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    EinSensorchip (100) enthält kammzahnförmige beweglicheElektroden (24), welche in eine Y-Richtung verschiebbar sind, undkammzahnförmige stationäre Elektroden(30, 31, 40, 41), welche den beweglichen Elektroden (24) auf einerOberflächenseiteeines Halbleitersubstrats (10) gegenüberliegen. Der Sensorchip (100)erfasst eine Beschleunigung auf der Grundlage einer Kapazitätsänderung,die mit dem Aufbringen einer Beschleunigung in der Y-Richtung zwischenden beweglichen Elektroden (24) und den stationären Elektroden (30, 31, 40, 41)verbunden ist. Die stationärenElektroden (30, 31, 40, 41) sind einzeln derart angeordnet, dasssie einander auf der einen und der anderen Seite der Richtung entlangder Y-Richtung in den einzelnen beweglichen Elektroden (24) angeordnetsind. Die einzelnen Elektrodenbondinseln (25a, 30a, 31a, 40a, 41a)und der Schaltungschip (200) sind durch Bondinselelektroden (300)derart elektrisch verbunden, dass eine Seite des Substrats (10)dem Schaltungschip (200) gegenüberliegt.
    公开号:DE102004023455A1
    申请号:DE200410023455
    申请日:2004-05-12
    公开日:2004-12-09
    发明作者:Keisuke Kariya Goto；Tameharu Kariya Ohta
    申请人:Denso Corp；
    IPC主号:G01P15-08
    专利说明:
    [0001] Dievorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Sensor für eine dynamischeGröße und insbesondereauf eine kapazitive Sensoranordnung für eine dynamische Größe.
    [0002] Eineherkömmlichekapazitive Sensoranordnung füreine dynamische Größe wirdin der JP-A-11-326365 offenbart(auf welche als Patentveröffentlichung1 Bezug genommen wird). Die Sensoranordnung enthält bewegliche Elektroden, welchein eine vorbestimmte Richtung in Übereinstimmung mit dem Aufbringeneiner dynamischen Größe verschobenwerden, und stationäreElektroden, welche gegenüberden beweglichen Elektroden auf einer Oberflächenseite eines Halbleitersubstratsangeordnet. sind.
    [0003] Eineallgemeine Konstruktion in einer Draufsicht eines Sensorchips 100 vonder kapazitiven Sensoranordnung für eine dynamische Größe ist in 6 dargestellt. 7 zeigt einen schematischenQuerschnitt der kapazitiven Sensoranordnung für eine dynamische Größe und stelltden Zustand, bei welchem der Sensorchip 10 aufgeschichtetund übereinem Schaltungschip 200 angebracht ist, im Querschnitt entlangder Linie VII-VII von 6 dar.
    [0004] Indiesem Sensorchip 100 wird ein Halbleitersubstrat 10 einemGrabenätzverfahrenvon einer Oberflächenseiteaus zur Bildung von Gräbenunterworfen, wodurch ein beweglicher Abschnitt, welcher sich auseinem Balken bzw. Auslegerabschnitt 22 und damit integriertebewegliche Elektroden 24 zusammensetzt, und stationäre Elektroden 30 und 40 gebildetwerden, welche den beweglichen Elektroden 24 gegenüberliegen.
    [0005] DerBalkenabschnitt 22 besitzt eine Federfunktion, um in dieRichtung des Pfeils Y in 6 entsprechenddem Aufbringen einer dynamischen Größe verschoben zu werden, undbesitzt eine Balkenform, um sich in die Richtung senkrecht zu denVerschieberichtungen zu erstrecken. Die beweglichen Elektroden 24 werdenintegriert mit dem Balkenabschnitt 22 gebildet und in einerMehrzahl in der Kammzahnform entlang der Verschieberichtungen Y desBalkenabschnitts 22 derart angeordnet, dass sie zusammenmit dem Balkenabschnitt 22 in den VerschieberichtungenY verschoben werden können.
    [0006] DiestationärenElektroden 30 und 40 werden von dem Substrat 10 befestigtund getragen und in einer Mehrzahl in einer derartigen Kammzahnformangeordnet, so dass sie in die Zwischenräume des Kammzahns in den beweglichenElektroden 24 eingreifen. Die Seitenflächen der stationären Elektroden 30 und 40 unddie Seitenflächender beweglichen Elektroden 24 liegen einander gegenüber.
    [0007] Diebeweglichen Elektroden 24 und die einzelnen stationären Elektroden 30 und 40 sindmit Verdrahtungsabschnitten 25, 32 bzw. 42 verbunden.An vorbestimmten Positionen überden Verdrahtungsabschnitten 25, 32 bzw. 42 sindDrahtbondinseln 25a, 30a und 40a gebildet.
    [0008] Darüber hinaussind die einzelnen Bondinseln 25a, 30a und 40a elektrischmit dem Schaltungschip 200 durch Bonddrähte W1, W2 bzw. W3 verbunden.Dabei stellt 7 den Verbindungsmodusdurch den Bonddraht W1 außerfür dieBondinsel 25a der beweglichen Elektrode 24 dar,wobei die übrigen Bondinseln 30a und 40a ähnlicheVerbindungsmoden besitzen.
