DE19610554B4 - Acceleration sensor assembly - Google Patents

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Abstract

Beschleunigungssensorbaugruppe mit ersten und zweiten ebenen, Beschleunigungssensoren tragenden Bauteilen, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleunigungssensoren (2, 2') aus den ebenen Bauteilen (1, 1') herausgearbeitet sind, und daß die ebenen Bauteile (1, 1') ineinandergreifende Oberflächenstrukturen (8, 10, 11) aufweisen, die aus dem Material der ebenen Bauteile (1, 1') geformt sind und die die Bauteile (1, 1') winkelmäßig zueinander fixieren.Acceleration sensor assembly with first and second planar components carrying acceleration sensors, characterized in that the Acceleration sensors (2, 2 ') from the planar components (1, 1') worked out, and that the planar components (1, 1 ') interlocking surface structures (8, 10, 11) consisting of the material of the planar components (1, 1 ') are formed and the components (1, 1') angularly to each other fix.

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft eine Beschleunigungssensorbaugruppe nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The The invention relates to an acceleration sensor assembly according to Preamble of claim 1.

Es ist bekannt, aus monolithischen Blöcken wie beispielsweise Siliciumscheiben Beschleunigungssensorbauteile als Festkörper durch mikromechanische Bearbeitung herzustellen. Hierbei dienen oszillierende Stimmgabeln dem Erfassen von Resonanzen, wenn sie Rotationsbeschleunigungen ausgesetzt sind. Zum Erfassen von Linearbeschleunigungen dienen Zungen, an deren freien Enden Massen angeordnet sind. Diese Sensoren sind hierbei einstückig zu dem Blockmaterial, aus dem sie herausgearbeitet wurden. Es ist auch bekannt, in das Blockmaterial analoge und/oder digitale elektrische Schaltungen zu integrieren, wie beispielsweise Treiberschaltungen, Sensorschaltungen, Verarbeitungsschaltungen und Signalschaltungen, womit sich aktive Festkörperbauteile oder Chips ergeben.It is known, from monolithic blocks such as silicon wafers Acceleration sensor components as a solid by micromechanical Machining. Here are oscillating tuning forks detecting resonances when they are spin accelerations are exposed. To detect linear accelerations Tongues, at the free ends of which masses are arranged. These sensors are in one piece to the block material from which they were worked out. It is Also known in the block material analog and / or digital electrical circuits such as driver circuits, sensor circuits, Processing circuits and signal circuits, which active Solid-state devices or chips.

Diese bekannten Vorrichtungen werden durch mikromechanische Bearbeitung von im wesentlichen zweidimensionalen ebenen Blöcken oder Scheiben hergestellt, so daß die Stimmgabeln und die Linearsensoren in der Ebene des Materials liegen. Hierbei erfassen die Stimmgabeln Drehungen um ihre Symmetrieachse, während die Linearsensoren Linearbeschleunigungen erfassen, welche rechtwinklig zu ihrer Symmetrieebene verlaufen. Bei einem ebenen mikromechanisch bearbeiteten Block können Stimmgabeln rechtwinklig zueinander angeordnet werden, so daß Drehbeschleunigungen in zwei Achsen erfaßt werden, während eine Linearbeschleunigung rechtwinklig zur Ebene des ebenen Blocks erfaßbar ist.These known devices are micromechanical processing made of substantially two-dimensional flat blocks or discs, So that the Tuning forks and the linear sensors lie in the plane of the material. Here, the tuning forks capture rotations about their symmetry axis, while the linear sensors detect linear accelerations, which are rectangular extend to its plane of symmetry. In a plane micromechanical edited block can Tuning forks are arranged at right angles to each other, so that spins detected in two axes be while a linear acceleration perpendicular to the plane block plane ascertainable is.

