FR2843381A1 - Capteur capacitif de grandeur dynamique - Google Patents
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Abstract
Un capteur capacitif de grandeur dynamique comprend un substrat (1), une masse (11), une électrode mobile (10a, 10b), un élément d'ancrage (14), une électrode fixe (17a, 17b), un ressort (12) et un élément d'absorption de contrainte (13). Le déplacement de l'électrode mobile (10a, 10b) sous l'effet d'une grandeur dynamique est détecté comme une variation de la capacité entre les électrodes (10a, 10b, 17a, 17b). Le ressort (12) se déforme sous l'effet de la grandeur dynamique de façon que l'électrode mobile (10a, 10b) soit déplacée d'une distance correspondant à cette grandeur. L'élément d'absorption de contrainte (13) est placé entre l'élément d'ancrage (14) et le ressort (12) pour réduire l'influence sur le ressort d'une contrainte générée dans le substrat sous l'effet d'une variation de température.
Description
CAPTEUR CAPACITIF DE GRANDEUR DYNAMIQUE
La présente invention concerne un capteur capacitif de
grandeur dynamique.
A titre d'exemple, un tel capteur capacitif de grandeur dynamique est un capteur capacitif d'accélération à semiconducteur 27, ou une puce de capteur 27, représenté sur la figure 4A. Comme représenté sur la figure 4A, dans la puce de capteur 27, une masse 11 est supportée par des éléments d'ancrage d'unité mobile 14 par l'intermédiaire de ressorts 12 qui peuvent s'étendre et se contracter. 10 Des première et seconde électrodes mobiles semblables à des dents de peigne, 10a, 10Ob, sont intégrées à la masse 11. Comme illustré sur la figure 4A, des première et seconde électrodes fixes semblables à des dents de peigne 17a, 17b, qui font respectivement face aux première et seconde électrodes mobiles 10a, 10Ob, sont 15 supportées à leurs extrémités par des éléments d'ancrage d'unité
fixe 19a, 19b.
Par exemple, la puce de capteur 27 est fixée à un boîtier de capteur 29 avec un adhésif 28, et le boîtier de capteur 29 est fixé sur une carte de circuit imprimé 31 avec un autre adhésif 30 tel que 20 de la brasure, comme représenté sur la figure 4B. La carte de circuit imprimé 31, sur laquelle la puce de capteur 27, etc., a été montée, est fixée sur un véhicule dans une position prédéterminée, en
utilisant un élément de fixation tel qu'une vis.
Cependant, du fait que la carte de circuit imprimé 31, le 25 boîtier de capteur 29, les adhésifs 28, 30 et la puce de capteur 27 diffèrent en ce qui concerne le coefficient de dilatation linéaire, une déformation telle qu'un gauchissement peut se produire dans le substrat semiconducteur de la puce de capteur 27. Si la déformation est générée dans le substrat semiconducteur, la contrainte générée 5 par la déformation est transmise aux ressorts 12 par l'intermédiaire des éléments d'ancrage d'unité mobile 14, qui sont fixés au substrat semiconducteur. Il en résulte que les ressorts 12 se déforment de manière élastique en réponse à la contrainte, pour déplacer les électrodes 10 mobiles 10a, 10b. Par conséquent, les distances d'électrodes entre les électrodes mobiles 10a, lOb et les électrodes fixes 17a, 17b varient en changeant les capacités entre les électrodes mobiles 10a, lOb et les électrodes fixes 17a, 17b. Il en résulte que les
caractéristiques thermiques de tension de décalage se dégradent.
La présente invention a été faite en vue des aspects cidessus, en ayant pour but de procurer un capteur capacitif de grandeur dynamique dans lequel la dégradation des caractéristiques thermiques de tension de décalage, occasionnée par la déformation
du substrat, a été réduite voire supprimée.
Pour atteindre le but ci-dessus, un capteur capacitif de
grandeur dynamique conforme à la présente invention comprend un substrat, une masse, une électrode mobile, un élément d'ancrage d'unité mobile, une électrode fixe, un ressort et un élément d'absorption de contraintes. La masse est déplacée par une 25 grandeur dynamique. L'électrode mobile est intégrée à la masse.
