JP5078196B2 - センサの設計およびプロセス - Google Patents
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Description
(発明の背景)
本発明は概ね加速度計に関するもので、特にウェーハ本体の反りを軽減し、加速度計内に低圧環境を生成するのを促進する加速度計の作成方法に関する。
【0002】
加速度計は、環境データの検出および記録に使用される。特に、加速度計は、地震データを収集するため、地震用途に使用することが多い。既存の加速度計には幾つかの限界がある。その限界とは、熱で誘発された応力によるキャップ・ウェーハの反り、およびブラウン・ノイズの影響により大きい動的範囲を達成することができないことなどがあり、両方ともこの加速度計が収集するデータの品質に悪影響を与える。多くの既存の加速度計は、大きい動的範囲、マイクロGレベル未満の感度、高い耐衝撃性、および良好な交叉軸阻止を費用効果の高い技術で提供しない。
【0003】
本発明は、既存の加速度計にある1つまたは複数の限界を克服することを指向する。
【0004】
(概要)
本発明の1つの実施形態によると、空洞を有するハウジング、空洞内に配置されたばね質量アセンブリ、およびばね質量アセンブリに結合された1つまたは複数の金属電極パターンを含む、加速度を検出する測定質量と、測定質量に結合され、頂部コンデンサ電極、頂部キャップの平衡金属パターン、頂部キャップのプレス・フレームの窪み、および頂部キャップの過剰衝撃バンパを含む頂部キャップ・ウェーハと、測定質量に結合され、底部コンデンサ電極、底部キャップの平衡金属パターン、底部キャップのプレス・フレームの窪み、および底部キャップの過剰衝撃バンパを含む底部キャップ・ウェーハとを含む加速度計が提供される。
【0005】
本発明の別の実施形態によると、空洞を有するハウジング、および空洞内に配置されたばね質量アセンブリを含む、加速度を検出する測定質量を作成することと、頂部キャップ・ウェーハを作成することと、底部キャップ・ウェーハを作成することと、測定質量、頂部キャップ・ウェーハ、および底部キャップ・ウェーハをほぼ平行な方法で垂直に積み重ねることと、結合プロセスを使用して、頂部キャップ・ウェーハを測定質量の側部に結合することと、結合プロセスを使用して、底部キャップ・ウェーハを測定質量の別の側部に結合することと、加速度計の所定の位置に1つまたは複数の方形切断カットを作成することとを含む、加速度計を作成する方法が提供される。
【0006】
本発明の別の実施形態によると、空洞を有するハウジング、空洞内に配置されたばね質量アセンブリ、およびハウジングに結合された1つまたは複数の結合リングを含む測定質量を作成することと、頂部結合リングおよび頂部キャップのプレス・フレームの窪みを含む頂部キャップ・ウェーハを作成することと、底部結合リングおよび手部キャップのプレス・フレームの窪みを含む底部キャップ・ウェーハを作成することと、測定質量、頂部キャップ・ウェーハおよび底部キャップ・ウェーハをほぼ平行な方法で垂直に積み重ねることと、結合プロセスを使用して、頂部キャップ・ウェーハを測定質量の側部に結合することと、結合プロセスを使用して、底部キャップ・ウェーハを測定質量の別の側部に結合することとを含む、加速度径を結合する方法が提供される。
【0007】
本発明の別の実施形態によると、保護層をウェーハに付与することと、露出区域を生成するため、保護層にパターンを作成することと、露出区域内の保護層を除去するため、露出区域に1つまたは複数のエッチング剤を塗布することと、ウェーハを形成してハウジング、測定質量、および1つまたは複数のばねにするため、1つまたは複数のエッチング剤を露出区域に塗布することと、ばね上にエッチング停止層を維持することとを含む、センサの構成要素を作成するためにウェーハを形成する方法が提供される。
【0008】
本発明の別の実施形態によると、ハウジングを含む測定質量アセンブリを含み、測定質量が1つまたは複数の電極を含み、さらに測定質量をハウジングに結合する複数のばねを含み、さらにセンサ内の静摩擦を低減するよう設計された頂部キャップ過剰衝撃バンパ・パターンを含む、測定質量アセンブリに結合された頂部キャップ・ウェーハ、およびセンサ内の静摩擦を軽減するよう設計された底部キャップ過剰衝撃バンパ・パターンを含む、測定質量アセンブリに結合された底部キャップ・ウェーハを含む測定データのセンサが提供される。
【0009】
本発明の別の実施形態によると、静摩擦軽減パターンを含む金属電極を含む、センサに使用する金属電極パターンが提供される。
【0010】
本発明の別の実施形態によると、センサの表面に表面パターンをエッチングすることと、表面パターンを含むセンサの表面に金属層を適用することと、静摩擦軽減金属電極パターンを生成するため、金属層を成形することとを含む、センサ内で使用する静摩擦軽減金属電極パターンを生成する方法が提供される。
【0011】
本発明の別の実施形態によると、下部金属電極パターン層を生成することと、上部金属電極パターン層を下部金属電極パターン層の頂部に適用することと、厚さが減少した窪みを生成し、金属電極パターン内で下にある下部金属電極パターン層を露出させるため、上部金属電極パターン層の1つまたは複数の部分を選択的に除去することとを含む、加速度計内の金属電極パターンと過剰衝撃バンパの間で静摩擦を軽減するため、厚さが減少した窪みを含む金属電極パターンを生成する方法が提供される。
【0012】
本発明の別の実施形態によると、下部金属電極パターン層を生成することと、下部金属電極パターン層の頂部に上部金属電極パターン層を適用することと、金属電極パターンに空洞を生成するため、上部金属電極パターン層および下部金属電極パターン層の1つまたは複数の部分を選択的に除去することとを含む、加速度計内の金属電極パターンと過剰衝撃バンパとの間の静摩擦を軽減するため、空洞を含む金属電極パターンを生成する方法が提供される。
【0013】
本発明の現在の実施形態は、信頼できるデータ測定を提供する加速度計を提供する。加速度計は真空密封され、加速度計の性能の劣化を防止する平衡金属パターンを含む。加速度計で方形切断プロセスを実行して、加速度計の電気リード線を絶縁する。加速度計は、さらに、加速度計の作動中に静摩擦を軽減するため、過剰衝撃保護バンパおよびパターン状金属電極を含む。
【0014】
(例示的実施形態の詳細な説明)
最初に図1を参照すると、データ測定値を記録するよう設計されたシステム100の好ましい実施形態が図示されている。システム100は、1つまたは複数のセンサ105、制御装置110、およびケーブル115を含むことが好ましい。
【0015】
システム100内では、センサ105を使用してデータ測定値を検出する。好ましい実施形態では、システム100を地震用途に使用して、地震データ測定値を記録する。センサ105は、例えば受振器、水中聴音器、または加速度計など、従来市販されている任意の数のセンサでよい。好ましい実施形態では、センサ105はそれぞれ加速度計である。
【0016】
制御装置110は、センサ105の監視および制御に使用される。制御装置110は、ケーブル115によってセンサ105に結合することが好ましい。制御装置110は、例えば地震データ収集装置、PID制御装置、またはマイクロコントローラなど、センサ105の制御に適し、従来市販されている任意の数の制御装置でよい。
【0017】
ケーブル115は、センサ105と制御装置110を結合する。ケーブル115は、例えば線または光ファイバなど、センサ105と制御装置110の間で情報を転送するのに適した任意のケーブルでよい。
【0018】
図2を参照すると、システム100内におけるセンサ105とケーブル115の位置合せの好ましい実施形態が図示されている。センサ105およびケーブル115は、直線または非直線状に位置合わせすることができる。好ましい実施形態では、センサ105とケーブル115とは直線状に位置合わせされる。
【0019】
センサ105は、センサの生成に適し、従来市販されている任意の数の構成要素を含むことができる。図3aおよび図3bを参照すると、好ましい実施形態では、センサ105は1つまたは複数の加速度計305、および空洞320を有するハウジング315を含む。別の好ましい実施形態では、センサ105はさらに測定装置310を含む。好ましい実施形態では、センサ105はそれぞれ、3つの加速度計305を含む。加速度計305は、センサ105のハウジング315内にある空洞320に配置することが好ましい。加速度計305は、測定装置310に結合するか、センサ105内で独立して操作することができる。好ましい実施形態では、加速度計305はセンサ105内で独立して作動する。測定装置310は、例えば受振器または水中聴音器などのセンサ105を生成するため、加速度計305と結合するのに適し、従来市販されている任意の数の装置でよい。好ましい実施形態では、測定装置310は水中聴音器である。
【0020】
加速度計305は、加速度計を形成するのに適した任意の数の構成要素を含むことができる。図4、図5および図6を参照すると、好ましい実施形態では、加速度計305は頂部キャップ・ウェーハ405、頂部測定質量部分410、底部測定質量部分415、および底部キャップ・ウェーハ420を含む。加速度計305の動作は、ほぼ米国特許第5,852,242号に記載されているように提供することが好ましく、その開示は、参照により本明細書に組み込まれる。
【0021】
頂部キャップ・ウェーハ405は、頂部キャップ・ウェーハの形成に適し、従来市販されている任意の数の構成要素を含むことができる。好ましい実施形態では、図7a、図7b、図7c、図7d、図7e、図7f、図7g、図7h、図7i、図7j、図7kおよび図7lで示すように、頂部キャップ・ウェーハ405は頂部ウェーハ・キャップ本体406、上面407、底面408、頂部コンデンサ電極705、頂部結合リング707、頂部結合酸化物リング710、頂部キャップ寄生溝715、頂部キャップ過剰衝撃バンパ720、頂部キャップ・プレス・フレームの窪み725、頂部キャップ平衡金属パターン730、頂部キャップ接触パッド735を含む。
【0022】
頂部キャップ・ウェーハ本体406は、例えばガラス、クォーツ、セラミック、またはシリコンなど、キャップ・ウェーハ本体の生成に適し、従来市販されている任意の数の材料から作成することができる。好ましい実施形態では、頂部キャップ・ウェーハ本体406はシリコンで作成する。
【0023】