Um Drehungen um drei rechtwinklig zueinander verlaufende Achsen zu erfassen, ist es bekannt, zwei der vorgenannten Bauteile in einer dreidimensionalen Form miteinander rechtwinklig zu verbinden. Um Linearbeschleunigungen in drei rechtwinklig zueinander verlaufenden Achsen zu erfassen, müssen drei Bauteile miteinander verbunden werden. Sollen die Beschleunigungseffekte genau gemessen werden, müssen die zwei bzw. drei Bauteile bzw. Chips genau rechtwinklig zueinander ausgerichtet werden. Da die ebenen Vorrichtungen klein sind, ist es schwierig und kostspielig, bei der Montage die Chips genau rechtwinklig zueinander auszurichten.Around Rotations about three perpendicular axes to each other capture, it is known, two of the aforementioned components in one three-dimensional shape to connect with each other at right angles. Around Linear accelerations in three perpendicular to each other Axes need to capture three components are connected together. Shall the acceleration effects must be measured accurately, the two or three components or chips exactly at right angles to each other be aligned. Since the planar devices are small, is It is difficult and costly, when mounting the chips exactly right angles to align with each other.

Eine gattungsgemäße Beschleunigungssensorbaugruppe offenbart die US 5 012 316 . Dort besteht die Beschleunigungssensorbaugruppe aus mehreren, orthogonal zusammengefügten Substratmodulen mit darauf angeordneten elektrischen Leiterbahnen. Die Beschleunigungssensoren werden dann in eigens vorgesehenen Befestigungsbereichen auf den jeweiligen Substratmodulen angebracht, wobei die Verbindung der elektrischen Leiterbahnen mit den Beschleunigungssensoren über fest vorgegebene Anschlussstellen erfolgt. Nachteilig bei dieser Beschleunigungssensorbaugruppe ist der durch die nachträgliche Aufbringung der Beschleunigungssensoren auf den Substratmodulen bedingte erhöhte Fertigungsaufwand, da die Beschleunigungssensoren passgenau mit den Anschlussstellen aufgebracht werden müssen. Zudem ist es aufwändig, die einzelnen Substratmodule orthogonal zusammenzufügen. Insbesondere können bei der Aufbringung der Beschleunigungssensoren verursachte Lagefehler nicht mehr korrigiert werden.A generic acceleration sensor assembly discloses the US 5 012 316 , There, the acceleration sensor assembly consists of a plurality of orthogonally joined substrate modules with thereon arranged electrical conductor tracks. The acceleration sensors are then mounted in specially provided mounting areas on the respective substrate modules, wherein the connection of the electrical conductor tracks with the acceleration sensors via fixed predetermined connection points. A disadvantage of this acceleration sensor assembly is the increased manufacturing costs due to the subsequent application of the acceleration sensors on the substrate modules, since the acceleration sensors must be accurately fitted with the connection points. Moreover, it is laborious to join the individual substrate modules orthogonally. In particular, positional errors caused by the application of the acceleration sensors can no longer be corrected.

Eine weitere gattungsgemäße Beschleunigungssensorbaugruppe offenbart die DE 91 13 744 U1 . Dort sind auf drei Seiten eines als Würfel ausgebildeten prismatischen Grundkörpers eindimensionale mikromechanische Beschleunigungssensoren aufgebracht. Die Verdrahtung der Beschleunigungssensoren erfolgt durch auf dem Würfel angebrachte Leiterzüge, welche in geeigneter Weise um die Kanten des Grundkörpers herumgeführt sind. Nachteilig bei diesen Beschleunigungssensorbaugruppen ist die fehlende Variabilität der orthogonalen Ausrichtung der Beschleunigungssensoren zueinander, da diese durch die Würfelform fest vorgegeben ist. Auch erfordert die Anbringung der Beschleunigungssensoren auf dem Würfel einen erhöhten Montageaufwand, da die Beschleunigungssensoren passgenau mit den Leiterzügen angebracht werden müssen.Another generic acceleration sensor assembly discloses the DE 91 13 744 U1 , There, one-dimensional micromechanical acceleration sensors are applied on three sides of a cube-shaped prismatic base body. The wiring of the acceleration sensors is performed by mounted on the cube conductor tracks, which are guided around the edges of the body in a suitable manner. A disadvantage of these acceleration sensor assemblies is the lack of variability of the orthogonal orientation of the acceleration sensors to each other, since this is fixed by the cube shape. Also, the mounting of the acceleration sensors on the cube requires an increased installation effort, since the acceleration sensors must be fitted with the conductor tracks.

Es besteht die Aufgabe, zwei oder mehr Beschleunigungssensorchips so auszubilden, daß bei ihrem Zusammenbau eine einwandfreie rechtwinklige Ausrichtung sich ergibt.It The task is to have two or more accelerometer chips like this to train that at their Assembly results in a proper right angle orientation.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.Is solved This object with the features of claim 1. Advantageous embodiments are the dependent claims removable.

