傳感器器件以及用于安裝電子元件的陶瓷封裝外殼的制作方法

專利名稱：傳感器器件以及用于安裝電子元件的陶瓷封裝外殼的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種安裝電子傳感器的傳感器器件，該電子傳感器能夠根據傳感部分的物理位移(physical displacement)產生的電信號來檢測碰撞、振動、角加速度等。
此外，本發明涉及一種用于安裝電子元件的陶瓷封裝外殼(ceramicpackage)。

發明內容
本發明一個目的是提供一種傳感器器件，該傳感器器件能夠確保衰減引起諧振的高頻振動以便實現碰撞和振動的精確檢測。
為了實現上述和其它相關目的，本發明提供第一傳感器器件，包括用于根據傳感部分的物理位移輸出電信號的電子傳感器和其中安裝電子傳感器的外殼，其中在至少部分電子傳感器和外殼之間設置能夠衰減高頻振動的振動衰減部件。
根據這種設置，雖然根據傳感部分的物理位移而輸出電信號的電子傳感器具有高頻頻帶(例如，等于或高于1kHz的頻帶)下的諧振點，但是在至少部分電子傳感器和外殼之間設置的振動衰減部件仍然能確保抑制或消除通常引起諧振的高頻振動。因此，第一傳感器器件就能夠精確檢測碰撞、振動、角加速度等，而不會受諧振的負面影響。
此外，根據本發明，優選的是其中所說的振動衰減部件是封裝(potting)材料，并且封裝材料包圍電子傳感器。
根據這種設置，包圍電子傳感器的封裝材料就確保抑制或消除通常引起諧振的高頻振動。而且，當用于包圍電子傳感器時，封裝材料帶來保持適當密閉并去除導致濕氣和浸蝕的效果。例如，封裝材料是硅封裝材料、氨基甲酸乙酯封裝材料等。
此外，根據本發明，優選的是振動衰減部件是與電子傳感器集成在一起的板型或片型防振動材料或模制(molded)的防振動材料，并且電子傳感器通過防振動材料固定到外殼。
根據這種設置，電子傳感器通過與電子傳感器集成在一起的板型或片型防振動材料或模制的防振動材料固定到外殼。因此，防振動材料就確保抑制或消除通常引起諧振的高頻振動。
此外，根據本發明，優選的是振動衰減部件是具有彈性的引線部件，其至少一部分連接到電子傳感器，并且至少它的其它部分固定到外殼，設置引線部件和電子傳感器以至共同構成由引線部件的彈性和電子傳感器的質量組成的彈性-質量系統、用于衰減高頻振動。
根據這種設置，電子傳感器連接到彈性引線部件的至少一部分，并且至少該引線部件的其它部分固定到外殼。因此，由引線部件的彈性和電子傳感器的質量組成的彈性-質量系統就有效地抑制或消除了高頻振動。
此外，根據本發明，優選的是引線部件與外殼一起模制。
根據這種設置，引線部件與外殼一起模制，由此相對于碰撞和振動的檢測方向精確地設置了電子傳感器的位置。就可以精確地進行碰撞和振動的檢測。
此外，根據本發明，優選的是電子傳感器包括作為一個封裝集成在一起的檢測部分、通訊部分和電源電路，并且它們直接連接到外殼。
根據這種設置，共同構成電子傳感器的檢測部件、通訊部分和電源電路集成為一個封裝并不用襯底就直接連接到外殼。因此，它能夠簡化裝配工藝并減少總的部件數量。可以實現成本的降低。而且，當電子傳感器直接連接到外殼時，就實現了振動的直接傳輸。因此，通過采用振動衰減部件來抑制或消除高頻振動就非常重要。
此外，根據本發明，優選的是電子傳感器安裝在襯底上，并且襯底連接到外殼。
根據這種設置，安裝在襯底上的電子傳感器和外殼之間插入的振動衰減部件就確保抑制或消除了通常引起諧振的高頻振動。
此外，根據本發明，優選的是設定包含硬度和介質損耗系數以及振動衰減部件的尺寸和形狀的物理特性，以提高在包含電子傳感器的諧振點中的高頻振動的衰減特性。
根據這種設置，通過適當地選擇包含硬度和介質損耗系數以及振動衰減部件的尺寸和形狀的物理特性，就能夠確保抑制或消除包含電子傳感器的諧振點的高頻振動。而且，不用改變外殼的外部尺寸和形狀等，就能夠將外殼的振動轉換特性改變或調節為所需的特性。就能夠統一外殼的外圍形狀。易于外殼的成本降低。無須安裝設計。
此外，本發明具有一個目的，提供一種裝備金屬電極的電子元件安裝陶瓷封裝外殼，即使在電子電路等裝配之后，也可以隨后將引線等焊接到金屬電極。
為了實現上述和其它相關目的，本發明提供一種用于安裝電子元件的電子元件安裝陶瓷封裝外殼，其中在陶瓷封裝外殼的主體上設置能夠后熔接(post-welding)的金屬電極。
根據本發明，陶瓷封裝外殼的主體設置有后熔接的金屬電極。因此，即使在陶瓷封裝外殼上安裝電路芯片或其它電子元件之后，引線也能夠通后熔接穩固地焊接到用于連接其它部件(例如，玻璃環氧樹脂襯底、連接器端子(connectorterminal)等)的金屬電極。
此外，根據裝備電子元件的陶瓷封裝外殼，優選金屬電極銅焊到陶瓷封裝外殼的主體。
采用用于將金屬電極焊接到陶瓷封裝外殼的主體的銅焊保證了優良的焊接強度，由此就能夠在隨后將引線熔接到金屬電極。
此外，為了滿足最近與車輛碰撞安全相關的規則和額定值，內置于車輛中的氣囊的速度不斷增加。而且，碰撞檢測傳感器器件的應用不僅用于車輛的前碰撞檢測還用于車輛的側碰撞檢測。因此，增加了每個車輛的碰撞檢測傳感器器件數量。因此，重要的是降低這些傳感器器件的制造成本。
因此，本發明的一個目的是，提供一種傳感器器件，其能夠確保衰減例如引起諧振的高頻振動，并且容易地以低成本進行制造。
為了實現上述和其它相關目的，本發明提供第二傳感器器件，其包括用于根據傳感部分的物理位移而輸出電信號的電子傳感器和其中安裝電子傳感器的外殼，其中外殼包括通過初始模制形成的初始模制部分，以至用能夠衰減高頻振動的第一樹脂材料包圍電子傳感器；以及通過二次模制形成的二次模制部分，以至用比第一樹脂材料更堅硬的第二樹脂材料包圍初始模制部分。
根據這種設置，雖然根據傳感部分的物理位移而輸出電信號的電子傳感器具有高頻頻帶(例如，等于或高于1kHz的頻帶)下的諧振點，通過用能夠衰減高頻振動的第一樹脂材料的初始模制來形成電子傳感器的包圍體，由此確保衰減通常引起諧振的高頻振動。因此，第二傳感器器件就可以精確地檢測碰撞、振動、角加速度等，而不受諧振的負面影響。而且，通過用比第一樹脂材料更加堅硬的第二樹脂材料的二次模制來形成初始模制部分的包圍體。強度優良。即使在位于車輛體的前部處的發動機室中或在碰撞區(例如，破壞區)例如位于車輛體的側面部分的支柱(pillar)中設置傳感器器件時，也能夠防止外殼在外部碰撞情況下被損壞。而且，完成初始模制和二次模制的同時，完成傳感器器件的裝配。換句話說，就可以省略常規所需的用于將電子傳感器安裝到外殼之中的后裝配工藝。就可以減少制造的人工。第二傳感器器件可以由最少數量的必須元件構成。就可以大大降低制造成本。
此外，根據第二傳感器器件，合適的第一樹脂材料是液態硅膠。
根據這種設置，通過用液態硅膠的初始模制來包圍電子傳感器，該液態硅膠是柔軟的樹脂材料。因此，就能夠確保衰減高頻振動。
此外，為了實現上述或其它相關目的，本發明提供一種第三傳感器器件，包括用于根據傳感部分的物理位移而輸出電信號的電子傳感器和其中安裝電子傳感器的外殼，其中外殼由含有能夠衰減高頻振動的振動衰減材料的樹脂材料制造。
根據這種設置，雖然根據傳感部分的物理位移而輸出電信號的電子傳感器具有高頻頻帶(例如，等于或高于1kHz的頻帶)下的諧振點，由含有振動衰減材料的樹脂材料制造的外殼能夠確保衰減通常引起諧振的高頻振動。因此，傳感器器件能夠精確地檢測碰撞、振動、角加速度等，而不受諧振的負面影響。
此外，根據第三傳感器器件，優選電子傳感器與含有振動衰減材料的樹脂材料整體模制。
因此，采用含有振動衰減材料的樹脂材料用于整體模制電子傳感器就帶來確保衰減通常引起諧振的高頻振動的效果。而且，完成電子傳感器的整體模制的同時，完成傳感器器件的裝配。換句話說，就可以省略常規所需的用于將電子傳感器安裝到外殼之中的后裝配工藝。就可以減少制造的人工。傳感器器件可以由最少數量的必須元件構成。就可以大大降低制造成本。
此外，根據第三傳感器器件，合適的振動衰減材料是熱塑彈性體。
因此，由優良彈性的熱塑彈性體的樹脂材料制造的外殼能夠確保衰減通常引起諧振的高頻振動。
此外，為了實現上述或其它相關目的，本發明提供第四傳感器器件，包括用于根據傳感部分的物理位移而輸出電信號的電子傳感器和其中安裝電子傳感器的外殼，其中動態阻尼器(dynamic damper)連接到電子傳感器，并且將動態阻尼器調諧到傳感部分的諧振點。
根據這種設置，雖然根據傳感部分的物理位移而輸出電信號的電子傳感器具有高頻頻帶(例如，等于或高于1kHz的頻帶)下的諧振點，并且調諧到傳感部分的諧振點并連接到電子傳感器的動態阻尼器能夠確保衰減通常引起諧振的高頻振動。因此，傳感器器件能夠精確地檢測碰撞、振動、角加速度等，而不受諧振的負面影響。
此外，根據第四傳感器器件，優選動態阻尼器由板型或片型彈性部件制造。
因此，通過采用簡單設置，以致將板型或片型彈性部件連接到電子傳感器，就能夠確保衰減通常引起諧振的高頻振動。


從閱讀以下結合附圖的詳細描述中，本發明的上述和其它目的、特征和優點將變得更加明顯，其中圖1是示出根據本發明的第一實施例的碰撞檢測傳感器器件的示意設置的側視圖；圖2是示出G傳感器的G檢測輸出特性的一個實例圖表；圖3是示出在每一個G傳感器和外殼中的振動傳輸性和振動頻率之間的關系的圖表；圖4是示出從碰撞G振動的輸入開始到傳感器信號的輸出而結束的順序流程圖；圖5是示出根據本發明的第一實施例，在用封裝材料密封之前和之后外殼的振動傳輸特性的差異的變化圖；圖6A是示出碰撞G的輸入波形的一個實例圖表；圖6B是示出衰減高頻振動影響下的振動波形的一個實例圖表；圖6C是示出輸入到G傳感器的振動波形的一個實例圖表；圖6D是示出在振動傳輸異常情況下的比較傳感器器件中傳輸到G傳感器的振動波形的一個實例圖表；
圖7是示出根據本發明的第二實施例的碰撞檢測傳感器器件的示意設置的側視圖；圖8是解釋根據本發明的第二實施例的由G傳感器和防振動材料組成的模型的圖；圖9A是示出隨防振動材料的硬度變化而改變的外殼的諧振點的圖表；圖9B是示出隨防振動材料的介質損耗因數變化而改變的外殼的諧振峰值的圖表；圖9C是示出隨防振動材料的厚度增加而改變的諧振點的圖表；圖10是示出根據本發明的第二實施例的根據防振動材料的出現而改變的外殼的振動傳輸特性的圖表；圖11是示出根據本發明的第二實施例的改進碰撞檢測傳感器器件的示意設置的側視圖；圖12A是示出根據本發明的第三實施例的碰撞檢測傳感器器件的示意設置的側視圖；圖12B是示出沿圖12A的線A-A截取的根據本發明的第三實施例的傳感器器件的剖面圖；圖13是示出根據本發明的第三實施例的由引線(lead)和G傳感器組成的彈性-質量系統的模型圖；圖14是示出根據本發明的第三實施例的由引線和G傳感器組成的彈性-質量系統的振動傳輸特性的一個實例的圖表；圖15A是示出根據本發明的第三實施例的改進碰撞檢測傳感器器件的示意設置的側視圖；圖15B是沿圖15A的線B-B截取的該傳感器器件的剖面圖；圖16A是示出比較碰撞檢測傳感器器件的側視圖；圖16B是沿圖16A的線C-C截取的比較傳感器器件的剖面圖；圖16C主要示出比較傳感器器件的P面板上開口的連接器端子內置孔的放大圖；圖17是示出另一個比較碰撞檢測傳感器器件的示意設置的側視圖；圖18是示出再一個比較碰撞檢測傳感器器件的示意設置的側視圖；圖19A和圖19B是相對于根據比較碰撞檢測傳感器器件的G傳感器的設置，圖19A解釋在水平方向上出現的角誤差的平面圖，以及圖19B是解釋在上下方向上出現的角誤差的側視圖；圖20是示出G傳感器在設置中具有角誤差的情況下輸入碰撞振動和實際檢測的碰撞振動之間的關系圖；圖21A是示出根據本發明第四實施例的電子元件安裝陶瓷封裝外殼的設置的平面圖；圖21B是示出根據本發明第四實施例的陶瓷封裝外殼的側視圖；圖21C是示出根據本發明第四實施例的陶瓷封裝外殼的底視圖；圖21D是示出根據本發明第四實施例的金屬電極的改進位置的側視圖；圖22A是示出采用根據本發明第四實施例的使用陶瓷封裝外殼的電路器件設置的平面圖；圖22B是示出根據本發明第四實施例的電路器件的側視圖；圖22C是示出根據本發明第四實施例的電路器件的底視圖；圖22D是示出根據本發明第四實施例的金屬電極的改進位置的側視圖；圖23是解釋根據本發明第四實施例的通過電阻焊接將引線連接到金屬電極的步驟圖；圖24是示出根據本發明第四實施例的一個實例的G傳感器器件的示意設置側視圖；圖25A和25B是示出根據本發明第四實施例的另一個實例的G傳感器器件的示意設置側視圖，其中圖25A是用于電路器件的水平安裝，并且圖25B是用于電路器件的垂直安裝；圖26是示出比較陶瓷封裝外殼的設置的側視圖；圖27是示出作為一個實例的采用比較陶瓷封裝外殼的電路器件的設置的側視圖；圖28是示出根據本發明第五實施例的碰撞檢測傳感器器件的示意設置側視圖；圖29是示出根據本發明第五實施例的取決于初始模制部分出現而變化的外殼的振動傳輸特性的變化圖；圖30是示出根據本發明第六實施例的碰撞檢測傳感器器件的示意設置的側視圖；
圖31是示出根據本發明第六實施例的模制基于振動衰減材料出現而變化的外殼的振動傳輸特性的變化圖；圖32是示出根據本發明第七實施例的碰撞檢測傳感器器件的示意設置的側視圖；圖33是示出根據本發明第七實施例的根據動態阻尼器出現的而變化的外殼的振動傳輸特性的變化圖；圖34是解釋由根據本發明第七實施例的G傳感器和動態阻尼器組成的模型圖。
具體實施例方式
比較裝置(I)在解釋本發明的優選實施例之前，為了比較將在此后解釋各個實施例。
通常在車輛的前部安裝用于檢測碰撞或振動的碰撞檢測傳感器器件，以便使用檢測的信號，用于在車輛碰撞的情況下使氣囊充氣或膨脹。例如，圖16A-16C和17就分別示出了用于碰撞檢測傳感器器件的固定結構。根據圖16A-16C中所示的碰撞檢測傳感器器件101，G傳感器102安裝在P面板(plate)(例如，玻璃環氧樹脂基板)109上。P面板109位于樹脂制造的外殼103的G傳感器室103a之內，并且釘牢到固定于外殼103并通過焊料焊接的連接器端子104。根據圖17中所示的碰撞檢測傳感器器件201，P面板109通過熱嵌入(thermalcaulking)固定到外殼103。根據圖18中所示的碰撞檢測傳感器器件301，P面板109利用螺釘固定到外殼103。設置G傳感器102，以便根據傳感部分(未示出)的物理位移例如變形或移位產生的電信號來檢測碰撞或振動。因此，這種結構必然具有諧振發生時的特定頻率(即，諧振點)。
由于P面板109的功能，碰撞檢測傳感器器件101或201的上述結構具有將通常產生諧振的高頻振動衰減為一定程度的能力。然而，獲得的衰減效果根據P面板109的材料、尺寸和硬度而變化，還根據含有G傳感器102的自身重量以及P面板109的的固定方法和P面板109相對于外殼103的固定位置而變化。在實際的P面板109的生產設計中，基本上根據電路比例來確定它的材料、尺寸、硬度和包括G傳感器102的重量。根據P面板109的尺寸來確定P面板109的固定方法和P面板109相對于外殼103的固定位置。換句話說，不能總是利用上述結構來確保衰減高頻振動的效果。
此外，假定在P面板109上安裝的G傳感器102的傳感部分(未示出)的諧振點與外殼103的諧振點一致。在此情況下，當輸入的高頻振動包括諧振點時，G傳感器102的諧振就會與外殼103的諧振重疊。G傳感器102將產生比輸入G相當大的檢測值。因此，將不可能實行精確的碰撞判定。
此外，例如，根據圖16A-16C中所示的碰撞檢測傳感器器件101，在將連接器端子104插入到外殼103的工藝中，將導致對應于模具(dies)精度的位置誤差。而且，為了確保可安裝性，在P面板109的接合孔和連接器端子104之間通常承擔重要作用。因此，在P面板109與連接器端子104(參照圖16B和圖16C)的安裝工藝中，將導致對應于這種作用的位置誤差。例如，這種位置誤差就相對于車輛安裝孔產生了檢測碰撞振動方向上的角度誤差θ。圖19A示出了一種情況，其中在水平方向上產生了角度誤差θ。圖19B示出了一種情況，其中在上-和-下方向上產生了角度誤差θ。現在假設，G1表示進入到碰撞檢測傳感器器件101的碰撞振動的幅度，并且G2表示由G傳感器102實際檢測的碰撞振動的幅度。當G傳感器102面向相對于碰撞檢測方向的角度θ時，G傳感器102實際檢測的碰撞振動的幅度由等式表示為G2＝G1×Cosθ(參照圖20)。從此等式中很明顯，碰撞檢測裝置101的碰撞檢測能力隨G傳感器102的角度誤差θ的增加而下降。
第一實施例此后，將參照附圖解釋使用本發明的傳感器器件的碰撞檢測傳感器器件的優選實施例。
首先，將參照圖1解釋根據本發明第一實施例的碰撞檢測傳感器器件(此后，稱為傳感器器件)1。傳感器器件1主要由G傳感器2和外殼3組成，并安裝在車輛主體等的前部，以檢測碰撞并將碰撞檢測信號輸出到氣囊控制裝置。
雖然未示出，G傳感器2包括傳感部分(即，檢測部分)，并且當輸入加速度(此后，簡單地稱為“G”)時，設置G傳感器2以便產生表示傳感部分的物理位移(移位，變形等)的電信號。盡管期望的是G傳感器2能檢測輸入G的整個范圍，但如圖2中所示，G傳感器2實際檢測范圍限定為預定動態范圍(即，可檢測的輸入G的范圍)。當提供超過該動態范圍的輸入加速度時，G傳感器2就不能精確地檢測該加速度。而且，G傳感器2具有根據它的結構特征決定的固有諧振點(其還稱為諧振頻率)。因此，當輸入加速度包括對應于G傳感器2的諧振點的頻率成分時，G傳感器2的檢測部分就會產生超過G傳感器2的動態范圍的較大移動。此時，G傳感器2就不能進行精確檢測。例如，G傳感器2為梳-齒(comb-teeth)型G傳感器，設置G傳感器2以便根據傳感部分的位移量來檢測加速度。而且，本實施例的G傳感器2包括集成為一個封的檢測部分，通訊部分和電源電路。
外殼3是樹脂模制產品，其中安裝G傳感器2。例如，外殼3由PBT(聚丁烯三鄰苯二甲酸酯(polybutylene terphthalate))樹脂、尼龍樹脂等制造。外殼3具有G傳感器室3a，其朝向外殼3的下表面側開口。在外殼3中嵌入連接器端子4和圓柱金屬襯套(bush)6。G傳感器2通過連接器端子4電連接到外側。螺栓插入金屬襯套6中以便將外殼3固定到車輛主體。在G傳感器室3a之中暴露部分連接器端子4。G傳感器2位于G傳感器室3a中并通過用于提供電連接的焊接等固定到連接器端子4。
連接器端子4通過導體(未示出)電連接到氣囊控制裝置(未示出)，以致G傳感器2的輸出信號提供到氣囊控制裝置。氣囊控制裝置根據G傳感器2的輸出信號來控制氣囊(未示出)的膨脹。
此外，外殼3的G傳感器室3a的內部空間用封裝(potting)材料5密封。更具體地，位于G傳感器室3a之內并通過焊接連接到連接器端子4的G傳感器2被封裝材料5包圍。介于G傳感器2和形成G傳感器室3a的外殼3的內壁之間的空間用封裝材料5填充。例如，封裝材料5是硅封裝材料、氨基甲酸乙酯封裝材料等。
傳感器器件1通過緊固螺栓來固定到車輛主體，該螺栓被插入到嵌入在外殼3中的金屬襯套6。
接著，將參照附圖解釋具有上述設置的傳感器器件1中的用于檢測碰撞的各個部分功能。
在車輛碰撞等情況下，進入傳感器器件1的振動包括各種頻率成分的范圍。頻率成分粗分為兩組如圖3中所示，即，對于車輛碰撞判定所必須(主要處于低頻頻帶，例如頻率成分小于1kHz)的頻率成分組，以及對于碰撞判定(主要處于高頻頻帶，例如頻率成分等于或高于1kHz)并不必須的頻率成分組。而且，G傳感器2(更具體地，傳感部分)具有屬于高頻頻帶的諧振點。外殼3具有諧振點，該諧振點設置為不同于G傳感器2的諧振點的頻率水平(根據圖3中所示的實施例，外殼3的諧振點小于G傳感器2的諧振點)。用于碰撞判定的頻帶絕對要求在外殼的振動傳輸中不存在諧振/衰減。另一方面，在G傳感器開始諧振的頻率水平或超過該頻率水平下，絕對要求進入G傳感器2中的加速度是充分衰減的，以至不會在低頻率一側對G傳感器2的檢測產生負面影響。而且，當外殼的諧振點設置為低于G傳感器的諧振點時，即使在更加接近外殼的諧振點的頻帶下外殼產生諧振，也沒有問題。
接著，將參照圖4至6A-6D解釋從輸入碰撞G振動開始和由傳感器信號輸出而結束的順次流程。如圖6A中所示，碰撞G振動包括其上添加或疊加的低頻振動(由粗線表示)和高頻振動(由細線表示)。如圖5中所示，當傳感器器件1接收通過車輛主體傳送的振動時，密封G傳感器室3a的封裝材料5就有效地衰減了包含G傳感器2的諧振點的高頻振動。因此，如圖6B中所示，傳輸到G傳感器2的振動基本上只限制為用于碰撞判定所必須的低頻振動。如圖6C中所示，傳輸到G傳感器2的低頻振動處于動態范圍之中。因此，G傳感器2就可以產生正確的G檢測信號。因此，氣囊控制裝置就能夠根據正確的G檢測信號來精確判斷碰撞條件并能夠適當地控制氣囊的膨脹。
為了比較，圖6D示出了在比較傳感器器件中產生的不適當的振動傳輸。從圖6D可以明顯看出，高頻振動引起G傳感器諧振并由此放大特定頻率的振動。因此，傳輸到G傳感器的振動就超過動態范圍，由此G傳感器就不能產生正確的G檢測信號。
本實施例使用固定結構而不采用P面板(例如，玻璃環氧樹脂基板)，用于將傳感器2固定到外殼3。根據這種固定結構，與采用在G傳感器和外殼之間插入的P面板(即，圖12A-12B和13中所示的結構)的其它固定結構相比，從外殼到G傳感器的振動傳輸就變得更加直接或即時。在此方面，上述密封或包圍G傳感器2的封裝材料5就在衰減高頻振動中承擔非常重要的作用。
此外，根據本實施例，用作包圍G傳感器2的封裝材料帶來維持適當的氣密性并去除導致濕氣和浸蝕的效果。
第二實施例接著，將參照圖7-10解釋根據本發明的第二實施例的碰撞檢測傳感器器件51。與第一實施例相同的部分或元件用相同的參考數字來表示并且在以下將不再進行解釋。
根據上述第一實施例，外殼3的傳感器室3a用封裝材料5密封，實現了用于抑制或消除高頻振動的衰減結構。第二實施例使用一種衰減結構，其采用防振動材料55，防振動材料55構成為板型或片型或與G傳感器2模制一起，以便將G傳感器2固定到外殼3，由此抑制或消除高頻振動，而不采用封裝材料5。
就是說，如圖7中所示，外殼3具有傳感器室3a，其朝向外殼3的下表面一側開口。在它的一個表面上將板型或片型防振動材料55連接并固定(bondedand fixed)到傳感器室3a的內壁表面。將G傳感器2連接并固定到防振動材料55的相對表面(例如，根據圖7中所示的實施例的下表面)。(可選擇地，將與G傳感器2一起模制的防振動材料55連接并固定到外殼3)。防振動材料55是能夠衰減高頻振動的彈性材料，并且例如由硅膠等制造。連接器端子4和G傳感器2通過引線結合57連接，提供電連接。此外，傳感器室3a的開口用樹脂材料制造的面板蓋58封閉。
根據本實施例，通過防振動材料55將G傳感器2固定到外殼3。使用這種結構帶來與上述第一實施例相同的確保衰減高頻振動的效果(參照圖4至6A-6D)。
此外，根據本實施例，如圖8中所示，有可能假設一種模型，該模型是由G傳感器的質量M、防振動材料的彈性系數K和防振動材料的衰減因子C組成的模型。通過適當地改變防振動材料55的物理特性就可以改變防振動材料的彈性系數和衰減因子，該物理特性包括硬度、介質損耗系數(Tanδ)等以及包括厚度或形狀的尺寸。通過這種調整，就能夠將外殼的諧振點(即，諧振頻率)或諧振峰值設置為所需范圍的最佳值。例如，如圖9A中所示，通過改變防振動材料55的硬度，就能夠偏移諧振點。更具體地，諧振點隨防振動材料55的硬度增加而變得更高(根據圖9A，諧振點向右偏移)，并且諧振點隨硬度降低而變得更低(根據圖9A，諧振點向左偏移)。而且，如圖9B中所示，諧振峰值隨防振動材料55的介質損耗系數(Tanδ)增加而降低。而且，如圖9C中所示，當改變防振動材料55的厚度時，諧振點偏移。因此，根據本實施例，如圖10中所示，就能夠使外殼3的G傳輸特性最佳化，以至獲得所需的特性，而不用改變外殼3的外部尺寸和形狀。就是說，可以將包括防振動材料55的外殼3的諧振點改變為低于G傳感器2的諧振點的頻率，并且可以降低諧振峰值。因此，就能夠使外殼的外部形狀一致。易于降低外殼的成本。就不需要安裝設計。
接著，將參照圖11解釋第二實施例的改進實施例。根據上述第二實施例，G傳感器2包括集成為一個封裝的檢測部分、通訊部分和電源電路。G傳感器2直接連接并固定到防振動材料55。然而，本改進實施例的傳感器器件61包括安裝在P面板(例如，玻璃環氧樹脂基板)69上的G傳感器2。根據這種傳感器器件61的結構，在它的一個表面處將防振動材料55連接并固定到外殼3的G傳感器室3a的內壁表面。將安裝G傳感器2的P面板69連接并固定到防振動材料55的相對表面。因此，這種改進實施例帶來類似于上述第二實施例的效果。
第三實施例接著，將參照圖12A-12B至14解釋根據本發明的第三實施例的碰撞檢測傳感器器件71。與上述各個實施例相同的部分和元件表示為相同的參考數字并在以下不再進行解釋。
根據上述第二實施例，G傳感器2通過防振動材料55固定到外殼3，防振動材料55構成為面板或薄片或與G傳感器2一起模制，以便提供一種能夠衰減高頻振動的結構。代替采用上述結構，本實施例使用能夠衰減高頻振動的彈性-質量系統。如圖12A-12B中所示，彈性-質量系統包括多個彈性引線75，每個彈性引線75具有連接到G傳感器2的一個端子和固定到外殼3的另一個端子。這些引線75的彈性和G傳感器2的質量共同構成彈性-質量系統。每個引線75作為本發明的引線部件。
更具體地，如圖12A-12B中所示，在碰撞檢測傳感器器件71中，G傳感器2通過在它的尾部設置的兩個引線75(即，圖12A-12B中所示的G傳感器2的左側)和在它的前部設置的一個引線75(即，圖12A-12B中所示的G傳感器2的右側)連接到外殼3。每個引線75都是彈性部件，其由金屬材料制造并具有基本上在其長度方向上的中心處形成的彎曲部分。每個引線75具有通過銅焊或焊接鍵合(bonded)到G傳感器2的一個端子。而且，每個引線75具有與外殼3通過模制(插入模制)而一體形成的另一個端子。因此，引線75分別固定到外殼3。而且，每個尾部引線75的另一個端子焊接到連接器端子4，以便提供電連接。因此，易于在模制模具中定位G傳感器2。就實現了非常精確的定位。而且，外殼3具有分別由蓋76封閉的上部開口和下部開口，以便維持外殼3內插模制的連接器端子4、引線75和G傳感器2的合適的氣密性，每個蓋76通過密封、激光焊接等固定到外殼3。
引線75和G傳感器2共同構成圖13中所示的具有特征頻率的彈性-質量系統。就是說，在彈性-質量系統中，引線75具有彈性的作用，G傳感器2具有質量的作用。這種彈性-質量(spring-mass)系統的特征頻率fn定義為以下等式5，等式5從以下等式1-4中導出。在等式5中，“1”表示簡單維持在它的兩個端部的波束長度，“m”表示波束中心處提供的重量的質量，以及EI表示波束的彎曲剛度(E彈性模量，I幾何慣量)。
更具體地，以下等式1展示了波束中點處的偏差δ。
δ=Pl348EI···(1)]]>在以下的等式2中修正等式1以獲得波束的彈性系數。
k=Pδ=48EIl3···(2)]]>此外，當“x”表示波束中心處的彎曲位移時，以下等式3成立。
mx··+kx=0···(3)]]>因此，通過將等式2插入到等式3中，獲得以下等式4。
x··+48EIml3x=0···(4)]]>因此，特征頻率fn就可以表示為以下等式5。
fn=ωn2π=12π48EIml3···(5)]]>當彈性-質量系統的特征頻率fn表示為上述等式5時，應當理解，可以通過改變彎曲硬度或通過改變G傳感器2的質量“M”來控制特征頻率fn。考慮降低彎曲硬度EI的方法，這將是有效的采用具有更小彈性模量的材料用于各個引線75；減少各個引線75的幾何慣量(例如，改變剖面形狀)；以及對各個引線75設置適合的彎曲部分。
圖14示出了由引線75和G傳感器2組成的彈性-質量系統的振動傳輸特性。當彈性-質量系統具有特征頻率fn時，在頻率fn×√2下，振動傳輸系數總是變成1。當頻率超過fn×√2時，開始衰減。因此，假設在頻率fx下需要振動衰減，那么就只需要調節彈性-質量系統的特征頻率fn，以滿足圖14的圖表中所示的關系(在頻率fx下振動傳輸系數變得小于1)。
此外，通過改變彈性-質量系統中的振動的Q值，就能夠改變震動衰減量。在圖14所示的圖表中，實線展示了彈性-質量系統的Q值相對高的情況，虛線展示了彈性-質量系統的Q值相對低的情況。例如，圖15A和15B示出了改進的根據第三實施例的碰撞檢測傳感器器件71`。根據該改進的傳感器器件71`，封裝材料5填充外殼3的內部空間以改變Q值，該外殼3中放置G傳感器2。圖15A是示出從側面觀看的碰撞檢測傳感器器件71`的設置的示意圖。圖15B是沿圖15A中的線B-B截取的傳感器器件71`的剖面圖。
本發明不限于上述第一至第三實施例，并且可以不脫離本發明的實質進行各種修改。
例如，用于衰減高頻振動的結構不限于在第一至第三實施例中的每個實施例中公開的結構。簡而言之，本發明的衰減結構應當包括用于衰減高頻振動的在G傳感器的至少一部分和外殼之間插入的振動衰減部件。
此外，根據本發明上述的第一至第三實施例中的每個實施例，碰撞檢測傳感器器件用于檢測加速度或振動。然而，本實施例的傳感器器件可以應用于例如用于檢測角加速度的轉滾(rollover)傳感器、滾速(roll rate)傳感器、偏轉速度(yaw rate)傳感器等。簡而言之，本發明應用于包括根據傳感部分和安裝該電子傳感器的外殼的物理位移而輸出電信號的電子傳感器的傳感器器件。
此外，根據上述第二實施例的改進實施例，G傳感器2安裝在P面板(例如，玻璃環氧樹脂基板)69上。然而，也可以將G傳感器2安裝在陶瓷基板上。
如上所述，根據本實施例的傳感器器件，電子傳感器根據傳感部分的物理位移產生電信號。在電子傳感器的至少一部分和外殼之間插入的振動衰減部件能夠確保衰減通常引起諧振的高頻振動。因此，傳感器器件就能夠精確檢測碰撞、振動、角加速度等，而不受諧振的負面影響。
比較裝置(II)通常，汽車裝配有用于各種控制的電子器件，其中G傳感器或其它電子元件通常裝備在由陶瓷部件等制造的封裝中。例如，圖26示出了比較的安裝有陶瓷封裝外殼(此后，稱為陶瓷封裝外殼)601的電子元件，其包括陶瓷封裝外殼主體(此后，稱為主體)602、通孔603、內部電路604、金屬電極605和金屬環606。主體602是具有上表面開口的盒形部件并由陶瓷材料(例如，氧化鋁)制造。由金屬材料制造的每個通孔603作為一個部件，用于提供盒形主體602的內側(即，底表面側)和外側(即，下表面側)之間的電連接。每個內部電路604印制在主體602的內表面上，主體602包含相應通孔603的暴露部分。每個金屬電極605通過印刷或表面處理形成在包含相應通孔603的暴露部分的主體602的下表面側。金屬環606是具有對應于主體602的上開口的孔的支架部件，并通過銅焊固定在主體602的上表面部分。根據具有采用上述陶瓷封裝外殼601的設置的電路器件610，例如，如圖27中所示，電路芯片611利用粘接材料粘接在主體602的底表面上。電路芯片611利用引線結合612連接到每個內部電路604。在沿著主體602的開口延伸的金屬環606上熔接(welded)平坦的金屬蓋613。結果，在盒形主體602中氣密地容納電路芯片611。同時，每個引線614通過銅焊或通過焊接(soldering)連接到金屬電極605，用于提供金屬電極605和其它部件(例如，P面板，連接器端子等)之間的電連接。然而，根據上述傳統的電子元件安裝陶瓷封裝外殼601，需要在較高溫度(例如，500-800℃)下進行用于將每個引線614鍵合(bonded)到金屬電極605的銅焊操作。因此，必須在陶瓷封裝外殼主體602上用粘接材料安裝電路芯片611之前進行引線614的鍵合(bonding)，粘接材料具有大約300℃的耐熱溫度。這將大大減少用于制造陶瓷封裝外殼的單元數量，由此將增加成本。而且，在陶瓷封裝外殼601上用已經鍵合(bonded)的引線614安裝電路芯片611就將需要安裝設備，將電路芯片611適合柔性地裝配到各種引線。換句話說，這種設備必須根據特殊順序制造，由此將使構造成本昂貴。同樣將增加裝配人工成本。由此，將增加制造成本。另一方面，在采用焊接操作以鍵合(bond)引線614的情況下，如果電路器件610整個為樹脂模制，則存在可能樹脂模制壓力或樹脂模制熱會損壞焊接引線614和金屬電極605的鍵合(bonding)部分。將降低鍵合(bonding)強度的可靠性。更具體地，樹脂模制溫度為260℃水平，而且焊料熔融溫度為220℃-250℃的低溫范圍。因此，樹脂模制熱就熔化形成鍵合(bonding)部分的焊料，并且形成焊接部分的焊料將進一步遭受樹脂模制壓力的影響。
第四實施例此后，將參照附圖解釋根據本發明優選實施例的電子元件安裝陶瓷封裝外殼。
如圖21A-21D中所示，本發明的電子元件安裝陶瓷封裝外殼(此后，稱為“陶瓷封裝外殼”)501包括陶瓷封裝外殼主體(此后，稱為“主體”)502、通孔503、內部電路504、金屬電極505和金屬環506。圖21A是平面圖，圖21B是側視圖，以及圖21C是底視圖，分別示出陶瓷封裝外殼。圖21D是示出改進的金屬電極定位的側視圖。
主體502是具有上表面開口的盒形部件并由陶瓷材料(例如，氧化鋁)制造。主體502具有用于安裝電路芯片或其它電子元件的空間。例如，通過在多個陶瓷薄片上印刷導線圖形來形成主體502，以形成這些陶瓷薄片的多層結構，然后燒結這種集成的主體。
由金屬材料制造的每個通孔503作為一個部件，用于提供盒形主體502的內側(即，底表面側)和外側(即，下表面側)之間的電連接。首先在主體502中(即，在陶瓷薄片中)開出每個通孔503，并且與主體502一起燒結。
通過印刷在包含相應通孔503的暴露部分的盒形主體502的內表面上(即，上表面側)形成每個內部電路504。
通過銅焊金屬材料，在包含相應通孔503的暴露部分的主體502的底表面上(即，下表面側)形成每個金屬電極505。例如，金屬電極505的金屬材料是主要含有鐵、鎳和鈷(稱為“柯伐(kovar)”)的金屬材料或主要含有鐵和鎳的金屬材料。在每個金屬電極505的表面上進行表面處理，例如鎳電鍍或金電鍍。而且，用銀焊料等在500℃-800℃的溫度范圍下進行各個金屬電極505的銅焊。雖然本實施例示出了總共四個通孔503和相同數量的金屬電極，如果需要，可以任意地改變這些元件的總數量。
另一方面，根據通過在主體502的側表面上銅焊金屬材料來形成每個金屬電極505，圖21D示出了改進的金屬電極505的定位。
金屬環506是由金屬材料制造的支架部件并具有對應于主體502的上開口的孔。金屬環506通過銅焊固定在主體502的上表面部分。金屬環506作為一個平臺，其上熔接(welded)金屬蓋513(此后描述)，以至覆蓋主體502的開口。金屬環506和上述通孔503由與金屬電極505的相同金屬材料或具有基本上相同熱膨脹系數的金屬材料制造。可以在同一步驟中進行金屬電極505的銅焊和金屬環506的銅焊。可以抑制制造成本。
接著，將參照圖22A-22D解釋包含上述裝備有電路芯片等的陶瓷封裝外殼501的電路器件510的設置和制造方法。圖22A是示出電路器件510的平面圖，圖22B是側視圖，以及圖22C是底視圖。圖22D是示出改進的金屬電極定位的側視圖。
首先，如圖21A-21D中所示，電路芯片511安裝在陶瓷封裝外殼501上。更具體地，用粘接材料(大約300℃的耐熱溫度)將電路芯片511鍵合(bonded)到主體502的底表面。接著，用導線結合512將電路芯片511連接到每個內部電路504。在此情況下，然而各個引線514并不鍵合(bonding)到陶瓷封裝外殼501，在陶瓷封裝外殼501的外表面上沒有突出部分。因此，在電路芯片安裝裝置中陶瓷封裝外殼501的處理就非常容易。因此，就能夠采用一個安裝裝置來用于安裝各種電路芯片。
接著，將當從上面觀看時被構造成為矩形形狀的平坦金屬蓋513熔接到金屬環506，金屬環506設置在主體502的上表面上，由此覆蓋主體502的上開口。因此，在盒形主體502中氣密地容納電路芯片511。
接著，每個引線514通過電阻焊接鍵合(bonded)到金屬電極505，引線514提供每個盒屬電極505和其它部件(例如，玻璃環氧樹脂基板，連接端子等)之間的電連接。更具體地，如圖23中所示，在每個金屬電極505的預定部分設置熔接接地電極。在其上提供的機械壓力下，引線514與金屬電極505形成接觸。因此，從附加電極供給電流，以便在電阻焊接中產生所需的熱，用于將引線514連接到金屬電極505。在總共四個位置處進行電阻焊接，該位置分別提供作為一對的引線504和金屬電極505。在此情況下，在金屬電極505上設置的接地端子就防止了電流通過通孔503流入電路芯片511。因此，電路芯片511中的內部電路就確保避免了因熔接電流和電壓的損壞。
從上述描述很明顯，根據本實施例，陶瓷封裝外殼主體502設置有允許后熔接的金屬電極505。因此，即使在陶瓷封裝外殼501上安裝了電路芯片511或其它電子元件之后，也可以通后熔接將引線514牢固地鍵合到金屬電極505，用于其它部件(例如，玻璃環氧樹脂基板，連接器端子等)的連接。
此外，根據本實施例，通過銅焊將金屬電極505鍵合到陶瓷封裝外殼主體502。因此，強度優良。可以隨后將引線等熔接到金屬電極505。
接著，將解釋G傳感器器件的優選實施例。每個G傳感器器件包括插入在陶瓷封裝外殼501上安裝的G傳感器的電路器件510，并且電路器件510裝配在外殼中。
圖24示出了G傳感器器件的一個實例，根據熔接到陶瓷封裝外殼501的金屬電極505的引線514連接到連接器端子，安裝有G傳感器的電路器件510整體地與樹脂材料一起模制。當通過銅焊每個金屬電極505牢固地鍵合到主體502時，即使當它承受樹脂模制壓力或樹脂模制加熱時，也不會損壞金屬電極505和主體502的鍵合部分。因此，易于電路器件510的樹脂模制接。根據連接器端子的種類，就能夠集成引線514和連接器端子。
圖25A和25B示出了G傳感器件的另一個實例，根據該實例，采用熔接到陶瓷封裝外殼501的金屬電極505的引線514作為P面板(例如，玻璃環氧樹脂基板)的安裝架。引線514通過流動焊料或回流焊料安裝在P面板。而且，安裝插入G傳感器的電路器件510的P面板，安放在外殼的內部空間中并通過連接器端子的扭鎖(clinch)和焊接固定到外殼。圖25A是電路器件510的水平安裝，根據于此電路器件510與P面板水平地安裝。圖25B是電路器件的垂直安裝，根據于此改進了引線514的形狀并且相對于P面板垂直地安裝電路器件510。
本發明不限于上述第四實施例，因此在不脫離本發明的實質范圍內可以進行各種修改。
例如，用于金屬電極505的金屬材料和用于金屬電極505的銅焊材料不限于上述的種類，因此可以適當地根據目的和應用選自常規的眾所周知的材料。
此外，雖然上述四個實施例基于G傳感器器件，但是本發明不限于這種實施例，因此不用說，本發明將廣泛應用于采用陶瓷封裝外殼的多種電子器件。
如上所述，根據本發明的裝備電子元件的陶瓷封裝外殼，陶瓷封裝外殼的主體設置有允許后熔接的金屬電極。因此，即使在陶瓷封裝外殼上安裝電路芯片或其它電子元件之后，也可以通熔接將引線牢固地鍵合到金屬電極，用于其它部件(例如，玻璃環氧樹脂基板，連接器端子等)的連接。
第五實施例此后，將參照附圖解釋使用本發明的傳感器器件的碰撞檢測傳感器器件的另一個優選實施例。
將參照圖28解釋根據本發明第五實施例的碰撞檢測傳感器器件(此后，稱為傳感器器件)701。傳感器器件701主要由G傳感器702和外殼703組成，并安裝在車輛主體等的前部，以檢測碰撞并將碰撞檢測信號輸出到氣囊控制裝置。
雖然未示出，G傳感器702包括傳感部分(即，檢測部分)，并且當輸入加速度(此后，簡單地稱為“G”)時，設置G傳感器702以便產生表示傳感部分的物理位移(移位，變形等)的電信號。盡管期望的是G傳感器702能檢測輸入G的整個范圍，但如圖2中所示，G傳感器702實際檢測范圍限定為預定動態范圍(即，可檢測的輸入G的范圍)。當提供超過該動態范圍的輸入加速度時，G傳感器702就不能精確地檢測該加速度。而且，G傳感器702具有根據它的結構特征決定的固有諧振點(其還稱為諧振頻率)。因此，當輸入加速度包括對應于G傳感器702的諧振點的頻率成分時，G傳感器702的檢測部分就會產生超過G傳感器702的動態范圍的較大移動。此時，G傳感器702就不能進行精確檢測。例如，G傳感器702為梳-齒(comb-teeth)型G傳感器，就設置G傳感器702以便根據傳感部分的位移量來檢測加速度。而且，本實施例的G傳感器702包括集成為一個封裝的通訊電路和電源電路。
外殼703是由樹脂材料制造，并且與G傳感器702整體模制。外殼703由包圍G傳感器702的初始模制部分703a和包圍初始模制部分703a的二次模制部分703b組成，以至構成外殼703的外圍形狀。首先，在制造傳感器器件701中，通過整體模制(初始模制)G傳感器702、連接器端子704、圓柱金屬襯套706來形成初始模制部分703a，連接器端子704將G傳感器702連接到外部器件，并且在圓柱金屬襯套706中插入螺栓以便將具有柔軟樹脂材料(即，第一樹脂材料)的外殼703固定到車輛主體。然后，通過在初始模制部分703a四周模制(二次模制)硬樹脂材料(即，第二樹脂材料)，形成二次模制部分703b，以至形成傳感器器件701的外部形狀。因此，就可以省略傳統所需的用于將G傳感器內置入外殼的后裝配工藝。減少了制造人工成本。傳感器器件701就可以由最少數量的必須元件組成。就可以大大降低制造成本。
考慮構成初始模制部分703a的樹脂材料(即，第一樹脂材料)，優選采用液態硅膠等，液態硅膠是一種用于模制的柔軟樹脂材料。因此，用能夠衰減高頻振動的第一樹脂材料，首先模制G傳感器702的包圍體。因此，就可以確保衰減通常引起諧振的高頻振動。因此，傳感器器件701就可以精確地檢測碰撞和振動，而不受諧振的負面影響。
此外，考慮到組成二次模制部分703b的樹脂材料(即，第二樹脂材料)，實施例優選采用硬樹脂材料，例如PBT(聚丁烯三鄰苯二甲酸酯)樹脂、尼龍樹脂等。因此，用硬度超過第一樹脂材料的第二樹脂材料，二次模制初始模制部分703a的包圍體。強度優良。即使當在用于前碰撞檢測的位于車輛主體的前部的發動機室內或在用于側碰撞檢測的位于車輛主體的側面的碰撞區(即，易損壞區)例如柱體或側門處設置傳感器器件701時，也能夠防止外殼703和G傳感器702在外部碰撞情況下被損壞。
連接器端子704通過導體(未示出)電連接到氣囊控制裝置(未示出)，以致將G傳感器702的輸出信號提供到氣囊控制裝置。氣囊控制裝置根據G傳感器702的輸出信號來控制氣囊(未示出)的膨脹。
傳感器器件701通過緊固螺栓來固定到車輛主體，該螺栓被插入到金屬襯套706，金屬襯套706與外殼703的二次模制部分703b整體模制。
接著，將參照附圖解釋具有上述設置的傳感器器件701中的用于檢測碰撞的各個部分功能。
在車輛碰撞等情況下，進入傳感器器件701的振動包括各種頻率成分的范圍。頻率成分粗分為兩組如圖3中所示，即，對于車輛碰撞判定所必須(主要處于低頻頻帶，例如頻率成分小于1kHz)的頻率成分組，以及對于碰撞判定(主要處于高頻頻帶，例如頻率成分等于或高于1kHz)并不必須的頻率成分組。而且，G傳感器702(更具體地，傳感部分)具有屬于高頻頻帶的諧振點。外殼703具有諧振點，該諧振點設置為不同于G傳感器702的諧振點的頻率水平(根據圖3中所示的實施例，外殼703的諧振點小于G傳感器702的諧振點)。用于碰撞判定的頻帶絕對要求在外殼的振動傳輸中不存在諧振/衰減。另一方面，在G傳感器開始諧振頻率水平(frequency level)或超過該頻率水平下，絕對要求進入G傳感器702中的加速度是充分衰減的，以至不會在低頻率一側對G傳感器702的檢測產生負面影響。而且，當外殼的諧振點設置為低于G傳感器的諧振點時，即使在更加接近外殼的諧振點的頻帶下外殼產生諧振，也沒有問題。
接著，將參照圖4至6A-6D解釋從輸入碰撞G振動開始和由傳感器信號輸出而結束的順次流程。如圖6A中所示，碰撞G振動包括其上添加或疊加的低頻振動(由粗線表示)和高頻振動(由細線表示)。如圖29中所示，當傳感器器件701接收通過車輛主體傳送的振動時，具有振動衰減效應的初始模制部分703a衰減了包含G傳感器702的諧振點的高頻振動。換句話說，諧振峰值降低。因此，如圖6B中所示，傳輸到G傳感器702的振動基本上只限制為用于碰撞判定所必須的低頻振動。如圖6C中所示，傳輸到G傳感器702的低頻振動處于動態范圍之中。因此，G傳感器702就可以產生正確的G檢測信號。因此，氣囊控制裝置就能夠根據正確的G檢測信號來精確判斷碰撞條件并能夠適當地控制氣囊的膨脹。
此外，根據本實施例，初始模制部分703a就帶來維持適合的氣密性并避免了濕氣和腐蝕效果，初始模制部分703a由用于包圍G傳感器702的樹脂材料制造。
本發明不限于上述第五實施例，因此在不脫離本發明的實質范圍內可以進行各種修改。
例如，根據本發明的上述第五實施例，碰撞檢測傳感器器件用于檢測加速度或振動。然而，本實施例的傳感器器件可以例如用于檢測角加速度的轉滾傳感器、滾速傳感器、偏轉速度傳感器等。簡而言之，本發明應用于傳感器器件，該傳感器器件包括根據傳感部分和安裝該電子傳感器的外殼的物理位移而輸出電信號的電子傳感器。
此外，用于形成初始模制部分703a和二次模制部分703b的樹脂材料不限于上述材料。簡而言之，形成初始模制部分703a的第一樹脂材料應當具有衰減高頻振動的能力，并且形成二次模制部分703b的第二樹脂材料應當比第一樹脂材料更硬。
如上所述，根據本實施例的上述傳感器器件，在安裝根據它的傳感部分的物理位移而輸出電信號的電子傳感器的情況下，通過用能夠衰減高頻振動的第一樹脂材料的初始模制來形成電子傳感器的包圍體，由此確保衰減通常引起諧振的高頻振動。因此，傳感器器件就可以精確地檢測碰撞、振動、角加速度等，而不受諧振的負面影響。而且，通過用比第一樹脂材料更加堅硬的第二樹脂材料的二次模制來形成初始模制部分的包圍體。強度優良。即使在位于車輛體的前部處的發動機室中或在碰撞區(例如，破壞區)例如位于車輛體的側面部分的支柱中設置傳感器器件時，也能夠防止外殼在外部碰撞情況下被損壞。而且，完成初始模制和二次模制的同時，完成傳感器器件的裝配。換句話說，就可以省略常規所需的用于將電子傳感器安裝到外殼之中的后裝配工藝。就可以減少制造的人工。傳感器器件就可以由最少數量的必須元件構成。就可以大大降低制造成本。
第六實施例此后，將參照附圖解釋使用本發明的傳感器器件的碰撞檢測傳感器器件的另一個優選實施例。
將參照圖30解釋根據本發明第六實施例的碰撞檢測傳感器器件(此后，稱為傳感器器件)801。傳感器器件801主要由G傳感器802和外殼803組成，并安裝在車輛主體等的前部，以檢測碰撞并將碰撞檢測信號輸出到氣囊控制裝置。
雖然未示出，G傳感器802包括傳感部分(即，檢測部分)，并且當進入加速度(此后，簡單地稱為“G”)時，設置G傳感器802以便產生表示傳感部分的物理位移(移位，變形等)的電信號。盡管期望的是G傳感器802能檢測輸入G的整個范圍，但如圖2中所示，G傳感器802實際檢測范圍限定為預定動態范圍(即，可檢測的輸入G的范圍)。當提供超過該動態范圍的輸入加速度時，G傳感器802就不能精確地檢測該加速度。而且，G傳感器802具有根據它的結構特征決定的固有諧振點(其還稱為諧振頻率)。因此，當輸入加速度包括對應于G傳感器802的諧振點的頻率成分時，G傳感器802的檢測部分就會產生超過G傳感器802的動態范圍的較大移動。此時，G傳感器802就不能進行精確檢測。例如，G傳感器802為梳-齒(comb-teeth)型G傳感器，就設置G傳感器802以便根據傳感部分的位移量來檢測加速度。而且，本實施例的G傳感器802包括集成為一個封裝的通訊電路和電源電路。
外殼803是由含有能夠衰減高頻振動的振動衰減材料803b的樹脂材料803a組成，以至與G傳感器802整體模制。更具體地，通過整體模制G傳感器802、連接器端子804、圓柱金屬襯套806形成傳感器801，連接器端子804將G傳感器802連接到外部器件，并且在圓柱金屬襯套806中插入螺栓以便將外殼803固定到車輛主體，樹脂材料803a含有振動衰減材料803b。因此，就可以省略傳統所需的用于將G傳感器內置入外殼的后裝配工藝。減少了制造人工成本。傳感器器件801就可以由最少數量的必須元件組成。就可以大大降低制造成本。
考慮到用于形成外殼803的樹脂材料803a，例如，優選采用PBT(聚丁烯三鄰苯二甲酸酯)樹脂、尼龍樹脂等。考慮到振動衰減材料803a，優選采用具有優良彈性的熱固彈性體。
連接器端子804通過導體(未示出)電連接到氣囊控制裝置(未示出)，以致將G傳感器802的輸出信號提供到氣囊控制裝置。氣囊控制裝置根據G傳感器802的輸出信號來控制氣囊(未示出)的膨脹。
傳感器器件801通過緊固螺栓來固定到車輛主體，該螺栓被插入到與外殼803整體模制的金屬襯套806中。
接著，將參照附圖解釋具有上述設置的傳感器器件801中的用于檢測碰撞的各個部分功能。
在車輛碰撞等情況下，進入傳感器器件801的振動包括各種頻率成分的范圍。頻率成分粗分為兩組如圖3中所示，即，對于車輛碰撞判定所必須(主要處于低頻頻帶，例如頻率成分小于1kHz)的頻率成分組，以及對于碰撞判定(主要處于高頻頻帶，例如頻率成分等于或高于1kHz)并不必須的頻率成分組。而且，G傳感器802(更具體地，傳感部分)具有屬于高頻頻帶的諧振點。外殼803具有諧振點，該諧振點設置為不同于G傳感器802的諧振點的頻率水平(根據圖3中所示的實施例，外殼803的諧振點小于G傳感器802的諧振點)。用于碰撞判定的頻帶絕對要求在外殼的振動傳輸中不存在諧振/衰減。另一方面，在G傳感器開始諧振頻率水平或超過該頻率水平下，絕對要求進入G傳感器802中的加速度是充分衰減的，以至不會在低頻率一側對G傳感器802的檢測產生負面影響。而且，當外殼的諧振點設置為低于G傳感器的諧振點時，即使在更加接近外殼的諧振點的頻帶下，外殼產生諧振也沒有問題。
接著，將參照圖4至6A-6D解釋從輸入碰撞G振動開始和由傳感器信號輸出而結束的順次流程。如圖6A中所示，碰撞G振動包括其上添加或疊加的低頻振動(由粗線表示)和高頻振動(由細線表示)。如圖31中所示，當傳感器器件801接收通過車輛主體傳送的振動時，在樹脂材料803a中含有的、并具有振動衰減效應的振動衰減材料803b衰減了包含G傳感器802的諧振點的高頻振動。換句話說，諧振峰值降低。因此，如圖6B中所示，傳輸到G傳感器802的振動基本上只限制為用于碰撞判定所必須的低頻振動。如圖6C中所示，傳輸到G傳感器802的低頻振動處于動態范圍之中。因此，G傳感器802就可以產生正確的G檢測信號。因此，氣囊控制裝置就能夠根據正確的G檢測信號來精確判斷碰撞條件并能夠適當地控制氣囊的膨脹。
此外，根據本實施例，包含包圍G傳感器802的振動衰減材料803b的樹脂材料803a帶來維持適合的氣密性并消除濕氣和腐蝕的效果。
本發明不限于上述第六種實施例，因此在不脫離本發明的實質范圍內可以進行各種修改。
例如，根據本發明的上述第六種實施例，碰撞檢測傳感器器件用于檢測加速度或振動。然而，本實施例的傳感器器件可以例如用于檢測角加速度的轉滾傳感器、滾速傳感器、偏轉速度傳感器等。簡而言之，本發明應用于傳感器器件，該傳感器器件包括根據傳感部分和安裝該電子傳感器的外殼的物理位移而輸出電信號的電子傳感器。
如上所述，根據本實施例的傳感器器件，電子傳感器根據它的傳感部分的物理位移而輸出電信號，并且安裝電子器件的外殼由含有振動衰減材料的樹脂材料制造，由此就確保衰減通常引起諧振的高頻振動。因此，傳感器器件就可以精確地檢測碰撞、振動、角加速度等，而不受諧振的負面影響。
第七實施例此后，將參照附圖解釋使用本發明的傳感器器件的碰撞檢測傳感器器件的另一個優選實施例。
將參照圖32解釋根據本發明第七實施例的碰撞檢測傳感器器件(此后，稱為傳感器器件)901。傳感器器件901主要由G傳感器902和外殼903組成，并安裝在車輛主體等的前部，以檢測碰撞并將碰撞檢測信號輸出到氣囊控制裝置。
雖然未示出，G傳感器902包括傳感部分(即，檢測部分)，并且當進入加速度(此后，簡單地稱為“G”)時，設置G傳感器902以便產生表示傳感部分的物理位移(移位，變形等)的電信號。盡管期望的是G傳感器902能檢測輸入G的整個范圍，但如圖2中所示，G傳感器902實際檢測范圍限定為預定動態范圍(即，可檢測的輸入G的范圍)。當提供超過該動態范圍的輸入加速度時，G傳感器902就不能精確地檢測該加速度。而且，G傳感器902具有根據它的結構特征決定的固有諧振點(其還稱為諧振頻率)。因此，當輸入加速度包括對應于G傳感器902的諧振點的頻率成分時，G傳感器902的檢測部分就會產生超過G傳感器902的動態范圍的較大移動。此時，G傳感器902就不能進行精確檢測。例如，G傳感器902為梳-齒(comb-teeth)型G傳感器，設置G傳感器902以便根據傳感部分的位移量來檢測加速度。而且，本實施例的G傳感器902包括集成為一個封裝的通訊電路和電源電路。
外殼903是其中安裝G傳感器902的樹脂模制產品。例如，外殼903由PBT(聚丁烯三鄰苯二甲酸酯)樹脂、尼龍樹脂等制造。外殼903具有朝向外殼903的下表面側開口的G傳感器室903a。連接器端子904和圓柱形金屬襯套906嵌入外殼903中。G傳感器902通過連接器端子904電連接到外部。螺栓插入到金屬襯套906以便將外殼903固定到車輛主體。在G傳感器室903a之中暴露部分連接器端子904。G傳感器902位于G傳感器室903a之中并通過用于提供電連接的焊接等被固定到連接器端子904。
連接器端子904通過導體(未示出)電連接到氣囊控制裝置(未示出)，以致將G傳感器902的輸出信號提供到氣囊控制裝置。氣囊控制裝置根據G傳感器902的輸出信號來控制氣囊(未示出)的膨脹。
此外，動態阻尼器連接(bonded)到G傳感器902的相對表面，連接器端子904不電連接并且不固定。動態阻尼器905調諧到G傳感器的傳感部分的諧振點。因此，當包含G傳感器的諧振點的高頻振動通過外殼903傳輸時，動態阻尼器905自身就產生諧振以便確保衰減高頻振動。因此，G傳感器902就能夠檢測碰撞和振動，而不受諧振的負面影響。實際上，動態阻尼器905可以由板型或片型彈性部件構成。例如，可以采用橡膠板、彈簧片等。而且，通過適當調整硬度、包括橡膠板等的介質損耗系數、形狀、尺寸等的物理參數，就能夠將動態阻尼器905調諧為G傳感器902的傳感部分。
通過緊固螺栓將傳感器器件901固定到車輛主體，螺栓插入與外殼903整體模制的金屬襯墊906。
接著，將參照附圖解釋具有上述設置的傳感器器件901中的用于檢測碰撞的各個部分功能。
在車輛碰撞等情況下，進入傳感器器件901的振動包括各種頻率范圍。頻率成分粗分為兩組如圖3中所示，即，對于車輛碰撞判定(主要處于低頻頻帶，例如頻率成分小于1kHz)所必須的頻率成分組，以及對于碰撞判定(主要處于高頻頻帶，例如頻率成分等于或高于1kHz)并不必須的頻率成分組。而且，G傳感器902(更具體地，傳感部分)具有屬于高頻頻帶的諧振點。外殼903具有諧振點，該諧振點設置為不同于G傳感器902的諧振點的頻率水平(根據圖3中所示的實施例，外殼903的諧振點小于G傳感器902的諧振點)。用于碰撞判定的頻帶絕對要求在外殼的振動傳輸中不存在諧振/衰減。另一方面，在G傳感器開始諧振的頻率水平或超過該頻率水平下，絕對要求進入G傳感器902中的加速度是充分衰減的，以至不會在低頻率一側對G傳感器902的檢測產生負面影響。而且，當外殼的諧振點設置為低于G傳感器的諧振點時，即使在更加接近外殼的諧振點的頻帶下，外殼產生諧振也沒有問題。
接著，將參照圖4至6A-6D解釋從輸入碰撞G振動開始和由傳感器信號輸出而結束的順次流程。如圖6A中所示，碰撞G振動包括其上添加或疊加的低頻振動(由粗線表示)和高頻振動(由細線表示)。如圖33中所示，當傳感器器件901接收通過車輛主體傳送的振動時，具有振動衰減效應的動態阻尼器905衰減了包含G傳感器902的諧振點的高頻振動。換句話說，諧振峰值降低。因此，如圖6B中所示，傳輸到G傳感器902的振動基本上只限制為用于碰撞判定所必須的低頻振動。如圖6C中所示，傳輸到G傳感器902的低頻振動處于動態范圍之中。因此，G傳感器902就可以產生正確的G檢測信號。因此，氣囊控制裝置就能夠根據正確的G檢測信號來精確判斷碰撞條件并能夠適當地控制氣囊的膨脹。
此外，本實施例可以表示為圖34中所示的模型，該模型包括動態阻尼器質量m0，動態阻尼器彈性系數k0，動態阻尼器衰減因子c0，G傳感器質量M以及G傳感器內置在外殼中的條件下的彈性系數K和衰減因子C。
本發明不限于上述第七實施例，因此在不脫離本發明的實質范圍內可以進行各種修改。
例如，根據本發明的上述第七實施例，碰撞檢測傳感器器件用于檢測加速度或振動。然而，本實施例的傳感器器件可以例如用于檢測角加速度的轉滾傳感器、滾速傳感器、偏轉速度傳感器等。簡而言之，本發明應用于傳感器器件，該傳感器器件包括根據傳感部分的物理位移而輸出電信號的電子傳感器和安裝該電子傳感器的外殼。
雖然上述實施例公開了由橡膠板或彈簧片構成的動態阻尼器905，但是動態阻尼器的材料和形狀不限于這些部件。簡而言之，本發明的動態阻尼器應當由具有作為動態阻尼器(例如，彈性部件)能力的任何部件制造，該動態阻尼器可調諧到G傳感器的諧振點并且連接到G傳感器902。
如上所述，根據本實施例的傳感器器件，電子傳感器根據它的傳感部分的物理位移而輸出電信號，并且電子傳感器安裝在外殼中。可調諧到傳感部分的諧振點的動態阻尼器連接到電子傳感器。因此，就能夠確保衰減通常引起諧振的高頻振動。傳感器器件就可以精確地檢測碰撞、振動、角加速度等，而不受諧振的負面影響。
權利要求
1.一種用于安裝電子元件的電子元件安裝陶瓷封裝外殼，其特征在于，在陶瓷封裝外殼(501)的主體(502)上設置能夠后熔接的金屬電極(505)。
2.根據權利要求1的電子元件安裝陶瓷封裝外殼，其中所說的金屬電極(505)銅焊到所說的陶瓷封裝外殼(501)的主體(502)。
3.一種傳感器器件，包括用于根據傳感部分的物理位移而輸出電信號的電子傳感器(702)和其中安裝所說的電子傳感器的外殼(703)，其特征在于，所說的外殼(703)包括通過初始模制形成的初始模制部分(703a)，以至用能夠衰減高頻振動的第一樹脂材料包圍所說的電子傳感器；以及通過二次模制形成的第二模制部分(703b)，以至用比所說的第一樹脂材料更堅硬的第二樹脂材料包圍所說的初始模制部分。
4.根據權利要求3的傳感器器件，其中所說的第一樹脂材料是液態硅膠。
5.一種傳感器器件，包括用于根據傳感部分的物理位移而輸出電信號的電子傳感器(802)和其中安裝所說的電子傳感器的外殼(803)，其特征在于，所說的外殼(803)由含有能夠衰減高頻振動的振動衰減材料(803b)的樹脂材料(803a)制造。
6.根據權利要求5的傳感器器件，其中所說的電子傳感器(802)與含有振動衰減材料(803b)的樹脂材料(803a)一體模制。
7.根據權利要求5或權利要求6的傳感器器件，其中所說的振動衰減材料(803b)是熱塑彈性體。
8.一種傳感器器件，包括用于根據傳感部分的物理位移而輸出電信號的電子傳感器(902)和其中安裝所說的電子傳感器的外殼(903)，其特征在于，動態阻尼器(905)連接到所說的電子傳感器(902)，并且將所說的動態阻尼器調諧到所說的傳感部分的諧振點。
9.根據權利要求8的傳感器器件，其中所說的動態阻尼器(905)由板型或片型彈性部件制造。
全文摘要
一種傳感器器件(1)，包括根據它的傳感部分的物理位移來產生電信號的G傳感器(2)，以及安裝該G傳感器(2)的外殼(3)。用封裝材料(5)密封外殼室(3a)，以致用封裝材料覆蓋G傳感器(2)。封裝材料(5)具有確保衰減通常導致諧振的高頻振動的作用。因此，G傳感器(2)能夠精確地檢測出碰撞和振動，而不會受諧振的負面影響。
文檔編號G01D11/00GK1790683SQ20051011864
公開日2006年6月21日 申請日期2004年2月3日 優先權日2003年2月3日
發明者大西純 申請人:株式會社電裝