DE112009001490B4

DE112009001490B4 - Ultraschallsensor

Info

Publication number: DE112009001490B4
Application number: DE112009001490.9T
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Urase; Yasushi Nagano
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2008-06-20
Filing date: 2009-06-15
Publication date: 2014-12-11
Anticipated expiration: 2029-06-16
Also published as: JP4609537B2; DE112009001490T5; US20110088479A1; JP2010002309A; WO2009154170A1; US8763463B2

Abstract

Ultraschallsensor mit: einem Transducer; einem Substrat für eine elektronische Schaltung, auf dem eine elektronische Schaltung so eingerichtet ist, dass sie ein Ultraschallsignal verarbeitet, das über den Transducer gesendet und empfangen wird; und einem Gehäuse mit einem Substrathalter, der das Substrat für die elektronische Schaltung hält, wobei der Substrathalter einen Deckel hat, der an einem offenen Teil des Substrathalters angeschweißt ist, um den Substrathalter gegen das Eindringen einer Flüssigkeit hermetisch abzudichten, wobei das Gehäuse ferner einen Transducerhalter aufweist, der angrenzend an dem Substrathalter angeordnet ist und den Transducer festhält, der Transducer eine Leitungskontaktplatte aufweist, die von dem Transducer ausgeht, und die Leitungskontaktplatte in dem Substrathalter durch den Transducerhalter hindurch verläuft und mit dem Substrat für eine elektronische Schaltung, das in dem Substrathalter gehalten wird, verlötet ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ultraschallsensor, der in einem Fahrzeug installiert ist, zum Detektieren eines Hindernisses oder dergleichen.
Hintergrund der Erfindung
Ein Ultraschallsensor für ein Fahrzeug ist normalerweise an der Stoßstange oder am vorderen Grill angeordnet, wo die Wahrscheinlichkeit, nass zu werden, hoch ist und die aufgenommenen Schwingungen stark sind. Daher wird bei einem typischen Ultraschallsensor herkömmlich ein hydrophober und flexibler Füllstoff (Silicium oder dergleichen) zum Füllen des Gehäuses verwendet, in dem das Substrat oder dergleichen einer elektronischen Schaltung untergebracht ist. Dadurch werden die erforderliche Wasserundurchlässigkeit und Schwingungsfestigkeit gewährleistet (siehe z. B. Patentliteraturquelle 1).
Durch das Befüllen mit einem Füllstoff wie beim Stand der Technik steigen jedoch die Masse und die Kosten. Darüber hinaus neigt das Substrat der elektronischen Schaltung durch das Vorhandensein des Füllstoffs zur Verformung. Dadurch können sich Risse in Teilen bilden, die an die elektronischen Komponenten auf dem Substrat der elektronischen Schaltung angelötet sind. Ein weiteres Problem besteht darin, dass das Vermögen des Sensors, einen Bereich zu detektieren, vor und nach dem Befüllen mit dem Füllstoff unterschiedlich sein kann. Faktoren, die zur Verformung der elektronischen Schaltung führen, sind zum Beispiel die Belastung von außen infolge der thermischen Ausdehnung und Kontraktion des Füllstoffs. Ein Beispiel für ein unterschiedliches Vermögen, einen Detektionsbereich zu detektieren, wäre ein eingeengter Detektionsbereich. Darüber hinaus wird viel Zeit zum Trocknen des Füllstoffs benötigt. Unter diesen Aspekten können zahlreiche Verbesserungen vorgenommen werden.
Literaturquellen des Standes der Technik

Patentliteraturquelle 1: Japanisches Patent JP 3 991 936 B2 .