Ausführungsbeispiele werden nachfolgend an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:embodiments will be explained in more detail with reference to the drawings. Show it:

1 eine Draufsicht auf einen Sensorchip mit randseitigen Verzahnungen; 1 a plan view of a sensor chip with edge-side gears;

2 eine Draufsicht auf einen Sensorchip mit im Bereich seiner Ränder liegenden Verzapfungsbohrungen und randseitigen Verzapfungszungen; 2 a plan view of a sensor chip with lying in the region of its edges Verzapfungsbohrungen and edge-side Verzapfungszungen;

3 eine perspektivische Ansicht einer aus drei Sensorchips nach 1 bestehenden Baugruppe; 3 a perspective view of one of three sensor chips after 1 existing assembly;

4 eine Explosionsdarstellung einer aus drei Sensorchips nach 2 bestehenden Baugruppe; 4 an exploded view of one of three sensor chips after 2 existing assembly;

5a eine perspektivische Ansicht einer aus sechs Sensorchips nach 2 bestehenden Baugruppe; 5a a perspective view of one of six sensor chips after 2 existing assembly;

5b eine perspektivische Ansicht eines Trägerchips zur Montage mit einer Baugruppe nach 5a; 5b a perspective view of a carrier chip for mounting with an assembly after 5a ;

5c eine perspektivische Ansicht einer Baugruppe, bestehend aus der Baugruppe nach 5a und dem Trägerchip nach 5b; 5c a perspective view of an assembly consisting of the assembly according to 5a and the carrier chip 5b ;

6 eine perspektivische Teilansicht der Verbindung in Form einer Verzahnung zwischen zwei Sensorchips nach 1; 6 a partial perspective view of the connection in the form of a toothing between two sensor chips after 1 ;

7 eine Draufsicht auf eine elektrische Verbindung zwischen zwei Sensorchips; 7 a plan view of an electrical connection between two sensor chips;

8 eine Draufsicht auf eine weitere elektrische Verbindungsart zwischen zwei Sensorchips; 8th a plan view of another electrical connection between two sensor chips;

9a eine perspektivische Ansicht der Zapfverbindungsteile zweier Sensorchips nach 2; 9a a perspective view of the Zapfverbindungsteile two sensor chips after 2 ;

9b eine perspektivische Ansicht der Zapfverbindung zweier Sensorchips nach 9a; 9b a perspective view of the Zapfverbindung two sensor chips after 9a ;

10a eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Verbindungsteil mit elektrischen Anschlüssen bei einem Chip nach 1 vor der Montage; 10a a perspective view of another embodiment of a connecting part with electrical connections in a chip after 1 before assembly;

10b eine perspektivische Ansicht der Verbindung eines Chips nach 1 mit einem Chip nach 10a; 10b a perspective view of the connection of a chip after 1 with a chip after 10a ;

11a eine perspektivische Ansicht zweier randseitig ineinandergreifender Sensorchips nach 1; 11a a perspective view of two edges interlocking sensor chips after 1 ;

11b eine perspektivische Ansicht einer elektrischen Verbindungskomponente zur Verbindung der ineinandergreifenden Sensorchips nach 11a; und 11b a perspective view of an electrical connection component for connecting the interlocking sensor chips after 11a ; and

11c eine perspektivische Ansicht der zwei randseitig ineinandergreifenden Sensorchips nach 11a mit einer daran anmontierten Komponente nach 11b. 11c a perspective view of the two edge-interlocking sensor chips after 11a with a component mounted on it 11b ,

Die 1 zeigt einen ebenen Siliciumchip 1, in dessen Mittenbereich ein zum Chip einstückiger Drehbeschleunigungssensor 2 angeordnet ist, der die Form einer Stimmgabel aufweist und durch mikromechanische Bearbeitung hergestellt wurde. Der Sensor 2 ist empfindlich auf Drehbeschleunigungen um eine X-Achse, welche parallel zu den Armen der Stimmgabel verläuft und in der Schwingungsebene liegt.The 1 shows a planar silicon chip 1 , in the central region of which a chip-integral spin acceleration sensor 2 is arranged, which has the shape of a tuning fork and was produced by micromechanical machining. The sensor 2 is sensitive to spin around an X-axis which is parallel to the arms of the tuning fork and lies in the plane of vibration.

