DE19637079C2 - 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.

Eine eingangs genannte Anordnung zur Beschleunigungsmessung ist in der EP 0 675 363 A2 beschrieben, wo in einem Gehäuse ein mikromechanischer Beschleunigungssensor und eine nachgeschaltete Auswerteschaltung ange­ ordnet sind.

Diese Anordnung besteht aus einem ersten, das Beschleunigungssensorele­ ment aufnehmendes, auf einem Leiterstreifen (lead frame) angeordneten Gehäuseteil, das eine Öffnung aufweist, um dort auf dem als Träger für die­ ses Element dienenden Leiterstreifen dasselbe zu befestigen, so daß damit eine Bestückungsebene für den Sensorchip definiert wird. Dieses erste Ge­ häuseteil, hergestellt durch einen Mouldprozess, wird mit einem zweiten, ebenfalls aus Kunststoff hergestellten Teil verschlossen. Aus dem dadurch hergestellten quaderförmigen Gehäuse ragen als Teil des Leiterstreifens auf einer Seitenfläche dieses Gehäuses Anschlußbeinchen heraus sowie auf dar­ an sich anschließenden, sich gegenüberliegenden Seitenflächen Befesti­ gungsbleche, die senkrecht zur Fläche des Leiterstreifens derart abgebogen werden, daß diese zusammen mit den Anschlußbeinchen eine Montageebe­ ne bilden. Dabei sind diese Befestigungsbleche und die Endteile der An­ schlußbeinchen derart ausgeführt, daß die Montageebene des Sensorchips nicht senkrecht zur Bestückungsebene liegt, sondern zu dieser geneigt ist.

Ferner ist eine Anordnung zur Beschleunigungs­ messung aus der DE 39 15 064 C2 bekannt, deren Beschleunigungssensorelement in Richtung der zu detektierenden Beschleunigung geneigt ist. Mit dem Wert des Neigungs­ winkels läßt sich die Empfindlichkeit der Anordung als ein Beschleunigungs­ grenzwert einstellen, bei dessen Über­ schreiten ein elektrisches Signal abgegeben wird.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung zur Beschleuni­ gungsmessung der eingangs genannten Art mit erweitertem Einsatzspektrum anzugeben.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentan­ spruches 1 gelöst.

Dadurch wird erreicht, daß die Anordnung in zwei verschiedenen Einbaula­ gen verbaut werden kann, ohne daß Änderungen an der Konstruktion des Sensors vorgenommen werden müssen. Die Montagemöglichkeit in zwei Ebenen ermöglicht eine wirtschaftliche Optimierung der Logistik und erwei­ tert das Einsatzspektrum durch den beliebig wählbaren Winkel. Des weite­ ren wird auch die konstruktive Integration in das System bedeutend verein­ facht.

Die weiteren Vorteile der Erfindung liegen darin, daß mit der erfindungs­ gemäßen Anordnung bei entsprechender Wahl des Winkels α auch Be­ schleunigungen gemessen werden können, die nicht senkrecht oder parallel zur Montageebene der Anordnung verlaufen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteran­ sprüchen beschrieben. So werden gemäß dem Ausführungsbeispiel j- förmige Ausbildungen der Anschlußbeinchen und der zweiten Befestigungs­ bleche angegeben. Mit Patentanspruch 4 wird vorgeschlagen, Bestückungs- und Montageebene in einem Winkel zwischen 10° und 15° zueinander an­ zuordnen. Der Winkel zwischen 10° und 15° ist durch die Konstruktion des Sensors bedingt.

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 5 und zweiten Befestigungsble­ chen 4. Das Gehäuse 1 besteht vorzugsweise aus einem technischen Kunst­ stoff und wird durch ein bekanntes Mouldverfahren hergestellt. Der metal­ lene Träger 2 besteht aus einer bekannten Kupfer- oder Eisenlegierung, die hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit und genügend hohe mecha­ nische Festigkeit aufweist. Die verwendete Legierung muß außerdem mit­ tels eines Stanzwerkzeuges bearbeitbar und gut lötbar und bondbar sein.

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

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.

Durch den gewählten Herstellungsprozeß (Spritzprozeß) für Sensor und Elek­ tronik in einem Gehäuse ist der Abgleich des Sensors leicht möglich. Außer­ dem werden ausschließlich bekannte Herstellungsverfahren der Halbleiter­ technik eingesetzt. Durch den eingesetzten Dom (Glob-Top) wird das Senso­ relement wirksam von Umwelteinflüssen und auftretenden mechanischen Spannungen abgeschirmt.

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 Kontaktfächen 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 bzw. 19 muß die Empfindlichkeitsachse 13b (Fig. 2 und 4a) bzw. 21b (Fig. 4b) senkrecht bzw. parallel zur Montageebene 18 bzw. 19 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 zweiten 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 zweiten Montageebene 18 wirken, werden zur Befestigung der Anordnung auf der Leiterplatte 12 nur die Anschlußbein­ chen 3 und die zweiten Befestigungsbleche 4 verwendet, wie aus Fig. 4a hervorgeht. Die Anschlußbeinchen 3 und die zweiten Befestigungsbleche 4 bilden hierbei die zweite Montageebene 18.

Um dagegen eine Hauptempfindlichkeitsachse gemäß einer Pfeilrichtung 21b parallel zur ersten Montageebene 19 zu erhalten, werden die An­ schlußbeinchen 3 und die ersten Befestigungsbleche 5 auf der Leiterplatte 12 verlötet. Die Anschlußbeinchen 3 und die ersten Befestigungsbleche 5 bilden hierbei die erste Montageebene 19.

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 (10)

1. Anordnung zur Beschleunigungsmessung, bestehend aus einem Träger (2) und einem Gehäuse (1) für ein Beschleunigungssenso­ relement (6), wobei

• a) der Träger (2) Anschlussbeinchen (3) und erste Befestigungsbleche (5) aufweist und eine Bestückungsebene (20) für das Beschleunigungs­ sensorelement (6) bildet,
• b) die Anschlussbeinchen (3) und die ersten Befestigungsbleche (5) eine er­ ste Montageebene (19) für die Anordnung bilden, und,
• c) die Bestückungsebene (20) geneigt zur ersten Montageebene 19 an­ geordnet ist,

dadurch gekennzeichnet, dass

• a) der Träger (20) zweite Befestigungsbleche (4) aufweist, und
• b) die Anschlussbeinchen (3) und die zweiten Befestigungsbleche (4) eine zweite Montageebene (18) für die Anordnung bilden, wobei die Be­ stückungsebene (20) in einem Winkel α zur zweiten Montageebene (18) angeordnet ist und der Winkel α größer 0° und kleiner 90° ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die An­ schlussbeinchen (3) j-förmig (als J-Wing) derart umgebogen sind, dass deren gebogener Endteil zusammen mit den zweiten Befestigungsblechen (4) die zweite Montageebene (18) bilden.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Befestigungsbleche (4) j-förmig (als J-Wing) derart umgebogen sind, dass deren gebogener Endteil zusammen mit den Anschlussbeinchen (3) die zweite Montageebene (18) bilden.

4. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, dass der Winkel α zwischen 10° und 15° liegt.

5. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, dass als Beschleunigungssensorelement (6) ein piezoresisti­ ves Element verwendet wird.

6. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, dass auf dem Träger (2) eine Auswerteeinheit (7) angeordnet ist.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Auswer­ teeinheit (7) ein anwendungsspezifischer Schaltkreis (ASIC) verwendet wird.

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

9. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, dass der Träger (2) aus einer Kupferlegierung besteht.

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeich­ net, dass der Träger (2) aus einer Eisenlegierung besteht.