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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Winkelgrössensensor des Vibrationstyps,
der einen Oszillator antreibt und in Vibration versetzt, um eine Winkelgeschwindigkeit
zu erkennen.
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Ein
Winkelgrössensensor
des Vibrationstyps wird beispielsweise dadurch gebildet, dass ein
Halbleitersubstrat geätzt
wird, um einen Basisabschnitt, einen Oszillator und Treiberelektroden
für diesen
Oszillator zu bilden. Bei dieser Art von Winkelgrössensensor
werden Wechselstromsignale (d.h. Treibersignale) mit einander entgegengesetzten
Phasen an ein Paar von Treiberelektroden angelegt, um zu veranlassen,
dass der Oszillator in einer bestimmten Richtung vibriert. Wenn
irgendeine Winkelgeschwindigkeit in einem Zustand angelegt wird,
in welchem der Oszillator regulär
in der bestimmten Richtung vibriert, beginnt der Oszillator damit,
aufgrund einer Coriolis-Kraft in Antwort auf die angelegte Winkelgeschwindigkeit
in einer Richtung senkrecht hierzu zu vibrieren. Der Winkelgrössensensor
des Vibrationstyps hat Erkennungselektroden, welche eine Änderung
in der elektrostatischen Kapazität
erkennen, die aufgrund dieser Vibration auftritt, um somit die angelegte
Winkelgeschwindigkeit zu erkennen.
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Bei
dieser Art von Winkelgrössensensor üben thermische
Belastungen, welche von aussen her auf den Sensorchip einwirken
und/oder Vibrationen, welche von aussen her auf den Sensorchip übertragen
werden, nachteilige Einflüsse
auf die Winkelgeschwindigkeits-Erkennungsgenauigkeit des Sensors
aus. Von daher ist es bei einem Winkelgrössensensor notwendig, dass
er ausreichend Eigenschaft hat, thermische Belastungen abfangen
oder aufneh men zu können
und dass die Vibrationsfestigkeits-Eigenschaften sichergestellt
sind.
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Die
offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2000-249562 (nachfolgend als "Stand der Technik
1" bezeichnet) beschreibt
einen Winkelgrössensensor,
der in der Lage ist, einen Bondierbereich mit geeigneten Hohlräumen in
einer Packung zu verringern, um thermische Belastungen aufzunehmen. Die
japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. 2003-21647 (nachfolgend
als "Stand der Technik
2" bezeichnet) beschreibt
eine Anordnung, die in der Lage ist, thermische Belastungen aufzunehmen
oder aufzufangen, indem ein Silikonkleberfilm verwendet wird, um
einen Sensorchip und einen Schaltkreischip miteinander zu verbinden.
Weiterhin beschreibt die offengelegte japanische Patentanmeldung
Nr. 2000-44667 (nachfolgend als "Stand
der Technik 3" bezeichnet)
einen Winkelgrössensensor,
der Vibrationsfestigkeits-Eigenschaften durch einen Gummivibrationsisolator
sicherstellt, der eine Packung trägt, in der ein Oszillator angeordnet
ist.
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Die
Sensoranordnung nach dem obenbeschriebenen Stand der Technik 1 ist
jedoch nachteilhaft insofern, als ein zusätzlicher Herstellungsschritt (oder
eine Bearbeitung) notwendig ist, um eine komplizierte Oberfläche in der
Packung auszubilden. Die erhöht
die Herstellungskosten. Weiterhin neigt die Bondfestigkeit zwischen
dem Oszillator und der Packung dazu, unvollständig zu sein. Dies wiederum verschlechtert
die Frequenzcharakteristiken der gesamten Sensorstruktur. Der obenbeschriebene Stand
der Technik 2 offenbart nichts bezüglich Vibrationsfestigkeits-Eigenschaften
des Winkelgrössensensor.
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Weiterhin
macht der Winkelgrössensensor nach
dem obenbeschriebenen Stand der Technik 3 zusätzliche Teile notwendig, welche
speziell vorbereitet werden müssen,
um die Vibrationsfestigkeits-Eigenschaften zu verbessern. Dies erhöht die Kosten.
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Angesichts
der obigen Probleme hat die vorliegende Erfindung zur Aufgabe, einen
Winkelgrössensensor
zu schaffen, bei dem ein Sensorchip, der mit einem Schaltkreischip
zusammenlaminiert ist, in der Lage ist, die Vibrationsfestigkeits-Eigenschaften des
Sensorchips zu verbessern und wobei weiterhin thermische Belastungen
aufgrund eines Kleberfilms aufgenommen oder aufgefangen werden können.
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Zur
Lösung
der obigen und weiterer zugehöriger
Aufgaben schafft die vorliegende Erfindung einen Winkelgrössensensor
mit einem Sensorchip und einem Schaltkreischip. Der Sensorchip hat
einen Oszillator, der so betrieben wird, dass er mit einer bestimmten
Frequenz vibriert und erkennt eine Winkelgeschwindigkeit, die um
eine bestimmte Drehachse herum an den Oszillator angelegt wird.
Der Schaltkreischip, der mit dem Sensorchip zusammenlaminiert ist,
weist an einer Oberfläche
einen Schaltkreis auf, der zur Erkennung der Winkelgeschwindigkeit basierend
auf einem Signal ausgelegt ist, das vom Sensorchip erhalten wird.
Der Sensorchip und der Schaltkreischip sind mit einem Klebfilm miteinander verbunden.
Eine Resonanzfrequenz des Sensorchips ist geringer als eine Treiberfrequenz
des Oszillators unter der Bedingung, dass eine Einstellung wenigstens
an der Ausgestaltung oder dem Elastizitätskoeffizienten des Klebfilms
erfolgt.
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Bei
dem Winkelgrössensensor
gemäss
der vorliegenden Erfindung erfolgt eine Einstellung wenigstens entweder
an der Ausgestaltung oder dem Elastizitätskoeffizienten des Klebfilms,
um die Beziehung dahingehend zu erfüllen, dass die Resonanzfrequenz
des Sensorchips kleiner als die Treiberfrequenz des Oszillators
wird. Damit wird es mög lich, die
Vibrationsfestigkeits-Eigenschaften des Sensorchips zu verbessern.
Weiterhin hat der Klebfilm, der zum Zusammenbonden des Schaltkreischips
mit dem Sensorchip verwendet wird, eine geringere Elastizität und demzufolge
wird es möglich,
thermische Belastungen aufzunehmen oder aufzufangen und zu verhindern,
dass sich Verformungen oder Verwerfungen des Klebfilms auf den Sensorchip
fortpflanzen. Bei dem Winkelgrössensensor
der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, wenn sich als Ergebnis
der an wenigstens entweder der Formgebung oder an dem Elastizitätskoeffizienten
des Klebfilms erfolgenden Einstellung ergibt, dass eine Beziehung erfüllt wird,
bei der die Resonanzfrequenz des Sensorchips um (1/2)½-mal
kleiner als die Treiberfrequenz des Oszillators wird. Mit dieser
Beziehung wird es möglich,
Vibrationen des Sensorchips mit Sicherheit abzuschwächen oder
zu dämpfen,
auch dann, wenn die Vibrationen des Sensorchips über den Schaltkreischip und
die Packung übertragen
und auf den Sensorchip zurückgeführt werden.
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Bei
dem Winkelgrössensensor
der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, wenn der Klebfilm aus
einer Mehrzahl von Klebfilmabschnitten besteht, welche separat zwischen
dem Sensorchip und dem Schaltkreischip angeordnet sind, wobei die
Mehrzahl von Klebfilmabschnitten symmetrisch um einen Drehmittelpunkt
des Oszillators im Sensorchip herum und von dem Drehmittelpunkt
beabstandet angeordnet sind. Mit dieser Anordnung wird es möglich, die Vibrationsfestigkeits-Eigenschaften
des Sensorchips sicherzustellen und zu verhindern, dass der Resonanzpunkt
im Rotationsmodus absinkt. Weiterhin wird es möglich, eine geeignete Erkennungsempfindlichkeit
für die
Winkelgeschwindigkeit sicherzustellen.
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Weiterhin
stellt zur Lösung
der obengenannten und anderer zugehöriger Aufgaben die vorliegende
Erfindung ei nen anderen Winkelgrössensensor bereit
mit einem Sensorchip, einem Schaltkreischip und einer Packung. Der
Sensorchip, der einen Oszillator hat, der zur Vibration mit einer
bestimmten Frequenz angetrieben wird, erkennt eine Winkelgeschwindigkeit,
welche auf den Oszillator um eine bestimmte Drehachse herum angelegt
wird. Der Schaltkreischip, der mit dem Sensorchip zusammenlaminiert
ist, weist an einer Oberfläche
einen Schaltkreis auf, der zur Erkennung der Winkelgeschwindigkeit basierend
auf einem Signal vom Sensorchip ausgelegt ist. Die Packung nimmt
den Schaltkreischip auf, der mit dem Sensorchip zusammenlaminiert
ist. Der Schaltkreischip und die Packung sind mittels eines Klebfilms
zusammengebondet. Zumindest entweder die Ausgestaltung oder der
Elastizitätskoeffizient
des Klebfilms wird so eingestellt, dass eine Bedingung realisiert
wird, bei der eine Resonanzfrequenz einer zusammengefassten Einheit
aus Sensorchip und Schaltkreischip kleiner als eine Treiberfrequenz
des Oszillators wird. Auch bei dieser Anordnung wird es möglich, die
Vibrationsfestigkeits-Eigenschaften des Sensorchips zu verbessern.
