SE468067B - CAPACITIVE ACCELEROMETER AND SET FOR MANUFACTURING THEM - Google Patents
CAPACITIVE ACCELEROMETER AND SET FOR MANUFACTURING THEMInfo
- Publication number
- SE468067B SE468067B SE8804039A SE8804039A SE468067B SE 468067 B SE468067 B SE 468067B SE 8804039 A SE8804039 A SE 8804039A SE 8804039 A SE8804039 A SE 8804039A SE 468067 B SE468067 B SE 468067B
- Authority
- SE
- Sweden
- Prior art keywords
- center electrode
- accelerometer
- electrode
- side electrodes
- center
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P15/125—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by capacitive pick-up
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P15/0802—Details
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P2015/0805—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration
- G01P2015/0822—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass
- G01P2015/0825—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass for one single degree of freedom of movement of the mass
- G01P2015/0828—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass for one single degree of freedom of movement of the mass the mass being of the paddle type being suspended at one of its longitudinal ends
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
- Micromachines (AREA)
Description
468 067 ningen kan detekteras. Storleken hos böjningen är propor- tionell mot den kraft som pâlägges och följaktligen mot accelerationen. 468 067 can be detected. The magnitude of the bend is proportional to the force applied and consequently to the acceleration.
Piezoresistiva anordningar av miniatyrstorlek kan tillver- kas exempelvis av kisel med utnyttjande av de tillverk- ningsmetoder som utnyttjas inom mikroelektroniken och mikrobearbetningstekniken. För att uppnå den maximala känsligheten måste påkänningsmaxima placeras på resisto- rernas ytor. Av detta följer att förskjutningen av den elastiska delen blir alltför stor till sin amplitud i för- hållande till strukturens tjocklek, vartill kommer att känsliga accelerometrar mäste vara utförda med tillsats- vikter, som verkar som seismiska massor hos accelerometern, till följd av att kislet i sig har relativt låg täthet.Piezoresistive devices of miniature size can be manufactured, for example, from silicon using the manufacturing methods used in microelectronics and microprocessing technology. To achieve the maximum sensitivity, stress maxima must be placed on the surfaces of the resistors. It follows that the displacement of the elastic part becomes too large in its amplitude in relation to the thickness of the structure, to which sensitive accelerometers must be made with additional weights, which act as seismic masses of the accelerometer, due to the silicon in itself has a relatively low density.
Tillverkningen av tillsatsmassorna försvårar tillämpningen.The production of the additives makes it difficult to apply.
Vidare är den piezoresistiva accelerometern väsentligt mer temperaturkänslig än exempelvis en kapacitiv accelerometer.Furthermore, the piezoresistive accelerometer is significantly more temperature sensitive than, for example, a capacitive accelerometer.
Vidare är den s.k. mätfaktorn (eng. gauge factor) lägre för den piezoelektriska accelerometern än för den kapaci- tiva accelerometern.Furthermore, the so-called the gauge factor is lower for the piezoelectric accelerometer than for the capacitive accelerometer.
Monokristallint kisel har utnyttjats vid tillverkningen av accelerometrar sedan slutet av 1960-talet. Vissa av dessa lösningar finns publicerade i vetenskapliga artiklar och vissa är även patenterade. Piezoresistiva accelerometrar beskrivs bl.a. i följande publikationer: (1) L.M. Roylance och J.B. Angell, "A batch fabricated silicon accelerometer“, IEEE Trans. on Electron Devices, ED-26, sid. 1911-1920 (1979) (2) W. Benecke m.fl., “A frequency selective, piezo- resistive silicon vibration sensor", Transducers '87, sid. 406-409 (1987) 468 067 (3) M. Tsugai och M. Bessho, "Semiconductor accelerometer for automotive controls", Transducers '87, sid. 403-405 (1987) (4) E.J. Evans, USA patent 3.478.604 (1968) (5) A.J. Yerman, USA patent 3.572.109 (1971) Konstruktionerna i enlighet med publikationerna (4) och (5) avser en accelerometer av den typ som på engelska benämns "flexible cantilever".Monocrystalline silicon has been used in the manufacture of accelerometers since the late 1960s. Some of these solutions are published in scientific articles and some are even patented. Piezoresistive accelerometers are described i.a. in the following publications: (1) L.M. Roylance and J.B. Angell, "A batch fabricated silicon accelerometer", IEEE Trans. On Electron Devices, ED-26, pp. 1911-1920 (1979) (2) W. Benecke et al., "A frequency selective, piezoresistive silicon vibration sensor ", Transducers '87, p. 406-409 (1987) 468 067 (3) M. Tsugai and M. Bessho, "Semiconductor accelerometer for automotive controls", Transducers '87, p. 403-405 (1987) (4) E.J. Evans, U.S. Patent 3,478,604 (1968) (5) A.J. Yerman, U.S. Patent 3,572,109 (1971) The constructions according to publications (4) and (5) relate to an accelerometer of the type referred to in English as "flexible cantilever".
