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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf einen Sensor für
eine dynamische Größe, welcher eine
Sensorleiterplatte mit einem beweglichen Abschnitt, welcher unter
Anwendung einer dynamischen Größe verschoben
wird, und ebenfalls eine Schaltungsleiterplatte zum Senden/Empfangen
von elektrischen Signalen zu/von der Sensorleiterplatte enthält.
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Sensoren für eine dynamische Größe wie Beschleunigungssensoren
oder dergleichen enthalten im allgemeinen eine aus Harz, Keramik,
Silizium oder dergleichen gebildete Schutzkappe auf einer Sensorleiterplatte
mit einem beweglichen Abschnitt zum Abdecken des beweglichen Abschnitts
und dadurch zum Schutz des beweglichen Abschnitts der Sensorleiterplatte
(vgl. beispielsweise die Patentschrift 1 (
JP-A-10-253652 )).
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Wenn darüber hinaus eine Schaltungsleiterplatte
zum Senden/Empfangen von elektrischen Signalen zu/von einer Sensorleiterplatte
mit der Sensorleiterplatte kombiniert wird und diese Leiterplatten von
einem Gußmaterial
wie Harz oder dergleichen umhüllt
werden, wird eine Struktur angenommen, welche im allgemeinen eine
Sensorleiterplatte 10 mit einer daran befestigten Schutzkappe
CP und eine auf einem Leiterrahmen 50 angebrachte Schaltungsleiterplatte 20 wie
in 19 dargestellt enthält.
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In diesem Fall jedoch sind in einer
Mehrzahl vorkommende Leiterplatten 10, 20 auf
der flachen Ebene angebracht, was dazu führt, daß der Umhüllungskörper in einer großen Dimension
zu entwerfen ist und die Notwendigkeit einer Schutzkappe CP auftritt.
Dies führt
dementsprechend zu erhöhten
Kosten.
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Es wurde eine Struktur vorgeschlagen,
bei welcher eine Sensorleiterplatte mit einem beweglichen Abschnitt
und eine Schaltungsleiterplatte zusammen derart aufgeschichtet sind,
daß der
bewegliche Abschnitt von der Schaltungsleiterplatte bedeckt ist,
wodurch die Schutzkappe ausgelassen wird. Ebenfalls sind Elektrodenbondhügel auf
der Schaltungsleiterplatte derart gebildet, daß die Schaltungsleiterplatte
und die Sensorleiterplatte miteinander durch die Elektrodenbondhügel verbunden
sind (vgl. Patentschrift 2 (
JP-A-2001-227902 )). In der Schichtstruktur
der Sensorleiterplatte und der Schaltungsleiterplatte über den
Elektrodenbondhügeln
wie oben beschrieben kann der Sensorkörper mehr als das Gehäuse miniaturisiert
werden, in welchem beide Leiterplatten auf der flachen Ebene angebracht sind.
Es werden jedoch noch immer höhere
Kosten erfordert, da es nötig
ist, Elektrodenkontakthügel
auf der Schaltungsleiterplatte zu bilden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es, die obigen Schwierigkeiten zu überwinden und insbesondere
einen Sensor für
eine dynamische Größe zu schaffen,
welcher mit einer Schaltungsleiterplatte und einer Sensorleiterplatte
ausgestattet ist, welche einen beweglichen Abschnitt aufweist, der
mit geringen Kosten und einer kompakten Größe und ohne eine Schutzkappe
implementiert werden kann.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch
die Merkmale der unabhängigen
Ansprüche.
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Entsprechend einer ersten Ausgestaltung der
vorliegenden Erfindung enthält
ein Sensor für eine
dynamische Größe eine
Sensorleiterplatte 10, welche einen beweglichen Abschnitt 13,
der an einer Oberflächenseite
davon vorgesehen ist, wobei der bewegliche Abschnitt unter Aufbringung
einer dynamischen Größe verschoben
wird, und eine Siliziumschicht 14 aufweist, welche an einer
anderen Oberflächenseite
davon vorgesehen ist, wobei die Siliziumschicht 14 von
dem beweglichen Abschnitt durch einen Isolator 15 getrennt
ist, und eine Schaltungsleiterplatte 20 zum Senden/Empfangen von
elektrischen Signalen zu/von der Sensorleiterplatte, wobei die Schaltungsleiterplatte
derart angeordnet ist, daß sie
einer Oberfläche
der Sensorleiterplatte über
einen Lückenabschnitt 30 gegenüberliegt
und den beweglichen Abschnitt bedeckt. Die Sensorleiterplatte und
die Schaltungsleiterplatte sind um den Lückenabschnitt herum miteinander
derart verbunden, daß der
Bondabschnitt 40 den Lückenabschnitt
umgibt.
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Bei dem oben beschriebenen Sensor
für eine dynamische
Größe werden
die Schaltungsleiterplatte und die Sensorleiterplatte unter geringen
Kosten lediglich durch Anordnen eines Bondteils zwischen beiden
Leiterplatten aufeinander gebondet und geschichtet. Bei einem anderen
Verfahren kann das Bonden zwischen beiden Leiterplatten ohne ein Bondteil
unter Verwendung einer Direktbindung (direct bonding) zwischen den
Leiterplatten durchgeführt
werden. Der bewegliche Abschnitt der Sensorleiterplatte wird von
der Schaltungsleiterplatte über den
Lückenabschnitt
bedeckt, und der Rand des Lückenabschnitts
wird von dem Bondabschnitt 40 derart umgeben, daß der bewegliche
Abschnitt vor äußeren Kräften geeignet
geschützt
wird und somit keine Schutzkappe benötigt wird.
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Des weiteren besitzt die Sensorleiterplatte den
beweglichen Abschnitt, welcher an einer Seite davon vorgesehen ist,
um unter Aufbringung einer dynamischen Größe verschoben zu werden, und
die Siliziumschicht, welche an der anderen Oberflächenseite
davon vorgesehen und von dem beweglichen Abschnitt durch einen Isolator 15 getrennt ist.
Daher kann die elektrische und magnetische Abschirmung des Tastabschnitts,
welcher den beweglichen Abschnitt enthält, geeignet durchgeführt werden.
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Bei der vorliegenden Erfindung kann
der Sensor für
eine dynamische Größe, welcher
mit der Sensorleiterplatte mit dem beweglichen Abschnitt und der
Schaltungsleiterplatte ausgestattet ist, mit niedrigen Kosten und
einer kompakten Größe unter Weglassung
eines Schutzteils implementiert werden.
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Bei einer zweiten Ausgestaltung der
vorliegenden Erfindung können
die Sensorleiterplatte 10 und die Schaltungsleiterplatte 20 durch
Bonddrähte 70 miteinander
elektrisch verbunden werden, um die elektrische Verbindung zwischen
beiden Leiterplatten unter geringen Kosten durchzuführen.
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Bei einer dritten Ausbildung der
vorliegenden Erfindung können
bei den Sensoren für
eine dynamische Größe der ersten
und zweiten Ausbildungen der vorliegenden Erfindung die Sensorleiterplatte 10 und die
Schaltungsleiterplatte 20 durch ein Gußmaterial 80 versiegelnd
umhüllt
werden. Sogar in diesem Fall wird der bewegliche Abschnitt von der
Schaltungsleiterplatte und dem Bondabschnitt 40 geschützt, und somit
kann geeignet verhindert werden, daß das Gußmaterial in den beweglichen
Abschnitt eindringt.
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Bei einer vierten Ausbildung der
vorliegenden Erfindung können
die Sensorleiterplatte 10 und die Schaltungsleiterplatte 20 von
einem Weichstoffmaterial 85, welches weicher als das Gußmaterial 80 ist,
versiegelt werden, und die Außenseite
des weichen Materials kann von dem Gußmaterial umhüllt werden.
Wenn die Sensorleiterplatte und die Schaltungsleiterplatte von dem
Gußmaterial
ver siegelt werden, wird ein durch eine Temperaturänderung oder
dergleichen im Gebrauch hervorgerufener Druck auf die auf diese
weise versiegelten Elemente aufgebracht. Jedoch mildert das weiche
Material wie oben beschrieben wirksam den Druck durch das Dazwischenbringen
zwischen der Schaltung und dem Gußmaterial.
