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    • 专利摘要:
    Halbleitersensor mit: einer Mehrzahl von festen Elektroden (1), welche in einer Form gebildet sind, die sich aus Kammzähnen zusammensetzt, einer Mehrzahl von beweglichen Elektroden (2), welche in einer Form gebildet sind, die sich aus Kammzähnen zusammensetzt, und welche den festen Elektroden (1) gegenüberliegen, um Kapazitäten mit den festen Elektroden (1) zu bilden, und einem Balken (4), welcher mit den Elektroden (2) verbunden ist und entsprechend einer Beschleunigung dazu verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche bewegliche Elektrode (2) zwischen dem Balken (4) und einer der festen Elektroden (1) vorgesehen ist, welche dem Balken (4) am nächsten ist.
    公开号:DE102004013122A1
    申请号:DE102004013122
    申请日:2004-03-17
    公开日:2004-10-07
    发明作者:Keisuke Kariya Goto
    申请人:Denso Corp；
    IPC主号:G01P9-04
    专利说明:
    [0001] Die vorliegende Erfindung beziehtsich auf einen Halbleitersensor eines kapazitiven Typs zur Erfassungeiner dynamischen Größe wie einerBeschleunigung auf der Grundlage einer Kapazität eines Kondensators, welchereine feste Elektrode und eine bewegliche Elektrode aufweist.
    [0002] Ein Sensorchip 100 einesin 3A bis 3C dargestellten Beschleunigungssensorseines kapazitiven Typs besitzt eine Struktur, bei welcher die Kapazität einesKondensators gebildet wird durch eine feste Elektrode 1,welche Arme 1a und 1b aufweist, und eine beweglicheElektrode 2, welche Arme 2a aufweist. Die Arme 1a, 1b undder Arm 2a liegen einander in der X-Richtung gegenüber, umeine Mehrzahl von Elektrodenpaaren durch Bereitstellen von Gräben 11 aufeiner Halbleiterschicht eines Halbleitersubstrats 10 zubilden. Das Halbleitersubstrat 10 ist aus einem Materialwie Si gebildet. Die beweglichen Elektroden 2 besitzeneine Form, bei welcher auf einem Stamm 3 gebildete Kammzähne zusammengesetztsind, der sich in die X-Richtung erstreckt und als Gewicht wirkt,wobei sich Zähnein die ±Y-Richtungen erstrecken.Die zwei Enden des Stammes 3 sind auf dem Halbleitersubstrat 10 derartgebildet, daß die Endenin die X-Richtung im Ansprechen auf Beschleunigungen verschobenwerden können.Ein Balken bzw. Ausleger (beam) 4 ist auf jedem der Endendes Stammes 3 als Balken gebildet, welcher in Übereinstimmungmit Beschleunigungen verschoben werden kann. Die festen Elektroden 1,welche sich jeweils in die ±Y-Richtungenerstrecken, sind derart angeordnet, daß die festen Elektroden 1 denbeweglichen Elektroden 2 in der X-Richtung gegenüberliegen.Die festen Elektroden 1 sind an Kontaktstellen bzw. Kontaktflächen 5a und 5b angeschlossen,wel che aus einem Material wie Al gebildet sind. Demgegenüber sinddie beweglichen Elektroden 2 an eine Kontaktstelle 5c angeschlossen.Die Kontaktstellen 5a, 5b und 5c sindelektrisch leitend und mit einer externen Vorrichtung durch Bondenmit Drähten,durch Kontaktstellen anderer (nicht dargestellter) Schaltungschipsverbunden. Typischerweise sind die anderen Schaltungschips auf einer(nicht dargestellten) Trägerleiterplatteangebracht.
    [0003] Wenn eine Beschleunigung in der X-Richtungdem Beschleunigungssensor eines kapazitiven Typs aufgebracht wird,wird der Balken 4 in der X-Richtung verschoben, es wirdder Abstand zwischen dem Arm 1a und dem Arm 2a ebensowie der Abstand zwischen dem Arm 1b und dem Arm 2a verschoben.Somit ändertsich die KapazitätCS1 des Kondensators, welcher den Arm 1a und den Arm 2a aufweist,ebenso wie die KapazitätCS2 eines Kondensators, welcher den Arm 1b und den Arm 2a aufweist.
