DE3006312C2 - Verfahren zur Herstellung eines Detektors für mechanische Schwingungen - Google Patents

Description

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Signal wird an den Elektroden 4 und 6 abgenommen und an einen Verstärker 7 angelegt- Zur Erleichterung der elektrischen Verbindung ist die Elektrode 6 mit einem Anschlußteil 6a versehen, der sich einstückig seitlich am von der Aussparung 2 abgewandten Ende der Elektrode erstreckt

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Verstärker 7 in Form eines integrierten Schaltkreises 7a ausgebildet und auf dem Träger 1 in der Nähe des Meßwertwandlers 3 angeordnet Die beiden Eingänge des Verstärkers 7 sind mit Leiterbahnen Sa und 86 verbunden. Das vom Verstärker 7 abgewandte Ende der Leiterbahn 8a ist mit einem Anschlaßteil 4a der ersten Elektrode 4 verbunden und dementsprechend ist das vom Verstärker 7 abgewandte Ende der Leiterbahn 86 mit einen» Anschiußteil 6a der zweiten Elektrode 6 verbunden. Das im Meßwertwandler erzeugte Signal wird im Verstärker 7 verstärkt und über Leiterbahnen 9a und 96, die aus dem Verstärker herauskommen, abgenommen.

Der Detektor für mechanische Schwingungen wird wie im folgenden beschrieben hergestellt

Als erstes wird auf der Oberfläche des Trägers 1 die erste Elektrodenschicht 4 und ein Anschlußteil 4a zusammen mit den Elektrodenbahnen 8a, 86, 9a und 96 mittels irgendeines bekannten Beschichtungsverfahrens, wie beispielsweise Drucken, Kathodenzerstäubung etc, aufgebracht Dann wird ein Teil des Trägers 1 unter und um das freie Ende der ersten Elektrodenschicht 4 gegenüberliegend der Leiterbahn 8a mit einer Aussparung 2 durch eines der bekannten Ätzverfahren, die Chemikalien oder Trägergas verwenden, versehen. Bei der Ausführung des Ätzvorganges sollte die Chemikalie oder das Trägergas unter Berücksichtigung des Materials der Eiekirodensehieht 4 ausgewählt werden, um eine Beeinträchtigung der Elektrodenschicht 4 zu verhindern. Da die Elektrodenschicht 4 eine vergleichsweise geringe Breite aufweist, kann das Ätzmittel in die Trägerschicht 1 unter der Schicht 4 eindringen.

Nach dem Ätzen der Aussparung 2 wird ein Material mit piezoelektrischen Eigenschaften, wie beispielsweise ZnO oder CdS, auf der Elektrodenschicht 4 niedergeschlagen, um die piezoelektrische Schicht 5 zu bilden. Das Beschichten mit dem piezoelektrischen Material kann durch irgendeines der bekannten Verfahren, wie beispielsweise Kathodenverstäubung, erfolgen. Um eine unerwünschte Verbindung der Elektrodenschicht 4 mit dem Anschlußteil 6a, der im nächsten Arbeitsgang hergestellt wird, zu verhindern, wird die piezoelektrische Schicht 5 teilweise breiter als die Elektrodenschicht 4 ausgebildet, um eine Kante der Elektrodenschicht 4 insbesondere im Bereich in der Nähe der Leiterbahn 86 zu bedecken. Dann wird die piezoelektrische Schicht 5 mit einem elektrisch leitfähigen Material, wie beispielsweise einem Aluminium, mittels eines bekannten Verfahrens, wie beispielsweise Beschichten aus der Dampfphase, beschichtet, um die Elektrodenschicht 6 zusammen mit dem Anschlußteil 6a zu bilden. Da der Anschlußteil 6a direkt auf der Leiterbahn 86 niedergeschlagen werden kann, ist kein Schweißvorgang zur eo Verbindung des Anschlußteils 6a mit der Leiterbahn 86 erforderlich. Nachdem der Meßwertwandler 3 durch die vorstehend beschriebene Arbeitsschritte fertiggestellt ist, kann der Verstärker 7 auf dem Träger 1 in bekannter Art und Weise montiert werden.