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Weitere
Einzelheiten, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben
sich besser aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Zusammenschau
mit der beigefügten
Zeichnung.
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Es
zeigt:
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1 in
Draufsicht einen Winkelgrössensensor
gemäss
einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
Schnittdarstellung durch den Winkelratensensor gemäss der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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3 in
einer graphischen Darstellung die Beziehung zwischen der Treiberfrequenz
fd eines Oszillators in einem Sensorchip und der strukturellen Resonanzfrequenz
fm des Sensorchips gemäss
der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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4 eine
Draufsicht auf ein praktisches Beispiel eines Klebfilms an einem
Schaltkreischip gemäss
der ersten Ausführung
der vorliegenden Erfindung;
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5 in
Draufsicht ein anderes praktisches Beispiel eines Klebfilms an einem
Schaltkreischip gemäss
der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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6 eine
Draufsicht auf ein praktisches Beispiel einer Mehrzahl von Klebfilmabschnitten
an einem Schaltkreischip gemäss
einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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7 eine
Draufsicht auf ein anderes praktisches Beispiel der Mehrzahl von
Klebfilmabschnitten, die an einem Schaltkreischip gemäss der zweiten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung angeordnet sind;
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8 eine
Draufsicht auf ein anderes praktisches Beispiel der Mehrzahl von
Klebfilmabschnitten, die an einem Schaltkreischip gemäss der zweiten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung angeordnet sind;
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9 eine
Draufsicht auf ein anderes praktisches Beispiel der Mehrzahl von
Klebfilmabschnitten, die an einem Schaltkreischip gemäss der zweiten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung angeordnet sind;
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10 eine
Draufsicht auf ein praktisches Beispiel der Mehrzahl von Klebfilmabschnitten,
die an einem Schaltkreischip gemäss
einer dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung angeordnet sind;
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11 eine
Draufsicht auf ein anderes praktisches Beispiel der Mehrzahl von
Klebfilmabschnitten, die an einem Schaltkreischip gemäss der dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung angeordnet sind; und
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12 eine
Schnittdarstellung durch den Winkelgrössensensor gemäss einer
vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf
die beigefügte
Zeichnung beschrieben.
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Erste Ausführungsform
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Nachfolgend
wird eine erste Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 beschrieben.
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1 ist
eine Draufsicht und 2 eine Schnittdarstellung jeweils
eines Winkelgrössensensors
S1 gemäss
einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Gemäss
den 1 und 2 weist der Winkelgrössensensor
S1 eine Keramikpackung 1 auf, welche einen Basisabschnitt
des Sensors S1 bildet. Der Sensor S1 ist an einem geeigneten Abschnitt
eines messtechnisch zu überwachenden
Bauteils angeordnet. An einem Boden der Keramikpackung 1 ist
ein Schaltkreischip 3 angeordnet und dort mittels eines
Klebers 2 gehalten.
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Ein
Bondierabschnitt, der einen Bereich definiert, wo ein Sensorchip 5 angeordnet
ist, ist an einer oberen Oberfläche
des Schaltkreischips 3 vorgesehen. Der Sensor chip 5 ist
an diesem Bondierabschnitt mittels eines Klebfilms 4 anlaminiert.
Bei dieser Ausführungform
ist der Klebfilm 4 ein Film aus der Silikongruppe mit niedriger
Elastizität
und geeigneten viskoelastischen Eigenschaften.
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Der
Sensorchip 5 und der Schaltkreischip 3 sind miteinander über eine
Anzahl von Bonddrähten 6 elektrisch
verbunden. Der Schaltkreischip 3 und die Keramikpackung 1 sind
elektrisch miteinander über eine
Mehrzahl weiterer Bonddrähte 7 verbunden. Eine
Keramikabdeckung 8 ist nahe einer oberen Öffnung der
Keramikpackung 1 angeordnet.