L'élément d'ancrage d'unité mobile est fixé au substrat pour suspendre la masse et l'électrode mobile au-dessus du substrat.
L'électrode fixe est disposée de façon à faire face à l'électrode mobile. Le déplacement de l'électrode mobile qui se produit en 30 réponse à la grandeur dynamique est détecté comme une variation de la capacité entre l'électrode mobile et l'électrode fixe. Le ressort est placé entre l'élément d'ancrage d'unité mobile et la masse et il se déforme de façon élastique en réponse à la grandeur dynamique, de façon que l'électrode mobile soit déplacée d'une distance correspondant à la grandeur dynamique. L'élément d'absorption de 5 contrainte est placé entre l'élément d'ancrage d'unité mobile et le ressort pour réduire l'influence sur le ressort d'une contrainte qui est
générée dans le substrat.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront
mieux compris à la lecture de la description détaillée qui va suivre 10 de modes de réalisation, donnés à titre d'exemples non limitatifs. La
suite de la description se réfère aux dessins annexés, dans
lesquels: La figure 1A est une vue en plan schématique d'un capteur capacitif d'accélération à semiconducteur conforme à un premier 15 mode de réalisation de la présente invention; La figure lB est une coupe schématique du capteur de la figure 1A, selon la ligne IB-IB; La figure 1C est une coupe schématique du capteur de la figure 1A, selon la ligne IC-IC; La figure 2 est un schéma de circuit équivalent pour un circuit de détection pour le capteur de la figure 1A; La figure 3A est une représentation agrandie des ressorts et de l'élément d'absorption de contrainte de la figure 1A, montrant l'état initial; La figure 3B est une représentation agrandie des ressorts et de l'élément d'absorption de contrainte de la figure 1A, montrant l'état lorsque la première couche de semiconducteur se déforme; La figure 3C est une représentation agrandie des ressorts et de l'élément d'absorption de contrainte de la figure 1A, montrant 30 l'état lorsqu'une accélération est appliquée; La figure 4A est une vue en plan schématique d'un capteur capacitif d'accélération à semiconducteur proposé; et La figure 4B est une coupe schématique montrant l'état dans lequel le capteur de la figure 4A est assemblé sur une carte de
circuit imprimé.
Premier Mode de réalisation Comme représenté sur les figures 1A à 1C, un capteur d'accélération à semiconducteur 5 conforme à un premier mode de réalisation comprend un substrat 4 qui a une structure Silicium sur Isolant (SOI). Le substrat 4 est composé d'un substrat 10 semiconducteur 1, ou d'une première couche de semiconducteur 1, d'une seconde couche de semiconducteur 2 et d'une couche isolante 3, qui est une couche sacrificielle, consistant par exemple en oxyde de silicium. Les couches de semiconducteur 1, 2 consistent en silicium monocristallin. Le capteur 5 de la figure 1A comprend une 15 partie de détection, qui a été formée par une technologie de microusinage bien connue, utilisant la technologie de fabrication de semiconducteurs. Comme représenté sur la figure 1A, la partie de détection 5 comprend une unité mobile 6, des première et seconde unités fixes 20 7, 8 et une partie périphérique 9, qui entoure l'unité mobile 6 et les unités fixes 7, 8. Il y a des espaces prédéterminés entre l'unité mobile 6, les unités fixes 7, 8 et la partie périphérique 9, pour les
isoler les unes des autres.
L'unité mobile 6 comprend quatre premières électrodes 25 mobiles en forme de dents de peigne, 10Oa, quatre secondes électrodes mobiles en forme de dents de peigne 10b, une masse 11, deux ressorts rectangulaires 12 ayant une forme de cadre, deux éléments d'absorption de contrainte 13, ou deux ressorts d'absorption de contrainte 13, deux éléments d'ancrage d'unité 30 mobile 14 et une plage de connexion d'électrode mobile 15. Les électrodes mobiles 10a, 10b sont intégrées à la masse 11 de façon à s'étendre à partir de deux côtés de la masse 11, de manière orthogonale à la direction longitudinale de la masse 11. Les ressorts 12 sont joints à la masse 11, qui est une partie de masse sur laquelle l'accélération agit. Chacun des ressorts 12 a un trou 5 traversant qui s'étend en direction orthogonale à la direction de déplacement des électrodes mobiles 10a, 10b, de façon à avoir la
forme d'un cadre rectangulaire.
