DE69107588T2 - Beschleunigungsmesser. - Google Patents

Description

• Diese Erfindung bezieht sich auf einen Beschleunigungsmesser, insbesondere des Typus mit einem Mittel zum Verhindern exzessiver Ablenkung der Testmasse.
• Ein Beschleunigungsmesser ist einer der Hauptsensoren, die in Navigationssystemen, insbesondere Trägheitsnavigationssystemen, und Automobil-Bordsicherheitsregelsystemen verwendet werden. Automobilbeispiele von Beschleunigungsmesserverwendung umfassen verschiedene Antiblockierbremssysteme, aktive Aufhängungssysteine und Sitzgurtblockiersysteme.
• Im allgemeinen ist ein Beschleunigungsmesser eine Vorrichtung, welche Beschleunigung mißt, und spezifischerweise mißt sie die Kraft, die ausgeübt wird, wenn ein Körper seine Geschwindigkeit ändert. Der Körper besitzt Trägheit, welche den Körper dazu veranlaßt, Änderungen bezüglich der Geschwindigkeit zu widerstehen. Es ist dieser Widerstand auf eine plötzliche Änderung bezüglich der Geschwindigkeit, die der Ursprung der Kraft ist, welche auf den Körper ausgeübt wird, wenn er beschleunigt wird. Diese Kraft ist der Beschleunigungskomponente in der Richtung der Bewegung proportional und wird von einem Beschleunigungsmesser verwendet, um ein Maß der Beschleunigung zu ergeben.
• In einem typischen Beschleunigungsmesser wird eine Masse durch zwei Federn aufgehängt, die an entgegengesetzten Seiten der Masse angebracht sind. Die Masse wird solange in einer neutralen Position gehalten, wie das System in Ruhe ist oder sich in einer Bewegung bei einer konstanten Geschwindigkeit befindet. Wenn das System eine Änderung bezüglich der Geschwindigkeit in der Richtung der Achse der Federn oder senkrecht zu der Achse der Federn unterläuft, um sie dazu zu veranlassen, in einer dieser Richtungen beschleunigt zu sein, wird die federangebrachte Masse zuerst der Bewegung längs dieser Achse wegen ihrer Trägheit widerstehen. Diese Widerstandsfähigkeit gegen die Bewegung oder Verzögerung bezüglich der Bewegung wird die Federn dazu zwingen, temporär entweder gestreckt oder komprimiert zu sein. Die Streck- oder Kompressionskraft, die auf jede Feder wirkt, ist auf das Produkt des Gewichtes der Masse und die Beschleunigung der Masse bezogen. Die Beschleunigung wird dann durch die Änderung bezüglich der Geschwindigkeit bestimmt, die von der Masse erfahren wird.
• Integrierte Schaltkreis-Mikrobeschleunigungsmesser mit einer Testmasse, die durch Paare von piezoelektrischen Mikrobrücken aufgehängt sind, sind schon bekannt. Ein veranschaulichendes Beispiel dieses Typus von Beschleunigungsmesser ist im US-Patent Nr. 4,901,570 offenbart. In einem Mikrobeschleunigungsmesser dieses Typus wird eine Testmasse von zumindest einem Paar von piezoelektrischen Mikrobrücken aufgehängt. Das Paar von Mikrobrücken wird an entgegengesetzten Enden der Testmasse längs einer gemeinsamen Achse angebracht. Die Beschleunigung der Masse wird durch die Änderung der Kraft bestimmt, die auf jede piezoelektrische Brücke wirkt. Dieser Typus von resonantem Mikrobeschleunigungsmesser ist für Präzisionsmessungen attraktiv, weil die Frequenz einer mikromechanischen resonanten Struktur in hohem Maße auf physikalische oder chemische Signale empfindlich gemacht werden kann.
• Ein Nachteil existiert mit Hinsicht auf die Herstellung dieser und anderer Typen von Mikrobeschleunigungsmessern. Die Mikrobrücken, aus welchen die Testmasse aufgehängt wird, werden typischerweise aus extrem dünnen Schichten von Material, im allgemeinen Silizium gebildet. Diese dünnen Mikrobrücken sind extrem empfindlich auf Beschädigung, wenn der Testmasse erlaubt wird, exzessiv abzubiegen. Daher ist es wünschenswert, daß der Testmasse erlaubt wird, hinreichend auszulenken, um ein adäquates Signal für Meßzwecke zu erzeugen, aber nicht soviel, daß es Verschlechterung an den Mikrobrücken oder anderen Komponenten des Mikrobeschleunigungsmessers verursacht. Eine verbreitete Praxis ist gewesen, den Siliziumwafer, der die Beschleunigungsmesserkomponenten mit eingliedert, zwischen zwei andere Wafer eines kompatiblen Materials derart sandwichartig einzuschließen, daß es eine vorbestimmte Lücke zwischen der Testmasse und jedem der zwei umgebenden Wafer gibt, um der Testmasse zu erlauben, auszulenken. Die Lücke wird in Übereinstimmung mit den Designanforderungen für den Sensor gewählt und erlaubt der Testmasse, sich diesen vorbestimmten Abstand ab-, d.h. auszulenken, bevor sie den umgebenden Wafer berührt, welcher sie daran hindert, sich noch weiter abzubiegen.