    [0009] Dabeiwird die in dem Zwischenraum (oder dem Elektrodenzwischenraum) zwischender beweglichen Elektrode 24 und der stationären Elektrode 30 aufder linken Seite von 6 zubildende Kapazität mitCS1 bezeichnet, und es wird die in dem Zwischenraum (oder dem Elektrodenzwischenraum) zwischender beweglichen Elektrode 24 und der stationären Elektrode 40 aufder rechten Seite zu bildende Kapazität mit CS2 bezeichnet.
    [0010] Darüber hinaus ändern sichbei diesem Sensorchip 100 die Kapazitäten CS1 und CS2 zwischen denlinken und rechten beweglichen Elektroden 24 und den stationären Elektroden 30 und 40 entsprechenddem Aufbringen der dynamischen Größe. Es wird ein Signal aufder Grundlage der Kapazitätsdifferenz(CS1-CS2) als Signal von dem Sensorchip 100 ausgegebenund in dem Schaltungschip 200 verarbeitet und schließlich ausgegeben.Die dynamische Größe wirdsomit erfasst.
    [0011] Jedochist bei einem derartigen kapazitiven Sensor für eine dynamische Größe lediglicheine stationäreElektrode 30 oder 50 für jede der kammzahnförmigen beweglichenElektroden 24 wie in 6 dargestelltangeordnet.
    [0012] Eswird eine Verbesserung der Empfindlichkeit für die kapazitive Sensoranordnungfür einedynamische Größe erwünscht. Dementsprechendmuß dieKapazitätzwischen den beweglichen Elektroden und den stationären Elektrodenerhöhtwerden. Für dasAnsteigen der Kapazitätzwischen den beweglichen Elektroden und den stationären Elektrodenist es darüberhinaus hinreichend, die gegenüberliegendenBereiche bzw. Flächenzwischen jenen Elektroden zu vergrößern.
    [0013] Deshalbhaben die Erfinder eine Vergrößerung vongegenüberliegendenBereichen zwischen den Elektroden durch Anordnen von zwei stationären Elektrodengegenüberliegendvon einer der kammzahnförmigenbeweglichen Elektroden erwogen. Diese beabsichtigte Konstruktionist in 8 dargestellt undmit der Bezeichnung verwandte. Technik versehen.
    [0014] Insbesondereist jede der stationärenElektroden 30, 31, 40 und 41 gegenüber jedervon der einen und anderen Seite der einzelnen beweglichen Elektrodenentlang der Kammzahnanordungsrichtung der beweglichen Elektroden 24 angeordnet. DieseKonstruktion von zwei stationärenElektroden wird als die "zweiseitigestationäreElektrodenkonstruktion" bezeichnet.
    [0015] Jedochbesitzt diese zweiseitige stationäre Elektrodenkonstruktion eineerhöhteAnzahl von stationärenElektroden. Wenn die Elektroden für die Drahtbondoperation herauszuführen sind,wird die Struktur fürdie Außenanschluss-Verdrahtungsabschnitte(lead out wiring portions) kompliziert. Demgegenüber könnten die Verdrahtungsabschnittein dem Substrat gebildet werden, um die Elektroden herauszuführen. Jedochist diese Struktur ebenfalls kompliziert.
    [0016] Esist daher denkbar, dass ein Drahtbonden für jede der stationären Elektroden 30, 31, 40 und 41 durchgeführt werdenkönnte,wodurch die daraus resultierenden Drähte W und der Schaltungschipwie in 8 dargestelltverbunden werden würden.Der Schaltungschip ist in 8 weggelassen.
    [0017] Indiesem Fall verkompliziert jedoch die große Anzahl von Drähten W ebenfallsdie Konstruktion. Daher wird diese Konstruktion nicht bevorzugt,da das Drahtbonden schwierig ist oder da die angrenzenden Drähte W miteinandereinen Kontakt bilden könnten.
    [0018] ImHinblick auf die oben erläutertenSchwierigkeiten ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die zweiseitigfeste Elektrodenkonstruktion geeignet mit einer einfachen Konstruktionin einer kapazitiven Sensoranordnung für eine dynamische Größe zu realisieren,welche einen Schaltungschip aufweist, der mit einem Sensorchip mitkammzahnförmigen beweglichenElektroden und stationärenElektroden zusammengebaut ist.
    [0019] DieLösungder Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1.
