DE4446890A1 - Kapazitiver Beschleunigungssensor und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents
Kapazitiver Beschleunigungssensor und Verfahren zu dessen HerstellungInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen kapazitiven
Beschleunigungssensor, der insbesondere in einem Fahrzeug
angebracht werden kann und dazu dient, Fahrzeugsysteme
wie etwa ein Airbag-Entfaltungssystem oder Fahrzeugan
triebs- und Fahrzeugbremssysteme anhand erfaßter Be
schleunigungen zu steuern.
In der Vergangenheit sind viele verschiedene Typen von
Beschleunigungssensoren vorgeschlagen worden, die Senso
ren des Drucktyps und Sensoren des Typs mit Dehnungsmeß
streifen umfassen. Kapazitive Beschleunigungssensoren,
wie sie von der vorliegenden Erfindung in Betracht
gezogen werden, besitzen in weiten Temperaturbereichen
ausgezeichnete Genauigkeitseigenschaften.
Aus dem Patent US 5,095,752 ist ein kapazitiver Beschleu
nigungsmesser bekannt, den die vorliegende Erfindung zu
verbessern versucht. Die Inhalte dieses Patents US 5,095,752
sind in die vorliegende Erfindung durch Litera
turhinweis eingefügt, um den Hintergrund der vorliegenden
Erfindung und die grundlegenden Funktionsprinzipien von
kapazitiven Beschleunigungssensoren zu veranschaulichen.
Außerdem ist aus der JP 1-253657-A ein herkömmlicher
kapazitiver Beschleunigungssensor bekannt. Ferner wird
für die Diskussion von kapazitiven Beschleunigungssenso
ren, die die vorliegende Erfindung zu verbessern ver
sucht, auf eine Veröffentlichung Bezug genommen, die den
Titel "Semiconductor Capacitance-Type Accelerometer with
PWM Electrostatic Servo Technique" hat und in SAE Inter
national Congress and Exposition, Detroit, Michigan, 25.
Februar bis 1. März 1991, gedruckt als SAE Technical
Paper Series 910274, veröffentlicht worden ist.
Fig. 2 zeigt schematisch ein Schaltbild eines herkömmli
chen Beschleunigungssensors des Kapazitätstyps der
obenbeschriebenen Art, während Fig. 3 schematisch eine
herkömmliche Erfassungseinheit oder Meßeinheit für das in
Fig. 2 gezeigte Sensorsystem zeigt. In Fig. 2 wird die
Beschleunigung G mit einer Erfassungseinheit
("Meßeinheit") 1 erfaßt, wobei das Signal an eine elek
tronische Schaltung 2 geliefert wird, die elektrostati
sche Kapazitätsänderungen (ΔC) erfaßt, wobei das Aus
gangssignal der Schaltung 2 in einer Halteschaltung 3 und
einer Einstellschaltung 4 weiter verarbeitet wird, um am
Anschluß 13 eine Ausgangsspannung V₀ zu erhalten, die zur
Beschleunigung G direkt proportional ist.
Die Meßeinheit 1 besitzt eine bewegliche Elektrode 5, die
als Gewicht dient, das zwischen die obere statische
Elektrode 6 und die untere statische Elektrode 7 einge
fügt ist, wobei die bewegliche Elektrode 5 an einem
biegsamen Träger zwischen den statischen Elektroden 6 und
7 unterstützt ist.
Da die statischen Elektroden 6 und 7 und die bewegliche
Elektrode 5 in einer im wesentlichen ebenen Beziehung
einander zugewandt sind, sind zwischen ihnen elektrosta
tische Kapazitäten C₁ und C₂ vorhanden, deren Werte an
einen der Anschlüsse des Operationsverstärkers 10 der
ΔC-Detektoreinheit 2 geliefert werden.
Wenn auf die Meßeinheit 1 eine Beschleunigung G wirkt,
wird die bewegliche Elektrode 5 wegen der Beschleunigung
(nach oben oder nach unten in Fig. 2) durch die Trägheit
bewegt. Daher ändern sich die Abstände zwischen der
beweglichen Elektrode 5 und den Elektroden 6 bzw. 7, so
daß sich auch die elektrostatischen Kapazitäten C₁, C₂
ändern. Die ΔC-Detektoreinheit 2 arbeitet in der Weise,
daß sie unter Verwendung der beiden Generatoren 8, 9,
eines Kondensators 11 für die Ladungsintegration und
eines Schalters 12 für die Entladung die Differenzen C₁-C₂
(ΔC) erfaßt. Das Ausgangssignal des Verstärkers 10
stellt eine zu ΔC direkt proportionale Spannung dar. Da
die Spannung aufgrund der obenbeschriebenen Erfassungs
operation zeitlich nicht immer konstant ist, ist die
Halteschaltung 3 vorgesehen, welche die Spannung modu
liert und eine analoge Spannung V₀ erzeugt, die zur
Beschleunigung G direkt proportional ist. Da die vorlie
gende Erfindung nicht direkt auf die Einzelheiten der
Funktion dieser Schaltung gerichtet ist, werden im
folgenden Einzelheiten der Funktion der ΔC-Detektorein
heit 2 nicht beschrieben, statt dessen wird auf die
obenerwähnten Veröffentlichungen des Standes der Technik
sowie auf weitere Offenbarungen verwiesen, die für den
Fachmann ohne weiteres zugänglich sind.