Kapacitiva accelerometrar finns beskrivna i följande publi- kationer: (6) H.W. Fischer, USA patent 3.911.738 (1975) (7) W.H. Ficken, USA patent 4.009.607 (1977) (8) F.V. Holdren m.fl., USA patent 4.094.199 (1978) (9) 11.2. Aina, UsA patent 4.144.516 (1979) (10) K.E. Petersen m.fl., USA patent 4.342.227 (1982) (11) R.F. colton, USA patent 4.435.737 (1984) (12) F. Rudolf, USA patent 4.483.194 (1984) (13) L.B. Wilner, USA patent 4.574.327 (1986) Publikation (6) beskriver en accelerometer vilken utnyttjar tvâ kapacitanser utan att beskriva en fysisk konstruktion.Capacitive accelerometers are described in the following publications: (6) H.W. Fischer, U.S. Patent 3,911,738 (1975) (7) W.H. Ficken, U.S. Patent 4,009,607 (1977) (8) F.V. Holdren et al., U.S. Patent 4,094,199 (1978) (9) 11.2. Aina, U.S. Patent 4,144,516 (1979) (10) K.E. Petersen et al., U.S. Patent 4,342,227 (1982) (11) R.F. colton, U.S. Patent 4,435,737 (1984) (12) F. Rudolf, U.S. Patent 4,483,194 (1984) (13) L.B. Wilner, U.S. Patent 4,574,327 (1986) Publication (6) discloses an accelerometer which utilizes two capacitances without describing a physical structure.
Publikation (7) är i princip identisk med publikation (6) förutom att den avser en annan elektrisk tillämpning. 468 067 Publikation (8) handlar också om den dubbla kapacitans- principen för en accelerometer.Publication (7) is in principle identical to publication (6) except that it relates to another electrical application. 468 067 Publication (8) also deals with the double capacitance principle of an accelerometer.
Publikation (9) beskriver en mikromekanisk accelerometer i vilken den seismiska massan är upphängd på bladfjädrar.Publication (9) describes a micromechanical accelerometer in which the seismic mass is suspended on leaf springs.
Publikation (10) beskriver en accelerometer av den flexibla konsoltypen, i vilken den fribärande balken rör sig i hori- sontalplanet och har en elektrisk, icke symmetrisk kon- struktion.Publication (10) describes an accelerometer of the flexible bracket type, in which the cantilever beam moves in the horizontal plane and has an electrical, non-symmetrical construction.
Publikation (11) behandlar en ringformad konstruktion.Publication (11) deals with an annular construction.
Publikation (12) behandlar en torsionsupphängd platta, vid vilken kapacitansen endast är placerad på en sida av plattan.Publication (12) deals with a torsionally suspended plate, in which the capacitance is only placed on one side of the plate.
Publikation (13) beskriver en konstruktion i vilken den seismiska massan är upphängd på en membranfjäder. Ändamålet med föreliggande uppfinning är att övervinna nack- delarna hos den ovan nämnda tidigare kända tekniken och att åstadkomma en fullständigt ny typ av kapacitiv accelerometer och en metod för tillverkning av denna.Publication (13) describes a construction in which the seismic mass is suspended on a diaphragm spring. The object of the present invention is to overcome the disadvantages of the above-mentioned prior art and to provide a completely new type of capacitive accelerometer and a method for manufacturing the same.
Uppfinningen är baserad på tillverkning av accelerometern av kapacitiv typ av två kondensatorer, vilka har en gemen- sam rörlig elektrod, som verkar som den seismiska massan hos accelerometern. Centrumelektroden bildar en monolitisk struktur med en balk tillverkad av samma material. Det är möjligt att utnyttja ett eller flera av dessa elastiska ele- ment. Till följd av en pâlagd acceleration förskjuts den seismiska massan nâgra få mikrometer och förskjutningen detekteras till följd av ändringarna i kapacitansvärdena.The invention is based on the manufacture of the accelerometer of the capacitive type of two capacitors, which have a common moving electrode, which acts as the seismic mass of the accelerometer. The center electrode forms a monolithic structure with a beam made of the same material. It is possible to use one or more of these elastic elements. As a result of an applied acceleration, the seismic mass is displaced a few micrometers and the displacement is detected as a result of the changes in the capacitance values.
Accelerometerkonstruktionen är tvâsidig och symmetrisk.The accelerometer design is double-sided and symmetrical.
Mer speciellt karakteriseras accelerometern i enlighet med uppfinningen av vad som anges i den kännetecknande delen av krav 1. 5 468 067 Tillverkningsmetoden i enlighet med uppfinningen karakte- riseras vidare av vad som anges i den kännetecknande delen av krav 4.More specifically, the accelerometer according to the invention is characterized by what is stated in the characterizing part of claim 1. The manufacturing method according to the invention is further characterized by what is stated in the characterizing part of claim 4.
Konstruktionen i enlighet med uppfinningen erbjuder följande fördelar: I _den kapacitiva funktionsprincipen ger en hög känslighet [SC/C vid en liten förskjutning av den seismiska massan, till följd av den symmetriska konstruktionen får accele- rometern en extremt låg okompenserad temperaturkänslig- het, då den seismiska massan är av samma material som det flexibla elementet, exempelvis kisel, är en extra seis- misk massa onödig, accelerometerdämpningsfaktorn kan varieras genom åstad- kommande av räfflor på kondensatorelektroderna eller genom att åstadkomma ett kvarstående lämpligt tryck i accelerometerkonstruktionen i samband med tillverknings- PIOCGSSGD , kapacitansförändringarna är symmetriska omkring noll- värdet för accelerationen, accelerometern kan tillverkas genom masstillverkning, accelerometern har en enastående hög överbelastnings- tolerans till följd av att den seismiska massan endast förskjuts några få mikrometer innan den uppstödes av sidoelektroderna. det följande kommer uppfinningen att beskrivas mer i detalj med hjälp av de exemplifierande utföringsformerna på bifogade ritningar. 468 067 Fig. 1 visar en längdsektionssidovy över en accelerometer- konstruktion i enlighet med uppfinningen.The construction according to the invention offers the following advantages: In the capacitive operating principle, a high sensitivity [SC / C gives a small displacement of the seismic mass, due to the symmetrical construction, the accelerometer has an extremely low uncompensated temperature sensitivity, as it the seismic mass is of the same material as the flexible element, for example silicon, an extra seismic mass is unnecessary, the accelerometer attenuation factor can be varied by providing grooves on the capacitor electrodes or by providing a residual suitable pressure in the accelerometer structure in connection with manufacturing PIOCGSSGD , the capacitance changes are symmetrical about the zero value of the acceleration, the accelerometer can be manufactured by mass production, the accelerometer has an exceptionally high overload tolerance due to the fact that the seismic mass is only displaced a few micrometers before it is supported by the side electrodes. In the following, the invention will be described in more detail by means of the exemplary embodiments in the accompanying drawings. Fig. 1 shows a longitudinal sectional side view of an accelerometer construction in accordance with the invention.
Fig. 2 visar en längdsektionssidovy över en annan accelero- meterkonstruktion i enlighet med uppfinningen.Fig. 2 shows a longitudinal sectional side view of another accelerometer construction in accordance with the invention.
Fig. 3a-3c visar i perspektivvy de olika delarna i accelero- meterkonstruktionen enligt fig. 1.Figs. 3a-3c show in perspective view the different parts of the accelerometer construction according to Fig. 1.
Fig. 4a-4c visar i perspektivvy de olika delarna i accelero- meterkonstruktionen enligt fig. 2.Figs. 4a-4c show in perspective view the different parts of the accelerometer construction according to Fig. 2.
Fig. 5 visar en perspektivvy delvis uppskuren i längdled över accelerometerkonstruktionen enligt fig. 2.Fig. 5 shows a perspective view partly cut longitudinally over the accelerometer construction according to Fig. 2.
Fig. 6 visar en längdsektionssidovy över en tredje accelero- meterkonstruktion i enlighet med uppfinningen.Fig. 6 shows a longitudinal sectional side view of a third accelerometer construction in accordance with the invention.
Fig. 7a visar en toppvy över en första maskeringsfas vid accelerometerkonstruktionen i enlighet med uppfinningen.Fig. 7a shows a top view of a first masking phase in the accelerometer construction in accordance with the invention.
Fig. 7b visar en toppvy över det slutliga resultatet som uppnås medelst maskeringsfasen visad i fig. 7a.Fig. 7b shows a top view of the final result obtained by the masking phase shown in Fig. 7a.
Fig. 8a visar en toppvy över en andra maskeringsfas vid accelerometerkonstruktionen i enlighet med uppfinningen.Fig. 8a shows a top view of a second masking phase in the accelerometer construction in accordance with the invention.
Fig. 8b visar en toppvy över det slutliga resultatet som uppnås medelst maskeringsfasen visad i fig. 8a.Fig. 8b shows a top view of the final result obtained by the masking phase shown in Fig. 8a.
Fig. 9a visar en toppvy över en tredje maskeringsfas vid accelerometerkonstruktionen i enlighet med uppfinningen.Fig. 9a shows a top view of a third masking phase in the accelerometer construction in accordance with the invention.
Fig. 9b visar en toppvy över det slutliga resultatet som uppnås medelst maskeringsfasen visad i fig. 9a.Fig. 9b shows a top view of the final result obtained by the masking phase shown in Fig. 9a.
Accelerometern enligt uppfinningen kan tillverkas exempel- _s- ox OO c: ox -z vis av monokristallint kisel med utnyttjande av konventio- nella metoder kända inom det mikromekaniska tillverknings- området. Fig. 1 illustrerar accelerometerns baskonstruk- tion. Accelerometern kan vara hermetiskt tillsluten, så att accelerometerhöljet kan vara avtätat och fyllt med gas med lämpligt lågt undertryck. Trycket hos fyllnings- gasen kan varieras för erhållande av önskad dämpningsfaktor för accelerometerns seismiska massa. Fyllningsgasen som utnyttjas kan exempelvis utgöras av torr luft. En lämpligt vald dämpningsfaktor resulterar i ett fördelaktigt frek- venssvar för accelerometern.The accelerometer according to the invention can be manufactured, for example, from monocrystalline silicon using conventional methods known in the micromechanical field of manufacture. Fig. 1 illustrates the basic construction of the accelerometer. The accelerometer can be hermetically sealed, so that the accelerometer housing can be sealed and filled with gas with a suitably low negative pressure. The pressure of the filling gas can be varied to obtain the desired attenuation factor for the seismic mass of the accelerometer. The filling gas used can, for example, consist of dry air. An appropriately selected attenuation factor results in an advantageous frequency response for the accelerometer.