• Jedoch gibt es Schwierigkeiten, die zu den augenblicklichen Verfahren zur Herstellung von Mikrobeschleunigungsmessern des Typus gehören, in welchem der Vorrichtungswafer sandwichartig zwischen zwei Wafer eines kompatiblen Materials eingeschlossen wird. Ein verbreitetes Verfahren ist gewesen, die Siliz iummikrobeschleunigermesser-Vorrichtung elektrostatisch zwischen zwei Glasplatten zu haften; wobei jede der Glasplatten eine Vertiefung von geeigneter Höhe aufweist, um so die Ablenkung der Testmasse zu erlauben. Jedoch verursacht die Fehlanpassung bezüglich der thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Siliziumwafer und den Glaswafern thermisch induzierte Beanspruchungen über den breiten Temperaturbereich, in welchem der Mikrobeschleunigungsmesser befriedigend arbeiten muß. Dies ist insbesondere wahr, wenn der Mikrobeschleunigungsmesser in einem Automobil verwendet wird. Auch ist es inhärent schwierig, Glas zu bearbeiten, um die erforderten Vertiefungen zu bilden. Aus diesen Gründen hat sich die augenblickliche Praxis des Verbindens des Siliziummikrobeschleunigungsmesser-Wafers zwischen zwei Glasplatten als unakzeptabel erwiesen.
• Ein alternatives Verfahren des Bildens des Mikrobeschleunigungsmessers ist gewesen, die Siliziumvorrichtung zwischen zwei Siliziumwafer sandwichartig einzuschließen, wobei jeder der umgebenden Siliziumwafer auch eine auf geeignete Weise vorgesehene Vertiefung für die Ablenkung der Testmasse aufweist. Die Siliziumwafer werden dann zusammen verbunden, wobei herkömmliche eutektische Gold-Kontaktiertechniken verwendet werden. Jedoch ist, obwohl dieses Problem das Problem der fehlangepaßten thermischen Koeffizienten lindert, es auch problematisch. Um die Bildung der eutektischen Verbindung auszulösen, müssen die Waferoberflächen aggressiv gegeneinander gerieben werden, um engen Kontakt zwischen den Oberflächen sicherzustellen. Dies kann nicht ohne weiteres durchgeführt werden, wenn die Mikrobeschleunigungsmesserkomponenten einmal auf dem intermediären Siliziumwafer gebildet worden sind, da diese aggressive Aktion für die Vorrichtungskomponenten schädlich ist. Jedoch können die umgebenden Wafer nur mit dem Mikrobeschleunigungsmesser verbunden werden, nachdem die Komponenten gebildet worden sind, was dadurch dieses Verfahren ebenfalls nicht akzeptierbar macht.
• Die EP-A-0 387 518 offenbart einen Mikrobeschleunigungsmesser, der als Dreiteil-Kondensator mit oberen und unteren Platten gebildet ist, die aus starren Siliziumgliedern gebildet sind, die auf einen intermediären Siliziumrahmen geklebt sind, welcher eine Testmasse enthält. Das Verbinden findet vermittels von Glasrändern statt, die zwischen dem Rahmen und den oberen und unteren Scheiben gebildet sind. Isolierende glasüberzogene Ausbreitungshemmnisse sind bei verschiedenen Orten auf Mesas vorgesehen, und zwar respektive auf den oberen und unteren Scheiben, um die Testmasse daran zu hindern, in Berührung mit irgendeinem Mesa zu kommen.
• Die EP-A-0 395 922 offenbart einen kapazititven mikromechanischen Beschleunigungsmesser, der aus einer Stopabdeckung, einem Federteil und einer Elektrodenabdeckung besteht. Der Federteil umfaßt eine Testmasse. Die individuellen Teile des kapazitiv wirkenden Beschleunigungssensors werden vorzugsweise aus Glas, Keramiken oder Silizium hergestellt und können verbunden werden, indem eine externe Kraft bei erhöhter Temperatur angelegt wird, oder durch geeignete Adhäsionsmittel. Die Stopabdeckung umfaßt erhöhte Teile, um die Testmasse zu tragen.
• Die vorliegenden Erfindung zielt darauf, einen verbesserten Beschleunigungsmesser zu schaffen.
• Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Beschleunigungsmesser wie in Anspruch 1 spezifiziert geschaffen.
• Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Beschleunigungsmessers wie in Anspruch 10 spezifiziert geschaffen.
• Die Erfindung kann einen Beschleunigungsmesser schaffen, in welchem Verbindungen zwischen dem Beschleunigungsmesser und den umgebenden Wafern ein relativ niedriges Beanspruchungsniveau aufweisen, welches keine überflüssige restliche Beanspruchung an der Vorrichtung zur Folge hat. Weiter kann es ein Mittel zum Vereinfachen der akkuraten und präzisen Steuerung der Beabstandung zwischen den verbundenen Wafern schaffen, während es auch ein Hemmnis oder einen Anschlag in seinem Entwurf mit eingliedert, um eine exzessive Ablenkung der Testmasse zu verhindern. Derartige Verbindungen können auch ohne Verschlechterung an jenen Komponenten gebildet werden, etwa indem bei einer relativ niedrigen Temperatur ohne irgendeine Aktion aggressiver reibender Betätigung gebildet wird.
