JP2010530134A - 組み込まれた振動遮断部を備えたプリモールドハウジング - Google Patents

Abstract

本発明は、チップ構造体（２）を収容するためのプリモールドハウジングに関する。本発明の構成では、当該ハウジングの、チップ構造体（２）に結合されている部分（１）が、当該ハウジングの、当該ハウジング全体を支持する支持構造体に固定される別の部分（３）に弾性的に変位可能に結合されており、ただし前記両ハウジング部分（１，３）は互いに接触しない。

Description

背景技術
本発明は、ハウジング内に組み込まれた振動遮断部を備えた、チップ構造体、特にマイクロマニシング型のセンサを収容するためのプリモールドハウジング（Premold-Gehaeuse）に関する。

ヨーレートまたは加速度を測定するためのマイクロマニシング構造の慣性センサは現在、自動車におけるアクティブおよびパッシブな安全システムの固定の構成要素である。エアバックおよびビークルダイナミクスコントロールは、別のシステムを代表するものである。これらのシステムでは、センサ信号の誤った解釈に基づいた誤機能が、安全性に対して重要な影響を及ぼす。

特に種々の加速度測定および運動測定のために使用されるマイクロマニシング型のセンサは、損害または誤機能を回避するために、それ自体、外乱加速度（Stoerbeschleunigung）に対して防護されなければならない。このような外乱加速度は特に、不十分にしか減衰されていない支持構造体を介して振動入力結合によって、各センサに影響を与える恐れがある。

特に問題となるのは、使用されたセンサ自体の一部が、所定の測定を実施し得るようにするために、規定された周波数で励振されなければならない場合に生じる、望ましくない振動入力結合である。このことは、たとえば、振動する質量体が回転させられる際に生じるコリオリ加速度の測定に基づいたヨーレートセンサにおいて云える。このようなセンサの励振周波数の範囲（センサタイプに応じて１〜３０ｋHｚの範囲）にある周波数を有する外乱加速度の入力結合が行われると、センサ信号の誤解釈の危険が特に大きくなる。

したがって、構造上の手段によって外乱加速度の影響を少なく保持することが試みられる。

このような構造上の手段としては、外乱加速度に小規模のでしかさらされない組込み個所の選択、外乱加速度に対して敏感な構成素子を保持している構成アッセンブリの、振動減衰された搭載および場合によっては前記両手段の組合せが挙げられる。振動減衰された搭載のためにかかる手間は現在、比較的大きい。なぜならば、たいていプリント配線板全体または組込み器具全体が振動技術的に車両のその他の部分から分離されなければならないからである。外乱加速度による小さな負荷しか有しない組込み個所への制限は、部分的に同様に大きな手間を伴う。なぜならば、それぞれ完全な構成アッセンブリまたは組込み器具全体を、マイクロマニシング型のセンサの位置決めのために規定された組込み個所に収納することは、しばしば不可能となるか、または望まれていないからである。このような収納により、実際のセンサと、後置接続された電子評価装置との間の接続に著しい手間がかかる恐れがある。さらに、部分的に高価となる走行試験が必要となる。

マイクロマニシング型のセンサは、規格化された大量生産の過程においてハウジング、有利にはいわゆるプリモールドハウジング内に、準備されたコンタクト手段と共にパッケージング封止される。これらのコンタクト手段は一般に、より大きな回路構造体、たいていはプリント配線板またはその他の支持体に固く結合される。この結合を介して、チップハウジングおよびチップ自体への妨害振動もしくは外乱振動の入力結合が行われる。チップは通常、プリモールドハウジングのセンタ範囲に、準備された収容面を備えたチップ構造体の片側の面の接着によって結合される。その他に、マイクロマニシング型の測定素子のための特殊なハウジング、たとえば金属から成る溶接されたハウジング形状（DRS MM1 Fa.Bosch社）が知られている。しかし、公知のハウジング形状は、外乱加速度の入力結合を阻止するためには適していない。