In Fig. 3 ist eine herkömmliche Struktur einer herkömmli
chen Meßeinheit 1 für die Verwendung in dem System von
Fig. 2 gezeigt, wobei die Meßeinheit 1 von Fig. 3 der
Ausführungsform ähnlich ist, die in Fig. 25 des obener
wähnten Patents US 5,095,572 gezeigt ist. In Fig. 3
enthält eine bewegliche Elektrode ein Gewicht 5, das als
bewegliche Elektrode für die Kapazitätserfassung dient.
Das Gewicht 5 ist durch einen einteilig ausgebildeten Arm
14 und einen Gewichtsträger 20 unterstützt (der Gewichts
trägerabschnitt 21 ist ebenfalls Teil des Gewichtsträ
gers, der mit dem Gewichtsträger 20 vor und hinter der
Zeichenebene von Fig. 3 verbunden ist). Der Gewichtsträ
ger 20, 21 ist an Unterstützungselementen von Glasplatten
22, 23 befestigt, die oberhalb und unterhalb des Trägers
angeordnet sind, wie in Fig. 3 gezeigt ist.
Auf der der beweglichen Elektrode 5 zugewandten Seite der
Glasplatte 22 ist eine statische Elektrode 6 angeordnet
und über eine Durchgangsbohrung 15, die durch Bohren
eines Lochs durch die Glasplatte 22 gebildet wird, mit
einer äußeren Elektrode 16 verbunden. Die Struktur der
Glasplatte 23 an der Unterseite ist ähnlich derjenigen
der Glasplatte 22, wobei an der der beweglichen Elektrode
5 zugewandten Seite der Glasplatte 23 eine statische
Elektrode 7 angeordnet ist, die über eine Durchgangsboh
rung 17, die durch Bohren eines Lochs in die Glasplatte
23 ausgebildet wird, mit einer äußeren Elektrode 19
verbunden ist.
Bei dem obenbeschriebenen herkömmlichen kapazitiven
Beschleunigungssensor besteht das Problem, daß bei der
genauen Ausbildung der Durchgangsbohrungen in den Glas
platten für die Herausführung der statischen Elektroden
sowie bei der Befestigung der Leitungsdrähte technische
Schwierigkeiten auftreten. Diese Schwierigkeiten haben
bei der Herstellung von Sensoren dieses Typs erhebliche
Probleme geschaffen.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
einen kapazitiven Beschleunigungssensor der obenbeschrie
benen allgemeinen Art zu schaffen, bei dem jedoch die
Verbindung der Leitungsdrähte mit den statischen Elektro
den in hohem Maß vereinfacht ist.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
einen kapazitiven Beschleunigungssensor der obenbeschrie
benen Art zu schaffen, bei dem die Detektorschaltung und
die bewegliche Elektrode als einzige Einheit ausgebildet
sind.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
neue und verbesserte Verfahren zum Herstellen von kapazi
tiven Beschleunigungssensoren zu schaffen.
Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß gelöst durch einen
kapazitiven Beschleunigungssensor sowie durch Verfahren
zu dessen Herstellung, wie sie in den entsprechenden
unabhängigen Ansprüchen beansprucht sind.
Der erfindungsgemäße kapazitive Beschleunigungssensor
umfaßt eine bewegliche Elektrode, die aufgrund einer
Beschleunigung beweglich ist, eine erste statische
Elektrode, die der beweglichen Elektrode zugewandt ist,
sowie ein erstes Festkörperdielektrikum, das zwischen der
beweglichen Elektrode und der ersten statischen Elektrode
angeordnet ist. In diesem Sensoraufbau dient das Festkör
perdielektrikum dazu, die statische Elektrode zu positio
nieren und zu unterstützen, ohne daß wie im Falle der
obenbeschriebenen Anordnungen des Standes der Technik
durch das Festkörperdielektrikum ein Loch gebohrt werden
muß.
In bevorzugten Ausführungsformen ist die bewegliche
Elektrode auf einem Siliciumplattenelement ausgebildet,
das zwischen Platten oder Folien unterstützt ist, die ein
erstes und ein zweites Festkörperdielektrikum bilden, die
außerdem auf ihren von der beweglichen Elektrode abge
wandten Seiten jeweils eine statische Elektrode tragen.
Auf diese Weise wird das als bewegliche Elektrode dienen
de Siliciumplattenelement zuverlässig an seiner Position
zwischen den Festkörperdielektrika gehalten, ferner
werden die statischen Elektroden zuverlässig mit den
Festkörperdielektrika verbunden.
