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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 aufnehmen zu können und dass die Vibrationsfestigkeits-Eigenschaften sichergestellt sind.
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Die
JP 2000-249 562 A (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
JP 2003-21 647 A (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
JP 2000-44 667 A (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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Aus der
JP 2003-021 647 A ist ein Winkelgrößensensor bekannt, bei welchem ein Sensorchip über einen Klebefilm auf einem Schaltkreischip angeordnet ist.
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Die
JP 2003-028 647 A offenbart eine Anordnung, bei welcher ein Sensorchip über eine Mehrzahl elastischer Teile innerhalb eines Gehäuses gehalten wird.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen aus der
JP 2003-021 647 A bekannten Winkelgrößensensor weiterzuentwickeln.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der nebengeordneten Ansprüche 1 oder 3. Vorteilhafte Weiterbildungen bilden den Gegenstand der Unteransprüche.
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Demgemäß wird ein Winkelgrössensensor geschaffen, 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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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 an der Ausgestaltung und dem Elastizitätskoeffizienten des Klebfilms erfolgt.
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Bei dem Winkelgrössensensor erfolgt eine Einstellung an der Ausgestaltung und 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 möglich, 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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Der Klebfilm besteht aus einer Mehrzahl von Klebfilmabschnitten, 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 Aufgabe die vorliegende Erfindung einen 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. Die Ausgestaltung und der Elastizitätskoeffizient des Klebfilms werden 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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Die zweite, dritte und vierte Ausführungsform sowie „andere Ausführungsformen und Abwandlungen” betreffen den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, während die erste Ausführungsform nicht den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet sondern als Beispiel lediglich deren Erläuterung dient.
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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;
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2 eine Schnittdarstellung durch den Winkelratensensor gemäss der ersten Ausführungsform;
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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;
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4 eine Draufsicht auf ein praktisches Beispiel eines Klebfilms an einem Schaltkreischip gemäss der ersten Ausführung;
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5 in Draufsicht ein anderes praktisches Beispiel eines Klebfilms an einem Schaltkreischip gemäss der ersten Ausführungsform;
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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 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. 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 Sensorchip 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 Winkelgeschwindigkeit 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. 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 einem 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 Draufsichten 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 Draufsichten 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 an die Formgebung und den Elastizitätskoeffizienten des Klebfilms angewendet wird.