Anzumerken ist, daß der Arbeitsschritt zur Herstellung der Aussparung 2 nach der Fertigstellung des Meßwertwandlers 3 ausgeführt werden kann.

Bei der in der Fig.4 gezeigten Ausführungsforrn überbrückt der Meßwertwandler 3 die Aussparung 2 und ist mit seinen einander gegenüberliegenden Enden an dem Träger 1 befestigt

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1 2 Wesentlich kleiner ist ein vorbekannter Detektor für Patentansprüche: mechanische Schwingungen aufgebaut (DE-AS 23 13574, Fig. 13). Dieser Detektor besteht aus einem

1. Verfahren zur Herstellung eines Detektors für piezoelektrischen Plättchen, das am Rand einer Ausnehmechanische Schwingungen mit einem Substrat und 5 mung in einem Substrat angeordnet ist, so daß es über einem darauf angeordneten dünnen schichtförmigen der Ausnehmung frei schwingen kann. Das piezoelektri-Wandlerelement, wobei sich zwischen dem Wand- sehe Plättchen muß dabei aber immernoch eine gewisse lerelement und dem Substrat eine Aussparung befin- Mirtdestgröße haben, da es als selbständiges Element det, ein Teil des Wandlerelementes mit dieser Aus- hergestellt und zur Aufbringung auf dem Substrat gesparung überlappt und das Wandlerelement bei Auf- to handhabt werden muß.

nähme von mechanischen Schwingungen ein elektri- Die Aufgabe der Erfindung besteht demgegenüber

sches Signal entsprechend der äußeren mechani- darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Detektors für

sehen Schwingung erzeugt, dadurch gekenn- i;;echanische Schwingungen mit einem sehr dünnen und

zeichnet, daß als Substrat ein Halbleitermaterial kleinen Wandlerelement anzugeben,

verwendet wird, und die Aussparung (2) nach Auf- 15 Die erfindungsgemäße Lösung ergibt sich aus dem

bringung wenigstens einer Schicht (4) des Wandler- kennzeichnenden Teil des neuen Hauptanspruchs. Wei-

elementes (3) durch Ätzen gebildet wird. tere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteran-

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- sprächen genannt.

zeichnet, daß die Aussparung (2) nach Aufbringung Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das

wenigstens von zwei Schichten (4, 5) des Wandler- 20 Wandlerelement auf dem Substrat wenigstens teilweise

elementes(3) gebildet wird. aufgebaut; anschließend wird (dazu braucht das Wand-

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch lerelement nicht berührt zu werden) die Aussparung gekennzeichnet, daß die Aussparung (2) nach Auf- unter einem Teil des Wandlerelements durch Ätzen erbringung von drei Schichten (4) des Wandlerelemen- zeugt, was in dem Halbleitersubstrat mit den für diese tes (3) gebildet wird. 25 Materialien bekannten Techniken sehr genau und präzise durchgeführt werden kann.

Halbleitersubstrate sind zwar im Zusammenhang mit

elektroakustischen Wandlern bekannt (DE-AS 12 52 258); der Aufbau der entsprechenden Kondensa-

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Ober- 30 tormikrofone ist aber grundsätzlich verschieden von

begriff des Anspruchs 1- denjenigen der Detektoren, die nach dem erfindungsge-

Ein bekannter, den Piezoeffekt ausnutzender Detek- mäßen Verfahren hergestellt werden können,

tor für mechanische Schwingungen ist in der F i g. 1 ge- Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wer-

zeigt und besteht aus einem metallischen Freiträger 10. den anhand der folgenden Figuren beschrieben. Es zeigt

der im wesentlichen T-förmig ausgebildet ist und fest 35 F i g. 1 einen herkömmlichen Detektor für mechani-

auf einer Grundplatte befestigt ist Das piezoelektrische sehe Schwingungen in perspektivischer Ansicht, wie