頂部コンデンサ電極705は、外部回路から電気信号を時間ベースで多重伝送するのに使用することが好ましく、その操作はほぼ、___に出願された米国特許出願第___号、代理人文書第14737.733号に記載された通りであり、その開示は参照により本明細書に組み込まれる。頂部コンデンサ電極705は、頂部キャップ・ウェーハ本体406の底面408で、頂部キャップ寄生溝715によって限定された区間内に位置することが好ましい。好ましい実施形態では、図7cで示すように、頂部コンデンサ電極705はスロット706を含み、この中に頂部キャップ過剰衝撃バンパ720を作成する。頂部コンデンサ電極705は、例えば金属、珪化物またはドーピングした半導体など、電極の生成に適した任意の数の導電材料から作成することができる。好ましい実施形態では、頂部コンデンサ電極705を金とチタンの組合せから作成する。好ましい実施形態では、金とチタンの組合せは、金の層をチタン層の頂部に配置する。チタン層は、シリコンおよび二酸化シリコンへの金の付着を改良することが好ましい。
【0024】
頂部結合リング707および頂部結合酸化物リング710は、頂部キャップ・ウェーハ405を頂部測定質量部分410に結合し、頂部測定質量部分410の上面に配置された電極と頂部コンデンサ電極705の間に狭いギャップを形成するのに役立つことが好ましい。頂部結合酸化物リング710は、頂部キャップ・ウェーハ405と頂部測定質量部分410の間に電気絶縁を提供することが好ましい。頂部結合リング707および頂部結合酸化物リング710は、頂部キャップ・ウェーハ本体406の底面408に配置することが好ましい。頂部結合リング707は、例えば金、銀、またはアルミなど、結合リングの作成に適した任意の数の材料から作成することができる。好ましい実施形態では、頂部結合リング707は金とチタンとの組合せから作成する。好ましい実施形態では、金とチタンの組合せは、金の層をチタンの層の頂部に配置する。チタン層は、シリコンおよび二酸化シリコンへの金の付着を改良することが好ましい。結合リング707は、加速度計305内で使用するのに適した任意の寸法を有することができる。好ましい実施形態では、図7aで示すように、結合リング707は、頂部キャップ・プレス・フレームの窪み725の幅より小さい幅d1を有する。好ましい実施形態では、結合リング707は、頂部キャップ過剰衝撃バンパ720の下で距離d2だけ延在する。頂部結合酸化物リング710は、例えば二酸化シリコンまたは誘電体など、結合酸化物リングの作成に適し、従来市販されている任意の数の材料から作成することができる。好ましい実施形態では、頂部結合酸化物リング710は、二酸化シリコンから作成する。
【0025】
頂部キャップ寄生溝715は、外部閉ループ回路の静電気フィードバックの、頂部測定質量部分410に含まれたばねへの結合を最小にすることが好ましい。頂部キャップ寄生溝715は、頂部キャップ・ウェーハ本体406の底面408にある溝であることが好ましい。頂部キャップ寄生溝715は、頂部コンデンサ電極705を限定し、頂部結合酸化物リング710に囲まれることが好ましい。頂部キャップ寄生溝715は、適切な寄生溝の生成に適した任意の寸法を含むことができる。好ましい実施形態では、頂部キャップ寄生溝715は、寸法が深さ約5μmより大きく、頂部測定質量部分410内にあるばねの幅より広い幅を有する。
【0026】
頂部キャップ過剰衝撃バンパ720は、頂部測定質量部分410に面外衝撃保護を提供することが好ましい。頂部キャップ過剰衝撃バンパ720は、頂部キャップ・ウェーハ本体406の底面408に配置することが好ましく、頂部コンデンサ電極705の切欠き706を通して露出する。頂部キャップ過剰衝撃バンパ720は、例えば二酸化シリコンまたは誘電体など、過剰衝撃バンパの生成に適し、従来市販されている任意の数の材料から作成することができる。好ましい実施形態では、頂部キャップ過剰衝撃バンパ720は二酸化シリコンで作成する。好ましい実施形態では、図7aで示すように、頂部過剰衝撃バンパ720は幅w1を有する。頂部キャップ・ウェーハ405は、任意の数の頂部キャップ過剰衝撃バンパ720を含むことができる。頂部キャップ過剰衝撃バンパ720の設計およびレイアウトは、幾つかの要素の影響を受ける。好ましい実施形態では、頂部キャップ過剰衝撃バンパ720の設計およびレイアウトは、衝撃保護の必要性と、頂部測定質量部分410に配置された金属電極パターン910と頂部キャップ過剰衝撃バンパ720との最小静摩擦の必要性とのバランスをとる。静摩擦は、加速度計305の作動中に、頂部キャップ過剰衝撃バンパ720が頂部測定質量部分410上の金属電極パターン910に付着した場合に発生する。頂部測定質量部分410に配置された金属電極パターンと頂部キャップ過剰衝撃バンパ720との間の静摩擦は、例えば頂部測定質量部分410に配置された金属電極パターン910に頂部キャップ過剰衝撃バンパ720を刻印すること、ファンデルワールス力、静電力、加速度計305の作成の結果生じた表面残滓、またはパッケージから誘発された応力など、幾つかの発生源から生じることがある。好ましい実施形態では、図7dで示すように、頂部キャップ・ウェーハ405は4つのバンパを含む。代替実施形態では、図7eで示すように、頂部キャップ・ウェーハ405は5つの頂部キャップ過剰衝撃バンパ720を含む。代替実施形態では、図7fで示すように、頂部キャップ・ウェーハ405は、幾何学的に配置された8つの頂部キャップ過剰衝撃バンパ720を含む。代替実施形態では、図7gで示すように頂部キャップ・ウェーハ405は、幾何学的に配置された9つの頂部キャップ過剰衝撃バンパ720を含む。代替実施形態では、図7hで示すように、頂部キャップ・ウェーハ405は、3つの平行な直線の列で配置された9つの頂部キャップ過剰衝撃バンパ720を含み、各列が3つのバンパ720を含む。代替実施形態では、図7iで示すように、頂部キャップ・ウェーハ405は、幾何学的に配置された13の頂部キャップ過剰衝撃バンパ720を含む。代替実施形態では、図7jで示すように、頂部キャップ・ウェーハ405は、49の頂部キャップ過剰衝撃バンパ720を含む。代替実施形態では、図7kおよび図7lで示すように、頂部キャップ・ウェーハ405は、円形および隆起状に幾何学的に配置された複数の頂部キャップ過剰衝撃バンパ720を含む。
【0027】
頂部キャップ・プレス・フレームの窪み725は、頂部キャップ・ウェーハ本体406の上面407で、頂部キャップ平衡金属パターン730と頂部キャップ接触パッド735との間に配置することが好ましい。頂部キャップ・プレス・フレーム窪み725は、結合プロセス中に加えられる結合力が頂部結合酸化物リング710の領域に局所化されることを保証することが好ましい。結合力を、頂部コンデンサ電極705と頂部測定質量部分410の上面に配置された電極との間の狭いギャップの領域ではなく、頂部結合酸化物リング710領域に局所化することにより、電極間の狭いギャップが維持される。頂部キャップ・プレス・フレーム窪み725は、例えばシリコン・エッチングなど、プレス・フレーム窪みを形成するのに適した幾つかの処理ステップを使用して形成することができる。好ましい実施形態では、頂部キャップ・プレス・フレーム窪み725を、頂部キャップ・ウェーハ本体406の上面407にエッチングする。頂部キャップ・プレス・フレーム窪み725は、プレス・フレーム窪みの生成に適した任意の寸法を含むことができる。好ましい実施形態では、頂部キャップ・プレス・フレーム窪み725は、寸法が深さ約20μmであり、結合リング707の幅d1より広い幅を有する。
【0028】
頂部キャップ接触パッド735は、頂部キャップ・ウェーハ本体406の上面407に配置することが好ましい。頂部キャップ接触パッド735は、例えば金、アルミ、または銀など、接触パッドの生成に適し、従来市販されている任意の数の材料を含むことができる。好ましい実施形態では、頂部キャップ接触パッド735は金で作成する。別の好ましい実施形態では、頂部キャップ接触パッド735は金とチタンの組合せで作成する。好ましい実施形態では、金とチタンの組合せは、金の層をチタンの層の頂部に配置する。チタン層は、シリコンおよび二酸化シリコンへの金の付着を改良することが好ましい。
【0029】
頂部キャップ平衡金属パターン730は、頂部キャップ・ウェーハ本体406の反りを最小にするために使用する。頂部キャップ・ウェーハ本体406の反りは、加速度計305の性能に悪影響を与えるので望ましくない。頂部キャップ・ウェーハ本体406の反りは、通常、頂部キャップ・ウェーハ本体406と頂部コンデンサ電極705の金属との熱膨張率(TCE)の差から生じる。好ましい実施形態では、頂部キャップ・ウェーハ本体406の材料はシリコンである。好ましい実施形態では、頂部キャップ平衡金属パターン730は、パターンおよび厚さが頂部コンデンサ電極705とほぼ等しく、頂部キャップ・プレス・フレーム窪み725の内部で、頂部コンデンサ電極705のほぼ反対側に配置される。好ましい実施形態では、頂部キャップ平衡金属パターン730は、頂部コンデンサ電極705の切欠き705をオフセットする切欠き731を含む。この位置合わせは、TCEの不一致が加速度計305の性能に与える影響を最小に抑えるのに役立つ平衡した金属/シリコン/金属のサンドイッチを生成することが好ましい。
【0030】
底部キャップ・ウェーハ420は、底部キャップ・ウェーハの形成に適し、従来市販されている任意の数の構成要素を含むことができる。好ましい実施形態では、図8a、図8bおよび図8cで示すように、底部キャップ・ウェーハ420は底部キャップ・ウェーハ本体421、上面423、底面422、底部コンデンサ電極805、底部結合リング807、底部結合酸化物リング810、底部キャップ寄生溝815、底部キャップ過剰衝撃バンパ820、底部キャップ・プレス・フレーム窪み825、底部キャップ平衡金属パターン830、底部キャップ接触パッド835、および延長キャップはんだ取付け(ECSA)金属結合パッド840を含む。
【0031】
底部キャップ・ウェーハ本体421は、例えばガラス、クォーツ、セラミックまたはシリコンなど、キャップ・ウェーハ本体の生成に適し、従来市販されている任意の数の材料から作成することができる。好ましい実施形態では、底部キャップ・ウェーハ本体421はシリコンで作成する。
【0032】
底部コンデンサ電極805は、外部回路からの電気信号を時間ベースで多重伝送するのに使用することが好ましく、その操作はほぼ、___に出願された米国特許出願第___号、代理人文書番号第14747.733号に記載された通りであり、その開示は参照により本明細書に組み込まれる。底部コンデンサ電極805は、底部キャップ・ウェーハ本体421の上面で、底部キャップ寄生溝815に限定された区域内に配置することが好ましい。好ましい実施形態では、図8cで示すように、底部コンデンサ電極805は、底部キャップ過剰衝撃バンパ820が内部に形成される切欠き806を含む。底部コンデンサ電極805は、例えば金属、珪化物またはドーピングした半導体など、電極の生成に適した任意の数の導体材料を使用して作成することができる。好ましい実施形態では、底部コンデンサ電極805は、金とチタンの組合せから作成する。好ましい実施形態では、金とチタンの組合せは、金の層をチタンの層の頂部に配置する。チタン層は、シリコンおよび二酸化シリコンへの金の付着を改良することが好ましい。
【0033】
底部結合リング807および底部結合酸化物リング810は、底部キャップ・ウェーハ420を底部測定質量部分415に結合することが好ましく、底部コンデンサ電極805と底部測定質量部分415の下面に配置された電極との間に狭いギャップを確立するのに役立つ。底部結合酸化物リング810は、底部キャップ・ウェーハ420と底部測定質量部分415との間に電気絶縁を提供することが好ましい。底部結合リング807および底部結合酸化物リング810は、底部キャップ・ウェーハ本体421の上面423に配置することが好ましい。底部結合リング807は、例えばアルミ、銀または金など、結合リングの作成に適した任意の数の材料から作成することができる。好ましい実施形態では、底部結合リング807は、金とチタンの組合せから作成する。好ましい実施形態では、金とチタンの組合せは、金の層をチタンの層の頂部に配置する。チタンの層は、シリコンおよび二酸化シリコンへの金の付着を改良することが好ましい。好ましい実施形態では、結合リング807は、底部キャップ・プレス・フレーム窪み825の幅より小さい幅d4を有する。好ましい実施形態では、結合リング807は底部キャップ過剰衝撃バンパ820を越えて距離d3だけ延在する。底部結合酸化物リング810は、例えば誘電体など、結合酸化物リングの作成に適し、従来市販されている任意の数の材料を含むことができる。好ましい実施形態では、底部結合酸化物リング810は二酸化シリコンから作成する。
【0034】
底部キャップ寄生溝815は、外部閉ループ回路の静電気フィードバックの、底部測定質量部分415に含まれたばねへの結合を最小にすることが好ましい。底部キャップ寄生溝815は、底部キャップ・ウェーハ本体421の底面423にある溝であることが好ましい。底部キャップ寄生溝815は、底部コンデンサ電極805を限定し、底部結合酸化物リング810に囲まれることが好ましい。底部キャップ寄生溝815は、適切な寄生溝の生成に適した任意の寸法を含むことができる。好ましい実施形態では、底部キャップ寄生溝815は、寸法が深さ約5μmより大きく、底部測定質量部分415内にあるばねの幅より広い幅を有する。
【0035】
底部キャップ過剰衝撃バンパ820は、底部測定質量部分415に面外衝撃保護を提供することが好ましい。底部キャップ過剰衝撃バンパ820は、底部キャップ・ウェーハ本体406の上面423に配置することが好ましく、底部コンデンサ電極805の切欠き806を通して露出する。底部キャップ過剰衝撃バンパ820は、例えば誘電体または二酸化シリコンなど、過剰衝撃バンパの生成に適し、従来市販されている任意の数の材料から作成することができる。好ましい実施形態では、底部キャップ過剰衝撃バンパ820は二酸化シリコンで作成する。好ましい実施形態では、底部キャップ過剰衝撃バンパ820は幅w2を有する。底部キャップ・ウェーハ420は、任意の数の底部キャップ過剰衝撃バンパ820を含むことができる。底部キャップ過剰衝撃バンパ820の設計およびレイアウトは、幾つかの要素の影響を受ける。好ましい実施形態では、底部キャップ過剰衝撃バンパ820の設計およびレイアウトは、衝撃保護の必要性と、底部測定質量部分415に配置された金属電極パターン915と底部キャップ過剰衝撃バンパ820との最小静摩擦の必要性とのバランスをとる。静摩擦は、加速度計305の作動中に、底部キャップ過剰衝撃バンパ820が底部測定質量部分415上の金属電極パターン915に付着した場合に発生する。底部測定質量部分415に配置された金属電極パターンと底部キャップ過剰衝撃バンパ820との間の静摩擦は、例えば底部測定質量部分415に配置された金属電極パターン915に底部キャップ過剰衝撃バンパ820を刻印すること、ファンデルワールス力、静電力、加速度計305の作成の結果生じた表面残滓、またはパッケージから誘発された応力など、幾つかの発生源から生じることがある。好ましい実施形態では、底部キャップ・ウェーハ420上の底部キャップ過剰衝撃バンパ820の数は、頂部キャップ・ウェーハ405上の頂部キャップ過剰衝撃バンパ720の数と等しく、その変形を図7d、図7e、図7f、図7g、図7h、図7i、図7j、図7kおよび図7lに示す。
【0036】
底部キャップ・プレス・フレームの窪み825は、底部キャップ・ウェーハ本体421の底面422で、底部キャップ平衡金属パターン830と底面422の外縁との間に配置することが好ましい。底部キャップ・プレス・フレーム窪み825は、結合プロセス中に加えられる結合力が底部結合酸化物リング810の領域に局所化されることを保証することが好ましい。結合力を、底部コンデンサ電極805と底部測定質量部分415の底面に配置された電極との間の狭いギャップの領域ではなく、底部結合酸化物リング810領域に局所化することにより、電極間の狭いギャップが維持される。底部キャップ・プレス・フレーム窪み825は、例えばシリコン・エッチングなど、プレス・フレーム窪みを形成するのに適した幾つかの処理ステップを使用して形成することができる。好ましい実施形態では、底部キャップ・プレス・フレーム窪み825を、底部キャップ・ウェーハ本体421の底面422にエッチングする。底部キャップ・プレス・フレーム窪み825は、プレス・フレーム窪みの生成に適した任意の寸法を含むことができる。好ましい実施形態では、底部キャップ・プレス・フレーム窪み825は、寸法が高さ約20μmより大きく、結合リング807の幅d4より広い幅を有する。
【0037】
底部キャップ接触パッド835は、底部キャップ・ウェーハ本体421の底面422に配置することが好ましい。底部キャップ接触パッド835は、ウェーハのプロービングに使用可能であることが好ましい。底部キャップ接触パッド835は、例えば金、アルミ、または銀など、接触パッドの生成に適し、従来市販されている任意の数の材料を含むことができる。好ましい実施形態では、底部キャップ接触パッド835は金とチタンの組合せで作成する。好ましい実施形態では、金とチタンの組合せは、金の層をチタンの層の頂部に配置する。チタン層は、シリコンおよび二酸化シリコンへの金の付着を改良することが好ましい。
【0038】
底部キャップ平衡金属パターン830は、底部キャップ・ウェーハ本体421の反りを最小にするために使用する。底部キャップ・ウェーハ本体421の反りは、加速度計305の性能に悪影響を与えるので望ましくない。底部キャップ・ウェーハ本体421の反りは、通常、底部キャップ・ウェーハ本体421を構成する材料と底部コンデンサ電極805の金属との熱膨張率(TCE)の差から生じる。好ましい実施形態では、底部キャップ・ウェーハ本体406を構成する材料はシリコンである。好ましい実施形態では、底部キャップ平衡金属パターン830は、パターンおよび厚さが底部コンデンサ電極805とほぼ等しく、底部キャップ・プレス・フレーム窪み825の内部で、底部コンデンサ電極805のほぼ反対側に配置される。図8bで示すように、底部キャップ平衡金属パターン830は、底部コンデンサ電極805の切欠き8065をオフセットするよう設計された切欠き831を含むことが好ましい。この位置合わせは、TCEの不一致が加速度計305の性能に与える影響を最小に抑えるのに役立つ平衡した金属/シリコン/金属のサンドイッチを生成することが好ましい。
【0039】
ECSA金属結合パッド840は、加速度計305が配置される外部パッケージに導電性ダイ接着するのに使用可能であることが好ましい。ECSA金属結合パッド840の操作はほぼ、___に出願された米国特許出願第___号、代理人文書第14737.733号に記載された通りであり、その開示は参照により本明細書に組み込まれる。
【0040】
頂部測定質量部分410は、測定質量部分の生成に適し、従来市販されている任意の数の材料を含むことができる。好ましい実施形態では、図9a、図9aa、図9ac、図9ad、図9b、図9cおよび図9dで示すように、頂部測定質量部分410は、上面411、下面412、1つまたは複数のばね905、結合リング920、および頂部質量接触パッド930を含む。別の好ましい実施形態では、頂部測定質量部分410は、さらに、溝940を含む。
【0041】
ばね905は、頂部測定質量906をハウジング907に結合し、頂部測定質量906とハウジング907との間に導電路を提供することが好ましい。ばね905は、例えばクォーツ、金属またはシリコンなど、ばねを生成するのに適し、従来市販されている任意の数の材料から作成することができる。好ましい実施形態では、ばね905はシリコンで作成し、頂部測定質量版部410のウェーハからミクロ機械加工する。ばね911は、頂部測定質量906に横方向の衝撃保護を提供しながら、交叉軸阻止を維持するよう設計することが好ましい。ばね905は直線のL字形ばねであることが好ましく、その設計は米国特許第5,652,384号および第5,777,226号に記載され、その開示は参照により本明細書に組み込まれる。
【0042】
頂部測定質量906は、測定データの検出に使用する。頂部測定質量906は、その使用が適切な任意の用途に使用することができる。好ましい実施形態では、頂部測定質量906は、地震用途に使用して加速度を検出する。頂部測定質量906は、ばね905によってハウジング907と結合することが好ましい。頂部測定質量906は、例えば金属、クォーツまたはシリコンなど、測定質量の生成に適し、従来市販されている任意の数の材料から作成することができる。好ましい実施形態では、頂部測定質量906はシリコンで作成し、頂部測定質量部分410のウェーハからミクロ機械加工する。
【0043】
ハウジング907は頂部測定質量906を囲み、ばね906によって頂部測定質量906に結合される。ハウジング907は、例えば金属、クォーツまたはシリコンなど、ハウジングの生成に適し、従来市販されている任意の数の材料から作成することができる。好ましい実施形態では、ハウジング907はシリコンから作成し、頂部測定質量部分410のウェーハからミクロ機械加工する。