In besonders bevorzugten Ausführungsformen umfaßt der
kapazitive Beschleunigungssensor für die Lösung der
obigen Aufgabe der Erzielung eines einfacheren Aufbaus
mittels einer Einheit aus dem beweglichen Plattenelement
und der Detektorschaltung ein einziges monokristallines
Plattenelement mit einem beweglichen Ausleger-Plattenab
schnitt, der eine bewegliche Elektrode bildet, die
aufgrund einer Beschleunigung beweglich ist, eine erste
statische Elektrode, die der beweglichen Elektrode
zugewandt ist, sowie in dem einzigen Plattenelement eine
integrierte Schaltung, die aufgrund von Kapazitätsände
rungen zwischen dem beweglichen Ausleger-Plattenabschnitt
und der ersten statischen Elektrode analoge Signale
erzeugt, die die Beschleunigungskräfte wiedergeben.
Die bevorzugten Verfahren zum Herstellen des kapazitiven
Beschleunigungssensors verwenden eine einzige Konfigura
tion, bei der die statischen Elektroden an von der
beweglichen Elektrode abgewandten Seiten der dielektri
schen Unterstützungselemente angebracht sind. Außerdem
verwenden die bevorzugten Verfahren einteilige, monokri
stalline Plattenelemente, die die bewegliche Elektrode
bilden und die integrierte Schaltung für die Verarbeitung
von Kapazitätsänderungen enthalten, welche von der durch
die Beschleunigung induzierten Bewegung der beweglichen
Elektrode verursacht werden, um Ausgangssignale zu
erzeugen, die der Beschleunigung eines den Sensor tragen
den Fahrzeugs entsprechen.
Die abhängigen Ansprüche sind auf bevorzugte Ausführungs
formen der vorliegenden Erfindung gerichtet.
Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung
werden deutlich beim Lesen der folgenden Beschreibung
bevorzugter Ausführungsformen, die auf die beigefügten
Zeichnungen Bezug nimmt; es zeigen
Fig. 1 eine Schnittansicht einer Beschleunigungssensor-
Meßeinheit gemäß einer ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 die bereits erwähnte Darstellung eines herkömmli
chen kapazitiven Beschleunigungssensorsystems;
Fig. 3 die bereits erwähnte Schnittansicht, die die
Meßeinheit des herkömmlichen Sensors von Fig. 2
veranschaulicht;
Fig. 4 ein elektrisches Ersatzschaltbild der Meßeinheit
von Fig. 1;
Fig. 5 eine Schnittansicht einer Beschleunigungssensor-
Meßeinheit gemäß einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6 eine Schnittansicht einer Beschleunigungssensor-
Meßeinheit gemäß einer dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
Fig. 7 eine Schnittansicht einer Beschleunigungssensor-
Meßeinheit gemäß einer vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
Fig. 8 eine Ansicht einer Beschleunigungssensor-Meßein
heit gemäß einer fünften Ausführungsform der vor
liegenden Erfindung; und
Fig. 9 eine Ansicht einer Beschleunigungssensor-Meßein
heit gemäß einer sechsten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung.
Nun wird mit Bezug auf Fig. 1 eine erste Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben. In Fig. 1 besit
zen die Elemente mit den gleichen Konstruktionen wie die
herkömmlichen Elemente in den Fig. 2 und 3 die gleichen
Bezugszeichen. Obwohl die Einheit der beweglichen Elek
trode in Fig. 1 eine bewegliche Elektrode 5, einen
Ausleger 14, einen Gewichtsträgerabschnitt 20 und einen
Gewichtsträgerabschnitt 21 enthält, sind die statischen
Elektroden nur aus den mit dem Bezugszeichen 24 und 25
bezeichneten Elementen ohne die in Fig. 3 mit dem Bezugs
zeichen 6, 7, 15 und 16 bezeichneten Elemente aufgebaut.
Bei dieser Konstruktion kann die herkömmliche Erfassung
der elektrostatischen Kapazität ausgeführt werden, so daß
die Veränderung der elektrostatischen Kapazität zwischen
dem Gewicht 5 des beweglichen Elektrodenabschnitts und
der statischen Elektrode 24 (oder 25) sicher erfaßt
werden kann.
Fig. 1A ist eine Draufsicht, die die Doppelanordnung der
die bewegliche Elektrode 5 tragenden Ausleger 14 veran
schaulicht. Die bewegliche Elektrode 5, die Ausleger 14
sowie die Gewichtsträgerabschnitte 20 und 21 sind sämt
lich aus einer einzigen Siliciumplatte gebildet. Die
Länge der Ausleger 14 ist in bezug auf die Länge der
beweglichen Elektrode so bemessen, daß sich die bewegli
che Elektrode 5 in bezug auf die statischen Elektroden 24
und 25 im wesentlichen in einer ebenen räumlichen Bezie
hung bewegt. In bestimmten bevorzugten Ausführungsformen
beträgt die effektive Armlänge des Auslegers 14 ungefähr
2000 µm (Mikrometer), wobei der Spalt zwischen der
beweglichen Elektrode 5 und den dielektrischen Träger
platten 22 oder 23 ungefähr 4 µm beträgt und die Dicke
der dielektrischen Platten 22 und 23 ungefähr 400 µm
beträgt.