En enklare uppbyggnad av accelerometern uppnås emellertid genom att utföra accelerometern öppen, såsom illustreras i fig. 2, så att det interna gastrycket i accelerometern är lika med det omgivande trycket. Kommunikationen mellan det inre gasutrymmet och omgivningen sker via en kanal 8.However, a simpler construction of the accelerometer is achieved by making the accelerometer open, as illustrated in Fig. 2, so that the internal gas pressure in the accelerometer is equal to the ambient pressure. The communication between the internal gas space and the surroundings takes place via a channel 8.
Därvid blir emellertid dämpningsfaktorn för den seismiska massan extremt hög, vilket medför att denna typ av accele- rometer endast kan utnyttjas för låga frekvenser (dvs några få herz) och statiska accelerationsmätningar.In this case, however, the attenuation factor for the seismic mass becomes extremely high, which means that this type of accelerometer can only be used for low frequencies (ie a few hertz) and static acceleration measurements.
Fig. 1 illustrerar den hermetiskt tillslutna accelerometer- konstruktionen. Accelerometern är skiktuppbyggd och inne- fattar plana, elektriskt förbundna sidoelektrodanordningar 15 och mellan dessa en parallellt inriktad centrumelektrod- anordning 16, vars seismiska massa 1 är utförd med ett ändparti hos en fribärande balk 17. Den fribärande balken 17 formas i centrumelektrodanordningen 16 genom att i bal- ken uppta ett U-format spår, vilket sträcker sig genom hela centrumelektroden 16. Dessutom har material avlägs- nats från balken 17 för att forma ett gap 7, vilket ger upphov till en kapacitans, och dessutom har bredden hos ett skaftparti 2 hos balken 17 reducerats för att ge denna del flexibilitet. Den i ett stycke utförda centrumelektrod- anordningen 16 innefattar således balken 17, vilken vidare innefattar den seismiska massan 1 och det flexibla skaft- 468 067 partiet 2 såväl som ett accelerometerstomelement 3 omgi- vande den fribärande balken 17. Den seismiska massan 1 är företrädesvis utförd några fâ mikrometer tunnare än stom- elementet 3. Centrumelektrodanordningen 16 kan exempelvis vara tillverkad av samma monokristallina kisel. Accelero- meterkapacitanserna är utbildade mellan den gemensamma, rörliga elektroden 1 hos centrumelektrodanordningen 16 och de fasta sidoelektroderna 4 hos sidoelektrodanord- ningarna 15. Sidoelektroderna 4 är exempelvis tillverkade av monokristallint kisel genom etsning av ytorna motsva- rande ett isolerande skikt 5 med kvarlämnande av ett för- höjt område av kisel vid den seismiska massan 1 såväl som vid ett förbindningsområde 6. Det isolerande skiktet kan exempelvis vara av glas. Det glastäckta området 5 och stomelementet 3 kan vara hermetiskt bundna vid varandra med utnyttjande exempelvis av anodförbindningsteknik. Kon- struktionen av centrumelektrodanordningen 16 är spegel- symmetrisk i förhållande till ett plan s (xy-planet) visat i fig. 1. Den seismiska massan 1 är rörlig i Z-riktningen.Fig. 1 illustrates the hermetically sealed accelerometer construction. The accelerometer is layered and comprises flat, electrically connected side electrode devices 15 and between them a parallel oriented center electrode device 16, the seismic mass 1 of which is formed with an end portion of a cantilever beam 17. The cantilever beam 17 is formed in the center electrode device 16 by the beam occupies a U-shaped groove, which extends through the entire center electrode 16. In addition, material has been removed from the beam 17 to form a gap 7, giving rise to a capacitance, and moreover, the width of a shaft portion 2 of the beam 17 has been reduced to give this part flexibility. The integral center electrode device 16 thus comprises the beam 17, which further comprises the seismic mass 1 and the flexible shaft portion 2 as well as an accelerometer body element 3 surrounding the cantilevered beam 17. The seismic mass 1 is preferably formed a few micrometers thinner than the body element 3. The center electrode device 16 may, for example, be made of the same monocrystalline silicon. The accelerometer capacitances are formed between the common, moving electrode 1 of the center electrode device 16 and the fixed side electrodes 4 of the side electrode devices 15. The side electrodes 4 are made, for example, of monocrystalline silicon by etching the surfaces corresponding to an insulating layer 5 with a residual insulating layer 5. raised area of silicon at the seismic mass 1 as well as at a connecting area 6. The insulating layer may, for example, be of glass. The glass-covered area 5 and the frame element 3 can be hermetically bonded to each other using, for example, anode connection technology. The construction of the center electrode device 16 is mirror-symmetrical with respect to a plane s (xy-plane) shown in Fig. 1. The seismic mass 1 is movable in the Z-direction.