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Der
Sensorchip 5, der einen Sensorabschnitt hat, welcher eine
Winkelgeschwindigkeit (d. h. eine physikalische Grösse) erkennt,
ist als Erkennungselement zur Erkennung der Winkelgeschwindigkeit vorgesehen.
Der Sensorchip 5 weist einen Basisabschnitt auf, auf welchem
Treiberelektroden und Erkennungselektroden durch Ätzen ausgebildet
sind, beispielsweise aus einem Siliziumsubstrat und weist auch einen
einzelnen Oszillator auf, der über
einen Antriebsausleger an dem Basisabschnitt gelagert ist.
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Der
Sensorchip 5 kann unter einem Zustand oder einer Bedingung,
dass der Oszillator regulär
mit einer bestimmten Frequenz vibrationsbetrieben wird, eine Winkelgeschwindigkeit
aufnehmen, welche an den vibrierenden Oszillator um eine bestimmte
Rotationsachse herum angelegt wird. Eine unter diesen Umständen erzeugte
Corioliskraft verursacht eine Verschiebung des Oszillators. Der
Sensorchip 5 hat wenigstens eine bewegliche Elektrode und
wenigstens eine ortsfeste Elektrode, welche zusammen eine elektrostatische
Kapazitätsänderung
(d. h. ein elektrisches Signal) bewirken, welches die angelegte Winkelgeschwindigkeit
darstellt. Somit erzeugt der Sensorchip 5 ein elektrisches
Signal, welches die Winkelgeschwindig keit darstellt und gibt dieses
an den Schaltkreischip 3 aus.
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Weiterhin
hat der Schaltkreischip 3 einen Schaltkreisabschnitt, der
hierauf ausgebildet ist, um eine Winkelgeschwindigkeit basierend
auf einem Signal von dem Sensorchip 5 zu erhalten. Beispielsweise
kann der Schaltkreischip 3 durch Ausbilden von MOS-Transoren
und bipolaren Transistoren auf einem Siliziumsubstrat mittels eines
allgemein bekannten Halbleiterherstellungsprozesses gebildet werden. Der
Schaltkreischip 3 hat die Fähigkeit, ein elektrisches Signal
zu verarbeiten, welches vom Sensorchip 5 eingegeben wird
und ein verarbeitetes Signal auszugeben. Der Sensorchip 5 sendet
ein elektrisches Signal (welches eine Kapazitätsänderung wiedergibt) an den
Schaltkreischip 3. Der Schaltkreischip 3 weist
einen C/V-Wandlerschaltkreis
auf, der das eingegebene Signal in ein Spannungssignal wandelt und
gibt das gewandelte Spannungssignal als Winkelgeschwindigkeitssignal
aus.
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Bei
dem oben beschriebenen Winkelgrössensensor
S1 werden Vibrationen des angetriebenen Oszillators im Sensorchip 5 entlang
dem Weg Sensorchip 5 → Schaltkreischip 3 → Packung 1 übertragen.
Dann werden diese Vibrationen entlang dem umgekehrten Weg von Packung 1 → Schaltkreischip 3 → Sensorchip 5 übertragen.
Die Vibrationen, welche von aussen her in den Sensor 5 eindringen
oder zu diesem zurückkehren,
haben nachteilige Effekte auf die Erkennungsgenauigkeit der Winkelgeschwindigkeit
im Sensorchip 5. Daher wird bei dieser Ausführungsform
eine Resonanzfrequenz fm des Sensorchips 5 kleiner als
eine Treiberfrequenz fd des Oszillators im Sensorchip 5 gesetzt.
Diese Festsetzung bringt den Effekt der Verbesserung der Vibrationsfestigkeits-Eigenschaften
des Sensorchips 5.
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3 ist
eine Graphik, welche die Beziehung zwischen der Treiberfrequenz
fd des Oszillators im Sensorchip 5 und der strukturellen
Resonanzfrequenz fm des Sensorchips 5 zeigt.
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Im
allgemeinen sind die mechanischen Frequenzcharakteristiken einer
Masse wie folgt:
Wenn die Vibrationsfrequenz der Masse ausgehend von
Null mit einem Anstieg beginnt, wächst die Vibrationsverschiebung
allmählich
mit ansteigender Frequenz an und ist bei der Resonanzfrequenz der
Masse auf einem Maximum.