Les ressorts 12 sont joints aux éléments d'ancrage d'unité mobile 14, qui sont reliés à la première couche de semiconducteur 1 10 à travers la couche isolante 3 et à travers les ressorts d'absorption de contrainte 13, qui ont la forme de cadres rectangulaires, comme les ressorts 12. Dans ce mode de réalisation, les ressorts d'absorption de contrainte 13 sont formés aux deux extrémités de la masse 11 avec les ressorts 12 entre eux, comme représenté sur la 15 figure 1A. Cependant, on peut obtenir pratiquement le même effet
même si un seul ressort d'absorption de contrainte 13 est formé.
Les électrodes mobiles 10a, 10b, la masse 11, les ressorts 12 et les ressorts d'absorption de contrainte 13 sont espacés de la première couche de semiconducteur, comme illustré sur les figures 20 lB et 1C. La structure est formée en gravant la seconde couche de semiconducteur 2 à partir de sa surface et en gravant sélectivement de façon consécutive la couche isolante 3, pour former un espace 16 au-dessous de la seconde couche de semiconducteur 2. Le contour de l'espace 16 est illustré par la ligne en pointillés 22 sur la figure 25 1A. Par conséquent, les ressorts d'absorption de contrainte 13 sont supportés de façon mobile entre les éléments d'ancrage d'unité mobile 14 et les ressorts 12. De ce fait, même si la première couche de semiconducteur 1 se déforme sous l'influence de la température, il est possible d'atténuer la contrainte transmise à travers les 30 éléments d'ancrage d'unité mobile 14, avec les ressorts d'absorption de contrainte 13, avant que la contrainte soit transmise aux ressorts
12, qui sont importants pour la détection précise de l'accélération.
On décrira ultérieurement en détail les ressorts d'absorption de
contrainte 13.
Chacun des ressorts 12 remplit la fonction d'un ressort 5 capable de s'étendre et de se contracter dans les directions orthogonales à sa direction longitudinale. Par conséquent, la masse 11 et les électrodes mobiles 10a, 10b se déplacent dans la direction indiquée par la flèche sur la figure 1A lorsque le capteur 5 est accéléré dans cette direction et ils retournent à la position d'origine 10 lorsque l'accélération devient égale à zéro. La plage de connexion
d'électrode mobile 15 est connectée à l'un des éléments d'ancrage d'unité mobile 14 dans une position prédéterminée. La plage de connexion d'électrode mobile 15 est utilisée pour connecter électriquement les électrodes mobiles 10Oa, 10Ob à un circuit 15 convertisseur capacitétension (C-V), qu'on décrira ultérieurement.
Les première et seconde unités fixes 7, 8 comprennent respectivement: quatre premières électrodes fixes en forme de dents de peigne, 17a, et quatre secondes électrodes fixes en forme de dents de peigne, 17b; des premier et second éléments d'ancrage 20 d'unité fixe 119a, 19b; et des première et seconde plages de connexion d'électrodes fixes 18a, 18b. Les première et seconde plages de connexion d'électrodes fixes 18a, 18b sont respectivement placées sur les premier et second éléments d'ancrage d'unité fixe 19a, 19b, pour connecter électriquement les électrodes fixes 17a, 25 17b au circuit convertisseur C-V. Les éléments d'ancrage d'unité fixe 19a, 19b sont disposés de façon à être parallèles aux directions longitudinales de la masse 11. Les première et seconde électrodes fixes 17a, 17b s'étendent respectivement à partir des premier et second éléments d'ancrage d'unité fixe 19a, 19b, de façon à faire 30 face, dans une orientation respectivement parallèle, aux première et seconde électrodes mobiles 10Oa, 10Ob, qui s'étendent à partir des deux côtés de la masse 11, de façon qu'un espace de détection prédéterminé soit formé entre les électrodes fixes 17a, 17b et les
électrodes mobiles 10a, 10b.