Accelerometerkonstruktionen enligt fig. 1 visas i detalj i fig. 3a-3c. De övre bilderna 3a och 4a i fig. 3 och 4 visas i inverterat läge för att tydligare visa de metalli- serade områdena 6 och 6' såväl som kiselområdet 4.The accelerometer assembly of Fig. 1 is shown in detail in Figs. 3a-3c. The upper images 3a and 4a in Figs. 3 and 4 are shown in inverted position to more clearly show the metallized areas 6 and 6 'as well as the silicon area 4.
Fig. 2 illustrerar en öppen accelerometerkonstruktion.Fig. 2 illustrates an open accelerometer construction.
Denna konstruktion skiljer sig från den slutna konstruk- tionen avseende följande detaljer: - sidoelektrodanordningen 15 är tillverkad helt av glas, varvid dess yta är täckt med metalliserade områden 6 och 6' för accelerometerns elektriska funktioner, och - metalliseringen 6 är så placerad att den löper i en kanal 8 i ändamål att förhindra kortslutning av metalli- seringen 6 till stomelementet 3.This construction differs from the closed construction in the following details: - the side electrode device 15 is made entirely of glass, its surface being covered with metallized areas 6 and 6 'for the electrical functions of the accelerometer, and - the metallization 6 is placed so that it runs in a channel 8 for the purpose of preventing short circuit of the metallization 6 to the body element 3.
Accelerometerkonstruktionen enligt fig. 2 illustreras i detalj i fig. 4a-4c. I de båda visade konstruktionerna är de elektriska kontaktområdena 6 företrädesvis utförda i samma plan, vilket således nödvändiggör utnyttjandet av en elektrisk genomföring 10, visad i fig. 3 och 4. Denna detalj är av samma material som stomelementet 3 men är elektriskt isolerad från stomelementet. Utförandet av elementet 10 visas mer detaljerat i fig. 5. Ändamålet med en kropp 9 visad i fig. 4b är att bilda en elektrisk kon- takt mellan stomelementet 3 och mittkontaktområdet 6.The accelerometer construction of Fig. 2 is illustrated in detail in Figs. 4a-4c. In the two constructions shown, the electrical contact areas 6 are preferably made in the same plane, which thus necessitates the use of an electrical bushing 10, shown in Figs. 3 and 4. This detail is of the same material as the frame element 3 but is electrically insulated from the frame element. The embodiment of the element 10 is shown in more detail in Fig. 5. The purpose of a body 9 shown in Fig. 4b is to form an electrical contact between the body element 3 and the center contact area 6.
Accelerometerutformningen visas i figI 5.The accelerometer design is shown in Fig. 5.
Accelerometrarnas stöthållfasthet kan förbättras genom att man vid etsning av det flexibla elementet 2 kvarlämnar ut- språng 11, såsom visas i fig. 6, vilka förhindrar en över- driven böjning av elementet 2 till följd av en kraftig stöt. Accelerometerns dimensioner blir starkt beroende av den önskade känsligheten och kapacitanserna. Typiska dimen- 3 sioner är exempelvis 2 x 0,5 x 4 mm för den seismiska massan 1 och 2 x 0,07 x 4 m3 för den fribäranaa halkan 2.The impact strength of the accelerometers can be improved by leaving protrusions 11, as shown in Fig. 6, when etching the flexible element 2, which prevent an excessive bending of the element 2 as a result of a strong impact. The dimensions of the accelerometer become strongly dependent on the desired sensitivity and capacitances. Typical dimensions are, for example, 2 x 0.5 x 4 mm for the seismic mass 1 and 2 x 0.07 x 4 m3 for the cantilevered slide 2.
De yttre dimensionerna hos accelerometern ärca 4 x 3 x 12 m3 (bredd x höjd x längd).The external dimensions of the accelerometer are approximately 4 x 3 x 12 m3 (width x height x length).
