CN101679019A - 集成有振动隔离装置的预成型壳体 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于容纳芯片结构(2)的预成型壳体，其中，该壳体的与该芯片结构(2)连接的部件(1)可弹性偏移地与该壳体的另一部件(3)连接，所述另一部件(3)固定在一承载整个壳体的支撑结构上，其中，两个壳体部件(1，3)不接触。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于容纳芯片结构、特别是微机械传感器的预成型壳体，具有集成在壳体中的振动隔离装置。
背景技术
用于测量转速或加速度的微机械结构式惯性传感器现在是车辆中的主动或者被动安全系统的耐用的组成部分。安全气囊和行驶动力学调节是其它系统的代表。由于传感器信号的错误解释引起的功能故障在这些系统中对安全性具有重大影响。
特别是用于不同的加速度测量和运动测量的微机械传感器必须相对于干扰加速度自保护，避免损坏或者功能故障。这类干扰加速度能够特别地通过经减振不够的支架结构输入耦合振动而作用在各个传感器上。
如果所使用的传感器的部件必须自身以一定频率激发以便能够实施预定的测量，则不希望的振动耦合是特别有问题的。例如基于科里奥利加速度测量的转速传感器就是这种情况，当振荡质量块转动时产生科里奥利加速度。如果干扰加速度的输入耦合以处于这种传感器的激发频率范围内(根据传感器类型不同在1到30kHZ范围内)的频率发生，那么传感器信号错误解释的危险特别大。
因此试图通过结构措施使干扰加速度的影响保持较小。
这样的结构性措施包括选择只小程度地承受干扰加速度的安装位置、承载对干扰加速度敏感的结构元件的组件的减振装配，以及必要时两种措施的组合。当前减振装配的费用相对较高，因为大多必须使整个电路板或者内装器件在振动技术上与车辆的剩余部分脱耦。局限于由干扰加速度引起小负载的安装位置部分地关系到类似高的费用，因为通常不可能或者不希望总是将整套组件或者整个内装器件安置在对于定位微机械传感器成问题的安装位置，由此会在真正的传感器与其后连接的分析计算电子装置之间产生巨大的连接费用。此外部分地需要费用高的行驶试验。
微机械传感器在标准化批量生产过程中带有预备的接触器件包装到壳体中，优选包装到所谓预成型壳体中，这些接触器件通常固定地与较大的电路结构(大多是电路板)或者其它支架连接。通过这些连接发生干扰振动耦合到芯片壳体中和芯片本身中，芯片通常通过芯片结构的具有预备的接收面的侧面的粘接与预成型的壳体的中心区域连接。此外已知用于微机械测量元件的专用壳体，例如由金属制成的焊接的壳体形式(DRS MM1，博世公司)。但这些已知的壳体形式不适合防止干扰加速度的输入耦合。
发明内容
技术任务
本发明的任务在于给出一种可能性：减少用于保护传感器元件防干扰加速度的费用并且特别是在汽车应用中开发用于置入微机械传感器的附加安装位置。
技术方案
根据权利要求1的预成型壳体解决该任务。权利要求2至10给出根据本发明的壳体的有利构型。
本发明的出发点是，至少部分地在传感器元件的壳体中实现传统的、用于与微机械传感器元件相关的振动脱耦和防震动的构件的功能。为此，预成型的壳体这样构造：使得在其上要固定真正的传感器元件、即微机械芯片结构的位置通过同时起减振作用的振动脱耦元件与预成型壳体的其余部分连接，该其余部分与电路板或者可比较的支撑结构连接。在根据本发明的用于接收芯片结构的预成型壳体中，壳体的与芯片结构连接的部件可弹性偏移地与壳体的另一部件借助可弹性变形的介质连接，使得两个壳体部件不接触，所述另一部件固定在承载整个壳体的支撑结构上。在此，在本发明意义上，可弹可变形的介质理解为其附着能力适合于将壳体部件相互持久连接并且其弹性的、减振的体积特性适合于在壳体部件之间的相对运动被足够衰减的情况下允许根据本发明的可偏移性的任意材料。
有益效果
壳体的与芯片结构连接的部件有利地包括一底板，该底板通过可弹性变形的介质与壳体的框架式地包围该底板的另一部件连接，该另一部件被固定在一承载整个壳体的支撑结构上。要接收的芯片结构被固定在该底板上。在合适地选择底板边缘与框架式包围该底板的壳体另一部件之间的间距时能够确保，两个壳体部件即使在这两个壳体部件间相对运动时也不接触，所述相对运动可能在典型干扰加速度期间出现。