Der Sensor 2 steht mit Anregungstreibern 3 und mit Resonanzsensoren 4 in Wirkverbindung, welche über elektrische Leiterbahnen 5 an einen integralen Prozessor 6 angeschlossen sind, der seinerseits verbunden ist mit flachen elektrischen Leiterbahnen 7 am Rand des Chips. Die Ränder des Chips sind unter Verwendung der gleichen Technik mikromechanisch bearbeitet, wie dies bei der Bildung der Stimmgabel 2 der Fall ist, um während des gleichen Bearbeitungsvorgangs genaue kantenüberlappende Verbindungsformstücke 8 zu erhalten. Die Formstücke 8 bestehen aus einer Reihe von rechteckigen Vorsprüngen und Vertiefungen längs der Ränder des Chips 1. Hierbei stehen den Vorsprüngen an einer Seite Vertiefungen an der gegenüberliegenden Seite gegenüber und an die Vorsprünge der einen Seite schließen sich Vertiefungen an der dazu rechtwinklig verlaufenden Seite an.The sensor 2 stands with excitation drivers 3 and with resonance sensors 4 in operative connection, which via electrical conductors 5 to an integral processor 6 are connected, which in turn is connected to flat electrical conductors 7 on the edge of the chip. The edges of the chip are micromachined using the same technique as when forming the tuning fork 2 the case is, during the same machining operation, accurate edge overlapping connection fittings 8th to obtain. The fittings 8th consist of a series of rectangular projections and depressions along the edges of the chip 1 , Here are the projections on one side of depressions on the opposite side opposite and on the projections of one side close to depressions on the perpendicular to this side.

Die 2 zeigt eine alternative Ausführungsform eines ebenen Siliciumchips 1', welcher dazu einstückig eine Anordnung von Beschleunigungssensoren umfaßt, bestehend aus zwei integralen mikromechanisch bearbeiteten Drehsensoren 2' in Form von Stimmgabeln, welche rechtwinklig zueinander angeordnet sind, um Drehbeschleunigungen um rechtwinklig zueinander verlaufenden Achsen X und Y zu erfassen. Einstückig zum Chip 1' ist weiterhin ein mikromechanisch bearbeiteter Linearbeschleunigungssensor 9 in der Form einer Zunge vorgesehen, der Beschleunigungen in einer Z-Achse erfaßt, welche rechtwinklig zur Ebene des Sensors und rechtwinklig zu den X- und Y-Achsen verläuft. Die Zunge ist an ihrem freien Ende verdickt. In der Nähe seiner Ränder weist der Chip 1' innerhalb seines Körpers angeordnete Zapflöcher 10 und an seinen Rändern dazu entsprechende vorspringende Zapfzungen 11 auf, wobei die Löcher und die Zungen durch mikromechanische Bearbeitung während des gleichen Prozesses hergestellt wurden wie die Stimmgabeln 2' und der Sensor 9. Die Löcher 10 und die Zungen 11 weisen jeweils elektrische Leiterbahnen 7 auf (siehe 7). Die Zapfzungen 11 sind jeweils um eine halbe Teilung zu den Zapflöchern 10 angeordnet.The 2 shows an alternative embodiment of a planar silicon chip 1' , which integrally comprises an arrangement of acceleration sensors, consisting of two integral micromechanically machined rotary sensors 2 ' in the form of tuning forks which are arranged at right angles to one another in order to detect rotational accelerations about mutually perpendicular axes X and Y. One piece to the chip 1' is also a micromechanically processed linear acceleration sensor 9 is provided in the form of a tongue which detects accelerations in a Z-axis which is perpendicular to the plane of the sensor and perpendicular to the X and Y axes. The tongue is thickened at its free end. Near its edges, the chip points 1' within its body arranged taps 10 and at its edges to corresponding projecting Zapfzungen 11 The holes and tongues were micromachined during the same process as the tuning forks 2 ' and the sensor 9 , The holes 10 and the tongues 11 each have electrical conductors 7 on (see 7 ). The taps 11 are each half a pitch to the tap holes 10 arranged.

