DE4419267C2

DE4419267C2 - Halbleiterbeschleunigungssensor und Testverfahren dafür

Info

Publication number: DE4419267C2
Application number: DE4419267A
Authority: DE
Inventors: Katsumichi Ueyanagi
Original assignee: Denso Ten Ltd; Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Denso Ten Ltd; Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1993-06-03
Filing date: 1994-06-01
Publication date: 2003-02-27
Anticipated expiration: 2014-06-02
Also published as: JPH06342007A; GB9411068D0; DE4419267A1; JP2549815B2; US5608153A; GB2280307B; US5526687A; GB2280307A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf Beschleunigungs sensoren, um eine Beschleunigung zu erfassen. Genauer ist die vorliegende Erfindung auf einen Halbleiterbeschleunigungssensor gerichtet, in dem eine Beschleunigungsdektionsschaltung angeordnet ist, in dem ein Halbleiterdeh nungsmesser verwendet wird, und ebenfalls auf ein Verfahren, um den Be schleunigungssensor zu testen.

Ein kompakter Halbleiterbeschleunigungssensor bzw. -messer aufgebaut, in dem man einen Dehnungsmesser in ein Halbleitersubstrat montiert, ist auf diesem Gebiet der Technik bekannt. Normalerweise wird das Testen von Halbleiterbeschleunigungssensoren durchgeführt, indem man eine großdi mensionierte mechanische Vibrationstestmaschine verwendet. Um einen Halbleiterbeschleunigungssensor herzustellen, der eine gleichförmige bzw. einheitliche Erfassungscharakteristik besitzt, wurde solch ein Einstellungs verfahren benutzt, um die Sensorsensitivitäten einzustellen, die man durch den Vibrationstest (nämlich einen Beschleunigungstest) der mechanischen Vibrationstestmaschine erhalten hat mit Verwendung der Korrekturschaltung. Da jedoch eine Vielzahl mechanischer Vibrationstesteinrichtungen in einer parallelen Betriebsart betrieben werden sollen, um diese Sensortestprozesse bzw. -abläufe in einer Massenproduktion durchzuführen, ist notwendiger weise eine lange Testzeit erforderlich und außerdem würden sich die Her stellungskosten des Halbleiterbeschleunigungssensors erhöhen.

Um die oben erklärten Probleme zu lösen, wurde ein konventionelles Test verfahren im US-Patent Nr. 5,103,667 vorgeschlagen. Fig. 1 zeigt schema tisch ein Beispiel des Halbleiterbeschleunigungssensors, wie er in diesem US-Patent offenbart wurde. Der Beschleunigungssensor ist aus Silizi ummasse (Gewicht) 110, einer Kappe 140 und einer Siliziumbasis 150 auf gebaut. Die Siliziummasse 110 wird über Balken bzw. Träger (flexible Teile) 112 und 114 durch einen Siliziumrahmen 120 getragen. Zwei Piezowiderstände 130 und 132 werden auf den oberen Oberflächen (Oberseiten) der Träger 112 und 114 gebildet. Die Kappe 140 ist gegenüberliegend dem Rahmen 120 angeordnet, um einen Luftspalt 142 zu definieren, und eine Verschiebungselektrode 160 ist an der inneren Oberfläche (Innenfläche) der Kappe 140 vorgesehen. Die Masse 110 ist gegenüber der Siliziumbasis 150 angeordnet, um einen weiteren Luftspalt 152 aufzubauen. Ein Block (Kissen bzw. Feld) 141 ist an der oberen Oberfläche des Rahmens 120 vorgesehen. Dieses Feld 161 ist elektrisch mit einer Elektrode 160 über einen Metalleiter 180 verbunden, der auf der Oberfläche der Kappe 140 gebildet ist.

Die Siliziumbasis 150, der Siliziumrahmen 120 und die Siliziumkappe 140 sind miteinander verbunden oder haften aneinander. Auch wenn diese Kom ponenten miteinander über Lot verbunden sind, oder aneinander haften unter Verwendung eines Haftmittels, würde jede dieser Haft- und Verbindungs schichten sich verschlechtern, was eine geringe Zuverlässigkeit zur Folge hat. Es gibt ein weiteres Problem, daß die Dicke der Befestigungsschicht bzw. der Haftschicht kontrolliert gesteuert werden muß.