Les éléments d'ancrage d'unité fixe 19a, 19b sont fixés au 5 substrat semiconducteur 1, avec interposition de la couche isolante 3. Les première et seconde électrodes fixes 17a, 17b sont supportées à des premières extrémités de celles-ci par les premier et second éléments d'ancrage d'unité fixe 19a, 19b. La structure est également formée en gravant la seconde couche de semiconducteur 10 2 à partir de sa surface, et en gravant sélectivement de façon consécutive la couche isolante 3, pour former l'espace 16. Les premières électrodes mobiles 10a et les premières électrodes fixes 17a forment une première section de détection 20 qui procure une première capacité CS1, et les secondes électrodes mobiles 10Ob et 15 les secondes électrodes fixes 17b forment une seconde section de
détection 21 qui procure une seconde capacité CS2.
Les électrodes 10Oa, 17a, 10Ob, 17b sont disposées de façon que la différence de capacité AC, ou (CS1-CS2), entre les première et seconde capacités CS1 et CS2 devienne pratiquement égale à 20 zéro lorsque aucune accélération n'est appliquée. Lorsque le capteur est accéléré, les ressorts 12 se déforment pour faire varier les distances entre les électrodes mobiles 10a, 10Ob et les électrodes fixes 17a, 17b. Par conséquent, les première et seconde capacités CS1 et CS2 varient avec la variation de distance. De ce fait, on peut 25 mesurer l'accélération en détectant la différence de capacité AC, ou (CS1 - CS2), entre les première et seconde capacités CS1 et CS2, sous la forme d'une différence de potentiel, en utilisant le circuit
convertisseur C-V.
La figure 2 est un schéma de circuit équivalent pour un 30 circuit de détection pour le capteur de la figure 1A. Comme représenté sur la figure 2, le circuit de détection comprend un circuit convertisseur C-V 23, ou un circuit à capacités commutées 23. Le circuit convertisseur C-V 23 convertit en une différence de tension la différence de capacité (CS1 CS2) entre les première et seconde capacités CS1 et CS2, et il fournit en sortie la différence de tension. 5 Le circuit convertisseur C-V 23 comprend un amplificateur opérationnel 24, un condensateur 25 ayant une capacité Cf, et un
interrupteur 26.
La borne d'entrée inverseuse de l'amplificateur opérationnel
24 est connectée électriquement aux électrodes mobiles 10Oa, lOb 10 par l'intermédiaire de la plage de connexion d'électrode mobile 15.
Le condensateur 25 et l'interrupteur 26 sont connectés en parallèle entre la borne d'entrée inverseuse et la borne de sortie de lI'amplificateur opérationnel 23. Une tension de Vcc/2 est appliquée par une source d'énergie, qui n'est pas illustrée sur la figure, à la 15 borne d'entrée non inverseuse de l'amplificateur opérationnel 24.
Le circuit de détection comprend également un circuit de commande, qui n'est pas illustré sur la figure. Le circuit de commande applique une première onde porteuse, qui a une amplitude constante de Vcc et alterne périodiquement, aux 20 premières électrodes fixes 17a de la première section de détection , par l'intermédiaire de la première plage de connexion d'électrode fixe 18a. En même temps, le circuit de commande applique une seconde onde porteuse, qui a une amplitude constante de Vcc, dont la phase est décalée de 180 par rapport à la première onde 25 porteuse, aux secondes électrodes fixes 17b de la seconde section de détection 21, par l'intermédiaire de la seconde plage de
connexion d'électrode fixe 18b.
Par conséquent, lorsqu'aucune accélération n'est appliquée, chaque potentiel des sections de détection 20, 21 devient 30 Vcc/2, du fait que la première capacité CS1 de la première section de détection 20 est pratiquement égale à la seconde capacité CS2 de la seconde section de détection 21. L'interrupteur 26 dans le circuit convertisseur C-V 23 est fermé et ouvert dans des conditions temporelles prédéterminées qui sont synchronisées avec les ondes porteuses. Lorsque l'interrupteur 26 est ouvert, une accélération est 5 détectée. Le circuit convertisseur C-V 23 fournit en sortie une tension Vout en réponse à l'accélération. Vout est exprimée par
l'équation "eq. 1" suivante.