    [0004] Eine elektrisch äquivalente Schaltung des Beschleunigungssensorseines kapazitiven Typs ist in 4 dargestellt.Wenn eine PrüfspannungVcc an die Arme 1a und 1b angelegt wird, wirdeine resultierende Spannung entsprechend der Differenz ΔC (= CS1 – CS2) zwischenden KapazitätenCS1 und CS2 von dem Arm 2a erzeugt und in eine Spannung(= (CS1 – CS2) – Vcc/Cf)unter Verwendung eines Schalter-Kondensator-Schaltkreises 5 umgewandelt. Dieresultierende Spannung kann als physikalische oder dynamische Größe erfaßt werden,welche der aufgebrachten Beschleunigung entspricht.
    [0005] Bei der Struktur mit den in der Kammzahnformgebildeten festen Elektroden 1 und den beweglichen Elektroden 2 sinddie festen Elektroden 1 asymmetrisch auf den linken undrechten Seiten des Stammes 3 gebildet, welcher in der Mittezwischen den festen Elektroden 1 befindlich ist.
    [0006] Das heißt, die Positionen der Arme 1a und 1b sindin der X-Richtung zwischen der linken Seite und der rechten Seitedes Stammes 3 differenziert. Darüber hinaus kann die Elektrodean der äußersten Seitebenachbart zu dem Balken 4 unbestimmt eine feste Elektrode 1 odereine bewegliche Elektrode 2 sein. In dem Fall, daß der Balken 4 zusammenmit den beweglichen Elektroden 2 und dem Stamm 3 abgelenktwird bzw. ausschlägt,kann der Balken 4 mit den festen Elektroden 1 kurzgeschlossenwerden. Um einen Kurzschluß zuvermeiden, ist eine Ersatzelektrode bzw. Dummy-Elektrode üblicherweisezwischen dem Balken 4 und der festen oder beweglichen Elektrode 1 oder 2 benachbartzu dem Balken 4 als Ersatzelektrode gebildet, welche einelektrisches Potential gleich dem umgebenden elektrischen Potentialbesitzt.
    [0007] Des weiteren ist es nötig, Abschirmelektroden 6 anStellen an den Enden, an welchen die festen Elektroden gebildetsind, wie in 5 dargestellt undin der JP-A-11-258089 offenbart,zu sehen. Insbesondere ist die obere linke Abschirmelektrode 6 zwischendem Balken 4 und der festen Elektrode 1 vorgesehen,wohingegen die obere rechte Abschirmelektrode 6 zwischendem Balken 4 und der beweglichen Elektrode 2 vorgesehenist. Demgegenüberist die untere rechte Abschirmelektrode 6 zwischen dem Balken 4 undder festen Elektrode 1 vorgesehen, wohingegen die unterelinke Abschirmelektrode 6 zwischen dem Balken 4 undder beweglichen Elektrode 2 vorgesehen ist. Das heißt, beidieser typischen Struktur sind die Elektroden an den oberen linken undden unteren rechten äußerstenSeiten die festen Elektroden 1 (Arme 1a, 1b).Jene Abschirmelektroden 6 erfordern eine erhöhten Chipfläche.
    [0008] Es ist somit Aufgabe der vorliegendenErfindung, die Schwierigkeiten bei dem herkömmlichen Beschleunigungssensoreines kapazitiven Typs zu überwindenund einen Halb leitersensor zu schaffen, welcher ohne Abschirmelektrodenbetriebsbereit ist.
    [0009] Die Lösung der Aufgabe erfolgt durchdie Merkmale der unabhängigenPatentansprüche.
    [0010] Dementsprechend wird ein Halbleitersensor geschaffen,welcher dahingehend bestimmt ist, daß alle an den äußerstenSeiten als Elektroden benachbart den Balken vorgesehenen Elektrodenbewegliche Elektroden sind. Sogar dann, wenn bei dieser Konstruktioneine Beschleunigung wenigstens gleich einem bestimmten Wert aufgebrachtwird, werden die beweglichen Elektroden an den äußersten Seiten in Kontakt mitdem Balken derart gebracht, daß sich keine Änderungenbei dem Ausgangssignal ergeben. Dies liegt daran, daß ein elektrischesPotential, welches an jeder der beweglichen Elektroden erscheint, gleicheinem elektrischen Potential ist, welches an dem Balken erscheint.Als Ergebnis kann eine Abschirmwirkung realisiert werden, obwohlkeine Abschirmelektroden vorgesehen sind.
    [0011] Die vorliegende Erfindung wird inder nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungerläutert.
    [0012] 1 zeigteine Draufsicht, welche schematisch einen Halbleitersensor einerAusführungsform dervorliegenden Erfindung darstellt;
    [0013] 2 zeigteine vergrößerte Ansicht,welche ein Prinzip zur Erfassung einer Kapazität darstellt, welche von demin 1 dargestellten Halbleitersensorgebildet wird;
    [0014] 3A bis 3C zeigen eine Draufsichtund zwei Seitenquerschnittsansichten, welche schematisch einen herkömmlichenHalbleitersensor darstellen;
    [0015] 4 zeigtein elektrisches Schaltungsdiagramm, welches einen Schalter-Kondensator-Schaltkreisund eine äquivalenteSchaltung des herkömmlichenHalbleitersensors darstellt; und
    [0016] 5 zeigteine Draufsicht, welche schematisch einen anderen herkömmlichenHalbleitersensor darstellt, der Abschirmelektroden aufweist.
    [0017] Entsprechend 1 und 2 istein Sensorchip 100 einer Ausführungsform eines Halbleitersensors dervorliegenden Erfindung ähnlichwie die in den 3A-3C und 5 dargestellten herkömmlichenSensoren konstruiert. Der Sensorchip 100 enthält feste Elektroden 1,bewegliche Elektroden 2, einen Stamm 3 und Balkenbzw. Ausleger (beams) 4. Der Halbleiterchip 100 besitztzusätzlichbewegliche Elektroden 2, insbesondere Arme 2b alsErsatz- bzw. Dummy-Elektroden(dummy electrodes) auf den oberen linken und unteren rechten äußerstenSeiten in der X-Richtungderart, daß dieArme 2b lediglich zwischen den Balken 4 und denfesten Elektroden 1 in der x-Richtung befindlich sind,um die Balken 4 in Bezug auf eine Berührung der festen Elektroden 1 zu beschränken, wenneine Beschleunigung aufgebracht wird.
    [0018] Bei dieser Konfiguration sind alleauf den äußerstenSeiten vorgesehenen Elektroden somit Arme 2b der beweglichenElektroden 2. Sogar dann, wenn eine Beschleunigung wenigstensgleich einem bestimmten Wert derart aufgebracht wird, daß die beweglichenElektroden 2 auf den äußerstenSeiten in einen Kontakt mit den Balken 4 gebracht werden,ergeben sich somit keine Änderungenbei dem Aus gangssignal. Dies liegt daran, daß das elektrische Potential,welches an jeder beweglichen Elektrode 2 auftritt, gleichdem elektrischen Potential ist, welches an den Balken 4 auftritt.Als Ergebnis kann ein Abschirmseffekt sogar realisiert werden, obwohlAbschirmelektroden, wie in 5 dargestellt,ausgelassen sind.
    [0019] Mit der in 4 dargestellten äquivalenten Schaltung wirdein Unterschied ΔC(= CS1 – CS2) zwischenden KapazitätenCS1 und CS2 erfaßt.Dabei ist die KapazitätCS1 die Kapazitäteines Kondensators, welcher die bewegliche Elektrode 2 unddie feste Elektrode 1 aufweist, die auf einer Seite alsdie feste Elektrode benachbart der bestimmten bzw. zugehörigen beweglichenElektrode 2 vorgesehen ist, wohingegen die Kapazität CS2 eineKapazitäteines Kondensators ist, welcher die bewegliche Elektrode 2 unddie feste Elektrode 1 aufweist, welche auf der anderenSeite als die feste Elektrode benachbart der zugehörigen beweglichenElektrode 2 vorgesehen ist.
    [0020] Bei der in 1 dargestellten Konfiguration ist jedochkeine feste Elektrode auf der äußeren Seite jederder beweglichen Elektroden 2 vorgesehen, die an den äußerstenSeiten angeordnet sind. Statt einer beweglichen Elektrode in derMitte zwischen den festen Elektroden auf beiden Seiten ist die bewegliche Elektrode 2 aneiner Position gebildet, die näherzu einer der festen Elektroden 1 befindlich ist, das heißt, an einerPosition, die, wie in 2 dargestellt,von der anderen festen Elektrode 1 weiter entfernt ist. Desweiteren sind die Abständed1 und d2 zwischen den Elektroden 1 und 2 entsprechend 2 dahingehend differenziert,daß d1 > d2 gilt und sie nichtzueinander gleich sind.