【0044】
金属電極パターン910は、外部回路からの電気信号の時間ベースの多重伝送に使用する。好ましい実施形態では、金属電極パターン910は1本の電極を含む。好ましい実施形態では、金属電極パターン910は頂部測定質量部分410の上面411で、頂部測定質量906の上に配置される。金属電極パターン910は、例えばアルミ、銀または金など、電極パターンの生成に適し、従来市販されている任意の数の材料を含むことができる。好ましい実施形態では、金属電極パターン910は、金とチタンの組合せから作成する。好ましい実施形態では、金とチタンの組合せは、金の層をチタンの層の頂部に配置する。チタン層は、シリコンおよび二酸化シリコンへの金の付着を改良することが好ましい。金属電極パターン910は、例えば円形、正方形または長方形など、電極パターンを形成するのに適した任意のサイズまたは形状でよい。金属電極パターン910は、頂部コンデンサ電極705とサイズおよび形状がほぼ等しいことが好ましい。代替実施形態では、金属電極パターン910は、結合リング920とほぼ等しい厚さである。好ましい実施形態では、金属電極パターン910および結合リングの厚さは、頂部結合リング707の厚さより小さい。金属電極パターン910と結合リング920と頂部結合リング707との厚さの差は、加速度計305の作動中に、金属電極パターン910への頂部キャップ過剰衝撃バンパ720の刻印を減少させることにより、頂部キャップ過剰衝撃バンパ720と金属電極パターン910間の静摩擦を軽減することが好ましい。別の好ましい実施形態では、図9aaで示すように、金属電極パターン910は、加速度計305の作動中に頂部キャップ過剰衝撃バンパ720と金属電極パターン910との間の静摩擦を最小に抑えるよう設計された1つまたは複数のパターン960aを含む。パターン960aは、加速度計305内の静摩擦を軽減するのに適した任意の形状を含むことができる。金属電極パターン910内のパターン960aは、頂部キャップ過剰衝撃バンパ720と金属電極パターン910との間の密接な接触領域の表面積を最小に抑えることにより、頂部キャップ過剰衝撃バンパ720と金属電極パターン910との間の静摩擦を軽減することが好ましい。別の好ましい実施形態では、図9acで示すように、金属電極パターン910は、頂部キャップ過剰衝撃バンパ720が金属電極パターン910と接触する区域に1つまたは複数の厚さが減少した窪み970aを含む。金属電極パターン910内の厚さが減少した窪み970aは、頂部キャップ過剰衝撃バンパ720と金属電極パターン910との間の静摩擦を軽減するよう設計することが好ましい。厚さが減少した窪み970aは、金属電極パターン910に厚さが減少した窪みを形成するのに適した任意の方法を使用して形成することができる。好ましい実施形態では、厚さが減少した窪み970aは、金属電極パターン910から金の層を除去し、下にあるチタン層を露出させることによって形成する。厚さが減少した窪み970aは、加速度計305内の静摩擦を軽減するのに適した任意の形状を有することができる。好ましい実施形態では、厚さが減少した窪み970aは、頂部キャップ過剰衝撃バンパ720の幅w1より広く、金属電極パターン910上で、頂部キャップ過剰衝撃バンパ720が金属電極パターン910と接触区域に配置される。金属電極パターン910の厚さが減少した窪み970aは、頂部キャップ過剰衝撃バンパ720が金属電極パターン910と接触した場合に発生する金属電極パターン910の刻印の量を減少させることにより、頂部キャップ過剰衝撃バンパ720と金属電極パターン910との間の静摩擦を軽減することが好ましい。別の好ましい実施形態では、図9adで示すように、金属電極パターン910は1つまたは複数の空洞980aを含む。金属電極パターン910の空洞980aは、頂部キャップ過剰衝撃バンパ720と金属電極パターン910との間の静摩擦を解消するよう設計することが好ましい。空洞980aは、金属電極パターン910に空洞を形成するのに適した任意の方法を使用して形成することができる。好ましい実施形態では、空洞980aは、金層およびチタン層を金属電極パターン910から選択的に除去し、下にある頂部測定質量部分410を露出させることによって形成する。空洞980aは、加速度計305内の静摩擦を軽減するのに適した任意の形状を有することができる。好ましい実施形態では、空洞980aは、頂部過剰衝撃バンパ720の幅w1より広く、金属電極パターン910上で、頂部キャップ過剰衝撃バンパ720が金属電極パターン910と接触する区域に配置される。金属電極パターン910の空洞980aは、頂部キャップ過剰衝撃バンパ720が金属電極パターン910と接触した場合に発生する金属電極パターン910の刻印を解消することにより、頂部キャップ過剰衝撃バンパ720と金属電極パターン910との間の静摩擦を軽減することが好ましい。金属電極パターン910の操作はほぼ、___に出願された米国特許出願第___号、代理人文書第14737.733号に記載された通りであり、その開示は参照により本明細書に組み込まれる。
【0045】
結合リング920は、頂部測定質量部分410の頂部キャップ・ウェーハ405への結合を容易にする。結合リング920は、例えば金、アルミまたは銀など、結合リングの生成に適し、従来市販されている任意の数の材料を含むことができる。好ましい実施形態では、結合リング920は金とチタンの組合せから作成する。好ましい実施形態では、金とチタンの組合せは、金の層をチタンの層の頂部に配置する。チタン層は、シリコンおよび二酸化シリコンへの金の付着を改良することが好ましい。結合リング920は、頂部測定質量部分410の上面411で、ハウジング907の内縁に隣接して配置することが好ましい。
【0046】
頂部質量接触パッド930は、頂部測定質量部分410との電気的接触を形成するために使用することが好ましい。頂部質量接触パッド930は、ハウジング907の上面411のいずこかに配置することができる。好ましい実施形態では、頂部質量接触パッド930は、ハウジング907の上面411の、金属電極パターン910から離れた外縁に配置される。頂部質量接触パッド930は、例えば銀、アルミまたは金など、接触パッドの生成に適した任意の材料から作成することができる。好ましい実施形態では、頂部接触パッド930はは金とチタンの組合せで作成する。好ましい実施形態では、金とチタンの組合せは、金の層をチタンの層の頂部に配置する。チタン層は、シリコンおよび二酸化シリコンへの金の付着を改良することが好ましい。頂部質量接触パッド930は、接触パッドの生成に適した任意の寸法を含んでよい。好ましい実施形態では、頂部質量接触パッド930は、従来のワイヤ・ボンディングが可能なほど十分に大きい。
【0047】
溝940は、ハウジング907の下面412に配置され、ハウジング907の外縁からハウジング907の内縁へと延在することが好ましい。溝940は、頂部測定質量部分410を底部測定質量部分415に結合した場合に、通路950を形成することが好ましい。通路950は、加速度計305内の空洞から空気を除去し、加速度計305を真空パッケージ内で密封した場合に、加速度計305内に真空または低圧環境を生成することが好ましい。溝940は、通気用の通路を生成するのに適した任意の方法で形成してよい。好ましい実施形態では、溝940はV字形である。好ましい実施形態では、溝940は、真空へとポンプで空気抜きする間に、加速度計305内から空気の流体が流出できるよう設計する。頂部測定質量部分410は、任意の数の溝940を含んでよい。好ましい実施形態では、頂部測定質量部分410は2本の溝940を含む。代替実施形態では、頂部測定質量部分410は複数の溝940を含む。代替実施形態では、頂部測定質量部分410は溝940を含まない。溝940の形状は、幾つかの要素の影響を受ける。好ましい実施形態では、溝940は、通路950を通過する空気の最適ポンプ空気抜き時間を達成するよう設計する。通路950を通る空気のコンダクタンスは、下式で与えることが好ましい。
【数1】
ここで、
C=通路950のコンダクタンス、
k=ボルツマン定数、
T=絶対温度、
m=気体原子の質量
A=通路950の断面積、
B=通路950の断面積の周長、および
L=通路950の長さである。
【0048】
長さL、断面積Aおよび周長Bなど、通路950の寸法は、通路950を通る空気のコンダクタンスを最適にするよう設計することが好ましい。好ましい実施形態では、通路950の最適コンダクタンスCは、加速度計305内から空気を除去する最適ポンプ空気抜き時間を生じる。ポンプ空気抜き時間は、加速度計305内に所望の圧力を達成するために、加速度計305内から十分な空気を除去するのにかかる時間の量である。ポンプ空気抜き時間は、下式で与えることが好ましい。
【数2】
ここで、
t=ポンプ空気抜き時間、
V=加速度計305内の内部空洞の容積、
S=加速度計305から空気を除去するために使用する真空ポンプの速度、
C=式(1)からの通路950のコンダクタンス、
Pi=加速度計305内の初期圧力(通常は1気圧)、
P=加速度計305内の所望の圧力、
Pu=(1+S/C)*Po、および
Po=ポンプの最低圧力である。
【0049】
底部測定質量部分415は、測定部分の生成に適し、従来市販されている任意の数の材料から作成することができる。好ましい実施形態では、図9a、図9ab、図9ac、図9ad、図9e、図9fおよび図9gで示すように、底部測定質量部分415は、上面417、下面416、1つまたは複数のばね911、底部測定質量912、ハウジング913、金属電極パターン915、結合リング925、底部質量接触パッド935、および溝945を含む。
【0050】
ばね911は、底部測定質量912をハウジング913に結合し、底部測定質量912とハウジング913との間に導電路を提供することが好ましい。ばね911は、例えば金属、クォーツ、ポリシリコンまたはシリコンなど、ばねを生成するのに適し、従来市販されている任意の数の材料から作成することができる。好ましい実施形態では、ばね911はシリコンで作成し、底部測定質量版部415のウェーハからミクロ機械加工する。ばね911は、底部測定質量912に横方向の衝撃保護を提供しながら、交叉軸阻止を維持するよう設計することが好ましい。ばね911は直線のL字形ばねであることが好ましく、その設計は米国特許第5,652,384号および第5,777,226号に記載され、その開示は参照により本明細書に組み込まれる。
【0051】