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Nach
Durchlaufen der Resonanzfrequenz nimmt die vibratorische Verschiebung
kontinuierlich ab und erreicht wieder den Ausgangswert (d. h. eine Verschiebung
bei der Frequenz Null), wenn die Vibrationsfrequenz der Masse einen
Wert 2½ mal
der Resonanzfrequenz der Masse erreicht. Dann nimmt die vibratorische
Verschiebung allmählich
mit ansteigender Vibrationsfrequenz ab und wird demzufolge kleiner
als der Ausgangswert (d. h. der Verschiebung bei der Frequenz Null).
Wie sich aus der obigen Frequenzcharakteristik ergibt, ist es möglich, die
vibratorische Verschiebung (d. h. die Vibrationsamplitude) abzuschwächen oder
zu dämpfen,
wenn die Masse Vibrationen in einem Frequenzbereich bewirkt, wo die
Verschiebung kleiner als der Ausgangswert wird (d. h. die Verschiebung
bei der Frequenz Null).
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Somit
ist bei dieser Ausführungsform
der Sensorchip so angeordnet, dass er die Beziehung erfüllt, dass
die Treiberfrequenz fd des Oszillators im Sensorchip 5 2½ × grösser als
die strukturelle Resonanzfrequenz fm des Sensorchips 5 ist
(d. h. fd > 2½ × fm). Diese
Festlegung bringt den Effekt der Verringerung der Abschwächung oder
des Dämpfungsbetrags
auf einem Pegel unter 1. Damit wird es möglich, die Vibrationen des
Sensorchips 5 auch in ei nem Fall abzuschwächen oder
zu dämpfen,
bei dem die Vibrationen des Sensorchips 5 über den
Schaltkreischip 3 und die Packung 1 auf den Sensorchip 5 übertragen und
zurückgeführt werden.
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Gemäss dieser
Ausführungsform
wird eine geeignete Einstellung bei der Ausgestaltung des Klebfilms 4 angewendet,
so dass die Resonanzfrequenz fm des Sensorchips 5 kleiner
wird. Genauer gesagt, für
den Fall, dass der Klebfilm 4 als Feder betrachtet wird
und der Sensorchip 5 als Gewicht betrachtet wird, kann
die Resonanzfrequenz fm des Sensorchips 5 basierend auf
einer Federkonstante des Klebfilms 4 und der Masse des
Sensorchips 5 bestimmt werden. Die Federkonstante des Klebfilms 4 kann
durch Einstellen des Bondierungsbereichs, der Dicke oder der physikalischen
Eigenschaften (z. B. Elastizitätskoeffizient)
eingestellt werden. Die 4 und 5 sind Draufsichten
auf praktische Beispiele der Ausgestaltung des Klebfilms 4,
der auf dem Schaltkreischip 3 angeordnet wird. In 4 und 5 stellt
die Strich-Doppelpunkt-Linie den Sensorchip 5 dar. Wie
in den 4 und 5 gezeigt, ist der Klebfilm 4 bei
dieser Ausführungsform
in einem mittigen Bereich des Sensorchips 5 angeordnet
und in seinem Bereich oder seiner Fläche kleiner als der Sensorchip 5.
Eine Verringerung des Bondierbereichs des Klebfilms 4 auf
diese Weise bringt den Effekt einer Verringerung der Federkonstante.
Somit kann diese Ausführungsform
die Resonanzfrequenz fm des Sensorchips 5 verringern. wie
weiterhin vergleichend in den 4 und 5 gezeigt,
kann eine geeignete Änderung
der Ausgestaltung des Klebfilms 4 abhängig von der Masse des Sensorchips 5 eine konstante
Vibrationsfestigkeits-Eigenschaft realisieren.
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Weiterhin
bringt eine Erhöhung
der Dicke des Klebfilms 4 den Effekt, dass die Federkonstante verringert
wird. Eine Verringerung des Elastizitätskoeffizienten des Klebfilms 4 bringt
darüber
hinaus den Effekt eine Verringerung der Federkonstante. Um somit
die obige Beziehung fd > 2½ × fm abhängig von der
Masse des Sensorchips 5 zu erfüllen, ist es bevorzugt, die
strukturelle Resonanzfrequenz fm des Sensorchips 5 durch
Einstellen der Fläche,
der Dicke und der physikalischen Eigenschaften (z. B. Elastizitätskoeffizient)
des Klebfilms 4 entweder für sich alleine oder in Kombination
einzustellen.