• Der Beschleunigungsmesser kann für das akkurate Bestimmen der Beschleunigung einer Testmasse in einer Ebene senkrecht zu der Ebene des Beschleunigungsmessers geeignet sein.
• In einem Ausführungsbeispiel umf aßt der Beschleunigungsmesser ein Siliziumsubstrat, das im wesentlichen längs einer einzelnen kristallographischen Ebene ausgerichtet ist. Das Einzelkristallsiliziumsubstrat weist vorzugsweise eine Vorder- und eine Rückfläche auf, welche im wesentlichen parallel zueinander liegen, wobei eine Testmasse innerhalb des Siliziumsubstrates gebildet ist, wodurch die Testmasse von Mikrobrücken innerhalb des Siliziumsubstrates aufgehängt ist. Daher kann eine Lücke im wesentlichen überall zwischen dem Substrat und der Testmasse außer bei den Mikrobrücken vorgesehen sein.
• Elektronische Mittel zum Nachweisen einer Änderung der Beschleunigung der Masse werden vorteilhafterweise auf der Vorderfläche des Siliziums und der Testmasse vorgesehen. Dieses Mittel zum Nachweis kann einen Hinweis auf Beschleunigung in der Ebene der Testmasse vorsehen, indem die Änderung bezüglich der Bewegung der Testmasse detektiert wird.
• Der Beschleunigungsmesser wird vorzugsweise nahe seinem Umfang verbunden, und zwar mit einer abdeckendn Siliziumplatte und eine Siliziumrückplatte, um so exzessive Verschiebung der Testmasse in einer Richtung senkrecht zu der Ebene der Testmasse, das heißt einer Z-Achsen-Richtung zu verhindern.
• Der Beschleunigungsmesser ist vorzugsweise ein Mikrobeschleunigungsmesser.
• Sowohl die abdeckende Siliziumplatte als auch die Siliziumrückplatte werden bearbeitet, um eine Trägersäule von einer vorbestimmten Höhe aufzuweisen, die kontinuierlich um den Bereich benachbart ihrem äußeren Umfang vorgesehen ist, wo sie auf das Siliziumsubstrat verbunden sind. Die abdeckende Platte wird an die Vorderfläche des Mikrobeschleunigungsmessers verbunden und die Rückplatte wird nahe der hinteren Fläche des Mikrobeschleunigungsmessers nahe den jeweiligen Trägersäulen verbunden. Die Platten werden vorzugsweise miteinander verbunden, indem ein geeignetes Adhäsionsmittel an dem äußeren Umfang der Wafer vorgesehen wird. Die adhäsive Verbindung weist vorzugsweise eine niedrigere restliche Beanspruchung auf, selbst über einen breiten Temperaturbereich, und kann bei einer relativ niedrigen Temperatur gebildet werden, ohne überflüssige Verschlechterung der Mikrobeschleunigungsmesserkomponenten. Zusätzlich können adhäsive Verbindungen etwas Isolation für den Mikrobeschleunigungsmesser von Beanspruchungen vorsehen, die aus Vibration während des Gebrauchs oder der Packung herrühren.
• Die Trägersäulen können eine vertiefte Fläche innerhalb jeder der Platten bilden. Die vertiefte Fläche würde einen Durchmesser aufweisen, der durch den Ort der Trägersäule bestimmt ist, und eine Tiefe, die der Höhe der Trägersäule gleich ist. Die vertieften Flächen können die Testmasse des Beschleunigungsmessers dazu befähigen, sich innerhalb dieser vertieften Bereiche abzubiegen. Daher wird die vorbestimmte Höhe der Trägersäulen vorzugsweise gewählt, um die Entwurfspezifizierungen für den Mikrobeschleunigungsmesser zu optimieren und kann auf akkurate Weise gesteuert werden.
• Innerhalb des vertieften Bereichs jeder Platte kann zumindest ein Stopp- bzw. Hemmnismittel vorgesehen sein, um exzessive Ablenkung der Testmasse in einer Richtung senkrecht zu den vorderen und hinteren Oberflächen des Mikrobeschleunigungsmessers zu verhindern. Das Stoppmittel auf jeder Platte ist vorzugsweise eine zweite bearbeitete Säule einer zweiten vorbestimmten Höhe, welche kleiner als die erste vorbestimmte Höhe der Trägersäule ist.
• Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird unten nur zur Veranschaulichung erläutert, mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen, in welchen:
• Figur 1 eine Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels eines Mikrobeschleunigungsmessers ist, der auf eine abdeckende Platte und eine Rückplatte verbunden ist, worin sowohl die abdeckende Platte als auch die Rückplatte Hemmnisse zum Verhindern exzessiver Abbiegung der Testmasse innerhalb des Mikrobeschleunigungsmessers umfassen; und
