektroden entsprechen, und die inte grierte Schaltung auf das Schutzsubstrat gebondet ist, in dem die Elektrodenlöcher ausgebildet sind, mit Anschlußpins der integrierten Schaltung, die in die Elektrodenlöcher eingeführt und elektrisch mit den Anschlußelektroden der Sensoreinheit verbunden sind.

Claims

1. Elektrostatisch-kapazitiver Beschleunigungssensor, der eine ebene Verschiebung nutzt, um eine Beschleunigung aus der elektrostatischen Kapazität zwischen einer festen Elektrode (15, 16) und einer beweglichen Elektrode (14), die durch die Trägheitskraft der Beschleunigung verschoben wird, zu erfassen, gekennzeichnet durch
eine Sensoreinheit (2), die aus einem Siliziumsubstrat hergestellt ist und eine bewegliche Elektrode (14) und eine feste Elektrode (15, 16) umfaßt,
ein Paar von Schutzsubstraten (3, 4), die auf entge gengesetzten Seiten der Sensoreinheit gebondet sind, und
eine integrierte Schaltung (6) zum Erfassen der Be schleunigung aus der elektrostatischen Kapazität der Sen soreinheit, wobei
Anschlußelektroden (20) der Sensoreinheit, die zum Verbinden der Sensoreinheit mit der integrierten Schaltung bereitgestellt sind, auf der Seite der Sensoreinheit ange ordnet sind, die einem der Schutzsubstrate zugewandt ist,
Elektrodenlöcher (8) in dem einen der Schutzsubstrate angeordnet sind, wobei die Elektrodenlöcher durchgehende Löcher sind, die in dem Substrat an Positionen ausgebildet sind, die den Anschlußelektroden entsprechen, und
die integrierte Schaltung auf das Schutzsubstrat ge bondet ist, in dem die Elektrodenlöcher ausgebildet sind, mit Anschlußpins der integrierten Schaltung, die in die Elektrodenlöcher eingreifen und elektrisch mit den An schlußelektroden der Sensoreinheit verbunden sind.

2. Elektrostatisch-kapazitiver Beschleunigungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die integrier te Schaltung und die Anschlußelektroden durch Bonden mit Leiterdraht verbunden sind.

3. Elektrostatisch-kapazitiver Beschleunigungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
Anschlüsse an Positionen angeordnet sind, die jedem der Elektrodenlöcher in der Oberfläche der integrierten Schaltung, die mit dem Schutzsubstrat verbunden ist, ent sprechen,
jedes der Elektrodenlöcher mit einem leitfähigen Mate rial gefüllt ist, und
jeder der Anschlüsse elektrisch mit dem leitfähigen Material in dem entsprechenden Elektrodenloch verbunden ist.

4. Elektrostatisch-kapazitiver Beschleunigungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
Leiterdrähte an die integrierte Schaltung auf der Oberfläche derselben gebondet sind, die an jedem der Elek trodenlöcher entsprechenden Positionen an dem Schutz substrat anhaftet,
jedes der Elektrodenlöcher mit einem leitfähigen Mate rial gefüllt ist, und
jeder der gebondeten Leiterdrähte elektrisch mit dem leitfähigen Material in dem entsprechenden Elektrodenloch verbunden ist.

5. Elektrostatisch-kapazitiver Beschleunigungssensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der ge bondeten Leiterdrähte auf eine Länge geschnitten ist, die kleiner ist als die Dicke des Schutzsubstrats, in dem die Elektrodenlöcher ausgebildet sind, in das entsprechende Elektrodenloch eingesetzt ist und durch Verschmelzen mit dem leitfähigen Material elektrisch angeschlossen ist.

6. Elektrostatisch-kapazitiver Beschleunigungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die integrier te Schaltung unter Verwendung eines gering belastenden Har zes an das Schutzsubstrat, in dem die Elektrodenlöcher aus gebildet sind, gebondet sind.