In besonders bevorzugten Ausführungsformen sind die
dielektrischen Platten 22 und 23 aus einem der folgenden
Materialien hergestellt: Glas, Siliciumdioxid und Silici
umnitrid. Für bestimmte Anwendungen wird Siliciumoxid und
Siliciumnitrid vorgezogen, da das im Glas enthaltene
Natrium gewisse Funktionsverschlechterungen verursachen
kann. In bevorzugten Ausführungsformen sind die Elektro
den 24 und 25 aus Aluminiumblechen hergestellt, die an
die dielektrischen Platten angeklebt sind.
Durch Anordnen der dielektrischen Platten 22 und 23
zwischen der beweglichen Elektrode und den statischen
Elektroden 24, 25 wird die Empfindlichkeit der Kapazi
täts-Meßeinheit im Vergleich zu der oben mit Bezug auf
Fig. 2 beschriebenen herkömmlichen Anordnung wesentlich
reduziert. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben
jedoch entdeckt, daß trotz dieser wesentlichen Reduzie
rung des Kapazitätserfassungswirkungsgrades wegen der
weiter entfernten Anordnung der festen Elektroden die
Anordnung der vorliegenden Erfindung mit dem zwischen der
beweglichen Elektrode und den festen Elektroden befindli
chen dielektrischen Material die Herstellungstechniken
insbesondere im Hinblick auf die Zuverlässigkeit und die
Einfachheit der Verbindung der festen Elektroden mit dem
übrigen Schaltungssystem wesentlich verbessert, wobei
dennoch eine ausreichende Erfassung der Kapazitätsände
rung gewährleistet ist, um einen wesentlich verbesserten
Beschleunigungssensor zu schaffen.
Das in Fig. 1 gezeigte Ersatzschaltbild für die elektro
statische Kapazität kann wie in Fig. 4 gezeigt veran
schaulicht werden. Das Symbol d₁ bezeichnet die Dicke der
Glasplatte, das Symbol d₀ bezeichnet den anfänglichen
Spaltabstand zwischen dem Gewicht 5 und der Glasplatte 22
(23), wobei das Symbol x die Veränderung des Spaltabstan
des aufgrund einer einwirkenden Beschleunigung bezeich
net, das Symbol ε₀ bezeichnet die Dielektrizitätskon
stante des Vakuums, schließlich bezeichnet das Symbol ε₁
die Dielektrizitätskonstante des Glases. Bei Verwendung
dieser Werte kann die elektrostatische Kapazität C₁
zwischen der äquivalenten äußeren Elektrode 24A und dem
Gewicht 5 folgendermaßen ausgedrückt werden:
Das Symbol S bezeichnet die effektive Fläche der elektro
statischen Kapazität in dem als bewegliche Elektrode
dienenden Gewichtsabschnitt gegenüber der Elektrode 24.
Aus der obigen Gleichung ist verständlich, daß sich bei
einer Veränderung x der Spaltbreite bei Einwirkung der
Beschleunigung die elektrostatische Kapazität C₁ verän
dert, so daß die Beschleunigung durch Messen der Größe
von C₁ erhalten werden kann.
An der unteren Elektrode tritt ein ähnliches Phänomen auf
(wobei die Spaltänderung in entgegengesetzter Richtung
erfolgt), so daß die Kapazität C₂ folgendermaßen ausge
drückt werden kann:
Fig. 5 zeigt eine zweite Ausführungsform des erfindungs
gemäßen Beschleunigungssensors. In diesem Fall sind in
Verbindung mit dem Gewichtsabschnitt 5 zusätzliche
elektrisch leitende Abschnitte 26, 27 vorgesehen. Dadurch
wird der die elektrostatischen Kapazitäten C₁ und C₂
bestimmende dielektrische Fluß auf die statischen Elek
troden 24 und 25 fokussiert. Mit anderen Worten, die
Elemente 26 und 27 haben die Funktion einer den dielek
trischen Fluß fokussierenden Elektrode. Daher kann die
Erfassungsgenauigkeit verbessert werden. Im übrigen ist
die in Fig. 5 gezeigte Ausführungsform der in Fig. 1
gezeigten Ausführungsform ähnlich, indem etwa die festen
Elektroden 24 und 25 von dielektrischen Platten 22 bzw.
23 getragen werden.
Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungs
gemäßen Beschleunigungssensors. In dieser Ausführungsform
ist ein Teil 28 (29) der statischen Elektrode 24 (25) so
konstruiert, daß dessen zur Seite des Glases und damit
zur beweglichen Elektrode 5 vorstehende Dicke unter
schiedlich ist. Da in diesem Fall der Abstand zwischen
den Elektroden verkürzt ist, wird die elektrostatische
Kapazität C₁ (C₂) durch das Glas kaum beeinflußt, so daß
die Genauigkeit verbessert werden kann. Da ferner die
Bearbeitung der Glasplatte verhältnismäßig einfach ist,
können die Herstellungskosten des Sensors gesenkt werden.
Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungs
gemäßen Beschleunigungssensors. In der Figur sind das
Verfahren, mit dem die Drähte von den drei Elektroden
(einer beweglichen Elektrode und zwei statischen Elektro
den) herausgeführt werden, sowie das Verfahren für die
elektrische Verbindung der Struktur veranschaulicht. Der
Draht für die obere statische Elektrode wird aus dem
Abschnitt 24 herausgeführt, während das elektrisch
leitende Element 32 an der Bodenfläche der unteren
statischen Elektrode 25 befestigt ist (die Herstellung
des elektrisch leitenden Elements ist ähnlich einfach wie
die Herstellung eines elektrisch leitenden Elements auf
einem für Hybrid-IC′s oder dergleichen verwendeten
Keramiksubstrat), wobei der Draht vom Abschnitt 32A
herausgeführt wird. Ferner ist in der Glasplatte 22 für
den statischen Abschnitt 21 der beweglichen Elektrode ein
Einkerbungsabschnitt 30 ausgebildet, wobei durch den
Einkerbungsabschnitt ein leitendes Element 31 geführt
ist, das als Elektrode verwendet wird. Diese Ausführungs
form hat den Vorteil, daß sie leicht an eine Schaltung
angeschlossen werden kann.
Fig. 8 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungs
gemäßen Beschleunigungssensors. In dieser Ausführungsform
sind in einem Abschirmungsgehäuse 33 eine Meßeinheit 1
sowie ein einen ΔC-Detektor enthaltender IC-Chip 2, eine
Halteschaltung, eine Einstellschaltung usw. dicht einge
schlossen enthalten, wobei über einen Anschluß 34 ein
Ausgangssignal, das das Ausgangssignal V₀ repräsentiert,
ausgegeben wird. Die Meßeinheit 1 besitzt eine Drei
schichtstruktur, wovon jede Schicht über einen Leitungs
draht mit Schaltungsanschlußflächen des Chips 2 verbunden
ist. Da in der Ausführungsform die Meßeinheit und der IC
von einer metallischen Abschirmung umgeben sind, wird der
Sensor von elektromagnetischen Störungen von außerhalb
des Gehäuses kaum beeinflußt.
In Fig. 9 ist eine weitere Ausführungsform des erfin
dungsgemäßen Beschleunigungssensors gezeigt. In dieser
Ausführungsform sind eine Meßeinheit und ein IC auf einem
einzigen Siliciumsubstrat 40 ausgebildet. Die Schaltung
41 ist auf dem Substrat 40 ausgebildet und integriert.
Die Herstellung kann mit einem für IC′s üblichen Halblei
terherstellungsprozeß erfolgen. Die statischen Elektroden 23, 24
sind mit dem IC 41 über Leitungsdrähte 42, 25A
verbunden.
Da in der in Fig. 9 gezeigten Ausführungsform die Länge
der Leitungsdrähte für den Anschluß im Vergleich zu den
obenbeschriebenen Ausführungsformen verkürzt werden kann,
kann die Genauigkeit bei der Erfassung der Kapazität
verbessert werden. Da ferner der IC und die statischen
Elektroden 23, 24 nahe beieinander angeordnet sind, kann
die Streukapazität zwischen den beiden Elektroden abge
senkt werden, so daß der Sensor durch äußere Einflüsse
wie etwa Temperatur und Feuchtigkeit, elektromagnetische
Störung, Wirkung äußerer Anlagen usw., kaum beeinflußt
wird. Da insbesondere die Leitungsdrähte 42, 25A verkürzt
sind und die Oberfläche der statischen Elektrode eine
wirksame Abschirmungsfunktion gegenüber elektromagneti
scher Strahlung besitzt, kann die Einheit vor elektroma
gnetischen Störungen und vor Induktion gut geschützt
werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es einfach, die
Drähte von den statischen Elektroden herauszuführen, so
daß die Zuverlässigkeit des Sensors erhöht und der
Herstellungsprozeß vereinfacht werden können.
Obwohl die vorliegende Erfindung im einzelnen beschrieben
und erläutert worden ist, dient diese Beschreibung
lediglich der Veranschaulichung und als Beispiel und in
keiner Weise als Beschränkung. Der Geist und der Umfang
der vorliegenden Erfindung sind lediglich durch die
beigefügten Ansprüche begrenzt.