证明有利的是，可弹性变形的介质包含硅或者完全由硅构成。此外有利的是，可弹性变形的介质填充在底板和框架式地包围该底板的壳体部件之间的中间空间。如果可弹性变形的介质位于底板和框架式包围该底板的壳体部件之间的中间空间中，其中，可弹性变形的介质的厚度不大于底板的厚度，则能够实现特别好的振动脱耦。至少可弹性变形的介质应当具有这样的分布：该分布负责：在底板垂直于底板延伸平面偏移时主要产生可弹性变形的介质的切应力。
有利的是，与芯片结构连接的壳体部件附加地设置有配重。以这样的方式能够影响要偏转的装置的总质量，以便起机械式低通滤波器作用的该系统通过确定其角频率而适配于预计的干扰加速度。
如果底板与一配重板连接，能够有利地进行所述适配。由此能够将基本上相同造形的底板提供给不同的芯片布置和脱耦，其方式是，这些底板设置有不同的配重板。
两个壳体部件之间的预计的相对运动有利地被局限于一个尺度，使得固定在底板上的微机械传感器芯片通过压焊连接与位于框架式包围该底板的壳体部件上的引线框连接，而不会强烈地加负荷给压焊连接。
附加地可以在底板上固定至少一个ASIC芯片，用于分析计算微机械传感器芯片的信号，该ASIC芯片同样通过压焊连接与位于框架式包围所述底板的壳体部件上的引线框连接。
ASIC芯片与微机械传感器芯片之间的连接也可以通过压焊连接进行。在将可偏移的壳体部件设计为具有配重板的底板时，希望的总质量能够没有问题地适配于不同的芯片结构，而不必在壳体设计中进行固定技术上的改变。
附图说明
借助实施例和附图详细描述本发明。
附图示出：
图1根据本发明的用于振动隔离的系统的振幅传递函数；
图2根据本发明的预成型壳体的剖面图。
具体实施方式
图1示出根据本发明的用于振动隔离的系统的振幅传递函数。该图描绘了两个壳体部件的振动振幅的比例HM(fe)，作为以Hz测量的干扰加速度频率fe的函数。在低频率区域内该值基本上是1。这意味着，输入耦合的振动不被该系统衰减地传递。振动隔离不发生，因为由低频率产生的干扰加速度太小，不能使可弹性变形的介质在值得注意的程度上变形。输入耦合的振动的频率提高导致真正应被保护以防振动的可偏移组件、即带有芯片结构的底板的运动振幅变得比将振动输入耦合的组件、即外壳体部件的振幅更大。底板的振幅在谐振频率时达到最大，这是用于振动隔离的系统中最不利的情况。谐振频率取决于偏移质量和可弹性变形的系统的弹簧常数。频率的进一步提高导致所传递的振幅持续减小，该振幅能够明显地小于输入耦合的振动的振幅。以这样的方式实现一定频率以上的振动隔离。具有相对于谐振频率很大程度上高频的分量的干扰加速度不再可能被输入耦合。
从本例可见，其谐振频率位于1kHz处的本发明装置在10kHz处只将约1％的干扰振幅传递到要保护的芯片结构上。即，这样的壳体结构很好地适合于接收振荡频率高于10kHz的科里奥利传感器，因为这样的话实际上可以忽略类似频率的干扰振动的叠加。
每个频率区域所需要的振动缓冲程度取决于所使用的传感器和其测量任务，但可以借助于根据本发明的预成型壳体以小的费用调整。
图2是根据本发明的预成型壳体的剖面图。该壳体包括两个壳体部件，其中的第一部件以底板1的形式构成并且用于接收要防护干扰加速度的芯片结构2。
第二壳体部件3具有相应的引线框，该引线框包括在侧面突出于壳体的引脚4，这些引脚能够与电路板(没有示出)钎焊连接，由此示例性地在本发明意义上实现在承载整个壳体的支撑结构上的固定。但固定装置的精确的几何尺寸对理解本发明没有作用。重要的是，第二壳体部件3与当前情况下电路板之间的连接能够刚性地进行，使得电路板的振动完全传递到第二壳体部件3上。第二壳体部件3框架式包围底板1，其中在两个壳体部件之间保留间距，该间距确保底板1即使在两个壳体部件1，3之间相对运动期间也不接触第二壳体部件3，这些相对运动在典型干扰加速度期间可能出现。
底板1外边缘与框架式包围该底板1的壳体部件3之间的中间空间确定所述间距，该中间空间用硅(LSR，流体硅橡胶)填充，该硅形成可弹性变形的介质5并且同时通过其良好的附着特性用于将底板1固定在第二壳体部件3上。硅5的厚度大致相当于底板1在与硅5接触的区域中的厚度。由此，可弹性变形的介质5具有这样的分布：该分布负责：在底板1垂直于底板延伸平面偏移时首先主要产生可弹性变形的介质5的切应力。