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Bei
der Bestimmung praktischer Werte der Treiberfrequenz fd des Oszillators
im Sensorchip 5 und der strukturellen Resonanzfrequenz
fm des Sensorchips 5 ist es wünschenswert, die obige Beziehung
von fd > 2½ × fm zu
erfüllen.
Sofern jedoch die Beziehung fd > fm
erfüllt
ist, ist es möglich,
die Vibrationsfestigkeits-Eigenschaften des Sensorchips 5 zu verbessern.
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Weiterhin
ist der Klebfilm 4 ein viskoelastisches Material und hat
demzufolge ausreichend Dämpfungseigenschaften
zum Abschwächen
oder Dämpfen
der Vibrationen. Mit anderen Worten, der Klebfilm 4 hat
am Resonanzpunkt einen niedrigen Q-Wert. Eine Änderung in der Nähe des Resonanzpunkts
ist demzufolge klein und eine Änderung
der Charakteristik ist gering.
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Weiterhin
hat der Klebfilm 4 eine niedrige Elastizität und kann
thermische Belastungen aufnehmen oder auffangen. Dies ist wirksam
dahingehend, Verformungen des Klebfilms 4 daran zu hindern,
auf den Sensorchip 5 übertragen
zu werden. Damit wird es möglich, Änderungen
der Chipeigenschaften aufgrund einer Änderung des Elastizitätskoeffizienten
im Klebfilm 4 zu unterdrücken.
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Zweite Ausführungsform
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Eine
zweite Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezug auf die 6 bis 9 beschrieben.
Die zweite Ausführungsform
unterscheidet sich von der obigen ersten Ausführungsform dahingehend, dass
der Klebfilm 4 in eine Mehrzahl von Klebfilmabschnitten
getrennt oder unterteilt ist.
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Die
obige erste Ausführungsform
kann die Vibrationsfestigkeits-Eigenschaften verbessern. Für den Fall
jedoch, dass die Fläche
des Betriebsfilm 4 an nur einem Punkt entsprechend dem
Mittenbereich des Sensorchips 5 verringert wird, verringert
sich der Resonanzpunkt des Rotationsmodus im Sensorchip 5.
Genauer gesagt, wenn eine Winkelgeschwindigkeit um eine Rotationsachse
herum angelegt wird, wird die Rotationskraft entlang des Wegs Packung 1 → Schaltkreischip 3 → Sensorchip 5 übertragen.
Für den
Fall, dass die Fläche
des Klebfilms 4 an nur einem Punkt entsprechend dem Mittenbereich
des Sensorchips 5 verringert wird, wird der Bondierabschnitt
mit dem Schaltkreis 3 und dem Sensorchip 5 nahe
am mittigen Bereich des Sensorchips 5 (d. h. dem Rotationszentrum)
angebracht. Damit wird die Übertragungsdistanz
der Rotationskraft kürzer.
Im Ergebnis kann die Rotationskraft nicht ohne weiteres auf den
Sensorchip 5 übertragen
werden. Der Resonanzpunkt in dem Rotationsmodus nimmt ab und die Erkennungsempfindlichkeit
des Winkelgeschwindigkeitssensors verschlechtert sich.
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Die
zweite Ausführungsform
verwendet den Klebfilm 4 bestehend aus einer Mehrzahl von
Klebfilmabschnitten, welche separat voneinander angeordnet sind.
Die Mehrzahl von Klebfilmabschnitten wird soweit als möglich entfernt
vom Rotationsmittelpunkt des Sensorchips 5 (d. h. dem mittigen
Abschnitt des Sensorchips 5) angeordnet. Weiterhin wird
die Mehrzahl von Klebfilmabschnitten symmetrisch um das Rotationszentrum
oder den Rotationsmittelpunkt des Sensorchips 5 herum angeordnet.
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Die 6 bis 9 sind
jeweils Drauf sichten auf praktische Beispiele von mehreren Klebfilmabschnitten,
welche gemäss
der zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung auf einem Schaltkreischip angeordnet
sind. Bei den praktischen Beispielen der 6 bis 9 ist
eine Gesamtfläche der
Mehrzahl von Klebfilmabschnitten 4a und 4b (oder 4a bis 4d)
kleiner als die Fläche
des Sensorchips 5. Somit hat der Klebfilm 4 der
zweiten Ausführungsform
insgesamt betrachtet eine kleine Federkonstante. Bei dem Beispiel
gemäss 6 sind
zwei Klebfilmabschnitte 4a und 4b entlang zweier
gegenüberliegender
kurzer Seiten des rechteckigen Sensorchips 5 angeordnet.
Bei dem Beispiel von 7 sind zwei Klebfilmabschnitte 4a und 4b entlang
zweier gegenüberliegender
Langseiten des rechteckigen Sensorchips 5 angeordnet. Die
Anordnung der 6 und 7 können die
Vibrationsfestigkeitseigenschaften verbessern, da zwei separate
Klebfilmabschnitte parallel zur Vibrationsrichtung des Oszillators
angeordnet werden können.
Genauer gesagt, die Anordnung gemäss 6 kann die
Vibrationsfestigkeitseigenschaften verbessern, wenn der Oszillator
in der Zeichnung Vibrationen in einer Richtung von rechts nach links
bzw. umgekehrt ausführt.
Andererseits kann die Anordnung gemäss 7 die Vibrationsfestigkeitseigenschaften
verbessern, wenn der Oszillator in der Zeichnung Vibrationen von
oben nach unten bzw. umgekehrt verursacht.
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Weiterhin
ist bei dem Beispiel von 8 eine Gesamtanzahl von vier
Klebfilmabschnitten 4a, 4b, 4c und 4d an
Positionen entsprechend den vier Ecken des rechteckförmigen Sensorchips 5 angeordnet.
Bei dem Beispiel von 9 ist eine Gesamtanzahl von
vier Klebfilmabschnitten 4a, 4b, 4c und 4d jeweils
im wesentlichen mittig der vier Seiten des rechteckförmigen Sensorchips 5 angeordnet.
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Wie
oben beschrieben ist bei der zweiten Ausführungsform der Klebfilm 4 aus
einer Mehrzahl von Klebfilmabschnitten aufgebaut, welche vom Rotationsmittelpunkt
des Sensorchips 5 soweit als möglich beabstandet und symmetrisch
um den Rotationsmittelpunkt des Sensorchips 5 herum angeordnet sind.
Somit kann die zweite Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung einen Winkelgrössensensor schaffen, der nicht
nur die Vibrationsfestigkeitseigenschaften sicherstellt, sondern
auch verhindert, dass der Resonanzpunkt im Rotationsmodus absinkt.
Somit kann die zweite Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung eine geeignete Erkennungsempfindlichkeit
der Winkelgeschwindigkeit sicherstellen.
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Dritte Ausführungsform
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Eine
dritte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezug auf die 10 und 11 beschrieben.
Die dritte Ausführungsform
unterscheidet sich von der obigen ersten Ausführungsform dahingehend, dass
der Sensorchip 5 zwei Oszillatoren aufweist. Die 10 und 11 sind
jeweils Drauf sichten auf praktische Beispiele von mehreren Klebfilmabschnitten 4a und 4b,
welche gemäss
einer dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung auf einem Schaltkreischip ausgebildet sind.
Bei der dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung hat der Sensorchip 5 zwei getrennte Oszillatoren 5a und 5b,
die so angeordnet sind, dass ihre Beschleunigungserkennungsempfindlichkeiten aufgehoben
werden können.
Vom Gesichtspunkt der Aufnahme oder des Auffangens von thermischen
Belastungen, welche auf die jeweiligen Oszillatoren 5a und 5b einwirken,
sind zwei Klebfilmabschnitte 4a und 4b so angebondet,
dass ihre Mitten mit den Drehachsen (d. h. Z-Achsen) der jeweiligen
Oszillatoren 5a und 5b übereinstimmen, wie in den 10 und 11 gezeigt.
Mit dieser Anordnung werden thermische Belastungen, welche auf die
jeweiligen Oszillatoren 5a und 5b einwirken, symmetrisch
angeordnet.
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Weiterhin
macht es bei dem Sensorchip 5 mit den beiden Oszillatoren 5a und 5b das
Anbonden der Klebfilmabschnitte 4a und 4b an die
entsprechenden Oszillatoren 5a und 5b möglich, die
Klebfilmabschnitte 4a und 4b symmetrisch um den
Rotationsmittelpunkt des Sensorchips 5 herum anzuordnen.
Somit wird es möglich,
zu verhindern, dass der Resonanzpunkt im Rotationsmodus absinkt.
