專利名稱：集成有振動隔離裝置的預成型殼體的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于容納芯片結構、特別是微機械傳感器的預成型殼 體，具有集成在殼體中的振動隔離裝置。
背景技術：
用于測量轉速或加速度的微機械結構式慣性傳感器現(xiàn)在是車輛中的主
動或者被動安全系統(tǒng)的耐用的組成部分。安全氣囊和行駛動力學調節(jié)是其
它系統(tǒng)的代表。由于傳感器信號的錯誤解釋引起的功能故障在這些系統(tǒng)中 對安全性具有重大影響。
特別是用于不同的加速度測量和運動測量的微機械傳感器必須相對于 干擾加速度自保護，避免損壞或者功能故障。這類干擾加速度能夠特別地 通過經減振不夠的支架結構輸入耦合振動而作用在各個傳感器上。
如果所使用的傳感器的部件必須自身以一定頻率激發(fā)以便能夠實施預 定的測量，則不希望的振動耦合是特別有問題的。例如基于科里奧利加速 度測量的轉速傳感器就是這種情況，當振蕩質量塊轉動時產生科里奧利加 速度。如果干擾加速度的輸入耦合以處于這種傳感器的激發(fā)頻率范圍內(根
據傳感器類型不同在l到30kHZ范圍內)的頻率發(fā)生，那么傳感器信號錯 誤解釋的危險特別大。
因此試圖通過結構措施使干擾加速度的影響保持較小。 這樣的結構性措施包括選擇只小程度地承受干擾加速度的安裝位置、 承載對干擾加速度敏感的結構元件的組件的減振裝配，以及必要時兩種措 施的組合。當前減振裝配的費用相對較高，因為大多必須使整個電路板或 者內裝器件在振動技術上與車輛的剩余部分脫耦。局限于由干擾加速度引 起小負載的安裝位置部分地關系到類似高的費用，因為通常不可能或者不 希望總是將整套組件或者整個內裝器件安置在對于定位微機械傳感器成問 題的安裝位置，由此會在真正的傳感器與其后連接的分析計算電子裝置之間產生巨大的連接費用。此外部分地需要費用高的行駛試驗。
微機械傳感器在標準化批量生產過程中帶有預備的接觸器件包裝到殼 體中，優(yōu)選包裝到所謂預成型殼體中，這些接觸器件通常固定地與較大的 電路結構(大多是電路板)或者其它支架連接。通過這些連接發(fā)生干擾振 動耦合到芯片殼體中和芯片本身中，芯片通常通過芯片結構的具有預備的 接收面的側面的粘接與預成型的殼體的中心區(qū)域連接。此外已知用于微機
械測量元件的專用殼體，例如由金屬制成的焊接的殼體形式(DRSMM1，
博世公司)。但這些已知的殼體形式不適合防止干擾加速度的輸入耦合
發(fā)明內容
技術任務
本發(fā)明的任務在于給出一種可能性減少用于保護傳感器元件防干擾 加速度的費用并且特別是在汽車應用中開發(fā)用于置入微機械傳感器的附加 安裝位置。
技術方案
根據權利要求1的預成型殼體解決該任務。權利要求2至10給出根據
本發(fā)明的殼體的有利構型。
本發(fā)明的出發(fā)點是，至少部分地在傳感器元件的殼體中實現(xiàn)傳統(tǒng)的、 用于與微機械傳感器元件相關的振動脫耦和防震動的構件的功能。為此，
預成型的殼體這樣構造使得在其上要固定真正的傳感器元件、即微機械 芯片結構的位置通過同時起減振作用的振動脫耦元件與預成型殼體的其余 部分連接，該其余部分與電路板或者可比較的支撐結構連接。在根據本發(fā) 明的用于接收芯片結構的預成型殼體中，殼體的與芯片結構連接的部件可 彈性偏移地與殼體的另一部件借助可彈性變形的介質連接，使得兩個殼體 部件不接觸，所述另一部件固定在承載整個殼體的支撐結構上。在此，在 本發(fā)明意義上，可彈可變形的介質理解為其附著能力適合于將殼體部件相 互持久連接并且其彈性的、減振的體積特性適合于在殼體部件之間的相對 運動被足夠衰減的情況下允許根據本發(fā)明的可偏移性的任意材料。 有益效果