Als Verfahren um Teile ohne jedes Haftmittel zu verbinden, ist das elek trostatische Verbindungsverfahren (Anodenverbindungsverfahren) in der Technik bekannt. Dieses elektrostatische Verbindungsverfahren wird ver wendet, um Silizium mit Glas gemäß der folgenden Art und Weise zu verbin den. Das heißt, Silizium und Glas sind in einem engen Kontakt miteinander. Während des Erhitzens auf Temperaturen von 300 bis 500°C werden unge fähr 500 Volt an die Silizium- und Glasverbindung angelegt, so daß Alkaliio nen, die in dem Glas enthalten sind, übertragen werden und eine Raumla dungsschicht in der Nähe der Grenzen zwischen dem Glas und dem Silizium erzeugt wird. Als eine Folge wird eine große elektrostatische Kraft erzeugt zwischen der Oberfläche des Siliziums und des Glases, wodurch eine chemi sche Bindung an den Grenzen bzw. Grenzflächen auftreten kann.

In dem Fall, daß die elektrostatische Verbindung verwendet wird, um Silizium mit Silizium gemäß dem oben beschriebenen US-Patent, wird ein SiO₂-Film (Schicht) gebildet, um beide Siliziumoberflächen zu verbinden mittels nasser Oxidation zu verbinden. Zur selben Zeit wird eine große Menge von SiOH- Radikalen in dem SiO₂-Film gebildet. Dies geschieht, weil H⁺, das durch die folgende Reaktionsformel gebildet wird, als ein Träger verwendet wird:

SiOH → SiO^- + H⁺

Da die elektrostatische Verbindung von Silizium mit Silizium bei einer so ho hen Temperatur wie zum Beispiel 900°C ausgeführt wird, kann Aluminium, das normalerweise als ein Verdrahtungsmuster in einer Halbleitereinrichtung verwendet wird, nicht benutzt werden. Außerdem gibt es einen weiteren un günstigen Einfluß, der durch das Erhitzen solch einer Einrichtung, in der die Schaltung bei höheren Temperaturen hergestellt wird, verursacht wird. Prak tisch gesprochen, ist es schwierig, den oben beschriebenen elektrostati schen Verbindungsprozeß auf den Halbleiterbeschleunigungssensor anzu wenden.

In Fig. 2 ist ein Beispiel gezeigt, in dem sowohl eine Kappe 200 und ein Sub strat 300 aus Glas hergestellt sind und eine solche Dreifachschichtstruktur ist elektrostatisch bei einer niedrigen Temperatur mit einem Siliziumdetektions glied 100 verbunden. Fig. 2(a) ist eine Schnittansicht eines gesamten Be schleunigungssensors und Fig. 2(b) ist ein teilweise vergrößertes Diagramm dieses Beschleunigungssensors.

Eine leitende Schicht 202 wird in einer Ausbuchtung 201 der Kappe 200 ge bildet, und ein Draht- bzw. Verdrahtungsmuster geht von diesem leitenden Film 202 über entweder eine Verbindungsoberfläche oder eine Haftoberflä che 400 auf das Siliziumdetektionsglied 100 über für Verbindungszwecke. Hier wird eine Wheatstone-Brücke gebildet auf der oberen Oberfläche eines Trägers 101 durch einen Halbleiterdehnungsmesser 104 und sowohl das Si liziumdetektionsglied 100 als auch das Gewicht 102 sind mit der Erdungslei tung dieser Brückenschaltung verbunden. Ein Unterstützungsglied 103 des Siliziumdetektionsglied 100 ist elektrostatisch mit einem Substrat 300 ver bunden, wodurch eine Einbuchtung 301 gebildet wird.

Um solch eine Struktur eines konventionellen Halbleiterbeschleunigungssen sors zu realisieren, muß das Verdrahtungsmuster gebildet sein von der Ein buchtung 201 der Kappe 200 durch entweder die Verbindungsoberfläche oder die Haftoberfläche 400 an das Siliziumdetektionsglied 100. Im Ergebnis ist es technisch schwierig, die Flachheit der Haftoberfläche 400 aufrechtzu erhalten, was die Zuverlässigkeit hinsichtlich der mechanischen Stärke ver schlechtern wird. Insbesondere, wenn ein solcher Beschleunigungssensor als ein Crash oder Zusammenstoßdetektionssensor verwendet würde, zum Beispiel in einer Gassack-Einrichtung für Automobile, würde die oben be schriebene verschlechterte Zuverlässigkeit ernste Sensorprobleme verursa chen, da die Sensorstruktur eine hohe Zuverlässigkeit erforderlich macht. Andererseits, obwohl es praktisch möglich sein könnte, entweder die Verbin dungsfläche oder die Haftfläche größer auszuzführen, um die oben beschrie benen Probleme zu vermeiden, gibt es andere verschiedene Probleme da hingehend, daß die Chipgröße des Beschleunigungssensors größer werden würde, und die Herstellungskosten davon erhöht würden.