Außerdem offenbart DE 197 52 921 A1 einen Ultraschallsensor, der aus einem Gehäuse mit einer Steckverbindung besteht, wobei das Gehäuse einen Ultraschallwandler und eine Leiterplatte aufnimmt. Das Gehäuse ist von außen dicht ausgebildet.
Kurze Darstellung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Ultraschallsensor gemäß Anspruch 1. Die Ansprüche 2 bis 8 definieren vorteilhafte Weiterbildungen des Gegenstandes, wie er im Anspruch 1 definiert ist.
Die vorliegende Erfindung stellt einen Ultraschallsensor zur Verfügung, der einen vereinfachten Aufbau hat, eine hohe Wasserundurchlässigkeit gewährleistet und die Herstellungszeit verkürzt.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Ultraschallsensor, der Folgendes aufweist: einen Transducer bzw. Signalwandler; ein Substrat für eine elektronische Schaltung, auf dem eine elektronische Schaltung so eingerichtet ist, dass sie ein Ultraschallsignal verarbeitet, das über den Transducer bzw. Signalwandler gesendet und empfangen wird; und ein Gehäuse mit einem Substrathalter, der die elektronische Leiterplatte festhält. Der Substrathalter hat einen Deckel, der an einem offenen Teil des Substrathalters angeschweißt ist, um den Substrathalter gegen das Eindringen von Flüssigkeiten hermetisch abzudichten.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Darstellung, die einen Ultraschallsensor nach einer Ausführungsform zeigt.
2 ist eine erläuternde Darstellung, die einen Laserschweißvorgang zeigt.
3 ist eine erläuternde Darstellung, die einen Ultraschallschweißvorgang zeigt.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Nachstehend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.
Wie in 1 gezeigt ist, weist ein Ultraschallsensor 1 der vorliegenden Ausführungsform ein Gehäuse 2 auf, in dem ein Mikrofon 3 und ein Substrat 4 für eine elektronische Schaltung untergebracht sind. Das Mikrofon 3 dient als ein Transducer oder Signalwandler. Das Substrat 4 für eine elektronische Schaltung verarbeitet Ultraschallsignale, die über das Mikrofon 3 gesendet und empfangen werden.
Das Gehäuse 2 der vorliegenden Ausführungsform weist im Einzelnen einen Substrathalter 5 und einen Mikrofonhalter 6 auf. Der Substrathalter 5 ist so gestaltet, dass er die Form eines unteren Kastens hat. Der Mikrofonhalter 6 ist angrenzend an den Substrathalter 5 angeordnet und dient als ein Transducer- oder Signalwandler-Halter.
Bei der vorliegenden Ausführungsform weist der Substrathalter 5 ein Substrathalter-Hauptteil 7 auf, das röhrenförmig ist und eine geschlossene Unterseite hat. Das Substrathalter-Hauptteil 7 hat ein offenes Teil 8, das mit einem ebenen Deckel 9 verschlossen ist. Der Deckel 9 der vorliegenden Ausführungsform besteht aus einem lichtdurchlässigen Material, und das Substrathalter-Hauptteil 7 besteht aus einem lichtabsorbierenden Material. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Deckel 9 an seiner gesamten Peripherie durch Laserschweißen an dem offenen Teil 8 des Substrathalter-Hauptteils 7 angebracht, um das Innere des Substrathalters 5 gegen das Eindringen von Flüssigkeiten hermetisch abzudichten.
Wie in 2 gezeigt ist, emittiert insbesondere eine Lasermaschine M1 einen Laserstrahl L, der durch den Deckel 9 durchgelassen wird und von dem Substrathalter-Hauptteil 7 absorbiert wird. Dadurch entsteht Wärme, die ein Schmelzbad um die Begrenzung des Deckels 9 und des Substrathalter-Hauptteils 7 bildet. Durch Erstarrung des Schmelzbads wird der Deckel 9 mit dem Substrathalter-Hauptteil 7 verbunden.
Das Substrathalter-Hauptteil 7 hat ein unteres Teil 10 mit einer Vielzahl von Stützrippen 11, die in das Substrathalter-Hauptteil 7 hinein ragen. Der Deckel 9 hat eine Vielzahl von Druckrippen 12, die in das Substrathalter-Hauptteil 7 hinein reichen, wenn der Deckel 9 mit dem offenen Teil 8 verbunden wird. Das Substrat 4 für eine elektronische Schaltung wird von den Stützrippen 11 in dem Substrathalter 5 so abgestützt, dass es im Großen und Ganzen parallel zu dem unteren Teil 10 ist. Darüber hinaus wird das Elektronische-Schaltungs-Substrat 4 von den Druckrippen 12 gedrückt, die von dem Deckel 9 ausgehen und als Stützelemente dienen. Auf diese Weise wird das Substrat 4 für eine elektronische Schaltung zwischen den Druckrippen 12 und den Stützrippen 11 gehalten. Dadurch wird die Bewegung des Substrats 4 für eine elektronische Schaltung in der Druckrichtung (in der Zeichnung in senkrechter Richtung gesehen) beschränkt.
Das Substrathalter-Hauptteil 7 hat eine Seitenwand 13, an der eine Stromversorgungseinheit 14 angeordnet ist. Eine Stromversorgungs-Kontaktplatte 15, die in die Stromversorgungseinheit 14 integriert ist, hat ein Ende, das in den Substrathalter 5 hinein ragt. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Stromversorgungs-Kontaktplatte 15 in einer Einheit mit dem Gehäuse 2 zusammen mit einer Abschirmung 16 einsatzgeformt, die in das untere Teil 10 und die Seitenwand 13 des Substrathalter-Hauptteils 7 integriert ist. Das Substrat 4 für eine elektronische Schaltung ist an die Stromversorgungs-Kontaktplatte 15 angelötet, um es mit Strom von einem Anschluss (nicht dargestellt), der mit der Stromversorgungseinheit 14 verbunden ist, mit Strom zu versorgen.
Der zylindrische Mikrofonhalter 6 verläuft so von dem unteren Teil 10 des Substrathalter-Hauptteils 7 aus, dass die Achse des Mikrofonhalters 6 im Großen und Ganzen senkrecht zu dem unteren Teil 10 ist. Das Mikrofon 3 wird so in dem Mikrofonhalter 6 gehalten und abgestützt, dass seine Signalwandler-Einheit 17 nach außen zeigt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform weist insbesondere das untere Teil 10 des Substrathalter-Hauptteils 8 eine Verbindungsbohrung 18 auf, die ein zweites offenes Teil darstellt, das den Substrathalter 5 mit dem Mikrofonhalter 6 verbindet. Ein stabförmiger Leitungsanschluss 19 ist an dem Ende des Mikrofons 3 ausgebildet, das der Wandler-Einheit 18 gegenüberliegt (in 1 am oberen Ende). Das Mikrofon 3 ist so in dem Mikrofonhalter 6 angeordnet, dass sich der Leitungsanschluss 19 in der Verbindungsbohrung 18 befindet. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist ein Dämpfungsmaterial 20, das das Mikrofon 3 umgibt, zwischen dem Mikrofon 3 und dem Mikrofonhalter 6 angeordnet. Eine Leitungskontaktplatte 21, die sich von dem Leitungsanschluss 19 in den Substrathalter 5 erstreckt, ist an das Substrat 4 für eine elektronische Schaltung angelötet. Sie verbindet das Mikrofon 3 elektrisch mit dem Substrat 4 für eine elektronische Schaltung.
Weiterhin verschließt bei der vorliegenden Ausführungsform ein Schweißblech 22, das einen zweiten Deckel bildet, die Verbindungsbohrung 18 von der Innenseite des Substrathalters 5.
Die Leitungskontaktplatte 21, die von dem Leitungsanschluss 19 ausgeht, verläuft über das Schweißblech 22 in den Substrathalter 5.
Insbesondere wird in der gleichen Weise wie bei dem Deckel 9 das Schweißblech 22 mit einem offenen Teil 23 der Verbindungsbohrung 18, die in dem Substrathalter 5 ausgebildet ist, durch Laserschweißen verbunden. Das Schweißblech 22 ist in Kontakt mit einem hinteren Ende des Leitungsanschlusses 19. Der Leitungsanschluss 19 ist durch Laserschweißen mit dem Schweißblech 22 verbunden. Dadurch wird bei der vorliegenden Ausführungsform die Verbindungsbohrung 18 abgedichtet und ein Durchgangsloch 24 des Leitungsanschlusses 19 wird hermetisch gegen das Eindringen von Flüssigkeiten abgedichtet.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird das Schweißblech 22 durch Laserschweißen mit dem offenen Teil 23 der Verbindungsbohrung 18 und dem Leitungsanschluss 19 über das offene Teil 8 des Substrathalter-Hauptteils 7 verbunden. Nachdem das Substrat 4 für eine elektronische Schaltung in dem Substrathalter-Hauptteil 7 angeordnet worden ist, wird der Deckel 9, der mit dem offenen Teil 8 verbunden ist, an das offene Teil 8 angeschweißt. Somit ist die Richtung, in der der Laserstrahl emittiert wird, bei allen Laserschweißvorgängen im Großen und Ganzen gleich.
Der Ultraschallsensor 1 hat die folgenden Vorteile:

(1) Der Substrathalter 5 weist den Substrathalter-Hauptteil 7, der röhrenförmig ist und eine geschlossene Unterseite hat, und den Deckel 9 auf, der mit dem offenen Teil 8 verbunden ist. Der Deckel 9 ist durch Laserschweißen mit dem offenen Teil 8 des Substrathalter-Hauptteils 7 verbunden, um das Innere des Substrathalters 5 hermetisch gegen das Eindringen von Flüssigkeiten abzudichten. Auf diese Weise wird der Spalt zwischen dem offenen Teil 8 des Substrathalter-Hauptteils 7 und dem Deckel 9 mit einer einfachen Gestaltung problemlos und sicher verschlossen. Dadurch wird kein Füllstoff zum Füllen des Substrathalters 5 mehr benötigt, und Masse und Kosten werden verringert. Darüber hinaus werden Änderungen des Vermögens des Sensors, einen Bereich zu detektieren, die normalerweise vor und nach dem Befüllen mit dem Füllstoff auftreten, vermieden, und das Substrat 4 für eine elektronische Schaltung wird nicht von außen durch thermische Ausdehnung und Kontraktion belastet. Außerdem braucht der Füllstoff nicht mehr getrocknet zu werden. Dadurch wird die Herstellungszeit drastisch verkürzt.
(2) Das Substrat 4 für eine elektronische Schaltung wird mit den Stützrippen 11 abgestützt, die an dem unteren Teil 10 des Substrathalter-Hauptteils 7 ausgebildet sind. Außerdem wird das Substrat 4 für eine elektronische Schaltung von den Druckrippen 12 gedrückt, die von dem Deckel 9 ausgehen. Dadurch wird das Substrat 4 für eine elektronische Schaltung zwischen den Druckrippen 12 und den Stützrippen 11 gehalten. Auf diese Weise kann die Bewegung des Substrats 4 für eine elektronische Schaltung in der Druckrichtung mit einer einfachen Gestaltung problemlos beschränkt werden.
(3) Der Mikrofonhalter 6 ist angrenzend an den Substrathalter 5 angeordnet. Außerdem ist die elektronische Leiterplatte 4 mit der Leitungskontaktplatte 21 des Mikrofons 3 verlötet, die von dem Mikrofonhalter 6 aus durch den Substrathalter 5 verläuft und in diesen hinein reicht. Dadurch kann die Leitungskontaktplatte 21, die zur Herstellung einer Verbindung gelötet ist, das Elektronische-Schaltungs-Substrat 4 abstützen. Folglich kann im Vergleich zu einer Verbindung, die wie beim Stand der Technik einen Leitungsdraht verwendet, eine höhere Schwingungsfestigkeit gewährleistet werden.
(4) Die Verbindungsbohrung 18, die den Substrathalter 5 mit dem Mikrofonhalter 6 verbindet, ist in dem unteren Teil 10 des Substrathalter-Hauptteils 7 ausgebildet. Außerdem verschließt das Schweißblech 22 die Verbindungsbohrung 18. Die Leitungskontaktplatte 21 verläuft durch das Schweißblech 22 zu dem Substrathalter 5. Dadurch kann die Leitungskontaktplatte 21 in den Substrathalter 5 hinein reichen.
(5) Das Schweißblech 22 ist von der Innenseite des Substrathalters 5 durch Laserschweißen mit dem offenen Teil 23 der Verbindungsbohrung 18 verbunden, die in dem Substrathalter 5 ausgebildet ist. Auf diese Weise wird der Spalt zwischen dem offenen Teil 23 der Verbindungsbohrung 18 und dem Schweißblech 22 mit einer einfachen Gestaltung problemlos verschlossen. Außerdem stimmt die Laseremissionsrichtung mit dem Laserschweißen des Deckels 9 überein. Das ermöglicht einen vereinfachten und verbesserten Schweißprozess und verkürzt die Schweißzeit.
(6) Das Durchgangsloch 24, das in dem Schweißblech 22 ausgebildet ist, um die Leitungskontaktplatte 21 aufzunehmen, ist durch Verschweißen des Leitungsanschlusses 19, von dem die Leitungskontaktplatte 21 ausgeht, mit dem Schweißblech 22 hermetisch gegen das Eindringen von Flüssigkeiten abgedichtet.