Plättchen 11 aus Keramik ist an einer Seite des Freiträ- vorstehend bereits beschrieben;

gers 10 angeklebt,um die mechanische Schwingung auf- Fig.2 einen Detektor für mechanische Schwingun-

nehmen zu können, die durch im Freiträger 10 durch gen, der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren herge-

Anlegen einer äußeren Vibration an das freie Ende des- 40 stellt ist;

Trägers 10 gegenüber der Grundplatte erzeugt wird. F i g. 3 den Detektor gemäß F i g. 2 im Schnitt entlang

Durch den piezoelektrischen Effekt erzeugt das Platt- der Linie IH-III;

chen 11 ein der Schwingung entsprechendes elektri- Fig.4 eine andere Ausführungsform des Meßwert-

sches Signal. Das von dem Plättchen 11 erzeugte Signal Wandlers in einer Ansicht gemäß der F i g. 3.

wird zwischen der Elektrode 12 am piezoelektrischen 45 In den Figuren werden gleiche Teile mit gleichen Be-

Plättchen 11 und dem Träger 10 abgenommen und dann zugsziffern bezeichnet

über zwei Leitungsdrähte an einen Verstärker 13 zur Wie in den F i g. 2 und 3 dargestellt, besteht ein DeVerstärkung des erzeugten Signals angelegt tektor für mechanische Schwingungen aus einem Trä-

Bei dem vorstehend beschriebenen herkömmlichen ger 1 aus Halbleitermaterial wie beispielsweise Silizium, Detektor für mechanische Schwingungen stellt der Frei- 50 dor mit einer Aussparung 2 in der einen Oberfläche träger 10 den Hauptteil der Einrichtung dar und muß versehen ist. Ein länglicher Meßwertwandler 3 besteht eine ausreichende Größe aufweisen, um die mechani- aus einer dünnen Schicht 5 aus einem Material mit piesche Schwingung auf das piezoelektrische Plättchen 11 zoelektrischen Eigenschaften und einer ersten und mit so wenig Dämpfung wie möglich übertragen zu kön- zweiten Elektrodenschicht 4 und 6, die jeweils auf den nen. Darüber hinaus ist das vom piezoelektrischen Platt- 55 einander gegenüberliegenden Seiten der Piezoschicht 5 chen 11 erzeugte Signal vergleichsweise klein, da die füreinander geschichtet sind. Ein Ende des Meßwertäußere Schwingung auf das piezoelektrische Plättchen wandlers 3 ist am Träger 1 so angebracht oder befestigt, 11 über den Freiträger 10 übertragen wird. daß die erste Elektrode 4 auf der Oberfläche des Trä-

Deshalb ist es bei herkömmlichen Detektoren für me- gers 1 liegt und das andere Ende des Meßwertwandlers

chanische Schwingungen schwierig, die Größe des De- 60 3 die Aussparung 2 so überlappt, daß der überlappende

tektors zu verkleinern, den Verstärker in der Einrich- Teil des Meßwertwandlers bei Aufnahme einer äußeren

tung einzubauen und die Empfindlichkeit in bezug auf Schwingungskraft P, die von einer äußeren Schwingein-

die äußere Schwingung zu erhöhen. richtung (nicht dargestellt) angelegt wird, schwingen

Diese Nachteile sind insbesondere dann schwerwie- kann. Die mechanische Schwingung des Meßwertwand-

gend, wenn der Detektor für mechanische Schwingun- 65 lers 3 bewirkt aufgrund des piezoelektrischen Effektes,

gen in einem kleinen Gerät, wie beispielsweise einem daß die piezoelektrische Schicht 5 ein elektrisches Si-

Mikrophon oder Meßwertgeber, aufgenommen werden gnal entsprechend der mechanischen Schwingung er-

soll. zeugt. Das in der piezoelektrischen Schicht 5 erzeugte