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Bei einer fünften Ausbildung der vorliegenden
Erfindung ist ein Aussparungsabschnitt 24 auf einer Oberfläche der
Schaltungsleiterplatte 20 gegenüberliegend der Sensorleiterplatte 10 gebildet,
und es ist ein Lückenabschnitt 30 durch
den Aussparungsabschnitt gebildet. Ebenfalls ist der Bondabschnitt 40 an
Stellen außer
dem Aussparungsabschnitt auf der Schaltungsleiterplatte gebildet.
Mit dieser Konstruktion kann der Lückenabschnitt geeignet durch
den Aussparungsabschnitt gebildet werden, welcher auf der Schaltungsleiterplatte
gebildet ist.
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Bei einer sechsten Ausbildung der
vorliegenden Erfindung kann die Sensorschaltungsplatte 10 derart
entworfen werden, daß sie
eine Mehrzahl von beweglichen Abschnitten 13 aufweist,
welche auf einer Oberfläche
davon gebildet sind. In diesem Fall bedeckt die Schaltungsleiterplatte 20 jeden
beweglichen Abschnitt über
den Lückenabschnitt 30,
dessen Rand von dem Bondabschnitt 40 umgeben ist. Wenn eine
Mehrzahl von beweglichen Abschnitten 13 auf der Sensorleiterplatte 10 vorgesehen
ist, ist die Fläche
des Lückenabschnitts 30 zwischen
der Schaltungsleiterplatte 20 und der Sensorleiterplatte
erhöht, um
die in der Mehrzahl vorkommenden beweglichen Abschnitte zu bedecken.
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Bei einer siebenten Ausbildung der
vorliegenden Erfindung ist ein Krempen- bzw. Randabschnitt 25,
welcher gegen die Sensorleiterplatte stößt, an einer Stelle auf der
Schaltungsleiterplatte 20 gebildet, welche Bereichen außer dem
Bereich gegenüberliegt,
der die in der Mehrzahl vorkommenden beweglichen Abschnitte 13 aufweist,
die darin auf der Sensorleiterplatte 10 gebildet sind.
In diesem Fall trägt
der Krempenabschnitt beide Leiterplatten 10, 20 wirksam mechanisch.
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wenn bei einer achten Ausbildung
der vorliegenden Erfindung der Sensor einen Leiterrahmen 50 zum
Senden von elektrischen Signalen an eine externe Vorrichtung enthält, kann
die Sensorleiterplatte 10 auf den Leiterrahmen auf eine
anderen Oberfläche gegenüberliegend
einer Oberfläche
der Sensorleiterplatte 10 gebondet werden, welche der Schaltungsleiterplatte 20 gegenüberliegt.
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Bei einer neunten Ausbildung der
vorliegenden Erfindung ist in dem Fall, bei welchem der Sensor den
Leiterrahmen zum Senden der elektrischen Signale an eine externe
Vorrichtung enthält,
ein Überhangbereich 20a,
welcher nicht der Sensorleiterplatte 10 gegenüberliegt
und von der Sensorleiterplatte aus einen Überhang bildet, auf der Oberfläche der
Schaltungsleiterplatte 20 vorgesehen, welche der Sensorleiterplatte 10 gegenüberliegt.
Der Leiterrahmen kann auf den Überhangbereich 20a auf
der Schaltungsleiterplatte 20 gebondet werden. Die Konstruktion
dieser Ausbildung ist effektiv gegenüber einem Fall, bei . welchem
die Schaltungsleiterplatte gröber
als die Sensorleiterplatte ist und somit die Schaltungsleiterplatte
teilweise von der Sensorleiterplatte aus einen Übergang bildet. Bei dieser
Konstruktion ist es unnötig,
die Sensorleiterplatte direkt an dem Leiterrahmen zu befestigen,
welcher normalerweise aus Metall gebildet ist. Diese Konstruktion führt zu verbesserten
Ergebnissen einer Sensorleiterplatte, die kaum an den Wirkungen
einer durch eine Temperaturänderung
oder dergleichen hervorgerufenen thermischen Spannung leidet und
eine stabilere Sensorcharakteristik liefert.
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Bei einer zehnten Ausbildung der
vorliegenden Erfindung ist ein Übergangsbereich 20a,
welcher der Sensorleiterplatte 10 nicht gegenüberliegt
und von der Sensorleiterplatte aus einen Überhang bildet, auf der Oberfläche der
Schaltungsleiterplatte 20 vorgesehen, welche der Sensorleiterplatte 10 gegenüberliegt,
und es ist eine von der Sensorplatte getrennte separate Leiterplatte 90 bezüglich des Überhangbereichs
auf der Schaltungsleiterplatte derart vorgesehen, daß die Schaltungsleiterplatte
von der separaten Leiterplatte getragen wird. Die Konstruktion dieser
Ausbildung ist in Bezug auf einen Fall dahingehend effektiv, daß die Schaltungsleiterplatte
größer als
die Sensorleiterplatte ist und somit die Schaltungsleiterplatte
teilweise von der Sensorleiterplatte aus einen Überhang bildet. Entsprechend
dieser Konstruktion wird der Überhangbereich
der Schaltungsleiterplatte von der separaten Leiterplatte derart getragen,
daß die
Schaltungsleiterplatte stabil getragen werden kann und daß das Verdrahtungsbonden auf
die Schaltungsleiterplatte wirksam durchgeführt werden kann.
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Bei einer elften Ausbildung der vorliegenden Erfindung
können
in einer Mehrzahl vorkommende Sensorleiterplatten 10 auf
die Schaltungsplatte 20 gebondet werden. Wenn die Schaltungsleiterplatte größer als
die eine Sensorleiterplatte ist und die in der Mehrzahl vorkommenden
Sensorleiterplatten enthält,
ist ein Bereich, welcher von der einen Sensorleiterplatte aus einen Überhang
bildet, auf der Schaltungsleiterplatte vorhanden. Jedoch bringt
bei der elften Ausbildung der vorliegenden Erfindung eine andere
Sensorleiterplatte dieselbe Wirkung wie die separate Leiterplatte
bei der zehnten Ausbildung der vorliegenden Erfindung. D.h., bei
dieser Ausbildung können
zusätzlich
zu der Wirkung entsprechend der zehnten Ausbildung die in der Mehrzahl vorkommenden
Sensorleiterplatten angeordnet werden.
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Entsprechend einer zwölften Ausbildung
der Erfindung enthält
ein Sensor für
eine dynamische Größe eine
Sensorleiterplatte 10, welche einen beweglichen Abschnitt 13 aufweist,
der auf einer Oberflächenseite
davon vorgesehen ist, wobei der bewegliche Abschnitt unter Anwendung
einer dynamischen Größe verschoben
wird, und eine Schaltungsleiterplatte 20, welche elektrische
Signale zu/von der Sensorleiterplatte sendet/empfängt, und
ist dadurch charakterisiert, daß die
Schaltungsleiterplatte derart angeordnet ist, daß sie einer Oberfläche der
Sensorleiterplatte über
einen Lückenabschnitt 30 gegenüberliegt
und den beweglichen Abschnitt bedeckt. Die Sensorleiterplatte und
die Schaltungsleiterplatte sind um den Lückenabschnitt herum teilweise
aufeinander gebondet.
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Entsprechend dieser Ausbildung können beide
Leiterplatten unter geringen Kosten aufeinander gebondet werden
und durch bloßes
Anordnen eines Bondteils zwischen der Schaltungsleiterplatte und der
Sensorleiterplatte aufgeschichtet werden. Darüber hinaus ist der bewegliche
Abschnitt der Sensorleiterplatte von der Schaltungsleiterplatte
durch den Lückenabschnitt
derart bedeckt, daß der
bewegliche Abschnitt vor äußeren Einwirkungen
geeignet geschützt
werden kann und somit keine Schutzkappe benötigt wird.
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Daher kann der Sensor für eine dynamische Größe, welcher
mit der Sensorleiterplatte, welche den beweglichen Abschnitt aufweist,
und der Schaltungsleiterplatte ausgestattet ist, unter niedrigen Kosten
und mit einer kompakten Größe unter
Weglassung der Schutzkappe implementiert werden.
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Die in Klammern gesetzten Bezugszeichen, welche
die jeweiligen oben beschriebenen Einrichtungen darstellen, sind
als Beispiele vorgesehen, um die entsprechende Beziehung zu den
in den folgenden Ausführungsformen
beschriebenen spezifischen Einrichtungen darzustellen.