Bei dieser Ausführungsform
erfüllen
die Treiberfrequenz fd der Oszillatoren 5a und 5b und
die strukturelle Resonanzfrequenz fm des Sensorchips 5 die
Beziehung fd > 2½ × fm. Um
die benötigte
Beziehung fd > 2½ × fm zu
erfüllen,
ist es bevorzugt, die strukturelle Resonanzfrequenz fm des Sensorchips 5 durch
Einstellen von Fläche,
Dicke und physikalischen Eigenschaften (z. B. Elastizitätskoeffizient)
des Klebfilms 4 jeweils alleine oder in Kombination einzustellen.
Wie weiterhin vergleichend in den 10 und 11 gezeigt,
kann eine geeignete Änderung
der Ausgestaltung der Klebfilmabschnitte 4a und 4b abhängig von
der Masse des Sensorchips 5 eine konstante Vibrationsfestigkeitseigenschaft
realisieren.
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Vierte Ausführungsform
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Nachfolgend
wird eine vierte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 12 beschrieben.
Die vierte Ausführungsform unterscheidet
sich von der obigen ersten Ausführungsform
dahingehend, dass die Anordnungen des Klebfilms 4 und des
Klebers 2 modifiziert sind. Gemäss 12 weist
ein Winkelgrössensensor
S2 gemäss
der vierten Ausführungsform
die Keramikpackung 1 auf, welche den Basisabschnitt des
Sensors S2 bildet. Der Schaltkreischip 3 ist an einem Boden der
Keramikpackung 1 angeordnet und dort mit dem Kleber 2 befestigt.
Der Sensorchip 5 ist auf den Schaltkreischip 3 mittels
des Klebfilms 4 auflaminiert. Bei dem Winkelgrössensensor
S2 der vierten Ausführungsform
ist der Klebfilm 4 vollständig so angeordnet, dass er
sich komplett entlang des Bodens des Sensorchips 5 erstreckt.
Demgegenüber
ist bei der vierten Ausführungsform
im Vergleich zu der Gesamtbodenfläche des Schaltkreischips 3 der
Kleber 2 teilweise angeordnet. Auch bei einer derartigen
Anordnung können
die Treiberfrequenz fd des Oszillators im Sensorchip 5 und
die strukturelle Resonanzfrequenz fm des Sensorchips 5 die
oben beschriebene Beziehung von fd > 2½ × fm erfüllen. Der verbleibende Aufbau
des Winkelgrössensensors
S2 ist identisch zu dem Winkelgrössensensor
S1 der ersten Ausführungsform.
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Andere Ausführungsformen
und Abwandlungen
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Bei
der obigen ersten Ausführungsform
sind der Schaltkreischip 3 und der Sensorchip 5 mit
dem Klebfilm 4 verbunden und die Ausgestaltung etc. des Klebfilms 4 wird
so eingestellt, dass die Beziehung erfüllt wird, bei der die strukturelle
Resonanzfrequenz fm des Sensorchips 5 kleiner als die Treiberfrequenz fd
des Oszillators im Sensorchip 5 ist. Es ist jedoch auch
möglich,
den Schaltkreischip 3 und die Packung 1 mit einem
Klebfilm über
eine Bondung zu verbinden und wenigstens die Ausgestaltung oder
den Elastizitätskoeffizienten
des Klebfilms einzustellen, um die Bedinung zu realisieren, dass
eine Resonanzfrequenz der gesamten Einheit aus Sensorchip 5 und Schaltkreischip 3 kleiner
als die Treiberfrequenz fd des Oszillators im Sensorchip 5 wird.
Auch bei dieser Anordnung wird es möglich, die Vibrationsfestigkeitseigenschaften
des Sensorchips 5 zu verbessern.
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Ein
Winkelgrössensensor
gemäss
der vorliegenden Erfindung weist somit insoweit zusammenfassend
einen Sensorchip auf, der einen Oszillator hat, der mit einer bestimmten
Frequenz vibriert und eine Winkelgeschwindigkeit erkennt, welche
an diesen Oszillator um eine vorbestimmte Rotationsachse herum angelegt
wird. Ein Schaltkreischip, der mit dem Sensorchip zusammenlaminiert
ist, weist an einer seiner Oberflächen einen Schaltkreis auf,
um basierend auf einem Signal von dem Sensorchip die Winkelgeschwindigkeit
zu erkennen. Der Sensorchip und der Schaltkreischip sind mittels
eines Klebfilms zusammengebondet. Eine Resonanzfrequenz des Sensorchips
ist um (1/2)½ mal
kleiner als eine Treiberfrequenz des Oszillators, indem eine Einstellung wenigstens
entweder an die Formgebung oder den Elastizitätskoeffizienten des Klebfilms
angewendet wird.