Zum Stand der Technik sei noch auf die EP 0 519 626 A1, die EP 0 368 446 A2 und US 4 553 436 hingewiesen. So zeigt beispielsweise die EP 0 519 626 A1 einen Halbleiterbeschleunigungssensor, der ein Siliziumdetektierglied aufweist, d. h. ein Glied, das integral aus einem Siliziumsubstrat herausgear beitet wurde, wobei ferner eine Masse vorgesehen ist sowie ein Tragteil und Arme zum Kuppeln der Masse mit dem Tragteil. Sensoren sind an einer Oberfläche von Armen ausgebildet sind. Eine Abdeckung ist an einem Oberteil des Siliziumdetektiergliedes vorgesehen und besitzt eine Ausneh mung. Eine Basis, die aus Glas hergestellt sein kann, ist vorhanden und zwar ausgebildet an einem Unterteil des Siliziumdetektionsgliedes, wobei ferner eine Ausnehmung vorhanden ist. Um das Siliziumdetektionsglied an der Ba sis bzw. der Abdeckung zu befestigen, sind Metalllegierungsabdichtmittel vorgesehen und es wird darauf hingewiesen, dass die Befestigung der Basis und der Abdeckung auch in irgendeiner konventionellen Art und Weise aus geführt werden kann. Kondensatortestplatten sind oben auf der Masse vor handen und in der Ausnehmung der Abdeckung.

Die EP 0 386 446 A2 zeigt ebenfalls ein Siliziumdetektionsglied, das auf ei nem Siliziumsubstrat herausgearbeitet ist und eine Masse aufweist, wobei ferner ein oberer Abschnitt und ein Arm oder ein Unterstützungsteil zum Koppeln einer Abfühlmasse mit dem oberen Abschnitt vorhanden ist. Ein Wi derstand ist an der Oberfläche des Arms ausgebildet. Das Siliziumdetekti onsglied ist nicht integral verarbeitet, sondern besteht aus gesonderten Ab schnitten, und zwar einem dünnen planaren Abschnitt und dem oberen Ab schnitt sowie der Abfühlmasse. Diese entsprechenden Abschnitte sind mit einander durch Verkleben befestigt. Der Planarabschnitt und die Abfühlma sse können aus einem einzigen Block von Halbleitermaterial wie beispiels weise Silizium gefertigt werden. Dabei besteht eine Basis aus Glas und ist an einem Unterteil des Siliziumdetektiergliedes vorgesehen, wobei ein konkaver Raum vorhanden ist. Die Verbindung des oberen Abschnitts erfolgt durch Verkleben, wobei fernerhin eine leitende Schicht auf der konkaven Ausneh mung der Basis ausgebildet ist.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist, einen Halbleiterbeschleunigungssen sor bzw. -messer mit hoher Zuverlässigkeit zu schaffen.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen solchen Halbleiter beschleunigungssensor zu schaffen, dessen Herstellungkosten gering sind und der leicht getestet werden kann oder kalibriert werden kann, ohne groß dimensionierte Beschleunigungstestmaschinen zu verwenden.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren anzuge ben, um die Charakteristik bzw. Kennlinie eines Halbleiterbeschleunigungs sensors zu testen, ohne großdimensionierte Beschleunigungstestmaschinen zu verwenden.

Um die oben beschriebenen Ziele zu erreichen, ist ein Halbleiterbeschleuni gungssensor gemäß Anspruch 1 vorgesehen.

Ferner sieht die Erfindung ein Verfahren zum Testen eines Halb leiterbeschleunigungssensors gemäß Anspruch 9 und 11 vor.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteran sprüchen.

Die obigen und andere Ziele, Wirkungen und Vorteile der vorlie genden Erfindung werden klarer werden aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Zeichnungen.