• Figur 2 eine vergrößerte Ansicht eines veranschaulichenden Verbindungsbereichs innerhalb des Mikrobeschleunigungsmessers ist, der sowohl eine Trägersäule als auch ein Adhäsionsmittel zeigt.
• Wie in Figur 1 gezeigt, ist ein Beschleunigungsmesser 10 dazu angepaßt, ein Maß der Beschleunigung zu ergeben, wenn eine Testmasse 12 davon sich in einer Richtung senkrecht zu der Ebene des Beschleunigungsmessers 10 bewegt < mit anderen Worten seitwärts oder in die Papierebene in der Sicht von Figur 1 hinein oder daraus heraus).
• Der Mikrobeschleunigungsmesser 10 wird aus einem Siliziumsubstrat 14 gebildet, das im wesentlichen längs einer einzelnen kristallographischen Ebene orientiert ist. Es ist bevorzugt, daß das Siliziumsubstrat 14 ein Einzelkristall ist, der längs der kristallographischen < 100> -Ebene für optimale Resultate der Mikrobearbeitung orientiert ist, jedoch werden geeignete Resultate auch erhalten, wenn das Siliziumsubstrat 14 längs der kristallographischen < 110> -Ebene orientiert ist.
• Das Einzelkristallsiliziumsubtrat 14 umfaßt Vorder- und Hinterf lächen 16, 18, welche im wesentlichen parallel zueinander liegen. Die Testmasse 12 wird innerhalb des Siliziumsubstrates 14 gebildet und wird auf dem Rest des Beschleunigungsmessers 10 durch Mikrobrücken 22 getragen. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden vier Mikrobrücken vorgesehen, die gleichmäßig um die Testmasse 12 angeordnet sind.
• Die Testmasse 12 wird gebildet, wobei bekannte Mikrobearbeitungstechniken verwendet werden, wie in der europäischen Patentanmeldung Nr. 91 202 123.5 offenbart. Alternative herkömmliche Verfahren zur Mikrobearbeitung des Siliziumsubstrates 14 können auch verwendet werden, um die Testmasse 12 und Mikrobrücken 22 zu bilden.
• Eine Lücke 20 wird zwischen der Testmasse 12 und dem Siliziumsubstrat 14 vorgesehen, was nur die Mikrobrücken 22 beläßt, die die Testmasse 12 mit dem Substrat 14 verbinden.
• Ein elektronisches Mittel zum Nachweisen einer Änderung bezüglich der Beschleunigung der Testmasse 12 wird im wesentlichen über der Vorderoberf läche 16 des Siliziumsubstrates l4 vorgesehen, einschließlich der Testmasse 12 und der Mikrobrücken 22. Das elektronische Mittel wird durch den schraffierten Bereich 24 dargestellt. Im Gebrauch sieht das elektronische Mittel 24 durch irgendein geeignetes Verfahren einen Hinweis auf Beschleunigung in der Ebene der Testmasse 12 vor (das heißt seitwärts oder in die Papierebene hinein oder daraus heraus oder irgendeine Kombination davon in der Ansicht, die in Figur 1 gezeigt ist), indem die Änderung bezüglich der Bewegung der Testmasse 12 nachgewiesen wird und ein geeignetes Signal erzeugt wird.
• Im allgemeinen mißt der Mikrobeschleunigungsmesser 10 die Komponenten der Beschleunigung in der Ebene des Siliziumsubstrats 14 durch die folgende Technik. Vorzugsweise enthält der Siliziummikrobeschleunigungsmesser 10 zwei Paare von Mikrobrücken, welche orthogonal an der Siliziumtestmasse 12 angebracht sind, um so längs der X- und Y-Achse der Ebene des Mikrobeschleunigungsmessers positioniert zu sein (nur ein Paar von Mikrobrücken 22 ist in den Querschnittsansichten der Figuren 1 und 2 gezeigt, wobei das zweite Paar von Mikrobrücken orthogonal zum ersten Paar 22 liegt). Um Temperatur- und Materialeffekte zur ersten Ordnung aufzuheben, sollten die Mikrobrücken 22, welche an entgegengesetzten Seiten der Testmasse 12 angebracht sind, angeglichen sein, so daß sie äquivalente axiale Differentiallasten während der Beschleunigung erfahren. Die Trägheitskraft auf der Testmasse 12 aufgrund der Beschleunigung in der Ebene des Substrates 14 erzeugt die axialen Differentiallasten auf den gegenüberliegenden Mikrobrücken 22 von jedem Paar, wodurch eine entsprechende Änderung in Piezowiderständen verursacht wird, die in jeder Mikrobrücke 22 gebildet sind.
• Der Mikrobeschleunigungsmesser 10 wird nahe seinem Umfang 26 und 28 mit einer abdeckende Siliziumplatte 30 bzw. einer Siliziumrückplatte 32 verbunden. Der Zweck der Abdeckplatte 30 und der Rückplatte 32 ist, das elektronische Nachweismittel 24 und die Testmasse 12 während des Gebrauchs zu schützen und exzessive Verschiebung der Testmasse 12 in einer Richtung senkrecht zu der Ebene von der Testmasse 12 und Substrat 14 zu verhindern, das heißt der Z-Achse. Die Verbindungen zwischen dem Siliziumsubstrat 14 und den zwei Platten 30 und 32 weisen eine relativ niedrige Beanspruchung auf und sehen auch ein Mittel zum akkuraten Steuern der Beabstandung vor, in welcher die Testmasse 12 zwischen dem Mikrobeschleunigungsmesser 10 und diesen zwei Platten 30 und 32 ab- d.h. auslenkt.