発明の開示
技術的な課題
本発明の課題は、外乱加速度に対してセンサ素子を防護するためにかかる手間を減少させ、特に自動車における使用において、マイクロマニシング型のセンサの使用のための付加的な組付け個所を開発するための手段を提供することにある。

技術的な解決手段
この課題は、請求項１の特徴部に記載の特徴を有するプリモールドハウジング、すなわち当該ハウジングの、チップ構造体に結合されている部分が、当該ハウジングの、当該ハウジング全体を支持する支持構造体に固定される別の部分に弾性的に変位可能に結合されており、ただし前記両ハウジング部分は互いに接触しないことを特徴とするプリモールドハウジングにより解決される。請求項２〜請求項１０には、本発明によるハウジングの有利な構成が記載されている。

本発明は、マイクロマニシング型のセンサ素子に関する振動遮断および衝撃防止のための慣用の構成部分の機能を、少なくとも部分的にセンサ素子のハウジング内で実現することから出発する。このためには、固有のセンサ素子、すなわちマイクロマニシング型のセンサ構造体を取り付けたい場所が、振動を遮断すると同時に減衰作用をも発揮するエレメントを介して、プリント配線板または比較可能な支持構造体に結合されるプリモールドハウジングのその他の部分に結合されるようにプリモールドハウジングが形成される。チップ構造体を収容するための本発明によるプリモールドハウジングでは、該ハウジングの、チップ構造体に結合されている部分が、弾性変形可能な媒体を用いて、該ハウジングの、ハウジング全体を支持する支持構造体に取り付けられる別の部分に弾性的に変位可能に結合され、ただしこの場合、第１第２の両ハウジング部分は互いに接触しない。本発明において「弾性変形可能な媒体」とは、両ハウジング部分を耐久性良く互いに結合するために適した付着性を有しかつ両ハウジング部分の間の相対運動を十分に減衰すると同時に本発明による変位可能性を可能にするために適した、弾性的でかつ減衰性の体積特性を有するあらゆる材料を意味する。

有利な作用
当該ハウジングの、チップ構造体に結合されている部分が、ボトムプレートであり、該ボトムプレートが、弾性変形可能な媒体を介して、該ボトムプレートをフレーム状に取り囲む、当該ハウジング全体を支持する支持構造体に固定される別のハウジング部分に結合されていると有利である。このボトムプレートには、収容したいチップ構造体が取り付けられる。ボトムプレートの縁部と、ボトムプレートをフレーム状に取り囲む別のハウジング部分との間の間隔が適当に設定されていると、典型的な外乱加速時に生じる恐れのある、両ハウジング部分の間の相対運動時でも、両ハウジング部分が互いに接触しないことを確保することができる。

弾性変形可能な媒体が、シリコーンを含有しているか、または媒体全体がシリコーンから成っていると有利であることが判っている。さらに、弾性変形可能な媒体が、ボトムプレートと、当該ハウジングの、ボトムプレートをフレーム状に取り囲む部分との間の間隙を埋めていると有利である。弾性変形可能な媒体が、ボトムプレートと、当該ハウジングの、ボトムプレートをフレーム状に取り囲む部分との間の間隙に位置していて、ただし弾性変形可能な媒体の厚さが、ボトムプレートの厚さよりも大きくないと、特に良好な振動遮断を実現することができる。少なくとも、弾性変形可能な媒体は、ボトムプレートの延在平面に対して直角な方向でのボトムプレートの変位の際に、主として弾性変形可能な媒体の剪断負荷が生ぜしめられるように配慮する分配を有していることが望ましい。

当該ハウジングの、チップ構造体に結合されている部分が、付加的にバラストを備えていると有利である。こうして、変位させたいアッセンブリの全質量に影響を与え、これにより機械的な低域フィルタとして働くシステムを、その遮断周波数の設定によって、予想し得る外乱加速度に適合させることができる。

このような適合は、ボトムプレートがバラストプレートに結合されると有利に行われ得る。これにより、ボトムプレートに種々異なるバラストプレートを装備することにより、種々異なるチップ配置および振動遮断部のためにほぼ同一に成形されたボトムプレートを提供することができる。