殼體的與芯片結構連接的部件有利地包括一底板，該底板通過可彈性 變形的介質與殼體的框架式地包圍該底板的另一部件連接，該另一部件被固定在一承載整個殼體的支撐結構上。要接收的芯片結構被固定在該底板 上。在合適地選擇底板邊緣與框架式包圍該底板的殼體另一部件之間的間 距時能夠確保，兩個殼體部件即使在這兩個殼體部件間相對運動時也不接 觸，所述相對運動可能在典型干擾加速度期間出現(xiàn)。
證明有利的是，可彈性變形的介質包含硅或者完全由硅構成。此外有 利的是，可彈性變形的介質填充在底板和框架式地包圍該底板的殼體部件 之間的中間空間。如果可彈性變形的介質位于底板和框架式包圍該底板的 殼體部件之間的中間空間中，其中，可彈性變形的介質的厚度不大于底板 的厚度，則能夠實現(xiàn)特別好的振動脫耦。至少可彈性變形的介質應當具有 這樣的分布該分布負責在底板垂直于底板延伸平面偏移時主要產生可 彈性變形的介質的切應力。
有利的是，與芯片結構連接的殼體部件附加地設置有配重。以這樣的 方式能夠影響要偏轉的裝置的總質量，以便起機械式低通濾波器作用的該 系統(tǒng)通過確定其角頻率而適配于預計的干擾加速度。
如果底板與一配重板連接，能夠有利地進行所述適配。由此能夠將基 本上相同造形的底板提供給不同的芯片布置和脫耦，其方式是，這些底板 設置有不同的配重板。
兩個殼體部件之間的預計的相對運動有利地被局限于一個尺度，使得 固定在底板上的微機械傳感器芯片通過壓焊連接與位于框架式包圍該底板 的殼體部件上的引線框連接，而不會強烈地加負荷給壓焊連接。
附加地可以在底板上固定至少一個ASIC芯片，用于分析計算微機械 傳感器芯片的信號，該ASIC芯片同樣通過壓焊連接與位于框架式包圍所 述底板的殼體部件上的弓I線框連接。
ASIC芯片與微機械傳感器芯片之間的連接也可以通過壓焊連接進行。
在將可偏移的殼體部件設計為具有配重板的底板時，希望的總質量能夠沒 有問題地適配于不同的芯片結構，而不必在殼體設計中進行固定技術上的 改變。
借助實施例和附圖詳細描述本發(fā)明。
附圖示出圖l根據本發(fā)明的用于振動隔離的系統(tǒng)的振幅傳遞函數(shù)； 圖2根據本發(fā)明的預成型殼體的剖面圖。
具體實施例方式
圖1示出根據本發(fā)明的用于振動隔離的系統(tǒng)的振幅傳遞函數(shù)。該圖描
繪了兩個殼體部件的振動振幅的比例HM (fe)，作為以Hz測量的干擾加 速度頻率fe的函數(shù)。在低頻率區(qū)域內該值基本上是1。這意味著，輸入耦 合的振動不被該系統(tǒng)衰減地傳遞。振動隔離不發(fā)生，因為由低頻率產生的 干擾加速度太小，不能使可彈性變形的介質在值得注意的程度上變形。輸 入耦合的振動的頻率提高導致真正應被保護以防振動的可偏移組件、即帶 有芯片結構的底板的運動振幅變得比將振動輸入耦合的組件、即外殼體部 件的振幅更大。底板的振幅在諧振頻率時達到最大，這是用于振動隔離的 系統(tǒng)中最不利的情況。諧振頻率取決于偏移質量和可彈性變形的系統(tǒng)的彈 簧常數(shù)。頻率的進一步提高導致所傳遞的振幅持續(xù)減小，該振幅能夠明顯 地小于輸入耦合的振動的振幅。以這樣的方式實現(xiàn)一定頻率以上的振動隔 離。具有相對于諧振頻率很大程度上高頻的分量的干擾加速度不再可能被 輸入耦合。