Für ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung wird Bezug ge nommen auf die detaillierte Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeich nungen. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines konventionellen Halbeiterbeschleunigungs sensors;

Fig. 2(a) eine Schnittansicht eines anderen konventionellen Halbleiterbe schleunigungssensors;

Fig. 2(b) ein teilweise vergrößerte Ansicht des Halbleiterbeschleunigungssen sors, der in Fig. 2(a) gezeigt ist;

Fig. 3 eine Schnittansicht eines Halbleiterbeschleunigungssensors gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4A bis 4D perspektivische Ansichten zur Darstellung einer Struktur des ersten Halbleiterbeschleunigungssensors, der in Fig. 3 gezeigt wurde,

Fig. 4A eine perspektivische Ansicht der äußeren Erscheinung des ersten Halbleiterbeschleunigungssensors, und Fig. 4B bis 4D perspektivische Explosionsansichten eines oberen Glases 20, eines Siliziumdetek tionsgliedes 10 und eines unteren Glases 30 eines ersten Ausfüh rungsbeispiels des Halbleiterbeschleunigungssensors;

Fig. 5 eine Schnittansicht eines Halbleiterbeschleunigungssensors gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 6 eine perspektivische Teilansicht eines Siliziumdetektionsgliedes, das eine Zwei-Trägerbrückenstruktur besitzt;

Fig. 7 eine perspektivische Teilansicht eines Siliziumdetektionsglieds, das eine Vier-Trägerbrückenstruktur besitzt, und

Fig. 8 stellt eine charakteristische Kurve Kennlinie einer Beziehung zwischen einer angelegten Spannung und einer künstlichen Beschleunigung dar.

In Bezug auf die Zeichnungen wird ein Halbleiterbeschleunigungssensor ge mäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung im Detail be schrieben werden.

Fig. 3 ist eine Schnittansicht eines Halbleiterbeschleunigungssensors gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Fig. 4A bis 4D sind Illustrationen, um die geschnittenen Strukturen des ersten Halb leiterschleunigungssensors zu erklären, Fig. 4A ist eine perspektivische An sicht der äußeren Erscheinung des ersten Halbleiterbeschleunigungssensors und die Fig. 4B bis 4D sind perspektivische Explosionsansichten eines obe ren Glases 20, eines Siliziumdetektionsglieds 10 bzw. eines unteren Glases 30 davon. Das heißt, Fig. 4B zeigt schematisch eine perspektivische Explo sionsansicht des oberen Glases 20, dessen obere und untere Teile umge kehrt sind und Fig. 4C ist ein teilweises fragmentäres Diagramm des Silizi umdetektionsglieds 10. Fig. 3 ist eine Schnittansicht des ersten Beschleuni gungssensors, wobei entlang der unterbrochenen Linie A der Fig. 4A ge schnitten wurde.

Wie in Fig. 3 dargestellt ist, schließt das Siliziumdetektionsglied 10 einen Hebel (flexibler Teil) 11, ein Gewicht (Masse) 12, und ein Unterstützungsteil 13 ein, die integral aus einem Siliziumsubtrat verarbeitet wurden. Ein Halb leiterdehnungsmesser 14 ist auf der oberen Oberfläche des Hebels (Ausle gerhebel) 11 hergestellt.

Ein oberes Glas 20, in dem eine Einbuchtung 21 auf der Seite gebildet wird, die gegenüberliegend dem Gewicht 12 angeordnet ist, ist elektrostatisch mittels des oben erklärten bekannten Verfahrens mit der oberen Oberfläche (Oberseite) des Unterstützungsteils 13 derart verbunden, daß das Gewicht 12, getragen von dem Träger 11, verschoben werden kann, wenn es eine Beschleunigung erfährt. Ähnlich ist ein unteres Glas 30, das eine Einbuch tung 31 besitzt, die gegenüberliegend dem Gewicht 12 angeordnet ist, elek trostatisch mit einer unteren Seite des Unterstützungsteils 13 des Silizium detektionsglieds 10 derart verbunden, daß das Gewicht 12, getragen von dem Träger 11, verschoben werden kann, wenn es eine Beschleunigung er fährt. Ein dünner leitender Film 32 wird auf der Oberfläche der Einbuchtung 31 des unteren Glases 30, mittels Dampfabscheidung, Sputtern (Sprühen) und ähnlichem gebildet. Die Größe des unteren Glases 30 ist etwas größer als die des Siliziumdetektionsgliedes 10, damit ein Verdrahtungsmuster, das zum Beispiel aus Aluminium hergestellt ist, von dem dünnen leitenden Film 32 abgeleitet werden kann mittels einer Drahtverbindung und ähnlichem.