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Weitere Bereiche der Anwendbarkeit
der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten
Beschreibung ersichtlich. Es versteht sich, daß die detaillierte Beschreibung
und die spezifischen Beispiele, welche die bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung anzeigen, lediglich zum Zwecke der Erläuterung
und nicht zur Einschränkung des
Rahmens der Erfindung dienen.
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Die vorliegende Erfindung wird in
der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung
erläutert.
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1 zeigt
eine schematische Querschnittsansicht, welche einen Beschleunigungssensor
einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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2A und 2B zeigen vergrößerte Ansichten
der in 1 dargestellten
Sensorleiterplatte und der Schaltungsleiterplatte;
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3 zeigt
eine schematische Querschnittsansicht, welche eine Modifizierung
der ersten Ausführungsform
darstellt;
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4 zeigt
eine schematische Querschnittsansicht, welche eine andere Modifizierung
der ersten Ausführungsform
darstellt;
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5 zeigt
eine schematische Querschnittsansicht, welche einen Beschleunigungssensor
einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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6 zeigt
eine schematische Querschnittsansicht, welche einen Beschleunigungssensor
einer dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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7 zeigt
eine schematische Querschnittsansicht, welche eine Modifizierung
der dritten Ausführungsform
darstellt;
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8 zeigt
eine schematische Querschnittsansicht, welche einen Beschleunigungssensor
einer fünften
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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9 zeigt
eine Draufsicht auf die Schaltungsleiterplatte von 8 von einer oberen Seite aus betrachtet;
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10 zeigt
eine schematische Querschnittsansicht, welche eine Modifizierung
der vierten Ausführungsform
darstellt;
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11 zeigt
eine schematische Querschnittsansicht, welche einen Beschleunigungssensor
einer fünften
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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12 zeigt
eine Draufsicht auf den Beschleunigungssenor von 11 von der oberen Seite aus betrachtet;
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13 zeigt
eine schematische Querschnittsansicht, welche einen Beschleunigungssensor
einer sechsten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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14 zeigt
eine schematische Querschnittsansicht, welche einen Beschleunigungssensor
einer siebenten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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15 zeigt
eine schematische Querschnittsansicht, welche eine Modifizierung
der siebenten Ausführungsform
darstellt;
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16 zeigt
eine schematische Querschnittsansicht, welche einen Beschleunigungssensor
einer achten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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17A und 17B zeigen Diagramme, welche
die Konstruktion des Hauptteils eines Beschleunigungssensors einer
anderen alternativen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellen;
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18 zeigt
ein Diagramm, welches die Konstruktion des Hauptteils eines Beschleunigungssensors
einer neunten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt; und
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19 zeigt
eine perspektivische Ansicht, welche eine herkömmliche, allgemeine Konstruktion eines
Sensors für
eine dynamische Größe darstellt, der
eine Sensorleiterplatte und eine Schaltungsleiterplatte aufweist.
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Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung beschrieben. Bei den folgenden Ausführungsformen
werden dieselben Teile mit denselben Bezugszeichen dargestellt,
um die Beschreibung davon zu vereinfachen.
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Erste Ausführungsform
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1 zeigt
eine schematische Querschnittsansicht, welche einen Beschleunigungssensor
(Sensor) S1 wie einen Sensor für
eine dynamische Größe einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt. 2A zeigt
eine vergrößerte Ansicht,
welche eine Sensorleiterplatte 10 und eine Schaltungsleiterplatte 20 darstellt, die
aufgeschichtet sind, um in einem Körper entsprechend 1 vereinigt zu sein.
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Der Sensor S1 enthält eine
Sensorleiterplatte 10, welche einen beweglichen Abschnitt 13 enthält, der
auf einer Oberflächenseite
(oder der oberen Oberflächenseite) 11 angeordnet
ist. Der bewegliche Abschnitt 13 wird unter Aufbringung
einer Beschleunigung (einer dynamischen Größe) verschoben. Der Sensor
S1 enthält
des weiteren eine Schaltungsleiterplatte 20, welche elektrische
Signale von und zu der Sensorleiterplatte 10 sendet bzw.
empfängt.
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Bei der ersten Ausführungsform
sind die Sensorleiterplatte 10 und die Schaltungsleiterplatte 20 vorzugsweise
als Chips implementiert, wobei ein Material eines wafertyps einem
Vereinzeln/Schneiden oder dergleichen unterworfen wird. Die Schaltungsleiterplatte 20 ist
vorzugsweise ein aus einem Halbleiter oder dergleichen gebildeter
IC-Chip. Eine Oberfläche
(oder eine obere Oberfläche) 21 der Schaltungsleiterplatte 20 dient
als schaltungsbildende Oberfläche,
auf welcher Schaltungselemente gebildet sind. Die Schaltungsleiterplatte 20 ist
derart angeordnet, daß ihre
Rückseitenoberfläche 22 an
der gegenüberliegenden
Seite der schaltungsbildenden Oberfläche 21 der einen Oberfläche 11 der
Sensorleiterplatte 10 über
einen Lückenabschnitt 20 gegenüberliegt,
während
der bewegliche Abschnitt 13 bedeckt ist.
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Die Rückseitenoberfläche 22 der
Schaltungsleiterplatte 20 ist auf die eine Oberfläche 11 der Sensorleiterplatte 10 durch
ein Bondteil um den Lückenabschnitt 30 herum
gebondet, wodurch ein Bondabschnitt 40 gebildet wird. Der
Bondabschnitt 40 ist derart entworfen, daß er eine
ringförmige
Gestalt aufweist, welche im wesentlichen den Rand des Lückenabschnitts 30 umgibt,
um dadurch den Lückenabschnitt 30 zu
verschließen.
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Entsprechend 1 arbeitet das Bondteil, welches den
Bondabschnitt 40 bildet, als Abstandsstück. Insbesondere führt der
Bondabschnitt 40 zu der Bildung eines Lückenabschnitts 30,
welcher verhindert, daß der
bewegliche Abschnitt 13 der Sensorleiterplatte 10 in
Kontakt mit der Rückseitenoberfläche 22 der
Schaltungsleiterplatte 20 kommt. Ein Haftmittel, welches
ein niedrigschmelzendes Glas, Glasperlen oder dergleichen enthält, oder
ein Material mit einer Dicke eines Abstandshalters wie einer Haftschicht
oder dergleichen kann als das Bondteil verwendet werden.
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Entsprechend wiederum
2A wird eine beispielhafte
Implementierung der Sensorleiterplatte
10 der ersten Ausführungsform
erörtert.
Die Sensorleiterplatte
10 wird durch Aufeinanderschichten
bzw. Laminieren einer Mehrzahl von Siliziumschichten, Siliziumoxidschichten,
usw. entworfen. Die detaillierte Konstruktion der Sensorleiterplatte
10 wie
oben beschrieben ist in
7 der
JP-A-9-129898 offenbart, dessen Inhalt
hier zugrundegelegt wird.
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In der Sensorleiterplatte 10 wird
ein erster Siliziumoxidfilm 15 auf einer ersten Siliziumschicht 14 durch
thermische Oxidation oder dergleichen gebildet. Eine aus Polysilizium
gebildete elektrische leitende Schicht 16 wird auf dem
ersten Siliziumoxidfilm 15 durch ein CVD-Verfahren (Chemical
Vapor Deposition Method) oder dergleichen gebildet. Ein zweiter Siliziumoxidfilm 17 wird
auf dem ersten Siliziumoxidfilm 15 durch CVD, einem Zerstäubungsverfahren, einem
Auf dampfverfahren oder dergleichen gebildet. Danach wird eine zweite
Siliziumschicht 18 auf dem zweiten Siliziumoxidfilm 17 durch
CVD oder dergleichen gebildet, wodurch eine Schichtstruktur erzielt wird.
Die elektrisch leitende Schicht 16 kann nicht nur aus Polysilizium,
sondern ebenfalls auch aus einem hochschmelzenden Metall wie Wolfram,
Molybdän oder
dergleichen oder Silicid (einer Verbindung aus Silizium und dem
obigen Metall) oder dergleichen gebildet werden.
