センサ装置およびセンサ装置製造方法

专利摘要:
本発明は、基板とセンサモジュールとダンパエレメントと保持フレームとを備えたセンサ装置に関する。ここで、基板は主延在平面とその平面に対し垂直方向に設けられた開口部とを備えており、保持フレームは開口部内に取り付けられており、ダンパエレメントは保持フレームと開口部の間に配置されている。また、センサモジュールは形状結合および力結合により保持フレーム内にプレスされている。
公开号:JP2011508229A
申请号:JP2010540086
申请日:2008-11-11
公开日:2011-03-10
发明作者:シュミッヒ フランツ；クルレ ユルゲン；ヨーハム ラインホルト
申请人:ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツングＲｏｂｅｒｔ Ｂｏｓｃｈ Ｇｍｂｈ；
IPC主号:G01C19-56

专利说明:

[0001] 本発明は、基板とセンサモジュールとダンパエレメントと保持フレームとが設けられており、基板は主延在平面とその平面に対し垂直方向に設けられた開口部とを備え、保持フレームは開口部内に取り付けられ、ダンパエレメントは保持フレームと開口部の間に配置されているセンサ装置に関する。]
背景技術

[0002] この種のセンサ装置は、一般に公知である。例えば、特許文献「ドイツ特許出願公開公報ＤＥ１０２００６００２３５０Ａ１」から、支持体上に取り付けられていてマイクロメカニカルに製造された慣性センサと評価回路とを有しているセンサモジュールを備えた慣性センサ装置が公知である。このセンサモジュールは弾性的な結合エレメントによって支持体と連結されている。]
[0003] 発明の開示
従来技術に比べて、それぞれ独立請求項記載の本発明によるセンサ装置およびセンサ装置製造方法には、次のとおり利点がある。すなわち、センサモジュールが保持フレームひいては基板と、著しく頑丈で長持ちする機械的な連結によって固定され、同時に製造プロセスのコストが著しく低減される点である。さらに従来技術に比べて、本発明によるセンサ装置の高さを著しく低減でき、これによって、殊に車両構造体中のセンサ装置の使用に対して著しく簡単かつ安価で種々の要望に適合したセンサ装置を実現することができる。]
[0004] センサモジュールは、主延在平面における力の作用に対して形状結合による結合により固定され、主延在平面に垂直である力の作用に対して力結合すなわち圧縮結合による結合により固定されている。これによって、比較的大きな力の作用に対しても基板ないし保持フレームにセンサモジュールを機械的に確実に固定して取り付けることができる。例えば標準的な金属のケーシングを備えたセンサモジュールを使用する場合には、素材結合により開口部ないし保持フレーム内での十分な機械的安定性を得ることができない。さらに、素材結合による結合にはセンサ装置を製造する際に付加的な製造ステップが必要であり、その結果、形状結合および力結合すなわち圧縮結合のみに基づきセンサモジュールを機械的に固定することによってセンサ装置を製造する際に著しいコスト上の利点が生み出される。例えば、素材結合による結合部を形成するためには、さらに比較的時間がかかりひいてはコストのかかる要因となる接着材料等の硬化が必要である。殊に、例えばニッケル層を含む被覆されたセンサモジュールに関しては、時間と共に層の酸化が進行するから製造時間を短くする必要がある。さらに、プレスプロセスによって、硬化時間加速のためのセンサ装置の温度上昇が省かれる。尚、温度上昇は、センサモジュールないしセンサに殊に不利な影響を及ぼす。]
[0005] また、本発明によるセンサ装置は、センサモジュールを力結合すなわち圧縮結合により固定する上述の利点と、基板へセンサモジュールを振動を減結合して固定した利点とを組合わせたものである。なぜならば、基板の妨害振動がダンパエレメントによって大いに減衰され、ひいてはセンサモジュールへの妨害振動の影響が最小化されるためである。基板からセンサモジュールを最大に減結合するために、ダンパエレメント、保持フレームおよび／または開口部は、保持フレームと合わせてセンサモジュールの共振振動数がセンサモジュールの臨界振動数からはるかに外れるように構成されている。この臨界振動数は、例えば回転レートセンサのコリオリ質量の振動周波数および／または共振振動数によって定められる。例えば弾性素子を含むダンパエレメントによって、主延在方向に垂直である運動に対して力結合により、および、主延在方向における運動に対して形状結合により、保持フレームがセンサモジュールと共に開口部にクランプされるように構成されると殊に有利である。]
[0006] 図面に関する説明並びに従属請求項には、本発明の有利な実施形態が示されている。]
[0007] 有利な実施形態によれば、センサモジュールはその外部に接続面を有する少なくとも１つの接続ピンを備えており、その接続面は実質的に主延在平面に平行に構成されている。殊に有利には、形成される接続ピンの接続面に基づきボンディングプロセスが直接接続面上で行われるために、殊に簡単なやり方で接続ピンを介してセンサモジュールを導電接続することができる。好適には、基板とセンサモジュールの間に主延在平面に垂直である高低差がいっそう低減されて構成されるために、このようなボンディングプロセスが比較的低減されたセンサ装置の構造高さで行われる。殊に、電気的、電子的および／またはマイクロメカニカルな素子、有利には回転レートセンサがセンサモジュール内部で接続ピンを介して導電接続されている。]
[0008] 別の有利な実施形態によれば、接続ピンは標準的なピンを含んでおり、この標準的なピンのヘッドがセンサモジュール外部に配置されるように構成されている。これによって、標準的な部品を使用することに基づき接続ピンを実装することはコスト上殊に有利となる。さらに、標準的なピンのヘッドは接続面を備えており、これによって、電気的に接続するために直接標準的なピンのヘッドにワイヤが接合される。]
[0009] 別の有利な実施形態によれば、接続面はボンディングワイヤと導電接続されており、有利には接続ピンは別のボンディングワイヤと導電接続されている別の接続面を備えており、殊に有利には別の接続面はセンサモジュール内部に配置されるように構成されている。殊に有利には、センサモジュール内部の別のボンディングワイヤによって、センサモジュール内部の電気的、電子的および／またはマイクロメカニカルな素子がセンサモジュール内部の別の接続面と導電接続されている。その結果として、ボンディングワイヤによっても電気的、電子的および／またはマイクロメカニカルな素子を接続面と導電接続することができる。有利には、ボンディングワイヤは太いワイヤを含み別のボンディングワイヤは細いワイヤを含んでおり、および／または接続面は別の接続面より大きい。]
[0010] 別の有利な実施形態によれば、ダンパエレメントにはシリコーンが含まれており、有利にはシリコーンが保持フレームと基板の間に射出成形されるように構成されている。好適には、シリコーンは、ダンパエレメントとしても、開口部内で保持フレームを素材結合および／または力結合により取り付けるためにも機能を有している。なぜならば有利には、シリコーンは保持フレームと基板ないし開口部との間で素材結合による接着接合部を成し、および／または開口部内で保持フレームを固定する場合にはシリコーンは有利には可逆変形されるためである。これによって、結果として得られるシリコーンの弾力性によって基盤と保持フレームの間に主延在平面に垂直な運動に対する力結合（圧縮結合）による接合部が形成される。]
[0011] 別の有利な実施形態によれば、ダンパエレメントの弾性特性が摂氏１２５℃から−３０℃まで、有利には−５０℃まで、殊に有利には摂氏−４０℃まで実質的に一定であるように構成されている。それ故に殊に有利には、ダンパエレメントの良好なダンパ特性は、比較的広い温度領域にわたり実現され、殊に比較的低い温度でも実現される。例えば、ゴムから成る従来技術で使用されるダンパエレメントに比べて、シリコーンから成るダンパエレメントは温度耐性において顕著な利点を有している。なぜならば、ゴムに比べてシリコーンは著しく低い温度に際していっそう良好なダンパ特性を示すためである。]
[0012] 別の有利な実施形態によれば、主延在平面に垂直である基板の厚さおよび／または主延在平面に垂直である保持フレームの厚さは、主延在平面に平行である方向でセンサモジュールの厚さの少なくとも４０％、有利には少なくとも７０％、殊に有利には少なくとも９０％重なるように構成されている。それ故に有利には、保持フレームと基板の間の力結合および／または素材結合による接合が著しく向上する。なぜならば、より大きな重なり面によって保持フレームと基板の間の摩擦力および／または接着力がより大きくなるためである。さらに、主延在平面に垂直である構造空間の高さが著しく低減される。]
[0013] 別の有利な実施形態によれば、センサ装置は主延在平面に垂直である方向で最大１０ｍｍ、有利には最大６ｍｍ、殊に有利には最大５．５ｍｍの全体厚さを有するように構成されている。必要とされる主延在平面に垂直である構造空間の高さをこのように低減することによって、殊に有利にはいっそう簡単に多様性のあるコスト上有利にセンサ装置を例えば車両内に実装することができる。]
[0014] 別の有利な実施形態によれば、センサモジュールは気密に溶接されている金属製のケーシングを備えており、保持フレームは有利にはアルミニウムフレームであるように構成されている。それ故に有利には、例えば比較的高い密閉度を備えた標準的なケーシングにおいてセンサモジュールを振動をダンピングして固定することが可能になる。]
[0015] 別の有利な実施形態によれば、センサモジュールは回転レートセンサを含むように構成されている。]
[0016] 本発明の別の目的はセンサ装置の製造方法であり、この方法は、保持フレームが開口部内に取り付けられる第１のステップと、ダンパエレメントが開口部と保持フレームの間に射出成形される第２のステップと、センサモジュールが保持フレームに圧入される第３のステップとを備えている。殊に有利には、従来技術と比べていっそうわずかな数の製造ステップによってセンサ装置が製造されるために、その製造をコスト上著しく有利に行うことができる。殊に、センサモジュールと保持フレームを素材結合により接合させるステップが全面的に削減され、ひいては硬化時間、硬化させるための温度上昇、調整時間が必要なくなる。さらに、力結合による接合部によって、センサモジュールと保持フレームの間に著しく機械的な固定連結が実現されるために、本発明のセンサ装置は従来技術に比べて著しく安定する。]
[0017] 別の有利な実施形態によれば、この製造方法はさらに、少なくとも１つの接続ピンの接続面がボンディングワイヤを用いて例えば基板上に配置される構成部品と電気的に接続される第４のステップと、接続ピンの接続面に対向する別の接続面が別のボンディングワイヤを用いて電気的に接続され、殊に有利にはセンサモジュール内部の電気的、電子的および／またはマイクロメカニカルな素子と導電接続される第５のステップとを備えており、この第５のステップは例えば第１のステップの前に行われる。殊に有利には、接続面を備えた接続ピンを使用することによって２つのボンディングプロセスを用いてセンサモジュール内部の電気的、電子的および／またはマイクロメカニカルな素子を比較的簡単でコスト上有利に電気的に接続することができ、この接続面を例えば標準的なピンのヘッドから形成することができる。]
[0018] 本発明の実施例を図面に示し、続く明細書の中で詳細に説明する。]
図面の簡単な説明

[0019] 本発明の第１の実施形態によるセンサ装置を概略的に示した側面図
本発明の第２の実施形態によるセンサ装置を概略的に示した側面図
本発明の第３の実施形態によるセンサ装置を概略的に示した斜視図
本発明の第４の実施形態によるセンサ装置を概略的に示した斜視図
本発明の第４の実施形態によるセンサ装置を概略的に示したさらに別の斜視図]
実施例

[0020] 本発明の種々の図面において、同じ部分には常に同じ参照符号が付されており、それ故に基本的にそれらの部分については１回だけしか言及しない。]
[0021] 図１では、本発明の第１の実施形態によるセンサ装置１が側面図で略示されている。このセンサ装置１は、基板３とセンサモジュール２とダンパエレメント４と保持フレーム５とを備えている。ここで、基板３は主延在平面１００とその平面１００に対し垂直方向に設けられた開口部６を備えており、保持フレーム５は開口部６内に取り付けられており、ダンパエレメント４が保持フレーム５と開口部６の間に配置されている。また、センサモジュール２は形状結合および力結合により保持フレーム５内に圧入されている。主延在平面１００に垂直である基板３の厚さ１０は、主延在平面１００に平行である方向で主延在平面１００において垂直でありセンサモジュール２の厚さ９の大部分と重なり合っている。これによって、主延在平面１００に垂直であるセンサ装置１を有利には４ｍｍという比較的わずかな全体厚さとすることができる。] 図１
[0022] 図２には、本発明の第２の実施形態によるセンサ装置１の側面図が略示されている。この第２の実施形態は、図１で説明した第１の実施形態と同様である。センサモジュール２には、実質的に主延在平面１００に平行に形成されている接続面８を有しており、そこにセンサモジュール２の外部に備えた唯一の接続ピンが設けられており、さらに、ボンディングワイヤ１２が、基板３上に配置されている構成部品１３と接続面８を導電接続している。有利には、センサモジュール２内の回転レートセンサは、少なくとも１つの接続ピン７と少なくとも１つのボンディングワイヤ１２によって基板上でハイブリッドチップと接続されており、ここでのハイブリッドチップは、殊に有利には例えばＡＢＳまたはＥＳＰのような安全システムを実現するために設けられている。接続ピン７は殊に有利にはヘッドを備えた標準的なピンを含んでおり、標準的なピンのヘッドはセンサモジュール２の外部に配置され、その接続面８を成している。その一方、標準的なピンの別の接続面は、センサモジュール２の内部で別のボンディングワイヤを介してセンサと接続されており、この別の接続面は、格別有利には接続ピン７の接続面８に対向する接続ピン７の面の上に配置されており、有利には接続ピン７はガラスリードスルーを用いてセンサモジュール２に又はセンサモジュール２内に配置されている。] 図１ 図２
[0023] 図３，４，５には、本発明の第３および第４の実施形態によるセンサ装置の斜視図がそれぞれ略示されている。この第３および第４の実施形態は、それぞれ図２で説明した第２の実施形態と同様である。ここでは、ボンディングワイヤは描写されておらず、ただセンサモジュールおよび基板のそれぞれ異なる形態が描かれている。] 図２ 図３

权利要求:

請求項1
基板（３）とセンサモジュール（２）とダンパエレメント（４）と保持フレーム（５）とが設けられており、前記基板（３）は、主延在平面（１００）と該主延在平面（１００）に対し垂直方向に設けられた開口部（６）とを備えており、前記保持フレーム（５）は、前記開口部（６）内に取り付けられており、前記ダンパエレメント（４）は、前記保持フレーム（５）と前記開口部（６）の間に配置されているセンサ装置（１）において、前記センサモジュール（２）は、形状結合および力結合により前記保持フレーム（５）内に圧入されていることを特徴とする、センサ装置（１）。
請求項2
前記センサモジュール（２）は、少なくとも１つの接続ピン（７）を備えており、前記接続ピン（７）は前記センサモジュール（２）の外部に、前記主延在平面（１００）に実質的に平行に形成されている接続面（８）を有する、請求項１記載のセンサ装置（１）。
請求項3
前記接続ピン（７）は標準的なピンを含んでおり、該標準的なピン（７）のヘッドが前記センサモジュール（２）の外部に配置されている、請求項１または２記載のセンサ装置（１）。
請求項4
前記接続面（８）はボンディングワイヤ（１２）と導電接続されており、前記接続ピン（７）は、有利には別のボンディングワイヤと導電接続されている別の接続面を有しており、前記の別の接続面は、殊に有利には前記センサモジュール（２）の内部に配置されている、請求項１から３のいずれか１項記載のセンサ装置（１）。
請求項5
前記ダンパエレメント（４）はシリコーンを含んでおり、該シリコーンは有利には前記保持フレーム（５）と前記基板（３）の間で射出成形されている、請求項１から４のいずれか１項記載のセンサ装置（１）。
請求項6
前記ダンパエレメント（４）の弾性特性は、摂氏１２５℃から−３０℃まで、有利には−５０℃まで、殊に有利には摂氏−４０℃まで実質的に一定である、請求項１から５のいずれか１項記載のセンサ装置（１）。
請求項7
前記主延在平面（１００）に垂直である前記基板（３）の厚さ（１０）および／または前記主延在平面（１００）に垂直である前記保持フレーム（５）の厚さは、前記主延在平面（１００）に平行である方向で前記センサモジュール（２）の厚さ（９）の少なくとも４０％、有利には少なくとも７０％、殊に有利には少なくとも９０％重なる、請求項１から６のいずれか１項記載のセンサ装置（１）。
請求項8
前記センサ装置（１）は、前記主延在平面（１００）に垂直である方向で、最大１０ｍｍ、有利には最大６ｍｍ、殊に有利には最大５．５ｍｍの全体厚さを有している、請求項１から７のいずれか１項記載のセンサ装置（１）。
請求項9
前記センサモジュール（２）は、気密に溶接されている金属ケーシングを備えており、前記保持フレーム（５）は、有利にはアルミニウムフレームである、請求項１から８のいずれか１項記載のセンサ装置（１）。
請求項10
前記センサモジュール（２）は、回転レートセンサを含んでいる、請求項１から９のいずれか１項記載のセンサ装置（１）。
請求項11
請求項１から１０のいずれか１項記載のセンサ装置（１）を製造する方法において、前記保持フレーム（５）が前記開口部（６）内に取り付けられる第１のステップと、前記ダンパエレメント（４）が前記開口部（６）と前記保持フレーム（５）の間に射出成形される第２のステップと、前記センサモジュール（２）が前記保持フレーム（５）にプレスされる第３のステップとを備えていることを特徴とする方法。
請求項12
少なくとも１つの前記接続ピン（７）の接続面（８）は、前記ボンディングワイヤ（１２）を用いて例えば前記基板（３）上に配置されている構成部品（１３）と電気的に接続される第４のステップと、前記接続ピン（７）の接続面（８）に対向する別の接続面が、別のボンディングワイヤと電気的に接続される第５のステップとを備え、例えば、該第５のステップは第１のステップの前に行われる、請求項１１記載の方法。