Claims (27)
1. Kapazitiver Beschleunigungssensor,
gekennzeichnet durch
eine bewegliche Elektrode (5), die aufgrund einer Beschleunigung beweglich ist,
eine erste statische Elektrode, (24; 25), die der beweglichen Elektrode (5) zugewandt ist, und
ein erstes Festkörperdielektrikum (22; 23), das zwischen der beweglichen Elektrode (5) und der ersten statischen Elektrode (24; 25) angeordnet ist.
gekennzeichnet durch
eine bewegliche Elektrode (5), die aufgrund einer Beschleunigung beweglich ist,
eine erste statische Elektrode, (24; 25), die der beweglichen Elektrode (5) zugewandt ist, und
ein erstes Festkörperdielektrikum (22; 23), das zwischen der beweglichen Elektrode (5) und der ersten statischen Elektrode (24; 25) angeordnet ist.
2. Kapazitiver Beschleunigungssensor nach Anspruch
1, dadurch gekennzeichnet, daß
die bewegliche Elektrode (5) auf einem monokri
stallinen Plattenelement (20; 21) ausgebildet ist.
3. Kapazitiver Beschleunigungssensor nach Anspruch
2, dadurch gekennzeichnet, daß
das monokristalline Plattenelement (20; 21) ein
Siliciumplattenelement ist.
4. Kapazitiver Beschleunigungssensor nach Anspruch
3, dadurch gekennzeichnet, daß
das erste Festkörperdielektrikum (22; 23) eine
Glasplatte ist.
5. Kapazitiver Beschleunigungssensor nach Anspruch
3, dadurch gekennzeichnet, daß
das erste Festkörperdielektrikum (22; 23) eine
aus Siliciumdioxid hergestellte Platte ist.
6. Kapazitiver Beschleunigungssensor nach Anspruch
5, dadurch gekennzeichnet, daß
eine zweite statische Elektrode (25; 24) vorgese hen ist, die von der ersten statischen Elektrode (24; 25) beabstandet ist,
die bewegliche Elektrode (5) ein Auslegerelement (14) ist, das zwischen der ersten und der zweiten stati schen Elektrode (24, 25) angeordnet und diesen zugewandt ist, und
zwischen der beweglichen Elektrode (5) und der zweiten statischen Elektrode (25; 24) ein zweites Fest körperdielektrikum (23; 22) angeordnet ist.
eine zweite statische Elektrode (25; 24) vorgese hen ist, die von der ersten statischen Elektrode (24; 25) beabstandet ist,
die bewegliche Elektrode (5) ein Auslegerelement (14) ist, das zwischen der ersten und der zweiten stati schen Elektrode (24, 25) angeordnet und diesen zugewandt ist, und
zwischen der beweglichen Elektrode (5) und der zweiten statischen Elektrode (25; 24) ein zweites Fest körperdielektrikum (23; 22) angeordnet ist.
7. Kapazitiver Beschleunigungssensor nach Anspruch
6, dadurch gekennzeichnet, daß
die bewegliche Elektrode (5) auf einem monokri
stallinen Plattenelement ausgebildet ist.
8. Kapazitiver Beschleunigungssensor nach Anspruch
7, dadurch gekennzeichnet, daß
das monokristalline Plattenelement ein Silicium
plattenelement ist.
9. Kapazitiver Beschleunigungssensor nach Anspruch
7, dadurch gekennzeichnet, daß
das erste Festkörperdielektrikum (22; 23) eine
Glasplatte ist.
10. Kapazitiver Beschleunigungssensor nach Anspruch
7, dadurch gekennzeichnet, daß
das erste Festkörperdielektrikum (22; 23) eine
aus Siliciumdioxid hergestellte Platte ist.
11. Kapazitiver Beschleunigungssensor nach Anspruch
2, dadurch gekennzeichnet, daß
das monokristalline Plattenelement ein Paar von
elastisch biegsamen Auslegerarmen (14) enthält, die die
bewegliche Elektrode (5) mit verhältnismäßig starren
Trägerabschnitten (20, 21) des monokristallinen Platten
elements verbinden.
12. Kapazitiver Beschleunigungssensor nach Anspruch
6, dadurch gekennzeichnet, daß
das monokristalline Plattenelement ein Paar von
elastisch biegsamen Auslegerarmen (14) enthält, die die
bewegliche Elektrode (5) mit verhältnismäßig starren
Trägerabschnitten (20, 21) des monokristallinen Platten
elements verbinden.
13. Kapazitiver Beschleunigungssensor nach Anspruch
12, dadurch gekennzeichnet, daß
die ersten und zweiten Festkörperdielektrika (22,
23) Plattenelemente sind, die sich mit den dazwischen
befindlichen Plattenelement-Trägerabschnitten (20, 21) in
einer Stoßverbindung befinden.
14. Kapazitiver Beschleunigungssensor nach Anspruch
13, dadurch gekennzeichnet, daß
die ersten und zweiten statischen Elektroden (24,
25) Metallelektroden sind, die auf den entsprechenden
Festkörperdielektrika (22, 23) unterstützt sind.