Die 3 zeigt einen Zusammenbau von drei identischen ebenen Siliciumchips 1 der 1, aus der verdeutlicht wird, wie die Vorsprünge und Vertiefungen an den Rändern, welche die Verbindungsformstücke 8 bilden, randseitig verzahnend ineinandergreifen, um eine dreidimensionale Sensorvorrichtung zu schaffen, die in der Lage ist, Drehbewegungen um die rechtwinklig zueinander verlaufenden Achsen X, Y und Z zu erfassen.The 3 shows an assembly of three identical planar silicon chips 1 of the 1 , from which it is made clear how the projections and depressions on the edges, which the connecting fittings 8th form, edge-splitting in engage to provide a three-dimensional sensor device capable of detecting rotational movements about the orthogonal axes X, Y and Z.

Die 4 verdeutlicht den Zusammenbau von drei ebenen Siliciumchips 1' der 2. Nach dem Zusammenbau greifen die Zapfzungen 11 in die Zapflöcher 10 ein, so daß eine dreidimensionale Sensorvorrichtung entsteht, bei der jeweils zwei Sensoren zur Drehbeschleunigungsmessung in jeder der drei Achsen X, Y und Z vorgesehen sind, bestehend aus unterschiedlich ausgerichteten stimmgabelförmigen Sensoren 2'. Für Beschleunigungsmessungen in jeder der drei Achsen X, Y und Z ist jeweils ein einziger Beschleunigungssensor 9 vorgesehen. Hierbei ist anzumerken, daß weitere Sensoren zum Chip einstückig vorgesehen sein können, welche miteinander fluchten oder unterschiedlich orientiert sind, um die Redundanz der Vorrichtung zu erhöhen und die Meßmöglichkeit in jeder der Achsen zu vergrößern.The 4 illustrates the assembly of three planar silicon chips 1' of the 2 , After assembly, the taps grip 11 in the taps 10 a, so that a three-dimensional sensor device is formed, are provided in each of which two sensors for rotational acceleration measurement in each of the three axes X, Y and Z, consisting of differently oriented tuning fork-shaped sensors 2 ' , Acceleration measurements in each of the three axes X, Y and Z are each a single acceleration sensor 9 intended. It should be noted that other sensors may be integrally provided to the chip, which are aligned with each other or are oriented differently in order to increase the redundancy of the device and to increase the possibility of measurement in each of the axes.

Die 5a zeigt eine geschlossene Baugruppe 12 aus sechs Siliciumchips 1' der 2, wobei für jede der drei Achsen vier Drehsensoren und zwei Linearbeschleunigungssensoren vorgesehen sind. Einen Sockelchip 13 zeigt die 5b zur Aufnahme der Baueinheit 12, der in einer rechteckigen Erhebung Ausnehmungen 14 aufweist, in welche Zapfzungen 11 der Baugruppe 12 passen, so daß eine Baueinheit nach 5c entsteht. Der Sockelchip 13 weist Leiterbahnen 15 auf, welche in Kontakt treten mit den entsprechenden Leiterbahnen der Baugruppe 12, wobei diese Leiterbahnen 15 über weitere Leiterbahnen 16 in elektrischer Verbindung stehen mit den flachen Leiterbahnen 17 am Rand des Sockelchips 13.The 5a shows a closed assembly 12 from six silicon chips 1' of the 2 wherein four rotary sensors and two linear acceleration sensors are provided for each of the three axes. A socket chip 13 show the 5b for receiving the unit 12 which recesses in a rectangular elevation 14 has, in which Zapfzungen 11 the assembly 12 fit, so that a unit after 5c arises. The socket chip 13 has traces 15 which come in contact with the corresponding tracks of the assembly 12 , these tracks 15 via further tracks 16 in electrical connection with the flat conductor tracks 17 on the edge of the socket chip 13 ,

Die 6 zeigt die ineinandergreifende Eckverbindung zweier Siliciumchips 1 nach 1, wobei die flachen elektrischen Verbindungsleiterbahnen 7 der Verbindungsformstücke 8 jedes Chips nahe beieinander verlaufen. Die Leiterbahnen 7 der beiden Chips können elektrisch miteinander verbunden werden durch jeweils eine Lötverbin dung 18 wie in 7 gezeigt oder durch jeweils eine Drahtverbindung 19 gemäß 8.The 6 shows the interlocking corner joint of two silicon chips 1 to 1 , wherein the flat electrical connecting tracks 7 the connection fittings 8th each chip run close to each other. The tracks 7 the two chips can be electrically connected to each other by a respective Lötverbin 18 as in 7 shown or by a wire connection 19 according to 8th ,