    [0020] Entsprechendeiner ersten Ausbildung der Erfindung wird eine kapazitive Sensoranordnungfür einedynamische Größe bereitgestelltmit: einem Sensorchip, welcher bewegliche Elektroden, die in einervorbestimmten Richtung entsprechend dem Aufbringen einer dynamischenGröße verschieblich sind,und stationäreElektroden enthält,die den beweglichen Elektroden auf einer Oberflächenseite eines Halbleitersubstratsgegenüberliegendangeordnet sind, um die dynamische Größe auf der Grundlage einerKapazitätsänderungzu erfassen, die sich bei dem Aufbringen der dynamischen Größe zwischenden beweglichen Elektroden und den stationären Elektroden zeigt; und einemSchaltungschip zur Verarbeitung eines Ausgangssignals von dem Sensorchip,wobei die beweglichen Elektroden in einer Mehrzahl in einer Kammzahnformentlang der vorbestimmten Richtung angeordnet sind, die stationären Elektrodenin einer Mehrzahl in einer Kammzahnform derart angeortnet sind,dass sie in die Zwischenräumezwischen dem Kammzahn der beweglichen Elektroden einzugreifen, wobeidie stationärenElektroden einzeln derart angeordnet sind, dass sie den beweglichenElektroden einzeln auf der einen und anderen Seite der Richtungentlang der vorbestimmten Richtung gegenüberliegen, wobei eine Seitedes Halbleitersubstrats und des Schaltungschips einander gegenüberliegendangeordnet sind und die stationärenElektroden und die beweglichen Elektroden elektrisch mit dem Schaltungschipdurch Bondhügelelektrodenverbunden sind.
    [0021] Entsprechendder Ausbildung der Erfindung kann der Sensorchip mit der Vorderseitenach unten überdem Schaltungschip angebracht werden, um die beweglichen Elektrodenund die stationärenElektroden mit dem Schaltungschip durch die Bondhügelelektrodenzu verbinden.
    [0022] Wenndaher die Anzahl von stationärenElektroden wie bei der zweiseitigen festen Elektrodenkonstruktionerhöhtist, wird die Konstruktion nicht wie bei der Drahtverbindung kompliziert,welche bei der Anordnung der verwandten Technik in 8 dargestellt ist, so dass die elektrischenVerbindungen zwischen den stationären Elektroden (30, 31, 40 und 41)und dem Schaltungschip (200) geeignet realisiert werdenkönnen.
    [0023] Daherkann die zweiseitig feste Elektrodenkonstruktion mit der einfachenKonstruktion in der kapazitiven Sensoranordnung für eine dynamische Größe geeignetrealisiert werden, bei welcher der Schaltungschip mit dem Sensorchip,welcher die kammzahnförmigenbeweglichen Elektroden und die stationären Elektroden aufweist, zusammengesetzt ist.Entsprechend einer anderen Ausbildung der Erfindung können dabeidie Bondfühlelektrodenseparat und einzeln mit den stationären Elektroden verbunden werden,welche an einer Seite der Richtung entlang der vorbestimmten Richtungin den beweglichen Elektroden angeordnet sind, und die stationären Elektroden,welche auf der anderen Seite der Richtung entlang der vorbestimmtenRichtung in den beweglichen Elektroden angeordnet sind, können in gemeinsamenelektrischen Verdrahtungsabschnitten zusammengefasst werden, mitwelchen die Bondhügelelektrodenverbunden sind.
    [0024] Dievorliegende Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung unterBezugnahme auf die Zeichnung erläutert.
    [0025] 1 zeigt eine schematischeDraufsicht auf einen Sensorchip in einer kapazitiven Beschleunigungssensoranordnungeiner Ausführungsformder Erfindung;
    [0026] 2 zeigt eine schematischenQuerschnittsansicht des Sensorchips entlang Linie II-II von 1;
    [0027] 3 zeigt eine schematischeQuerschnittsansicht des Sensorchips entlang Linie III-III von 1;
    [0028] 4 zeigt eine schematischeQuerschnittsansicht, welche den Zustand, in welchem der Sensorchipangebracht ist, und entlang der Linie IV-IV von 1 darstellt;
    [0029] 5 zeigt ein Erfassungsschaltungsdiagrammder kapazitiven Beschleunigungssensoranordnung einer bevorzugtenAusführungsform;
    [0030] 6 zeigt eine Konstruktionin einer schematischen Draufsicht eines Sensorchips einer herkömmlichenHalbleiteranordnung füreine dynamische Größe nachdem Stand der Technik;
    [0031] 7 zeigt einen schematischenQuerschnitt des Sensorchips von 6 entlangder Linie VII-VII; und
    [0032] 8 zeigt eine schematischeDraufsicht, welche eine zweiseitig feste Elektrodenkonstruktion einerverwandten Technik dargestellt.
    [0033] DieErfindung wird in Verbindung mit einer Ausführungsform unter Bezugnahmeauf die Figuren beschrieben. Bei dieser Ausführungsform wird die Erfindungauf eine differentielle kapazitive Halbleiterbeschleunigungssensoranordnung(oder eine kapazitive Beschleunigungssensoranordnung) als kapazitiveSensoranordnung füreine dynamische Größe angewandt.