両ハウジング部分の間の予想し得る相対運動は、ボトムプレートに取り付けられているマイクロマニシング型のセンサチップが、ボンディング接続部を介して、当該ハウジングの、ボトムプレートをフレーム状に取り囲む部分に位置するリードフレームに、ボンディング接続部を著しく負荷することなしに接続され得る程度にまで制限されると有利である。

付加的にボトムプレートには、マイクロマニシング型のセンサチップの信号を評価するためのＡＳＩＣチップを取り付けることができる。このＡＳＩＣチップはやはりボンディング接続部を介して、当該ハウジングの、ボトムプレートをフレーム状に取り囲む部分に位置するリードフレームに接続されている。

このＡＳＩＣチップと、マイクロマニシング型のセンサチップとの間の接続は、同じくボンディング接続部を介して行われ得る。バラストプレートを備えたボトムプレートである変位可能なハウジング部分が変位されると、ハウジングデザインにおける取付け技術的な変更を行う必要なしに、種々のチップ構造体に所望の全体質量を問題なく適合させることができる。

以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。

振動遮断のための本発明によるシステムの振幅伝達関数を示す線図である。 本発明によるプリモールドハウジングの断面図である。

発明の実施形態
図１には、振動遮断のための本発明によるシステムの振幅伝達関数（Amplitudenuebertragungsfunktion）が示されている。この振幅伝達関数は、Ｈｚで測定した外乱加速度の周波数ｆｅの関数として両ハウジング部分の振動振幅の比Ｈ_Ｍ（ｆｅ）を表している。低い周波数の領域において、この比の値はほぼ１である。このことは、入力結合された振動が減衰されずにシステムによって伝達されることを意味する。振動遮断は行われない。なぜならば、弾性変形可能な媒体を著しい規模で変形させるためには、低い周波数による外乱加速度は小さすぎるからである。入力結合された振動の周波数が高められることにより、変位可能な構成アッセンブリ、すなわち実際に振動に対して防護したいチップ構造体を備えたボトムプレートが運動する際の振幅は、振動を入力結合する側の構成アッセンブリの振幅、すなわち外側のハウジング部分の振幅よりも大きくなる。ボトムプレートの振幅は共振周波数において最大値に達する。このことは、振動遮断のためのシステムにおける最も不都合な事例となる。共振周波数は変位された質量と、弾性変形可能なシステムのばね定数とに関連している。周波数が引き続き高められると、伝達された振幅の連続的な減少がもたらされる。この振幅は、入力結合する側の振動の振幅よりも著しく下にまでもたらされ得る。こうして、振動遮断は特定の周波数よりも上で有効となる。共振周波数に比べて十分に高周波数の成分を有する外乱加速度の入力結合はもはや不可能となる。

本実施例からは、その共振周波数が約１ｋＨｚとなるように寸法設定されている本発明による装置が、１０ｋＨｚにおいて、防護したいチップ構造体へ外乱振幅の約１％しか伝達しないことが判る。すなわち、ハウジングのこのような構成は、たとえば１０ｋＨｚよりも上の振動子周波数を有するコリオリ式のセンサを収容するために好適となる。なぜならば、類似の周波数の外乱振動との重畳が生じても、実質的に無視し得る程度のものであるからである。

各周波数領域の振動の、必要となる所要減衰度は、使用されたセンサおよびその測定課題に関連しているが、しかし本発明によるプリモールドハウジングを用いると、極めて小さな手間をかけるだけで調節され得るようになる。

図２には、本発明によるプリモールドハウジングの断面図が示されている。このプリモールドハウジングは２つのハウジング部分から成っている。両ハウジング部分のうち第１のハウジング部分はボトムプレート１の形に形成されていて、外乱加速度に対して防護したいチップ構造体２を収容するために働く。