• Sowohl die abdeckende Siliziumplatte 30 als auch die Siliziumrückplatte 32 werden bearbeitet, um Trägersäulen 34, 36 aufzuweisen, jede von einer vorbestimmten Höhe und kontinuierlich um das Substrat 14 angeordnet, um so das Substrat 14 zu tragen. Um den äußeren Umfang der Trägersäulen 34, 36 gibt es eine Verbindung 28 (Figur 2) zum Verbinden der Platten 30, 32 mit dem Nikrobeschleunigungsmesser 10. Die Trägersäulen 34 und 36 werden aus dem Siliziumsubstrat 14 herausgearbeitet, wobei herkömmliche Musterbildungs- und Ätztechniken verwendet werden. Die Höhe der Trägersäulen 34 und 36 wird durch die spezielle Anwendung und die Verarbeitungsparameter bestimmt, die erforderlich sind, um die Säulen zu bilden und bestimmt im wesentlichen die Höhe der Lücke zwischen der Testmasse 12 und jeder Platte 30, 32 und entsprechend die Größe der Ablenkung oder des Dämpfungsabstandes für die Testmasse 12. Dieser Dämpfungsabstand ist für die Leistungsfähigkeit des Mikrobeschleunigungsmessers 10 kritisch und kann durch die Höhe der Trägersäulen 34 und 36 auf akkurate Weise gesteuert werden. Die Trägersäulen 34 und 36 brauchen nicht die gleiche Höhe zu haben, obwohl es vorhersehbar ist, daß dies in den meisten Anwendungen der Fall wäre.
• Die abdeckende Platte 30 wird mit der Vorderf läche 16 des Mikrobeschleunigungsmessers 10 verbunden und die Rückplatte 32 wird mit der Rückfläche 18 des Mikrobeschleunigungsmessers 10 bei respektiven Bereichen 26 und 28 benachbart den Trägersäulen 34, 36 verbunden. Es wird bevorzugt, daß die verbundenen Bereiche 26 und 28 den Trägersäulen 34 und 36 benachbart sind, um engen Kontakt zwischen den zusammenpassenden Oberflächen der Trägersäulen 34 und 36 und dem Siliziumsubstrat 14 sicherzustellen.
• Das Siliziumsubstrat 14 und die abdeckenden und Rück-Platten 30 und 32 werden miteinander verbunden, indem ein geeignetes Adhäsionsmittel an den Bereichen 26 und 28 vorgesehen wird. Um die gründliche Verbindung zwischen den Platten 14, 30 und 32 sicherzustellen, sollte das Adhäsionsmittel kontinuierlich um die Umfänge der abdeckenden Platte 30 und der Rückplatte 32 vorgesehen sein. Als ein veranschaulichendes Beispiel, das in Figur 2 gezeigt ist, wird die Rückplatte 32 mit dem Siliziumsubstrat 14 verbunden, indem das Adhäsionsmittel an diesem Bereich 28 benachbart der Trägersäule 36 der Rückplatte 32 aufgebracht wird. Das Adhäsionsmittel kann ein auf herkömmliche Weise auf das Substrat Siebgedrucktes sein, oder irgendwelche anderen geeigneten alternativen Verfahren zum Abscheiden des Adhäsionsmittels können auch verwendet werden.
• Es ist bevorzugt, daß das Adhäsionsmittel ein Silikongummi wie ein Adhäsionsmittel des RTV-Typus (eingetragenes Warenzeichen) ist. Ein speziell geeigneter Typus des RTV-Adhäsionsmittels (eingetragenes Warenzeichen) ist kommerziell von Dow Chemical unter dem Produktcode Q36611 erhältlich. Andere geeignete RTV-Adhäsionsmittel (eingetragenes Warenzeichen) können auch verwendet werden, genauso wie andere Typen von Adhäsionsmitteln.
• Nachdem das Adhäsionsmittel aufgetragen wird, werden das Siliziumsubstrat 14 und die Siliziumplatten 30 und 32 miteinander verbunden, indem die Platten 14, 30 und 32 wie in Figur 1 gezeigt, gestapelt werden und ein geeignetes Gewicht auf den Stapel der Platten 14, 30 und 32 während des Aushärteprozesses für das Adhäsionsmittel angelegt wird. Das Gewicht ist nicht notwendig, stellt aber engen und gründlichen Kontakt zwischen Platten 14, 30 und 32 während des Aushärteprozesses sicher.
• Der Aushärteprozeß für das Adhäsionsmittel wird bei einer relativ niedrigen Temperatur durchgeführt, welche einleuchtenderweise keinen auf irgendeine Weise signifikanten Schaden an dem Mikrobeschleunigungsmesser 10 oder seinen elektrischen Komponenten (die durch Bereich 24 dargestellt sind) während des Verbindens verursachen wird, selbst obwohl die Platten 14, 30 und 32 miteinander verbunden werden müssen, nachdem die elektrischen Komponenten 24 gebildet werden. Für das bevorzugte Adhäsionsmittel, Dow Chemicals Q36611 RTV- Adhäsionsmittel (eingetragenes Warenzeichen), wird eine Aushärtetemperatur von ungefähr 150º für ungefähr 3 bis 4 Stunden verwendet.