從本例可見，其諧振頻率位于lkHz處的本發(fā)明裝置在10kHz處只將 約1%的干擾振幅傳遞到要保護的芯片結構上。即，這樣的殼體結構很好地 適合于接收振蕩頻率高于10kHz的科里奧利傳感器，因為這樣的話實際上 可以忽略類似頻率的干擾振動的疊加。
每個頻率區(qū)域所需要的振動緩沖程度取決于所使用的傳感器和其測量 任務，但可以借助于根據本發(fā)明的預成型殼體以小的費用調整。
圖2是根據本發(fā)明的預成型殼體的剖面圖。該殼體包括兩個殼體部件， 其中的第一部件以底板1的形式構成并且用于接收要防護干擾加速度的芯 片結構2。
第二殼體部件3具有相應的引線框，該引線框包括在側面突出于殼體 的引腳4，這些引腳能夠與電路板(沒有示出)釬焊連接，由此示例性地在 本發(fā)明意義上實現(xiàn)在承載整個殼體的支撐結構上的固定。但固定裝置的精 確的幾何尺寸對理解本發(fā)明沒有作用。重要的是，第二殼體部件3與當前 情況下電路板之間的連接能夠剛性地進行，使得電路板的振動完全傳遞到第二殼體部件3上。第二殼體部件3框架式包圍底板1，其中在兩個殼體部 件之間保留間距，該間距確保底板1即使在兩個殼體部件1， 3之間相對運
動期間也不接觸第二殼體部件3，這些相對運動在典型干擾加速度期間可能出現(xiàn)。
底板1外邊緣與框架式包圍該底板1的殼體部件3之間的中間空間確 定所述間距，該中間空間用硅(LSR，流體硅橡膠)填充，該硅形成可彈 性變形的介質5并且同時通過其良好的附著特性用于將底板1固定在第二 殼體部件3上。硅5的厚度大致相當于底板1在與硅5接觸的區(qū)域屮的厚
度。由此，可彈性變形的介質5具有這樣的分布該分布負責在底板1
垂直于底板延伸平面偏移時首先主要產生可彈性變形的介質5的切應力。
底板1在其下側面與一配重板6連接。底板1在其上側面通過粘接層7 與傳感器芯片2和ASIC芯片8連接，該ASIC芯片用于首次分析計算由傳 感器芯片2提供的信號。兩個芯片2、 8通過壓焊連接9與引線框連接并相 互連接。
底板l、配重板6和兩個芯片2、 8形成一可偏轉的質量，該質量確定 起機械式低通濾波器作用的系統(tǒng)的角頻率。該角頻率還取決于可彈性變形 的系統(tǒng)的彈簧常數(shù)，該系統(tǒng)當前通過兩個殼體部件1、 3之間的中間空間中 的硅填充物5形成。起機械式低通濾波器作用的系統(tǒng)的角頻率與預計的、 一定頻率的干擾加速度的適配能夠通過配重板6的質量的變化、通過硅填 充物5的橫截面幾何尺寸以及通過硅5 (可彈性變形的介質的另一種含義) 的材料性能的變化、通過相應的材料選擇來進行。
殼體的上側用一蓋IO封閉，該蓋與底板1上的可偏轉組件具有足夠的 間距，以便在任何時刻保證不接觸。
在本實施例中，底板1借助硅5注塑到框架式的第二殼體部件3中， 由此在兩個殼體部件1、 3之間產生氣密的連接。為了避免底板1由于例如 在溫度變化時的壓力變化引起自行移動，殼體具有小的孔ll，以便在任何 時刻能夠實現(xiàn)壓力平衡。