    [0034] 1 zeigt eine schematischeDraufsicht auf einen Sensorchip 100 in einer kapazitivenBeschleunigungssensoranordnung dieser Ausführungsform; 2 zeigt einen schematischen Querschnittdes Sensorchips 100 entlang Linie II-II von 1; 3 zeigt einen schematischen Querschnitt desSensorchips 100 entlang Linie III-III von 1; und 4 zeigteinen schematischen Querschnitt, welcher den Zustand, bei welchemder Sensorchip 100 in einem Schaltungschip 200 angebrachtist, und entlang Linie IV-IV von 1 darstellt.
    [0035] Diesekapazitive Beschleunigungssensorvorrichtung kann auf einen Kraftfahrzeugbeschleunigungssensorzur Steuerung der Aktionen eines Airbags, eines ABS oder eines VSC,eines Gyrosensors, usw. angewandt werden.
    [0036] DerSensorchip 100 kann durch herkömmliche Herstellungstechnikengebildet werden. Dieses Halbleitersubstrat 10, welchesden Sensorchip 100 bildet, ist ein rechtwinkliges SOI-Substrat 10 miteinem Oxidfilm 13, welcher als Isolierschicht zwischen einemersten Siliziumsubstrat 11, welches als erste Halbleiterschichtdient, und einem zweiten Halbleitersubstrat dient, welches als zweiteHalbleiterschicht dient, wie in 2 und 3 dargestellt.
    [0037] Gräben 14 sindin dem zweiten Siliziumsubstrat 12 zur Bildung einer Ausleger-bzw. Balkenstruktur gebildet, welche eine Kammform einschließlich einesbeweglichen Abschnitts 20 und stationärer Abschnitte 30 und 40 enthält. Vondem Oxidfilm 13 sind darüber hinaus die Abschnitte entsprechendden Gebieten mit den Balkenstrukturen 20 bis 40 rechtwinkligentfernt, um einen Öffnungsabschnitt 15 zu bilden.
    [0038] DieserSensorchip 100 wird auf die folgende Weise hergestellt.Eine Maske, welche geformt ist, dass sie der Balkenstruktur entspricht,wird durch Fotolithographie überdem zweiten Siliziumsubstrat 12 des SOI-Substrats 10 gebildet,und es werden danach die Gräben 14 miteinem Gas aus C4 oder SF6 durchGrabenätzenwie einem Trockenätzenzusammen mit dem Balkenstrukturen gebildet. Darauffolgend wird derOxidfilm 13 durch ein Opferschichtätzen oder derglei chen unterVewendung von Fluorwasserstoffsäurezur Bildung des Öffnungsabschnitts 15 entfernt.
    [0039] Derbewegliche Abschnitt 20, welcher derart angeordnet wird,dass er den Öffnungsabschnitt 15 überkreuzt,wird derart gebildet, dass die zwei Enden eines Gewichtsabschnitts 21 einerschlanken rechtwinkligen Form durch einen Balkenabschnitt 22 mit Ankerabschnitten 23a und 23b integriertverbunden werden. Diese Ankerabschnitte 23a und 23b werden aufdem offenen Randabschnitt des Öffnungsabschnitts 15 indem Oxidfilm 13 befestigt und über dem ersten Siliziumsubstrat 11 gehalten,welches wie in 3 dargestelltals das Haltersubstrat wirkt. Als Ergebnis liegen der Gewichtsabschnitt 21 undder Balkenabschnitt 22 dem Öffnungsabschnitt 15 gegenüber.
    [0040] DerBalkenabschnitt 22 wird in einer rechtwinkligen Rahmenformmit zwei parallelen Balken die an ihren zwei Enden verbunden sind,gebildet und besitzt eine Federfunktion, um in der Richtung senkrechtder Längsrichtungder zwei Balken verschoben zu werden. Insbesondere verschiebt derBalkenabschnitt 22 den Gewichtsabschnitt 21 indie Richtungen der Pfeile Y von 1,wenn er einer Beschleunigung mit einer Komponente in den Y-Richtungen unterworfenwird, und stellt seinen ursprünglichen Zustandwieder her, wenn die Beschleunigung aufgehoben wird.
    [0041] Daherkann der bewegliche Abschnitt über dem Öffnungsabschnitt 15 inden Verschieberichtungen des Balkenabschnitts 22, d.h.in den oben erwähntenY-Richtungen entsprechend dem Aufbringen der Beschleunigung verschobenwerden. Die Y-Richtungen werden als die Verschieberichtungen Y desBalkenabschnitts 22 bezeichnet.
    [0042] Darüber hinauswird der bewegliche Abschnitt 20 mit kammzahnförmigen beweglichenElektroden 24 versehen. Diese beweglichen Elektroden 24 setzensich zusammen aus einer Mehrzahl von balkenförmigen Elektroden, welche sichweg von den zwei Oberflächenseitendes Gewichtsabschnitts 21 in die Richtungen senkrecht zuden Verschieberichtungen Y des Balkenabschnitt 22 erstrecken.