15. Kapazitiver Beschleunigungssensor nach Anspruch
1, dadurch gekennzeichnet, daß
auf einer der ersten statischen Elektrode (24; 25) gegenüberliegenden Seite des ersten Festkörperdielek trikums (22; 23) eine elektrisch leitende Schicht (26) vorgesehen ist, und
die leitende Schicht (26) der beweglichen Elek trode (5) zugewandt ist und dazu dient, die Kapazitätsän derungssignale des Sensors zu verbessern.
auf einer der ersten statischen Elektrode (24; 25) gegenüberliegenden Seite des ersten Festkörperdielek trikums (22; 23) eine elektrisch leitende Schicht (26) vorgesehen ist, und
die leitende Schicht (26) der beweglichen Elek trode (5) zugewandt ist und dazu dient, die Kapazitätsän derungssignale des Sensors zu verbessern.
16. Kapazitiver Beschleunigungssensor nach Anspruch
6, dadurch gekennzeichnet, daß
auf den der ersten statischen Elektrode (24) bzw.
der zweiten statischen Elektrode (25) gegenüberliegenden
Seiten des ersten bzw. des zweiten Festkörperdielektri
kums (22, 23) jeweils elektrisch leitende Schichten (26)
vorgesehen sind, die dazu dienen, die Kapazitätsände
rungssignale des Sensors zu verbessern.
17. Kapazitiver Beschleunigungssensor nach Anspruch
13, dadurch gekennzeichnet, daß
auf der ersten statischen Elektrode (24) bzw. der
zweiten statischen Elektrode (25) gegenüberliegenden
Seiten des ersten bzw. des zweiten Festkörperdielektri
kums (22, 23) jeweils elektrisch leitende Schichten (26)
vorgesehen sind, die dazu dienen, die Kapazitätsände
rungssignale des Sensors zu verbessern.
18. Kapazitiver Beschleunigungssensor nach Anspruch
6, dadurch gekennzeichnet, daß
das erste und das zweite Festkörperdielektrikum
(22, 23) mit dicken Trägerabschnitten ausgebildet sind,
die über einen der beweglichen Elektrode (5) zugewandten
dünneren Abschnitt verbunden sind.
19. Kapazitiver Beschleunigungssensor nach Anspruch
1, dadurch gekennzeichnet, daß
die bewegliche Elektrode (5) auf einem monokri
stallinen Plattenelement ausgebildet ist, das eine
integrierte Schaltung (41) enthält, die elektrische
Ausgangssignale erzeugt, die eine beschleunigungsindu
zierte Bewegung der beweglichen Elektrode (5) repräsen
tieren.
20. Kapazitiver Beschleunigungssensor nach Anspruch
6, dadurch gekennzeichnet, daß
die bewegliche Elektrode (5) auf einem monokri
stallinen Plattenelement ausgebildet ist, das eine
integrierte Schaltung (41) enthält, die elektrische
Ausgangssignale erzeugt, die eine beschleunigungsindu
zierte Bewegung der beweglichen Elektrode (5) repräsen
tieren.
21. Kapazitiver Beschleunigungssensor nach Anspruch
20, dadurch gekennzeichnet, daß
die bewegliche Elektrode (5) durch Atzen der
monokristallinen Platte von deren zwei Seiten ausgebildet
wird.
22. Kapazitiver Beschleunigungssensor nach Anspruch
21, dadurch gekennzeichnet, daß
das monokristalline Plattenelement ein Silicium
plattenelement ist.
23. Kapazitiver Beschleunigungssensor nach Anspruch
1, dadurch gekennzeichnet, daß
eine zweite statische Elektrode (25; 24) vorgese hen ist, die von der ersten statischen Elektrode (24; 25) beabstandet ist,
die bewegliche Elektrode (5) ein Auslegerelement (14) ist, das zwischen der ersten und der zweiten stati schen Elektrode (24, 25) angeordnet und diesen zugewandt ist, und
ein zweites Festkörperdielektrikum (23, 22) zwischen der beweglichen Elektrode (5) und der zweiten statischen Elektrode (25; 24) angeordnet ist.
eine zweite statische Elektrode (25; 24) vorgese hen ist, die von der ersten statischen Elektrode (24; 25) beabstandet ist,
die bewegliche Elektrode (5) ein Auslegerelement (14) ist, das zwischen der ersten und der zweiten stati schen Elektrode (24, 25) angeordnet und diesen zugewandt ist, und
ein zweites Festkörperdielektrikum (23, 22) zwischen der beweglichen Elektrode (5) und der zweiten statischen Elektrode (25; 24) angeordnet ist.