在示出的殼體結構中容易實現(xiàn)，略微變化底板1裝入到第二殼體部件3 中時的準確高度。由此能夠考慮與有利壓焊角度相關的壓焊工藝要求。這 樣，兩個殼體部件l、 3之間的預期相對運動即使在行程相對大的情況下也 能夠保持局限于幾乎不給壓焊連接施加負載的程度內。如已經描述的，在汽車應用中通常重要的是，使相對低頻的干擾加速 度保持遠離敏感結構。為此，雖然大量芯片質量很小但仍需要裝置具有低 的諧振頻率，這根據本發(fā)明通過提高可偏轉組件的質量(通過使用配重板6) 來支持，但也通過在共同的底板1上設置其它的小的干擾敏感的芯片8來 支持。為了能夠實現(xiàn)盡管采取所述措施但仍需要的、很小的可彈性變形系 統(tǒng)彈簧常數(shù)，而不必使用絲很細并且有斷裂危險的彈簧結構，根據本發(fā)明 首先使用具有小彈性模量的材料并且第二選擇使該材料在很大程度上承受 剪切載荷但避免拉、壓應力的橫截面構型，該材料以高得多的阻力抵抗拉、 壓應力。由此也能夠借助體積大的可彈性變形系統(tǒng)在垂直于底板1的延伸 平面激發(fā)時達到所希望的低諧振頻率。平行于底板1的復位力的適配通過 相應較小地確定可彈性變形的介質5的橫截面尺寸來進行。
權利要求
1、用于容納芯片結構(2)的預成型殼體，其特征在于，該殼體的與該芯片結構(2)連接的部件(1)可彈性偏移地與該殼體的另一部件(3)連接，所述另一部件(3)固定在一承載整個殼體的支撐結構上，其中，兩個殼體部件(1，3)不接觸。
2、 根據權利要求1的預成型結構，其特征在于，殼體的與芯片結構(2)連接的部件(1)包括一底板(1)，該底板通過可彈性變形的介質(5)與殼體的框架式地包圍該底板(O的另一部件(3)連接，所述另一部件(3)固定在一承載整個殼體的支撐結構上。
3、 根據權利要求2的預成型結構，其特征在于，所述可彈性變形的介質(5)包含硅。
4、 根據權利要求2或3的預成型結構，其特征在于，所述可彈性變形的介質(5)填充所述底板(1)和殼體的框架式包圍該底板(1)的部件(3)之間的中間空間。
5、 根據權利要求2， 3或4的預成型結構，其特征在于，可彈性變形的介質(5)位于底板(1)和殼體的框架式包圍該底板(1)的部件(3)之間的中間空間中，其中，可彈性變形的介質(5)的厚度不大于底板(1 )的厚度。
6、 根據權利要求2至5之一的預成型結構，其特征在于，可彈性變形的介質(5)具有這樣的分布在底板(1)垂直于其延伸平面偏轉時主要產生可彈性變形的介質(5)的切應力。
7、 根據權利要求1至6之一的預成型結構，其特征在于，殼體(1)的與芯片結構(2)連接的部件設置有配重。
8、 根據權利要求2至7之一的預成型結構，其特征在于，底板(1)與配重板(6)連接。
9、 根據權利要求2至8之一的預成型結構，其特征在于， 一微機械傳感器芯片(2)固定在底板(1)上，該傳感器芯片通過壓焊連接(9)與一引線框連接，該引線框位于殼體的框架式包圍該底板(1)的部件(3)上。
10、 根據權利要求9的預成型結構，其特征在于，在底板(1)上固定一用于分析計算微機械傳感器芯片(2)的信號的ASIC芯片(8)，該ASIC芯片通過壓焊連接(9)與位于殼體的框架式包圍該底板(1)的部件(3)上的引線框以及微機械傳感器芯片(2)連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于容納芯片結構(2)的預成型殼體，其中，該殼體的與該芯片結構(2)連接的部件(1)可彈性偏移地與該殼體的另一部件(3)連接，所述另一部件(3)固定在一承載整個殼體的支撐結構上，其中，兩個殼體部件(1，3)不接觸。
文檔編號G01D11/24GK101679019SQ200780053372
公開日2010年3月24日 申請日期2007年6月15日 優(yōu)先權日2007年6月15日
發(fā)明者E·伊利克, K·因格里施, M·阿本德羅特 申請人:羅伯特·博世有限公司