Die 9a zeigt ein Zapfloch 10 und eine Zapfzunge 11 zweier Sensorchips 1' nach 2. Wird die Zapfzunge 11 in das Zapfloch 10 eingesteckt, wird eine elektriche Verbindung zwischen den beiden Chips hergestellt. Hierbei sind am Zapfloch 10 die Leiterbahnen 7 über Eck in das Loch 10 geführt. Außerdem verjüngen sich Zapfloch 10 und Zunge 11 keilförmig zur gegenüberliegenden Seite, so daß, wenn nach 9b ineinandergesteckt, die flachen Leiterbahnen 7 gegeneinandergedrückt werden.The 9a shows a tap hole 10 and a tapping tongue 11 two sensor chips 1' to 2 , Will the tapping tongue 11 in the tap hole 10 plugged in, an electrical connection between the two chips is made. Here are at the tap hole 10 the tracks 7 over corner into the hole 10 guided. In addition, Zapfloch rejuvenate 10 and tongue 11 wedge-shaped to the opposite side, so that when 9b nested, the flat traces 7 pressed against each other.

Gemäß 10a stehen die Enden der Leiterbahnen 7' zungenförmig über den Rand des Vorsprungs des Chips 1 in die Vertiefung über, was durch Photoätzen des Chips bewirkt wird. Werden zwei Chips ineinandergesteckt, werden die überstehenden Enden der Leiterbahnen gebogen und treten in Kontakt mit den Leiterbahnen 7 des anderen Chips, wie in 10b dargestellt.According to 10a stand the ends of the tracks 7 ' tongue-shaped over the edge of the projection of the chip 1 into the recess over what is caused by photo etching of the chip. If two chips plugged into each other, the protruding ends of the tracks are bent and come into contact with the tracks 7 the other chip, like in 10b shown.

Bei der in 11a gezeigten Ausführungsform sind die Vorsprünge und Vertiefungen zweier randseitig ineinandergesteckter Chips mit ihren Leiterbahnen 7, 5 dargestellt. Die randseitigen flachen Leiterbahnen 7 der beiden Chips werden durch eine zusätzliche elektrische Baukomponente 20 miteinander verbunden, die aus einem nichtleitenden Trägermaterial besteht, auf welcher Leiterbahnen mit Zungen 7'' angeordnet sind, die elektrisch durch Leiterbahnen 5'' miteinander verbunden sind. Die Zungen verlaufen rechtwinklig zueinander, so daß, wenn die Komponente 20 aufgesetzt wird, die Zungen die Leiterbahnen 7 der beiden rechtwinklig zueinander verlaufenden Chips 1 miteinander verbinden, wie dies in 11c dargestellt ist.At the in 11a embodiment shown are the projections and recesses of two edges nested chips with their interconnects 7 . 5 shown. The edge-side flat conductor tracks 7 The two chips are replaced by an additional electrical component 20 interconnected, which consists of a non-conductive substrate, on which tracks with tongues 7 '' are arranged, which are electrically connected by conductor tracks 5 '' connected to each other. The tongues are perpendicular to each other, so that when the component 20 is put on, the tongues the tracks 7 the two mutually perpendicular chips 1 connect together like this in 11c is shown.

Andere Verbindungsformen können ebenfalls verwendet werden. Es ist nicht wesentlich für die ebenen Chips rechtwinklig zueinander angeordnet zu werden. Sie können auch unter anderen Winkeln zusammengefügt werden. Obwohl bevorzugt Beschleunigungssensoren aus dem gleichen Material wie die Chips bestehen, ist es auch möglich, sie separat herzustellen, um sie sodann an Montageplatten zu befestigen, die die vorerwähnten randseitigen Verbindungsformstücke aufweisen.Other Connection forms can also be used. It is not essential for the level Chips are arranged at right angles to each other. You can also be put together at different angles. Although preferred Acceleration sensors made of the same material as the chips it is also possible make them separately, then attach them to mounting plates, which the aforementioned edge connection fittings exhibit.