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Als nächstes werden Gräben 18a in
der zweiten Siliziumschicht 18 in Übereinstimmung mit einer Struktur
des beweglichen Abschnitts 13, einem festen Abschnitt,
usw. gebildet. Der zweite Siliziumoxidfilm 17 wird danach
in geeigneten Bereichen durch die Gräben 18a geätzt und
entfernt. Die zweite Siliziumschicht 18 wird resultierend
in den beweglichen Abschnitt 13 und die feste Elektrode
entsprechend dem festen Abschnitt, usw. in den Bereichen umgebildet,
von welchen der zweite Siliziumoxidfilm 17 entfernt worden
ist.
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Der bewegliche Abschnitt 13 dieser
Ausführungsform
wird vorzugsweise als Auslegerabschnitt gebildet, welcher lediglich
an einer Stelle getragen und angeordnet wird, um einer (zur Vereinfachung der
Veranschaulichung nicht dargestellten) festen Elektrode über eine
Lücke in
der vertikalen Richtung zu der Schichtebene von 2A gegenüberzuliegen. Wenn eine Beschleunigung
auf den beweglichen Abschnitt 13 aufgebracht wird, wird
er in Vertikalrichtung auf die Schichtebene von 2A derart verschoben, daß das Intervall
zwischen dem beweglichen Abschnitt und der festen Elektrode verändert wird.
Die Veränderung
des Intervalls zwischen dem beweglichen Abschnitt 13 und
der festen Elektrode ruft eine Anderung der Kapazität zwischen
beiden Elektroden hervor, und somit wird die aufgebrachte Beschleunigung
auf der Grundlage eines elektrischen Signals erfaßt, welches
durch die Kapazitätsänderung
zwischen beiden Elektroden hervorgerufen wird.
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Wie oben erwähnt wird der bewegliche Abschnitt 13 lediglich
an einer Stelle bei dieser Ausführungsform
(d.h. als Ausleger) getragen. Jedoch kann der bewegliche Abschnitt 13 ebenfalls
an zwei Stellen davon (d.h. gespreizt) oder an drei oder mehr Stellen
davon getragen werden. In diesem Fall werden der bewegliche Abschnitt 13 und
die feste Elektrode, d.h. der Abtastabschnitt, von der Schaltungsleiterplatte 20 in
der Sensorleiterplatte 10 wie in 2A dargestellt bedeckt, und es werden
elektrische Signale von dem Abtastabschnitt durch die elektrisch
leitende Schicht 16 aufgenommen, welche sich von der Position
direkt unter der Schaltungsleiterplatte 20 auf die Außenseite
der Schaltungsleiterplatte 20 zu erstreckt.
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Die elektrisch leitende Schicht 16 wird
auf die zweite Siliziumschicht 18 an eine Stelle geführt, welche
von der Position direkt unter der Schaltungsplatte 20 aus
einen Überhang
bildet. Aus Aluminium oder dergleichen gebildete Kontaktstellen 19 werden
auf der Oberfläche
der zweiten Siliziumschicht 18 an dieser Stelle (der Oberfläche 11 der
Sensorleiterplatte 10) gebildet. Die Kontaktstellen 19 werden
einem Drahtbonden oder dergleichen unterworfen, um die Sensorleiterplatte 10 und
die Schaltungsleiterplatte 20 oder den Leiterrahmen 50 zu
verbinden.
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Entsprechend 2B wird eine beispielhafte Implementierung
der Sensorleiterplatte 10 und deren Abtastabschnitt erörtert. In
diesem Beispiel wird eine SOI-Struktur, welche eine Schichtstruktur
aufweist, die eine erste Siliziumschicht 26, eine Siliziumoxidschicht 27 und
eine zweite Siliziumschicht 28 enthält, dazu verwendet, die Schaltungsleiterplatte 20 zu
implementieren. Schaltungselemente werden auf der ersten Siliziumschicht 26 und
der zweiten Siliziumschicht 28 als Schutzschicht für den Ab tastabschnitt verwendet.
Die zweite Siliziumschicht 28 und die Sensorleiterplatte 10 werden
elektrisch miteinander unter Verwendung eines elektrisch leitenden
Haftmittels wie dem Bondabschnitt 40 verbunden. Zu dieser Zeit
wird der Bereich des Abtastabschnitts, welcher durch den Bondabschnitt 40 gebondet
ist, auf eine in einem (nicht dargestellten) Bereich vorgesehene Bondinsel
drahtgebondet, um den betreffenden Bereich auf eine konstante Spannung
wie 0 V (Masse) oder dergleichen festzulegen.
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Der Abtastabschnitt (Elektrodenabschnitt) der
Beschleunigungsvorrichtung des Kapazitätstyps dieser Ausführungsform
kann abgeschirmt bzw. geschützt
werden, wenn die erste Siliziumschicht 14 als Trageabschnitt
in der Sensorleiterplatte 10 auf den (später beschriebenen)
Leiterrahmen 50 durch ein elektrisch leitendes Haftmittel
oder dergleichen gebondet wird, um die erste Siliziumschicht 14 auf
0 V festzulegen. Dies wird bevorzugt, da der Sensor des Kapazitätstyps eine
sehr kleine Änderung
der Kapazität
handhabt. Diese Implementierung kann sogar dann einen stabileren
Ausgang bereitstellen, wenn Gußharz
(resin mold) verwendet wird.
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Insbesondere ist bei dieser Ausführungsform wie
in 2 dargestellt die
Sensorleiterplatte 10 mit dem beweglichen Abschnitt 13 an
der einen Oberflächenseite
davon derart ausgestattet, daß der
bewegliche Abschnitt 13 unter Aufbringung einer dynamischen
Größe verschoben
wird, und ebenfalls mit der ersten Siliziumschicht (Siliziumschicht) 14 an
der anderen Oberflächenseite
davon derart ausgestattet, daß die
erste Siliziumschicht 14 von dem beweglichen Abschnitt 13 durch
den ersten Siliziumoxidfilm (Isolator) 15 getrennt ist.
Daher kann das Abschirmen des Abtastabschnitts, welcher den beweglichen
Abschnitt 13 enthält,
geeignet durchgeführt
werden.
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Bei dieser Ausführungsform wird das elektrische
Verbinden zwischen der Sensorleiterplatte 10 und der äußeren Vorrichtung
wie oben beschrieben unter Bereitstellung des Leiterrahmens 50 durchgeführt, durch
welchen elektrische Signale von der Sensorleiterplatte 10 wie
in 1 dargestellt gesendet werden.
Der Leiterrahmen 50 wird aus einem Metall wie Kupfer oder
dergleichen oder einem Metall, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient
an die Siliziumleiterplatte angepaßt ist, wie beispielsweise
einer 4-2-Legierung (4-2-Alloy), Covar oder dergleichen gebildet.
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Eine andere Oberfläche 12 an
der gegenüberliegenden
Seite zu der einen Oberfläche 11 der Sensorleiterplatte 10,
welche der Rückseitenoberfläche 22 der
Schaltungsleiterplatte 20 gegenüberliegt, wird auf den Leiterrahmen 50 über ein
Haftteil 60 wie ein Haftmittel eine Haftschicht oder dergleichen
gebondet.
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Wie in 1, 2A und 2B dargestellt, wird die elektrische
Verbindung zwischen der Sensorleiterplatte 10, der Schaltungsleiterplatte 20 und
dem Leiterrahmen 50 durch die Kontaktstellen 19 der
Sensorleiterplatte 10 und die auf der Oberfläche 21 der Schaltungsleiterplatte 20 gebildeten
Kontaktstellen 23 und durch die Bonddrähte aus Gold, Aluminium oder
dergleichen, welche durch Drahtbonden gebildet werden, durchgeführt.
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Ein Gußmaterial 20 umhüllt und
verschließt die
Sensorleiterplatte 10, die Schaltungsleiterplatte 20,
die Bonddrähte 70 und
Teile des Leiterrahmens 50. Das Gußmaterial 80 ist vorzugsweise
Gußharz wie üblicherweise
verwendetes Epoxidharz oder dergleichen.
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Eine beispielhafte Methodenlehre
zur Herstellung des Beschleunigungssensors S1 wie oben beschrieben
wird im folgenden erörtert.
Die Schaltungsplatte 20 und die Sensorplatte 10,
welche in einem Körper
durch das Bondteil vereinigt sind, werden durch das Haftteil 60 auf
dem Leiterrahmen 50 angebracht und befestigt. Alternativ
wird die Sensorleiterplatte 10 durch das Haftteil 60 auf
dem Leiterrahmen 50 angebracht und befestigt, und danach wird
die Schaltungsleiterplatte 20 durch das Bondteil auf der
Sensorleiterplatte 10 angebracht und befestigt.
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Danach wird eine elektrische Verbindung zwischen
der Sensorleiterplatte 10, der Schaltungsleiterplatte 20 und
dem Leiterrahmen 50 durch Drahtbonden geschaffen, und danach
wird ein Gußprozeß unter
Verwendung des Gußmaterials 80 durchgeführt, wobei
ein Metallguß verwendet
wird. Danach wird eine Segmentierung oder dergleichen des Leiterrahmens 50 durchgeführt, um
den in 1 dargestellten
Beschleunigungssensor S1 fertigzustellen.
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Wenn bei dem oben beschriebenen Beschleunigungssensor
S1 eine Beschleunigung aufgebracht wird, wird das elektrische Signal
entsprechend der aufgebrachten Beschleunigung von der Sensorleiterplatte 10 durch
die Aktion des oben beschriebenen beweglichen Abschnitts 13 ausgegeben.
Dieses elektrische Signal wird einer Signalverarbeitung wie einer
Verstärkung,
Justierung, usw. in der Schaltungsleiterplatte 20 unterworfen
und danach von den Leiterrahmen 50 durch die Bonddrähte 70 nach
außen
gesendet.
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Entsprechend dem in 1 dargestellten Beschleunigungssensor 51 können die
Schaltungsleiterplatte 20 und die Sensorleiterplatte 10 unter
geringen Kosten durch bloßes
Anordnen des Bondteils zwischen beiden Leiterplatten 20 und 10 aufeinander gebondet
und geschichtet werden. Der bewegliche Abschnitt 13 der
Sensorleiterplatte 10 wird von der Schaltungsleiterplatte 20 über den
Lückenabschnitt 30 bedeckt.
Der Rand des Lückenabschnitts
30 wird von
dem Bondabschnitt 14 als Verschluß derart umgeben, daß der bewegliche
Abschnitt 13 geeignet vor einer äußeren Vorrichtung (oder allgemein
vor äußeren Störungen)
geschützt
wird und keine Schutzkappe benötigt
wird.
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Entsprechend einem anderen Verfahren kann
das Bonden zwischen beiden Leiterplatten 10, 20 ohne
ein Bondteil unter Verwendung eines direkten Bondens zwischen beiden
Leiterplatten 10, 20 durchgeführt werden.
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Des weiteren besitzt oben beschrieben
die Sensorleiterplatte 10 den beweglichen Abschnitt 13 an
einer Oberflächenseite
davon derart, daß der
bewegliche Abschnitt 13 unter Aufbringung einer dynamischen
Größe verschoben
wird, und die Siliziumschicht 14, welche an der anderen
Oberflächenseite davon
derart vorgesehen ist, daß sie
von dem beweglichen Abschnitt 13 durch einen Isolator 15 getrennt
ist. Daher kann das Abschirmen des Abtastabschnitts, welcher den
beweglichen Abschnitt 13 enthält, geeignet durchgeführt werden.
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Daher kann bei dem in 1 dargestellten Beschleunigungssensor
S1 ein Sensor für
eine dynamische Größe unter
geringen Kosten und mit einer kompakten Größe ohne eine Schutzkappe implementiert
werden.
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Des weiteren sind bei dem Sensor
S1 die Sensorleiterplatte 10 und die Schaltungsleiterplatte 20 elektrisch
miteinander durch die Bonddrähte 70 verbunden,
und es kann die elektrische Verbindung zwischen beiden Leiterplatten 10, 20 unter
geringen Kosten ebenfalls implementiert werden.
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Die elektrische Verbindung zwischen
der Sensorleiterplatte 10 und der Schaltungsleiterplatte 20 kann
auf eine weise anders als die direkte Verbindung unter Verbindung von
Bonddrähten
zwischen beiden Leiterplatten durchgeführt werden. Beispielsweise
kann der Leiterrahmen 50, welcher mit der Schaltungsplatte 20 durch
die Bonddrähte
oder dergleichen elektrisch verbunden wird, mit der Sensorleiterplatte 10 durch
Drahtbonden verbunden werden, wodurch beide Leiterplatten 10, 20 durch
den Leiterdraht elektrisch verbunden werden.
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Des weiteren werden bei dem in 1 dargestellten Beschleunigungssensor
S1 die Sensorleiterplatte 10, die Schaltungsleiterplatte 20 und
die Bonddrähte 70 von
dem Gußmaterial 80 umhüllt und versiegelt.
In diesem Fall wird der bewegliche Abschnitt 13 von der
Schaltungsleiterplatte 20 und dem Bondabschnitt 40 derart
geschützt,
daß geeignet
verhindert wird, daß das
Gußmaterial 80 in
den Bereich des beweglichen Abschnitts 13 eindringt.
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3 zeigt
eine schematische Querschnittsansicht, welche ein anderes Beispiel
der Sensorleiterplatte 10 einer ersten Modifizierung der
ersten Ausführungsform
darstellt. Bei der Sensorleiterplatte 10 kann ein aus Siliziumoxid
oder dergleichen gebildetes Isoliermaterial 18b durch CVD
gebildet und um die leitende Schicht 16 und die zweite
Siliziumschicht 18, welche die darauf gebildeten Kontaktstellen 19 aufweist,
eingebettet werden, um die elektrische Isolierung um die leitende
Schicht 16 zu erhalten.
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In dem Beispiel von 1 ist die Schaltungsleiterplatte 20 derart
angeordnet, daß die
Rückseitenoberfläche 22 an
der gegenüberliegenden
Seite zur Oberfläche
(durch die Schaltung gebildete Oberfläche) 21 der Schaltungsleiterplatte 20 der
einen Oberfläche 11 der
Sensorleiterplatte 10 gegenüberliegt. Jedoch können die
Oberfläche 21 der
Schaltungsleiterplatte 20 und die eine Oberfläche 11 der Sensorleiterplatte 10 wie
in 4 dargestellt ge genüberliegen.
In diesem Fall haftet die Rückseitenoberfläche 22 der
Schaltungsleiterplatte 20 fest an dem Leiterrahmen 50.
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Entsprechend 4 wird der Bereich, in welchem der bewegliche
Abschnitt 13 und die feste Elektrode an der Seite der einen
Oberfläche 11 der
Sensorleiterplatte 10 gebildet sind, durch einen Abtastabschnitt 13a verkörpert, und
es wird der Lückenabschnitt 30,
durch welchen der Abtastabschnitt 13a unterteilt wird,
von außen
durch die Oberfläche 21 der
Schaltungsleiterplatte 20 und des Bondabschnitts 40 gebildet.
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Zweite Ausführungsform
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Anhand 2 wird
im folgenden eine zweite Ausführungsform
des Beschleunigungssensors S2 erörtert.
Bei dieser Ausführungsform
sind die Sensorleiterplatte 10, die Schaltungsleiterplatte 20 und
die Bonddrähte 70 durch
ein Weichstoffmaterial 85 versiegelt, welches weicher als
das Gußmaterial 80 ist, und
die Außenseite
des Weichstoffmaterials 85 ist von dem Gußmaterial 80 umhüllt.
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Insbesondere ist der Beschleunigungssensor
S2 derart entworfen, daß das
Weichstoffmaterial 85 zwischen das Gußmaterial 80 und sowohl
die Sensorleiterplatte 10, die Schaltungsleiterplatte 20 als
auch die Bonddrähte 70 in
dem in 1 dargestellten
Beschleunigungssensor S1 gebracht ist. Das Weichstoffmaterial 85 kann
Silikongel, weiches Harz, Gummi oder dergleichen sein; jedoch sollte
das Weichstoffmaterial weicher als das Gußmaterial 80 sein.
Die Versiegelungsziele 10, 20, 70 werden
im voraus mit dem Weichstoffmaterial 85 ummantelt, und danach
wird der Gußprozeß unter
Verwendung des Gußmaterials 80 angewandt,
um dadurch den in 5 dargestellten
Beschleunigungssensor S5 zu bilden.
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Wenn die Sensorleiterplatte 10,
die Schaltungsleiterplatte 20 und die Bonddrähte 70 von
dem Gußmaterial
versiegelt werden, wird ein durch die Temperaturänderung hervorgerufener Druck
auf diese Versiegelungsziele 10, 20, 70 aufgebracht.
Jedoch wird bei dieser Ausführungsform
dieser Druck durch Dazwischenbringen des Weichstoffmaterials 85 wirksam
gedämpft.
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Dritte Ausführungsform
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Anhand von 6 wird im folgenden eine dritte Ausführungsform
des Beschleunigungssensors S3 erörtert.
Der Beschleunigungssensor S3 wird durch Ausstatten der Schaltungsleiterplatte 20 des Beschleunigungssensors
S1 wie in 1 dargestellt mit
einem Aussparungsabschnitt 24 geschaffen. Die andere Oberfläche 12 an
der gegenüberliegenden Seite
zu der einen Oberfläche 11 der
Sensorleiterplatte 10, welche der Rückseitenoberfläche 22 der Schaltungsleiterplatte 20 gegenüberliegt,
wird auf den Leiterrahmen 50 durch ein haftendes Teil wie
ein Haftmittel, eine Haftschicht oder dergleichen (zur Vereinfachung
der Darstellung nicht dargestellt) gebondet.
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Bei dieser Ausführungsform ist wie in 6 dargestellt, ein Aussparungsabschnitt 24 auf
der gegenüberliegenden
Seite (Rückseitenoberfläche) 22 der
Schaltungsleiterplatte 20, welche der Sensorleiterplatte 10 gegenüberliegt,
gebildet, und es ist der Lückenabschnitt
durch den Aussparungsabschnitt 24 gebildet. Der Bondabschnitt 40 ist
an einer Stelle unterschiedlich zu derjenigen des Aussparungsabschnitts 24 der
Schaltungsplatte 20 gebildet.
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Ein dünner Abschnitt wird teilweise
auf der Rückseitenoberfläche 22 der
Schaltungsleiterplatte 20 durch Naß- oder Trockenätzen von Silizium oder dergleichen
zur Bildung des Aussparungsabschnitts 24 gebildet. Das Ätzen zur
Bildung des Aussparungsabschnitts 24 kann konzentriert
(as a lump) in jedem Wafer durchgeführt werden.
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Der dicke Abschnitt außer dem
Aussparungsabschnitt 24 der Schaltungsleiterplatte 20 wird auf
eine Oberfläche
der Sensorleiterplatte 10 unter Verwendung eines Haftmittels
oder dergleichen derart gebondet, daß der Bondabschnitt als ringförmiger Bondabschnitt 40 dient.
Wie oben beschrieben ist der Lückenabschnitt 30 in
dem Aussparungsabschnitt 24 verschlossen, und der Abtastabschnitt 13a der
Sensorleiterplatte 10 ist gegenüber äußeren Einflüssen geschützt. D.h., der bewegliche Abschnitt 13 ist
gegenüber äußeren Einflüssen geschützt.
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In diesem Fall kann der Lückenabschnitt 30 durch
den auf der Schaltungsleiterplatte 20 gebildeten Aussparungsabschnitt 24 geeignet
gebildet werden. Es ist daher nicht nötig, das Bondteil anzuordnen,
welches den Bondabschnitt 40 bildet, der dick genug ist,
um als Abstandshalter wie in dem Fall der ersten Ausführungsform
zu dienen.
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Anhand von 7 wird eine erste Modifizierung der dritten
Ausführungsform
im folgenden erörtert.
Die Sensorleiterplatte 10 kann derart entworfen werden,
daß der
Abtastabschnitt 13a, welcher den beweglichen Abschnitt 13 enthält, an einer
Position gebildet wird, welche tiefer als diejenige der einen Oberfläche 11 der
Sensorleiterplatte 10 ist. Die Sensorleiterplatte 10 wird
wie oben beschrieben auf die folgende Weise oder dergleichen gebildet.
D.h., es wird ein Bereich, in welchem der Abtastabschnitt 13a gebildet
wird, im voraus durch Ätzen
ausgespart, und danach wird der Abtastabschnitt 13a in
dem Bereich gebildet.
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Bei der oben beschriebenen Sensorleiterplatte 10 wird
der Lückenabschnitt 30 durch
den Abtastabschnitt 13a, welcher von der einen Oberfläche 11 aus
ausgespart ist, derart gebildet, daß der Lückenabschnitt 30 geeignet
ohne eine Notwendigkeit gebildet werden kann, den Aussparungsabschnitt 24 in
der Schaltungsleiterplatte 20 wie in 6 dargestellt zu bilden.
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Wenn wie oben bezüglich dieser Ausführungsform
beschrieben der Lückenabschnitt 30 gebildet
wird, wird die gegenüberliegende
Seite der Schaltungsleiterplatte 20 oder der Sensorleiterplatte 10 derart
entworfen, daß sie
einen Aussparungsabschnitt aufweist, wodurch der Aussparungsabschnitt geeignet
gebildet werden kann.
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Vierte Ausführungsform
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Anhand von 8 wird eine vierte Ausführungsform
des Beschleunigungssensors S4 erörtert. Bei
dieser Ausführungsform
sind in einer Mehrzahl vorkommende bewegliche Abschnitte 13 auf
der einen Oberfläche 11 der
Sensorleiterplatte 10 angeordnet.
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Wie in 8, 9 dargestellt sind zwei Abtastabschnitte 13a,
von denen jeder den beweglichen Abschnitt 13 enthält, auf
der einen Oberfläche 11 der Sensorleiterplatte 10 gebildet.
In diesem Fall wird die andere Oberfläche 12 an der gegenüberliegenden Seite
zu der einen Oberfläche 11 der
Sensorleiterplatte 10, welche der Rückseitenoberfläche 22 der Schaltungsleiterplatte 20 gegenüberliegt,
durch ein Haftteil wie ein (nicht dargestelltes) Haftmittel, eine Haftschicht
oder dergleichen gebondet.
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Wenn die zwei Abtastabschnitte wie
oben beschrieben gebildet werden, können sie derart entworfen werden,
daß eines
der Abtastabschnitte 13a eine Beschleunigung in Richtung
der X-Achse erfaßt, während der
andere Abtastabschnitt 13a die Beschleunigung in der Richtung
der Y-Achse senkrecht zu
der Richtung der X-Achse wie durch die Achsen in 9 angezeigt erfaßt. Insbesondere können die zwei
Abtastabschnitte 13a einen vielachsigen Sensor implementieren.
Wenn drei oder mehr Abtastabschnitte vorgesehen sind, können weitere
vielachsige Erfassungen durchgeführt
werden.
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In diesem Fall ist der Aussparungsabschnitt auf
der Rückseitenoberfläche 22 der
Schaltungsleiterplatte 20 gebildet, welche der einen Oberfläche 11 der
Sensorleiterplatte 10 gegenüberliegt, und jeder Abtastabschnitt 13a wird
durch über
Lückenabschnitt 30 durch
den Aussparungsabschnitt 24 bedeckt.
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Ein dicker Abschnitt der Schaltungsleiterplatte
(der Abschnitt außer
dem Aussparungsabschnitt 24) ist unter Verwendung des Haftmittels
oder dergleichen auf die eine Oberfläche der Sensorleiterplatte 10 gebondet,
und der derart gebondete Abschnitt dient als Bondabschnitt 40.
Der Bondabschnitt 40 wird derart gebildet, daß er im
wesentlichen, wenn nicht vollständig,
den Lückenabschnitt 30 umgibt,
um dadurch den Lückenabschnitt 30 zu
verschließen.
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Wenn in einer Mehrzahl vorkommende
bewegliche Abschnitte 13 auf der Sensorleiterplatte 13 wie
bei dieser Ausführungsform
angeordnet sind, wird des weiteren der Bereich des Lückenabschnitts 30 zwischen
der Schaltungsleiterplatte 20 und der Sensorleiterplatte 10 erhöht, um die
in der Mehrzahl vorkommenden beweglichen Abschnitte 13 zu
bedecken.
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Anhand von 10 wird eine erste Modifizierung der
vierten Ausführungsform
erörtert.
In diesem Fall kann ein Krempen- bzw. Randabschnitt 25, welcher
von dem Bodenabschnitt des Aussparungsabschnitts 24 hervorspringt
und gegen die Sensorleiterplatte 10 stößt, an einer Stelle der Schaltungsleiterplatte 20,
welche einem anderen Bereich außer dem
Bereich der Sensorleiterplatte 10 gegenüberliegt, gebildet werden,
wo die in der Mehrzahl vorkommenden beweglichen Abschnitte 13 gebildet sind.
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Der Krempenabschnitt 25 kann
als Teil der Schaltungsleiterplatte 20 gebildet sein oder
kann als Abstandshalter wie einem niedrig schmelzenden Glas, einem
Haftmittel oder dergleichen gebildet sein. Mit dieser Konstruktion
kann der Krempenabschnitt 25 wirksam beide Leiterplatten 10, 20 mechanisch
sogar dann tragen, wenn der Aussparungsabschnitt 24 einen
großen
Bereich einnimmt.
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Fünfte Ausführungsform
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Anhand von 11-12 wird
eine fünfte
Ausführungsform
des Beschleunigungssensors S5 erörtert. 12 zeigt eine Draufsicht
auf die Sensorleiterplatte 10, die Schaltungsleiterplatte 20 und
den Leiterrahmen 50 von 11,
welche von der oberen Seite aus betrachtet werden. Es wird eine
Schraffur auf 10 angewandt,
welche der Erleichterung der Identifizierung dient.
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In dieser Ausführungsform ist die Schaltungsleiterplatte 20 derart
entworfen, daß sie
größer als
oder im wesentlichen gleich der Sensorleiterplatte 10 ist.
Diese Konstruktion ist für
den Fall wirksam, bei welchem die Schaltungsleiterplatte 20 einen Überhang
gegenüber
der Sensorleiterplatte 10 bildet.
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Wie in 11 und 12 dargestellt ist der Übergangsbereich 20a,
welcher nicht der einen Oberfläche 11 der
Sensorleiterplatte 10 gegenüberliegt und einen Überhang
gegenüber
der Sensorleiterplatte 10 bildet, auf der Rückseitenoberfläche 22 der
Schaltungsleiterplatte 20 vorhanden, welche der Sensorleiterplatte 10 gegenüberliegt.
Der Leiterrahmen 50 ist auf den Überhangbereich 20a der
Schaltungsleiterplatte 20 gebondet.
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In diesem Fall ist wie in 11 und 12 dargestellt ein Öffnungsabschnitt 51 als
Leiterplattenanbringungsabschnitt (Chipanbringungsabschnitt) in dem
Leiterrahmen 50 gebildet, und es ist die Sensorleiterplatte 10 in
dem Öffnungsabschnitt 51 angebracht.
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Diese Konstruktion kann durch Anbringen und
Befestigen der vereinigten Schaltungsleiterplatte 20 und
der Sensorleiterplatte 10 auf dem Leiterrahmen 50 durch
ein Haftteil hergestellt werden. Alternativ kann sie hergestellt
werden durch Anbringen und Befestigen der Schaltungsleiterplatte 20 auf
dem Leiterrahmen 50 durch ein Haftteil und danach durch Befestigen
der Sensorleiterplatte 10 auf der Schaltungsleiterplatte 20 durch
ein Bondteil.
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Entsprechend dieser Ausführungsform
ist die aus Silizium oder dergleichen gebildete Sensorleiterplatte 10 nicht
direkt auf dem Leiterrahmen aus Metall befestigt. Demzufolge erleitet
die Sensorleiterplatte 10 kaum die Wirkungen einer thermischen Spannung,
welche infolge einer Temperaturänderung auftritt,
die durch den Unterschied der thermischen Ausdehnungskoeffizienten
zwischen der Sensorleiterplatte 10 und dem Leiterrahmen 50 hervorgerufen wird.
Dies trägt
zu einer Stabilisierung der Sensorcharakteristik sowie der Charakteristik
des beweglichen Teils 13, usw. bei.
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Des weiteren wird es bei dem in 11 dargestellten Beschleunigungssensor
S5 bevorzugt, daß die
Sensorleiterplatte 10 und die Schaltungsleiterplatte 20 von
dem Weichstoffmaterial ummantelt sind. Daher kann die Wirkung der
thermischen Spannung des Weichstoffmaterials auf die Sensorleiterplatte 10 abgemildert
werden.
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Sechste Ausführungsform
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13 zeigt
eine schematische Querschnittsansicht, welche die Konstruktion eines
Beschleunigungssensors S6 einer dynamischen Größe einer sechsten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt. Diese Ausführungsform ist eine Modifizierung
der fünften
Ausführungsform.
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Wenn die Schaltungsleiterplatte 20 größer als
oder im wesentlichen gleich groß wie
die Sensorleiterplatte 10 ist und somit einen Überhang
gegenüber
der Sensorleiterplatte 10 bildet, kann die andere Oberfläche 12 an
der gegenüberliegenden
Seite zu der einen Oberfläche 11 der
Sensorleiterplatte 10, welche der Schaltungsleiterplatte 20 gegenüberliegt, auf
den Leiterrahmen 50 gebondet werden.
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Siebente Ausführungsform
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14 zeigt
eine Querschnittsansicht, welche einen Beschleunigungssensor S7
wie einen Sensor für
eine dynamische Größe einer
siebenten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt.
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Diese Ausführungsform ist eine Modfizierung der
sechsten Ausführungsform.
Bei dieser Ausführungsform
ist der Überhangsbereich 20a der
Schaltungsleiterplatte 20 mit einer separaten Leiterplatte 90 ausgestattet,
welche von der Sensorleiterplatte 10 getrennt ist, und
die Schaltungsleiterplatte 20 wird von der separaten Leiterplatte 90 getragen.
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Die separate Leiterplatte 90 kann
eine zweite Schaltungsleiterplatte, welche ein von der Schaltungsleiterplatte 20 getrennter
IC-Chip ist, oder ein aus einem plattenförmigen Siliziumteil oder dergleichen
gebildeter Ersatzchip (dummy Chip) sein. Die separate Leiterplatte 90 ist
haftend an dem Leiterrahmen 50 befestigt; jedoch ist sie
nicht notwendigerweise auf die Schaltungsleiterplatte 20 gebondet.
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Da bei dieser Ausführungsform
der Überhangsbereich 20a der
Schaltungsleiterplatte 20 von der separaten Leiterplatte 90 getragen
wird, kann die Schaltungsleiterplatte 20 stabil getragen
werden, und es kann leicht ein Bondleistungsvermögen in einem Fall sichergestellt
werden, bei welchem das Drahtbonden an der Stelle entsprechend dem Überhangsbereich 20a der
Schaltungsleiterplatte 20 beispielsweise durchgeführt wird.
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Entsprechend 14 befinden sich die Sensorleiterplatte 10 und
der separate Körper 90 in
Kontakt miteinander. Jedoch können
wie in 15 dargestellt
die Sensorleiterplatte 10 und die separate Leiterplatte 90 voneinander
durch einen Trennabschnitt 91 beabstandet angeordnet werden.
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Achte Ausführungsform
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16 zeigt
eine schematische Querschnittsansicht, welche einen Beschleunigungssensor 58 wie
einen Sensor für
eine dynamische Größe einer achten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt.
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Diese Ausführungsform ist eine Modifizierung
der siebenten Ausführungsform.
Anstelle der separaten Leiterplatte sind zweite, dritte oder mehr Sensorleiterplatten 10 für den Überhangsbereich 20a der
Schaltungsleiterplatte 20 vorgesehen und auf die Schaltungsleiterplatte 20 gebondet,
um die Schaltungsleiterplatte 20 zu tragen.
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Insbesondere ist bei dieser Ausführungsform jede
der in der Mehrzahl vorkommenden Sensorleiterplatten 10 mit
einem beweglichen Abschnitt 13 an einer Oberflächenseite
davon derart ausgestattet, daß der
bewegliche Abschnitt 13 durch eine gemeinsame Schaltungsleiterplatte 20 und
einen Bondabschnitt 40 verschlossen wird, welcher der gemeinsamen
Schaltungsleiterplatte 20 über den Lückenabschnitt 30 gegenüberliegt
und mit der gemeinsamen Schaltungsleiterplatte 20 zusammengebaut und
vereinigt wird.
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Wenn die Schaltungsleiterplatte 20 größer als
eine Sensorleiterplatte 10 ist und der Sensor eine Mehrzahl
von Sensorleiterplatten 10 enthält, ist ein Überhangsbereich
für eine
Sensorleiterplatte 10 auf der Schaltungsleiterplatte 20 vorhanden.
In diesem Fall besitzen die anderen Sensorleiterplatten 10 dieselbe
Wirkung wie die getrennte Leiterplatte.
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Des weiteren können bei dieser Ausführungsform
in einer Mehrzahl vorkommende Sensorleiterplatten 10 durch
eine Schaltungsleiterplatte 20 angeordnet werden, und es
kann ebenfalls ein vielachsiger Sensor, welcher Erfassungen in den vielachsigen
Richtungen vornehmen kann, durch die voneinander getrennten Sensorleiterplatten 10 gebildet
werden.
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Weitere Ausführungsformen
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Die oben beschriebenen zweiten und
darauffolgenden Ausführungsformen
benutzen auf geeignete Weise die Konstruktion, bei welcher die Oberfläche 21 der
Schaltungsleiterplatte 20 und die eine Oberfläche 11 der
Sensorleiterplatte 10 einander gegenüberliegen.
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Des weiteren können die Sensorleiterplatte 10 und
die Schaltungsleiterplatte 20, welche wie im Hinblick auf
die jeweiligen Ausführungsformen
beschrieben aufgeschichtet und befestigt sind, auf einer gedruckten
Leiterplatte oder einer keramischen Leiterplatte in einem keramischen
Gehäuse
in Form eines Nacktchips angeordnet sein, in welchem beide Leiterplatten
vereinigt sind.
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Wenn der Nacktchip auf eine keramische Leiterplatte
oder eine gedruckte Leiterplatte ohne Harzguß bzw. Harzmasse gestellt wird
und sie in ein anderes Gehäuse
platziert werden und darin luftdicht verschlossen werden oder wenn
der Nacktchip in ein keramisches Gehäuse gestellt wird, ist es unnötig, daß der Bondabschnitt 40 zwischen
der Schaltungsleiterplatte 20 und der Sensorleiterplatte 10 in
einer derartigen luftdichten Struktur entworfen wird, um den Lückenabschnitt 30 zu
umgeben, und es ist ausreichend, den Lückenabschnitt 30 und
die Bondstärke
zu sichern bzw. sicherzustellen.
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Die obige Ausführungsform ist in 17A und 17B dargestellt, wobei 17A eine Querschnittsansicht und 17B eine Draufsicht von
der oberen Seite aus betrachtet darstellen. Der Bondabschnitt 40 ist
teilweise mit Eckabschnitten der Schaltungsleiterplatte 20 versehen,
und die Sensorleiterplatte 10 und die Schaltungsplatte 20 sind
teilweise aufeinander auf den Rand des Lückenabschnitts 30 gebondet.
In diesem Fall wird der bewegliche Abschnitt 13 der Sensorleiterplatte 10 ebenfalls von
der Schaltungsleiterplatte 20 über den Lückenab schnitt 30 derart
bedeckt, daß der
bewegliche Abschnitt 13 vor äußeren Einflüssen geeignet geschützt wird.
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18 zeigt
eine Querschnittsansicht, welche schematisch die Konstruktion eines
Beschleunigungssensors einer anderen Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung darstellt.
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Bei der in 18 dargestellten Ausführungsform ist die Schaltungsleiterplatte 20 derart
angeordnet, daß die
Rückseitenoberfläche 22 davon
einer Oberfläche 11 des
Sensorsubstrats 10 über
den Lückenabschnitt 30 gegenüberliegt,
um den Abtastabschnitt 13a zu bedecken. Der Bondabschnitt 40,
welcher den Lückenabschnitt 30 umgibt,
wird durch anodisches Bonden über
eine auf der einen Oberfläche 11 des
Sensorsubstrats 10 gebildete Glasschicht gebildet.
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Die Vorrichtung dieser Ausführungsform
wird wie folgt gebildet. Nachdem ein (nicht dargestellter) Al-Verdrahtungsabschnitt
unter Verwendung des Zerstäubungsverfahrens,
des CVD-Verfahrens oder dergleichen beispielsweise gebildet worden
ist, wird eine Glasschicht 100 über der gesamten Oberfläche des
Wafers gebildet, auf welcher viele Beschleunigungssensoren (Sensoren
für eine
dynamische Größe) gebildet
werden. In dieser Ausführungsform
wird beispielsweise Borsilikatglas gebildet, und danach wird die
Oberfläche
davon durch CMP oder dergleichen derart poliert, daß sie zum
Schluß den
Zustand einer Spiegel- bzw. Hochglanzoberfläche (mirror-surface state)
aufweist.
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Darauffolgend wird die Glasschicht 100 teilweise
durch photolithographisches Ätzen
an einer Stelle, welche als Abtastabschnitt dienen wird, der einen
beweglichen Abschnitt enthält,
und ebenfalls an einer Al-Kontaktstel lenbildungsstelle 101 entfernt, welche
einem Drahtbonden unterworfen wird. Darauffolgend werden der bewegliche
Abschnitt 13, usw. an der Stelle des Abtastabschnitts 13a durch
Trockenätzen
oder dergleichen gebildet.
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Die die hochglanzpolierte Rückseitenoberfläche 22 der
Schaltungsleiterplatte 20, welche darauf gebildete Schaltungen
aufweist, und die obere Oberfläche
der Glasschicht 100, welche auf der Sensorleiterplatte 10 gebildet
und einem Hochglanzpolieren unterworfen wird, werden einem anodischen
Bonden unterworfen. Wie oben beschrieben können beide Leiterplatten 10, 20 direkt
aufeinander, ohne miteinander über
ein Haftmittel oder eine Metallsperrschicht verbunden zu werden,
gebondet werden.
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Wenn des weiteren die Spiegeloberflächen mit
hoher Genauigkeit geglättet
werden, können
sie direkt und fest aufeinander ohne anodisches Bonden durch bloßes in Kontaktbringen
miteinander gebondet werden. In diesem Fall schreitet das direkte
Bonden sicherer durch Festlegen der Temperatur von 400°C bis 500°C fort.
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Diese Ausführungsform kann ebenfalls auf die
in 7 und 8 dargestellten Fälle angewandt werden. Insbesondere
stellt 7 die Struktur
dar, bei welcher der bewegliche Abschnitt 13 an einer Position
befindlich ist, welche niedriger als die eine Oberfläche 11 des
Sensorsubstrats 10 befindlich ist, und 8 stellt die Struktur dar, bei welcher
der Aussparungsabschnitt 24 auf der Rückseitenoberfläche 22 der
Schaltungsleiterplatte 20 gebildet ist.
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In diesen Fällen kann die Siliziumseite
direkt als die Kontaktseite der Sensorleiterplatte 10 bloßgelegt
werden, und sie kann somit direkt auf die Siliziumseite der Rückseitenoberfläche 22 der
Schaltungsleiterplatte 20 in einer Silizium-Silizium-Direktbondtechnik
gebondet werden. Des weiteren kann ein thermischer Oxidfilm auf
wenigstens den Siliziumseiten beider Leiterplatten 10 und 20 gebildet
werden, um das Direktbonden durchzuführen.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht
nur auf den Beschleunigungssensor, sondern ebenfalls auf Sensoren
für eine
dynamische Größe wie einen
Winkelgeschwindigkeitssensor, einen Drucksensor, usw. anwendbar.
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Vorstehend wurde ein Sensor für eine dynamische
Größe offenbart.
Der Sensor für
eine dynamische Größe enthält eine
Sensorleiterplatte (10), welche einen beweglichen Abschnitt
(13) an einer Oberflächenseite
davon und eine Siliziumschicht (14) an einer anderen Oberflächenseite
davon aufweist. Der bewegliche Abschnitt (13) wird unter
Aufbringung einer dynamischen Größe verschoben.
Die Siliziumschicht (14) ist von dem beweglichen Abschnitt
(13) durch einen Isolator (15) getrennt. Der Sensor
für eine
dynamische Größe enthält des weiteren
eine Schaltungsleiterplatte (20), welche elektrische Signale
der Sensorleiterplatte (20) sendet bzw. davon empfängt. Die
Schaltungsleiterplatte (20) ist derart angeordnet, daß sie einer
Oberfläche
der Sensorleiterplatte (10) über einen Lückenabschnitt (30)
gegenüberliegt
und den beweglichen Abschnitt (13) bedeckt. Die Sensorleiterplatte
(10) und die Schaltungsleiterplatte (20) sind
um den Lückenabschnitt
(30) herum derart aufeinander gebondet, daß ein Bondabschnitt (40)
gebildet ist, welcher im wesentlichen den Lückenabschnitt (30)
umgibt und dadurch den Lückenabschnitt
(30) verschließt.