Die Wheatstone-Brückenschaltung ist derart konstruiert, daß, wenn eine Be schleunigung erzeugt wird, eine Differenzausgabe durch eine Vielzahl von Halbleiterdehnungsmessern 14, die auf der oberen Oberfläche des Trägers 11 hergestellt wurden, erzeugt wird. Das Siliziumsubstrat auf dem Silizium detektionsglied 10 ist mit einer Erdungsleitung einer Stromversorgung der Wheatstone-Brückenschaltung verbunden. Sonst wird das Potential auf dem Substrat auf Erdepotential gelegt.

Man sollte beachten, daß ein Halbleiterdehnungsmesser per se in der Tech nik bekannt ist und deshalb kann der Halbleiterdehnungsmesser 14, der in dem ersten Ausführungsbeispiel verwendet wird, mit dem bekannten Her stellungsverfahren hergestellt werden. Dehnung, die in dem Träger (flexibles Teil) 11 erzeugt wird, wird extern abgeleitet als eine Widerstandsvariation durch den Dehnungssensor 14 über ein Feld 15, das auf der Oberfläche des Detektionsglieds 10 vorgesehen ist. Ebenfalls wird in diesem Halbleiterbe schleunigungssensor das Verdrahtungsmuster oder ein Teil davon durch einen Passivierungsfilm, wie zum Beispiel entweder SiO₂ oder SiN, ähnlich der normalen Halbleitereinrichtung geschützt. Als eine Konsequenz wird die elektrostatische Verbindung zwischen dem Siliziumdetektionsglied 10 und dem oberen Glas 20 so ausgeführt, daß sie nicht das Verdrahtungsmuster oder einen Passivierungsfilm kontaktiert und das linke Ende der oberen Oberfläche des Siliziumdetektionsgliedes, das in Fig. 3 dargestellt ist, wird geöffnet. Dies kann die elektrostatische Verbindung sichern und ebenfalls die Sicherheitscharakteristiken des Verdrahtungsmusters verbessern. Ähn lich ist ein Nutteil (Öffnungsteil) 33 an dem unteren Glas 30 vorgesehen, so daß die Verbindung des dünnen leitenden Films 32 mit dem externen Teil leicht sichergestellt werden kann, und ebenfalls die elektrostatische Verbin dung zwischen dem Siliziumdetektionsglied 10 und dem unteren Glas 30 kann sichergestellt werden. Es sollte beachtet werden, daß die Form des Nutteils 33 verwendet wird, um das Verdrahtungsmuster aus dem dünnen leitenden Film 32 abzuleiten, nicht begrenzt ist auf die Formen, die in den Fig. 4A und 4D gezeigt sind. Die Abmessungen des unteren Glases 30 kön nen größer als die des Siliziumdetektionsglieds 10 ausgeführt sein. Zum Bei spiel kann ein großer Öffnungsteil vorgesehen sein, der sich der gesamten Länge des rechten Endes des Siliziumdetektionsglieds 10 der Fig. 4A nähert.

Fig. 5 ist eine Schnittansicht eines Halbleiterbeschleunigungssensors gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Grob gespro chen, besitzt dieser zweite Beschleunigungssensor eine Struktur ähnlich der des ersten Beschleunigungssensors mit der Ausnahme, daß der oben erläu terte Hebel durch einen Brükkenträger ersetzt ist. Die gesamte äußere Er scheinung des zweiten Halbleiterbeschleunigungssensors ist ähnlich zu der der Fig. 4A und Fig. 5 ist eine Schnittansicht des zweiten Halbleiterbeschleu nigungssensors, geschnitten entlang der unterbrochenen Linie A der Fig. 4A. Die Formen des oberen Glases 20 und des unteren Glases 30 sind ähnlich zu denen, wie in Fig. 4B und 4D gezeigt ist. Fig. 6 ist eine perspektivische Teilansicht eines Siliziumdetektionsglieds, das eine Zwei- Trägerbrückenstruktur besitzt, und Fig. 7 ist eine perspektivische Teilansicht eines anderen Siliziumdetektionsglieds, das eine Vier-Trägerbrückenstruktur besitzt. Das Siliziumdetektionsglied 10, das obere Glas 20 und das untere Glas 30 sind elektrostatisch miteinander verbunden in einer ähnlichen Art und Weise zu der des ersten Ausführungsbeispiels.

