DE19734530B4

DE19734530B4 - Halbleiterbeschleunigungssensor

Info

Publication number: DE19734530B4
Application number: DE19734530A
Authority: DE
Inventors: Seiichiro Kariya Ishio; Kenichi Kariya Ao; Minoru Kariya Murata; Yasuki Kariya Shimoyama; Tomohito Kariya Kunda; Norio Kariya Kitao
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1996-08-09
Filing date: 1997-08-08
Publication date: 2008-04-24
Anticipated expiration: 2017-08-09
Also published as: DE19734530A1; US6448624B1

Abstract

Halbleiterbeschleunigungssensor mit:
einem Halbleitersensorchip (21) mit einem über Ausleger (24) getragenen Gewichtsteil (23) zum Erfassen einer Beschleunigung von bis zu etwa ±1G durch Anwendung eines piezoelektrischen Widerstandseffekts von Widerstandselementen (R11 bis R14, R21 bis R24), welche auf den Auslegern gebildet sind; und
einem Sitz (26), welcher den Halbleitersensorchip trägt, wobei der Sitz aus einem Material mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten äquivalent zu dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Halbleitersensorchips gebildet ist,
wobei das Gewichtsteil (23) bezüglich des Sitzes derart angeordnet ist, daß die folgende Gleichung erfüllt wird: 0,01 ≦ S/d2 ≦ 0,05wobei d eine Ausdehnung eines Luftzwischenraums zwischen dem Sitz und dem Gewichtsteil und S eine Bodenfläche des Gewichtsteils bezeichnen, wodurch eine Luftdämpfung des Gewichtsteils vorgesehen wird.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Halbleiterbeschleunigungssensor zum Erfassen einer Beschleunigung unter Verwendung eines Halbleitermaterials mit einem großen piezoelektrischen Widerstandskoeffizienten und insbesondere auf einen Halbleiterbeschleunigungssensor, welcher derart gebildet ist, daß er zum Erfassen einer Beschleunigung eines vergleichsweise niedrigen Pegels von etwa ±1G oder kleiner geeignet ist.
Es ist ein Halbleiterbeschleunigungssensor bekannt, welcher durch Ätzen eines Siliziumsubstrats in eine Form gebildet ist, bei welcher ein Gewichtsteil, welches durch eine empfangene Beschleunigung versetzt wird, von einem äußeren Rahmen über Balken bzw. Ausleger gehalten wird, an welchen Diffusionswiderstände gebildet sind. Wenn eine Beschleunigung darauf aufgebracht wird, wird bei diesem Sensor das Gewichtsteil durch die Aufnahme einer Kraft proportional zu der Beschleunigung versetzt, und daher werden die Ausleger, welche das Gewichtsteil halten, verdreht bzw. verbogen, wodurch Widerstandswerte der Diffusionswiderstände durch einen piezoelektrischen Widerstandseffekt im Ansprechen auf durch die Verdrehung hervorgerufenen Drücke bzw. Spannungen geändert werden. Die Änderung des Widerstandswerts kann als Spannungssignal durch Bildung einer Erfassungsschaltung erfaßt werden, bei welcher die Diffusionswiderstände in einer Brückenschaltung angeschlossen sind und die aufgebrachte Beschleunigung auf der Grundlage des Spannungssignals erfaßt werden kann.
Inzwischen wird ein derartiger Halbleiterbeschleunigungssensor zum Erfassen beispielsweise eines vehementen Stoßes verwendet, welcher im Falle einer Kollision eines Kraftfahrzeugs auftritt. Da dieser Halbleiterbeschleuni gungssensor den Grad des durch ein Erfassungsteil aufgenommenen Stoßes als Größe einer Beschleunigung erfaßt, weist die zu erfassende Beschleunigung einen großen Beschleunigungswert auf, welcher 10G (G stellt die Erdbeschleunigung mit einem Wert von 9,8m/s² dar) überschreitet.
In den vergangenen Jahren ist es bei Kraftfahrzeugen oder dergleichen zur Unterstützung der Sicherheit beim Durchführen einer Bremssteuerung oder dergleichen ein Erfassen einer sehr kleinen Beschleunigung eines Beschleunigungspegels oder Verzögerungspegels, welche in einem normalen Laufzustand hervorgerufen wird, erforderlich geworden, welche sehr viel kleiner als die Beschleunigung ist, welche wie oben beschrieben durch den Stoß hervorgerufen wird. Dementsprechend wird ein Beschleunigungssensor erfordert, welcher zum genauen Erfassen einer Beschleunigung in einem Bereich von etwa ±1G auf wenigstens etwa ±2G eines zu erfassenden Beschleunigungsbereichs geeignet ist.
Bei einem derartigen Halbleiterbeschleunigungssensor zum Erfassen einer sehr kleinen Beschleunigung treten jedoch die folgenden technischen Schwierigkeiten auf. Eine sehr kleine Kraft, welche das Gewichtsteil des Sensorchips durch die Beschleunigung empfängt, zeigt sich als Dehnung der Ausleger, und wenn die Ausleger eine leichte Kraft durch das Rahmenteil empfangen, an welchem ein Sensorchip per se befestigt ist, wird in den Auslegern, welche das Gewichtsteil halten, ein Druck hervorgerufen, und die Diffusionswiderstände auf den Auslegern, auf welche der Druck aufgebracht wird, können bezüglich der Erfassungsoperation sowie einer Änderung der Erfassungsempfindlichkeit ungünstig beeinflußt werden.
Um mit einem derartigen Nachteil fertig zu werden, ist bei einem Halbleiterbeschleunigungssensor mit einem kleinen Erfassungsbereich von ±1G bis ±2G als Beschleunigungserfassungsbereich eine Struktur zum Verringern von Dehnungen so weit wie möglich, die von einem Substrat aufgenommen werden, angenommen worden, und in 44 und 45 ist beispielsweise ein Umriß der Struktur dargestellt. Ein aus Silizium gebildeter Halbleitersensorchip ist in einem Zustand gebildet, bei welchem ein Sensorelement 3 durch einen Ausleger 4 in einem ersten Rahmen 2 gehalten wird, welcher einen äußeren Rahmen bildet.
Das Sensorelement 3 ist durch einen zweiten Rahmen 5 in einer U-ähnlichen Form, vier Balken bzw. Ausleger 6a bis 6d, welche sich von dem zweiten Rahmen 5 aus erstrecken, und einem Gewichtsteil 7 gebildet, welches von den vier Auslegern 6a bis 6d gehalten wird. Diffusionswiderstände sind vorausgehend an den vier Balken 6a bis 6d gebildet, deren Widerstandswerte durch den piezoelektrischen Widerstandseffekt geändert werden, wenn die Verdrehung auftritt. Des weiteren sind die Diffusionswiderstände in einer Brückenschaltung miteinander verdrahtet, wodurch eine Änderung des Widerstandswerts als Spannungssignal ausgegeben werden kann.
Bei dem Halbleitersensorchip 1 ist der erste Rahmen 2 an einem aus Glas gebildeten Sitz 8 durch anodisches Bonden befestigt. Eine Aussparung 8a ist in dem Sitz 8 auf einer Seite davon mehr innen als ein Teil davon gegenüberliegend dem ersten Rahmen 2 gebildet, wodurch das Gewichtsteil 7 sogar dann, wenn es deformiert wird, nicht in Kontakt mit der Aussparung 8a gebracht wird. Der aus Glas gebildete Sitz ist auf ein aus Keramik gebildets Substrat 9 gebondet und daran befestigt. Ein IC-Chip 10 zum Durchführen einer Signalverarbeitung eines Ausgangssignals von dem Sensor ist durch Bonden an dem Substrat 9 befestigt, und der IC-Chip 10 und der Halbleitersensorchip 1 sind elektrisch mit einem Bonddraht 11 verbunden.
Das Substrat 9, auf welchem der Halbleitersensorchip 1 über den Sitz 8 fest anhaftet, ist in einem Gehäuse 12 an geordnet, welcher einen Sockel 12a und eine Kappe 12b aufweist. Öl 13 ist in das Gehäuse 12 als Dämpfungsmaterial eingefüllt, um zu verhindern, daß die Vorrichtung zerstört wird, wenn eine übermäßige Beschleunigung darauf aufgebracht wird. Ein nichtdargestellter Leiter ist elektrisch mit dem Halbleitersensorchip 1 und dem IC-Chip 10 verbunden und erstreckt sich von dem Gehäuse 12 nach außen, wodurch ein Erfassungssignal ausgegeben wird.
Wenn entsprechend der oben beschriebenen Struktur der Halbleitersensorchip 1 eine Beschleunigung senkrecht zu einer Seite davon empfängt, wird das Gewichtsteil 7 in eine Richtung entgegengesetzt zu der Beschleunigung durch eine Kraft zu dem Augenblick versetzt, wodurch auf die an dem Ausleger 6a bis 6d gebildeten Diffusionswiderstände entsprechend der Beschleunigung eine Verdrehung aufgebracht wird. Danach wird eine Ausgangsspannung eines Schaltkreises in einer Brückenschaltung durch den piezoelektrischen Widerstandseffekt der Diffusionswiderstände geändert, und dementsprechend kann die aufgebrachte Beschleunigung erfaßt werden.
Durch Annahme einer derartigen Struktur muß das Teil des ersten Rahmens 2 zusätzlich zu den wesentlichen Teilen zum Erfassen einer Beschleunigung entsprechend dem Halbleiterbeschleunigungssensor 1 außen gebildet werden, und es ist unvermeidlich, daß die Chipgröße durch den ersten Rahmen 2 vergrößert wird. Als Ergebnis wird das Teil des ersten Rahmens 2 zu einem Hindernis für ein Verringern der Gesamtgröße des Sensors.
Des weiteren wird bei dem oben beschriebenen Sensor ein Versiegelungsmechanismus zum Verhindern einer Leckstelle des Öls 13 und dergleichen benötigt, wodurch sich die Komplexidität der Struktur erhöht.
Darüber hinaus ist in den vergangenen Jahren die Anforderung zum Erfassen einer Beschleunigung eines vergleichsweise niedrigen Pegels von etwa 1G oder niedriger bei der Verwendung von ABS (Antilock Braking System) oder einer Vorrichtung zur Verhinderung eines transversalen Schleuderns bzw. Durchdrehens bei einer Kurvenfahrt eines Kraftfahrzeugs gestiegen, jedoch ist es bei dem herkömmlichen Beschleunigungssensor unter Verwendung von Öldämpfung wie oben beschrieben schwierig, die erfaßbare Beschleunigung hinreichend zu verringern.
D.h. der herkömmliche Sensor besitzt den Nachteil, daß ein stabiler Erfassungsbetrieb infolge des in das Gehäuse 12 als Dämpfungsmaterial gefüllten Öls 13 nicht durchgeführt werden kann, wodurch der Temperaturbereich der Verwendung beschränkt werden kann oder Erfassungsfehler erhöht werden können.
Beispielsweise wird entsprechend einem Ergebnis einer tatsächlichen Messung eines Grads der Empfindlichkeitsänderung (welcher einen prozentualen Wert eines Grads einer Empfindlichkeitsänderung in einem Fall anzeigt, bei welchem die Empfindlichkeit als Wert einer Differenz zwischen Ausgangsspannungen definiert wird, wenn die Beschleunigung 0G und wenn die Beschleunigung 1G beträgt) bei der oben beschriebenen Struktur in dem Fall, bei welchem der Temperaturbereich für die Verwendung in einem Bereich etwa von –30°C bis 85°C liegt, eine Streuung von etwa –2,5% als minimaler Wert und von etwa +1% als maximaler Wert hervorgerufen. Da der Grad der Empfindlichkeitsänderung, welcher praktisch bei einer genauen Beschleunigungsmessung von etwa ±1G in dem oben beschriebenen Temperaturbereich bei der Verwendung benötigt wird, etwa 1 bis 2% beträgt, kann eine derartige Bedingung nicht erfüllt werden.
Als nächstes ist eine Untersuchung des Halbleiterbeschleunigungssensors durchgeführt worden, welcher geeignet ist, die Anforderungen zum Erfassen einer Beschleunigung eines vergleichsweise niedrigen Pegels von etwa ±1G oder weniger zu erfüllen, nachdem die oben beschriebenen Schwierigkeiten unter freier Anwendung einer Mikrobearbeitungstechnologie gelöst wurden.
Insbesondere ist ein Halbleitersensorchip auf einem Sitz angebracht, welcher aus einem Material mit einem thermischen Ausdehungskoeffizienten äquivalent zu dem des Materials des Chips (vorzugsweise aus demselben Material) gebildet ist, wodurch ein ungünstiger Einfluß aufgehoben wird, welcher durch eine Verdrehung infolge einer Differenz der thermischen Ausdehnungskoeffizienten beider Teile hervorgerufen wird. Des weiteren wird eine Luftdämpfung für ein Gewichtsteil durch einen Luftzwischenraum durchgeführt, welcher zwischen dem Gewichtsteil und dem Sitz gebildet ist, wodurch eine Vereinfachung der Struktur durch Verzichten auf Öl 13 und eine Versiegelungsstruktur davon wie in 45 dargestellt realisiert wird, und des weiteren kann eine Beschleunigung bei einem vergleichsweise niedrigen Pegel von etwa ±1G oder weniger erfaßt werden durch Erhöhen der Genauigkeit beim Herstellen der Ausleger und dergleichen.
Wenn ein Halbleiterbeschleunigungssensor mit einer derartigen Struktur real hergestellt wird und eine Ausgangscharakteristik davon, insbesondere ein Ausgangswert in dem Zustand einer Beschleunigung von 0 zum Bilden des Bezugs der Sensorcharakteristik (hiernach als der 0G-Ausgang bezeichnet) gemessen wird, wird ein Phänomen hervorgerufen, bei welchem der 0G-Ausgang zu jeder Zeit der Messung zerstreut wird. Die Erfinder haben sorgfältig diversifizierte Experimente und Analysen von Ergebnissen der Experimente bezüglich eines derartigen Phänomens wiederholt und sind zu der Schlußfolgerung gekommen, daß das Phänomen durch eine elektrostatische Anziehung hervorgerufen wird, welche an der Innenseite des Halbleiterbeschleunigungssensors hervorgerufen wird.
Folgendes wurde festgestellt. Auf den Halbleitersensorchip wurde eine Ansteuerungsspannung aufgebracht, und daher wurde es unvermeidlich, daß eine elektrostatische Kapazität in gewissen Umfang zwischen dem Halbleitersensorchip und dem Sitz gebildet wurde. Als Ergebnis wurde ein elektrostatisches Induktionsphänomen hervorgerufen, bei welchem elektrische Ladungen mit unterschiedlichen Polaritäten jeweils an der Oberfläche des Gewichtsteils und der Oberfläche des Sitzes gegenüberliegend dem Gewichtsteil über einen vorbestimmten Luftzwischenraum angehäuft wurden. Eine elektrostatische Anziehung trat zwischen dem Gewichtsteil und dem Sitz durch den Einfluß eines durch das elektrostatische Induktionsphänomen hervorgerufenen elektrischen Felds auf, wodurch die Dimension des Luftzwischenraums dazwischen von einem anfänglich gesetzten Wert geändert wurde und eine derartige Änderung der Zerstreuung in dem 0G-Ausgang hervorgerufen wurde. Des weiteren wurde es festgestellt, daß dort ein Phänomen auftrat, wo eine Breite der Änderung des 0G-Ausgangs sich entsprechend dem anfänglich gesetzten Wert der Dimension des Luftzwischenraums unterschied und eine Potentialdifferenz zwischen dem Halbleitersensorchip und dem Sitz hervorgerufen wurde.
Des weiteren liegt der Erfassungsbereich der Beschleunigung in einem sehr engen Gebiet von etwa ±1G bis ±2G, und daher ist es nötig, die Dimension der Dicke der Ausleger dünn auszubilden, um eine Erfassungsempfindlichkeit bei der Struktur des Halbleitersensorchip zu verbessern, es wurde jedoch nicht notwendigerweise die Erfassungsempfindlichkeit lediglich durch dünnes Ausbilden der Dimension der Dicke davon verbessert.
Aus der JP 8-12 23 58 A ist ein Halbleiterbeschleunigungssensor bekannt mit: einem Halbleitersensorchip, wel cher ein über Ausleger getragenes Gewichtsteil aufweist, zum Erfassen einer Beschleunigung unter Anwendung eines piezoelektrichen Widerstandseffekts von Widerstandselementen, welche auf den Auslegern gebildet sind; und einem Sitz, welcher den Halbleitersensorchip trägt, wobei das Gewichtsteil in der Nähe des Sitzes angeordnet ist, wodurch eine Luftdämpfung des Gewichtsteils erreicht wird. Zwischen dem Gewichtsteil und dem Sitz ist ein Luftzwischenraum gebildet.
Die US 51 15 292 offenbart einen Halbleiterbeschleunigungssensor mit einem Halbleitersensorchip, einem über Ausleger getragenes Gewichtsteil und piezoelektrischen Widerstandselementen, welche auf den Auslegern gebildet sind. Der Halbleitersensorchip weist zwei aus Halbleitermaterialien gebildete Schichten auf, welche wohl aufeinander abgestimmte Ausdehnungskoeffizienten besitzen.
Aus der JP 7-28 08 32 A , Abstract, ist ein Halbleiterbeschleunigungssensor bekannt, welcher einen an einem Siliziumsubstrat vorgesehenen Ausleger aufweist, der aufgrund einer Beschleunigung einer Verschiebung unterworfen ist. Der Ausleger ist an seiner Ober- und Unterseite derart von Schichten (gap regulating members) umgeben, daß zwischen dem Ausleger und den Schichten jeweils Luftzwischenräume gebildet werden.
Schließlich offenbart noch die US 54 08 112 einen Halbleiterdehnungssensor, dessen Struktur ähnlich der in 44 und 45 dargestellten Struktur ist.
Entsprechend einer Ausgestaltung wird ein Halbleiterbeschleunigungssensor bereitgestellt, bei welchem eine stabile Ausgangscharakteristik lediglich durch Annehmen einer Struktur zum Steuern einer Dimension eines Zwischenraums zwischen einem Gewichtsteil, welches entsprechend der Beschleunigung versetzt wird, und einem gegenüberliegenden Sitz oder einer Struktur zum Halten einer Potentialdifferenz, welche zwischen dem Halbleitersensorchip und dem Sitz hervorgerufen wird, erzielt wird und die Vereinfachung der Struktur realisiert wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen aus der JP 8-12 23 58 A bekannten Halbleiterbeschleunigungssensor derart weiterzuentwickeln, daß soweit wie möglich ein ungünstiger Einfluß verhindert wird, welcher durch einen Druck von der Seite eines Substrats hervorgerufen wird, wodurch ein Verringern der Größe in Abhängigkeit des Erfassungspegels sogar mit einer Struktur erzielt wird, wodurch eine Beschleunigung, welche vergleichsweise klein ist, um einen Beschleunigungsgrad von ±1G bis ±2G genau erfaßt werden kann.
Des Weiteren ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen aus der JP 8-12 23 58 A bekannten Halbleiterbeschleunigungssensor derart weiterzuentwickeln, daß er zum Durchführen eines sehr genauen Erfassungsbetriebs sogar in dem Fall geeignet ist, bei welchem der Erfassungsbereich beispielsweise etwa ±1G als weiterer kleiner Beschleunigungsbereich vorgesehen ist und der Temperaturbereich zur Verwendung groß ist.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1, 8, 14, 19 und 22.
Entsprechend der Ausgestaltung, die nicht den Gegenstand der Erfindung bildet, enthält ein Halbleiterbeschleunigungssensor einen Halbleitersensorchip, welcher ein über Ausleger gehaltenes Gewichtsteil besitzt, zum Erfassen einer Beschleunigung bis auf etwa ±1G durch Anwendung bzw. Verwendung eines piezoelektrischen Widerstandseffekts von auf den Auslegern gebildeten Widerstandselementen. Der Halbleitersensorchip wird von einem Sitz gehalten, welcher durch ein Material mit einem thermischen Ausdehnungskoeffi zienten äquivalent zu dem thermischen Expansionskoeffizienten des Halbleitersensorchips gebildet ist, und das Gewichtsteil ist in der Nähe des Sitzes angeordnet, wodurch eine Luftdämpfung des Gewichtsteils erzielt wird. Die Dimension eines Luftzwischenraums zwischen dem Gewichtsteil und dem Sitz ist auf 7μm oder mehr bestimmt.
Die Erfinder haben aus ihren Experimenten festgestellt, daß dann, wenn die Dimension des Luftzwischenraums zwischen dem Gewichtsteil und dem Sitz 7μm oder mehr beträgt, eine Änderung des 0G-Ausgangs, welche durch die elektrostatische Anziehung hervorgerufen wird, welche zwischen dem Gewichtsteil und dem Sitz erzeugt wird, innerhalb eines zulässigen Bereiches fällt.
Daher kann bei dem Halbleiterbeschleunigungssensor der vorliegenden Erfindung eine Verschlechterung der Ausgangscharakteristik, welche durch die in dem Inneren des Sensors erzeugte elektrostatische Anziehung hervorgerufen wird, verhindert werden, wodurch eine stabile Ausgangscharakteristik erzielt wird. Da das Öl zur Dämpfung weggelassen werden kann, kann eine Vereinfachung der Struktur erzielt werden. Da der thermische Ausdehnungskoeffizient des Halbleiterbeschleunigungssensorchips äquivalent zu demjenigen des Sitzes ist, welcher den Sensorchip hält, kann eine zwischen dem Halbleitersensorchip und dem Sitz erzeugte Verzerrung unterdrückt werden.
Entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält der Halbleiterbeschleunigungssensor ein Halbleitersensorelement mit einem Gewichtsteil, welches über Ausleger gehalten wird, zum Erfassen einer Beschleunigung von bis zu etwa ±1G bis ±2G unter Anwendung eines piezoelektrischen Widerstandseffekts von auf den Auslegern gebildeten Widerstandselementen. Die Dimension der Dicke der Ausleger bei dem Halbleitersensorelement ist auf einen Wert gleich oder größer als die Dimension in einem Fall be stimmt, bei welchem ein Änderungsbetrag einer Empfindlichkeit in einem Temperaturbereich zur Verwendung des Halbleitersensorelements einen vorbestimmten zulässigen Wert annimmt.
Die Erfinder haben auf die Dimension der Dicke der Ausleger des Halbleiterbeschleunigungssensorelements geachtet, um die Erfassungsgenauigkeit des Halbleiterbeschleunigungssensors zu verbessern, welcher eine sehr kleine Beschleunigung in einem Bereich von ±1G bis ±2G erfaßt. Solange wie die Ausleger gebildet sind, um der Bedingung der Dimension zu genügen, kann ein Erfassungsbetrieb mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden. Des weiteren kann ein Verringern der Größe des Sensors ebenfalls erzielt werden.
Entsprechend einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält der Halbleiterbeschleunigungssensor ein Halbleitersensorelement mit einem Gewichtsteil, welches über Ausleger gehalten wird, zum Erfassen einer Beschleunigung bis zu etwa ±1G unter Anwendung eines piezoelektrischen Widerstandseffekts von Widerstandselementen, die auf den Auslegern gebildet sind. Das Halbleitersensorelement wird von einem Sitz gehalten, welcher aus einem Material mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten äquivalent zu dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Halbleitersensorelements gebildet und in der Nähe des Gewichtsteils angeordnet ist, wodurch eine Luftdämpfung vorgesehen wird. Des weiteren enthält das Halbleitersensorelement einen inneren Rahmen zum Halten des Gewichtsteils über die Ausleger und einen äußeren Rahmen, welcher an dem Sitz befestigt ist, zum Halten des inneren Rahmens über ein dickes Verbindungsteil. Die Dimension einer Dicke der Ausleger ist auf einen Wert gleich oder größer als die Dimension in einem Fall bestimmt, bei welchem ein Änderungsbetrag einer Empfindlichkeit in einem Temperaturbereich für die Verwen dung des Halbleitersensorelements einen vorbestimmten zulässigen Wert annimmt.
Um mit dem Halbleiterbeschleunigungssensor mit hoher Genauigkeit des weiteren eine kleine Beschleunigung in einem Bereich von bis zu etwa ±1G zu erfassen, wird die Dimension der Dicke der Ausleger derart gesteuert, daß sie in einem gewünschten Bereich liegt, wobei ein Rahmenteil zum Halten des Gewichtsteil sich aus einem doppelten Rahmen eines inneren Rahmens und eines äußeren Rahmens zusammensetzt und darüber hinaus eine Luftdämpfung durchgeführt wird.
Wenn das Gewichtsteil durch eine Kraft versetzt wird, welche sich aus einer Beschleunigung ergibt, die auf das Halbleitersensorelement einwirkt, werden die Ausleger, welche das Gewichtsteil halten, von dem inneren Rahmen verdreht, wodurch die Widerstandswerte der Widerstandselemente geändert werden, und daher kann die Beschleunigung erfaßt werden. Da der innere Rahmen an dem Sitz derart befestigt ist, daß er von dem äußeren Rahmen durch das dicke Verbindungsteil gehalten wird, kann zu diesem Zeitpunkt sogar dann, wenn sich ein Druck von dem Sitz zu dem Rahmenteil beispielsweise durch die Änderung einer Umgebungstemperatur erstreckt, soweit wie möglich verhindert werden, daß sich der Druck auf den inneren Rahmen ausdehnt. Da eine Luftdämpfungsstruktur angenommen wird, kann darüber hinaus ein durch die Temperaturänderung hervorgerufener ungünstiger Effekt, welcher durch das Dämpfungsmaterial wie Öl erhalten wird, aufgehoben werden. Daher kann der Halbleiterbeschleunigungssensor mit hoher Genauigkeit eine weitere kleine Beschleunigung von etwa ±1G in einem weiten Temperaturbereich bei der Verwendung erfassen.
Die vorliegende Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert.
1 zeigt eine Längsquerschnittsansicht von wesentlichen Teilen entsprechend einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 zeigt eine Draufsicht auf einen Halbleitersensorchip entsprechend der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 zeigt ein Diagramm, welches schematisch die Struktur einer Brückenschaltung darstellt, welche in dem Halbleitersensorchip entsprechend der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildet ist;
4 zeigt ein Verdrahtungsdiagramm der Brückenschaltung entsprechend der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5 zeigt eine Längsquerschnittsgesamtansicht der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
6 zeigt eine Gesamtdraufsicht auf die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einem Zustand, bei welchem ein Deckel entfernt ist;
7 zeigt einen Graphen eines Meßergebnisses, welcher die Beziehung zwischen einer Dimension der Dicke eines Siliziumsitzes und einer Empfindlichkeitsänderung entsprechend der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
8 zeigt einen Graphen eines Meßergebnisses, welcher eine Beziehung eines Mischungsverhältnisses von Harzteilchen und einer Empfindlichkeitsänderung entsprechend der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
9 zeigt einen Graphen eines Messungsergebnisses, welcher eine Beziehung zwischen einer Dimension der Dicke eines Auslegers des Sensorchips und eines Temperaturempfindlichkeitskoeffizienten entsprechend der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
10 bis 14 zeigen erläuternde Ansichten, welche Ätzverfahrensschritte des Sensorchips entsprechend der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen;
15 zeigt eine Längsquerschnittsansicht von wesentlichen Teilen zum Erklären des Betriebs der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
16 zeigt einen Graphen, welcher Beziehungen zwischen einer Potentialdifferenz zwischen dem Sensorchip und einem Sitz und dem 0G-Ausgang bezüglich einer Dimension des Luftzwischenraums als Parameter entsprechend der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
17 zeigt einen Graphen, welcher die Luftdämpfungscharakteristik bezüglich der Dimension des Luftzwischenraums als Parameter entsprechend der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
18 zeigt einen Graphen, welcher eine Beziehung zwischen einem Betrag einer äußeren statischen Elektrizität (einer elektrostatischen Größe) und dem 0G-Ausgang entsprechend der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
19 zeigt einen Graphen, welcher ein Ergebnis von Abtast- bzw. Probenwerten des 0G-Ausgangs nach dem Durchführen eines Burn-in-Verfahrens entsprechend der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
20 zeigt eine Längsquerschnittsgesamtansicht einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
21 zeigt eine Gesamtdraufsicht auf die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einem Zustand, bei welchem ein Deckel entfernt ist;
22 zeigt einen Graphen, welcher eine Beziehung zwischen einem Betrag einer äußeren statischen Elektrizität (einer elektrostatischen Größe) und dem 0G-Ausgang entsprechend der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
23 zeigt eine Draufsicht auf einen Sensorchip und ein Sitzteil entsprechend einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
24 zeigt eine Längsquerschnittsansicht des Sensorchips und des Sitzteils entsprechend der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
25 zeigt eine Längsquerschnittsansicht eines Sensorchips und eines Sitzteils entsprechend einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
26 zeigt eine Längsquerschnittsansicht von wesentlichen Teilen entsprechend einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
27 zeigt eine Draufsicht auf einen Sensorchip entsprechend der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
28 zeigt ein Diagramm, welches schematisch die Struktur einer in dem Halbleitersensorchip gebildeten Brückenschaltung entsprechend der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
29 zeigt einen Graphen, welcher eine Beziehung zwischen einer Potentialdifferenz zwischen dem Sensorchip und einem Sitz und dem 0G-Ausgang mit der Dimension eines Luftzwischenraums als Parameter entsprechend der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
30 zeigt einen Graphen, welcher eine Luftdämpfungscharakteristik mit der Dimension des Luftzwischenraums als Parameter entsprechend der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
31 zeigt einen Graphen, welcher eine Beziehung zwischen der Potentialdifferenz zwischen dem Sensor und dem Sitz und dem 0G-Ausgang mit einem Wert von S/d² (S: Bodenfläche des Gewichtsteils, d: Dimension des Luftzwischenraums) als Parameter entsprechend der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
32 zeigt einen Graphen, welcher eine Luftdämpfungscharakteristik mit dem Wert von S/d² als Parameter entsprechend der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
33 zeigt einen Graphen, welcher ein Ergebnis des Messens des Biegens bezüglich der Temperaturcharakteristik des Sensorausgangs entsprechend der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
34 zeigt ein Korrelationsdiagramm zwischen der Dimension der Dicke eines Auslegers und einem Temperaturempfindlichkeitskoeffizienten entsprechend der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
35 zeigt eine perspektivische Ansicht von wesentlichen Teilen entsprechend einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
36 zeigt eine Querschnittsansicht entlang Linie A-A von 35;
37 zeigt einen Graphen, welcher ein Ergebnis eines abzuschätzenden Widerstandswerts eines Bondmaterials entsprechend der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
38 zeigt einen Graphen, welcher ein Ergebnis des Messens einer Beziehung zwischen einem Mischungsbetrag von Harzkörnern und einer Empfindlichkeitsänderung entsprechend der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
39 zeigt einen Graphen, welcher ein Ergebnis des Messens eines Änderungsbetrags eines Sensorausgangs bezüglich einer Probe darstellt, bei welcher ein Sensorchip von einem Sitz isoliert ist, entsprechend der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
40 zeigt einen Graphen, welcher ein Ergebnis von Proben- bzw. Abtastwerten des 0G-Ausgangs nach dem Durchführen eines Burn-in-Verfahrens entsprechend der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
41 zeigt eine Längsquerschnittsansicht von wesentlichen Teilen entsprechend einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
42 zeigt eine perspektivische Ansicht von wesentlichen Teilen entsprechend einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
43 zeigt eine Querschnittsansicht entlang Linie B-B von 42;
44 zeigt eine Draufsicht auf einen Sensorchip, welche eine herkömmliche Probe darstellt; und
45 zeigt eine Längsquerschnittsansicht, welche einen Anbringungszustand der herkömmlichen Probe darstellt.
Im folgenden wird eine Erklärung der ersten Ausführungsform für den Fall gegeben, bei welchem die vorliegende Erfindung auf einen Halbleiterbeschleunigungssensor für ABS (Anti-Lock-Braking-System) eines Kraftfahrzeugs zum Erfassen einer Beschleunigung in einem Bereich von etwa ±1G (1G bezeichnet die Erdbeschleunigung, welche 9,8 m/s² beträgt) bezüglich 1 bis 19 angewandt wird.
1 zeigt eine Querschnittsstruktur von wesentlichen Teilen eines Halbleiterbeschleunigungssensors, und 2 zeigt eine planare Form eines Halbleitersensorchips, welcher den Kern des Halbleiterbeschleunigungssensors bildet. Des weiteren zeigt 3 schematisch die Struktur einer Brückenschaltung (Dehnungsmeßgerät), welche an dem Halbleitersensorchip gebildet ist, und 4 zeigt die Brückenschaltung.
Entsprechend 2 wird ein Halbleitersensorchip 21 durch elektrochemisches Ätzen eines Materials mit einem großen piezoelektrischen Widerstandskoeffizienten (piezoresistant coeffizient) wie beispielsweise in einem Substrat aus einem Siliziumeinkristall gebildet, bei welchem ein Gewichtsteil 23 in einem an beiden Seiten gehaltenen Zustand an der inneren Seite eines Rahmens 22 mit einer Größe von etwa 3 × 3 mm bis 4 × 4 mm über vier symmetrisch angeordnete Ausleger 24 gehalten wird.
Die jeweiligen Ausleger 24 werden beispielsweise durch Verwendung einer auf dem Siliziumeinkristallsubstrat gebildeten epitaxialen Schicht gebildet. Des weiteren werden zwei Widerstandselemente (welche in 3 und 4 mit den Bezugszeichen R11 bis R14 und R21 bis R24 bezeichnet werden) an jedem der Ausleger 24 mittels eines Diffusionsverfahrens oder dergleichen gebildet, und es wird eine Beschleunigung durch Verwendung einer Brückenschaltung erfaßt, welche durch die Widerstandselemente gebildet wird.
Insbesondere sind wie in 3 dargestellt die jeweiligen Paare der Widerstandselemente R11, R12, R13, R14, R21, R22, R23 und R24, welche jeweils an den Auslegern 24 gebildet sind, an Positionen mit einer Beziehung installiert, bei welcher einige von Ihnen entsprechend der Verschiebung des Gewichtsteils 23 sich zusammenziehen und die anderen verlängert werden. Des weiteren ist eine Brückenschaltung mit zwei Widerständen, welche in Serie verbunden sind (R1 und R21, R13 und R23, R12 und R22, R14 und R24) und in dieselbe Richtung wie eine Seite deformiert werden, gebildet, und ein Paar von Eingangsanschlüssen T1 und T2 und ein Paar von Ausgangsanschlüssen T3 und T4 der Brückenschaltung ist mit vier Bondkontaktstellen 22a, welche auf dem Rahmen 22 gebildet sind, über eine Verdrahtungsstruktur in einer Dünnschichtform verbunden.
Wie in 4 dargestellt sind bei der Brückenschaltung die Widerstandselemente, welche in dieselbe Richtung deformiert werden, an Seiten einander gegenüberliegend positioniert. Des weiteren sind die Eingangsanschlüsse T1 und T2 jeweils mit einem Spannungsquellenanschluß +Vcc und einem Masseanschluß GND verbunden, und die Ausgangsanschlüsse T3 und T4 sind jeweils mit einem positiven Ausgangsanschluß +V bzw. einem negativen Ausgangsanschluß –V verbunden. Eine Verdrahtungsstruktur in einer Dünnschichtform wird ebenfalls zum Bilden der Brückenschaltung verwendet, und die Verdrahtungsstruktur ist in 1 durch das Bezugszeichen "a" bezeichnet.
Die Ausleger 24 und das Gewichtsteil 23 sind durch ein anisotropes Ätzverfahren unter Verwendung eines elektroche mischen Ätzverfahrens, welches später erwähnt wird, gebildet, bei welchem unter Durchführung eines elektrochemischen Ätzverfahrens (beispielsweise eines elektrochemischen Ätzverfahrens, welches in der japanischen Patentanmeldung Nr. Hei 7-249608 offenbart ist) unter Verwendung eines Unterschieds der Leitungstypen des Siliziumsubstrats und der epitaxialen Schicht lediglich das Siliziumsubstrat durch Ätzen entfernt wird und danach die Dimension der Dicke des epitaxialen Schichtteils durch ein normales Ätzverfahren eingestellt wird, wodurch die Ausleger 24 mit einer gewünschten Dicke der Dimension gebildet werden. Bei dem normalen Ätzverfahren wird in diesem Fall ein anisotropes Ätzverfahren unter Verwendung einer Alkalilösung von KOH (Kaliumhydroxid) oder dergleichen durchgeführt.
Detailliert dargestellt, jeder der Ausleger 24 wird derart gebildet, daß die Dimension der Dicke davon in einem Bereich von etwa 4,2 bis 5,5μm mit einem Mittelwert von etwa 4,5μm, die Dimension der Breite davon in einem Bereich von etwa 140 bis 180μm mit 160μm als Mittelwert und die Dimension der Länge davon in einem Bereich von etwa 530 bis 570μm mit einem Mittelwert von 550μm liegt. Des weiteren wird das Gewichtsteil 23 derart gebildet, daß es ein Gewicht von etwa 1,4mg aufweist.
Durch Festlegen der jeweiligen Dimensionen wie oben beschrieben wird der Wert des Temperaturempfindlichkeitskoeffizienten TCS (ppm/°C) bezüglich der Gesamtcharakteristik auf 800ppm/°C oder weniger wie später erwähnt bestimmt, wodurch der Grad einer Änderung der Empfindlichkeit auf 5 bis 6% oder weniger in einem Temperaturbereich zur Verwendung bei etwa –30°C bis 80°C wie bei dem Halbleiterbeschleunigungssensor für ABS beschränkt werden kann, wodurch eine sehr kleine Beschleunigung in dem Bereich von etwa ±1G bis ±2G genau erfaßt werden kann.
Entsprechend 1 ist der Halbleiterbeschleunigungssensor 25 (hiernach als G-Sensor bezeichnet) derart gebildet, daß der Halbleitersensorchip 21 durch einen aus Silizium gebildeten Sitz 26 über den Rahmen 22 gehalten wird. Ein integrierter Körper des Halbleitersensorchips 21 und des Sitzes 26 ist in einem später beschriebenen Gehäuse (Keramiksubstrat) 27 befindlich. Der Sitz 26 ist aus einem Material gebildet, welches einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten äquivalent zu demjenigen des Halbleitersensorchips 21 aufweist. Insbesondere ist das Material ein Siliziumsubstrat, welches demjenigen des Sensorchips 21 entspricht.
Bezüglich des zwischen dem Halbleitersensorchip 21 und dem Keramiksubstrat 27 angeordneten Halbleitersitz 26 ist die Dimension der Dicke D auf etwa 1,8mm (gleich oder größer als 1mm) bestimmt und dazwischen befindliche Teile bzw. Zwischenstücke haften fest daran durch flexible Haftmittel 29 und 31.
Entsprechend der flexiblen Haftmittel 29 und 31 sind Harzkörner 28 und 30 als Harzteilchen mit einem Basishaftmittel zusammengemischt. Ein Silikonharz, welches eine Art flexibles Harz ist, wird als das Basishaftmittel verwendet, und das Elastizitätsmodul des Siliziumharzes beträgt etwa 1MPa.
Bezüglich der in das flexible Haftmittel 29 gemischten Harzkörner 28, welche zwischen dem Halbleitersensorchip 21 und dem Sitz 26 vorgesehen sind, wird sphärisches Polybutadienbenzolharz (polydivinylbenzene resin) von etwa 8μm in das Basishaftmittel um 0,1 Gewichts% oder niedriger gemischt, und das Elastizitätsmodul der Harzkörner 28 beträgt etwa 4,8GPa. Bezüglich der Harzkörner 30, welche in das flexible Haftmittel 31 gemischt sind, das zwischen dem Siliziumsitz 26 und dem Keramiksubstrat 27 vorgesehen ist, besitzen die Körner eine Teilchengröße von beispielsweise etwa 28μm und sind in das Basishaftmittel um etwa 0,54 Gewichts% gemischt.
Bezüglich des unteren Grenzwerts des Mischungsverhältnisses der Harzkörner 28 besteht der Zustand bzw. die Bedingung des unteren Grenzwerts dahingehend, daß beim Anbringen des Halbleitersensorchips 21 drei Stücke oder mehr der Harzkörner 28 dafür vorgesehen sind, auf der unteren Seite (d.h. der Haftseite) des Rahmens 22 in dem Halbleitersensorchip 21 zerstreut zu werden, und es sind etwa 0,03 Gewichts% bezüglich des unteren Grenzwerts als empirischer Wert unter Berücksichtigung der Leistungsfähigkeit des Verfahrens nötig.
Entsprechend dem auf diese Weise erlangten Haftzustands wird eine Luftdämpfung des Gewichtsteils 23 dadurch durchgeführt, daß das Gewichtsteil 23 des Halbleitersensorchips 21 und der Sitz 26 hinreichend nahe zu einander gebracht werden. Insbesondere durch Wählen des Durchmessers der Harzkörner 28 im Hinblick auf einen gewünschten Wert wird die Dimension eines Luftzwischenraums zwischen dem Gewichtsteil 23 und dem Sitz 26 innerhalb eines Bereichs von 7 bis 15μm, vorzugsweise innerhalb eines Bereichs von 8 bis 15μm bestimmt.
Üblicherweise besitzt das Harzkorn einen geringen Elastizitätsmodul, und das bei dieser Ausführungsform verwendete Harzkorn 28 besitzt vorzugsweise einen Elastizitätsmodul von 10GPa oder weniger. Um einer Anforderung zu genügen, können Polybutadienbenzolharz, Silikonharz, Urethanharz, Acrylharz, Polyimidharz, flexibles Epoxidharz, Vinylharz und dergleichen verwendet werden.
Des weiteren besitzt das flexible Haftmittel 29 vorzugsweise den Elastizitätsmdul von 500MPa oder weniger, und es können beispielsweise Silikonharz, Urethanharz, Acryl harz, Polyamidharz, Polyimidharz, flexibles Epoxidharz und dergleichen verwendet werden.
Wie in 5 und 6 dargestellt ist der Sitz 26 auf dem Keramiksubstrat 27b, welches das Gehäuse 27 bildet, durch Anhaften in einem Zustand befestigt, bei welchem es in einer in dem Gehäuse 27 gebildeten Aussparung 27a untergebracht ist. Bei einem derartigen Anhaften wird das mit einer Mehrzahl von Stücken bzw. Teilchen der Harzkörner 30 vermischte flexible Haftmittel 31 verwendet, (siehe 1), und ebenfalls in diesem Fall werden die Harzkörner 30 mit dem Elastizitätsmodul von 10GPa oder weniger vorzugsweise wie oben beschrieben verwendet, und das flexible Haftmittel 31 mit dem Elastizitätsmodul von 500MPa oder weniger wird vorzugsweise verwendet.
Das Gehäuse 27 wird durch Aufschichten einer Mehrzahl von Schichten der Keramiksubstrate 27b gebildet, und es wird in einer kastenähnlicher Form, welche die Aussparung 27a und das Basisteil 27c besitzt, welches an die Aussparung 27a an der Innenseite davon angrenzt, gebildet. Eine Verstärkerschaltung 32, welche zum Bereitstellen einer Versorgungsspannung für den Halbleitersensorchip 21 dient und ein von dem Sensorchip 21 erfaßtes Ausgangssignal verstärkt, und eine Einstellschaltung 33 zum Durchführen einer Pegeleinstellung der Versorgungsspannung, welche an die Verstärkerschaltung 32 angelegt wird, sind auf das Basisteil 27c gebondet.
Eine Mehrzahl von Verdrahtungsstrukturen für eine Versorgungsspannung oder zum Ausgeben eines erfaßten Ausgangssignals sind auf den Keramiksubstraten 27b gebildet, welche das Gehäuse 27 bilden, unter Verwendung von nicht dargestellten Leitungspasten, welche zwischen die jeweiligen Substrate 27b und nicht dargestellte Durchgangslöcher gedruckt sind, welche die jeweiligen Substrate 27b durchdringen.
In diesem Fall ist wie in 6 dargestellt der obere Rand des Gehäuses 27 mit einer Gruppe von externen Anschlüssen 27d versehen, welche mit diesen Verdrahtungsstrukturen verbunden sind, und die Basis 27c ist mit einer Gruppe von inneren Anschlüssen 27e versehen, welche ähnlich mit den Verdrahtungsstrukturen verbunden sind. Eine Verbindung zwischen dem Halbleitersensorchip 21 und der Verstärkerschaltung 32 und den Zwischenstücken bezüglich der Verstärkerschaltung 32, der Einstellschaltung 33 und der Gruppe von inneren Anschlüssen 27e ist durch Drahtbonden geschaffen.
Insbesondere ist wie in 1 und in 5 dargestellt ein elektrostatischer Schild bzw. Schirm 34 in einer Dünnschichtform, welche aus einem leitenden Material einer Aluminiumpaste, einer Kupferpaste oder einer Wolframpaste gebildet ist, über den gesamten Teilen zwischen dem Keramiksubstrat 27b, welches der Aussparung 27a in dem Gehäuse 27 gegenüberliegt, und dem darunter angeordneten Keramiksubstrat 27b gebildet. Obwohl nicht besonders veranschaulicht ist der elektrostatische Schild 34 mit einer Masseleitung unter Verwendung eines Durchgangslochs oder dergleichen verbunden, welches in dem Keramiksubstrat 27b gebildet ist.
Insbesondere ist (entsprechend 5) ein beispielsweise aus einem Keramiksubstrat gebildeter Deckel durch Anhaften auf dem Gehäuse 27 angeordnet, um die Innenseite luftdicht zu versiegeln, wodurch der G-Sensor 25 fertiggestellt ist. Des weiteren wird eine Stabilisierung der Ausgangscharakteristik durch Unterwerfen wenigstens des Halbleitersensorchips 21 und des Sitzes 26, welcher den Halbleitersensorchip 21 trägt, einem Burn-in-Verfahren erzielt. Bei dieser Ausführungsform wird das Burn-in-Verfahren beispielsweise durch Aussetzen des Halbleitersensorchips 21 einer Umgebung einer vorbestimmten Temperatur (von etwa 120°C) über eine bestimmte Zeitperiode (von etwa 6 Stunden) oder mehr in einem Zustand, bei welchem eine vorbestimmte Spannung (von etwa 5 bis 6 Volt) angelegt wird, durchgeführt.
Durch Annehmen der oben beschriebenen Struktur haftet der Halbleitersensorchip 21 fest auf dem Siliziumsitz 26 an, durch welchen das Gewichtsteil 23 von dem Siliziumsitz 26 um eine Dimension einer Dicke (beispielsweise von etwa 8μm bis 15μm) des flexiblen Haftmittels 29 getrennt ist. Durch Bereitstellen des Luftzwischenraums in diesem Grad kann eine Luftdämpfung unter Verwendung von Luft als Dämpfungsmittel gebildet werden, wenn das Gewichtsteil 23 mit einer übermäßigen Beschleunigung beaufschlagt wird. Die Halbleiterbeschleunigungssensoren, welche wie oben beschrieben gebildet sind, sind an Positionen senkrecht zueinander in einem Zustand angebracht, bei welchem sie auf dem Anbringungssubstrat aufgestellt sind, um Beschleunigungen in zweidimensionalen Richtungen auf der Horizontalebene zu erfassen.
Entsprechend der oben beschriebenen Struktur nehmen bei der Aufnahme einer Beschleunigung in Horizontalrichtung die zwei Halbleiterbeschleunigungssensoren eine Beschleunigung mit Komponenten entsprechend den jeweiligen Richtungen der zwei Sensoren auf. Entsprechend dem Halbleiterbeschleunigungssensor nimmt das Gewichtsteil 23 des Halbleitersensorchips 21 eine Kraft entsprechend der aufgebrachten Beschleunigung in einer Richtung entgegengesetzt zu der aufgebrachten Beschleunigungsrichtung auf. Wenn das Gewichtsteil 23 in die Richtung des Empfangs der Kraft dadurch versetzt wird, werden die vier Ausleger 24 verdreht, welche das Gewichtsteil 23 halten.
Wenn in diesem Augenblick beispielsweise das Gewichtsteil 23 auf die Seite des Sitzes 26 versetzt wird, nehmen die jeweiligen Ausleger 24 Kompressionsdrücke an Positionen der Oberflächen davon auf der Seite des Gewichtsteils 23 auf und nehmen Dehnungsdrücke an Positionen davon auf der Seite des Rahmens 22 auf, wodurch die Widerstandswerte der jeweils gebildeten Diffusionswiderstände durch den piezoelektrischen Widerstandsefffekt (piezoresistant effect) verändert werden. Danach wird der Spannungsausgang entsprechend der Änderung der Widerstandswerte der jeweiligen Widerstände bereitgestellt, welche in einer Brückenschaltung miteinander verbunden sind.
Wenn des weiteren eine übermäßige Beschleunigung aufgenommen wird, besitzt ein schmaler Zwischenraum zwischen dem Gewichtsteil 23 und dem Sitz 26 die Wirkung einer Luftdämpfung, und daher kann verhindert werden, daß das Gewichtsteil 23 und die jeweiligen Ausleger 24 zerstört werden.
Des weiteren ist die Dimension der Dicke des Sitzes 26 auf 1,75mm festgelegt, also auf mehr als 1mm, und der Sitz 36 haftet unter Verwendung der flexiblen Haftmittel 29 und 31 fest an, und daher kann sogar dann, wenn eine Temperaturänderung vorliegt, der Einfluß des Druckes minimiert werden, so daß eine Änderung der Empfindlichkeit zu der Zeit in einen vorbestimmten zulässigen Bereich gebracht wird, bei welchem sogar in dem Fall, bei welchem eine Beschleunigung von etwa ±1,5G gemessen wird, die Beschleunigung mit einem kleinen Fehler und einer hohen Genauigkeit gemessen werden kann.
Als nächstes werden die Daten dargestellt, welche die Basis zur Annahme der oben beschriebenen Struktur bilden. Es heißt die oben beschriebenen jeweiligen Dimensionen gründen sich auf Ergebnisse von Messungen einer Empfindlichkeitsänderung ΔS (%) von Empfindlichkeiten S (V/G) vor und nach einem Temperaturzyklustest bezüglich der Dimension der Dicke des Sitzes 26 und von Messungen einer Empfindlichkeitsänderung ΔS (%) von dem Mischungsverhältnis der Harzkörner 28 und 30 der flexiblen Haftmittel 29 und 31 und der Empfindlichkeiten S(V/G) vor und nach einem Test des Belassens bei niedrigen Temperatur.
Es wird festgestellt, daß die Empfindlichkeit S durch einen Wert einer Ausgangsspannung pro G definiert wird. Tatsächlich wird die Empfindlichkeit durch die folgende Gleichung (1) als Spannungswert (V) einer Differenz zwischen einer Ausgangsspannung V0 (V), wenn die Beschleunigung 0G beträgt, und einer Ausgangsspannung V1 (V) definiert, wenn die Beschleunigung 1G beträgt, da der Meßbereich des Halbleiterbeschleunigungssensors per se tatsächlich ±1G beträgt. S(V/G) = V1 – V0 (1)
Des weiteren wird die Empfindlichkeitsänderung ΔS (%) durch die folgende Gleichung (2) als Verhältnis einer Differenz zwischen einer Empfindlichkeit So vor einem Test und einer Empfindlichkeit S1 nach einem Test bezüglich So definiert. ΔS(%) = (S0 – S1)/S0 × 100(%) (2)
Im folgenden wurde zuerst bezüglich der Dimension der Dicke des Sitzes 26 ein Temperaturzyklustest, d.h. ein Temperaturspannungstest, unter Verwendung verschiedener Proben im Bereich von einer Probe, bei welcher der Sitz 26 nicht vorgesehen war, d.h. bei welcher die Dimension der Dicke gleich 0 war, bis zu einer Probe mit einer Dimension der Dicke von etwa 2mm, durchgeführt. Bei dem Temperaturzyklustest wurde ein einziger Zyklustest von dem Punkt an bestimmt, bei welchem eine Probe in einer Umgebung von –30°C über zwei Stunden und darauffolgend in einer Umgebung von 85°C über zwei Stunden verblieb, nachdem die Empfindlichkeit So bei Raumtemperatur gemessen wurde, bis zu dem Punkt, bei welchem die Empfindlichkeit S1 unter Wie dererlangung der Temperatur der Probe auf Raumtemperatur gemessen wurde.
In 7 ist die Empfindlichkeitsänderung ΔS vor und nach dem Temperaturzyklustest bezüglich der Dimension der Dicke des Sitzes 26 dargestellt. Damit entsprechend dem Ergebnis die Empfindlichkeitsänderung ΔS in einen Bereich von etwa ±2% als Bezug für ein genaues Erfassen der Beschleunigung in einem Erfassungsgebiet einer niedrigen Beschleunigung von etwa ±1G (einen Bereich von etwa ±1G bis ±1G) fällt, wurde festgestellt, daß die Dicke des Sitzes 26 vorzugsweise auf 1mm oder darüber bestimmt wird.
Als nächstes wurde bezüglich des Mischungsverhältnisses der Harzkörner 28 und 30 zum Hinzumischen zu den flexiblen Haftmitteln 29 und 31 ein Test des Belassens bei einer niedrigen Temperatur, d.h. ein Temperaturspannungstest, unter Verwendung von verschiedenen Proben durchgeführt, welche in einem Bereich einer Probe, bei welcher die Harzkörner 28 und 39 nicht eingemischt wurden, bis zu einer Probe lagen, bei welcher sie um etwa 0,55 Gewichts% eingemischt wurden. Der Test des Belassens bei der niedrigen Temperatur wurde als Test eines Zyklus von einem Punkt an bestimmt, bei welchem eine Probe in einer Umgebung von –40°C über eine vorbestimmte Zeitperiode gebracht wurde, nachdem die Empfindlichkeit S₀ unter Raumtemperatur gemessen wurde, bis zu einem Punkt, bei welchem die Empfindlichkeit S1 gemessen wurde, nachdem die Temperatur entsprechend der Raumtemperatur wiedererlangt wurde.
8 zeigt ein Meßergebnis bezüglich der Empfindlichkeitsänderung ΔS vor und nach dem Test des Belassens bei der niedrigen Temperatur, wenn das Mischungsverhältnis der Harzkörner 28 und 30 zu dem flexiblen Haftmittel 29 und 31 geändert wurde. Aus dem Ergebnis wurde herausgefunden, daß in dem Fall, bei welchem die Empfindlichkeitsänderung ΔS auf den oben beschriebenen Bezug bestimmt worden ist, d.h. auf etwa ±2%, es nötig wurde, daß das Mischungsverhältnis der Harzkörner 28 und 30 bei etwa 0,1 Gewichts% oder darunter liegt. Wie oben erwähnt wird der untere Grenzwert des Mischungsverhältnisses theoretisch vorzugsweise auf einen Wert bestimmt, bei welchem wenigstens drei Stücke der Harzkörner 28 und 30 an angemessenen Intervallen an der Haftseite zum Anhaften an dem Sensorchip 21 angeordnet sind, es ist jedoch bekannt, daß der untere Grenzwert bei etwa 0,03 Gewichts% als empirischer Wert in Abhängigkeit von der Verfahrensleistungsfähigkeit liegt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wurde die Dimension der Dicke des Sitzes 26 auf etwa 1,75mm bestimmt, d.h. auf einen Wert von mindestens 1mm, und das Mischungsverhältnis der Harzkörner 28 und 30 der flexiblen Haftmittel 29 und 31 ist auf etwa 0,1 Gewichts% oder darunter bestimmt, wodurch die Haft- und Befestigungsoperation durchgeführt wird, und daher kann die Empfindlichkeitsänderung Δ S auf 2 % oder darunter sogar dann beschränkt werden, nachdem eine Probe einem Temperaturzyklustest oder einem Test des Belassens in einer niedrigen Temperatur als Temperaturspannungstest unterworfen wird, durch welchen sogar dann, wenn der Sensor in einer Umgebung verwendet wird, bei der sich die Temperatur ändert, die Beschleunigung in einem niedrigen Bereich von etwa ±1,5G genau erfaßt werden kann.
Als nächstes wird die Dimension der Dicke der jeweiligen Ausleger 24 des Halbleitersensorchips 21 in einem Bereich von 4,2μm bis 5,5μm, vorzugsweise von 4,5μm auf der Grundlage der folgenden neuen Erkenntnis der Erfinder bestimmt.
Auf der Grundlage einer Entdeckung, entsprechend derer die Dimension der Dicke der jeweiligen Ausleger 24 eine Temperaturempfindlichkeitsänderung TCS entsprechend der Temperaturänderung einer Umgebung bei der Verwendung des Halbleitersensorchips 21 beeinflußt, haben die Erfinder Proben mit verschiedenen Größen von Dimensionen der Dicke bereitgestellt und den Temperaturempfindlichkeitskoeffizienten (Änderung) TCS (ppm/°C) bezüglich der jeweiligen Proben gemessen.
Als Ergebnis wurde wie in 9 dargestellt, herausgefunden, daß die Temperaturempfindlichkeitsänderung TCS innerhalb von ±800 ppm/°C liegt, wenn die Dimension der Dicke der jeweiligen Ausleger 24 auf einen Wert von 4,2μm oder größer bestimmt ist. Des weiteren besitzt die Dicke als oberer Grenzwert bezüglich eines praktischen Gesichtspunkts eine obere Grenze von etwa 5,5μm, wenn eine Beschleunigung von etwa ±1G bis ±2G erfaßt wurde, da je größer die Dimension der Dicke der jeweiligen Ausleger 24 war, desto geringer die Erfassungsempfindlichkeit per se war.
In dem oben beschriebenen Fall ist der Temperaturempfindlichkeitskoeffizient TCS (ppm/°C) wie folgt definiert. Zuerst wird die Empfindlichkeit S, welche die Ausgangscharakteristik des Beschleunigungssensors anzeigt, wie in der Gleichung (1) definiert.
Des weiteren wird der Temperaturempfindlichkeitskoeffizient TCS (ppm/°C) als Wert definiert, welcher einen Grad der Empfindlichkeitsänderung bezüglich einer Temperaturänderung von 1°C anzeigt, wenn sich die Temperatur der Umgebung unter Verwendung eines Sensors ändert, und wird wie in der folgenden Gleichung (3) bezüglich der Empfindlichkeiten SRT und SHT bei den jeweiligen Temperaturen berechnet, wobei eine Temperatur einer hohen Temperaturseite HT als oberer Grenzwert bezüglich einer Bezugstemperatur RT angenommen wird (beispielsweise Raumtemperatur oder dergleichen), welche in dem verwendeten Temperaturbereich als Mitte angenommen wird. TCS = {(SHT – SRT)/SRT]/(HT-RT) × 106 (3)
Der durch die Gleichung (3) dargestellte Temperaturempfindlichkeitskoeffizient TCS zeigt einen Betrag einer Empfindlichkeitsänderung pro °C an, und dementsprechend kann wie durch die folgende Gleichung (4) dargestellt der Änderungsgrad der Empfindlichkeit ΔS in dem verwendeten Temperaturbereich als Wert von TCS multipliziert mit einem Betrag der Änderung der Temperatur ΔT bezüglich der Raumtemperatur RT, welche die Bezugstemperatur ist, bereitgestellt werden. Danach kann durch Modifizieren der Gleichung (4) der notwendige Temperaturempfindlichkeitskoeffizient TCS umgekehrt bezüglich des Änderungsgrads der Empfindlichkeit ΔS berechnet werden, welcher in dem Temperaturbereich zur Verwendung zugelassen ist, und der Betrag der Änderung der Temperatur ΔT wird durch die folgende Gleichung (5) dargestellt. ΔS = ΔT × TCS (4) TCS = ΔS/ΔT (5)
Wenn ein Bereich von beispielsweise –30°C bis 80°C als der verwendete Temperaturbereich entsprechend der Ausführungsform angenommen wird, falls die Bezugstemperatur einer Umgebung, in welcher der Sensor verwendet wird, auf 25°C als Raumtemperatur RT bestimmt ist, wird der Grad der Änderung der Temperatur ΔT zu ±55°C, und der Wert des Änderungsgrads der Empfindlichkeit ΔS in dem Fall kann als etwa 4,4% aus Gleichung (4) berechnet werden. Wenn der Wert des Grads der Änderung der Empfindlichkeit ΔS bei etwa 5 bis 6% oder darunter liegt, kann bei dem für das ABS verwendeten Halbleiterbeschleunigungssensor eine sehr kleine Beschleunigung von etwa ±1G bis ±2G erfaßt werden, was dieser Bedingung genügt.
Als nächstes wird eine Erklärung eines elektrochemischen Ätzverfahrens gegeben, welches beim Bilden des Gewichtsteils 23 und der jeweiligen Ausleger 24 des Halbleitersensorchips 21 durchgeführt wird, und eines Ätzverfah rens zum Steuern der Dimension der Dicke der jeweiligen Ausleger 24 bezüglich der 10 bis 14. D.h. die Diffusionswiderstände, welche die piezoelektrische Widerstandswirkung aufweisen, werden an Teilen einer epitaxialen Schicht 21b, welche auf einem Siliziumsubstrat 21a entsprechend den jeweiligen Auslegern 24 durch Unterwerfung einem Diffusionsverfahren oder dergleichen gebildet. Danach werden die jeweiligen Diffusionswiderstände in einem Zustand gebildet, bei welchem sie in einer Brücke durch Durchführung einer Alumiuniumverdrahtung miteinander verbunden werden, und es werden des weiteren Elektrodenteile, welche sich nach außen erstrecken können, gebildet. Wenn die jeweiligen eingebauten Elemente der Diffusionswiderstände und dergleichen wie oben beschrieben gebildet werden, wird danach eine Siliziumnitridschicht 36 als Maskenmaterial beim Ätzen durch ein CVD-Verfahren (Chemical Vapor Deposition, chemische Aufdampfung) oder dergleichen auf der Oberfläche des Halbleitersensorchips 21 auf der Seite des Siliziumsubstrats 21a gebildet (siehe 10). Darauffolgend werden Öffnungen 36a entsprechend den Ätzgebieten durch Strukturierung der Siliziumnidridschicht 36 durch Fotolithografie oder dergleichen gebildet (siehe 11).
Als nächstes wird die epitaxiale Schicht 21b des Siliziumsubstrats 21a durch Versetzen in einen Zustand geschützt, bei welchem sie mit einem Harzwachs oder dergleichen bedeckt wird, und es wird ein elektrochemisches Ätzverfahren unter Verwendung einer alkalischen anisotropen Ätzlösung durchgeführt. Bei dem Ätzverfahren wird eine KOH-(Kaliumhydroxid) Lösung als alkalische anisotrope Ätzlösung verwendet, das Siliziumsubstrat 21a wird in ein mit der KOH-Lösung gefülltes Gefäß getaucht, und das Ätzverfahren wird in einem Zustand durchgeführt, bei welchem eine Spannung derart angelegt wird, daß das Siliziumsubstrat 21a eines p-Typs negativ gemacht wird und die epitaxiale Schicht 21b eines n-Typs positiv gemacht wird. Das Ätzverfahren wird unter Verwendung beispielsweise eines elektroche mischen Ätzstoppverfahrens durchgeführt, welches wie oben erwähnt in der japanischen Patentanmeldung Nr. Hei. 6-42839 offenbart wird.
Wenn das elektrochemische Ätzstoppverfahren unter Verwendung der alkalischen anisotropen Ätzlösung beendet worden ist, wird danach ein Ätzgebiet 40 an einem Teil gebildet, an welchem die Siliziumnitridschicht 36 an der Seite des Siliziumsubstrats 21a des p-Typs abgeschiefert bzw. abgeblättert ist. Ein Bodenteil 40a des Ätzgebiets 40 wird auf einen Grad des Erreichens der Nähe einer Seite eines pn-Übergangs des Siliziumsubstrats 21a und der epitaxialen Schicht 21b geätzt, und ein Seitenteil 40b des Ätzgebiets 40 legt die (111)-Seite bloß, welche eine verlangsamte Ätzrate aufweist, wodurch das Seitenteil 40b zu einer geneigten Seite wird (siehe 12).
Als nächstes wird die Dimension der Dicke der Ausleger 24, welche durch das Ätzverfahren gebildet werden, wie folgt gemessen. D.h. nach einem Reinigen des Siliziumsubstrats 21a, welches aus der Ätzlösung genommen wird, wird die Dimension der Dicke der jeweiligen Ausleger 24 in einem Nichtkontaktierungszustand unter Verwendung von beispielsweise einem FT-IR (Fourier Transformation Infrared Spectrometer), einem Lasermeßinstrument oder dergleichen gemessen.
Danach wird ein zusätzliches Ätzverfahren durchgeführt, um eine Dimension einer vorbestimmten Dicke bezüglich jeder Schicht in einem Wafer auf der Grundlage des Meßergebnisses zu bilden. Entsprechend dem zusätzlichen Ätzverfahren wird der Betrag des Ätzens der epitaxialen Schicht 21b derart gesteuert, daß die Dimension der vorbestimmten Dicke bereitgestellt wird, während der Ätzbetrag über eine zeitperiode unter Verwendung einer Ätzlösung gesteuert wird, deren Ätzrate genau bekannt ist. Als Ätzlösung werden in diesem Fall eine KOH-Lösung, welche eine alkalische anisotrope Ätzlösung ist, und Fluorwasserstoff HF verwendet, welches eine isotrope Ätzlösung ist.
Als Ätzbetrag wird die epitaxiale Schicht 21b auf etwa 5 bis 6μm unter Verwendung einer alkalischen anisotropen Ätzlösung geätzt, und als abschließender Schritt wird die epitaxiale Schicht 21b auf 4,5μm unter Verwendung einer isotropen Ätzlösung wie Fluorwasserstoff HF geätzt (siehe 13).
Wenn auf diese Weise das Ätzverfahren durchgeführt wird, bis die epitaxiale Schicht auf etwa 4,5μm verdünnt worden ist, d.h. auf die oben beschriebene Dimension der Dicke, während die Dimension der Dicke der jeweiligen Ausleger 24 gemessen wird, wird die Ätzoperation beendet, und danach wird die Operation durch Abschiefern der Siliziumnitridschicht 36 beendet, welche auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats 21a verblieben ist (siehe 14).
Bei dem oben beschriebenen Ätzverfahren wird die Dimension der Dicke der epitaxialen Schicht 21b erhöht, und nach dem Ätzen des Siliziumsubstrats 21a zur Bloßlegung der epitaxialen Schicht 21b durch das elektrochemische Ätzstoppverfahren wird die Dimension der Dicke der jeweiligen Ausleger 24 durch Zeitsteuerung gesteuert, und dementsprechend kann sogar dann, wenn eine Zerstreuung der Dimension der Dicke der epitaxialen Schicht 21b nicht berücksichtigt wird, die Dimension der Dicke der Ausleger 24 genau gesteuert werden und des weiteren kann unter Verwendung der isotropen Ätzlösung die Stärke der jeweiligen Ausleger 24 ebenfalls unterstützt werden.
Das oben beschriebene Ätzverfahren ist im Hinblick auf die Tatsache, daß die Schritte kompliziert sind, nachteilig. Demgegenüber kann anstelle des oben beschriebenen Verfahrens durch Ausbilden der Dimension der Dicke per se der epitaxialen Schicht 21b auf einen im wesentlichen gleichen Wert der Dimension der endgültigen Dicke der jeweiligen Ausleger 24 die Dimension der Dicke mit einer vorbestimmten Genauigkeit lediglich durch Ausführen des elektrochemischen Stoppverfahrens erlangt werden, wodurch die Herstellungsschritte vereinfacht werden. In diesem Fall wird die Genauigkeit der Dimension der Dicke der Ausleger und der Stärke der Ausleger im Vergleich zu den Werten des oben beschriebenen Verfahrens verschlechtert.
Entsprechend der Ausführungsform wird bei der Bildung bzw. Strukturierung zur Erfassung einer sehr kleinen Beschleunigung von etwa ±1G bis ±2G zur Beschränkung des Anderungsgrads der Empfindlichkeit des Temperaturbereichs zur Verwendung eines vorbestimmten Pegels oder darunter darauf geachtet, daß die Dimension der Dicke der Ausleger 24 des Halbleitersensorchips 21 gesteuert wird. Es wurde herausgefunden, daß die Dimension der Dicke der Ausleger 24 auf einen Bereich von 4,2μm und größer oder kleiner als 5,5,μm und vorzugsweise von 4,5μm bestimmt wird, so daß der Temperaturempfindlichkeitskoeffizient TCS auf 800ppm/°C bestimmt wird, um den Änderungsgrad der Empfindlichkeit ΔS auf 5 bis 6% in dem Temperaturbereich zur Verwendung bei –30°C bis 80°C zu bestimmen, wodurch die Erfassungsoperation während des Verringerns der Größe des Sensor genau durchgeführt werden kann.
Entsprechend der oben beschriebenen Struktur der Ausführungsform können der folgende Betrieb und die folgende Wirkung erzielt werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Vibration des Gewichsteils 23 durch die Luftdämpfung zwischen dem Gewichtsteil 23 und dem Sitz 26 durch Bestimmen der Dimension des Luftzwischenraums zwischen dem Gewichtsteil 23 des Halbleitersensorchips 21 und dem Sitz 26, welcher den Sensorchip 21 hält, auf einem Bereich von 7 bis 1μm verringert. Bei einer derartigen Struktur ist es offensichtlich, daß die Größe der Dimension des Luftzwischenraums bezüglich der Abschwächung der Vibration durch die Luftdämpfung stark relevant ist.
Daher wurde experimentell eine Beziehung zwischen der Vibration des Gewichtsteils 23 und der Dimension des Luftzwischenraums zwischen dem Gewichtsteil und dem Sitz 26 bezüglich des wie oben beschrieben gebildeten G-Sensors herausgefunden, d.h. bezüglich des G-Sensors, welcher den Halbleitersensorchip 21 aufweist und zum Erfassen der Beschleunigung von etwa ±1G unter Verwendung des piezoelektrischen Widerstandseffekts der Widerstandselemente geeignet ist, welche auf den Auslegern 24 gebildet sind. Entsprechend dem Experiment wurde der Vibrationsabschwächungsbetrag (Luftdämpfungscharakteristik) des G-Sensors 25 in einem Zustand untersucht, bei welchem das Gewichtsteil 23 mit einer Vibration beaufschlagt wurde, und Daten den Experiments sind in 17 dargestellt.
Aus 17 ist ersichtlich, daß wenn die Dimension des Luftzwischenraums zwischen dem Gewichtsteil 23 und dem Sitz 26 gleich oder kleiner als 15μm ist, ein hinreichender Luftdämpfungseffekt bei einer üblichen bzw. allgemeinen Bestimmung erzielt werden kann, und als Ergebnis kann eine Verschlechterung der Ausgangscharakteristik des G-Sensors 25, welche durch die Vibration des Gewichtsteils 23 hervorgerufen wird, verhindert werden. Um einer härteren Anforderung zu genügen, beispielsweise einer Anforderung bezüglich eines Vibrationsabschwächungsbetrags von 3dB oder weniger, wird die Dimension des Luftzwischenraums auf etwa 11,5μm oder weniger bestimmt. Bei dieser Ausführungsform ist der untere Grenzwert der Dimension des Luftzwischenraums zwischen dem Gewichtsteil 23 und dem Sitz 26 aus dem folgenden Grund auf 7 mm bestimmt.
D.h. es wurde als Ergebnis einer detaillierten Untersuchung der Erfinder bezüglich eines Phänomens, bei welchem ein Ausgangswert in einem Zustand, bei welchem die Beschleunigung gleich 0 war, was den Bezug der Halbleitercharakteristik in dem G-Sensor 25 (hiernach als 0G-Ausgang bezeichnet) darstellt, verändert wurde, herausgefunden, daß der Pegel des 0G-Ausgangs stets in einer konstanten Richtung geändert wurde und des weiteren die Richtung der Änderung eine Richtung der Anziehung des Gewichtsteils 23 auf die Seite des Sitzes 26 war, und es wurde eine Schlußfolgerung erzielt, daß die Änderung durch eine elektrostatische Anziehung hervorgerufen wurde, welche an der Innenseite des G-Sensors 25 hervorgerufen wurde.
Eine Erklärung eines derartigen Phänomens unter Bezugnahme auf 15, welche eine Querschnittsstruktur von wesentlichen Teilen des G-Sensors 25 darstellt, wird im folgenden gegeben. Der Halbleitersensorchip 21 befindet sich in einem Zustand, bei welchem er mit einer Versorgungsspannung zur Ansteuerung versehen wird und der Halbleitersensorchip 21 an dem Sitz 26 durch das flexible Haftmittel 29 anhaftet, welches eine isolierende Eigenschaft besitzt, und daher ist es unvermeidlich, daß dazwischen eine elektrostatische Kapazität eines bestimmten Grads vorhanden ist.
Daher wird wie in 15 dargestellt ein elektrostatisches Induktionsphänomen, bei welchem beispielsweise sich eine positive elektrische Ladung (+) auf einer Oberfläche des Gewichtsteils 23 gegenüberliegend zu dem Sitz 26 sammelt und sich eine negative elektrische Ladung (–) einer umgekehrten Polarität auf der Seite des Sitzes 26 sammelt, hervorgerufen und es tritt ein Einfluß eines dadurch hervorgerufenen elektrischen Feldes auf, wobei eine elektrostatische Anziehung F, welche durch die folgende Gleichung (6) dargestellt wird, zwischen dem Gewichtsteil 23 und dem Sitz 26 hervorgerufen wird. F = 1/2 × ε × S × (V/d)2 (6) wobei ε eine relative Dieelektrizitätskonstante von Luft, S eine Bodenfläche des Gewichtsteils 23, V eine Potentialdifferenz zwischen dem Gewichtsteil 23 und dem Sitz 26 und d eine Dimension des Luftzwischenraums darstellen.
Wenn eine derartige elektrostatische Anziehung F erzeugt wird, wird das Gewichtsteil 23 auf die Seite des Sitzes 26 angezogen, wodurch die Zerstreuung in dem 0G-Ausgang hervorgerufen wird. Dementsprechend wird aus der obigen Gleichung (6) abgeleitet, daß die Breite der Änderung des 0G-Ausgangs sich entsprechend einem anfänglich gesetzten Wert der Dimension des Luftzwischenraums zwischen dem Gewichtsteil 23 und dem Sitz 26 ändert.
Die Erfinder bestätigen den Einfluß der Dimension des Luftzwischenraums auf den 0G-Ausgang durch Berechnung und Experiment. 16 zeigt ein Ergebnis der Berechnung einer Beziehung zwischen der Potentialdifferenz zwischen dem Halbleitersensorchip 21 und dem Sitz 26 und den Betrag der Änderung des 0G-Ausgangs, wenn die Dimension des Luftzwischenraums von 5μm auf 10μm mit einem Inkrement von 1μm geändert wird, und das Ergebnis der Berechnung wird durch die durchgezogenen Kurven dargestellt. Des weiteren werden in 16 die tatsächlichen Meßwerte der Beziehung zwischen der Potentialdifferenz und dem 0G-Ausgang durch schwarze Kreise dargestellt, wenn die Dimension des Luftzwischenraums 6μm beträgt. Wie in 15 dargestellt wird die Messung durch Anwendung einer Mehrzahl von Stufen von Pegeln bei der Potentialdifferenz zwischen dem Halbleitersensorchip 21 und dem Sitz 26 unter Verwendung einer konstanten Spannung einer Spannungsquelle 36 und einer variablen Spannung einer Spannungsquelle 37 durchgeführt.
Aus 16 ist es ersichtlich, daß das Ergebnis der Berechnung und die Meßwerte nahezu miteinander übereinstimmen. Um die oben beschriebene elektrostatische Anziehung F zu verringern, wodurch schließlich die Änderung des 0G-Aus gangs auf einen zulässigen Bereich begrenzt wird, ist es schließlich nötig, die Dimension des Luftzwischenraums zwischen dem Gewichtsteil 23 und dem Sitz 26 etwas zu vergrößern. Bei dieser Ausführungsform wird auf der Grundlage der in 16 dargestellten Charakteristik und einer Situation, bei welcher die Potentialdifferenz eines Entwurfs, welche zwischen dem Halbleitersensorchip 21 und dem Sitz 26 angelegt wurde, etwa 3,5V beträgt, die Dimension des Luftzwischenraums auf 7μm und mehr bestimmt, vorzugsweise auf 8μm oder mehr (10μm oder mehr, wenn eine bestimmte harte Anforderung erfordert wird).
Schließlich kann als Ergebnis des Bestimmens der Dimension des Luftzwischenraums wie oben beschrieben eine Verschlechterung der Ausgangscharakteristik, welche durch die Vibration des Gewichtsteils 23 hervorgerufen wird, verhindert werden, und des weiteren kann gleichzeitig eine Verschlechterung der Ausgangscharakteristik, welche durch die elektrostatische Anziehung hervorgerufen wird, die an der Innenseite erzeugt wird, verhindert werden, wodurch die stabile Ausgangscharakteristik erzielt werden kann.
In diesem Fall wird die Steuerung der Dimension des Luftzwischenraums zwischen dem Gewichtsteil 23 und dem Sitz 26 durch die Mehrzahl von Harzkörnern 28 durchgeführt, welche zwischen dem Sitz 26 und dem Rahmen 22 des Halbleitersensorchips 21 angeordnet sind, und dementsprechend kann die Steuerung der Dimension des Luftzwischenraums genau und leicht durchgeführt werden, was zur Stabilisierung der Ausgangscharakteristik beiträgt.
Des weiteren wird bei der vorliegenden Erfindung dort, wo die Vibration des Gewichtsteils 23 durch die Luftdämpfung vermindert wird, auf Öl zur Dämpfung wie bei der herkömmlichen Struktur verzichtet, und daher kann eine Vereinfachung der Struktur realisiert werden. Des weiteren sind die thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Halbleitersen sorchips 21 und des Sitzes 26, welcher den Halbleitersensorchip 21 hält, zueinander äquivalent, und daher kann eine Verzerrung, welche durch eine Temperaturspannung hervorgerufen wird, die zwischen dem Halbleitersensorchip 21 und dem Sitz 26 erzeugt wird, zurückgehalten werden, und ein Rahmen, welcher eine Doppelstruktur wie bei dem herkömmlichen Halbleitersensorchip aufweist, wird nicht benötigt, wodurch eine Verringerung einer Gesamtstruktur davon realisiert werden kann.
Der Sitz 26 und der Rahmen des Halbleitersensorchips 21, welcher von dem Sitz 26 gehalten wird, haften durch das flexible Haftmittel 29, welches den niedrigen Elastizitätsmodul aufweist (500MPa oder weniger) aneinander und dementsprechend können Drücke, welche von der Seite des Sitzes 26 auf die Seite des Halbleitersensorchips 21 wirken, vermindert werden, wodurch des weiteren eine Stabilisierung der Ausgangscharakteristik erzielt werden kann. Obwohl in diesem Fall die Harzkörner 28, welche als Abstandshalter agieren, in das flexible Haftmittel 29 gemischt sind, werden einige, welche einen vergleichsweise niedrigen Elastizitätsmodul (10GPa oder weniger) aufweisen, für die Harzkörner 28 verwendet, und somit besteht keine Besorgnis darüber, daß die Druckverminderungsfunktion des flexiblen Haftmittels 19 durch die Anwesenheit der Harzkörner 28 behindert wird.
Wenn mittlerweile die statische Elektrizität von außen auf den Halbleitersensorchip 21 einwirkt, kann die große elektrostatische Anziehung zwischen dem Gewichtsteil 23 und dem Sitz 26 hervorgerufen werden, wodurch eine extreme Anderung des 0G-Ausgangs hervorgerufen werden kann. Diesbezüglich wird bei der vorliegenden Ausführungsform der elektrostatische Schild 34 zum Entfernen des Einflusses der statischen Elektrizität von außen bezüglich des Halbleitersensorchips 21 an dem gesamten Gebiet der Bodenoberfläche des Gehäuses 27 vorgesehen, und daher kann eine Situation, bei welcher der Einfluß durch statische Elektrizität von außerhalb auf den Halbleitersensorchip 21 sich auswirkt, wirksam verhindert werden, was zur Stabilisierung des 0G-Ausgangs beiträgt.
18 zeigt ein experimentelles Ergebnis einer Untersuchung darüber, wie sich eine Beziehung zwischen einem externen statischen Elektrizitätsbetrag und dem 0G-Ausgang bei Anwesenheit oder Abwesenheit des elektrostatischen Schilds 34 ändert. Aus 18 ist zu entnehmen, daß dann, wenn der elektrostatische Schild 34 vorgesehen ist, eine Situation, bei welcher der 0G-Ausgang durch den Einfluß der statischen Elektrizität von außen stark geändert wird, sicher verhindert werden kann.
Darüber hinaus wird die Burn-in-Verarbeitung zur Aussetzung wenigstens des Halbleitersensorchips 21 und des Sitzes 26, welcher den Halbleitersensorchip 21 hält, einer Umgebung einer vorbestimmten Temperatur über eine vorbestimmte Zeitperiode und darüber hinaus in einem Zustand, bei welchem eine vorbestimmte Spannung an den Halbleitersensorchip 21 angelegt wird, durchgeführt, und daher kann eine Streuung einer anfänglichen Charakteristik des 0G-Ausgangs zurückgehalten werden, und als Ergebnis wird der Ertrag bei den Herstellungsschritten im Zusammenwirken mit der Struktur unterstützt, wobei die Dimension der Luftbrücke zwischen dem Gewichtsteil 23 und dem Sitz 26 wie oben beschrieben bestimmt ist.
19 stellt ein Ergebnis des Abtastens eines Variationszustands des 0G-Ausgangs bezüglich der Anzahl von G-Sensoren 25 dar, welche der Burn-in-Verarbeitung unterworfen worden sind. Aus 19 ergibt sich, daß der Variationsbetrag des 0G-Ausgangs bezüglich nahezu aller Proben sich verringert, und wenn der Variationsbetrag des 0G-Ausgangs beispielsweise auf ±1G ermöglicht wird, wird ein Ertrag von bis zu 99% erzielt, und wenn ein Variationsbetrag von bis zu ±0,05G ermöglicht wird, was unter exakten Anforderungen erreicht werden kann, kann ein Ertrag von bis zu 92% oder mehr erzielt werden.
Zweite Ausführungsform
20 bis 22 stellen die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar, und es wird eine Beschreibung von Teilen gegeben, die sich bezüglich denen der ersten Ausführungsform unterscheiden.
Entsprechend 21 sind die vier Bondinseln 22a (entsprechend 3 bei der ersten Ausführungsform), welche an der Seite des Halbleitersensorchips 21 vorgesehen sind, mit vier Bondinseln 32a, welche an der Seite der Verstärkerschaltung 32 vorgesehen sind, durch Bonddrähte 60 verbunden. In diesem Fall ist eine der Bondinseln 32a an der Seite der Verstärkerschaltung 32 zum Zuführen einer Versorgungsspannung dem Spannungsquellenanschluß +Vcc (entsprechend 3) des Halbleitersensorchips 21 mit einer Bondinsel 26a, welche an dem Sitz 26 gebildet ist, der dem Halten des Halbleitersensorchips 21 dient, durch einen Bonddraht 61 (entsprechend einer Spannungsversorgungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung) wie in 20 dargestellt verbunden.
Als Ergebnis einer derartigen Struktur wird eine Spannung mit demselben Pegel wie dem Pegel der an den Halbleitersensorchip 21 angelegten Versorgungsspannung an den Sitz 26 über den Bonddraht 61 angelegt. Dementsprechend können die Potentialpegel des Sitzes 26 und des Halbleitersensorchips 21 erzwungenermaßen auf demselben Pegel gehalten werden, und dementsprechend kann ein durch die statische Elektrizität von außen hervorgerufener ungünstiger Einfluß ausgeschlossen werden, wodurch eine extreme Änderung des 0G-Ausgangs vorher verhindert werden kann.
22 zeigt ein experimentelles Ergebnis der Untersuchung darüber, wie die Beziehung zwischen einem äußeren statischen Elektrizitätsbetrag und dem 0G-Ausgang bei Anwesenheit oder Abwesenheit des Bonddrahts 61 geändert werden kann. Aus 22 ergibt sich, daß dann, wenn der Bonddraht 61 vorgesehen ist, eine Situation, bei welcher sich der 0G-Ausgang durch den Einfluß der statischen Elektrizität von außen äußerst ändert, sicher verhindert werden kann.
Obwohl bei der vorliegenden Ausführungsform ein durch die statische Elektrizität von außen hervorgerufener ungünstiger Einfluß durch Bereitstellen ebenfalls des elektrostatischen Schilds 34 vollständig ausgeschlossen werden kann, wenn der Bonddraht 61 installiert wird, kann nötigenfalls das elektrostatische Schild 34 vorgesehen werden.
Dritte Ausführungsform
23 und 24 zeigen die dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welche durch Modifizieren der ersten Ausführungsform gebildet wird, und es wird lediglich eine Erklärung von Teilen wie folgt gegeben, die sich von denen der ersten Ausführungsform unterscheiden.
Die dritte Ausführungsform weist beispielsweise integriert gebildete vier Vorsprünge 26b auf der Seite des Sitzes 26 gegenüberliegend zu dem Gewichtsteil 23 auf, wobei die Vorsprünge 26b an dem Luftzwischenraum zwischen dem Gewichtsteil 23 und dem Sitz 26 positioniert sind, wodurch eine übermäßige Deformierung des Gewichtsteils 23 durch die Vorsprünge 26b beschränkt wird (der Luftzwischenraum ist in 24 zur leichteren Erklärung größer dargestellt).
In diesem Fall werden die Vorsprünge 26b durch Durchführen beispielsweise einer Ätzopteration (anisotropes Ätzen, elektrochemisches Ätzen oder dergleichen) bezüglich des Sitzes 26 durchgeführt, und bei der Ausführungsform sind die Vorsprünge 26b symmetrisch an Positionen entsprechend den vier Auslegern 24 symmetrisch angeordnet.
Wenn bei der wie oben beschrieben gebildeten Ausführungsform das Gewichtsteil 23 wesentlich deformiert wird, wird das Gewichtsteil 23 in Kontakt mit den Vorsprüngen 26b gebracht, und eine weitere Deformierung des Gewichtsteils 23 wird eingeschränkt. Sogar wenn eine große Beschleunigung auf den Halbleitersensorchip 21 einwirkt, kann als Ergebnis eine Situation verhindert werden, bei welcher eine übermäßige Torsionskraft auf die Ausleger 24 einwirkt, wodurch eine Zerstörung der Ausleger 24 verhindert wird und die Verläßlichkeit des Produkts erhöht wird.
Obwohl bei der dritten Ausführungsform vier Vorsprünge 26b vorgesehen sind, kann die Struktur mit wenigstens einem Vorsprung versehen sein, und obwohl die Vorsprünge 26b mit dem Sitz 26 integriert gebildet sind, können sie durch Anhaften der vorspringenden Teile bereitgestellt werden, welche ein separates Material oder dergleichen aufweisen. Des weiteren können Vorsprünge an der Seite des Gewichtsteils 23 dem Sitz 26 gegenüberliegend vorgesehen werden.
Vierte Ausführungsform
25 zeigt die vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welche durch eine weitere Modifizierung der dritten Ausführungsform gebildet wird, und es wird eine Erklärung von Teilen gegeben, welche sich bezüglich denen der dritten Ausführungsform unterscheiden.
Bei der vierten Ausführungsform wird die Dimension des Luftzwischenraums zwischen dem Gewichtsteil 23 und dem Sitz 26 durch eine Mehrzahl von Vorsprüngen 26c (welche Abstandshaltern entsprechen) gesteuert, die an der Seite des Sitzes 26 anstelle der Harzkörner 28 bei der ersten Ausführungsform integriert gebildet sind. In diesem Fall werden die Vorsprünge 26c durch Ätzen des Sitzes 26 gebildet. Jedoch werden wie in 25 dargestellt die Vorsprünge 26c und die Vorsprünge 26b mit zueinander unterschiedlichen Formen davon wie den Höhen gebildet, und daher werden beide durch Durchführen von Ätzoperationen bei unterschiedlichen Schritten gebildet.
Entsprechend der wie oben beschrieben gebildeten vierten Ausführungsform besteht ein Vorteil des Zerstreuens bezüglich der Harzkörner 28 (vgl. 1), da die Steuerung der Dimension des Luftzwischenraums zwischen dem Gewichtsteil 23 und dem Sitz 26 durch die Vorsprünge 26c durchgeführt wird, welche integriert mit dem Sitz 26 gebildet werden.
Obwohl die Vorsprünge 26c bezüglich der Seite des Sitzes 26 bei der vierten Ausführungsform gebildet werden, können die vorspringenden Teile, welche als Abstandshalter arbeiten, an der Seite des Rahmens 22 des Halbleitersensorchips 21 gebildet werden. Des weiteren können wenn nötig die Vorsprünge 26b bereitgestellt werden.
Fünfte Ausführungsform
Um bei der ersten bis vierten Ausführungsform eine Verringerung der Gesamtgröße eines Sensors zu realisieren, wird der Rahmen 22 zum Halten des Gewichtsteils 23 über die Ausleger 24 an dem Sitz 26 angehaftet (um einen Rahmen einer Doppelstruktur aufzuheben), wenn jedoch eine extrem hohe Erfassungsgenauigkeit benötigt wird, um einer Verwendung beispielsweise in einer Vorrichtung zum Verhindern eines transversalen Schleuderns bei einer Kurvenfahrt eines Kraftfahrzeugs zu genügen, wird die Annahme eines Rahmens mit einer Doppelstruktur bevorzugt.
26 bis 34 stellen die fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar, bei welcher eine Doppelrah menstruktur wie oben beschrieben angenommen ist, und es wird eine Erklärung davon im folgenden gegeben.
26 zeigt eine Querschnittsstruktur von wesentlichen Teilen eines Halbleiterbeschleunigungssensors, 27 zeigt eine Draufsicht auf einen Halbleitersensorchip, welcher den Kern des Halbleiterbeschleunigungssensors bildet, und 28 stellt schematisch die Struktur einer Brückenschaltung dar, welche auf dem Halbleitersensorchip gebildet ist.
Entsprechend 27 wird ein Halbleitersensorchip 41 durch elektrochemisches Ätzen eines Materials mit einem großen piezoelektrischen Widerstandskoeffizienten wie ein Siliziumeinkristallsubstrat gebildet. Ein Rahmen 43 (hiernach als innerer Rahmen bezeichnet) mit einer U-ähnlichen Form wird in einer Auslegerform mit einem Arm 44 an der inneren Seite eines rechtwinkligen Hilfsrahmens 42 (hiernach als äußerer Rahmen bezeichnet) mit einer Dicke von etwa 300μm und einer Größe von etwa 7 × 7mm bis 8 × 8mm gehalten. Ein Gewichtsteil 45 wird in einem zweifach gehaltenen Zustand an einer inneren Seite des Rahmens 43 über vier Ausleger 46 gehalten, welche symmetrisch angeordnet sind.
Ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform werden die Ausleger 46 unter Verwendung beispielsweise einer epitaxialen Schicht auf einem Siliziumhalbleitereinkristall gebildet. Paare von Widerstandselementen (in 28 durch Bezugszeichen R11 bis R14 und R21 bis R24 bezeichnet) werden an den jeweiligen Auslegern 46 durch ein Diffusionsverfahren oder dergleichen gebildet, und es wird die Beschleunigung durch eine Brückenschaltung erfaßt, welche durch die Widerstandselemente gebildet ist.
Insbesondere sind wie in 28 dargestellt die jeweiligen Paare von Widerstandselementen R11 und R14, R12 und R13, R21 und R24, R22 und R23, welche jeweils an den Auslegern 46 in einer Diffusionsform gebildet sind, in einer Positionsbeziehung bereitgestellt, bei welcher entsprechend der Verschiebung des Gewichtsteils 45 einige zusammengezogen und andere verlängert werden. Des weiteren sind Paare von Widerständen, welche lokalisiert sind, um in denselben Zuständen deformiert zu werden (R11 und R21, R13 und R23, R12 und R22, R14 und R24) in Serie miteinander verbunden, und es ist eine Brückenschaltung gebildet, welche Paare von Serienwiderständen an jeder Seite aufweist. Des weiteren ist ein Paar von Eingangsanschlüssen T1 und T2 und ein Paar von Ausgangsanschlüssen T3 und T4 mit vier auf dem Hilfsrahmen 42 gebildeten Bondinseln 42a über eine Verdrahtungsstruktur in einer Dünnschichtform verbunden.
Das Paar von Eingangsanschlüssen T1 und T2 und das Paar von Ausgangsanschlüssen T3 und T4 der Brückenschaltung sind elektrisch mit jeweiligen Bondinseln Vcc, GND, +V und –V bezüglich der vier Anschlüsse über eine auf der Oberfläche gebildete Verdrahtungsstruktur verbunden.
In diesem Fall wird eine vorbestimmte Spannung an die Bondinsel Vcc angelegt, und eine Ausgangsspannung wird zwischen dem Ausgangsanschluß +V und –V bereitgestellt, wenn das Gewichtsteil 45 durch Empfang einer Beschleunigung versetzt wird. Obwohl nicht veranschaulicht wird eine Ausgangsspannung von den Ausgangsanschlüssen +V und –V als Ausgang zum Erfassen einer Beschleunigung über eine Verstärkerschaltung und eine Verarbeitungsschaltung bereitgestellt.
Der innere Rahmen 43, die Ausleger 46 und das Gewichtsteil 45 werden durch ein anisotropes Ätzverfahren unter Verwendung eines elektrochemischen Ätzverfahrens wie oben beschrieben gebildet, wobei die Ausleger 46 mit einer gewünschten Dimension der Dicke unter Verwendung sowohl eines elektrochemischen Ätzstoppschrittes und eines normalen che mischen Ätzschrittes unter Verwendung eines Unterschieds der Leitungstypen des Siliziumsubstrats und der epitaxialen Schicht gebildet werden.
Des weiteren wird bezüglich der Ausleger 46 die Dimension der Dicke in einem Bereich von etwa 3,2 bis 6,0μm mit etwa 4,7μm als Mittelwert gebildet, die Dimension der Breite wird in einem Bereich von etwa 220 bis 280μm mit 250μm als Mittelwert gebildet, und die Dimension der Länge wird in einem Bereich von etwa 470 bis 530μm mit 500μm als Mittelwert gebildet. Des weiteren wird das Gewichtsteil 45 derart gebildet, daß es ein Gewicht von etwa 6,0mg aufweist.
Durch Bestimmen der jeweiligen oben beschriebenen Dimensionen wird der Wert des Temperaturempfindlichkeitskoeffizienten TCS (ppm/°C) wie bei der Gesamtcharakteristik des Sensors auf ±800ppm/°C oder weniger und ±200ppm/°C oder weniger bezüglich des Mittelwerts wie später beschrieben bestimmt. Wenn die Ausführungsform als Halbleiterbeschleunigungssensor für eine Vorrichtung, welche ein transversales Schleudern des Fahrzeugs verhindert, verwendet wird, kann dadurch der Änderungsgrad der Empfindlichkeit auf einem vorbestimmten Wert oder weniger bezüglich des weiten Temperaturbereichs für eine Verwendung bei etwa –30°C bis 80°C gehalten werden, und durch Kompensieren des Werts durch eine Temperaturkompensierungsschaltung oder dergleichen kann der Änderungsgrad der Empfindlichkeit schließlich und äquivalent auf 1 bis 2% oder weniger gehalten werden.
Wenn der Temperaturempfindlichkeitskoeffizient TCS auf ±200ppm/°C oder weniger gesetzt wird, kann der Änderungsgrad der Empfindlichkeit auf 1 bis 2% oder weniger durch eine Struktur gehalten werden, welche keine derartige Temperaturkompensierungsschaltung aufweist. Wenn der Temperaturempfindlichkeitskoeffizient TCS auf ±200ppm/°C oder weniger gesetzt wird, wird wie oben beschrieben eine ideale Charakteristik bereitgestellt, in praktischen Fällen ist es jedoch schwierig, den Wert auf ±200ppm/°C oder weniger im Hinblick auf den Ertrag unter Berücksichtigung einer Verteilung bei der Herstellung zu setzen, und dementsprechend wird der Sensor im Hinblick auf die Fälle hergestellt, bei welchen der Temperaturempfindlichkeitskoeffizient möglicherweise auf ±800ppm/°C oder weniger wie oben beschrieben gesetzt wird.
Bezüglich eines aus Silizium gebildeten Sitzes 48, welcher zwischen dem Halbleitersensorchip 41 und einem Gehäuse (Keramiksubstrat) 49 angeordnet ist, wird die Dimension der Dicke D auf etwa 1,8mm (größer als 1mm) bestimmt und Zwischenstücke werden durch die flexiblen Haftmittel 29 und 31 dazwischen fest angehaftet. In diesem Fall haftet der Sensorhalbleiterchip 41 auf dem Sitz 48 an dem Teil des äußeren Rahmens 42.
Entsprechend den flexiblen Haftmitteln 29 und 31 sind in einer Mehrzahl vorkommende Harzkörner 28 und 30 als Abstandshalter in ein Basishaftmittel gemischt. Das Basishaftmittel verwendet Silikonharz, welches eine Art eines flexiblen Harzes ist, und der Elastizitätsmodul des Silikonharzes beträgt etwa 1MPa.
Des weiteren wird das zwischen dem Halbleitersensorchip 41 und dem Sitz 48 vorgesehene flexible Haftmittel 29 mit den Harzkörnern 28 vermischt, welche eine vorbestimmte Teilchengröße besitzen. In dem Haftzustand ist die Dimension des Luftzwischenraums zwischen dem Gewichtsteil 45 des Halbleitersensorchips 41 und des Sitzes 48 auf etwa 10 bis 22μm gesetzt, wodurch eine Luftdämpfung erzielt wird.
In dem oben beschriebenen Fall beträgt bezüglich eines flexiblen Harzes eines Basishaftmittels der Elastizitätsmodul vorzugsweise 500MPa oder weniger, und es kann anstatt von Silikonharz wie oben beschrieben beispielsweise Ure thanharz, Acrylharz, Polyamidharz, Polyimidharz oder flexibles Epoxidharz oder dergleichen verwendet werden.
Des weiteren sind die Harzkörner im allgemeinen mit einem niedrigen Elastizitätsmodul versehen und bezüglich der Harzkörner 28 und 30, welche bei der fünften Ausführungsform verwendet werden, beträgt der Elastizitätsmodul vorzugsweise 10GPa oder weniger. Um einer derartigen Anforderung zu genügen, kann Polybutadienbenzolharz, Silikonharz, Urethanharz, Acrylharz, Polyimidharz, flexibles Epoxidharz, Vinylharz und dergleichen verwendet werden.
Wenn bei der oben beschriebenen Struktur die Beschleunigung in Horizontalrichtung auf die Halbleiterbeschleunigungssensoren einwirkt, welche senkrecht zueinander lokalisiert sind, werden Komponenten der Beschleunigung jeweils in Übereinstimmung mit den Richtungen von zwei der Halbleiterbeschleunigungssensoren von den zwei Halbleiterbeschleunigungssensoren aufgenommen. Bei dem Halbleiterbeschleunigungssensor nimmt das Gewichtsteil 45 des Halbleitersensorchips 41 eine Kraft entsprechend der Beschleunigung in eine Richtung entgegengesetzt zu einer Richtung der Beschleunigung auf. Wenn das Gewichtsteil 45 in die Richtung der Aufnahme der Kraft versetzt wird, werden dadurch die vier Ausleger 46, welche das Gewichtsteil 45 halten bzw. tragen, verdreht.
Wenn in diesem Augenblick beispielsweise das Gewichtsteil 45 auf die Seite des Sitzes 48 versetzt wird, empfangen die jeweiligen Ausleger 46 Dehnungsspannungen an Positionen an der Seite des inneren Rahmens 43. Dadurch werden die Widerstandswerte der jeweils gebildeten Diffusionswiderstände durch den piezoelektrischen Widerstandseffekt geändert. Danach wird eine Ausgangsspannung zwischen den Ausgangsanschlüssen +V und –V entsprechend Änderungen der Widerstandswerte an jeweiligen Widerständen geändert, welche in einer Brücke angeschlossen sind.
Wenn eine übermäßige Beschleunigung aufgebracht wird, kann, da der Zwischenraum zwischen dem Gewichtsteil 45 und dem Sitz 48 den Effekt einer Luftdämpfung aufweist, verhindert werden, daß das Gewichtsteil 45 und die Ausleger 46 zerstört werden.
Als nächstes werden Daten zum Klären der Grundlagen zur Annahme der oben beschriebenen Struktur dargestellt. D.h. die Dimension der Dicke der Ausleger 46 des Halbleitersensorchips 41 wird auf einen Bereich von 3,2μm bis 6,0μm wie oben beschrieben auf der Grundlage eines Ergebnisses einer neuen Erkenntnis wie folgt durch die Erfinder ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform bestimmt.
D.h. auf der Grundlage der Entdeckung, bei welcher die Dimension der Dicke der Ausleger 46 die Temperaturempfindlichkeitsänderung entsprechend der Temperaturänderung einer Umgebung bei Verwendung des Halbleitersensorchips 41 beeinflußt, haben die Erfinder die Proben mit verschiedenen Größen bezüglich der Dimension der Dicke bereitgestellt, und es wurden die jeweiligen Temperaturempfindlichkeitskoeffizienten TCS (ppm/°C) gemessen.
Wie in 34 dargestellt wurde als Ergebnis herausgefunden, daß der Temperaturempfindlichkeitskoeffizient TCS innerhalb von ±800ppm/°C lag, wenn die Dimension der Dicke der Ausleger 46 auf einen Wert von 3,2μm oder größer gesetzt wurde. Entsprechend einem praktischen Gesichtspunkt wurde bezüglich des oberen Grenzwerts festgestellt, daß je größer die Dimension der Dicke der Ausleger 46 war, desto schlechter die Erfassungsempfindlichkeit per se war, und dementsprechend wurde herausgefunden, daß eine obere Grenze etwa bei 6,0μm lag, wenn eine Beschleunigung von etwa ±1G erfaßt wurde.
Wenn der Temperaturempfindlichkeitskoeffizient TCS auf ±800ppm/°C oder weniger gesetzt wird, darf der maximale Grad der Empfindlichkeitsänderung nicht bei etwa 1 bis 2% oder weniger liegen, in dem Fall einer Empfindlichkeitsgradsänderung auf einen derartigen Grad kann jedoch durch Bereitstellen einer Temperaturkompensierungsschaltung oder dergleichen an der Ausgangsseite der Fehler bezüglich der Temperaturänderung in dem Temperaturänderungsbereich eines Erfassungsgegenstands kompensiert werden.
Wenn die Dimension der Dicke der Ausleger 46 derart bestimmt wird, daß der Temperaturempfindlichkeitskoeffizient TCS zu ±200ppm/°C oder weniger wird (ein Bereich von etwa 4,2 bis 5,2μm entsprechend 34), kann eine genaue Erfassungsoperation ohne Vorsehen einer Temperaturkompensierungsschaltung wie oben beschrieben durchgeführt werden. Des weiteren wird in diesem Fall der Wert des Grads der Empfindlichkeitsänderung ΔS wie durch Gleichung (2) und Gleichung (4) dargestellt auf etwa 1,1% berechnet, und bei einem Halbleiterbeschleunigungssensor für eine Vorrichtung zum Verhindern eines transversalen Schleuderns des Fahrzeugs kann, wenn der Wert des Änderungsgrads der Empfindlichkeit ΔS etwa bei 1 bis 2% oder weniger liegt, eine sehr kleine Beschleunigung von etwa ±1G genau erfaßt werden, und daher wird die Bedingung erfüllt.
Bei der fünften Ausführungsform wird hinsichtlich der Struktur des Halbleitersensorchips 41 der innere Rahmen 43, welcher das Gewichtsteil 45 trägt, von dem äußeren Rahmen 42, welcher an dem Sitz 48 anhaftet, über ein Verbindungsteil 44 gehalten, welches eine große Dicke aufweist, und das Gewichtsteil 45 ist an einer Position benachbart zu dem Sitz 48 angeordnet, wodurch die Luftdämpfung erzielt wird, und dementsprechend kann eine kleine Beschleunigung von etwa ±1G über einen weiten Betriebstemperaturbereich genau erfaßt werden.
Obwohl nicht besonders veranschaulicht sind eine Verstärkerschaltung, welche Funktionen einer Spannungsversorgung auf dem Halbleitersensorchip 41 besitzt und einen von dem Sensorchip 41 erfaßten Ausgang verstärkt, und eine Einstellungsschaltung zum Einstellen des Pegels der an die Verstärkerschaltung angelegten Versorgungsspannung und dergleichen auf einem Dickschichtsubstrat 49 angebracht. Des weiteren sind das mit dem Halbleitersensorchip 41 versehene Dickschichtsubstrat 49, die Verstärkerschaltung und dergleichen auf diese Weise in einem Gehäuse untergebracht, welches beispielsweise aus Metall besteht und Anschlüsse zum Eingeben und Ausgeben aufweist.
Wenn die Dimension des Luftzwischenraums zwischen dem Gewichtsteil 45 und dem Sitz 48 mit d bezeichnet wird und die Bodenfläche des Gewichtsteils 45 mit S bezeichnet wird, werden die Werte der Dimension des Luftzwischenraums d und der Bodenfläche des Gewichtsteils 45 derart bestimmt, daß die Beziehung zwischen der Dimension des Luftzwischenraums d und der Bodenfläche S der folgenden Gleichung (7) genügt. 0,01 ≦ S/d2 ≦ 0,05 (7)
Entsprechend der Struktur der fünften Ausführungsform, können die folgende Operation und Effekte erzielt werden.
Entsprechend der fünften Ausführungsform wird die Vibration des Gewichtsteils 45 durch die Luftdämpfung zwischen dem Gewichtsteil 45 und dem Sitz 48 durch Festlegen der Dimension des Luftzwischenraums zwischen dem Gewichtsteil 45 des Halbleitersensorchips 41 und dem Sitz 48, welcher den Sensorchip 41 trägt, auf einen Bereich von 10 bis 22μm vermindert.
Es wurde durch Experimente eine Beziehung herausgefunden zwischen der Vibration des Gewichtsteils 45 und der Dimension des Luftzwischenraums zwischen dem Gewichtsteil 45 und dem Sitz 48 bezüglich des G-Sensors 47, welcher die Doppelrahmenstruktur entsprechend der fünften Ausführungsform aufweist, d.h. bezüglich des G-Sensors 47, welcher den Sensorhalbleiterchip 41 aufweist, welcher den Hilfsrahmen 42, den Rahmen 43, welcher an der Innenseite des Hilfsrahmens 42 in einer Auslegerform mit dem Arm 44 gehalten wird und vier Ausleger 46 enthält, die an der Innenseite des Rahmens 43 vorgesehen sind, um das Gewichtsteil 45 in einer zweifach getragenen Form zu tragen, wodurch eine Beschleunigung bis etwa ±1G unter Verwendung des piezoelektrischen Widerstandseffekts der Widerstandselemente erfaßt werden kann, welche an den Auslegern 46 gebildet sind. Ziel des Experiments war es, einen Schwingungsverringerungsbetrag (Luftdämpfungscharakteristik) in einem Zustand zu untersuchen, bei welchem eine Vibration auf das Gewichtsteil 45 des G-Sensors 47 aufgebracht wird, und die experimentellen Daten sind in 30 dargestellt.
Aus 30 ergibt sich, daß, wenn die Dimension des Luftzwischenraums zwischen dem Gewichtsteil 45 und dem Sitz 48 etwa 22μm oder weniger beträgt, ein hinreichender Luftdämpfungseffekt sogar unter einer vergleichweisen harten Anforderung vorgesehen wird, bei welcher ein zulässiger Bereich des Schwingungsabschwächungsbetrags bei etwa 6dB oder weniger liegt. Als Ergebnis kann eine Verschlechterung der Ausgangscharakteristik des G-Sensors 47 verhindert werden, welche durch die Vibration des Gewichtsteils 47 hervorgerufen wird.
Bei der fünften Ausführungsform ist der untere Grenzwert der Dimension des Luftzwischenraums zwischen dem Gewichtsteil 45 und dem Sitz 48 auf 10μm auf der Grundlage des folgenden Grunds bestimmt.
Um ein Phänomen zu untersuchen, bei welchem der 0G-Ausgang des G-Sensors 47 durch eine elektrostatische Anziehungsoperation zwischen dem Gewichtsteil 45 und dem Sitz 48 zerstreut wird, haben die Erfinder durch Berechnung und Experiment den Effekt der Dimension des Luftzwischenraums zwischen dem Gewichtsteil 45 und dem Sitz 48 auf den 0G-Ausgang bestätigt. 29 stellt ein Ergebnis eines Berechnens einer Beziehung zwischen der Potentialdifferenz zwischen dem Halbleitersensorchip 41 und dem Sitz 48 und dem Änderungsbetrag des 0G-Ausgangs in einem Zustand dar, bei welchem die Dimension des Luftzwischenraums von 10μm bis auf 20μm mit einem Inkrement von 2μm geändert wird. Das Ergebnis der Berechnung ist durch Kurven von durchgezogenen Linien dargestellt. Des weiteren stellt 29 Werte des tatsächlichen Messens der Beziehung zwischen der Potentialdifferenz und dem 0G-Ausgang durch schwarze Kreise in einem Zustand dar, bei welchem die Dimension des Luftzwischenraums 16μm beträgt.
Aus 29 ist ersichtlich, daß das Ergebnis der Berechnung und die gemessenen Werte nahezu miteinander übereinstimmen. Wie bei der ersten Ausführungsform erklärt, muß, um die Änderung des 0G-Ausgangs in einem zulässigen Bereich durch Reduzieren der elektrostatischen Anziehung, welche zwischen dem Gewichtsteil 45 und dem Sitz 48 wirkt, die Dimension des Luftzwischenraums zwischen dem Gewichtsteil 45 und dem Sitz 48 etwasvergrößert werden. Bei der fünften Ausführungsform ist auf der Grundlage der in 29 dargestellten Charakteristik und der Situation, bei welcher die entworfene Potentialdifferenz, welche zwischen dem Halbleitersensorchip 41 und dem Sitz 48 aufgebracht wird, etwa 3,5V beträgt, die Dimension des Luftzwischenraums auf 10μm oder mehr bestimmt, wenn der gewährbare Bereich der Änderung bei dem 0G-Ausgang 0,05V oder weniger beträgt, was eine vergleichsweise harte Anforderung dargestellt.
Schließlich kann als Ergebnis des Bestimmens der Dimension des Luftzwischenraums wie oben beschrieben eine Verschlechterung der durch die Vibration des Gewichtsteils 45 hervorgerufenen Ausgangscharakteristik verhindert werden, und des weiteren kann eine Verschlechterung der Ausgangscharakteristik, welche durch die an der Innenseite erzeugten elektrostatischen Anziehung hervorgerufen wird, gleichzeitig verhindert werden, wodurch eine stabile Ausgangscharakteristik bereitgestellt werden kann, die einer harten Anforderung bei einer Vorrichtung zum Verhindern eines transversalen Schleuderns bei einer Kurvenfahrt eines Kraftfahrzeugs genügt.
Des weiteren wird es tatsächlich bevorzugt, die Dimension des Luftzwischenraums zwischen dem Gewichtsteil 45 und dem Sitz 48 ebenfalls unter Berücksichtigung der Größe der Bodenfläche des Gewichtsteils 45 zu bestimmen, welche einen Einfluß auf die Luftdämpfungscharakteristik ausübt. Wenn bei der fünften Ausführungsform wie durch Gleichung (7) dargestellt die Dimension des Luftzwischenraums durch Bezugszeichen d bezeichnet wird und die Bodenfläche durch Bezugszeichen S bezeichnet wird, wird der Wert von S/d² auf einen Bereich von 0,01 bis 0,05 bestimmt, wodurch eine Stabilisierung des 0G-Ausgangs erzielt wird.
Bei der fünften Ausführungsform sind aus dem folgenden Grund der maximale Wert von S/d² auf 0,05 und der minimale Wert auf 0,01 bestimmt.
Um den Einfluß des Werts von S/d² auf den 0G-Ausgang zu bestätigen, haben die Erfinder berechnet, wie sich die Beziehung zwischen der Potentialdifferenz zwischen dem Halbleitersensorchip 41 und dem Sitz 48 und dem Änderungsbetrag des 0G-Ausgangs entsprechend dem Wert S/d² wie durch 31 dargestellt ändert (0,01-0,07 in einem Beispiel entsprechend 31).
Aus 31 ergibt sich, daß, um die Änderung des 0G-Ausgangs in einem zulässigen Bereich zu begrenzen, der Wert von S/d² etwas verringert werden muß. D.h. auf der Grundlage der in 31 dargestellten Charakteristik und der Situation, bei welcher die Potentialdifferenz im Entwurf, welche zwischen dem Sensorhalbleiterchip 41 und dem Sitz 48 angelegt wird, etwa 3,5V beträgt, der Wert von S/d² auf 0,05 oder weniger bestimmt werden muß, wenn der zulässige Bereich der Änderung des 0G-Ausgangs 0,05V oder weniger beträgt, was eine vergleichsweise harte Anforderung darstellt.
Die Erfinder haben durch Experiment die Beziehung zwischen der Vibration des Gewichtsteils 45 und dem Wert S/d² bezüglich des G-Sensors 47 herausgefunden. Ziel des Experimentes war es, den Vibrationsabschwächungsbetrag bzw. -verringerungsbetrag in einem Zustand zu untersuchen, bei welchem die Vibration auf das Gewichtsteil 45 des G-Sensors 47 aufgebracht wird, und die experimentellen Daten sind in 32 dargestellt.
Aus 32 ergibt sich, daß dann, wenn der Wert von S/d² 0,01 oder mehr beträgt, ein hinreichender Luftdämpfungseffekt bei einer vergleichsweise harten Anforderung bereitgestellt werden kann, bei welcher der gewährbare Bereich des Vibrationsabschwächungsbetrags bei etwa 6dB oder weniger liegt.
Mittlerweile besitzt der bei der fünften Ausführungsform verwendete Halbleitersensorchip 41 eine Form, welche etwa ähnlich derjenigen des Halbleitersensorchips der herkömmlichen Struktur ist (wie in 44 dargestellt). Jedoch ist bei der fünften Ausführungsform der Halbleitersensorchip 41 auf dem Sitz 48 durch das flexible Haftmittel 29 befestigt, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient äquivalent zu demjenigen des Halbleitersensorchips 41 ist, durch das flexible Haftmittel 29, und des weiteren wird eine öllose Luftdämpfung durchgeführt, und dementsprechend ist die Temperaturcharakteristik derjenigen des herkömmlichen Produkts überlegen, bei welcher der Halbleitersen sorchip 1 anodisch auf den Glassitz 8 gebondet ist und eine Öldämpfung durchgeführt wird.
D.h. 33 stellt ein Ergebnis des Messens eines Krümmungspunkts bezüglich der Temperaturcharakteristik eines Sensorausgangs im Hinblick auf eine Mehrzahl von Proben des herkömmlichen G-Sensors (anodisch gebondet, mit Öl zur Dämpfung), eines G-Sensors (anodisch gebondet, ohne Öl zur Dämpfung) dar, welcher eine Luftdämpfung in einem herkömmlichen Produkt und dem G-Sensor 47 entsprechend der fünften Ausführungsform ausführt.
33 stellt Verteilungen von Meßergebnissen dar (Mittelwerte sind durch schwarze Kreise dargestellt), und aus 33 ist ersichtlich, daß bei dem G-Sensor 47 der fünften Ausführungsform sogar dann, wenn der zulässige Bereich des Krümmungspunkts der Temperaturcharakteristik bei 0,6% oder darunter liegt, was eine vergleichsweise hart Anforderung darstellt, die Anforderung hinreichend erfüllt wird.
Der elektrostatische Schild kann ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform dem G-Sensor 47 entsprechend der fünften Ausführungsform bereitgestellt werden. Des weiteren kann die Struktur wie bei der zweiten Ausführungsform (die Struktur des erzwungenen Beibehaltens von Potentialen des Sitzes 48 und des Halbleitersensorchips 41 auf demselben Pegel), die Struktur wie bei der dritten Ausführungsform (die Struktur des Bereitstellens von Vorsprüngen zum Beschränken der übermäßigen Deformierung des Gewichtteils 45) und die Struktur wie bei der vierten Ausführungsform (die Struktur des Bereitstellens von Vorsprüngen anstelle der Harzkörner 28 als Abstandshalter) können ebenfalls auf die fünfte Ausführungsform angewandt werden.
Sechste Ausführungsform
35 bis 40 stellen die sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar, und es wird lediglich eine Beschreibung von Teilen im folgenden gegeben, welche sich von denjenigen der ersten Ausführungsform unterscheiden.
35 zeigt das Aussehen eines Halbleiterbeschleunigungssensors, und 36 stellt eine Querschnittsstruktur entlang Linie A-A von 35 dar. Entsprechend 35 und 36 wird bei einem Halbleiterbeschleunigungssensor 50 (hiernach als G-Sensor bezeichnet) ein Halbleitersensorchip 21 mit einer ähnlichen Struktur wie derjenigen bei der ersten Ausführungsform von einem Sitz 26 über einen Rahmen 22 davon gehalten, und ein integrierter Körper des Halbleitersensorchips 21 und des Sitzes 26 haften an einem Keramiksubstrat 27b an, welches ein Gehäuse 27 bildet. Das flexible Haftmittel 31, welches mit einer Mehrzahl von Harzkörner 33 vermischt ist, wird bei der Haftoperation verwendet.
Bei dem G-Sensor 50 der sechsten Ausführungsform haften der Rahmen 22 und der Sitz 26 durch ein Bondmaterial 51 als Trageteil aneinander. Das Bondmaterial 51 wird durch Mischen einer Mehrzahl von Harzkörner 51b für Abstandshalter (mit einem Durchmesser von beispielsweise etwa 8μm) mit einem flexiblen Haftmittel 51a von beispielsweise etwa 0,1 Gewichts% gebildet. In diesem Fall wird wenigstens einer der in der Mehrzahl vorkommenden Harzkörner 51b durch ein leitendes Korn gebildet, wobei die Oberfläche davon mit einem leitenden Material überzogen (umhüllt) ist, beispielsweise mit Gold, wodurch der Widerstandswert zwischen dem Halbleitersensorchip 21 und dem Sitz 26 über das Bondmaterial 51 auf 10¹⁰ Ohm oder weniger bestimmt wird.
37 zeigt ein Ergebnis des Abschätzens eines Widerstandswerts R1 des Bondmaterials 51, wenn kein leitendes Korn in der Gruppe der Harzkörner 51b vorhanden ist, und einen Widerstandswert R2 des Bondmaterials 51, wenn alle der Gruppe von leitenden Körnern 51b durch leitende Körner in einem üblichen Temperaturbereich zur Verwendung des G-Sensors 50 gebildet sind (–30°C bis 85°C). Die Charakteristik von 37 stellt ein Beispiel dar, bei welchem das Mischungsverhältnis der Harzkörner 51b 0,1 Gewichts% beträgt, dem Widerstandswert der Harzkörner 51b, wenn sie nicht mit Gold überzogen sind, 2,9 × 10¹² Ohm beträgt, und der Widerstandswert der Harzkörner 51, welche mit Gold überzogen sind, mehrere 10 Ohm beträgt.
Entsprechend dem durch 37 dargestellten Ergebnis der Abschätzung beträgt der Widerstandswert R2 des Bondmaterials 51 dann, wenn die Gesamtheit der Gruppe aus Harzkörner 51b aus den leitenden Körnern besteht, etwa 100 Ohm. Tatsächlich kann das Verhältnis der leitenden Körner in den Harzkörnern 51b derart bestimmt werden, daß der Widerstandswert zwischen dem Sensorhalbleiterchip 21 und dem Sitz 26 in einem Zustand, bei welchem sie durch das Bondmaterial 51 gebondet sind, zu 10¹⁰ Ohm oder weniger wird. Wenn die mit Gold überzogenen Harzkörner, die bei der sechsten Ausführungsform verwendet werden, falls wenigstens einer der leitenden Körner der Harzkörner 51b in einen Zustand gebracht wird, bei welchem der Halbleitersensorchip 21 und der Sitz 26 elektrisch verbunden sind, wird der Widerstandswert zwischen dem Halbleitersensorchip 21 und dem Sitz 26 über das Bondmaterial 51 zu 10¹⁰ Ohm oder weniger.
Es wird bevorzugt, daß der Elastizitätsmodul des flexiblen Haftmittels 51a, welches bei der sechsten Ausführungsform verwendet wird, 500 MPa oder weniger beträgt und daß beispielsweise Silikonharz, Urethanharz, Acrylharz, Polyamidharz, Polyimidharz, flexibles Epoxidharz oder dergleichen dafür verwendet wird. Des weiteren beträgt der Elastizitätsmodul der Harzkörner 51b vorzugsweise 10 GPa oder weniger, und daher wird Polybutadienbenzolharz, Silikonharz, Urethanharz, Acrylharz, Polyimidharz, flexibles Epoxidharz, Venylharz oder dergleichen verwendet.
Des weiteren wird ein Betrag der in das Bondmaterial 51 gemischten Harzkörner 51b unter Berücksichtigung der unten erwähnten Situation bestimmt.
D.h. die Erfinder haben einen Test eines Belassens in bzw. bei einer niedrigen Temperatur durchgeführt, welcher ein Temperaturspannungstest war, durch Bereitstellen bzw. Aufbereiten von verschiedenen Proben bezüglich des G-Sensors 50 aus einer Probe, bei welcher die Harzkörner 51b nicht in das Bondmaterial 51 gemischt wurden, bis zu einer Probe, bei welcher etwa 0,55 Gewichts% davon hineingemischt wurden. Entsprechend dem Test des Belassens in der niedrigen Temperatur wurde ein Verfahren eines Testzyklus durchgeführt, wobei nach dem Messen einer Empfindlichkeit S0 einer Probe bei Raumtemperatur die Probe in einer Umgebung von –40°C über eine vorbestimmte Zeitperiode belassen wurde und danach die Temperatur der Probe wieder auf Raumtemperatur gebracht und eine Empfindlichkeit S1 gemessen wurde.
38 zeigt ein Ergebnis des Messens der Empfindlichkeitsänderung ΔS (=(S0 – S1) × 100/S0(%)) vor und nach dem Test des Belassens bei niedriger Temperatur in einem Zustand, bei welchem der Betrag des Mischens der Harzkörner 51b in das Bondmaterial geändert wurde. Aus dem Ergebnis ergibt sich, daß dann, wenn die Empfindlichkeitsänderung ΔS auf etwa ±2% festgelegt wurde, was einen Bereich des genauen Erfassens der Beschleunigung in einem Erfassungsgebiet einer Beschleunigung von beispielsweise etwa ±1G darstellt, der Mischungsbetrag der Harzkörner 51b bei etwa 0,1 Gewichts% oder weniger liegen muß. Der untere Grenzwert des Mischungsbetrags kann theoretisch auf einen Wert festgelegt werden, bei welchem wenigstens drei Stücke von Harzkörner 51b an relevanten Intervallen an der Haftseite zum Sichern eines Raums zwischen dem Gewichtsteil 23 und dem Sitz 26 angeordnet sind, es wurde jedoch herausgefunden, daß 0,03 Gewichts% ein relevanter unterer Grenzwert eines empiri schen Werts aus einer Beziehung für eine tatsächliche Verfahrensleistungsfähigkeit darstellt.
Bei der sechsten Ausführungsform, welche wie oben beschrieben gebildet ist, wird eine Spannung mit demselben Pegel wie demjenigen der an den Halbleitersensorchip 21 angelegten Versorgungsspannung an den Sitz 26 über die leitenden Körner in der Gruppe der Harzkörner 21b angelegt. Dementsprechend wird die zwischen dem Halbleitersensorchip 21 und dem Sitz 26 hervorgerufene Potentialdifferenz reduziert. D.h. es wird dann, wenn die Potentialdifferenz durch V bezeichnet wird, die folgende Gleichung (8) erzielt V = V0 × (1 – e–T/CR) (8)wobei V₀ eine Potentialdifferenz an einer Eingangsstufe einer Anlegespannung bezeichnet, C eine elektrostatische Kapazität zwischen dem Halbleitersensorchip 21 und dem Sitz 26 bezeichnet, R einen Widerstandswert zwischen dem Halbleitersensorchip 21 und dem Sitz 26 bezeichnet und T eine Zeitkonstante bezeichnet.
Aus der obigen Gleichung ist zu entnehmen, daß sich die Potentialdifferenz V entsprechend einer Reduzierung des Widerstandswerts R zwischen dem Halbleitersensorchip 21 und dem Sitz 26 verringert. Bei der sechsten Ausführungsform wird der Widerstandswert zwischen dem Halbleitersensorchip 21 und dem Sitz 26 auf 10¹⁰ Ohm oder weniger bestimmt und entsprechend einer derartigen Struktur wird die zwischen dem Halbleitersensorchip 21 und dem Sitz 26 hervorgerufene Potentialdifferenz hinreichend reduziert. Dementsprechend wird die zwischen dem Gewichtsteil 23 und dem Sitz 26 hervorgerufene elektrostatische Anziehung reduziert. Als Ergebnis kann eine Verschlechterung der Ausgangscharakteristik, welche durch die an der Innenseite des G-Sensors 50 gebildete elektrostatische Anziehung hervorgerufen wird, verhindert werden, wodurch eine stabile Ausgangscharakteri stik vorgesehen werden kann. Um einen derartigen Effekt bereitzustellen, wird lediglich das Bondmaterial 21 mit einer vorbestimmten elektrischen Charakteristik verwendet, und daher kann eine Vereinfachung der Struktur ebenfalls realisiert werden.
39 stellt ein experimentelles Ergebnis des Messen eines Änderungsbetrags des Sensorausgangs dar, wenn unterschiedliche Spannungspegel an den Sitz 26 in einem Zustand angelegt werden, bei welchem eine Spannung von 3,2V an den Halbleitersensorchip 21 bezüglich einer Probe in einem Zustand angelegt wird, bei welchem der Halbleitersensorchip 21 und der Sitz 26 voneinander isoliert sind (es ist kein leitendes Korn in der Gruppe der Harzkörner 51b enthalten). Aus dem Ergebnis ist zu entnehmen, daß die Änderung des Sensorausgangs minimiert wird, wenn der Potentialpegel des Sitzes 26 gleich dem Potentialpegel des Halbleitersensorchips 21 ist.
40 stellt des weiteren ein Ergebnis des Abtastens eines Änderungszustands des 0G-Ausgangs bezüglich einer Anzahl von G-Sensoren 50 dar, welche einer Burn-In-Verarbeitung unterworfen worden sind. Aus 40 ergibt sich, daß der Änderungsbetrag des 0G-Ausgangs für nahezu alle Proben reduziert ist, und es ergibt sich, daß ein Ertrag bis 97% oder mehr bei einer harten Anforderung erreicht wird, bei welcher der Änderungsbetrag des 0G-Ausgangs auf beispielsweise lediglich ±0,05G zugelassen wird.
Wenn die Struktur der sechsten Ausführungsform angenommen wird, wird es des weiteren bevorzugt, daß eine Druckkraft auf das Bondmaterial 51 ausgeübt wird, wenn der Halbleitersensorchip 21 durch das Bondmaterial 51 an dem Sitz 26 anhaftet. Auf diese Weise kann der elektrische Verbindungszustand zwischen dem Halbleitersensorchip 21 und dem Sitz 26 durch die leitenden Körner der Harzkörner 51b sichergestellt werden.
Obwohl die leitenden Körner, bei welchen die Oberfläche der Harzkörner mit Gold überzogen ist, bei der sechsten Ausführungsform verwendet werden, können leitende Körner, bei welchen die Oberflächen der Harzkörner mit einem leitendem Material wie Silber oder dergleichen überzogen (umhüllt) sind, verwendet werden, oder es können leitende Körner verwendet werden, welche ein Metall aufweisen bzw. daraus bestehen. Obwohl das Bondmaterial 51, in welches die Harzkörner 51b in das flexible Haftmittel 51a gemischt sind, verwendet wird, kann ein Bondmaterial verwendet werden, welches ein Haftmittel und eine Mehrzahl von Körnern (einschließlich wenigstens eines leitenden Korns) in Kombination aufweist.
Ein Bondmaterial, welches ein leitendes Haftmittel zum Anhaften des Halbleitersensorchips 21 an dem Sitz 26 aufweist, kann anstelle des Bondmaterials 51 verwendet werden. Des weiteren kann ein Bondmaterial, welches ein Haftmittel zum Anhaften des Halbleitersensorchips 21 an dem Sitz 26 und in das Haftmittel gemischtes Kohlenstoffpulver aufweist, anstelle des Bondmaterials 51 verwendet werden. Des weiteren kann ein Bondmaterial, welches eine leitende Haftschicht zum Anhaften des Halbleitersensorchips 21 an dem Sitz 26 aufweist, anstelle des Bondmaterials 51 verwendet werden.
Siebente Ausführungsform
41 stellt die siebente Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar, welche durch Modifizieren der sechsten Ausführungsform gebildet wird, und eine Erklärung von Teilen, die sich bezüglich denen der sechsten Ausführungsform unterscheiden, wird im folgenden gegeben.
Die siebente Ausführungsform ist derart gebildet, daß anstelle eines Trageteils zum Tragen des Halbleitersen sorchips 21 durch den Sitz 26 anstelle des Bondmaterials 51 wie bei der sechsten Ausführungsform ein Trageteil 52 vorgesehen ist, welches beispielsweise eine Mehrzahl von Vorsprüngen 52a, welche integriert mit dem Sitz 26 gebildet sind, und ein leitendes Haftmittel 52b aufweist, um den Halbleitersensorchip 21 und den Sitz 26 über die Vorsprünge 52a in Kontakt miteinander zu bringen. In diesem Fall werden die Vorsprünge 52a durch Ätzen des Sitzes 26 gebildet. Des weiteren wird bevorzugt, daß das leitende Haftmittel 52b verwendet wird, welches einen Elastizitätsmodul von 500MPa oder weniger aufweist.
Bei der wie oben beschrieben gebildeten siebenten Ausführungsform wird eine Spannung, welche denselben Pegel wie denjenigen der an den Sensorhalbleiterchip 21 angelegten Versorgungspannung aufweist, an den Sitz 26 über die Vorsprünge 52a und das leitende Haftmittel 52b angelegt. Daher wird die zwischen dem Halbleitersensorchip 21 und dem Sitz 26 hervorgerufene Potentialdifferenz reduziert, und als Ergebnis kann derselbe Effekt wie bei der sechsten Ausführungsform erzielt werden. Insbesondere besitzt die siebente Ausführungsform den Vorteil, daß die Dimensionssteuerung des Luftzwischenraums zwischen dem Gewichtsteil 23 des Halbleitersensorchips 21 und dem Sitz 26 durch die Vorsprünge 52a durchgeführt werden kann, welche integriert mit dem Sitz 26 gebildet sind.
Obwohl bei der siebenten Ausführungsform die Vorsprünge 52a an der Seite des Sitzes 26 gebildet sind, können die Vorsprünge an der Seite des Rahmens 22 des Halbleitersensorchips 21 gebildet werden. Wenn der elektrische Leitungszustand zwischen dem Halbleitersensorchip 21 und dem Sitz 26 über die Vorsprünge 52a sichergestellt wird, kann des weiteren ein normales Haftmittel anstelle des leitenden Haftmittels 52b verwendet werden.
Achte Ausführungsform
42 und 43 stellen die achte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar, welche durch ein weiteres Modifizieren der sechsten Ausführungsform gebildet wird, und es wird im folgenden eine Erklärung der Teile gegeben, die sich von denjenigen der sechsten Ausführungsform unterscheiden.
Bei der achten Ausführungsform sind der Halbleitersensorchip 21 und der Sitz 26 durch dasselbe Material (beispielsweise einem Siliziumeinkristallsubstrat) integriert. 42 stellt eine Außenansicht eines Halbleiterbeschleunigungssensors dar, und 43 stellt eine Querschnittsstruktur entlang Linie B-B von 42 dar.
Wenn entsprechend 42 und 43 eine Sensoreinheit 53, welche ein integrierter Körper des Halbleitersensorchips 21 ist, und der Sitz 26 hergestellt werden, wird ein Verfahren des Ätzens in Abhängigkeit einer Verunreinigungskonzentration durchgeführt. In diesem Fall wird ein P⁺- oder N⁺-Gebiet mit einer hohen Konzentration (10¹⁹/cm³ oder mehr) durch Einbetten eines Diffusionsgebiets oder Implantieren von Ionen an einem Teil eines Halbleitereinkristallsubstratmaterials gebildet, welches Gegenstand des Ätzens ist, und es wird lediglich das Gebiet hoher Konzentration selektiv durch eine Ätzlösung einer HF-HNO₃-CH₃COOH-Gruppe geätzt, durch welche die Sensoreinheit 53 gebildet wird, welche mit dem Halbleitersensorchip 21 und dem Sitz 26 integriert ist.
Bei der wie oben beschrieben gebildeten achten Ausführungsform sind der Halbleitersensorchip 21 und der Sitz 26 durch dasselbe Material integriert gebildet. Daher wird die durch den Halbleitersensorchip 21 und den Sitz 26 hervorgerufene Potentialdifferenz hinreichend reduziert, und es wird die durch das Gewichtsteil 23 und den Sitz 26 hervorgerufene elektrostatische Anziehung spürbar reduziert. Als Ergebnis kann ebenfalls wie bei der achten Ausführungsform eine Verschlechterung der Ausgangscharakteristik, welche durch die elektrostatische Anziehung hervorgerufen wird, die an der Innenseite erzeugt wird, verhindert werden, und es kann eine stabile Ausgangscharakteristik erzielt werden. Bei der achten Ausführungsform wird des weiteren auf das Bondmaterial 51 der sechsten Ausführungsform verzichtet, und es kann eine Verringerung einer Anzahl von Teilen realisiert werden.
Weitere Ausführungsformen
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann wie folgt modifiziert oder erweitert werden.
Obwohl der Halbleitersensorchip 21 oder 41 durch ein Siliziumeinkristallsubstrat gebildet wird, kann er durch ein anderes Material mit einem großen piezoelektrischen Widerstandskoeffizienten gebildet werden. Das Material des Gehäuses 27 und des Deckels 35 ist nicht auf Keramik beschränkt, sondern die Teile können durch ein Isolierungsmaterial wie Glas oder Metall gebildet werden. Obwohl der elektrostatische Schild 34 über dem Gesamtgebiet des Oberseitenteils in dem Gehäuse 27 installiert ist, können verschiedene Arten einer Struktur ausgebildet werden, bei welcher der elektrostatische Schild ebenfalls als Deckel 35 vorgesehen ist, einer Struktur, bei welcher der elektrostatische Schild lediglich an einem Teil entsprechend der Bodenseite des Halbleitersensorchips 21 vorgesehen ist, oder einer Struktur, bei welcher der elektrostatische Schild nahezu den gesamten Sensorchip 21 bedeckt, oder dergleichen.
Das Ätzverfahren zur Bildung der Ausleger 24 oder 46 ist nicht auf ein elektrochemisches Ätzstoppverfahren beschränkt, sondern es kann auch ein normales Ätzverfahren sein. Ebenfalls kann ein isotropes Ätzverfahren anstelle des alkalischen anisotropen Ätzens verwendet werden.
Als Basishaftmittel des flexiblen Haftmittels 29, 31, 51a oder 52b kann ein flexibles Epoxidharz oder dergleichen gegenüber dem Silikonharz verwendet werden.
Die Ausleger können eine Struktur zum Tragen des Gewichtsteils an drei oder weniger als drei Teilen gegenüber der Struktur besitzen, bei welcher die Ausleger das Gewichtsteil an vier Teilen eines zweifach unterstützten Typs tragen, oder es kann an fünf oder mehr Teilen getragen werden. Die vorliegende Erfindung ist auf einen Balken eines Auslegertyps anwendbar.

Claims

Halbleiterbeschleunigungssensor mit: einem Halbleitersensorchip (21) mit einem über Ausleger (24) getragenen Gewichtsteil (23) zum Erfassen einer Beschleunigung von bis zu etwa ±1G durch Anwendung eines piezoelektrischen Widerstandseffekts von Widerstandselementen (R11 bis R14, R21 bis R24), welche auf den Auslegern gebildet sind; und einem Sitz (26), welcher den Halbleitersensorchip trägt, wobei der Sitz aus einem Material mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten äquivalent zu dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Halbleitersensorchips gebildet ist, wobei das Gewichtsteil (23) bezüglich des Sitzes derart angeordnet ist, daß die folgende Gleichung erfüllt wird: 0,01 ≦ S/d2 ≦ 0,05wobei d eine Ausdehnung eines Luftzwischenraums zwischen dem Sitz und dem Gewichtsteil und S eine Bodenfläche des Gewichtsteils bezeichnen, wodurch eine Luftdämpfung des Gewichtsteils vorgesehen wird.
Halbleiterbeschleunigungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleitersensorchip einen Rahmen (22) zum Tragen des Gewichtsteils über die Ausleger; und Abstandshalter (28) aufweist, welche zwischen dem Sitz und dem Rahmen vorgesehen sind, wobei die Ausdehnung des Luftzwischenraums durch die Abstandshalter gesteuert wird.
Halbleiterbeschleunigungssensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter (28) Harzteilchen (28) aufweisen, welche eine vorbestimmte Teilchengröße besitzen, und der Sitz an dem Rahmen durch ein flexibles Haftmittel anhaftet, in welches die Harzteilchen von 0,1 Gewichts% oder weniger gemischt sind.
Halbleiterbeschleunigungssensor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (32) zum Anlegen einer Spannung an den Sitz, deren Pegel dieselbe Größe wie ein Pegel einer an den Halbleitersensorchip angelegten Versorgungsspannung besitzt.
Halbleiterbeschleunigungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Burn-in-Verfahren ausgeführt wird, bei welchem ein integrierter Körper des Halbleitersensorchips (21) und des Sitzes (26), welcher den Halbleitersensorchip trägt, einer vorbestimmten Temperatur über eine vorbestimmte Zeit ausgesetzt wird.
Halbleiterbeschleunigungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ausdehnung der Dicke der Ausleger (24) des Halbleitersensorchips auf einen Wert gleich oder größer einer bestimmten Ausdehnung bestimmt ist, wodurch ein Änderungsbetrag einer Empfindlichkeit eines Temperaturbereichs zur Verwendung des Halbleitersensorchips einen vorbestimmten zulässigen Wert annimmt.
Halbleiterbeschleunigungssensor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen elektrostatischen Schild (34), welcher wenigstens an einer Position entsprechend einer Bodenseite des Halbleitersensorchips vorgesehen ist, zum Aufheben eines Einflusses einer statischen Elektrizität auf den Halbleitersensorchip.
Halbleiterbeschleunigungssensor mit: einem Halbleitersensorchip (21) mit einem über Ausleger (24) getragenes Gewichtsteil zum Erfassen einer Beschleunigung bis zu etwa ±1G unter Anwendung eines piezoelektrischen Widerstandseffekts von Widerstandselementen (R11 bis R14, R21 bis R24), welche auf den Auslegern gebildet sind; einem Sitz (26), welcher den Halbleitersensorchip trägt; und einem Trageteil (28, 29), welches zwischen dem Halbleitersensorchip und dem Sitz angeordnet ist, um das Auftreten einer Potentialdifferenz zwischen dem Halbleitersensorchip und dem Sitz zurückzuhalten.
Halbleiterbeschleunigungssensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Widerstandswert zwischen dem Halbleitersensorchip (21) und dem Sitz (26) über das Trageteil (28, 29) auf 10¹⁰ Ohm oder weniger bestimmt ist.
Halbleiterbeschleunigungssensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Trageteil (28, 29) ein Haftmittel (29) zum Anhaften des Halbleitersensorchips und des Sitzes und eine Mehrzahl von Körnern (28) aufweist, welche in das Haftmittel gemischt sind, und wenigstens eines der in der Mehrzahl vorkommenden Körner (28) als leitendes Korn ausgebildet ist.
Halbleiterbeschleunigungssensor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das leitende Korn (28) durch Umhüllung mit einem leitenden Material der Oberfläche des Harzkorns gebildet ist.
Halbleiterbeschleunigungssensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Trageteil (29) ein Haftmittel zum Anhaften des Halbleitersensorchips und des Sitzes und ein in das Haftmittel gemischtes Kohlenstoffpulver aufweist.
Halbleiterbeschleunigungssensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Trageteil (29) als leitende Haftschicht zum Anhaften des Halbleitersensorchips und des Sitzes ausgebildet ist.
Halbleiterbeschleunigungssensor mit: einem Halbleitersensorchip (21), welcher ein durch Ausleger (24) getragenes Gewichtsteil (23) aufweist, zum Erfassen einer Beschleunigung bis zu etwa ±1G unter Anwendung eines piezoelektrischen Widerstandseffekts von Widerstandselementen (R11 bis R14, R21 bis R24), welche auf den Auslegern gebildet sind; und einem Sitz (26) zum Tragen des Halbleitersensorchips, wobei der Sitz integriert mit dem Halbleiterchip durch dasselbe Material wie das Material des Halbleitersensorchips gebildet ist.
Halbleiterbeschleunigungssensor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleitersensorchip (21) und der Sitz (26) durch Ätzen in Abhängigkeit einer Verunreinigungskonzentration gebildet sind.
Halbleiterbeschleunigungssensor mit: einem Halbleitersensorelement (21), welches ein über Ausleger (24) getragenes Gewichtsteil (23) aufweist, zum Erfassen einer Beschleunigung bis zu etwa ±1G unter Anwendung eines piezoelektrischen Widerstandseffekts von Widerstandselementen (R11 bis R14, R21 bis R24), welche auf den Auslegern gebildet sind; und einem Sitz (26), welcher zwischen dem Halbleitersensorelement und einem Substrat (27b) angeordnet ist, zum Anbringen des Halbleitersensorelements, wobei der Sitz einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, welcher im wesentlichen genauso groß wie ein thermischer Ausdehungskoeffizient des Halbleitersensorelements ist, wobei die Ausdehnung der Dicke des Sitzes (26) derart bestimmt ist, daß eine Änderungsrate einer Erfassungsempfindlichkeit des Halbleitersensorelements vor und nach einem vorbestimmten thermischen Spannungstest einen vorbestimmten zulässigen Wert oder weniger annimmt.
Halbleiterbeschleunigungssensor nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausdehnung der Dicke des Sit zes (26) auf 1mm oder größer bestimmt ist, wenn eine Chipgröße des Halbleitersensorelements etwa 3 × 3 mm bis 4 × 4 mm beträgt.
Halbleiterbeschleunigungssensor nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Sitz (26) aus demselben Halbleitermaterial wie das Halbleitersensorelement (21) gebildet ist.
Halbleiterbeschleunigungssensor mit: einem Halbleitersensorelement (21), welches ein über Ausleger (24) getragenes Gewichtsteil aufweist, zum Erfassen einer Beschleunigung von bis zu etwa ±1G unter Anwendung eines piezoelektrischen Widerstandseffekts von Widerstandselementen (R11 bis R14, R21 bis R24), welche auf den Auslegern gebildet sind, wobei eine Ausdehnung der Dicke der Ausleger (24) des Halbleitersensorelements auf einen Wert gleich oder größer als eine bestimmte Ausdehnung bestimmt ist, wenn ein Wert eines Temperaturempfindlichkeitskoeffizienten TCS, welcher eine Änderungsrate der Empfindlichkeit pro Grad anzeigt, zu ±800ppm wird.
Halbleiterbeschleunigungssensor nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausdehnung der Dicke der Ausleger (24) des Halbleitersensorelements auf 4,2μm oder größer bestimmt ist.
Halbleiterbeschleunigungssensor nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausdehnung der Dicke der Ausleger (24) des Halbleitersensorelements auf 4,5μm bis 5,5μm bestimmt ist.
Halbleiterbeschleunigungssensor mit: einem Halbleitersensorelement (41), welches ein über Ausleger (46) getragenes Gewichtsteil aufweist, zum Erfassen einer Beschleunigung von bis zu etwa ±1G unter Anwen dung eines piezoelektrischen Widerstandseffekts von Widerstandselementen (R11 bis R14, R21 bis R24), welche auf den Auslegern gebildet sind; einem Sitz (48), welcher aus einem Material mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten äquivalent zu einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Halbleitersensorelements gebildet ist und in der Nähe des Gewichtsteils angeordnet ist, wodurch das Gewichtsteil mit einer Luftdämpfung versehen ist; einem inneren Rahmen (43) zum Tragen des Gewichtsteils über die Ausleger; einem äußeren Rahmen (42), welcher an dem Sitz befestigt ist, zum Tragen des inneren Rahmens über ein dickes Verbindungsteil (44), wobei eine Ausdehnung der Dicke der Ausleger (46) des Halbleitersensorelements auf einen Wert gleich oder größer als eine bestimmte Ausdehnung gesetzt ist, wenn ein Wert eines Temperaturempfindlichkeitskoeffizienten TCS, welche eine Änderungsrate der Empfindlichkeit pro °C anzeigt, zu ± 800 ppm wird.
Halbleiterbeschleunigungssensor nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausdehnung der Dicke der Ausleger (46) des Halbleitersensorelements auf einen Wert gleich oder größer als eine bestimmte Ausdehnung gesetzt ist, wenn der Wert des Temperaturempfindlichkeitskoeffizienten TCS, welche die Änderungsrate der Empfindlichkeit pro Grad anzeigt, zu ±200 ppm wird.
Halbleiterbeschleunigungssensor nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausdehnung der Dicke der Ausleger (46) des Halbleitersensorelements auf 3,2μm bis 6,0μm bestimmt ist.