De tillverkningsfaser som beskrives i det följande är tillämpbara för bearbetning av båda sidorna av ett bas- material som utgör en monokristallin halvledare, t.ex. en kiselbricka polerad på båda sidorna. 1. Båda sidorna av kiselbricka oxideras till ett djup på approximativt 250 nm. Bricktjockleken kan exempelvis vara 500 pm. 2. Brickan överdrages med en fotoresist och exponeras så- som illustreras i fig. 7a över centrumelektrodområdena 12 från vilka oxiden skall etsas bort. Fig. 7 illustre- rar en kiselbricka. 468 067 10 3. Därefter etsas, såsom visas i fig. 7b, centrumelektrod- området 12 till ett djup av approximativt 4 pm i exempelvis en vattenlösning av KOH. 4. Oxidskiktet på brickan etsas bort med utnyttjande av buffrad HF och brickan oxideras till ett djup av approximativt 0,8 pm. 5. Brickan överdrages med en fotoresist och exponeras vid kanterna hos centrumelektrodområdet 12 över ett kant- område 13 och ett kontaktområde 13', visat i fig. 8a, från vilka områden oxiden avlägsnas. Därpå avlägsnas fotoresisten. 6. Områdena 13 och 13' etsas till ett djup av approximativt 50 Pm, varigenom ett centrumelektrodmönster 17' erhålles i enlighet med fig. Bb. 7. Brickan återöverdrages med en fotoresist och exponeras vid skaftpartiet hos centrumelektrodmönstret 17' över ett område 14, i enlighet med fig. 9a, från vilket om- råde oxiden avlägsnas. 8. Etsningen av brickan fortgår i exempelvis en vatten- lösning av KOH tills man uppnår önskat djup vid området 14, typiskt ned till 40-100 pm, varvid en penetrering av området 13 sker, såsom illustreras i fig. 9b.The manufacturing phases described below are applicable for machining both sides of a base material which constitutes a monocrystalline semiconductor, e.g. a silicon wafer polished on both sides. 1. Both sides of the silicon wafer are oxidized to a depth of approximately 250 nm. The washer thickness can be, for example, 500 μm. 2. The wafer is coated with a photoresist and exposed as illustrated in Fig. 7a over the center electrode regions 12 from which the oxide is to be etched away. Fig. 7 illustrates a silicon wafer. 468 067 10 3. Then, as shown in Fig. 7b, the center electrode region 12 is etched to a depth of approximately 4 μm in, for example, an aqueous solution of KOH. 4. The oxide layer on the wafer is etched away using buffered HF and the wafer is oxidized to a depth of approximately 0.8 μm. The wafer is coated with a photoresist and exposed at the edges of the center electrode region 12 over an edge region 13 and a contact region 13 ', shown in Fig. 8a, from which regions the oxide is removed. Then the photoresist is removed. The areas 13 and 13 'are etched to a depth of approximately 50 .mu.m, whereby a center electrode pattern 17' is obtained in accordance with Fig. Bb. 7. The wafer is recoated with a photoresist and exposed at the shaft portion of the center electrode pattern 17 'over an area 14, in accordance with Fig. 9a, from which area the oxide is removed. The etching of the tray continues in, for example, an aqueous solution of KOH until the desired depth is reached at the area 14, typically down to 40-100 μm, with a penetration of the area 13 taking place, as illustrated in Fig. 9b.
Denna process resulterar i det element 16 som visas i fig. 3b.This process results in the element 16 shown in Fig. 3b.
Sidoelektrodanordningarna 15 enligt fig. 3a och 3c till- verkas med utnyttjande av den ovan beskrivna tekniken genom etsning av en yta hos kiselbrickan till ett djup på approximativt 150 Pm under kvarlämning av endast det lilla (streckade) området 4, visat i fig. 3a och 3c, tillsammans med området 6 (streckat) som står i elektrisk förbindning I; C) 468 067 11 med omrâdet 4, med ursprunglig höjd. Därpå belägges den etsade ytan hos brickan genom smältning av ett lämpligt glasskikt, exempelvis glas av typen Schott Tempax, Corning 7070 eller Corning 7740, som slipas och poleras till samma nivå som den ursprungliga ytan hos brickan. Detta sätt är förut känt genom det amerikanska patentet 4.597.027 (A. Lehto). Den glasöverdragna brickan behandlas sedan avseende metalliseringarna 6 med utnyttjande av en avlyft- ningsmetod eller en etsningsprocess. Dessa metoder är kon- ventionella och någon detaljerad beskrivning av desamma görs ej. Slutligen sammanbindes alla tre brickorna med utnyttjande av s.k. anodförbindning i ett lämpligt tryck.The side electrode devices 15 of Figs. 3a and 3c are fabricated using the technique described above by etching a surface of the silicon wafer to a depth of approximately 150 .mu.m while leaving only the small (dashed) area 4, shown in Figs. 3a and 3c. 3c, together with the area 6 (dashed) which is in electrical connection I; C) 468 067 11 with area 4, with original height. The etched surface of the tray is then coated by melting a suitable layer of glass, for example Schott Tempax, Corning 7070 or Corning 7740 type glass, which is ground and polished to the same level as the original surface of the tray. This method is previously known from U.S. Patent 4,597,027 (A. Lehto). The glass-coated washer is then treated with respect to the metallizations 6 using a lifting method or an etching process. These methods are conventional and no detailed description of them is made. Finally, all three washers are connected together using so-called anode connection at a suitable pressure.
Trycknivån som utnyttjas beror på den önskade dämpnings- faktorn för accelerometern och är typiskt av storleksord- ningen några få hPa. En detaljerad beskrivning av tilläm- pade metoder (sâväl som andra metoder) återfinns i boken The Physics of Microfabrication, Plenum Press, New York, 1983, Ivor Brodie och Julius J. Muray.The pressure level used depends on the desired damping factor for the accelerometer and is typically of the order of a few hPa. A detailed description of applied methods (as well as other methods) can be found in the book The Physics of Microfabrication, Plenum Press, New York, 1983, Ivor Brodie and Julius J. Muray.