24. Kapazitiver Beschleunigungssensor,
gekennzeichnet durch
ein monokristallines Plattenelement mit einem beweglichen Plattenabschnitt (14), der eine bewegliche Elektrode (5) bildet, die aufgrund einer Beschleunigung beweglich ist,
eine erste statische Elektrode (24; 25), die der beweglichen Elektrode (5) zugewandt ist, und
eine integrierte Schaltung (41) im monokristalli nen Plattenelement, die aufgrund von Kapazitätänderungen zwischen dem beweglichen Ausleger-Plattenabschnitt (14) und der ersten statischen Elektrode (24; 25) analoge Signale erzeugt, die die Beschleunigungskräfte repräsen tieren.
ein monokristallines Plattenelement mit einem beweglichen Plattenabschnitt (14), der eine bewegliche Elektrode (5) bildet, die aufgrund einer Beschleunigung beweglich ist,
eine erste statische Elektrode (24; 25), die der beweglichen Elektrode (5) zugewandt ist, und
eine integrierte Schaltung (41) im monokristalli nen Plattenelement, die aufgrund von Kapazitätänderungen zwischen dem beweglichen Ausleger-Plattenabschnitt (14) und der ersten statischen Elektrode (24; 25) analoge Signale erzeugt, die die Beschleunigungskräfte repräsen tieren.
25. Verfahren zum Herstellen eines kapazitiven
Beschleunigungssensors,
gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
Ätzen einer Siliciumplatte, um eine von einem Ausleger (14) unterstützte bewegliche Elektrode (5) auszubilden, die mit starren Trägerabschnitten der Siliciumplatte verbunden ist,
Befestigen einer ersten Platte eines Festkörper dielektrikums (22; 23) auf einer Seite der starren Trägerabschnitte (20, 21) der Siliciumplatte,
Befestigen einer ersten statischen Elektrode (24; 25) an der ersten dielektrischen Platte an einer der beweglichen Elektrode (5) gegenüberliegenden Seite der ersten dielektrischen Platte (22; 23) und
Befestigen einer elektrischen Leitung an der ersten statischen Elektrode (24; 25).
Ätzen einer Siliciumplatte, um eine von einem Ausleger (14) unterstützte bewegliche Elektrode (5) auszubilden, die mit starren Trägerabschnitten der Siliciumplatte verbunden ist,
Befestigen einer ersten Platte eines Festkörper dielektrikums (22; 23) auf einer Seite der starren Trägerabschnitte (20, 21) der Siliciumplatte,
Befestigen einer ersten statischen Elektrode (24; 25) an der ersten dielektrischen Platte an einer der beweglichen Elektrode (5) gegenüberliegenden Seite der ersten dielektrischen Platte (22; 23) und
Befestigen einer elektrischen Leitung an der ersten statischen Elektrode (24; 25).
26. Verfahren nach Anspruch 25, gekennzeichnet durch
die folgenden Schritte:
Befestigen eines Plattenelements eines Festkör perdielektrikums (23; 22) an einer Seite der Silicium platte, die der einen Seite gegenüberliegt,
Befestigen einer zweiten statischen Elektrode (25; 24) am zweiten Plattenelement eines Festkörperdi elektrikums (23; 22) an einer Seite des zweiten Platten elements eines Festkörperdielektrikums, die der bewegli chen Elektrode (5) zugewandt ist und
Befestigen einer zweiten elektrischen Leitung an der zweiten statischen Elektrode (25; 24).
Befestigen eines Plattenelements eines Festkör perdielektrikums (23; 22) an einer Seite der Silicium platte, die der einen Seite gegenüberliegt,
Befestigen einer zweiten statischen Elektrode (25; 24) am zweiten Plattenelement eines Festkörperdi elektrikums (23; 22) an einer Seite des zweiten Platten elements eines Festkörperdielektrikums, die der bewegli chen Elektrode (5) zugewandt ist und
Befestigen einer zweiten elektrischen Leitung an der zweiten statischen Elektrode (25; 24).
27. Verfahren zum Herstellen eines kapazitiven
Beschleunigungssensors,
gekennzeichnet durch die folgenden
Schritte:
Ätzen einer Siliciumplatte, um eine mittels eines Auslegers (14) unterstützte bewegliche Elektrode (5) zu bilden, die mit starren Trägerabschnitten (20, 21) der Siliciumplatte verbunden ist,
Anordnen einer ersten festen Elektrode (24; 25) in der Weise, daß sie der beweglichen Elektrode (5) zugewandt ist, und
Ausbilden einer integrierten Schaltung (41) auf der Siliciumplatte, die elektrische Ausgangssignale erzeugt, die Kapazitätsänderungen repräsentieren, welche durch eine relative Bewegung der beweglichen Elektrode (5) zur ersten festen Elektrode (24; 25) verursacht werden.
Ätzen einer Siliciumplatte, um eine mittels eines Auslegers (14) unterstützte bewegliche Elektrode (5) zu bilden, die mit starren Trägerabschnitten (20, 21) der Siliciumplatte verbunden ist,
Anordnen einer ersten festen Elektrode (24; 25) in der Weise, daß sie der beweglichen Elektrode (5) zugewandt ist, und
Ausbilden einer integrierten Schaltung (41) auf der Siliciumplatte, die elektrische Ausgangssignale erzeugt, die Kapazitätsänderungen repräsentieren, welche durch eine relative Bewegung der beweglichen Elektrode (5) zur ersten festen Elektrode (24; 25) verursacht werden.
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