底部測定質量912は、測定データの検出に使用する。底部測定質量912は、その使用が適切な任意の用途に使用することができる。好ましい実施形態では、底部測定質量912は、地震用途に使用して加速度を検出する。底部測定質量912は、ばね911によってハウジング913と結合することが好ましい。底部測定質量912は、例えばシリコンまたはクォーツなど、測定質量の生成に適した任意の材料から作成することができる。好ましい実施形態では、底部測定質量912はシリコンで作成し、底部測定質量部分415のウェーハからミクロ機械加工する。
【0052】
ハウジング913は底部測定質量912を囲み、ばね911によって底部測定質量912に結合される。ハウジング913は、例えばクォーツまたはシリコンなど、ハウジングの生成に適した任意の材料から作成することができる。好ましい実施形態では、ハウジング913はシリコンから作成し、底部測定質量部分415のウェーハからミクロ機械加工する。
【0053】
金属電極パターン915は、外部回路からの電気信号の時間ベースの多重伝送に使用する。好ましい実施形態では、金属電極パターン915は1本の電極を含む。好ましい実施形態では、金属電極パターン915は底部測定質量部分415の下面416で、底部測定質量912の表面に配置される。金属電極パターン915は、例えば銀、アルミまたは金など、電極パターンの生成に適し、従来市販されている任意の数の材料を含むことができる。好ましい実施形態では、金属電極パターン915は、金とチタンの組合せから作成する。好ましい実施形態では、金とチタンの組合せは、金の層をチタンの層の頂部に配置する。チタン層は、シリコンおよび二酸化シリコンへの金の付着を改良することが好ましい。金属電極パターン915は、例えば円形、正方形または長方形など、電極パターンを形成するのに適した任意のサイズまたは形状でよい。金属電極パターン915は、底部コンデンサ電極805とサイズおよび形状がほぼ等しいことが好ましい。好ましい実施形態では、金属電極パターン915は、結合リング925とほぼ等しい厚さである。好ましい実施形態では、金属電極パターン915および結合リング925の厚さは、底部結合リング807の厚さより小さい。金属電極パターン915と結合リング925と底部結合リング807との厚さの差は、加速度計305の作動中に、金属電極パターン915への底部キャップ過剰衝撃バンパ820の刻印を減少させることにより底部キャップ過剰衝撃バンパ820と金属電極パターン915間の静摩擦を軽減することが好ましい。別の好ましい実施形態では、図9abで示すように、金属電極パターン915は、加速度計305の作動中に底部キャップ過剰衝撃バンパ820と金属電極パターン915との間の静摩擦を最小に抑えるよう設計された1つまたは複数のパターン960bを含む。金属電極パターン915内のパターン960bは、底部キャップ過剰衝撃バンパ820と金属電極パターン915との間の密接な接触領域の表面積を最小に抑えることにより、底部キャップ過剰衝撃バンパ820と金属電極パターン915との間の静摩擦を軽減することが好ましい。別の好ましい実施形態では、図9acで示すように、金属電極パターン915は、底部キャップ過剰衝撃バンパ820が金属電極パターン915と接触する区域に1つまたは複数の厚さが減少した窪み970bを含む。金属電極パターン915内の厚さが減少した窪み970bは、底部キャップ過剰衝撃バンパ820と金属電極パターン915との間の静摩擦を軽減するよう設計することが好ましい。厚さが減少した窪み970bは、金属電極パターン915に厚さが減少した窪みを形成するのに適した任意の方法を使用して形成することができる。好ましい実施形態では、厚さが減少した窪み970bは、金属電極パターン915から金の層を除去し、下にあるチタン層を露出させることによって形成する。厚さが減少した窪み970bは、加速度計305内の静摩擦を軽減するのに適した任意の形状を有することができる。好ましい実施形態では、厚さが減少した窪み970bは、底部キャップ過剰衝撃バンパ820の幅w2より広く、金属電極パターン915上で、底部キャップ過剰衝撃バンパ820が金属電極パターン915と接触区域に配置される。厚さが減少した窪み970bは、底部キャップ過剰衝撃バンパ820が金属電極パターン915と接触した場合に発生する金属電極パターン915の刻印の量を減少させることにより、底部キャップ過剰衝撃バンパ820と金属電極パターン915との間の静摩擦を軽減することが好ましい。別の好ましい実施形態では、図9adで示すように、金属電極パターン915は1つまたは複数の空洞980bを含む。金属電極パターン915の空洞980bは、底部キャップ過剰衝撃バンパ820と金属電極パターン915との間の静摩擦を解消するよう設計することが好ましい。空洞980bは、金属電極パターン915に空洞を形成するのに適した任意の方法を使用して形成することができる。好ましい実施形態では、空洞980bは、金層およびチタン層を金属電極パターン915から選択的に除去し、下にある底部測定質量部分415を露出させることによって形成する。空洞980bは、加速度計305内の静摩擦を軽減するのに適した任意の形状を有することができる。好ましい実施形態では、空洞980bは、底部過剰衝撃バンパ820の幅w2より広く、金属電極パターン915上で、底部キャップ過剰衝撃バンパ820が金属電極パターン915と接触する区域に配置される。空洞980bは、底部キャップ過剰衝撃バンパ820が金属電極パターン915と接触した場合に発生する金属電極パターン915の刻印を解消することにより、底部キャップ過剰衝撃バンパ820と金属電極パターン915との間の静摩擦を軽減することが好ましい。金属電極パターン915の操作はほぼ、___に出願された米国特許出願第___号、代理人文書第14737.733号に記載された通りであり、その開示は参照により本明細書に組み込まれる。
【0054】
結合リング925は、底部測定質量部分415の底部キャップ・ウェーハ420への結合を容易にすることが好ましい。結合リング925は、例えば金、アルミまたは銀など、結合リングの生成に適し、従来市販されている任意の数の材料を含むことができる。好ましい実施形態では、結合リング925は金とチタンの組合せから作成する。好ましい実施形態では、金とチタンの組合せは、金の層をチタンの層の頂部に配置する。チタン層は、シリコンおよび二酸化シリコンへの金の付着を改良することが好ましい。結合リング925は、底部測定質量部分415の下面416で、ハウジング913の内縁に隣接して配置することが好ましい。
【0055】
底部質量接触パッド935は、底部測定質量部分415との電気的接触を形成するために使用することが好ましい。底部質量接触パッド935は、ハウジング913の下面416のいずこかに配置することができる。好ましい実施形態では、底部質量接触パッド935は、ハウジング913の下面416の、金属電極パターン915から離れた外縁に配置される。底部質量接触パッド935は、例えばアルミ、銀または金など、接触パッドの生成に適し、従来市販されている任意の数の材料から作成することができる。好ましい実施形態では、底部接触パッド935は金とチタンの組合せで作成する。好ましい実施形態では、金とチタンの組合せは、金の層をチタンの層の頂部に配置する。チタン層は、シリコンおよび二酸化シリコンへの金の付着を改良することが好ましい。底部質量接触パッド935は、接触パッドの生成に適した任意の寸法を含んでよい。好ましい実施形態では、底部質量接触パッド935は、従来のワイヤ・ボンディングが可能なほど十分に大きい。
【0056】
溝945は、底部測定質量部分415を頂部測定質量部分410に結合した場合に、通路950を形成することが好ましい。通路950は、加速度計305内の空洞から空気を除去し、加速度計305を真空パッケージ内で密封した場合に、加速度計305内に真空または低圧環境を生成することが好ましい。溝945は、通気用の通路を生成するのに適した任意の方法で形成してよい。好ましい実施形態では、溝945はV字形である。好ましい実施形態では、溝945は、真空へとポンプで空気抜きする間に、加速度計305内から空気の流体が流出できるよう設計する。溝945の形状は、上述したような溝940の形状とほぼ等しいことが好ましい。溝945は、ハウジング913の上面417に配置され、ハウジング913の外縁からハウジング913の内縁へと延在することが好ましい。底部測定質量部分415は、任意の数の溝945を含んでよい。好ましい実施形態では、底測定質量部分415は2本の溝945を含む。代替実施形態では、底部測定質量部分415は1本の溝945を含む。代替実施形態では、底部測定質量部分415は複数の溝945を含む。代替実施形態では、底部測定質量部分415は溝945を含まない。
【0057】
次に、図10、図11a、図11b、図11c、図11d、図11e、図11f、図11g、図11h、図11ha、図11hb、図11hc、図11hd、図11he、図11hf、図11hg、図11hh、図11hi、図11hj、図11i、図11j、図12a、図12b、図12cおよび図13を参照し、加速度計305の作成方法1000について説明する。好ましい実施形態では、加速度計305を作成する方法1000は、ステップ1005で2枚の開始キャップ・ウェーハを取得し、ステップ1010でキャップ・ウェーハ・プロセスを使用して2枚の開始ウェーハを形成し、ステップ1020で2枚の開始質量ウェーハを取得し、ステップ1025で質量ウェーハ・プロセスを使用して2枚の開始質量ウェーハを形成し、ステップ1035で結合プロセスを使用してウェーハを結合して加速度計305を形成し、ステップ1040で加速度計305上に方形切断カットを作成し、ステップ1045で加速度計305をパッケージングすることを含む。
【0058】
図11aで示すように、ステップ1005で、2枚の開始キャップ・ウェーハ1105aおよび1105bを作成する。好ましい実施形態では、2枚の開始キャップ・ウェーハ1105aおよび1105bは等しいサイズおよび形状である。開始キャップ・ウェーハ1105aおよび1105bは、従来市販されている任意の数の材料から作成することができる。好ましい実施形態では、開始キャップ・ウェーハ1105aおよび1105bはシリコンで作成する。
【0059】