    [0021] Eine Struktur der Elektrode an einerSeite zum Erfassen lediglich der Kapazität CS2 ist somit konstruiert,um eine Beschleunigung zu erfassen. Bei dieser Struktur ist diebewegliche Elektrode 2 an einer Position gebildet, dienäher ander Seite der KapazitätCS2 befindlich ist, d. h. an einer Position weiter entfernt vonder Seite der KapazitätCS1, so daß dieKapazitätCS1 praktisch nicht wirkt oder die Beziehung CS1 ≒ 0 infolgeder Tatsache gilt, daß dieBeziehung C∝ε·S/d für als zutreffendgilt, wobei das Symbol C die Kapazität, das Symbol ε die Dielektrizitätskonstante,das Symbol S eine Flächeeiner Lücke zwischenden gegenüberliegendenElektroden und das Symbol d einen Abstand zwischen den Elektrodenbezeichnen.
    [0022] Die vorliegende Erfindung ist nichtauf die offenbarte Ausführungsformbeschränkt,sondern kann, ohne vom Rahmen der Erfindung abzuweichen, modifiziertwerden.
    [0023] Vorstehend wurde ein Halbleitersensoreines kapazitiven Typs offenbart. Ein Sensorchip (100)für einenHalbleitersensor enthältfeste Elektroden (1), bewegliche Elektroden (2),welche den festen Elektroden (1) gegenüberliegen, und Balken bzw.Ausleger (4), welche mit den beweglichen Elektroden (2) verbundensind. Zusätzlichebewegliche Elektroden (2) sind zwischen den Balken (4)und den festen Elektroden (1) gebildet und am nächsten zuden Balken (4) befindlich. Sogar dann, wenn eine Beschleunigungaufgebracht wird, werden somit lediglich die zusätzlichen beweglichen Elektrode(2) in Kontakt mit den Balken (4) gebracht, unddaher wird kein Kurzschluß zwischenden festen Elektroden (1) und den Balken (4) hervorgerufen.Als Ergebnis kann eine Abschirmung sogar dann realisiert werden, wennkeine Abschirmelektroden vorgesehen sind.
    权利要求:
    Claims (4)
    [1] Halbleitersensor mit: einer Mehrzahl vonfesten Elektroden (1), welche in einer Form gebildet sind,die sich aus Kammzähnen zusammensetzt, einerMehrzahl von beweglichen Elektroden (2), welche in einerForm gebildet sind, die sich aus Kammzähnen zusammensetzt, und welcheden festen Elektroden (1) gegenüberliegen, um Kapazitäten mit denfesten Elektroden (1) zu bilden, und einem Balken(4), welcher mit den Elektroden (2) verbundenist und entsprechend einer Beschleunigung dazu verschiebbar ist, dadurchgekennzeichnet, daß einezusätzlichebewegliche Elektrode (2) zwischen dem Balken (4)und einer der festen Elektroden (1) vorgesehen ist, welchedem Balken (4) am nächsten ist.
    [2] Halbleitersensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß jeweilseine bestimmte bewegliche Elektrode (2) an einer Positionvorgesehen ist, die näheran einer der zwei festen Elektroden (1) an beiden Seitender zugehörigenbeweglichen Elektrode (1) befindlich ist, und lediglicheine Kapazität(CS2) jedes Kondensators, welcher die bestimmte bewegliche Elektrode(2) und die zugehörigefeste Elektrode (1) nahe der bestimmten beweglichen Elektrode(2) aufweist, erfaßtwird.
    [3] Halbleitersensor mit: einer Mehrzahl von festenElektroden (1), welche in einer Form gebildet sind, diesich aus Kammzähnen zusammensetzt, einerMehrzahl von beweglichen Elektroden (2), welche in einerForm gebildet sind, die sich aus Kammzähnen zusammensetzt, und welcheden festen Elektroden (1) ge genüberliegen, um Kapazitäten mit denfesten Elektroden (2) zu bilden, und einem Balken(4), welcher mit den beweglichen Elektroden (2)verbunden und auf eine Beschleunigung dazu verschiebbar ist, dadurchgekennzeichnet, daß eineHilfselektrode (2b) integriert mit den beweglichen Elektroden(2) und zwischen dem Balken (4) und einer derfesten Elektroden (1) gebildet ist, wodurch verhindertwird, daß derBalken (4) die festen Elektroden (1) berührt.
    [4] Halbleitersensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,daß dieHilfselektrode (2b) lediglich zwischen dem Balken (4)und der einen festen Elektrode (1) gebildet ist, welchedem Balken (4) gegenüberliegt.
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    法律状态:
    2009-01-22| 8139| Disposal/non-payment of the annual fee|
    优先权:
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