Centrumelektrodanordningarna 16 enligt fig. 4a-4c tillverkas med utnyttjande av nästan identiska metoder som de som beskrivits ovan. Skillnaden ligger i ett område, som görs vidare under 4 pm-etsningsfasen vid sektionerna hos kana- len 8 och kontaktomrâdet 9.The center electrode devices 16 of Figures 4a-4c are fabricated using nearly identical methods to those described above. The difference lies in an area which is made further during the 4 μm etching phase at the sections of the channel 8 and the contact area 9.
Centrumelektrodanordningarna 15 enligt fig. 4a-4c tillverkas av glas, exempelvis glas av typen Schott Tempax, Corning 7070 eller Corning 7740. Områdena 6 och 6' metalliseras med utnyttjande av den metod som beskrivits ovan. Sammansätt- ningen av accelerometern sker med utnyttjande av anod- förbindning i ett normalt omgivningstryck.The center electrode devices 15 according to Figs. 4a-4c are made of glass, for example glass of the type Schott Tempax, Corning 7070 or Corning 7740. The areas 6 and 6 'are metallized using the method described above. The accelerometer is assembled using an anode connection at a normal ambient pressure.
Vid båda accelerometerkonstruktionerna kan brickorna av- skiljas genom brytning med hjälp av förskurna spår.In both accelerometer constructions, the washers can be separated by breaking with the help of pre-cut grooves.
Claims (5)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FI874942A FI81915C (en) | 1987-11-09 | 1987-11-09 | KAPACITIV ACCELERATIONSGIVARE OCH FOERFARANDE FOER FRAMSTAELLNING DAERAV. |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SE8804039D0 SE8804039D0 (en) | 1988-11-08 |
SE468067B true SE468067B (en) | 1992-10-26 |
Family
ID=8525381
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SE8804039A SE468067B (en) | 1987-11-09 | 1988-11-08 | CAPACITIVE ACCELEROMETER AND SET FOR MANUFACTURING THEM |
Country Status (10)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH01259265A (en) |
KR (1) | KR890008569A (en) |
CN (1) | CN1022136C (en) |
DE (1) | DE3837883A1 (en) |
ES (1) | ES2012420A6 (en) |
FI (1) | FI81915C (en) |
FR (1) | FR2622975B1 (en) |
GB (1) | GB2212274A (en) |
IT (1) | IT1224301B (en) |
SE (1) | SE468067B (en) |
Families Citing this family (20)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4983485A (en) * | 1988-04-13 | 1991-01-08 | Shikoku Chemicals Corporation | Positively chargeable toner |
JPH0623782B2 (en) * | 1988-11-15 | 1994-03-30 | 株式会社日立製作所 | Capacitance type acceleration sensor and semiconductor pressure sensor |
US5228341A (en) * | 1989-10-18 | 1993-07-20 | Hitachi, Ltd. | Capacitive acceleration detector having reduced mass portion |
US6864677B1 (en) | 1993-12-15 | 2005-03-08 | Kazuhiro Okada | Method of testing a sensor |
JPH03210478A (en) * | 1990-01-12 | 1991-09-13 | Nissan Motor Co Ltd | Semiconductor acceleration sensor |
DE4000903C1 (en) * | 1990-01-15 | 1990-08-09 | Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart, De | |
JP2786321B2 (en) * | 1990-09-07 | 1998-08-13 | 株式会社日立製作所 | Semiconductor capacitive acceleration sensor and method of manufacturing the same |
DE4222472C2 (en) * | 1992-07-09 | 1998-07-02 | Bosch Gmbh Robert | Acceleration sensor |
JP2533272B2 (en) * | 1992-11-17 | 1996-09-11 | 住友電気工業株式会社 | Method for manufacturing semiconductor device |
FR2698447B1 (en) * | 1992-11-23 | 1995-02-03 | Suisse Electronique Microtech | Micro-machined measuring cell. |
DE10111149B4 (en) * | 2001-03-08 | 2011-01-05 | Eads Deutschland Gmbh | Micromechanical capacitive acceleration sensor |
DE10117630B4 (en) * | 2001-04-09 | 2005-12-29 | Eads Deutschland Gmbh | Micromechanical capacitive acceleration sensor |
EP1243930A1 (en) | 2001-03-08 | 2002-09-25 | EADS Deutschland Gmbh | Micromechanical capacitive accelerometer |
DE10117257A1 (en) * | 2001-04-06 | 2002-10-17 | Eads Deutschland Gmbh | Micromechanical capacitive acceleration sensor |
JP2005077349A (en) * | 2003-09-03 | 2005-03-24 | Mitsubishi Electric Corp | Acceleration sensor |
US8342022B2 (en) | 2006-03-10 | 2013-01-01 | Conti Temic Microelectronic Gmbh | Micromechanical rotational speed sensor |
EP2259018B1 (en) | 2009-05-29 | 2017-06-28 | Infineon Technologies AG | Gap control for die or layer bonding using intermediate layers of a micro-electromechanical system |
GB2518050A (en) * | 2012-04-30 | 2015-03-11 | Hewlett Packard Development Co | Control Signal Based On a Command Tapped By A User |
CN106771361B (en) * | 2016-12-15 | 2023-04-25 | 西安邮电大学 | Double-capacitance type micro-mechanical acceleration sensor and temperature self-compensation system based on same |
CN117368525A (en) * | 2017-04-06 | 2024-01-09 | 中国工程物理研究院电子工程研究所 | Quartz pendulum accelerometer |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CH642461A5 (en) * | 1981-07-02 | 1984-04-13 | Centre Electron Horloger | ACCELEROMETER. |
JPS6197572A (en) * | 1984-10-19 | 1986-05-16 | Nissan Motor Co Ltd | Manufacture of semiconductor acceleration sensor |
US4744249A (en) * | 1985-07-25 | 1988-05-17 | Litton Systems, Inc. | Vibrating accelerometer-multisensor |
US4679434A (en) * | 1985-07-25 | 1987-07-14 | Litton Systems, Inc. | Integrated force balanced accelerometer |
DE3625411A1 (en) * | 1986-07-26 | 1988-02-04 | Messerschmitt Boelkow Blohm | CAPACITIVE ACCELERATION SENSOR |
DE3703793A1 (en) * | 1987-02-07 | 1988-08-18 | Messerschmitt Boelkow Blohm | Detector element |
-
1987
- 1987-11-09 FI FI874942A patent/FI81915C/en not_active IP Right Cessation
-
1988
- 1988-11-08 ES ES8803392A patent/ES2012420A6/en not_active Expired - Fee Related
- 1988-11-08 IT IT48532/88A patent/IT1224301B/en active
- 1988-11-08 DE DE3837883A patent/DE3837883A1/en not_active Ceased
- 1988-11-08 FR FR888814564A patent/FR2622975B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1988-11-08 SE SE8804039A patent/SE468067B/en unknown
- 1988-11-08 KR KR1019880014655A patent/KR890008569A/en not_active Application Discontinuation
- 1988-11-09 CN CN88107822A patent/CN1022136C/en not_active Expired - Lifetime
- 1988-11-09 JP JP63283533A patent/JPH01259265A/en active Pending
- 1988-11-09 GB GB8826263A patent/GB2212274A/en not_active Withdrawn
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
SE8804039D0 (en) | 1988-11-08 |
FR2622975B1 (en) | 1991-07-12 |
CN1022136C (en) | 1993-09-15 |
DE3837883A1 (en) | 1989-05-18 |
JPH01259265A (en) | 1989-10-16 |
ES2012420A6 (en) | 1990-03-16 |
IT1224301B (en) | 1990-10-04 |
FI81915B (en) | 1990-08-31 |
IT8848532A0 (en) | 1988-11-08 |
FI874942A0 (en) | 1987-11-09 |
GB2212274A (en) | 1989-07-19 |
FI874942A (en) | 1989-05-10 |
KR890008569A (en) | 1989-07-12 |
FR2622975A1 (en) | 1989-05-12 |
CN1033110A (en) | 1989-05-24 |
GB8826263D0 (en) | 1988-12-14 |
FI81915C (en) | 1990-12-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
SE468067B (en) | CAPACITIVE ACCELEROMETER AND SET FOR MANUFACTURING THEM | |
US5488864A (en) | Torsion beam accelerometer with slotted tilt plate | |
US6286369B1 (en) | Single-side microelectromechanical capacitive acclerometer and method of making same | |
JP3457037B2 (en) | Integrated accelerometer | |
US6035714A (en) | Microelectromechanical capacitive accelerometer and method of making same | |
US6935175B2 (en) | Capacitive pick-off and electrostatic rebalance accelerometer having equalized gas damping | |
US5447068A (en) | Digital capacitive accelerometer | |
US6718605B2 (en) | Single-side microelectromechanical capacitive accelerometer and method of making same | |
US5447067A (en) | Acceleration sensor and method for manufacturing same | |
US6792804B2 (en) | Sensor for measuring out-of-plane acceleration | |
JPH10142254A (en) | Semiconductor integrated volume acceleration sensor and its manufacture | |
JP5799929B2 (en) | Acceleration sensor | |
US5604313A (en) | Varying apparent mass accelerometer | |
US10544037B2 (en) | Integrated semiconductor device and manufacturing method | |
US20190271717A1 (en) | Accelerometer sensor | |
JPH09318656A (en) | Electrostatic capacity type acceleration sensor | |
JP2019049434A (en) | Acceleration sensor | |
CN111908419B (en) | Sandwich type MEMS device structure | |
Zou et al. | Structure design and fabrication of symmetric force-balance micromachining capacitive accelerometer | |
CN115420907B (en) | MEMS accelerometer and forming method thereof | |
KR100880212B1 (en) | Gyro sensor and sensor apparatus using same | |
KR20010050348A (en) | Micromachined structure and method of manufacture | |
JPH11271354A (en) | Capacitive sensor | |
JPH04192370A (en) | Semiconductor acceleration sensor | |
JPH05113447A (en) | Acceleration sensor element and manufacture thereof |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
NAL | Patent in force |
Ref document number: 8804039-9 Format of ref document f/p: F |