Vout = (CS1 - CS2) x Vcc / Cf eq. 1 Lorsque le capteur est accéléré, le rapport entre la première capacité CS1 et la seconde capacité CS2 varie, et Vout, qui est proportionnelle à la différence de capacité (CS1 - CS2), comme on le comprend d'après l'eq. 3 est émise. La tension émise 15 est traitée par un circuit d'amplification ou un filtre passe-bas, qui n'est pas illustré sur la figure, et est détectée comme un signal de
détection d'accélération.
Bien qu'une tension de Vcc/2 soit appliquée à la borne d'entrée non inverseuse de l'amplificateur opérationnel 24, à partir 20 d'une source d'énergie qui n'est pas illustrée sur la figure, une tension de Vl, qui n'est pas égale à Vcc/2, peut être fournie dans le but de créer une fonction d'auto-diagnostic, dans laquelle les électrodes mobiles 10a, 10Ob sont déplacées de manière forcée en commutant Vcc/2 vers V1 en utilisant un commutateur, qui n'est pas 25 illustré sur la figure, avec des conditions temporelles prédéterminées
qui sont synchronisées avec les ondes porteuses.
La présente invention est caractérisée en ce que les éléments d'absorption de contrainte 13, ou les ressorts d'absorption de contrainte 13, sont incorporés entre les ressorts 12 et les 30 éléments d'ancrage d'unité mobile 14 dans l'unité mobile 6, comme représenté sur la figure 3A. La première couche de semiconducteur 1 de la puce de capteur se déforme sous l'effet de la différence de coefficient de dilatation linéaire entre la carte de circuit imprimé 31, le boîtier de capteur 29, les adhésifs 28, 30 et la puce de capteur 5, s'ils sont chauffés au cours de l'assemblage du dispositif représenté 5 sur la figure 4B, ou pendant l'utilisation. Dans le capteur des figures 1A à 1C, la contrainte occasionnée par la déformation de la première couche de semiconducteur 1 est transmise aux éléments d'ancrage d'unité mobile 14, qui sont joints à la première couche de semiconducteur 1 par l'intermédiaire de la couche isolante 3 et, 10 comme représenté sur la figure 3B, les éléments d'ancrage d'unité mobile 14 deviennent les points de départ de la contrainte
transmise, ce qui est désigné par un ovale sur la figure 3B.
Dans le capteur 27 de la figure 4A qui est proposé, la contrainte occasionnée par la déformation de la première couche de 15 semiconducteur 1 agit directement sur les ressorts 12, pour les déformer de manière élastique. Il en résulte que les électrodes mobiles 10Oa, 10Ob sont déplacées et se décalent par rapport à la position initiale. Au contraire, dans le capteur des figures 1A à 1C, chacun des ressorts 12, qui sont reliés à la masse 11, et des 20 ressorts d'absorption de contrainte 13, qui sont disposés entre les ressorts 12 et les éléments d'ancrage d'unité mobile 14, remplit la fonction d'un ressort de façon à s'étendre et à se contracter dans les
directions orthogonales à leur direction longitudinale.
Comme illustré sur la figure 3B, du fait que les ressorts 25 d'absorption de contrainte 13 sont disposés entre les ressorts 12 et les éléments d'ancrage d'unité mobile 14, pour remplir la fonction de ressorts, les ressorts d'absorption de contrainte 13 se déforment de façon élastique sous l'effet de la contrainte, pour atténuer la contrainte avant qu'elle agisse sur les ressorts 12. Par conséquent, 30 il est possible de réduire l'influence sur les ressorts 12 de la contrainte occasionnée par la déformation de la première couche de
semiconducteur 1.