第２のハウジング部分３は相応するリードフレームを有している。このリードフレームは側方でハウジングから突出した脚部４を有している。これらの脚部４はプリント配線板（図示しない）とのはんだ結合を可能にし、これにより、ハウジング全体を支持する支持構造体における取付けが本発明の枠内で例示的に実現される。しかし、取付け手段の正確なジオメトリ（幾何学的形状）は、本発明を理解する上では重要ではない。重要となるのは、第２のハウジング部分３と、この事例ではプリント配線板との間の結合を、プリント配線板の振動が第２のハウジング部分３へ完全に伝達されるように剛性的に行うことができることである。第２のハウジング部分３はボトムプレート１をフレーム状に取り囲んでいる。この場合、両ハウジング部分の間には所定の間隔が維持され、この間隔は、典型的な外乱加速時に発生する恐れのある両ハウジング部分１，３の間の相対運動の際でもボトムプレート１が第２のハウジング部分３に接触しないことを確保する。

この間隔を規定する、ボトムプレート１の外縁部と、ボトムプレート１をフレーム状に取り囲む第２のハウジング部分３との間の間隙は、シリコーン（LSR Liquid Silicon Rubber 液状シリコーンゴム）で満たされている。このシリコーンは弾性変形可能な媒体５を形成すると同時に、その良好な付着特性に基づき、第２のハウジング部分３に対するボトムプレート１の取付けのために働く。シリコーンもしくは弾性変形可能な媒体５の厚さは、ボトムプレート１の、シリコーン５に対する接触範囲の厚さにほぼ相当している。したがって、弾性変形可能な媒体５は、ボトムプレート１の延在平面に対して直角な方向での該ボトムプレート１の変位の際に主としてまず、弾性変形可能な媒体５の剪断負荷が生ぜしめられるように配慮する分配を有している。

ボトムプレート１の下面はバラストプレート６に結合されている。ボトムプレート１の上面は接着層７を介してセンサチップ２と、このセンサチップ２から供給された信号の第１の評価のために働くＡＳＩＣチップ８とに結合されている。両チップ２，８はボンディング接続部９を介してリードフレームに接続されていると共に互いに接続されている。

ボトムプレート１とバラストプレート６と両チップ２，８とは、変位可能な１つの質量体（マス）を形成しており、この質量体は機械的な低域フィルタとして働くシステムの遮断周波数を一緒に決定する。この遮断周波数はさらに、弾性変形可能なシステムのばね定数に関連しており、この弾性変形可能なシステムはこの場合、両ハウジング部分１，３の間の間隙に充填されたシリコーン充填物５により形成される。機械的な低域フィルタとして働くシステムの遮断周波数を、特定の周波数の予想し得る外乱加速度に適合させることは、バラストプレート６の質量を変化させること、シリコーン充填物５の横断面ジオメトリ、ならびにシリコーン充填物５、すなわち弾性変形可能な媒体の材料特性を変化させること、相応する材料選択によって行われ得る。

ハウジングの上側はキャップ１０によって閉鎖されている。このキャップ１０は、いつでも無接触性を保証するために、ボトムプレート１に配置された変位可能な構成アッセンブリに対して十分な間隔を置いて位置している。

本実施例では、ボトムプレート１がシリコーン充填物５を用いて、フレーム状の第２のハウジング部分３の射出成形時にこの第２のハウジング部分３内に挿入される。これにより、第１第２の両ハウジング部分１，３の間の空気密な結合が形成される。たとえば温度変化の際の圧力変化によるボトムプレート１の固有運動を回避するために、ハウジングは小さな孔１１を有しており、これによりいつでも圧力補償が可能となる。

ハウジングの図示の構成では、ボトムプレート１が第２のハウジング部分３に挿入される際の正確な高さを僅かに変化させることが容易に可能となる。したがって、優先したいボンディング角度に関するボンディング技術の要求を考慮することができる。こうして、両ハウジング部分１，３の間の、予想し得る相対運動は、比較的大きな行程の際でも、ボンディング結合部をほとんど負荷しない程度に制限されたままとなり得る。

