DE19637079A1 - Anordnung zur Beschleunigungsmessung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Beschleunigungsmessung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Beschleunigungssensoren werden häufig bei Insassenschutzsystemen in Kraftfahrzeugen eingesetzt, um für die Insassen gefährliche Situationen zu erkennen und Rückhaltesysteme zu deren Schutz zu aktivieren.

Die Hauptempfindlichkeitsachse bei bekannten Beschleunigungssensoren ist senkrecht oder parallel zur Montageebene angeordnet.

Einen derartigen Aufbau eines Beschleunigungssensors nach dem Stand der Technik ist in der European Patent Application 0 675 363 A2 beschrieben, wo in einem Gehäuse ein mikromechanischer Beschleunigungssensor und eine nachgeschaltete Auswerteschaltung angeordnet sind.

Diese Anordnung weist den Nachteil auf, daß nur Beschleunigungskräfte ge­ messen werden können, die parallel zur Montageebene des Beschleuni­ gungssensors verlaufen.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung zur Beschleuni­ gungsmessung anzugeben, bei der die genannten Nachteile vermieden wer­ den.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Anordnung zur Beschleunigungsmes­ sung, bestehend aus einem Gehäuse, einem Beschleunigungssensorelement und einem eine Bestückungsebene für das Beschleunigungssensorelement definierenden Träger, mit Anschlußbeinchen zur Erzeugung wenigstens ei­ ner Montageebene für das Gehäuse, wobei die Bestückungsebene in einem beliebigen Winkel zur Montageebene angeordnet ist.

Dadurch wird erreicht, daß Einflüsse der Verschlußtechnik (z. B. Löten oder Schweißen) nicht vorhanden sind. Durch den gewählten Herstellungsprozeß (Spritzprozeß) für Sensor und Elektronik in einem Gehäuse ist der Abgleich des Sensors leicht möglich. Außerdem werden ausschließlich bekannte Her­ stellungsverfahren der Halbleitertechnik eingesetzt. Durch den eingesetzten Dom (Glob-Top) wird das Sensorelement wirksam von Umwelteinflüssen und auftretenden mechanischen Spannungen abgeschirmt. Das Einsatzspektrum wird durch den beliebig wählbaren Winkel stark erweitert, und die kon­ struktive Integration in das System bedeutend vereinfacht.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteran­ sprüchen beschrieben. So wird im Patentanspruch 2 vorgeschlagen, Be­ stückungs- und Montageebene in einem Winkel zwischen 10° und 15° zuein­ ander anzuordnen. Der Winkel zwischen 10° und 15° ist durch die Konstruk­ tion des Sensors bedingt. Die Verspannungen durch das Umspritzen werden dadurch klein gehalten. Erst die Kombination von Dom und vorgeschlagener Konstruktion des Sensors ermöglicht den Einsatz der Spritztechnik.

Die weiteren Vorteile der Erfindung liegen darin, daß mit der erfindungs­ gemäßen Anordnung auch Beschleunigungen gemessen werden können, die nicht senkrecht oder parallel zur Montageebene der Anordnung verlau­ fen. Zudem kann die Anordnung in zwei verschiedenen Einbau lagen ver­ baut werden, ohne daß Änderungen an der Konstruktion des Sensors vor­ genommen werden müssen. Die Montagemöglichkeit in zwei Ebenen er­ möglicht eine wirtschaftliche Optimierung der Logistik und erweitert das Einsatzspektrum.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend ausführlich erläu­ tert und anhand der Figuren dargestellt.

Es zeigen

Fig. 1 eine Draufsicht und zwei Seitenansichten der erfindungsge­ mäßen Anordnung zur Beschleunigungsmessung,

Fig. 2 einen Schnitt durch die Anordnung nach Fig. 1,

Fig. 3 der zur erfindungsgemäßen Anordnung gehörende Träger,

Fig. 4a die erfindungsgemäße Anordnung, wobei die Hauptempfind­ lichkeitsachse senkrecht zur Montageebene verläuft und

Fig. 4b die erfindungsgemäße Anordnung, wobei die Hauptempfind­ lichkeitsachse parallel zur Montageebene verläuft.