• Die adhäsiven Verbindungen 26 und 28 innerhalb des Mikrobeschleunigungsmessers 10 weisen eine niedrige restliche Beanspruchung auf, selbst über einen breiten Temperaturbereich. Noch nach dem Aushärten bleiben die Adhäsionsverbindungen 26 und 28 etwas nachgiebig, wodurch ein Ausmaß an Beanspruchungsisolierung für den Mikrobeschleunigungsmesser 10 während des Gebrauchs und der Packung vorgesehen wird. Zusätzlich sind, weil das Siliziumsubstrat 10 das gleiche Material wie die Abdeckungsplatte 30 und die Rückplatte 32 ist, thermisch induzierte Beanspruchungen aufgrund fehlangepaßter thermischer Koeffizienten der Ausdehnung im wesentlichen nicht existent. Die Verbindung der Komponenten des Mikrobeschleunigungsmessers 10 auf diese Weise hat eine Vorrichtung mit sehr kleiner restlicher Beanspruchung zur Folge, was gute Leistungsfähigkeit der Vorrichung über einen breiten Temperaturbereich ergibt.
• Es ist zu bemerken, daß die Trägersäulen 34 und 36 einen vertieften Bereich, 38 bzw. 40, innerhalb jeder der Siliziumplatten 30 und 32 bilden. Die vertieften Bereiche 38 und 40 weisen einen Durchmesser auf, der durch den Ort der entsprechenden Trägersäule 34 und 36 bestimmt ist, und eine Tiefe, die der Höhe der Trägersäule 34 und 36 gleich ist. Die vertieften Bereiche 38 und 40 werden so vorgesehen, daß die Testmasse 12 des Beschleunigungsmessers 10 in der Z-Achsen-Richtung ablenken kann, welche senkrecht zu den vorderen und hinteren Flächen 16 und 18 des Mikrobeschleunigungsmessers 10 liegt. Innerhalb des vertieften Bereichs 38 und 40 von jeder Platte 30 und 32 ist zumindest ein Hemmnis 42 bzw. 44 vorgesehen, um exzessive Auslenken der Testmasse 12 zu verhindern. Das Hemmnis 42, 44 auf jeder Platte 30 und 32 ist vorzugsweise eine zweite bearbeitete Säule von vorbestimmter Höhe, welche kleiner als die erste vorbestimmte Höhe der Trägersäulen 34 und 36 ist. Die Hemmnissäulen 42 und 44 werden bearbeitet, wobei herkömmliche Musterbildungsund Ätztechniken für Silizium verwendet werden, und können gleichzeitig mit den Trägersäulen 34 und 36 gebildet werden.
• Die Höhe der Hemmnissäulen 42 und 44 kann variieren, ist aber immer kleiner als die Höhe der Trägersäulen 34 und 36, um so etwas Ablenkung durch die Testmasse 12 zu erlauben. Die Differenz zwischen der Höhe der Hemmnissäulen 42 und 44 und der Trägersäulen 34 und 36 (und entsprechend der Dämpfungsabstand für die Ablenkung durch die Testmasse 12) hängt von der speziellen Anwendung ab. Für einen Mikrobeschleunigungsmesser, der niedrige Beschleunigungen nachweist, sollte die Differenz bezüglich der Höhen zwischen den Säulen so klein sein, daß die Größe der Ablenkung von der Testmasse 12 klein ist. In umgekehrter Weise wird, für Anwendungen, wo der Mikrobeschleunigungsmesser 10 größere Beschleunigungen nachweisen wird, die Differenz zwischen den Höhen der Trägersäulen 34 und 36 und der Hemmnissäulen 42 und 44 größer sein, um größere Bewegung der Testmasse 12 zu erlauben. Wie ersichtlich sein sollte, erlauben die Hemmnissäulen 42 und 44 hinreichende Bewegung der Testmasse 12, schützen aber die Testmasse 12 dennoch vor exzessiver Ablenkung.
• In einer speziellen Anwendung für einen Mikrobeschleunigungsmesser 10, der dazu entworfen ist, eine Beschleunigung von bis zu ungefähr 25 g zu messen, beträgt die Differenz zwischen der Höhe der Trägersäulen 34 und 36 und der Hemmnissäulen 42 und 44 ungefähr 5 Mikrometer. Daher wird der Testmasse 12 erlaubt, sich 5 Mikrometer in jeder Richtung abzulenken, bevor das Hemmnis 42, das auf der abdeckenden Platte 30 vorgesehen ist, oder das Hemmnis 44 berührt wird- das auf der Rückplatte 32 vorgesehen ist. In der Praxis ist es gefunden worden, daß diese Differenz normalerweise nicht größer als ungefähr 5 Mikrometer sein sollte.
• Es sollte bemerkt werden, daß die Höhen der Hemmnisse 42 und 44 nicht gleich sein müssen, jedoch ist es in der Praxis immer wahrscheinlich, daß sie näherungsweise gleich sind. Zusätzlich kann die Anzahl der Hemmnissäulen 42 und 44 auf jeder Platte 30 und 32 abhängig von der Anwendung und den verwendeten Verarbeitungstechniken variieren. Es ist wünschenswert, daß die Hemmnisse 42 und 44 symmetrisch um die Mitte der jeweiligen Platte 30 und 32 liegen, um so gleiche und gleichmäßige Verteilung der Hemmniswirkung für die Testmasse 12 sicherzustellen.