Lorsqu'une accélération est appliquée dans la direction illustrée par une flèche sur la figure 3C, qui est orthogonale à la direction longitudinale des ressorts 12, la masse 11, qui est une 5 partie de masse, est affectée par l'accélération. Du fait que les
ressorts 12, qui sont reliés à la masse 11, remplissent la fonction de ressorts, les points de départ du déplacement deviennent la partie qui est désignée par un ovale sur la figure 3C. Par conséquent, les ressorts 12 semblables à des cadres rectangulaires se déforment de 10 façon élastique pour absorber l'énergie.
Cependant, comme décrit ci-dessus, les ressorts d'absorption de contrainte 13, qui sont connectés aux ressorts 12, remplissent la fonction de ressorts qui s'étendent et se contractent dans les directions parallèles à la direction longitudinale de la masse 15 11. Par conséquent, si les ressorts d'absorption de contrainte 13 se déforment de façon élastique sous l'effet de l'accélération appliquée, la valeur de déplacement des électrodes mobiles 10Oa, 10Ob change en réponse à la déformation. Par conséquent, I'influence que les ressorts d'absorption de contrainte 13 exercent sur le déplacement 20 des électrodes mobiles 10a, 10Ob doit être comprise dans la plage d'erreur de l'influence des ressorts d'absorption de contrainte 13 sur
le déplacement des électrodes mobiles 10a, 10Ob.
La valeur de déplacement des électrodes mobiles 10a, 10b sous l'effet des déformations élastiques des ressorts 12 et des 25 ressorts d'absorption de contrainte 13, occasionnées par l'accélération qui agit sur la masse 11, est proportionnelle à chaque constante de rappel des ressorts 12 et des ressorts d'absorption de contrainte 13. Par conséquent, la constante de rappel des ressorts d'absorption de contrainte 13 doit être supérieure à celle des 30 ressorts 12 pour faire en sorte que les électrodes mobiles 10a, 10b ne soient pas soumises à l'influence des ressorts d'absorption de
contrainte 13 lorsqu'une accélération est détectée.
Si l'influence des ressorts d'absorption de contrainte 13 sur le déplacement des électrodes mobiles 10a, 10b est de 1%, ce qui est la plage d'erreur de l'influence des ressorts d'absorption de 5 contrainte 13 sur le déplacement des électrodes mobiles 10a, 10b, pour faire en sorte que les électrodes mobiles 10a, 10Ob soient pratiquement dépourvues de l'influence des ressorts d'absorption de contrainte 13 lorsqu'une accélération est détectée, la constante de rappel K1 des ressorts 12 et la constante de rappel K2 des ressorts 10 d'absorption de contrainte 13 doivent vérifier l'équation (eq. 2) suivante. K2 > K1 x 100 eq. 2 Par conséquent, si les ressorts 12 et les ressorts d'absorption de contrainte 13 sont formés de façon à vérifier l'eq. 2, 15 I'influence des ressorts d'absorption de contrainte 13 sur le déplacement des électrodes mobiles 1 Oa, 1 0Ob lorsqu'une accélération est appliquée, devient négligeable en comparaison avec
celle des ressorts 12.
La constante de rappel d'un ressort est proportionnelle à la 20 troisième puissance de sa largeur et de son épaisseur, ou de sa hauteur, et inversement proportionnelle à la troisième puissance de sa longueur. Par conséquent, par exemple, si la largeur et l'épaisseur des ressorts 12 sont pratiquement égales à celles des ressorts d'absorption de contrainte 13, les ressorts 12 et les ressorts 25 d'absorption de contrainte 13 sont formés de façon à vérifier l'équation suivante "eq. 3",
L1/L2 > 4,7
eq. 3 L1 et L2 étant respectivement la longueur du cadre des ressorts 12 et la longueur du cadre des ressorts d'absorption de contrainte 13 dans les directions orthogonales à la direction de déplacement des électrodes mobiles 10Oa, 10Ob, comme représenté sur la figure 3A. Ainsi, si la longueur L1 des ressorts 12 est fixée de façon à être 4,7 fois, ou plus, supérieure à la longueur L2 des ressorts d'absorption de contrainte 13, pour vérifier l'eq. 3, l'influence des ressorts d'absorption de contrainte 13 sur le déplacement des 10 électrodes mobiles 10a, 10Ob devient égale à 1% ou moins, même
lorsque les ressorts d'absorption de contrainte 13 se déforment de façon élastique sous l'effet de l'accélération appliquée, et l'influence des ressorts d'absorption de contrainte 13 sur le déplacement des électrodes mobiles 10a, 10Ob lorsqu'une accélération est appliquée, 15 devient négligeable en comparaison avec celle des ressorts 12.