Die Steifigkeit der Baueinheiten hängt ab von der Geometrie der Verbindungsstücke und der Art der elektrischen Verbindungen. Konventionelle Schweiß- und Vergußtechniken können zur Verbesserung der Steifigkeit der Struktur verwendet werden.The Rigidity of the units depends on the geometry of the connectors and the type of electrical Links. Conventional welding and casting techniques can be used to improve the rigidity of the structure.

Die Geometrie der Sensoren in den ebenen Bauteilen kann entweder während oder nach deren Herstellung und vor dem Zusammenbau verändert werden, um Schwingungsresonanzen oder andere Kreuzkopplungseffekte zwischen den Sensoren zu vermeiden.The Geometry of the sensors in the plane components can be either during or changed after their manufacture and before assembly, to vibrational resonances or other cross-coupling effects between to avoid the sensors.

Claims (11)

Beschleunigungssensorbaugruppe mit ersten und zweiten ebenen, Beschleunigungssensoren tragenden Bauteilen, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleunigungssensoren (2, 2') aus den ebenen Bauteilen (1, 1') herausgearbeitet sind, und daß die ebenen Bauteile (1, 1') ineinandergreifende Oberflächenstrukturen (8, 10, 11) aufweisen, die aus dem Material der ebenen Bauteile (1, 1') geformt sind und die die Bauteile (1, 1') winkelmäßig zueinander fixieren.Acceleration sensor assembly having first and second planar components supporting acceleration sensors, characterized in that the acceleration sensors ( 2 . 2 ' ) from the planar components ( 1 . 1' ) and that the flat components ( 1 . 1' ) interlocking surface structures ( 8th . 10 . 11 ), which consist of the material of the planar components ( 1 . 1' ) are formed and the components ( 1 . 1' ) at an angle to each other. Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ineinandergreifenden Oberflächenstrukturen (8, 10, 11) die ebenen Bauteile (1, 1') rechtwinklig zueinander fixieren.An assembly according to claim 1, characterized in that the interlocking surface structures ( 8th . 10 . 11 ) the flat components ( 1 . 1' ) at right angles to each other. Baugruppe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenstrukturen (8, 10, 11) im Bereich mindestens eines Rands der ebenen Bauteile (1, 1') angeordnet sind.An assembly according to claim 1 or 2, characterized in that the surface structures ( 8th . 10 . 11 ) in the region of at least one edge of the planar components ( 1 . 1' ) are arranged. Baugruppe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenstrukturen aus einander abwechselnden Vorsprüngen und Vertiefungen (8) mindestens längs eines Rands der ebenen Bauteile (1) bestehen, die miteinander verzahnt in Eingriff stehen.An assembly according to claim 3, characterized in that the surface structures consist of alternating projections and depressions ( 8th ) at least along one edge of the planar components ( 1 ), which mesh with each other in mesh. Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenstruktur bei mindestens einem der ebenen Bauteile (1') aus mindestens einer Öffnung (10) im ebenen Bauteil (1') besteht, in welchen eine Zunge (11) des anderen ebenen Bauteils (1') in Form einer Verzapfung eingreift.Assembly according to one of the preceding claims, characterized in that the surface structure in at least one of the planar components ( 1' ) from at least one opening ( 10 ) in the planar component ( 1' ) in which a tongue ( 11 ) of the other planar component ( 1' ) engages in the form of a Verzapfung. Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus drei ebenen Bauteilen (1, 1') besteht, welche rechtwinklig zueinander angeordnet sind und welche durch die ineinandergreifenden Oberflächenstrukturen (8, 10, 11) winkelmäßig zueinander fixiert sind.Assembly according to one of the preceding claims, characterized in that it consists of three planar components ( 1 . 1' ), which are arranged at right angles to each other and which by the interlocking surface structures ( 8th . 10 . 11 ) are angularly fixed to each other. Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren Festkörpervibrationssensoren (2, 2') sind.Assembly according to one of the preceding claims, characterized in that the sensors are solid-state vibration sensors ( 2 . 