既に述べたように、自動車における使用においては、比較的低周波数の外乱加速度を、敏感な構造体から遠ざけておくことがしばしば重要となる。このためには、多数のチップの極めて小さな質量にもかかわらず、アッセンブリの低い共振周波数が必要となる。このことは本発明によれば、バラストプレート６の使用によって変位可能な構成アッセンブリの質量を増大させることにより、そして１つの共通のボトムプレート１に、外乱に対してあまり敏感ではない別のチップ８を配置することによっても助成される。これらの手段にもかかわらず必要となる、弾性変形可能なシステムの極めて小さなばね定数を、極めて精巧な、ひいては破壊危険にさらされたばね構造体に頼る必要なしに可能にするために、本発明によれば、第１に、低い弾性モジュールを有する材料が使用され、第２に、該材料を十分に剪断負荷にさらすが、しかし該材料が一層高い抵抗を付与する引張り・圧縮負荷を回避するような横断面形状が選択される。これによって、容積のある弾性変形可能なシステムを用いても、ボトムプレート１の延在平面に対して直角な方向での励振時における所望の低い共振周波数を得ることができる。ボトムプレート１に対して平行な方向での戻し力の適合は、弾性変形可能な媒体５の横断面の、相応して小さな寸法設定により行われる。

Claims (10)

1. チップ構造体（２）を収容するためのプリモールドハウジングにおいて、当該ハウジングの、チップ構造体（２）に結合されている部分（１）が、当該ハウジングの、当該ハウジング全体を支持する支持構造体に固定される別の部分（３）に弾性的に変位可能に結合されており、ただし前記両ハウジング部分（１，３）は互いに接触しないことを特徴とするプリモールドハウジング。
2. 当該ハウジングの、チップ構造体（２）に結合されている部分（１）が、ボトムプレート（１）であり、該ボトムプレート（１）が、弾性変形可能な媒体（５）を介して、該ボトムプレート（１）をフレーム状に取り囲む、当該ハウジングの、当該ハウジング全体を支持する支持構造体に固定される別の部分（３）に結合されている、請求項１記載のプリモールドハウジング。
3. 弾性変形可能な媒体（５）が、シリコーンを有している、請求項２記載のプリモールドハウジング。
4. 弾性変形可能な媒体（５）が、ボトムプレート（１）と、当該ハウジングの、ボトムプレート（１）をフレーム状に取り囲む部分（３）との間の間隙を埋めている、請求項２または３記載のプリモールドハウジング。
5. 弾性変形可能な媒体（５）が、ボトムプレート（１）と、当該ハウジングの、ボトムプレート（１）をフレーム状に取り囲む部分（３）との間の間隙に位置しており、ただし弾性変形可能な媒体（５）の厚さは、ボトムプレート（１）の厚さよりも大きくない、請求項２、３または４記載のプリモールドハウジング。
6. 弾性変形可能な媒体（５）は、ボトムプレート（１）の延在平面に対して直角な方向でのボトムプレート（１）の変位の際に、主として弾性変形可能な媒体（５）の剪断負荷が生ぜしめられるような分配を有している、請求項２から５までのいずれか１項記載のプリモールドハウジング。
7. 当該ハウジングの、チップ構造体（２）に結合されている部分（１）が、バラストを備えている、請求項１から６までのいずれか１項記載のプリモールドハウジング。
8. ボトムプレート（１）が、バラストプレート（６）に結合されている、請求項２から７までのいずれか１項記載のプリモールドハウジング。
9. ボトムプレート（１）に、マイクロマニシング型のセンサチップ（２）が取り付けられており、該センサチップ（２）が、ボンディング接続部（９）を介して、当該ハウジングの、ボトムプレート（１）をフレーム状に取り囲む部分（３）に位置するリードフレームに接続されている、請求項２から８までのいずれか１項記載のプリモールドハウジング。
10. ボトムプレート（１）に、マイクロマニシング型のセンサチップ（２）の信号を評価するためのＡＳＩＣチップ（８）が取り付けられており、該ＡＳＩＣチップ（８）が、ボンディング接続部（９）を介して、当該ハウジングの、ボトムプレート（１）をフレーム状に取り囲む部分（３）に位置するリードフレームと、マイクロマニシング型のセンサチップ（２）とに接続されている、請求項９記載のプリモールドハウジング。

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