Dans ce mode de réalisation, les ressorts d'absorption de contrainte 13, qui ont une élasticité prédéterminée, sont incorporés pour atténuer la contrainte occasionnée par la déformation de la première couche de semiconducteur 1, en absorbant la contrainte en 20 utilisant la déformation élastique des ressorts d'absorption de contrainte 13. Par conséquent, la contrainte occasionnée par la déformation de la première couche de semiconducteur 1 est moins transmise aux ressorts 12. Il en résulte que les électrodes mobiles 10a, 10Ob ne sont presque pas déplacées par la contrainte, ce qui 25 fait qu'il est possible de réduire la variation de la tension de
décalage occasionnée par la contrainte.
Autres Modes de Réalisation Dans le mode de réalisation ci-dessus, c'est la longueur L1 des ressorts 12 et la longueur L2 des ressorts d'absorption de 30 contrainte 13 qui sont réglées de façon que les ressorts d'absorption de contrainte 13 n'affectent pas la mesure d'accélération. Selon une variante, si la longueur et l'épaisseur des ressorts 12 sont pratiquement égales à celles des ressorts d'absorption de contrainte 13, les ressorts 12 et les ressorts d'absorption de contrainte 13 sont formés de façon à vérifier l'équation suivante "eq. 4", d2/d1 > 4,7 eq. 4 dl et d2 étant respectivement la largeur du cadre des
ressorts 12 et la largeur du cadre des ressorts d'absorption de contrainte 13 dans les directions parallèles à la direction de déplacement des électrodes mobiles 10Oa, 10Ob, comme représenté 10 sur la figure 3A.
Ainsi, si la largeur d2 des ressorts d'absorption de contrainte 13 est fixée de façon à être 4,7 fois, ou plus, supérieure à la largeur dl des ressorts 12, pour vérifier l'eq. 4, I'influence des ressorts d'absorption de contrainte 13 sur le déplacement des 15 électrodes mobiles 10a, 10Ob devient égale à 1%, ou moins, même
lorsque les ressorts d'absorption de contrainte 13 se déforment de façon élastique sous l'effet de l'accélération appliquée, et l'influence des ressorts d'absorption de contrainte 13 sur le déplacement des électrodes mobiles 10a, 1Ob lorsqu'une accélération est appliquée 20 devient négligeable en comparaison avec celle des ressorts 12.
Dans les modes de réalisation ci-dessus, on fait varier
séparément les longueurs L1 et L2 et les largeurs dl et d2.
Cependant, on peut évidemment régler simultanément les longueurs
L1 et L2 et les largeurs dl et d2 pour vérifier l'eq. 2.
Le capteur d'accélération à semiconducteur des figures 1A à 1C est fabriqué en gravant la seconde couche de semiconducteur 2 et la couche isolante 3 à partir de la surface de la seconde couche de semiconducteur 2. La présente invention peut cependant être appliquée à un capteur à semiconducteur qui est formé en gravant la seconde couche de semiconducteur seule, à partir de sa surface, et à un capteur à semiconducteur dont la membrane, telle qu'une électrode mobile, est formée en gravant la première couche de semiconducteur 1 du capteur à partir de sa surface, ou à partir de son côté de couche non isolante. Dans le premier mode de réalisation, les ressorts
d'absorption de contrainte 13 ont une forme de cadre rectangulaire.
Les ressorts d'absorption de contrainte 13 peuvent cependant avoir une autre structure, à condition qu'ils puissent absorber la contrainte 10 transmise à partir de la première couche de semiconducteur 1. Par
exemple, il est possible d'utiliser une structure à pliage multiple.
Il va de soi que de nombreuses autre modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et revendiqué, sans sortir du
cadre de l'invention.
Claims (6)
1. Capteur capacitif de grandeur dynamique, caractérisé en ce qu'il comprend: un substrat (1); une masse (11), qui est déplacée 5 par une grandeur dynamique; une électrode mobile (10a, 10b), qui est intégrée à la masse (11); un premier élément d'ancrage d'unité mobile (14), qui est fixé au substrat (1) pour suspendre la masse (11) et l'électrode mobile (10Oa, 10Ob) au-dessus du substrat (1); une électrode fixe (17a, 17b), qui est disposée de façon à faire face à 10 l'électrode mobile (10a, 10b), un déplacement de l'électrode mobile (10a, 10b) qui est occasionné en réponse à la grandeur dynamique étant détecté sous la forme d'une variation d'une capacité entre l'électrode mobile (10a, 10Ob) et l'électrode fixe (17a, 17b); un premier ressort (12), qui est placé entre le premier élément 15 d'ancrage d'unité mobile (14) et la masse (11) et qui se déforme de façon élastique en réponse à la grandeur dynamique, de façon que l'électrode mobile (1 Oa, 1 Ob) soit déplacée d'une distance correspondant à la grandeur dynamique; et un premier élément d'absorption de contrainte (13), qui est placé entre le premier 20 élément d'ancrage d'unité mobile (14) et le premier ressort (12) pour réduire une influence sur le premier ressort (12) d'une contrainte
générée dans le substrat (1).
2. Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre: un second élément d'ancrage d'unité mobile 25 (14), qui est fixé au substrat (1) de façon à suspendre la masse (11) et l'électrode mobile (10a, 10Ob) au-dessus du substrat (1); un second ressort (12), qui est placé entre le second élément d'ancrage d'unité mobile (14) et la masse (11) et se déforme de façon élastique en réponse à la grandeur dynamique, de façon que l'électrode mobile 30 (10a, 10b) soit déplacée de la distance correspondant à la grandeur dynamique; et un second élément d'absorption de contrainte (13), qui est placé entre le second élément d'ancrage d'unité mobile (14) et le second ressort (12) pour réduire l'influence de la contrainte, les ressorts (12) étant reliés à la masse (11) à deux extrémités
opposées de la masse (11).
3. Capteur selon la revendication 1 ou la revendication 2,
caractérisé en ce que le premier élément d'absorption de contrainte (13) est un premier ressort d'absorption de contrainte (13) qui se déforme de façon élastique pour absorber la contrainte, et en ce que le ressort d'absorption de contrainte (13) a une constante de rappel 10 supérieure à celle du premier ressort (12).
4. Capteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les constantes de rappel du premier ressort (12) et du ressort d'absorption de contrainte (13) vérifient une équation, K2 > K1 x 100 dans laquelle K1 et K2 sont respectivement la constante de rappel du premier ressort (12) et la constante de rappel du ressort
d'absorption de contrainte (13).
5. Capteur selon la revendication 3 ou la revendication 4, caractérisé en ce que chacun du premier ressort (12) et du ressort 20 d'absorption de contrainte (13) a une forme d'un cadre rectangulaire qui comporte un trou traversant qui s'étend en direction orthogonale à une direction de déplacement de l'électrode mobile (10a, 10b), et en ce que le premier ressort (12) et le ressort d'absorption de contrainte (13) sont différents l'un de l'autre en ce qui concerne une 25 dimension sélectionnée dans le groupe comprenant une longueur (L1, L2) du cadre dans des directions orthogonales à la direction de déplacement, et une largeur (dl, d2) du cadre dans la direction parallèle à la direction de déplacement, de façon que le ressort d'absorption de contrainte (13) ait une constante de rappel
supérieure à celle du premier ressort (12).
6. Capteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que le premier ressort (12) et le ressort d'absorption de contrainte (13) ont pratiquement la même largeur de cadre (dl, d2), et en ce que la 5 longueur de cadre (L1) du premier ressort (12) est 4,7 fois, ou plus, supérieure à la longueur de cadre (L2) du ressort d'absorption de
contrainte (13).
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