Claims (14)

1. Ein Beschleunigungsmesser mit einem Siliziumträger (14), welcher erste und zweite Flächen (16, 18) umfaßt, welche im wesentlichen parallel zueinander liegen; einer Masse (12), die innerhalb des Siliziumträgers gebildet und dazu angepaßt ist, an dem Träger zu hängen; einer ersten Siliziumplatte (30) mit einer ersten Trägersäule (34), die dazu angepaßt ist, an dem Siliziumträger anzustoßen und sich kontinuierlich um die Masse herum zu erstrecken, einer ersten kontinuierlichen Schicht (26) von Adhäsionsmittel, das sich kontinuierlich um die Nasse und in dem Bereich der ersten Trägersäule erstreckt, um so die erste Siliziumplatte mit der ersten Fläche des Siliziumträgers derart zu verbinden, daß eine Lücke durch die erste Trägersäule zwischen der ersten Siliziumplatte und dem Siliziumträger vorgesehen ist, um so die Masse dazu zu veranlassen, an dem Siliziumträger zu hängen, und Adhäsionsmittel in der Lücke angeordnet ist, und einem ersten Hemmnis (42) mit einer Höhe, welche geringer als die Höhe der ersten Trägersäule ist; und einer zweiten Siliziumplatte (32) mit einer zweiten Trägersäule (36), die dazu angepaßt ist, an den Siliziumträger anzustoßen, und sich kontinuierlich um die Masse herum zu erstrecken, wobei sich eine zweite kontinuierliche Schicht (28) von Adhäsionsmittel kontinuierlich um die Masse und in den Bereich der zweiten Trägersäule erstreckt, um so die zweite Siliziumplatte mit der zweiten Oberfläche (18) des Siliziumträgers derart zu verbinden, daß eine Lücke von der zweiten Trägersäule zwischen der Siliziumplatte und dem Siliziumträger vorgesehen ist, um so die Masse dazu zu veranlassen, an dem Siliziumträger zu hängen und Adhäsionsmittel in der Lücke angeordnet ist, und einem zweiten Hemmnis (44) mit einer Höhe, welche geringer als die Höhe der zweiten Trägersäule ist; worin die ersten und zweiten Hemmnisse (42, 44) Höhen aufweisen, die dazu angepaßt sind, exzessive Ablenkung der Masse in Richtung auf die ersten und zweiten Platten verhindern.