2 ' ) are. Baugruppe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jedes ebene Bauteil zwei Vibrationssensoren (2') aufweist, die rechtwinklig zueinander angeordnet sind.An assembly according to claim 7, characterized in that each planar component comprises two vibration sensors ( 2 ' ), which are arranged at right angles to each other. Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren einen Linearbeschleunigungssensor (9) in Zungenform umfassen.Assembly according to one of the preceding claims, characterized in that the sensors comprise a linear acceleration sensor ( 9 ) in tongue form. Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ebenen Bauteile (1, 1) die Elektronik (3, 4, 5, 6) für die Sensoren (2, 2') tragen.Assembly according to one of the preceding claims, characterized in that the planar components ( 1 . 1 ) the Electronic ( 3 . 4 . 5 . 6 ) for the sensors ( 2 . 2 ' ) wear. Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ebenen Bauteile (1, 1') elektrisch miteinander an Stellen verbunden sind, die im Bereich der ineinandergreifenden Oberflächenstrukturen (8, 10, 11) verlaufen.Assembly according to one of the preceding claims, characterized in that the planar components ( 1 . 1' ) are electrically connected to one another at points which, in the region of the interlocking surface structures ( 8th . 10 . 11 ).
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Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1997037195A1 (en) * 1996-03-29 1997-10-09 Ngk Insulators, Ltd. Oscillation gyro sensor, composite sensor and process of producing gyro sensor
US6003369A (en) * 1997-05-19 1999-12-21 Continental Teves, Inc. Method for manufacturing encapsulated semiconductor devices
JP2000097707A (en) 1998-09-18 2000-04-07 Fujitsu Ltd Acceleration sensor
FR2861464B1 (en) * 2003-10-28 2006-02-17 Commissariat Energie Atomique MOTION DETECTOR WITH SIX DEGREES OF FREEDOM WITH THREE POSITION SENSORS AND METHOD OF MANUFACTURING A SENSOR
SE528404C2 (en) * 2004-10-20 2006-11-07 Imego Ab The sensor arrangement
JP5037819B2 (en) 2005-03-04 2012-10-03 ソニー株式会社 Electronics
DE102005023591A1 (en) * 2005-05-18 2006-11-30 Hl-Planar Technik Gmbh Field measuring device, measuring module for a field measuring device and method of production for a plurality of measuring modules
DE102005047873B4 (en) * 2005-10-06 2010-10-14 Günthner, Wolfgang, Dipl.-Ing. Miniaturized inertial measuring system
US7237437B1 (en) * 2005-10-27 2007-07-03 Honeywell International Inc. MEMS sensor systems and methods
FR2903812B1 (en) * 2006-07-13 2008-10-31 Commissariat Energie Atomique INTEGRATED CIRCUIT DISTRIBUTED TO AT LEAST TWO NON-PARALLEL PLANS AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME
DE102009001247A1 (en) 2009-02-27 2010-09-09 Sensordynamics Ag Micro-electro-mechanical sensor
DE102014207766A1 (en) * 2014-04-24 2015-10-29 Continental Teves Ag & Co. Ohg Monitor 3-axis inertial sensor with 2-axis inertial sensor
JP6519122B2 (en) * 2014-08-25 2019-05-29 セイコーエプソン株式会社 Sensor device, electronic device and mobile
DE102016122042B4 (en) 2015-11-20 2022-02-17 Jena Optronik Gmbh Sensor assembly for determining the position of an object
KR101724332B1 (en) * 2015-12-16 2017-04-07 국방과학연구소 Inertial measurement unit
WO2019143838A1 (en) * 2018-01-17 2019-07-25 Cubic Corporation Cuboid inertial measurement unit
GB2571916A (en) * 2018-02-23 2019-09-18 Atlantic Inertial Systems Ltd Inertial measurement units
WO2020208670A1 (en) * 2019-04-08 2020-10-15 三菱電機株式会社 Outdoor unit for air-conditioner

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5012316A (en) * 1989-03-28 1991-04-30 Cardiac Pacemakers, Inc. Multiaxial transducer interconnection apparatus
DE9113744U1 (en) * 1991-11-05 1992-01-16 SMT & Hybrid GmbH, O-8012 Dresden Three-dimensional micromechanical acceleration sensor with integrated electronics

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5012316A (en) * 1989-03-28 1991-04-30 Cardiac Pacemakers, Inc. Multiaxial transducer interconnection apparatus
DE9113744U1 (en) * 1991-11-05 1992-01-16 SMT & Hybrid GmbH, O-8012 Dresden Three-dimensional micromechanical acceleration sensor with integrated electronics

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