Dadurch wird das Abdichten des Durchgangslochs 24 mit einer einfachen Gestaltung ermöglicht und gewährleistet. Darüber hinaus stimmt die Laseremissionsrichtung mit anderen Laserschweißvorgängen überein. Das ermöglicht einen vereinfachten und verbesserten Schweißprozess und verkürzt die Schweißzeit.
Die vorliegende Ausführungsform kann in der nachstehend beschriebenen Weise modifiziert werden.
Das Verfahren zum Verschweißen des Deckels 9 mit dem Schweißblech 22 ist nicht auf das Laserschweißen beschränkt, das in 2 gezeigt ist. Stattdessen kann auch das Ultraschallschweißen durchgeführt werden, das in 3 gezeigt ist. In der Zeichnung stellt die Doppelstrichlinie eine Ultraschallmaschine M2 (Arm) dar.
Darüber hinaus kann eine Dichtung S zwischen dem Deckel 9 und dem offenen Teil 8 angeordnet werden, wie es in 3 gezeigt ist. Ebenso kann eine Dichtung S zwischen dem Schweißblech 22 und dem offenen Teil 23 angeordnet werden, was jedoch nicht in der Zeichnung gezeigt ist. Dadurch wird die Dichtung weiter gesichert. Eine Gestaltung, bei der eine solche Dichtung S zum Einsatz kommt, kann bei der Durchführung des Laserschweißens verwendet werden.
Bei der Durchführung der einzelnen vorstehend beschriebenen Schweißprozesse kann auch ein Klebstoff (Klebemittel) verwendet werden.

Claims

Ultraschallsensor mit: einem Transducer; einem Substrat für eine elektronische Schaltung, auf dem eine elektronische Schaltung so eingerichtet ist, dass sie ein Ultraschallsignal verarbeitet, das über den Transducer gesendet und empfangen wird; und einem Gehäuse mit einem Substrathalter, der das Substrat für die elektronische Schaltung hält, wobei der Substrathalter einen Deckel hat, der an einem offenen Teil des Substrathalters angeschweißt ist, um den Substrathalter gegen das Eindringen einer Flüssigkeit hermetisch abzudichten, wobei das Gehäuse ferner einen Transducerhalter aufweist, der angrenzend an dem Substrathalter angeordnet ist und den Transducer festhält, der Transducer eine Leitungskontaktplatte aufweist, die von dem Transducer ausgeht, und die Leitungskontaktplatte in dem Substrathalter durch den Transducerhalter hindurch verläuft und mit dem Substrat für eine elektronische Schaltung, das in dem Substrathalter gehalten wird, verlötet ist.
Ultraschallsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschweißen des Deckels ein Laserschweißen umfasst.
Ultraschallsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschweißen des Deckels ein Ultraschallschweißen umfasst.
Ultraschallsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, der weiterhin eine Dichtung aufweist, die zwischen dem Deckel und dem offenen Teil angeordnet ist.
Ultraschallsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, der weiterhin ein Stützelement aufweist, das das Substrat für eine elektronische Schaltung, das durch Anschweißen des Deckels in dem Substrathalter gehalten wird, drückt und stützt.
Ultraschallsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse eine Verbindungsbohrung aufweist, die den Substrathalter mit dem Transducerhalter verbindet, wobei der Ultraschallsensor weiterhin einen zweiten Deckel aufweist, der so angeschweißt ist, dass er die Verbindungsbohrung verschließt, wobei die Leitungskontaktplatte in dem Substrathalter angeordnet ist und durch den zweiten Deckel verläuft.
Ultraschallsensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Verbindungsbohrung von dem Substrathalter aus in eine zu dem offenen Teil des Substrathalters entgegengesetzte Richtung öffnet und der zweite Deckel in dem Substrathalter angeordnet ist und an diesem angeschweißt ist.
Ultraschallsensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Deckel ein Durchgangsloch aufweist, das so ausgebildet ist, dass die Leitungskontaktplatte durch den zweiten Deckel verläuft, der Transducer einen Leitungsanschluss aufweist, an dem die Leitungskontaktplatte angeordnet ist, und der zweite Deckel an der Innenseite des Substrathalters und an dem Leitungsanschluss angeschweißt ist.