底板1在其下侧面与一配重板6连接。底板1在其上侧面通过粘接层7与传感器芯片2和ASIC芯片8连接，该ASIC芯片用于首次分析计算由传感器芯片2提供的信号。两个芯片2、8通过压焊连接9与引线框连接并相互连接。
底板1、配重板6和两个芯片2、8形成一可偏转的质量，该质量确定起机械式低通滤波器作用的系统的角频率。该角频率还取决于可弹性变形的系统的弹簧常数，该系统当前通过两个壳体部件1、3之间的中间空间中的硅填充物5形成。起机械式低通滤波器作用的系统的角频率与预计的、一定频率的干扰加速度的适配能够通过配重板6的质量的变化、通过硅填充物5的横截面几何尺寸以及通过硅5(可弹性变形的介质的另一种含义)的材料性能的变化、通过相应的材料选择来进行。
壳体的上侧用一盖10封闭，该盖与底板1上的可偏转组件具有足够的间距，以便在任何时刻保证不接触。
在本实施例中，底板1借助硅5注塑到框架式的第二壳体部件3中，由此在两个壳体部件1、3之间产生气密的连接。为了避免底板1由于例如在温度变化时的压力变化引起自行移动，壳体具有小的孔11，以便在任何时刻能够实现压力平衡。
在示出的壳体结构中容易实现，略微变化底板1装入到第二壳体部件3中时的准确高度。由此能够考虑与有利压焊角度相关的压焊工艺要求。这样，两个壳体部件1、3之间的预期相对运动即使在行程相对大的情况下也能够保持局限于几乎不给压焊连接施加负载的程度内。
如已经描述的，在汽车应用中通常重要的是，使相对低频的干扰加速度保持远离敏感结构。为此，虽然大量芯片质量很小但仍需要装置具有低的谐振频率，这根据本发明通过提高可偏转组件的质量(通过使用配重板6)来支持，但也通过在共同的底板1上设置其它的小的干扰敏感的芯片8来支持。为了能够实现尽管采取所述措施但仍需要的、很小的可弹性变形系统弹簧常数，而不必使用丝很细并且有断裂危险的弹簧结构，根据本发明首先使用具有小弹性模量的材料并且第二选择使该材料在很大程度上承受剪切载荷但避免拉、压应力的横截面构型，该材料以高得多的阻力抵抗拉、压应力。由此也能够借助体积大的可弹性变形系统在垂直于底板1的延伸平面激发时达到所希望的低谐振频率。平行于底板1的复位力的适配通过相应较小地确定可弹性变形的介质5的横截面尺寸来进行。
Claims (10)
1、用于容纳芯片结构(2)的预成型壳体，其特征在于，该壳体的与该芯片结构(2)连接的部件(1)可弹性偏移地与该壳体的另一部件(3)连接，所述另一部件(3)固定在一承载整个壳体的支撑结构上，其中，两个壳体部件(1，3)不接触。
2、根据权利要求1的预成型结构，其特征在于，壳体的与芯片结构(2)连接的部件(1)包括一底板(1)，该底板通过可弹性变形的介质(5)与壳体的框架式地包围该底板(1)的另一部件(3)连接，所述另一部件(3)固定在一承载整个壳体的支撑结构上。
3、根据权利要求2的预成型结构，其特征在于，所述可弹性变形的介质(5)包含硅。
4、根据权利要求2或3的预成型结构，其特征在于，所述可弹性变形的介质(5)填充所述底板(1)和壳体的框架式包围该底板(1)的部件(3)之间的中间空间。
5、根据权利要求2，3或4的预成型结构，其特征在于，可弹性变形的介质(5)位于底板(1)和壳体的框架式包围该底板(1)的部件(3)之间的中间空间中，其中，可弹性变形的介质(5)的厚度不大于底板(1)的厚度。
6、根据权利要求2至5之一的预成型结构，其特征在于，可弹性变形的介质(5)具有这样的分布：在底板(1)垂直于其延伸平面偏转时主要产生可弹性变形的介质(5)的切应力。
7、根据权利要求1至6之一的预成型结构，其特征在于，壳体(1)的与芯片结构(2)连接的部件设置有配重。
8、根据权利要求2至7之一的预成型结构，其特征在于，底板(1)与配重板(6)连接。
9、根据权利要求2至8之一的预成型结构，其特征在于，一微机械传感器芯片(2)固定在底板(1)上，该传感器芯片通过压焊连接(9)与一引线框连接，该引线框位于壳体的框架式包围该底板(1)的部件(3)上。
10、根据权利要求9的预成型结构，其特征在于，在底板(1)上固定一用于分析计算微机械传感器芯片(2)的信号的ASIC芯片(8)，该ASIC芯片通过压焊连接(9)与位于壳体的框架式包围该底板(1)的部件(3)上的引线框以及微机械传感器芯片(2)连接。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20100324 |