図11bで示すように、ステップ1010では2枚の開始キャップ・ウェーハ1105aおよび1105bはキャップ・ウェーハ・プロセスにかけられる。好ましい実施形態では、キャップ・ウェーハ・プロセスは、開始キャップ・ウェーハ1105aおよび1105bを、それぞれ頂部キャップ・ウェーハ405および底部キャップ・ウェーハ420に変換する。代替実施形態では、キャップ・ウェーハ・プロセスは、以下の1つまたは複数でほぼ開示されているような統合マスク・ミクロ機械加工プロセスを含む。つまり1999年7月13日出願の米国特許出願第09/352,835号、代理人文書第14737,659.02号、1999年7月13日出願の米国特許第09/352,025号、代理人文書第14737.659.03号であり、その開示は参照により本明細書に組み込まれる。
【0060】
図11cで示すように、ステップ1020では、2枚の開始質量ウェーハ1120aおよび1120bを作成する。好ましい実施形態では、2枚の開始質量ウェーハ1120aおよび1120bは等しいサイズおよび形状である。開始質量ウェーハ1120aおよび1120bは、従来市販されている任意の数の材料から作成することができる。好ましい実施形態では、開始質量ウェーハ1120aおよび1120bはシリコンで作成する。好ましい実施形態では、開始質量ウェーハ1120aおよび1120bはそれぞれ、エッチング停止層1140aおよび1140bを含む。好ましい実施形態では、開始質量ウェーハ1120aおよび1120bはそれぞれ、エッチ・マスキング層1150aおよび1150bを含む。
【0061】
図11d、図11e、図11f、図11g、図11h、図11ha、図11hb、図11hc、図11hd、図11he、図11hf、図11hg、図11hh、図11hi、図11hjおよび図11iで示すように、ステップ1025では2枚の開始質量ウェーハ1120aおよび1120bは、2枚の開始質量ウェーハ1120aおよび1120bをそれぞれ頂部測定質量部分410および底部測定質量部分415に変換する質量ウェーハ・プロセスにかけられる。好ましい実施形態では、質量ウェーハ・プロセスは、ほぼ米国特許第5,484,073号に記載された通りであり、その開示は参照により本明細書に組み込まれる。代替実施形態では、質量ウェーハ・プロセスは、1999年7月13日出願の米国特許出願第09/352,835号、代理人文書第14737,659.02号、1999年7月13日出願の米国特許第09/352,025号、代理人文書第14737.659.03号でほぼ開示されたような統合マスク・ミクロ機械加工プロセスを含み、その開示は参照により本明細書に組み込まれる。
【0062】
図11dで示すように、ステップ1025の質量ウェーハ・プロセスは、エッチ・マスキング層1150aをフォトリソグラフィでパターン形成し、エッチ・マスキング層1150aに露出区域1160を生成することによって開始する。好ましい実施形態では、エッチ・マスキング層1150aをフォトリソグラフィでパターン形成し、頂部即知恵質量906、ハウジング907、および溝940の形状の露出区域1160を生成する。好ましい実施形態では、フォトリソグラフィでパターン形成した露出区域1160は、隅補償構造XおよびYを含む。
【0063】
好ましい実施形態では、図11eで示すように、エッチング・プロセスを実行して、開始質量ウェーハ1120aを頂部測定質量部分410に形成する。エッチング・プロセスは、エッチングに適した従来市販されている任意の数のプロセスを含むことができる。好ましい実施形態では、エッチング・プロセスは、エッチ・マスキング層1150aを露出区域1160内の開始質量ウェーハ1120から除去することによって開始する。エッチ・マスキング層1150aは、例えばプラズマ・エッチングなど、エッチ・マスキング層を除去するのに適した任意のプロセスを使用して除去することができる。好ましい実施形態では、エッチ・マスキング層1150aは、エッチング液を使用することにより、露出区域1160内の開始質量ウェーハ1120aから除去される。好ましい実施形態では、エッチ・マスキング層1150aを除去すると、開始質量ウェーハ1120aを作成する元となる材料が露出する。好ましい実施形態では、開始質量ウェーハ1120aを作成する材料はシリコンである。好ましい実施形態では、隅補償構造Xは、エッチング液が露出区域1160内の凸状隅を攻撃し、腐食するのを防止する。隅構造Yにより、測定質量906およびハウジング907の画定に使用するエッチング・プロセス中に、溝940を同時に形成できることが好ましい。好ましい実施形態では、隅補償構造Yは、溝940と露出区域1160の交点で、エッチング液に誘発された隅の腐食を軽減する。
【0064】
好ましい実施形態では、次にウェット・エッチング用化学物質を、開始質量ウェーハ1120a上に露出したシリコンに塗布する。ウェット・エッチング用化学物質は、シリコンのエッチングに適し、従来市販されている任意の数のウェット・エッチング用化学物質でよい。好ましい実施形態では、ウェット・エッチング用化学物質は水酸化カリウム(KOH)である。KOHは、制御自在にシリコンをエッチングし、開始質量ウェーハ1120aのエッチング停止層1140aで終了することが好ましい。好ましい実施形態では、図11fで示すように、KOHは、開始質量ウェーハ1120aを頂部測定質量406、ハウジング407、および溝940の形状にエッチングする。好ましい実施形態では、エッチング停止層1140aは、ウェット化学エッチング・プロセスが完了した後も、ばね905の背面に残る。代替実施形態では、エッチング停止層1140aはウェット化学エッチング・プロセス中にばね905から除去される。
【0065】
ウェット・エッチング・プロセスの後、開始質量ウェーハ1120a上に残ったエッチ・マスキング層1150aが、標準的なウェット・エッチング液を使用して開始質量ウェーハ1120aから除去される。
【0066】
第2開始質量ウェーハ1120bにも同じエッチング・プロセスを使用して、第2開始質量ウェーハ1120bを底部測定質量部分415に形成することが好ましい。
【0067】
好ましい実施形態では、図11gで示すように、頂部測定質量部分410と底部測定質量部分415とを結合し合わせ、質量ウェーハ対1130を形成する。ウェーハ結合プロセスは、頂部測定質量部分410と底部測定質量部分415とを結合するのに適した任意の数の結合プロセスでよい。好ましい実施形態では、ウェーハ結合プロセスは融着プロセスである。好ましい実施形態では、通路950を形成するウェーハ結合プロセスの間に、頂部測定質量部分410の溝940を底部測定質量部分415の溝945と位置合わせする。
【0068】
好ましい実施形態では、金属層1142を質量ウェーハ対1150の上面に蒸着させ、これは頂部測定質量部分410の上面411と対応する。また、金属層1143を質量ウェーハ対1130の下面に蒸着し、これは底部測定質量部分415の下面416に対応する。金属層1142および1143は、例えばアルミ、銀または金など、金属層の生成に適し、従来市販されている任意の数の材料を含むことができる。好ましい実施形態では、金属層1142および1143は、金とチタンの組合せから作成する。好ましい実施形態では、金とチタンの組合せは、金の層をチタンの層の頂部に配置する。チタン層は、シリコンおよび二酸化シリコンへの金の付着を改良することが好ましい。金属層1142および1143は、エッチ・マスキング層を使用してパターン形成することが好ましい。エッチ・マスキング層は、金属層のパターン形成に適した任意のエッチ・マスキング層でよい。好ましい実施形態では、エッチ・マスキング層はフォトレジストである。金属層1142および1143は、加速度計305内に使用するのに適した任意のパターンに形成することができる。好ましい実施形態では、図11hで示すように、質量ウェーハ対1130の上面にある金属層1142は、金属電極パターン910、結合リング920、および頂部質量接触パッド930に形成する。好ましい実施形態では、図11hで示すように、質量ウェーハ対1130の下面にある金属層1143は、金属電極パターン915、結合リング925、および底部質量接触パッド935を形成する。
【0069】
好ましい実施形態では、図11haで示すように、金属電極パターン910は、加速度計305の作動中に金属電極パターン910と頂部キャップ過剰衝撃バンパ720との間の静摩擦を軽減するよう設計されたパターン960aを含む。好ましい実施形態では、図11hbで示すように、金属電極パターン915は、加速度計305の作動中に金属電極パターン915と底部キャップ過剰衝撃バンパ820との間の静摩擦を軽減するよう設計されたパターン960bを含む。パターン960aおよび960bは、金属電極パターン910および915上にパターンを生成するのに適した任意の数の方法を使用し、金属電極パターン910および915上に生成することができる。好ましい実施形態では、図11haで示すように、パターン960aは、頂部測定質量部分410の上面411にパターンをエッチングして、パターン形成した表面1165aを生成し、金属層1142をパターン形成表面1165a上に蒸着することによって生成される。金属層1142は、パターン960aを含む金属電極910に成形することが好ましい。好ましい実施形態では、図11hbで示すように、パターン960bは、底部測定質量部分415の下面416にパターンをエッチングして、パターン形成した表面1165bを生成し、金属層1143をパターン形成表面1165b上に蒸着することによって生成される。金属層1143は、パターン960bを含む金属電極915に成形することが好ましい。頂部測定質量部分410の上面411にエッチングされたパターン形成表面1165a、および底部測定質量部分415の下面416にエッチングされたパターン形成表面1165bは、金属電極パターン910および915と過剰衝撃保護バンパ720および820それぞれの間の静摩擦を軽減するのに適した任意の数のパターンを含むことができる。好ましい実施形態では、図11hcおよび図11hfで示すように、パターン形成表面1165aおよび1165bは、複数の幾何学的に配置された正方形を含む。別の好ましい実施形態では、図11hdおよび図11hgで示すように、パターン形成表面1165aおよび1165bは複数の幾何学的に配置された円形を含む。別の好ましい実施形態では、図11heで示すように、パターン形成表面1165aおよび1165bは、一連の同心円を含む。別の好ましい実施形態では、図11hhで示すように、パターン形成表面1165aおよび1165bは一連の幾何学的に配置された長方形を含む。別の好ましい実施形態では、図11hiおよび図11hjで示すように、パターン形成表面1165aおよび1165bは、一連の幾何学的に配置されたパイ形のセグメントを含む。
【0070】