2. Ein Beschleunigungsmesser nach Anspruch 1, worin das erste Hemmnis eine Rippe umfaßt, die auf der ersten Platte gebildet ist, und das zweite Hemmnis eine Rippe umfaßt, die auf der zweiten Platte gebildet ist.

3. Ein Beschleunigungsmesser nach Anspruch 1 oder 2, mit einem Nachweismittel (24) zum Nachweisen einer Änderung bezüglich der Beschleunigung der Masse und dazu angepaßt, einen Hinweis auf Beschleunigung der Masse vorzusehen, wobei das Nachweismittel im wesentlichen auf der ersten Oberfläche des Siliziumträgers angeordnet ist.

4. Ein Beschleunigungsmesser nach Anspruch 1, 2 oder 3, worin der Siliziumträger im wesentlichen von den ersten und zweiten Platten in gleichem Maß beabstandet ist und die Masse von den ersten und zweiten Hemmnisse im wesentlichen gleich beabstandet ist.

5. Ein Beschleunigungsmesser nach Anspruch 4, worin die Differenz zwischen der Beabstandung von dem Träger zu der ersten oder zweiten Platte und die Beabstandung von der Masse zu dem ersten oder zweiten Hemmnis nicht größer als ungefähr 5 Mikrometer ist.

6. Ein Beschleunigungsmesser nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, worin die ersten und zweiten Schichten des Adhäsionsmittels aus einem Adhäsionsmittel auf Silikonbasis gebildet sind.

7. Ein Beschleunigungsmesser nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, worin der Siliziumträger im wesentlichen längs einer einzelnen kristallographischen Ebene orientiert ist.

8. Ein Beschleunigungsmesser nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, worin die Masse an dem Siliziumträger durch eine Vielzahl von Brückenstücken (22) befestigt ist.

9. Ein Beschleunigungsmesser nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, worin die ersten und/oder die zweiten Siliziumplatten auf dem Siliziumträger durch Verbindungen (26, 28) proximal dem äußeren Umfang ihrer respektiven Trägersäule geklebt sind.

10. Ein Verfahren der Bildung eines Beschleunigungsmessers, das die Schritte umfaßt, daß ein Siliziumträger (14), erste und zweite Oberflächen (16, 18) auf dem Siliziumträger, welche im wesentlichen parallel zueinander liegen, und eine Masse (12) vorgesehen werden, die dazu angepaßt wird, an dem Siliziumträger zu hängen; auf der ersten Oberfläche des Siliziumträgers ein Nachweismittel (22) zum Nachweisen einer Änderung bezüglich der Beschleunigung der Masse und dazu angepaßt, einen Hinweis auf Beschleunigung der Masse vorzusehen, geschaffen wird; eine erste Siliziumplatte (30) und eine erste Trägersäule (34) auf der ersten Siliziumplatte, die sich kontinuierlich um die Masse erstreckt, und ein erstes Hemmnis (42) auf der ersten Siliziumplatte mit einer Höhe geschaffen wird, welche kleiner als die Höhe der ersten Trägersäule wird; eine zweite Siliziumplatte (32), und eine zweite Trägersäule (36), die sich kontinuierlich um die Masse erstreckt, und ein zweites Hemmnis (44) auf der zweiten Siliziumplatte mit einer Höhe geschaffen wird, welche kleiner als die Höhe der zweiten Trägersäule ist; in dem Bereich der ersten Trägersäule die erste Siliziumplatte mit der ersten Fläche des Siliziumträgers vermittels einer ersten kontinuierlichen Schicht (26) aus Adhäsionsmittel verbunden wird; und in dem Bereich der zweiten Trägersäule die zweite Siliziumplatte mit der zweiten Fläche des Siliziumträgers vermittels einer zweiten kontinuierlichen Schicht (28) von Adhäsionsmittel verbunden wird; wobei eine erste Lücke durch die erste Trägersäule zwischen dem Siliziumträger und der ersten Platte vorgesehen wird, und eine zweite Lücke durch die zweite Trägersäule zwischen der zweiten Platte und dem Siliziumträger vorgesehen wird; und Adhäsionsmittel in den ersten und zweiten Lücken vorgesehen wird.

11. Ein Verfahren nach Anspruch 10, worin die Höhen der ersten und zweiten Trägersäulen im wesentlichen gleich wird und die Höhen der ersten und zweiten Hemmnisse im wesentlichen gleich und kleiner als die Höhen der ersten und zweiten Trägersäulen werden.

12. Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, worin die Höhe der ersten und zweiten Trägersäulen größer als die Höhe der ersten und zweiten Hemmnisse um nicht mehr als ungefähr 5 Mikrometer wird.

13. Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, worin die ersten und zweiten Schichten von Adhäsionsmitteln aus Adhäsionsmitteln auf Silikonbasis gebildet sind.

14. Ein Verfahren nach Anspruch 13, das den Schritt umfaßt, daß das Adhäsionsmittel auf Silikonbasis bei einer Temperatur von näherungsweise 150ºC für bis zu vier Stunden ausgehärtet wird.