In solch einem Halbleiterbeschleunigungssensor, der realisiert wurde durch Verwendung der oben beschriebenen Strukturen, können sowohl das obere Glas 20 als auch das untere Glas 30 zwangsweise die Verschiebung des Gewichtes 12 anhalten, damit der Träger 11 wird durch das Erfahren von ex zessiver Beschleunigung nicht zerstört. Außerdem können exzessive Vibra tionen, die bei einer Resonanzfrequenz der Struktur, die aus dem Träger 11 und dem Gewicht 12 aufgebaut ist, auftreten, unterdrückt werden durch den Drückfilmeffekt (squeeze film effect), der in einem Raum zwischen dem Ge wicht 12 und den oberen/unteren Gläsern 20, 30 ausgeübt wird.

Ein Verfahren, um solche Halbleiterbeschleunigungssensoren zu kalibrieren, wird im folgenden beschrieben.

Wenn eine Spannung "V" angelegt wird an den dünnen leitenden Film 32, der in der Einbuchtung 31 des unteren Glases 30 gebildet wird, wird eine elektrostatische Kraft "Fv", die durch die weiter unten erwähnte Formel dar gestellt wird, zwischen der unteren Oberfläche des Gewichtes 12 und dem dünnen leitenden Film 32 des unteren Glases 30 ausgeübt. Die elektrostati sche Kraft "Fv" wird in Gleichgewicht stehen mit der Federkraft "Fk", die von dem Träger 11 an einem Punkt erzeugt wird, an dem das Gewicht 12 um "Δx" verschoben wird. Diese Gleichgewichtsformel wird wie folgt ausgedrückt:

Fv = Fk

wobei die Kraft Fv und Fk dargestellt werden durch die unten erwähnten Formeln:

Fv = 0,5 × ε × ε₀ × S × (V/d - Δx)²

Fk = KxΔx

wobei das Symbol "ε" eine relative dielektrische Konstante eines Mediums angibt, das zwischen dem Gewicht 12 und der Einbuchtung 31 des unteren Glases 30 existiert, das Symbol "ε₀" eine dielektrische Konstante (F/m) im Vakuum bezeichnet, das Symbol "S" eine Fläche (m²) der unteren Oberflä che des Gewichts 12, das Symbol "d" eine Tiefe (m) der Einbuchtung 31 dar stellt, das Symbol "Δx" ein Verschieben des Gewichtes 12 darstellt, das durch die elektrostatische Kraft verursacht wurde, und das Symbol "K" eine Federkonstante des Trägers 11 bezeichnet.

Die Verschiebung "Δx" in dieser Gleichgewichtsbedingung kann ersetzt wer den durch eine Verschiebung, die auftritt, wenn eine bestimmte Beschleuni gung erzeugt wird. Die Sensitivitätskorrektur des Beschleunigungssensors kann durchgeführt werden unter solch einer Bedingung, daß die elektrostati sche Kraft aus künstlicher Beschleunigung verwendet wird, nämlich die Kali bration durchgeführt wird.

Fig. 8 stellt eine Beziehung zwischen der künstlichen Beschleunigung "G" und der angelegten Spannung V dar, um eine elektrostatische Kraft unter folgenden Bedingungen zu erzeugen, daß das oben erklärte Medium Luft ist; die Dimensionen des Trägers 11 1,9 mm Länge, und 0,03 mm Dicke sind; die Fläche der unteren Oberfläche des Gewichtes 12 als 2,25 mm² ausge wählt wird; und die Tiefe der Einbuchtung 31 als 0,012 mm ausgewählt wird. Die in Fig. 8 gezeigte Kurve wird als Kalibrationskurve verwendet, um die Sensitivitätskorrektur des Beschleunigungssensors durchzuführen.

Es sollte ebenfalls beachtet werden, daß, obwohl Fig. 8 einen solchen Fall zeigt, wenn eine DC-Spannung angelegt wird, das alternativ ebenso eine AC- Spannung angelegt werden kann. In diesem alternativen Fall kann eine hö here künstliche Beschleunigung erreicht werden mit einer niedrigeren ange legten Spannung, indem man solch eine AC-Spannung anlegt, die eine Fre quenz in der Nähe der natürlichen Frequenz (Eigenfrequenz) besitzt, die durch die Masse des Gewichtes 12 und die Federkonstante des Trägers 11 bestimmt wird.

Wie oben beschrieben, können gemäß der vorliegenden Erfindung folgende Vorteile erreicht werden.