好ましい実施形態では、図11iで示すように、ばね905は、頂部測定質量906をハウジング907に結合するよう形成され、ばね911は、底部測定質量912をハウジング913に結合するよう形成される。ばね905および911は、質量ウェーハ対1130内にばね部材を生成するのに適し、従来市販されている任意の数の方法を使用して形成することができる。好ましい実施形態では、ばね905および911は、DRIEプラズマ・エッチング技術を使用して形成される。好ましい実施形態では、エッチング技術はほぼ、米国特許第5,484,073号に記載された通りであり、その開示は参照により本明細書に組み込まれる。ばね905および911は、直線のL字形ばねであることが好ましく、その設計は米国特許第5,652,384号および第5,777,226号に記載され、その開示は参照により本明細書に組み込まれる。ばね905および911は、それぞれ頂部測定質量906および底部測定質量912に横方向の衝撃保護を提供しながら、交叉軸阻止を維持するよう設計することが好ましい。好ましい実施形態では、エッチング停止層1140aおよび1140bは、プラズマ・エッチング・プロセスが完了した後も、それぞればね905および911の背面に残る。ばね905および911上のエッチング停止層1140aおよび1140bは、ばね905および911の厚さの均一性を改良することが好ましい。また、ばね905および911上のエッチング停止層1140aおよび1140bは、加速度計305の作動中にばね905の寸法制御を改良することが好ましい。別の好ましい実施形態では、エッチング停止層1140aおよび1140bは、プラズマ・エッチング・プロセス中に、それぞればね905および911から除去される。
【0071】
図11jで示すように、ステップ1035では、頂部キャップ・ウェーハ405、底部キャップ・ウェーハ420、および質量ウェーハ対1130が結合プロセスにかけられて、加速度計305を形成することが好ましい。ステップ1035の結合プロセスは、例えば融着、熱圧着、共晶結合、陽極結合またはガラス・フリット結合など、任意の数の結合プロセスでよい。好ましい実施形態では、ステップ1035の結合プロセスは熱圧着結合プロセスである。
【0072】
ステップ1035の結合プロセス中、後部キャップ・ウェーハ405は質量ウェーハ対1130の上面に結合され、これは頂部測定質量部分410の上面411に対応する。好ましい実施形態では、頂部結合リング707は結合リング920と結合し、頂部キャップ・ウェーハ405と頂部測定質量部分410とを結合する。頂部結合リング707と結合リング920は、熱圧着結合プロセスを使用して結合することが好ましい。
【0073】
頂部結合酸化物リング710は、頂部キャップ・ウェーハ本体406の底面408の下に延在することが好ましい。その結果、結合プロセスは、頂部コンデンサ電極705と金属電極パターン910との間に狭いコンデンサ電極ギャップを生成することが好ましい。結合プロセス中、結合力を頂部キャップ・ウェーハ405の上面407に、頂部キャップ・プレス・フレーム窪み725から離して加えることが好ましい。好ましい実施形態では、頂部キャップ・プレス・フレーム窪み725は、結合プロセス中に加えられる結合力が、結合リング領域に局所化され、狭いコンデンサ電極ギャップ領域から離れていることを保証する位置で、頂部キャップ・ウェーハ405の上面407に配置される。
【0074】
これもステップ1035の結合プロセス中に、底部キャップ・ウェーハ420を質量ウェーハ対1130の下面に結合し、これは底部測定質量部分415の下面416に対応する。好ましい実施形態では、底部結合リング807は結合リング925と結合し、底部キャップ・ウェーハ420と底部測定質量部分415とを結合する。底部結合リング807と結合リング925は、熱圧着結合プロセスを使用して結合することが好ましい。
【0075】
底部結合酸化物リング810は、底部キャップ・ウェーハ本体421の上面423の上に延在することが好ましい。その結果、結合プロセスが、底部コンデンサ電極805と金属電極パターン915との間に狭いコンデンサ電極ギャップを生成することが好ましい。結合プロセス中、結合力は、底部キャップ・ウェーハ420の底面422に、底部キャップ・プレス・フレーム窪み825から離して加えることが好ましい。好ましい実施形態では、底部キャップ・プレス・フレーム窪み825は、結合プロセス中に加えられる結合力が、結合リング領域に局所化され、狭いコンデンサ電極ギャップ領域から離れていることを保証する位置で、底部キャップ・ウェーハ420の底面422に配置される。
【0076】
図12a、図12bおよび図12cで示すように、ステップ1040では、加速度計305が方形切断プロセスにかけられる。方形切断カット1205、1210、1215、1220は加速度計305の予め決められた位置に形成することが望ましい。方形切断カット1205、1210、1215、1220は様々な目的を満足する。好ましい実施形態では、方形切断カット1205、1215、1220は、加速度計305のダイをウェーハ1235から分離して、電極910および915から電気リード線を露出させ、電気リード線を分離し、通路950を露出させるよう作成される。別の好ましい実施形態では、方形切断カット1205、1215、1220に加えて方形切断カット1210を作成して、加速度計305のダイをウェーハ1235から分離し、電極910および915から電気リード線を露出させ、電気リード線を分離し、通路950を露出させる。
【0077】
好ましい実施形態では、カット1205を頂部キャップ・ウェーハ405上に作成する。カット1205は、頂部キャップ・ウェーハ本体406を通って垂直に延在し、頂部キャップ・ウェーハ本体406の区間を除去することが好ましい。好ましい実施形態では、カット1205は頂部質量接触パッド930を露出させる。カット1205は、例えばダイアモンド・ブレードのウェーハ用ソーを使用するなど、従来市販されている任意の数の方形切断カットを実行する方法を使用して実行することができる。好ましい実施形態では、カット1205はダイアモンド・ブレードのウェーハ用ソーを使用して作成する。
【0078】
好ましい実施形態では、カット1215は、頂部キャップ・ウェーハ本体406から垂直に延在し、頂部測定質量部分410のハウジング907に入る。カット1215は、カット1215が通路950に到達する前に、ハウジング907内で停止することが好ましい。カット1215は、通路950に到達する前に任意の距離で停止してよい。好ましい実施形態では、カット1215は通路950から約2ミル(5.1×105m)以上離れて停止する。カット1215は、例えばダイアモンド・ブレードのウェーハ用ソーを使用するなど、従来から商業的に入手可能な任意の数の方形切断カットを実行する方法を使用して実行することができる。好ましい実施形態では、カット1215は、例えばダイアモンド・ブレードのウェーハ用ソーを使用して作成する。
【0079】
好ましい実施形態では、カット1220は、底部キャップ・ウェーハ本体421から垂直に延在し、底部測定質量部分415のハウジング913に入る。カット1220は、カット1220が通路950に到達する前に、ハウジング913内で停止することが好ましい。カット1220は、通路950に到達する前に任意の距離で停止してよい。好ましい実施形態では、カット1220は通路950から約2ミル(5.1×105m)以上離れて停止する。カット1220は、例えばダイアモンド・ブレードのウェーハ用ソーを使用するなど、従来から商業的に入手可能な任意の数の方形切断カットを実行する方法を使用して実行することができる。好ましい実施形態では、カット1215は、例えばダイアモンド・ブレードのウェーハ用ソーを使用して作成する。
【0080】
好ましい代替実施形態では、カット1210を底部キャップ・ウェーハ本体421上に作成する。カット1210は、底部キャップ・ウェーハ本体421を通って垂直に延在し、底部キャップ・ウェーハ本体421の区間を除去することが好ましい。好ましい実施形態では、カット1210は底部質量接触パッド935を露出させる。カット1210は、例えばダイアモンド・ブレードのウェーハ用ソーを使用するなど、従来から商業的に入手可能な任意の数の方形切断カットを実行する方法を使用して実行することができる。好ましい実施形態では、カット1210はダイアモンド・ブレードのウェーハ用ソーを使用して作成する。
【0081】
カット1205、1210、1215、1220は個々に実行するか、カット1205、1210、1215、1220を任意の組合せで作成し、特定の用途に最も適した加速度計305の形状を達成することができる。好ましい実施形態では、図12bで示すように、カット1205、1215および1220を加速度計305上で実行する。代替実施形態では、カット1205、1215および1220に加えてカット1210を加速度計305上で実行する。カット1205は、頂部質量接触パッド930を露出することが好ましい。カット1210は、底部質量接触パッド935を露出することが好ましい。カット1215、1220は、通路950を囲むスクライブ・レーン1230を生成することが好ましい。スクライブ・レーン1230を別のダイ1235に取り付けることが好ましい。
【0082】
方形切断プロセス中、スクライブ・レーン1230は加速度計305およびダイ1235に取り付けたままで、加速度計305を気密封止状態に維持するか、スクライブ・レーン1230をスナップ止めして通路950を露出し、加速度計305をダイ1235から分離することができる。好ましい実施形態では、図12cで示すように、スクライブ・レーン1230を除去して通路950を露出し、加速度計305をダイ1235から分離する。露出した通路950は、加速度計305内から空気を除去し、パッケージング中に加速度計305内に真空を生成する流路として使用することが好ましい。
【0083】
図13で示すように、ステップ1045では、加速度計305をパッケージ1305内にパッケージングする。パッケージ1305は、加速度計305を保存するのに適した任意の数のパッケージを含むことができる。好ましい実施形態では、パッケージ1305はハウジングである。別の好ましい実施形態では、パッケージ1305は基板である。
【0084】
ハウジング1305は、加速度計305の保存に適した任意の数のハウジングでよい。好ましい実施形態では、ハウジング1305は本体1310および蓋1315を含む。ハウジング1305は、従来の多層セラミック・パッケージであることが好ましい。
【0085】