Die Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anord­ nung, bestehend aus einem Gehäuse 1, einem Träger 2 mit Anschlußbein­ chen 3, mit ersten Befestigungsblechen 4 und zweiten Befestigungsblechen 5. Das Gehäuse 1 besteht vorzugsweise aus einem technischen Kunststoff und wird durch ein bekanntes Mouldverfahren hergestellt. Der metallene Träger 2 besteht aus einer bekannten Kupfer- oder Eisenlegierung, die hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit und genügend hohe mechanische Festigkeit aufweist. Die verwendete Legierung muß außerdem mittels eines Stanzwerkzeuges bearbeitbar und gut lötbar und bondbar sein.

Eine erste Montageebene 18 zum Einbau der Anordnung, vorzugsweise in das Chassis eines Kraftfahrzeuges, wird durch die Anschlußbeinchen 3 und die ersten Befestigungsbleche 4 gebildet, eine zweite Montageebene 19 durch die Anschlußbeinchen 3 und die zweiten Befestigungsbleche 5.

Fig. 2 zeigt den inneren Aufbau der erfindungsgemäßen Anordnung. Auf einer um einen beliebigen Winkel α, beispielsweise zwischen 10° und 15°, zur Montageebene 18 geneigten Bestückungsebene 20, gebildet durch den Träger 2, der vom Gehäuse 1 umschlossen ist, sind ein Beschleunigungssen­ sorelement 6 und eine nachgeschaltete Auswerteeinheit 7 angeordnet. Die Größe des Winkels α hängt hierbei vom Aufbau des verwendeten Beschleu­ nigungssensorelements 6 ab. Das Beschleunigungssensorelement 6 weist zu seinem Schutz beim Mouldvorgang einen Dom (Glob-Top) 8 auf, der aus ei­ ner elastischen Kunststoffmasse, wie beispielsweise Silikon, besteht. Bei der Auswerteeinheit 7 handelt es sich um einen anwendungsspezifischen Inte­ grierten Schaltkreis (ASIC). Die Befestigung von Beschleunigungssensorele­ ment 6 und Auswerteeinheit 7 auf dem Träger 2 erfolgt mittels eines leit­ fähigen oder isolierenden Klebstoffes oder durch Chipbonden, so daß eine elektrisch und thermisch leitfähige Verbindung zustande kommt.

Die elektrische Verbindung zwischen Beschleunigungssensorelement 6 und Auswerteeinheit 7 bzw. zwischen Auswerteeinheit 7 und den Anschlußbein­ chen 3 erfolgt mittels Bonddrähten 9, die aus einer leitfähigen Metallegie­ rung auf Basis von Gold oder Aluminium bestehen. Die Anschlußbeinchen 3 weisen wie die ersten Befestigungsbleche 4 eine J-förmige Gestalt auf und werden daher auch als J-Wings bezeichnet. Sie werden mit Leitbahnen 10 bzw. metallenen Kontaktflächen 11 einer Leiterplatte 12 verlötet, wobei die Befestigungsbleche 4 zusätzlich zur Befestigung der Anordnung für die elek­ trische Verbindung beispielsweise zum Bezugspotential dienen.

Für die Messung einer Beschleunigung senkrecht bzw. parallel zur Montage­ ebene 18 muß die Empfindlichkeitsachse senkrecht bzw. parallel zur Monta­ geebene 18 liegen. Dies wird durch geeignete Wahl des Winkels α erreicht. Ist die Empfindlichkeitsachse in Richtung des Pfeiles 13a geneigt, dann kön­ nen durch die zur Leiterplatte 12 um den Winkel α geneigten Anordnung des Beschleunigungssensorelements 6, bei dem es sich vorzugsweise um ein bekanntes piezoresistives Widerstandselement in Verbindung mit einer seis­ mischen Masse handelt, aufgrund von sich ergebenden Nebenempfindlich­ keitsachsen 13b und 13c auch Beschleunigungen gemessen werden, die nicht senkrecht zur ersten Montageebene 18 verlaufen.

Die Fig. 3 zeigt den zum Aufbau der erfindungsgemäßen Anordnung ver­ wendeten Träger 2 mit einer Positionierungsmarkierung 14 und Transport­ löchern 15. Eine Fläche 16 wird später mit einem Beschleunigungssensor­ element und eine Fläche 17 mit einer Auswerteeinheit bestückt. Weiterhin weist der Träger 2 noch nicht freigeschnittene Anschlußbeinchen 3 und noch nicht umgebogene Befestigungsbleche 4 und 5 auf. Die Befestigungs­ bleche 4 lassen sich auch als Anschlußbeinchen nutzen, wenn sie durch Frei­ schneiden vom übrigen Träger 2 galvanisch getrennt werden.