1. Die Sensitivitätskalibrierung des Beschleunigungssensors kann einfach ausgeführt werden ohne Verwendung des mechanischen Vibrationstests und der mechanischen Vibrationstestmaschine, so daß die Herstellungskosten dieses Beschleunigungsmessers verringert werden können.
2. Da das Verbindungsteil von dem oberen Glas und dem unteren Glas und dem Siliziumdetektionsglied, das eine exzessive Verschiebung des Gewich tes verhindern kann, in einen flachen Zustand aufrechterhalten werden kann, kann die Zuverlässigkeit hinsichtlich mechanischer Stärke verbessert wer den.

Die vorliegende Erfindung wurde im Detail mit Bezug auf bevorzugte Aus führungsbeispiele beschrieben, wobei klar ist, daß Veränderungen und Modi fikationen gemacht werden können.

Claims

1. Halbleiterbeschleunigungssensor der folgendes aufweist:
ein integral aus einem Siliziumsubstrat herausgearbeitetes Silizium detektionsglied (10) welches ein Gewicht (12), ein Unterstützungs teil (13) und einen Träger (11) aufweist, der das Gewicht (12) mit dem Unterstützungsteil (13) koppelt;
mindestens ein Halbleiterdehnungsmesser (14) auf einer Oberseite des Trägers gebildet;
ein oberes Glasteil (20) das auf einem Oberteil des Siliziumdetekti onsglieds (10) vorgesehen ist und oberhalb des Gewichtselements eine Einbuchtung besitzt in die das Gewicht verschiebbar ist;
ein unteres Glasteil (30) das an dem unteren Teil des Siliziumde tektionsglieds vorgesehen und eine unterhalb des Gewichtsele ments angeordnete Einbuchtung besitzt, in die das Gewicht ver schiebbar ist und das einen Öffnungsteil (33) darinnen ausgebildet aufweist;
ein in der Einbuchtung des unteren Glasteil gebildeter leitender Film (32),
wobei das Unterstützungsteil des Siliziumdetektionsglieds elek trostatisch mit dem oberen Glasteil bzw. mit dem unteren Glasteil verbunden ist; und
wobei ein auf dem leitenden Film ausgebildetes Verdrahtungsmu ster, ausgebildet auf dem leitenden Film, durch den Öffnungsteil im unteren Glas nach außen verläuft.

2. Halbleiterbeschleunigungssensor nach Anspruch 1, wobei der Öff nungsteil (33) zum elektrischen Verbinden des Halbleiterdeh nungsmessers (14) mit einem externen Schaltkreis zwischen dem Siliziumdetektionsglied (10)und dem oberen Glasteil (20) vorgese hen ist.

3. Halbleiterbeschleunigungssensor nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Träger (11) ein Hebel, insbesondere eine Auslegerhebel, ist.

4. Halbleiterbeschleunigungssensor nach Anspruch 1, wobei der Trä ger (11) ein Brückenträger ist.

5. Halbleiterbeschleunigungssensor nach Anspruch 4, wobei der Brüc kenträger (11) eine zweiarmige Brückenträgerstruktur ist.

6. Halbleiterbeschleunigungssensor nach Anspruch 4, wobei der Brüc kenträger (11) eine vier-Trägerbrückenstruktur ist.

7. Halbleiterbeschleunigungssensor nach Anspruch 1, wobei eine Ab messung des unteren Glasteils (30) größer vorgesehen ist als eine Abmessung des Siliziumdetektionsglieds (10).

8. Halbleiterbeschleunigungssensor nach Anspruch 7, wobei die Breite der Öffnung bzw. des Öffnungsteils (33) die Breite des Siliziumde tektionsglieds (10) annähert.

9. Verfahren zum Testen eines Halbleiterbeschleunigungssensors, der folgendes aufweist: ein Siliziumdetektionsglied (10), das integral aus einem Siliziumsubstrat verarbeitet wurde, und das ein Gewicht, ein Unterstützungsteil und einen Träger (11) besitzt zum Koppeln des Gewichtes (12) mit dem Unterstützungsteil (13), wobei minde stens ein Halbleiterdehnungsmesser (14) auf einer oberen Oberflä che des Trägers gebildet ist; ein oberes Glas (20), das an einem oberen Teil des Siliziumdetektionsgliedes (10) vorgesehen ist und eine Einbuchtung (21) besitzt, durch die das Gewicht (12) ver schiebbar ist; und ein unteres Glas (30), das an dem unteren Teil des Siliziumdetektionsgliedes (10) vorgesehen ist, und eine Ein buchtung (31) besitzt, durch die das Gewicht (12) verschiebbar ist;
wobei der Unterstützungsteil (13) des Siliziumdetektionsgliedes (10) elektrostatisch mit dem oberen Glas (20) bzw. dem unteren Glas (30) verbunden ist; ein leitender Film (32) gebildet auf der Ein buchtung (31) des unteren Glases; und ein Öffnungsteil (33), durch das ein Verdrahtungsmuster extern aus dem leitenden Film (32) ab geleitet wird, gebildet in dem unteren Glas;
wobei das Halbleiterbeschleunigungssensortestverfahren gekenn zeichnet wird, dadurch daß:
ein DC (Gleichstrom)-Potential an den leitenden Film (32)des unte ren Glases (30) derart angelegt wird, daß eine Potentialdifferenz zwischen dem Substrat des Siliziumdetektionsgliedes und der Ein buchtung (31) des unteren Glases (30) erzeugt wird; und dass eine künstliche Beschleunigung erzeugt wird mittels einer elektrostati schen Kraft, die zwischen der unteren Oberfläche des Gewichtes (12)des Siliziumdetektionsgliedes (10) und dem leitenden Film (31), der auf der Einbuchtung des unteren Glases gebildet ist, aus geübt wird, wodurch eine Kalibrierung des Halbleiterbeschleuni gungssensors durchgeführt wird.

10. Verfahren zum Testen eines Halbleiterbeschleunigungssensors nach Anspruch 9, wobei die Kalibrierung derart ausgeführt wird, daß eine charakteristische Kurve bzw. Kennlinie, die eine Bezie hung zwischen dem angelegten DC-Potential und der künstlichen Beschleunigung darstellt, als eine Kalibrierungskurve verwendet wird.

11. Verfahren zum Testen eines Halbleiterbeschleunigungssensors, der folgendes aufweist: ein Siliziumdetektionsglied (10), das integral aus einem Siliziumsubstrat verarbeitet wurde, und das ein Gewicht (12), ein Unterstützungsteil (13) und einen Träger (11) besitzt, um das Gewicht mit dem Unterstützungsteil (13) zu koppeln, wobei mindestens ein Halbleiterdehnungsmesser (14), an einer oberen Oberfläche des Trägers gebildet wird; ein oberes Glas (20), das an einem oberen Teil des Siliziumdetektionsgliedes (10) vorgesehen ist und eine Einbuchtung (21) besitzt, durch die das Gewicht (12) verschiebbar ist und ein unteres Glas (30), das an dem unteren Teil des Siliziumdetektionsgliedes (10) vorgesehen ist und eine Ein buchtung (31) besitzt, durch die das Gewicht (12) verschiebbar ist;
wobei der Unterstützungsteil (13) des Siliziumdetektionsgliedes elektrostatisch mit dem oberen Glas bzw. dem unteren Glas ver bunden ist; ein leitender Film (32), gebildet auf der Einbuchtung (31) des unteren Glases; und ein Öffnungsteil (33), durch das ein Verdrahtungsmuster extern aus dem leitenden Film (32) abgeleitet wird, gebildet in dem unteren Glas;
wobei das Verfahren zum Testen eines Halbleiterbe schleunigungssensors dadurch
gekennzeichnet ist, daß:
ein AC (Wechselstrom)-Potential an den leitenden Film (32) des unteren Glases (30) derart angelegt wird, daß eine Potentialdiffe renz zwischen dem Substrat des Siliziumdetektionsgliedes und der Einbuchtung (31) des unteren Glases (30) erzeugt wird; und daß eine künstliche Beschleunigung erzeugt wird mittels einer elek trostatischen Kraft, die zwischen der unteren Oberfläche des Ge wichtes (12)des Siliziumdetektionsgliedes (10) und dem leitenden Film, der auf der Einbuchtung des unteren Glases gebildet wird, ausgeübt wird, wodurch eine Kalibrierung des Halbleiterbe schleunigungssensors durchgeführt wird.

12. Verfahren zum Testen eines Halbleiterbeschleunigungssensors nach Anspruch 11, wobei die Kalibrierung derart ausgeführt wird, daß eine charakteristische Kurve bzw. Kennlinie, die repräsentativ für eine Beziehung zwischen dem angelegten AC-Potential und der künstlichen Beschleunigung ist, als eine Kalibrierungskurve ver wendet wird.