加速度計305は、ハウジング1305の本体1310内に配置することが好ましい。加速度計305は、加速度計305をハウジング1305内に固定するのに適した任意の数の方法を使用して、ハウジング1305内に配置することができる。好ましい実施形態では、加速度計305は、ほぼ___に出願された米国特許出願第___号、代理人文書第14737.743号の開示通りのはんだダイ取付けプロセスを使用して、ハウジング1305内に配置し、その開示は参照により本明細書に組み込まれる。
【0086】
次に、蓋1315を本体1310に締め付けて、ハウジング305内で加速度計305を密封することが好ましい。好ましい実施形態では、蓋1315を本体1310に締め付ける前に、真空プロセスを使用してハウジングから空気を除去し、ハウジング1305内に真空または低圧環境を生成する。通路950が露出したら、真空プロセス中に加速度計305内から空気を除去し、ハウジング1305の加速度計305内に真空を生成する。
【0087】
別の好ましい実施形態では、ステップ1035の結合プロセスを真空環境で実行し、結合プロセス中に加速度計305の空洞内に真空を生成する。この実施形態では、通路950を加速度計305の設計から除去することが好ましい。次に、真空密封加速度計305をハウジング1305内に配置し、蓋1315を本体1310に締め付けることにより、ハウジングを密封することが好ましい。
【0088】
本発明の例示的実施形態について図示し、説明してきたが、以上の開示内で広い範囲の改造、変更および置換が想定される。場合によっては、対応して他の機能を使用しない状態で、本発明の幾つかの特徴を使用することができる。したがって、添付の請求の範囲を広く、本発明の範囲に一致する方法で解釈することが適切である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 環境データ測定の収集に使用するシステムの実施形態を示す。
【図2】 図1のシステム内で使用するセンサおよびケーブルの実施形態を示す。
【図3a】 図1のセンサ内における加速度計の配置の断面側面図である。
【図3b】 図1のセンサ内における加速度計の配置の断面上面図である。
【図4】 図3aの加速度計の実施形態の上斜視図を示す。
【図5】 図4の加速度計の底斜視図を示す。
【図6】 図4の加速度計の断面図を示す。
【図7a】 図4の加速度計の頂部キャップ・ウェーハの断面図を示す。
【図7b】 図7aの頂部キャップ・ウェーハの上面図を示す。
【図7c】 図7aの頂部キャップ・ウェーハの底面図を示す。
【図7d】 図7aの頂部キャップ・ウェーハ上における過剰衝撃バンパの配置構成の実施形態を示す。
【図7e】 図7dの過剰衝バンパの代替配置構成の実施形態を示す。
【図7f】 図7dの過剰衝撃バンパの代替配置構成の実施形態を示す。
【図7g】 図7dの過剰衝撃バンパの代替配置構成の実施形態を示す。
【図7h】 図7dの過剰衝撃バンパの代替配置構成の実施形態を示す。
【図7i】 図7dの過剰衝撃バンパの代替配置構成の実施形態を示す。
【図7j】 図7dの過剰衝撃バンパの代替配置構成の実施形態を示す。
【図7k】 図7dの過剰衝撃バンパの代替配置構成の実施形態を示す。
【図7l】 図7dの過剰衝撃バンパの代替配置構成の実施形態を示す。
【図8a】 図4の加速度計の底部キャップ・ウェーハの断面図を示す。
【図8b】 図8aの底部キャップ・ウェーハの底面図を示す。
【図8c】 図8aの底部キャップ・ウェーハの上面図を示す。
【図9a】 図4の加速度径の質量ウェーハ対の断面図を示す。
【図9aa】 図6の加速度計内にある頂部キャップ過剰衝撃バンパおよびパターン状金属電極の断面図を示す。
【図9ab】 図6の加速度計内にある底部キャップ過剰衝撃バンパおよびパターン状金属電極の断面図を示す。
【図9ac】 図6の加速度計内にある、厚さが減少した窪みを含む金属電極の実施形態を示す。
【図9ad】 図6の加速度計内にある、空洞を含む金属電極の実施形態を示す。
【図9b】 図9aの質量ウェーハ対の頂部質量部分の上面図である。
【図9c】 図9bの頂部質量部分の底面図である。
【図9d】 図9cの頂部質量部分の下斜視図である。
【図9e】 図9aの質量ウェーハ対の底部質量部分の底面図である。
【図9f】 図9eの底部質量部分の上面図である。
【図9g】 図9eの底部質量部分の上斜視図である。
【図10】 図4の加速度計の作成プロセスの流れ図である。
【図11a】 図10の2つの開始キャップ・ウェーハの実施形態を示す。
【図11b】 図10のキャップ・ウェーハ・プロセスから生じる頂部キャップ・ウェーハおよび底部キャップ・ウェーハの断面図を示す。
【図11c】 図10の開始質量ウェーハの実施形態を示す。
【図11d】 図10の質量ウェーハ・プロセス中に開始質量ウェーハに適用された隅補償構造を含むフォトマスク・アウトラインの実施形態の上面図を示す。
【図11e】 図10の質量ウェーハ・プロセスのエッチング相後における頂部開始質量ウェーハの底面図を示す。
【図11f】 図10の質量ウェーハ・プロセスのエッチング相後における頂部開始質量ウェーハおよび底部開始質量ウェーハの断面図を示す。
【図11g】 図10の質量ウェーハ・プロセス中に結合された質量ウェーハ対の断面図を示す。
【図11h】 電極および結合リングを含む図11gの結合質量ウェーハ対の断面図を示す。
【図11ha】 図9aの質量ウェーハ対の上面にパターン状表面を含む金属電極の実施形態を示す。
【図11hb】 図9aの質量ウェーハ対の下面にパターン状表面を含む金属電極の実施形態を示す。
【図11hc】 図9aの質量ウェーハ対のパターン状表面の実施形態を示す。
【図11hd】 図11hcのパターン状表面の代替実施形態を示す。
【図11he】 図11hcのパターン状表面の代替実施形態を示す。
【図11hf】 図11hcのパターン状表面の代替実施形態を示す。
【図11hg】 図11hcのパターン状表面の代替実施形態を示す。
【図11hh】 図11hcのパターン状表面の代替実施形態を示す。
【図11hi】 図11hcのパターン状表面の代替実施形態を示す。
【図11hj】 図11hcのパターン状表面の代替実施形態を示す。
【図11i】 ばねを含む、図11hの結合質量ウェーハ対の断面図を示す。
【図11j】 図10の結合プロセス後における加速度計の断面図を示す。
【図12a】 図6の加速度計ダイ上における方形切断カットの相対的位置を示す側面図である。
【図12b】 図12aの方形切断カットが完了した後の加速度計ダイの図である。
【図12c】 組み込まれた通路を露出させた後の、図12bの加速度計の実施形態の図である。
【図13】 ハウジング内にパッケージされた図12cの加速度計の実施形態の図である。
Claims (15)
- 環境状態を検出するための装置であり、
該装置が、
ハウジング、
該環境状態に反応する、該ハウジングに結合された測定質量ウェーハ、
該ハウジングに結合された、少なくとも1つのキャップ・ウェーハ、
過剰衝撃保護を提供する、該キャップ・ウェーハ上に幾何学的に配置される複数のバンパ、
該測定質量ウェーハに結合された、少なくとも1つの電極とを含み、
該少なくとも1つの電極が、装置動作中に、静摩擦を低減するように適合され、該少なくとも1つの電極の一部が、
(i) 複数の正方形、
(ii) 複数の円、
(iii) 複数の同心円、
(iv) 複数の長方形、
(v) 一連の幾何学的に配置されたパイ形状のセグメント、
から選択される静摩擦低減パターンを含むことを特徴とする、
環境状態を検出するための装置。 - 該環境状態が、加速度であることを特徴とする、請求項1に記載の装置。
- 該少なくとも1つのキャップ・ウェーハがさらに、空洞を形成する頂部キャップ・ウェーハ及び底部キャップ・ウェーハとを含み、該測定質量ウェーハがさらに、該空洞中に少なくとも部分的に収容される測定質量を含む、ことを特徴とする、請求項1に記載の装置。
- 該頂部キャップ・ウェーハが、プレス・フレームの窪みを含むことを特徴とする、請求項3に記載の装置。
- 該底部キャップ・ウェーハが、プレス・フレームの窪みを含むことを特徴とする、請求項3に記載の装置。
- 該測定質量ウェーハがさらに、該ハウジング中の該空洞から空気を通気するための通路を含むことを特徴とする、請求項3に記載の装置。
- 該通路が、該測定質量における略V字状の溝を含むことを特徴とする、請求項6に記載の装置。
- 該電極パターンが、該複数のバンパと該少なくとも1つの電極との間の静摩擦を低減するための、1つは又はそれより多くの空洞を含むことを特徴とする、請求項1に記載の装置。
- 該電極パターンが、該複数のバンパと該少なくとも1つの電極との間の静摩擦を低減するための、1つ又はそれより多くの厚さが減少された窪みを含むことを特徴とする、請求項1に記載の装置。
- 該複数のバンパが、円形及び隆起状のうちの少なくとも1つの形状であることを特徴とする、請求項1に記載の装置。
- ハウジング、
該ハウジングに結合された、環境状態を検出するための測定質量ウェーハ、
該ハウジングに結合された、少なくとも1つのキャップ・ウェーハ、
該測定質量ウェーハに結合された、少なくとも1つの電極とを含むセンサを、
該センサの動作中に保護する方法であり、
該方法が、
該キャップ・ウェーハ上に幾何学的に配置された複数のバンパを用いて、該センサに過剰衝撃保護を提供するステップと、
該複数のバンパと該少なくとも1つの電極との間の静摩擦を該センサの動作中に低減させるために、該少なくとも1つの電極の一部分上に静摩擦低減パターンを用いるステップとを含み、
該静摩擦低減パターンが、
(i) 複数の正方形、
(ii) 複数の円、
(iii) 複数の同心円、
(iv) 複数の長方形、
(v) 一連の幾何学的に配置されたパイ形状のセグメント、
から選択されることを特徴とする動作中に該センサを保護する方法。 - 該環境状態は加速度である、請求項11に記載の方法。
- 該電極パターンが、該複数のバンパと該少なくとも1つの電極との間の静摩擦を低減させるための1つまたはそれより多くの空洞をさらに含む、
請求項11に記載の方法。 - 該電極パターンが、該複数のバンパと該少なくとも1つの電極との間の静摩擦を低減させるための1つまたはそれより多くの厚さが減少した窪みをさらに含む、
請求項11に記載の方法。 - 該複数のバンパが、該複数のバンパと該少なくとも1つの電極との間の静摩擦の低減のための、円形及び隆起状のうちの少なくとも1つの形状であることを特徴とする、請求項11に記載の方法。
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