    [0043] Mitanderen Worten, die beweglichen Elektroden 24 werden ineiner Mehrzahl in einer Kammzahnform entlang der VerschieberichtungenY des Balkenabschnitts 22 angeordnet. Entsprechend 1 sind die vier beweglichenElektroden 24 derart gebildet, dass sie einzeln von denlinken und rechten Seiten des Gewichtsabschnitts 21 derartvorspringen, dass sie in einer Balkenform mit einem rechtwinkligenAbschnitt derart gebildet sind, dass sie dem Öffnungsabschnitt 15 gegenüberliegen.
    [0044] Somitwerden die einzelnen beweglichen Elektroden 24 integriertmit dem Balkenabschnitt 22 und dem Gewichtsabschnitt 21 derartgebildet, dass sie sich zusammen mit dem Balkenabschnitt 22 und demGewichtsabschnitt 21 in den Verschieberichtungen Y desBalkenabschnitts 22 bewegen können.
    [0045] DiestationärenAbschnitte 30, 31, 32, 40, 41 und 42 werdendurch einen derartigen anderen Satz von gegenüberliegenden Seitenabschnittenan dem offenen Randabschnitt des Öffnungsabschnitts 15 in demOxidfilm 13 gegenüberden Ankerabschnitten 23a und 23b gehalten.
    [0046] Entsprechend 1 sind die auf der linken Seitedes Geewichtsabschnitts 21 befindlichen stationären Abschnitte 30, 31 und 32 dieerste linke stationäreElektrode 30, die zweite linke stationäre Elektrode 31 undder erste linke stationäreElektrodenverdrahtungsabschnitt 32. Entsprechend 1 sind demgegenüber dieauf der rechten Seite des Gewichtsabschnitts 21 befindlichenstationärenAbschnitte 40, 41 und 42 die erste rechtestationäre Elektrode 40,die zweite rechte stationäreElektrode 41 und der erste rechte stationäre Elektrodenverdrahtungsabschnitt 42.
    [0047] Dieeinzelnen stationärenElektroden 30, 31, 40 und 41 sindin einer Mehrzahl in einer derartigen Kammzahnform angeordnet, ummit Zwischenräumender Kammzähnein den beweglichen Elektroden 24 verwickelt bzw. verfangenzu sein. Darüberhinaus nimmt der Sensorchip 100 dieser Ausführungsform dieoben erwähnte "zweiseitig festeElektrodenkonstruktion" an,welche oben bezüglich 8 erörtert worden ist.
    [0048] Entsprechend 1 ist insbesondere auf derlinken Seite des Gewichtsabschnitts 21 eine erste linkestationäreElektrode 30 fürjede bewegliche Elektrode 24 auf der oberen Seite der Richtungentlang den Verschieberichtungen Y des Balkenabschnitts 22 angeordnet.Die zweite linke stationäre Elektroden 31 istauf der unteren Seite derselben Richtung angeordnet.
    [0049] Entsprechend 1 ist demgegenüber auf derrechten Seite des Gewichtsabschnitts 21 eine zweite rechtestationäreElektrode 41 fürjede bewegliche Elektrode 24 auf der oberen Seite der Richtung entlangden Verschieberichtungen Y des Balkenabschnitts 22 angeordnet.Die erste rechte stationäre Elektrode 40 istauf der unteren Seite derselben Richtung angeordnet.
    [0050] Somitsind fürjede bewegliche Elektrode 24 die stationären Elektroden 30, 31, 40 und 41 einzeln derartangeordnet, dass sie auf den einen und anderen Seite entlang derVerschieberichtungen Y des Balkenabschnitts 22 einandergegenüberliegen.An jedem gegenüberliegendenZwischenraum ist ein Erfassungszwischenraum zum Erfassen der Kapazität zwischender Seitenflächeder bewegliche Elektrode 24 und den Seitenflächen derstationärenElektroden 30, 31, 40 und 41 gebildet.
    [0051] Demgegenüber sinddie einzelnen stationärenElektroden 30, 31, 40 und 41 elektrischunabhängigvoneinander. Darüberhinaus sind die einzelnen stationären Elektroden 30, 31, 40 und 41 ineiner Balkenform eines rechtwinkligen Abschnitts gebildet, welchersich im allgemeinen parallel zu der beweglichen Elektrode 24 erstreckt.
    [0052] Dabeiwerden die erste linke stationäreElektrode 30 und die erste rechte stationäre Elektrode 40 einzelnin einer Auslegerform durch die jeweiligen stationären Elektrodenverdrahtungsabschnitte 32 bzw. 42 gehalten.Kurz dargestellt, die jeweilige Gruppe der ersten linken stationären Elektroden 30 undder ersten rechten stationärenElektroden 40 wird in den gemeinsamen elektrischen Verdrahtungsabschnitten 32 und 42 zusammengefasst.
    [0053] Demgegenüber sinddie zweite linke stationäreElektrode 31 und die zweite rechte stationäre Elektrode 41 einzelndurch die Gräben 14 elektrisch isoliertund werden in einer Auslegerform über dem Oxidfilm 13 indem offenen Randabschnitt des Öffnungsabschnitts 15 gehalten.
    [0054] Demgegenüber sindstationäreElektrodenbondinseln 30a und 40a einzeln an vorbestimmten Positionen über demersten linken stationärenElektrodenverdrahtungsabschnitt 32 und dem ersten rechtenstationärenElektrodenverdrahtungsabschnitt 42 gebildet. Für die zweitelinke stationäre Elektrode 31 unddie zweite rechte stationäreElektrode 41 sind demgegenüber stationäre Elektrodenbondinseln 31a und 41a einzelnan Halteabschnitten gebildet, welche an dem offenen Randabschnittdes Öffnungsabschnitts 15 positioniertsind.
    [0055] Demgegenüber istein beweglicher Elektrodenverdrahtungsabschnitt 25 derartgebildet, dass er integriert mit einem Ankerabschnitt 23b verbunden istund eine bewegliche Elektrodenbondinsel 25a aufweist, diean einer vorbestimmten Position über demVerdrahtungsabschnitt 25 gebildet ist. Die einzelnen Elektrodenbondinseln 25a, 30a, 31a, 40a und 41a soweitwie beschrieben werden beispielsweise durch Zerstäubung oderAufdampfung von Aluminium gebildet.
    [0056] Wiein 4 dargestellt istder derart konstruierte Sensorchip 100 derart über demSchaltungschip 200 angeordnet und angebracht, dass eine Seitedes Halbleitersubstrats 10 in dem Sensorchip 100 unddem Schaltungschip 200 einander gegenüberliegen. In diesem Schaltungschip 200 isteine Erfassungsschaltung (wie in 5 dargestellt)zur Verarbeitung des Ausgangssignals von dem Sensorchip 100 über demHalbleitersubstrat gebildet.
    [0057] Dieeinzelnen stationärenElektrodenbondinseln 30a, 31a, 40a und 41a,welche mit den stationärenElektroden 30, 31, 40 und 41 verbundensind, und die bewegliche Elektrodenbondinsel 25a sind elektrischmit den nicht dargestellten Elektroden über dem Schaltungschip 200 durchBondhügelelektroden 300 verbunden.Diese Bondhügelelektroden 300 können alsgewöhnlicheBondhügelwie Lötmittelbondhügel angenommenwerden.
    [0058] InKürze dargestelltist bei dieser Ausführungsformder Sensorchip 100 mit der zweiseitigen festen Elektrodenkonstruktionmit der Vorderseite nach unten überdem Schaltungschip 200 derart angebracht, dass die stationäre Elektroden 30, 31, 40 und 41 undder bewegliche Elektrodenverdrahtungsabschnitt 25 elektrischmit dem Schaltungschip 200 durch die Bondhügelelektroden 300 verbundensind.
    [0059] Beidieser Ausführungsformsind die separaten Bondhügelelektroden 300 einzelnmit den stationärenElektroden 31, 41 verbunden, welche auf einer Seitein den Richtungen entlang der Verschieberichtungen Y des Balkenabschnitts 22 inden beweglichen Elektroden 24 wie in 4 dargestellt angeordnet sind. Die stationären Elektroden 30 und 40,welche auf der anderen Seite derselben Richtung in den beweg lichenElektroden 24 angeordnet sind, werden in die gemeinsamenelektrischen Verdrahtungsabschnitte 32 und 42 zusammengefasst,mit welchen die Bondhügelelektroden 300 verbundensind.
    [0060] Dievorliegende kapazitive Beschleunigungssensoranordnung, welche somitden Sensorchip 100 und den Schaltungschip 200 aufweist,kann beispielsweise durch Zuführender Lötmittelbondhügel über dieElektroden des Schaltungschips 200 und danach durch Anbringendes Sensorchips 100 über demSchaltungschip 200, um das Lötmittelverfließen zulassen, zusammengesetzt werden.
    [0061] Eswerden im folgenden die Erfassungsaktionen der vorliegenden kapazitivenBeschleunigungssensoranordnung erörtert. Wie oben beschrieben sinddie einzelnen stationärenElektroden 30, 31, 40 und 41 derartangeordnet, dass sie einander auf den einen und anderen Seiten dereinzelnen beweglichen Elektroden 44 in den Richtungen entlangder Verschieberichtungen Y des Balkenabschnitts 22 gegenüberliegen.An jedem gegenüberliegendenZwischenraum ist ein Erfassungszwischenraum zum Erfassen der Kapazität gebildet.
    [0062] Eswird angenommen, dass eine erste Kapazität CS1 in dem Zwischenraum zwischender ersten linken stationärenElektrode 30 und der beweglichen Elektrode 24 undin dem Zwischenraum zwischen der zweiten rechten stationären Elektrode 41 undder beweglichen Elektrode 24 gebildet ist und dass eine zweiteKapazitätCS2 in dem Zwischenraum zwischen der zweiten linken stationären Elektrode 31 undder beweglichen Elektroden 24 und in dem Zwischenraum zwischender ersten rechten stationären Elektroden 40 undder beweglichen Elektrode 24 gebildet ist.
    [0063] Wenneine Beschleunigung aufgenommen wird, wird darüber hinaus der bewegliche Abschnitt 20 mitAusnahme der Ankerabschnitte integriert in den VerschieberichtungenY des Balkenabschnitts 22 durch die Federfunktion des Balkenabschnitts 22 derartverschoben, dass die einzelnen Kapazitäten CS1 und CS2 sich entsprechendder Verschiebung der beweglichen Elektrode 24 ändern.
    [0064] Wennsich beispielsweise der bewegliche Abschnitt 20 entsprechend 1 nach unten entlang derVerschieberichtungen Y des Balkenabschnitts 22 verschiebt,werden der Zwischenraum zwischen der ersten linken stätionären Elektrode 30 undder beweglichen Elektrode 24 und der Zwischenraum zwischender zweiten rechten stationärenElektrode 41 und der beweglichen Elektrode 24 verbreitert.Dementsprechend werden der Zwischenraum zwischen der zweiten linkenstationärenElektrode 31 und der beweglichen Elektrode 24 undder Zwischenraum zwischen der ersten rechten stationären Elektrode 40 undder beweglichen Elektrode 24 verschmälert.
    [0065] Eskann daher die Beschleunigung auf der Grundlage der Änderungder differentiellen Kapazität (CS1-CS2)infolge der beweglichen Elektroden 24 und der stationären Elektroden 30, 31, 40 und 41 erfasstwerden. Insbesondere wird ein Signal auf der Grundlage der Kapazitätsdiffferenz(CS1-CS2) als Ausgangssignal von dem Sensorchip 100 ausgegebenund in dem Schaltungschip 200 verarbeitet und zuletzt ausgegeben.
    [0066] 5 zeigt ein Schaltungsdiagramm,welches eine Erfassungsschaltung 400 in der vorliegendenkapazitiven Beschleunigungssensoranordnung darstellt. Bei dieserErfassungsschaltung 400 bezeichnet Bezugszeichen 410 einenSchaltkreis mit geschaltetem Kondensator (oder einen SC-Schaltkreis), welchermit einem Kondensator 411 mit einer Kapazität CF, einemSchalter 412 und einem Differenzverstärkerschaltkreis 413 derartversehen ist, dass er die eingegebene Kapazitätsdifferenz (CS1-CS2) in eineSpannung umwandelt.
    [0067] Beidieser Sensoranordnung wird beispielsweise eine Trägerwelle 1 miteiner Amplitude Vcc den stationärenElektrodenbondinseln 30a und 41a eingegeben, undes wird eine Trägerwelle 2 miteiner Phase, die um 180° vonder Trägerwelle 1 verschobenist, den stationärenElektrodenbondinseln 40a und 31a eingegeben, undes wird der Schalter 412 des SC-Schaltkreises 410 zueinem vorher bestimmten Zeitablauf in Bezug auf den Zustand EIN/AUS umgeschaltet.
    [0068] Dieaufgebrachte Beschleunigung wird als Spannungswert V0 ausgegeben,was durch die folgende Gleichung 1 ausgedrückt wird: V0 = (CS1 – CS2)·Vcc/Cf [Gleichung 1]
    [0069] Beidiesen Erfassungsaktionen nimmt diese Ausführungsform die zweiseitigefeste Elektrodenkonstruktion an, um die gegenüberliegenden Flächen zwischenden Elektroden derart zu erhöhen,dass die erste KapazitätCS1 und die zweite KapazitätCS2 zweimal größer alsjene bei der üblichenKonstruktion sind, bei welcher eine bewegliche Elektrode und eine stationäre Elektrodeeinander gegenüberliegen.Dies führtzu einer äußerst empfindlichenErfassung.
    [0070] Beidieser Ausführungsformist der Sensorchip 100 mit der Vorderseite nach unten über dem Schaltungschip 200 angebracht,und die beweglichen Elektroden 24 und die stationären Elektroden 30, 31, 40 und 41 sindmit dem Schaltungschip 200 durch die Bondhügelelektroden 300 verbunden.
    [0071] Sogarwenn die Anzahl der stationärenElektroden 30, 31, 40 und 41 wiebei der zweiseitigen festen Elektrodenkonstruktion erhöht ist,könnendaher die elektrischen Verbindungen zwischen den stationären Elektroden 30, 31, 40 und 41 unddem Schaltungschip 200 geeignet realisiert werden, ohnedass eine komplizierte Konstruktion wie die Drahtverbindung beider verwandten Technik angenommen wird.
    [0072] Daherkann bei dieser Ausführungsformdie zweiseitige feste Elektrodenkonstruktion durch die einfacheKonstruktion in der kapazitiven Sensoranordnung für eine dynamischeGröße mit demSchaltungschip realisiert werden, welche mit dem Sensorchip mitden beweglichen kammzahnförmigenElektroden und den stationärenElektroden zusammengesetzt wird.
    [0073] Ineiner nicht dargestellten Modifizierung sind die erste linke stationäre Elektrodeund die erste rechte stationäreElektrode 40 nicht in gemeinsamen elektrischen Verdrahtungsabschnitten 32 und 42 zusammengefasst,sondern sie könnenelektrisch unabhängigvoneinander wie die zweite linke stationäre Elektrode 31 unddie zweite rechte Elektrode 41 gebildet werden und können einzelnin einer Auslegerform auf einem offenen Randabschnitt des Öffnungsabschnitt 15 gehaltenwerden.
    [0074] Dievorliegende Erfindung kann nicht nur auf einen Beschleunigungssensorsondern ebenfalls auf einen Sensor für eine dynamische Größe wie einen Winkelgeschwindigkeitssensorangewandt werden.
    [0075] Vorstehendwurde eine kapazitive Sensoranordnung für eine dynamische Größe offenbart.Ein Sensorchip (100) enthält kammzahnförmige beweglicheElektroden (24), welche in eine Y-Richtung verschiebbarsind, und kammzahnförmigestationären Elektroden(30, 31, 40, 41), welche denbeweglichen Elektroden (24) auf einer Oberflächenseiteeines Halbleitersubstrats (10) gegenüberliegen. Der Sensorchip (100)erfasst eine Beschleunigung auf der Grundlage einer Kapazitätsänderung,die mit dem Aufbringen einer Beschleunigung in der Y-Richtung zwischenden beweglichen Elektroden (24) und den stationären Elektroden(30, 31, 41, 42) verbunden ist. DiestationärenElektroden (30, 31, 41, 42)sind einzeln derart angeordnet, dass sie einander auf der einenund der anderen Seite der Richtung entlang der Y-Richtung in deneinzelnen beweglichen Elektroden (24) angeordnet sind.Die einzelnen Elektrodenbondinseln (25a, 30a, 31a, 40a, 41a)und der Schaltungschip (200) sind durch Bondinselelektroden (300)derart elektrisch verbunden, dass eine Seite des Substrats (10)dem Schaltungschip (200) gegenüberliegt.
    权利要求:
    Claims (3)
    [1] Kapazitive Sensoranordnung für eine dynamische Größe mit: einemSensorchip (100), welcher bewegliche Elektroden (24),die in einer vorbestimmten Richtung entsprechend dem Aufbringeneiner dynamischen Größe verschieblichsind, und stationäreElektroden (30, 31, 41, 42)enthält,die den beweglichen Elektroden (20) auf einer Oberflächenseiteeines Halbleitersubstrats (10) gegenüberliegend angeordnet sind,um die dynamische Größe auf derGrundlage einer Kapazitätsänderungzu erfassen, die sich bei dem Aufbringen der dynamischen Größe zwischenden beweglichen Elektroden (24) und den stationären Elektroden(30, 31, 41, 42) zeigt; undeinem Schaltungschip (200) zur Verarbeitung eines Ausgangssignals vondem Sensorchip (100), wobei die beweglichen Elektroden(24) in einer Mehrzahl angeordnet sind, die stationären Elektroden(30, 31, 41, 42) in einer Mehrzahlderart angeordnet sind, dass sie den beweglichen Elektroden (24)gegenüberliegen, eineSeite des Halbleitersubstrats (10) und des Schaltungschips(200) einander gegenüberliegend angeordnetsind und zumindest die stationären Elektroden (30, 31, 41, 42) oderdie beweglichen Elektroden (24) elektrisch mit dem Schaltungschip(200) durch Bondhügelelektroden(300) verbunden sind.
    [2] Kapazitive Sensoranordnung für eine dynamische Größe nachAnspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bondhügelelektroden(300) separat und einzeln mit den stationären Elektroden(30, 31, 41, 42) verbunden sind,welche auf einer Seite der Richtung entlang der vorbestimmten Richtung(Y) bezüglichder beweglichen Elektroden (24) angeordnet sind, und diestationärenElektroden (30, 31, 41, 42),welche auf der anderen Seite der Richtung entlang der vorbestimmtenRichtung bezüglichder beweglichen Elektroden (24) angeordnet sind, in gemeinsamen elektrischenVerdrahtungsabschnitten zusammengefasst sind, mit welchen die Bondhügelelektroden (300)verbunden sind.
    [3] Kapazitive Sensoranordnung für eine dynamische Größe nachAnspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beweglichen Elektroden(24) eine Kammzahnform entlang der vorbestimmten Richtungbesitzen, die stationärenElektroden (30, 31, 41, 42)ebenfalls eine Kammzahnform besitzen und dadurch in die beweglichenElektroden (24) eingreifen, die stationären Elektroden(30, 31, 41, 42) einzeln derartangeordnet sind, dass sie den beweglichen Elektroden (24)auf der einen und der anderen Seite der Richtung entlang der vorbestimmtenRichtung gegenüberliegenund die stationärenElektroden (30, 31, 41, 42)und die beweglichen Elektroden (24) elektrisch mit dem Schaltungschip(200) durch Bondhügelelektroden (300)verbunden sind.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    US6935176B2|2005-08-30|
    US20040226376A1|2004-11-18|
    JP2004340608A|2004-12-02|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2009-03-26| 8139| Disposal/non-payment of the annual fee|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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