Aus den Fig. 4a und 4b geht hervor, daß die Anordnung in zwei verschiede­ nen Einbaulagen montiert werden kann, ohne Änderungen am Aufbau, bei­ spielsweise am Gehäuse 1, vornehmen zu müssen.

Um für Beschleunigungen sensibilisiert zu werden, die vorwiegend in Pfeil­ richtung 13b senkrecht zur ersten Montageebene 18 wirken, werden zur Befestigung der Anordnung auf der Leiterplatte 12 nur die Anschlußbein­ chen 3 und die ersten Befestigungsbleche 4 verwendet, wie aus Fig. 4a her­ vorgeht. Die Anschlußbeinchen 3 und die ersten Befestigungsbleche 4 bil­ den hierbei die erste Montageebene 18.

Um dagegen eine Hauptempfindlichkeitsachse gemäß einer Pfeilrichtung 21b senkrecht zur zweiten Montageebene 19 zu erhalten, werden die An­ schlußbeinchen 3 und die zweiten Befestigungsbleche 5 auf der Leiterplatte 12 verlötet. Die Anschlußbeinchen 3 und die zweiten Befestigungsbleche 5 bilden hierbei die zweite Montageebene 19. Bei geeigneter Wahl des Win­ kels α (Fig. 2) können aber auch Beschleunigungen detektiert werden, die gemäß Pfeilrichtung 21b bzw. 21c parallel bzw. senkrecht zur Montageebe­ ne 19 wirken.

Die erfindungsgemäße Anordnung zur Beschleunigungsmessung findet ihre Verwendung hauptsächlich in Kraftfahrzeugen zur Auslösung von Insassen­ schutzsystemen, wenn aufgrund einer Fahrsituation Gefahr für die Insassen besteht. Die Anordnung kann in zwei verschiedenen Einbaulagen montiert werden, ohne Änderungen am Aufbau vornehmen zu müssen. Durch die zu den Montageebenen nicht parallele Anordnung des Beschleunigungssensor­ elements können auch Beschleunigungen detektiert werden, die nicht senk­ recht zu einer Montageebene verlaufen, insbesondere Querbeschleunigun­ gen.

Claims (13)

1. Anordnung zur Beschleunigungsmessung, bestehend aus einem Gehäuse (1), einem Beschleunigungssensorelement (6) und einem eine Bestückungs­ ebene (20) für das Beschleunigungssensorelement (6) definierenden Träger (2), mit Anschlußbeinchen (3) zur Erzeugung wenigstens einer Montageebe­ ne (18, 19) für das Gehäuse (1), dadurch gekennzeichnet, daß die Be­ stückungsebene (20) in einem Winkel (α) zur Montageebene (18) angeordnet ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (α) zwischen 10° und 15° liegt.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (2) erste Befestigungsbleche (4) aufweist, wobei die Anschlußbeinchen (3) mit den ersten Befestigungsblechen (4) eine erste Montageebene (18) bil­ den.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (2) zweite Befestigungsbleche (5) aufweist, wobei die Anschlußbeinchen (3) mit den zweiten Befestigungsblechen (5) eine zweite Montageebene (19) bil­ den.

5. Anordnung nach Anspruch 1, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Träger (2) eine Auswerteeinheit (7) angeordnet ist.

6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Be­ schleunigungssensorelement (6) ein piezoresistives Element verwendet wird.

7. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Auswer­ teeinheit (7) ein anwendungsspezifischer Schaltkreis (ASIC) verwendet wird.

8. Anordnung nach Anspruch 1, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußbeinchen (3) J-förmig ausgeformt sind (J-Wing).

9. Anordnung nach Anspruch 1, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (2) aus einer Aluminiumlegierung besteht.

10. Anordnung nach Anspruch 1, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (2) aus einer Eisenlegierung besteht.

11. Anordnung nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschleunigungssensorelement (6) und die Auswerteeinheit (7) mittels Bonddrähten (9) miteinander oder mit dem Träger (2) verbunden sind.

12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Bond­ drähte (9) aus Gold oder einer Goldlegierung bestehen.

13. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Bond­ drähte (9) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehen.