DE102011079232A1

DE102011079232A1 - Struktur und verfahren zur anordnung eines schwingungsisolierten targets

Info

Publication number: DE102011079232A1
Application number: DE102011079232A
Authority: DE
Inventors: Itaru Ishii; Keisuke Nakano; Tameharu Ohta; Takeshi Shinoda
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2010-07-23
Filing date: 2011-07-15
Publication date: 2012-02-16
Also published as: JP2012026519A; JP5257418B2; US20120018611A1

Abstract

Eine Verbindungsstruktur für ein schwingungsisoliertes Target oder einen vor Schwingungen zu schützenden Körper (11) umfasst im Wesentlichen eine Basis (10), das schwingungsisolierte Target (11), das an der Basis (10) angeordnet wird, und einen Schwingungsisolatorkörper (12), der die Basis (10) und das schwingungsisolierte Target (11) miteinander verbindet. Entweder an der Basis (10) oder an dem schwingungsisolierten Target (11) ist wenigstens ein erhöhter Abschnitt (13) ausgebildet und erstreckt sich von der Basis (10) zu dem schwingungsisolierten Target (11) oder umgekehrt. Der erhöhte Abschnitt (13) hat eine Scheitelfläche (13a), welche am Scheitel des erhöhten Abschnitts (13) liegt. Der Schwingungsisolatorkörper (12) befindet sich auf der Scheitelfläche (13a).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Struktur und ein Verfahren zum Verbinden eines schwingungsisolierten Targets mit einer Basis über einen Schwingungs- oder Vibrationsisolator.
Eine bekannte Anordnung zum Verbinden eines schwingungsisolierten Targets (oder Körpers, Gegenstands etc.) mit einer Basis über einen Schwingungsisolatorkörper ist beispielsweise in der JP 2008-224428 A beschrieben. Bei dieser Struktur ist ein schwingungsisoliertes Target, das einen Oszillator oder dergleichen enthält und das anfällig gegenüber externen Schwingungen ist, an einer Basis über einen Schwingungsisolatorkörper angeordnet, um eine Relativschwingung zwischen Basis und schwingungsisoliertem Target zu dämpfen.
In 6 der JP 2008-224428 A ist eine Sensorvorrichtung (z. B. ein Winkelgeschwindigkeitssensor) so konfiguriert, dass ein Sensorelement für eine Winkelgeschwindigkeitserkennung an einer Befestigungsplatine befestigt ist, und die Befestigungsplatine ist in einem Gehäuse bestehend aus Gehäusekörper und Abdeckung aufgenommen. Die Befestigungsplatine ist an einer oberen Oberfläche einer Abdeckung in rechteckiger Plattenform mittels eines Klebers befestigt, der eine elastische Eigenschaft (Schwingungsabsorptionseigenschaft) hat.
Wenn bei diesem Aufbau eine externe Schwingung oder Vibration auf die Abdeckung übertragen wird, wird diese Schwingung in dem Kleber aufgenommen oder absorbiert. Eine Weiterleitung der Schwingung auf die Befestigungsplatine kann somit unterdrückt werden, und im Ergebnis lässt sich ein negativer Einfluss der Schwingung auf die Erkennungsleistung des Sensorelements unterdrücken.
Ein Schwingungsisolatorkörper wie beispielsweise der oben beschriebene Kleber hat die Funktion, ein schwingungsisoliertes Target oder einen schwingungsisolierten Körper an einer Basis anzuheften oder anzubonden. Unter Verwendung des Schwingungsisolatorkörpers kann ein schwingungsisoliertes Target an einer Basis wie folgt angeordnet werden: Ein Schwingungsisolator in einer flüssigen Form oder einem halbverfestigten Zustand (auch „B-Stufen-Zustand” genannt) wird entweder auf der Basis oder dem schwingungsisolierten Target (dem gegenüber Schwingungen zu isolierenden Target) angebracht. Dann wird das andere Teil, auf welchem sich der Schwingungsisolator nicht befindet, also Basis oder Target, angeordnet und positioniert, um den Schwingungsisolator zu berühren. Der Schwingungsisolator wird dann beispielsweise unter Wärmeeinwirkung zu dem Schwingungsisolatorkörper ausgehärtet.
In der JP 2008-224428 A sind eine Kontaktoberfläche zwischen dem schwingungsisolierten Target (z. B. der Befestigungsplatine mit dem Sensorelement) und dem Schwingungsisolator (z. B. dem Kleber) und eine Kontaktoberfläche zwischen der Abdeckung (die als Basis dient) und dem Schwingungsisolator (dem Kleber) jeweils flache Oberflächen und im Verhältnis zu einem Bereich, wo der Schwingungsisolator aufgebracht wird, relativ groß. Wenn daher ein Schwingungsisolator in flüssiger Form verwendet wird, verteilt sich der Schwingungsisolator durch Benetzung der flachen Oberfläche, bis der Schwingungsisolator einen bestimmten Kontaktwinkel θ₁ gemäß der Oberflächenspannung hat. Dieses Benetzen und Sichausbreiten erfolgt zum Zeitpunkt der Aufbringung des Schwingungsisolators und zum Zeitpunkt des Anordnens und Positionierens von Basis und schwingungsisoliertem Target nach Aufbringung des Schwingungsisolators.
Wenn sich somit eine Aufbringmenge oder ein Abstand zwischen der Basis und dem schwingungsisolierten Target ändert, ändert sich auch die Form des Schwingungsisolatorkörpers nach der Aushärtung. Insbesondere ist eine Kontaktfläche zwischen dem schwingungsisolierten Target und dem Schwingungsisolatorkörper und ist eine Kontaktfläche zwischen der Basis und dem Schwingungsisolatorkörper Änderungen unterworfen. Da Frequenzen der Schwingungen, welche von dem Schwingungsisolatorkörper unterdrückbar sind (und mit einer strukturbezogenen Resonanzschwingung des Isolators einhergehen), sich abhängig von der Kontaktfläche ändern können, können sich auch die Schwingungsfrequenzen, die vom Schwingungsisolatorkörper unterdrückbar sind, mit einer Änderung der Kontaktfläche ändern. Damit kann eine Schwingung oder Vibration einer bestimmten Frequenz, welche negative Einflüsse auf das schwingungsisolierte Target hat, vom Schwingungsisolatorkörper u. U. nicht wirksam verringert werden. Was den Schwingungsisolator in einem halb verfestigten oder halb ausgehärteten Zustand betrifft, so wird der Schwingungsisolator zunächst wieder flüssig, wenn er im Aushärtungsprozess ist, und benetzt damit eine flache Oberfläche unter Ausbreitung hierauf, bis der Schwingungsisolator den bestimmten Kontaktwinkel θ₁ erreicht hat.
Angesichts hiervon ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Struktur und ein Verfahren zur Anordnung eines schwingungsisolierten Targets zu schaffen, mit der bzw. mit dem Vibrationen oder Schwingungen einer bestimmten Frequenz unterdrückbar sind.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Verbindungsstruktur geschaffem, welche aufweist: eine Basis; ein schwingungsisoliertes Target, welches an der Basis angeordnet ist und ein gegenüber Schwingungen isolierter oder zu isolierender Körper ist; und einen Schwingungsisolatorkörper, der zwischen der Basis und dem schwingungsisolierten Target angeordnet ist und diese miteinander verbindet sowie eine Relativschwingung zwischen Basis und schwingungsisoliertem Target dämpft. Die Basis bzw. das schwingungsisolierte Target weisen eine erste Oberfläche bzw. zweite Oberfläche auf, welche einander gegenüberliegen. Ein erhöhter Abschnitt ist an wenigstens entweder der ersten Oberfläche oder der zweiten Oberfläche vorhanden und erhebt sich von einer der ersten und zweiten Oberflächen in Richtung der jeweils anderen Oberfläche. Der erhöhte Abschnitt weist auf: eine Scheitelfläche, welche am Scheitel des erhöhten Abschnitts liegt, eine Seitenfläche, welche die Scheitelfläche umgibt, und eine von der Scheitelfläche und der Seitenfläche gebildete Kante, welche die Scheitelfläche umfasst. Der Schwingungsisolatorkörper verbindet nur die Scheitelfläche an entweder der ersten Oberfläche oder der zweiten Oberfläche mit der anderen von erster Oberfläche und zweiter Oberfläche.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Ausbildung einer Verbindungsstruktur geschaffen, wobei das Verfahren aufweist: Anordnen des Schwingungsisolators in flüssiger Form oder halb verfestigtem Zustand auf entweder der Basis oder dem schwingungsisolierten Target, so dass der Schwingungsisolator auf der Scheitelfläche des erhöhten Abschnitts oder einem gegenüberliegenden Abschnitt, der gegenüberliegend der Scheitelfläche ist, angeordnet wird; Ausrichten und Anordnen des anderen von Basis und schwingungsisoliertem Target bezüglich demjenigen, wo der Schwingungsisolator angeordnet ist, so dass die Scheitelfläche des erhöhten Abschnitts oder der gegenüberliegende Abschnitt den Schwingungsisolator kontaktiert; und Aushärten des Schwingungsisolators nach dem Ausrichten und Anordnen des anderen von Basis und schwingungsisoliertem Target.
Mit der obigen Struktur und dem obigen Verfahren ist es möglich, Vibrationen oder Schwingungen einer bestimmten Frequenz an dem Schwingungsisolatorkörper zu unterdrücken.
Weitere Einzelheiten, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich besser aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung.
Es zeigt:
1 in Schnittdarstellung eine Bond- oder Verbindungsstruktur für ein schwingungsisoliertes Target gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 eine vergrößerte Schnittdarstellung eines erhöhen Abschnitts in 1;
3 eine Draufsicht auf eine Basis, gesehen von der Seite des erhöhten Abschnitts her;
4A eine Schnittdarstellung eines An- oder Aufbringungsschritts eines Schwingungsisolatorkörpers bei einem Bondverfahren für ein schwingungsisoliertes Target;
4B eine Schnittdarstellung eines Positionier- und Anordnungsschritts in dem Bondverfahren für das schwingungsisolierte Target;
5 eine Darstellung zur Erläuterung des Effekts des erhöhten Abschnitts;
6A und 6B jeweils Draufsichten zur Erläuterung des Effekts einer Form einer Scheitelfläche;
7A eine Schnittdarstellung eines Schwingungsisolatoranordnungsschritts in einem Bondverfahren für ein schwingungsisoliertes Target gemäß einem Abwandlungsbeispiel;
7B eine Schnittdarstellung eines Positionier- und Anordnungsschritts im Bondverfahren für ein schwingungsisoliertes Target gemäß dem Abwandlungsbeispiel;
8 eine Schnittdarstellung einer Bondstruktur in einem schwingungsisolierten Target gemäß einem weiteren Abwandlungsbeispiel;
9A eine Schnittdarstellung eines Schwingungsisolatoranordnungsschritts in einem Bondverfahren für ein schwingungsisoliertes Target gemäß einer zweiten Ausführungsform;
9B eine Schnittdarstellung eines Positionier- und Anordnungsschritts im Bondverfahren für ein schwingungsisoliertes Target gemäß der zweiten Ausführungsform;
10 eine Schnittdarstellung einer Bondstruktur in einem schwingungsisolierten Target gemäß einer dritten Ausführungsform;
11 eine Draufsicht auf eine Basis, gesehen von einem erhöhten Abschnitt aus, bei der dritten Ausführungsform;
12 eine Schnittdarstellung des Aufbaus einer Sensorvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform;
13 eine Schnittdarstellung des Aufbaus einer Sensoreinheit, die als schwingungsisoliertes Target dient;
14 eine Draufsicht auf den Aufbau eines Sensorchips eines schwingungsisolierten Targets;
15 eine Draufsicht auf ein Gehäuse, welches als Basis dient;
16 eine Schnittdarstellung entlang Linie XVI-XVI in 15;
17 eine Schnittdarstellung des Aufbaus einer Sensorvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform;
18 eine Schnittdarstellung des Aufbaus einer Sensoreinheit, welche als schwingungsisoliertes Target bei der fünften Ausführungsform dient;
19 eine Ansicht eines Gehäuses, welches bei der fünften Ausführungsform als Basis dient;
20 eine Schnittdarstellung des Aufbaus einer Sensorvorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform; und
21 eine Schnittdarstellung einer weiteren Abwandlung.
Ausführungsformen werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche oder einander entsprechende Teile oder Abschnitte bezeichnen.
<Erste Ausführungsform>
Eine Bond- oder Verbindungsstruktur eines schwingungsisolierten (vor Schwingungen zumindest in einem bestimmten Frequenzbereich zu schützenden) Targets oder Körpers gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist in 1 gezeigt. Eine Basis 10 und ein schwingungsisolierter Körper oder ein schwingungsisoliertes Target 11 sind miteinander über einen Schwingungsisolatorkörper 12 verbunden oder aneinandergebondet, der zwischen der Basis 10 und dem schwingungsisolierten Target 11 angeordnet ist, um damit eine quasi einteilige Einheit (z. B. eine elektronische Vorrichtung) zu bilden.
Die Basis 10 ist ein Bauteil zum Befestigen oder Tragen des schwingungsisolierten Targets 11. Beispielsweise kann die Basis 10 eine Platine oder Schaltkreiskarte sein, an der das schwingungsisolierte Target 11 angeordnet ist, ein Gehäuse, welches das schwingungsisolierte Target 11 aufnimmt und schützt, ein Befestigungsbauteil, welches das schwingungsisolierte Target 11 an einem bestimmten Bauteil festlegt, etc.
Ein erhöhter Abschnitt 13 ist an einer Oberfläche 10a der Basis 10 angeordnet oder ausgebildet, wie in den 1 bis 3 gezeigt. Besagte eine Oberfläche 10a weist hierbei in Richtung des schwingungsisolierten Targets 11. Die Anzahl von erhöhten Abschnitten 13 auf der einen Oberfläche 10a ist nicht auf eine bestimmte Anzahl beschränkt. Alleine aus Gründen der Einfachheit der Darstellung ist bei der vorliegenden Ausführungsform ein erhöhter Abschnitt 13 gezeigt.
Der erhöhte Abschnitt 13 erstreckt sich von der einen Oberfläche 10a der Basis 10 in Richtung des schwingungsisolierten Targets 11. Der erhöhte Abschnitt 13 hat eine Scheitelfläche 13a, welche eben und kreisscheibenförmig in Draufsicht ist. Die Scheitelfläche 13a ist in Kontakt mit dem Schwingungsisolatorkörper 12. Wie in 2 gezeigt, hat der erhöhte Abschnitt 13a weiterhin eine Seitenfläche 13b, die in die Scheitelfläche 13a übergeht oder sich hieran anschließt. Die Scheitelfläche 13a und die Seitenfläche 13b bilden zwischen sich einen Winkel α, der ein bestimmter konstanter Winkel größer als 180 Grad ist. Somit bilden die Scheitelfläche 13a und die Seitenfläche 13b, welche die Scheitelfläche 13a umgibt, zwischen sich eine Ecke oder Kante.
Solange der Winkel α zwischen der Scheitelfläche 13a und der Seitenfläche 13b ein konstanter Winkel größer als 180 Grad und kleiner als 360 Grad ist, ist der Winkel α nicht auf einen bestimmten Wert beschränkt. Beispielsweise kann der verwendete Winkel α 230 Grad, 270 Grad, 300 Grad oder dergleichen betragen. Damit die Ecke ein Benetzen und Ausbreiten eines den Schwingungsisolatorkörper 12 bildenden Schwinggungsisolators 14 in fließfähigem Zustand unterdrücken kann, kann es vorteilhaft sein, dass der Winkel α so weit als möglich von 180 Grad entfernt ist. Um weiterhin den erhöhten Abschnitt 13 und die Basis 10 (oder das schwingungsisolierte Target 11) unter Verwendung einer Gussform einteilig auszubilden, kann es vorteilhaft oder bevorzugt sein, den Winkel α mit Blick auf die Entformung aus der Form heraus kleiner als 270 Grad zu machen. Unter Berücksichtigung des soeben Gesagten kann der Winkel α auf beispielsweise größer oder gleich 200 Grad und kleiner oder gleich 250 Grad gesetzt werden. Wenn der erhöhte Abschnitt 13 durch eine Bearbeitung nach einem einstückigen Gießen oder durch Bonden und Befestigen eines anderen Teils hergestellt wird, ist es möglich, eine Flexibilität bei der Festlegung des Winkels α zwischen der Scheitelfläche 13a und der Seitenfläche 13b zu erhöhen.
Das schwingungsisolierte Target 11 ist empfindlich gegenüber externen Schwingungen oder Vibrationen, z. B. einer externen Schwingung, die einen Erkennungsfehler verursachen kann. Das schwingungsisolierte Target 11 kann beispielsweise einen Oszillator enthalten, der im Betrieb schwingt, einen beweglichen Abschnitt, der sich abhängig von einer physikalischen Größe bewegt, oder dergleichen.
Wie in 1 gezeigt, befindet sich auf einer Oberfläche 11a des schwingungsisolierten Targets 11, welche zu der Basis 10 weist, kein erhöhter Abschnitt entsprechend dem erhöhten Abschnitt 13. Ein Abschnitt dieser einen Oberfläche 11a ist eine flache Oberfläche, mit der der Schwingungsisolatorkörper 12 in Kontakt ist.
Der Schwingungsisolatorkörper 12 ist somit in Kontakt sowohl mit der Basis 10 als auch dem schwingungsisolierten Target 11, so dass die Basis 10 und das schwingungsisolierte Target 11 miteinander verbunden oder aneinandergebondet sind. Der Schwingungsisolatorkörper 12 dämpft eine Relativschwingung zwischen Basis 10 und schwingungsisoliertem Target 11. Der Schwingungsisolatorkörper 12 ist hierbei aus einem aushärtbaren Material.
Als Material für den Schwingungsisolatorkörper 12 kann ein Elastomer verwendet werden, das zum Zeitpunkt der Anbringung (Aufbringung) in flüssiger Form ist. Aufgrund des Schwingungsisolatorkörpers 12 ist es, auch wenn eine externe Schwingung auf die Basis 10 aufgebracht wird, möglich, diese Schwingung abzudämpfen, bevor sie auf das schwingungsisolierte Target 11 übergehen kann. Der Schwingungsisolatorkörper 12 erstreckt sich bis zu einem Außenumfang 13c der Scheitelfläche 13a des erhöhten Abschnitts 13 und ist in Kontakt mit der gesamten Scheitelfläche 13a. Ein Kontaktwinkel oder Berührungswinkel des Schwingungsisolatorkörpers 12 mit der Scheitelfläche 13a des erhöhten Abschnitts 13 der Basis 10 beträgt θ₂ und ist größer als der bestimmte Kontaktwinkel θ₁ abhängig von der Oberflächenspannung, wie nachfolgend noch beschrieben wird (4A und 4B).
Nachfolgend wird ein Beispiel eines Verfahrens zur Ausbildung der oben beschriebenen Verbindungsstruktur für das schwingungsisolierte Target beschrieben. Das Verfahren kann auch als ein Verfahren zum Anbonden eines schwingungsisolierten Targets oder als ein Herstellungsverfahren für die oben genannte Einheit bezeichnet werden.
Wie in 4A gezeigt, wird unter Verwendung eines Spenders, Applikators oder dergleichen ein Schwingungsisolator 14 in flüssiger Form (als Fluid), der sich nach Aushärtung in den Schwingungsisolatorkörper 12 umwandelt, auf einen Abschnitt der Scheitelfläche 13a (z. B. in die Nähe der Mitte der Scheitelfläche 13a) des erhöhten Abschnitts 13 der Basis 10 aufgebracht. Der aufgebrachte Schwingungsisolator 14 benetzt die Scheitelfläche 13a und breitet sich auf dieser aus (verläuft auf dieser), bis der Schwingungsisolator 14 den bestimmten Kontaktwinkel θ₁ erreicht, der von der Oberflächenspannung abhängt (Young'sche Gleichung).
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird das schwingungsisolierte Target 11 in dem nachfolgend noch zu beschreibenden Schritt des Positionierens und Anordnens des schwingungsisolierten Targets 11 gegen den Schwingungsisolator 14 gedrückt. Somit wird die Aufbringmenge des Schwingungsisolators 14 beim Schritt des Aufbringens des Schwingungsisolators 14 unter Berücksichtigung der Ausbreitung des Schwingungsisolators 14 aufgrund dieser Druckaufbringung festgesetzt. Die Aufbringmenge des Schwingungsisolators 14 wird so gewählt, dass zu dem Zeitpunkt, zu dem der Schwingungsisolator 14 den bestimmten Kontaktwinkel θ₁ hat, ein Raum oder Abstand zwischen dem Außenumfang 13c der Scheitelfläche 13a und einem Ende (Rand) des Schwingungsisolators 14 vorliegt. Mit anderen Worten, wenn der Schwingungsisolator 14 den bestimmten Kontaktwinkel θ₁ hat, ist der Schwingungsisolator 14 erst nur mit einem Abschnitt der Scheitelfläche 13a in Kontakt.
Nachdem der Schwingungsisolator 14 aufgebracht worden ist, werden das Positionieren und Anordnen auf folgende Weise durchgeführt: Während das schwingungsisolierte Target 11 so positioniert wird, dass der Abschnitt, der den Schwingungsisolator 14 (12) zu kontaktieren hat, also der entsprechende Teil oder Abschnitt der Oberfläche 11a, den Schwingungsisolator 14 kontaktiert, wird die eine Oberfläche 11a in Richtung Schwingungsisolator 14 gedrückt und somit das schwingungsisolierte Target 11 oberhalb der Basis 10 angeordnet.
Hierbei nimmt der Schwingungsisolator 14, der sich in flüssiger Form befindet, Druck von dem schwingungsisolierten Target 11 auf und fließt weiter in Richtungen entlang der Scheitelfläche 13a des erhöhten Abschnitts 13, wobei die Scheitelfläche 13a in Richtung des bestimmten Kontaktwinkels θ₁ unter Verteilung auf der Scheitelfläche 13a benetzt wird, wobei Abhängigkeit von der Oberflächenspannung vorliegt. Bevor jedoch der Schwingungsisolator 14 den bestimmten Kontaktwinkel θ₁ erreicht hat, erreicht bei der vorliegenden Ausführungsform der Schwingungsisolator 14 den Außenumfang 13c der Scheitelfläche 13a. Der Schwingungsisolator 14 geht nicht unmittelbar auf die Seitenfläche 13b über und benetzt diese, sondern verformt sich, um einen kleineren Krümmungsradius an dem Ende des Schwingungsisolators 14 zu haben, das an dem Außenumfang 13c festliegt. Im Ergebnis wird gemäß 4B der Kontaktwinkel des Schwingungsisolators 14 θ₂, was größer ist als der bestimmte Kontaktwinkel θ₁, der auf der Oberflächenspannung basiert.
In diesem Zustand wird der Schwingungsisolator 14 beispielsweise durch Wärmeeinwirkung ausgehärtet. Mit den obigen Schritten kann die Verbindungsstruktur für das schwingungsisolierte Target 11 gemäß 1 gebildet werden.
Nachfolgend werden Vorteile der oben beschriebenen Verbindungsstruktur oder Anordnungsstruktur und des Verbindungs- oder Bondverfahrens für das schwingungsisolierte Target beschrieben.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der erhöhte Abschnitt 13 an der einen Oberfläche 10a der Basis 10 angeordnet oder ausgebildet, so dass die Seitenfläche 13b bezüglich der Scheitelfläche 13a, mit der der Schwingungsisolatorkörper 12 in Kontakt gebracht wird, geneigt ist. Das heißt, die Scheitelfläche 13a und die Seitenfläche 13b bilden zwischen sich eine Kante, welche um die Scheitelfläche 13a umläuft. Der Schwingungsisolator 14 kann benetzen und sich ausbreiten, wenn der Schwingungsisolator 14 beispielsweise in flüssiger Form ist und ausgehärtet wird, um das schwingungsisolierte Target 11 mit der Basis 10 zu verbinden. Selbst wenn in diesem Fall der Schwingungsisolator 14 benetzt, sich ausbreitet und den Außenumfang oder den Rand 13c der Scheitelfläche 13a erreicht, bevor der Kontaktwinkel den bestimmten Kontaktwinkel θ₁ erreicht, geht der Schwingungsisolator 14 nicht schlagartig über den Außenumfang 13a auf die Seitenfläche 13b über und benetzt diese. Anstelle hiervon verformt sich der Schwingungsisolator 14, um einen kleineren Krümmungsradius zu erhalten, wobei das Ende des Schwingungsisolators 14 an dem Außenumfang 13c quasi festgelegt ist.
Selbst wenn daher die Aufbringmenge des Schwingungsisolators 14 sich ändert oder der Abstand zwischen der Basis 10 und dem schwingungsisolierten Target 11 Schwankungen unterworfen ist, kann das Benetzen und Sichausbreiten des Schwingungsisolators 14 auf die Scheitelfläche 13a beschränkt werden. Damit ist es möglich, den Schwingungsisolator 14 auf die Scheitelfläche 13a des erhöhten Abschnitts 13 zu beschränken.
Wenn sich beispielsweise die Aufbringmenge des Schwingungsisolators 14 ändert (Schwankungen unterworfen ist), kann die Position des Endes des Schwingungsisolatorkörpers 12 sich zwischen einer Position 12a zu einer Position 12b ändern oder zwischen diesen beiden Positionen schwanken, wie in 5 gezeigt. In 5 entspricht die Position 12a einem Fall einer maximalen Aufbringmenge und dem Kontaktwinkel θ₂ bezüglich der Scheitelfläche 13a. Die Position 12b entspricht dem Fall einer Minimum-Aufbringmenge und dem Kontaktwinkel θ₁ bezüglich der Scheitelfläche 13a. In 5 ist eine Schwankung im Kontaktbereich zwischen der Scheitelfläche 13a des erhöhten Abschnitts 13 und dem Schwingungsisolatorkörper 12 mit ΔS1 bezeichnet, der tatsächlich oder in der Praxis ringförmig umlaufend ist, da 5 nur einen Querschnitt von ΔS1 zeigt. Das Bezugszeichen 12c, welches auf das Ende des Schwingungsisolatorkörpers 12 in 5 weist, zeigt den Fall, wo das Ende des Schwingungsisolatorkörpers 12 den Außenumfang 13c erreicht und der Kontaktwinkel θ₁ beträgt.
Betrachtet sei ein Vergleichsbeispiel, bei dem die Basis 10 den erhöhten Abschnitt 13 nicht aufweist. Eine strichpunktierte Linie 5 zeigt eine hypothetische Oberfläche 13d, welche sich durchgängig parallel zur Scheitelfläche 13a erstreckt (in 5B in dergleichen Ebene wie die Scheitelfläche 13a durchgehend von dieser aus weiter verläuft). Es sei angenommen, dass eine Schwankung der Aufbringmenge des Schwingungsisolators 14 beim Vergleichsbeispiel und bei der vorliegenden Ausführungsform gleich ist. Im Vergleichsbeispiel benetzt der Schwingungsisolatorkörper 12 in der maximalen Aufbringmenge unter Ausbreitung bis zu einer Position 12d, bis der Schwingungsisolator 14 den bestimmten Kontaktwinkel θ₁ erreicht hat, was außerhalb des Außenumfangs 13c liegt. Das heißt, ein Abstand vom Mittelpunkt der Scheitelfläche 13a zur der Position 12d ist größer als ein Abstand vom Mittelpunkt der Scheitelfläche 13a zum Außenumfang 13c. Im Vergleichsbeispiel wird damit eine Änderung in der Kontaktoberfläche zwischen der Scheitelfläche 13a des erhöhten Abschnitts 13 und dem Schwingungsisolatorkörper 12 zu ΔS2 und ist größer als ΔS1. Auch hierbei ist ΔS2 bezogen auf einen ringförmig umlaufenden Bereich, da in 5 nur die Schnittdarstellung von ΔS2 gezeigt ist.
Wie aus dem Obigen hervorgeht, kann die vorliegende Ausführungsform eine Schwankung in der Kontaktoberfläche zwischen dem Schwingungsisolatorkörper 12 und der Basis 10 mit dem erhöhten Abschnitt 13 verringern. Damit kann die vorliegende Ausführungsform effektiv Schwingungen einer bestimmten Frequenz, z. B. Schwingungen einer Frequenz mit negativen Einflüssen, auf das schwingungsisolierte Target 11 unterdrücken.
Die Form der Scheitelfläche 13a und des erhöhten Abschnitts 13 ist nicht auf eine korrekte Kreisform beschränkt. Beispielsweise kann die Scheitelfläche 13a des erhöhten Abschnitts 13 in Draufsicht auch polygonal sein. Wie in 6B gezeigt, ist im Fall einer polygonalen Scheitelfläche 13a des erhöhten Abschnitts 13 (zum Beispiel bei einer Rechteck- oder Quadratform gemäß 6B) der Abstand vom Mittelpunkt C1 der Scheitelfläche 13a bis zum Außenumfang 13c nicht konstant; im Ergebnis ändert sich die Zeit, innerhalb der der Schwingungsisolator 14 den Außenumfang 13c erreicht, von Ort zu Ort entlang dem Außenumfang. Damit kann sich der Kontaktbereich (die Kontaktfläche) in einem Bereich ändern, der von einem Punkt, zu dem der Schwingungsisolator 14 einen bestimmten Abschnitt am Außenumfang 13c erreicht, bis zu einem Punkt reicht, an welchem der Schwingungsisolator 14 den gesamten Außenumfang 13c erreicht hat.
Im Gegensatz hierzu ist beim Beispiel gemäß 6A die Form der Scheitelfläche 13a des erhöhten Abschnitts 13 exakt kreisscheibenförmig. Wenn daher der Schwingungsisolator 14 in flüssiger Form in der Nähe des Mittelpunkts C1 der Scheitelfläche 13a aufgebracht wird, wie in 6A gezeigt, benetzt der Schwingungsisolator 14 gleichmäßig und breitet sich in alle Richtungen aus, so dass der gesamte Außenumfang 13c im Wesentlichen gleichzeitig erreicht wird. Damit ist es möglich, effizient Schwankungen in der Kontaktfläche zwischen Schwingungsisolatorkörper 12 und Scheitelfläche 13a zu unterdrücken.
Es sei weiterhin festzuhalten, dass das Verbindungs- oder Bondverfahren für das schwingungsisolierte Target 11 nicht auf das oben beschriebene Verbindungsverfahren beschränkt ist. Beispielsweise kann das Verbindungsverfahren auf folgende Weise modifiziert werden: 7A zeigt den Fall, bei dem Schwingungsisolator 14 in einer flüssigen Form oder Fluidform auf die eine Oberfläche 11a des schwingungsisolierten Targets 11 aufgebracht wird, welche keinen erhöhten Abschnitt 13 hat. Sodann wird gemäß 7B der aufgebrachte Schwingungsisolator 14 in Kontakt mit der Scheitelfläche 13a des erhöhten Abschnitts 13 gebracht. Damit wird die Basis 10 mit dem erhöhten Abschnitt 13 relativ zu dem schwingungsisolierten Target 11 ausgerichtet und angeordnet. Wenn jedoch der Schwingungsisolator 14 in flüssiger Form auf die Scheitelfläche 13a des erhöhten Abschnitts 13 aufgebracht wird, kann, auch wenn sich die aufgebrachte Menge ändert, das Benetzen und Ausbreiten des Schwingungsisolatorkörpers 12 auf die Scheitelfläche 13a beschränkt werden, bevor das schwingungsisolierte Target 11 positioniert und angeordnet wird. Damit ist es möglich, die Verbindungsstruktur für das schwingungsisolierte Target 11 zuverlässiger auszubilden.
In dem obigen Beispiel ist der erhöhte Abschnitt 13 nur an der Basis 10 angeordnet oder ausgebildet. Alternativ hierzu kann der erhöhte Abschnitt 13 auch an dem schwingungsisolierten Target 11 ausgebildet sein. Mit dieser Ausgestaltung sind die gleichen Vorteile erhaltbar.
Alternativ kann gemäß 8 der erhöhte Abschnitt 13 als erster erhöhter Abschnitt 13 und als zweiter erhöhter Abschnitt 13 ausgebildet sein, welche sowohl an der Basis 10 als auch an dem schwingungsisolierten Target 11 ausgebildet sind. In diesem Fall sind die Scheitelfläche 13a des ersten erhöhten Abschnitts 13 der Basis 10 und die Scheitelfläche 13a des zweiten erhöhten Abschnitts 13 des schwingungsisolierten Targets 11 hinsichtlich Form und Größe gleich und liegen einander gegenüber. Mit anderen Worten, der erste erhöhte Abschnitt 13 liegt so, dass eine Projektion des ersten erhöhten Abschnitts 13 der Basis 10 auf das schwingungsisolierte Target 11 (erzeugt durch eine gedachte Beleuchtung mit einem Lichtstrahl in einer Richtung senkrecht zur Scheitelfläche 13a) sich mit dem zweiten erhöhten Abschnitt 13 deckt. Mit dieser Ausgestaltung ist es möglich, sowohl Schwankungen in der Kontaktfläche zwischen Schwingungsisolatorkörper 12 und Basis 10 als auch Schwankungen in der Kontaktfläche zwischen Schwingungsisolatorkörper 12 und schwingungsisoliertem Target 11 zu verringern.
In dem obigen Beispiel wird der Schwingungsisolator 14 in flüssiger Form durch Wärmeeinwirkung ausgehärtet und bildet damit den Schwingungsisolatorkörper 12. Der Schwingungsisolator 14 kann aber auch durch andere Maßnahmen als durch Wärme oder Hitze zur Aushärtung gebracht werden; beispielsweise kann der Schwingungsisolator 14 durch Lichtbestrahlung (z. B. UV-Licht) oder dergleichen ausgehärtet werden.
<Zweite Ausführungsform>
Bei dieser Ausführungsform wird ein Schwingungsisolator 15 in einem halb ausgehärteten oder halb verfestigten Zustand anstelle des Schwingungsisolators 14 in flüssiger Form verwendet.
Wie in 9A gezeigt, ist der Schwingungsisolator 15 in halb verfestigter Filmform, welche sich nach der Aushärtung in den Schwingungsisolatorkörper 12 umgebildet hat, und ist auf einem Abschnitt (z. B. in der Nähe der Mitte der Scheitelfläche 13a) der Scheitelfläche 13a des erhöhten Abschnitts 13 der Basis 10 angeordnet. Da hierbei der Schwingungsisolator 15 in einer halb verfestigten Form oder einem halb verfestigten Zustand ist, breitet sich der Schwingungsisolator 15 nicht unter Oberflächenbenetzung aus und verbleibt an Ort und Stelle.
Wenn bei der vorliegenden Ausführungsform der Schwingungsisolator 15 aushärtet, wird das schwingungsisolierte Target 11 gegen den Schwingungsisolator 15 gedrückt und der hierdurch verdrängte Schwingungsisolator 15 breitet sich aus. Unter Berücksichtigung der Ausbreitung des Schwingungsisolators 15 unter Druckeinwirkung wird der Schwingungsisolator 15 auf der Scheitelfläche 13a so angeordnet, dass ein Freiraum zwischen dem Außenumfang 13c der Scheitelfläche 13a und einem Ende des Schwingungsisolators 15 vorliegt. Mit anderen Worten, der Schwingungsisolator 15 wird so angeordnet, dass er nur einen Teil der Scheitelfläche berührt.
Dann wird das schwingungsisolierte Target 11 auf dem Schwingungsisolator 15 angeordnet und bezüglich der Basis 10 ausgerichtet, so dass ein Abschnitt, der den Schwingungsisolator 15 zu kontaktieren hat, wobei dieser Abschnitt an der einen Oberfläche 11a des schwingungsisolierten Targets 11 liegt, den Schwingungsisolator 15 berührt.
In diesem ausgerichteten Zustand wird der Schwingungsisolator 15 erwärmt, wobei das schwingungsisolierte Target 11 in Richtung Basis 10 gedrückt wird. Dieses Erwärmen ändert den Schwingungsisolator 15 aus dem halb verfestigten Zustand in einen flüssigen oder fluiden Zustand, bevor der Schwingungsisolator 15 dann aushärtet. Der Schwingungsisolator 15 in der flüssigen Form nimmt Druck von dem schwingungsisolierten Target 11 auf und fließt in Richtungen entlang der Scheitelfläche 13a des erhöhten Abschnitts 13, wobei er die Scheitelfläche 13a benetzt und sich in Richtung des bestimmten Kontaktwinkels θ₁ basierend auf der Oberflächenspannung ausbreitet. Bevor jedoch der Schwingungsisolator 15 durch das Benetzen und Sichausbreiten den bestimmten Kontaktwinkel θ₁ erlangt, erreicht bei der vorliegenden Ausführungsform der Schwingungsisolator 15 den Außenumfang 13c der Scheitelfläche 13a. Damit geht der Schwingungsisolator 15 nicht sofort auf die Seitenfläche 13b über den Außenumfang 13c hinaus über und benetzt diese Seitenfläche, sondern der Schwingungsisolator 15 verformt sich, um einen kleineren Krümmungsradius anzunehmen, wobei das Ende des Schwingungsisolators 15 an dem Außenumfang 13c quasi festgelegt ist.
In diesem verformten Zustand wird der Schwingungsisolator 15 fertig ausgehärtet und die Verbindungsstruktur für das schwingungsisolierte Target gemäß 1 wird gebildet.
Wie sich aus Obigem ergibt, bringt eine Verwendung des Schwingungsisolators 15 in einem halb verfestigten Zustand im Wesentlichen die gleichen Vorteile mit sich wie die Verwendung eines Schwingungsisolators 14 in flüssiger Form. Es sei jedoch festzuhalten, dass, da der Schwingungsisolator 15 sich in einem halb verfestigten Zustand befindet, bevor der Schwingungsisolator 15 erwärmt wird, der Schwingungsisolator 15 sich vor dieser Erwärmung nicht ausbreitet und keine Benetzung hervorruft. Wenn somit der erhöhte Abschnitt 13 entweder an der Basis 10 oder dem schwingungsisolierten Target 11 angeordnet oder ausgebildet ist, kann der Schwingungsisolator 15 beliebig entweder an der Basis 10 oder dem schwingungsisolierten Target 11 angeordnet werden.
Der Schwingungsisolator 15 in einem halb verfestigten Zustand gemäß der soeben beschriebenen Ausführungsform ist auch bei den oben beschriebenen Abwandlungsbeispielen anwendbar, die bei der ersten Ausführungsform möglich sind. Die oben beschriebenen Abwandlungsbeispiele umfassen im Wesentlichen das Folgende: Der erhöhte Abschnitt 13 ist an dem schwingungsisolierten Target 11 angeordnet oder ausgebildet bzw. der erste erhöhte Abschnitt 13 und der zweite erhöhte Abschnitt 13 sind an der Basis 10 und dem schwingungsisolierten Target 11 ausgebildet.
<Dritte Ausführungsform>
Bei dieser Ausführungsform ist eine umlaufende Vertiefung oder Kerbe 16 vorgesehen, welche angrenzend an den erhöhten Abschnitt 13 diesen umgibt oder einfasst. Gemäß den 10 und 11 sind der erhöhte Abschnitt 13 und die Vertiefung 16 nur an der Basis 10 und nicht an dem schwingungsisolierten Target 11 vorgesehen.
Wenn der Schwingungsisolator 14, 15 von dem schwingungsisolierten Target 11 unter Druck gesetzt wird, kann der Kontaktwinkel des Schwingungsisolators 14, 15 bezüglich der Scheitelfläche 13a des erhöhten Abschnitts 13 den bestimmten Kontaktwinkel θ₂ übersteigen und ein Kräftegleichgewicht wird gestört. In diesem Fall kann der Schwingungsisolator 14, 15 in flüssiger Form die Seitenfläche 13b benetzen und sich auf diese ausbreiten.
Da bei der vorliegenden Ausführungsform die Vertiefung 16 angrenzend an den erhöhten Abschnitt 13 diesen umgibt, wird der Schwingungsisolator 14, 15 in der dem erhöhten Abschnitt 13 benachbarten umlaufenden Vertiefung 16 aufgenommen, wenn der Schwingungsisolator auf die Seitenfläche 13b gelangt. Damit ist es möglich, zu verhindern, dass der Schwingungsisolator 14, 15 sich über die Vertiefung 16 hinaus auf der Oberfläche 10a ausbreitet.
In den 10 und 11 befinden sich der erhöhte Abschnitt 13 und die Vertiefung 16 nur auf Seiten der Basis 10. Alternativ können der erhöhte Abschnitt 13 und die Vertiefung 16 auch auf der Seite des schwingungsisolierten Targets 11 angeordnet sein. Alternativ können ein erster erhöhter Abschnitt 13 und eine erste Vertiefung 16 an der Basis 10 vorhanden sein, und ein zweiter erhöhter Abschnitt 13 und eine zweite Vertiefung 16 können an dem schwingungsisolierten Target 11 vorhanden sein.
Nachfolgend werden vierte bis sechste Ausführungsformen beschrieben. Die vierten bis sechsten Ausführungsformen zeigen genauer die Verbindungsstruktur und das Verbindungsverfahren für das schwingungsisolierte Target gemäß den ersten bis dritten Ausführungsformen.
<Vierte Ausführungsform>
Bei dieser Ausführungsform werden die Verbindungsstruktur und das Herstellungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform bei einer Sensorvorrichtung und einem Herstellungsverfahren für die Sensorvorrichtung verwendet. Die Sensorvorrichtung beinhaltet eine Sensoreinheit, ein Gehäuse und einen Schwingungsisolatorkörper. Die Sensoreinheit enthält eine Keramikpackung und einen Sensorchip in der Keramikpackung. Die US 2009/0282915 A entsprechend der JP 2010-181392 A beschreibt einen Sensor für eine physikalische Größe, bei dem die vorliegende Ausführungsform anwendbar ist. Auf die dortigen Offenbarungsgehalte wird hier insofern vollinhaltlich Bezug genommen.
Gemäß 12 umfasst eine Sensorvorrichtung 20 ein Gehäuse 21, welches als die Basis 10 dient, eine Sensoreinheit 22, welche das schwingungsisolierte Target 11 ist, und den Schwingungsisolatorkörper 12. Der erhöhte Abschnitt ist an einem Bodenteil einer Innenfläche des Gehäuses 21 vorgesehen.
Gemäß 13 enthält die Sensoreinheit 22 einen Sensorchip 30, einen Schaltkreischip 31, eine Packung 32 und einen Deckel 33.
Gemäß 14 hat der Sensorchip 30 eine ebene Rechteckform und enthält ein Paar von Sensorelementen 40 und ein Umfangsteil 41. Das Paar von Sensorelementen 40 hat gleiche Konfiguration, und es liegt Symmetrie bezüglich einer Längsmittellinie CL1 vor, die sich entlang einer Kurzseitenrichtung der Rechteckform erstreckt. Das Umfangsteil 41 hat eine rechteckförmige Rahmenform und trägt das Paar von Sensorelementen 40. Das elektrische Potential des Umfangsteils 41 ist auf Massepotential festgelegt. Nachfolgend wird nur eines der Sensorelemente 40 beschrieben.
Das Sensorelement 40 enthält ein Treiberteil 42 und ein Erkennungsteil 43. Das Treiberteil 42 weist auf: ein Gewicht 42a, welches beweglich bezüglich des Umfangsteils 41 gelagert ist; eine Mehrzahl beweglicher Kammelektroden 42b für Treiberzwecke, welche einteilig mit dem Gewicht 42a ausgebildet sind; und eine Mehrzahl fester Kammelektroden 42c für Treiberzwecke, welche den beweglichen Kammelektroden 42b gegenüberliegend sind und von den beweglichen Kammelektroden 42b in einem bestimmten Abstand beabstandet sind. Die obigen Bestandteile sind symmetrisch bezüglich einer Mittellinie CL2 angeordnet, welche sich entlang der Längsrichtung des Sensorchips 30 erstreckt.
Das Erkennungsteil 43 weist auf: eine bewegliche Elektrode 43a für Erkennungszwecke, welche beweglich von dem Umfangsteil 41 gelagert ist; und eine feste Kammelektrode 43b für Erkennungszwecke, welche der beweglichen Elektrode 43a gegenüberliegt und in einem bestimmten Abstand von der beweglichen Elektrode 43a ist. Die obigen Bestandteile liegen ebenfalls symmetrisch bezüglich der Längsmittellinie CL2.
Die bewegliche Kammelektrode 42b ist gemäß 14 in Richtung der x-Achse beweglich. Die bewegliche Elektrode 433a ist in Richtung der y-Achse beweglich. Die x-Achse, die y-Achse und die z-Achse stehen jeweils zueinander senkrecht, wie in 14 gezeigt. Genauer gesagt, ein Erkennungsausleger 43c ist einteilig mit dem Umfangsteil 41 verbunden. Die bewegliche Elektrode 43a für Erkennungszwecke ist einteilig mit dem Erkennungsausleger 43c verbunden. Ein Treiberausleger 42d ist einteilig mit der beweglichen Elektrode 43a für Erkennungszwecke verbunden. Das Gewicht 42a ist einteilig mit dem Treiberausleger 42d verbunden. In 14 ist die Richtung in x-Achse die Längsrichtung des Sensorchips 30. Die Richtung in y-Achse ist die Richtung entlang der kurzen Seite des Sensorchips 30.
Eine Aussteifung 44 in Kreuzform ist zwischen den Sensorelementen 40 angeordnet. Die Aussteifung 44 ist Teil des Umfangsteils 41. Ein Schnittmittelpunkt der Kreuzform der Aussteifung 44 fällt mit dem Mittelpunkt des Sensorchips 30 zusammen. Ein x-Achsenabschnitt 45 der Aussteifung 44 erstreckt sich in Richtung der x-Achse und liegt zwischen den festen Elektroden 42b. Die Richtung in x-Achse ist parallel zur Erstreckungsrichtung des Gewichts 42a. An dem Umfangsteil 41 und den Elektroden sind Bondkissen 46 vorgesehen.
Die Arbeitsweise des Sensorchips 30 für eine Winkelgeschwindigkeitserkennung wird nachfolgend erläutert.
Zunächst wird ein periodisches Spannungssignal an die feste Elektrode 42c für Treiberzwecke und an die bewegliche Elektrode 42b für Treiberzwecke angelegt, was bewirkt, dass das Gewicht 42a in Richtung der x-Achse schwingt. Wenn dann eine Winkelgeschwindigkeit um die z-Achse, welche als Drehachse angenommen sei, auf den Sensorchip 30 wirkt, wird das Gewicht 42a, das in Richtung der x-Achse schwingt, einer Corioliskraft unterworfen. Im Ergebnis wird das Gewicht 42a in Richtung der y-Achse versetzt, und der Erkennungsausleger 43c erfährt eine Auslenkung in Richtung der y-Achse und das Gewicht 42a verschiebt sich in Richtung der y-Achse.
Eine Verschiebung des Gewichts 42a in Richtung der y-Achse wird über den Antriebsausleger 42d auf die bewegliche Elektrode 43a für Erkennungszwecke übertragen. Da zwischen die bewegliche Elektrode 43a für Erkennungszwecke und die feste Elektrode 43b für Erkennungszwecke eine bestimmte Spannung angelegt ist, ändert eine Verschiebung oder Versetzung der beweglichen Elektrode 43a eine elektrostatische Kapazität zwischen der beweglichen Elektrode 43a und der festen Elektrode 43b. Durch Erkennung dieser Änderung der elektrostatischen Kapazität mit einer CV-Wandlerschaltung in dem Schaltkreischip 31 ist es möglich, die Winkelgeschwindigkeit am Sensorchip 30 zu erfassen.
Sowohl die feste Elektrode 43b für Erkennungszwecke als auch die bewegliche Elektrode 43a für Erkennungszwecke verlaufen langgestreckt/parallel zu wenigstens einer der Seiten des Sensorchips in Ebenenrichtung des Sensorchips 30. Das heißt, eine Änderung der elektrostatischen Kapazität zwischen der festen Elektrode 43b und der beweglichen Elektrode 43a wird durch ein Verschieben der beweglichen Elektrode 43a in Richtung wenigstens einer der Seiten des Sensorchips verursacht.
Um einen Einfluss eines von außen her kommenden Schwingungsrauschens zu verringern, können die Gewichte 42a der beiden Sensorelemente 40 in entgegengesetzte Richtungen entlang der x-Achse schwingen. Insbesondere wenn eines der Sensorelemente 40 in Plus-Richtung der x-Achse verschoben wird, wird das andere der Sensorelemente 40 in Minus-Richtung der x-Achse verschoben. In Antwort auf das Anlegen der Winkelgeschwindigkeit wird eines der Gewichte 42a in Plus-Richtung der y-Achse verschoben und das andere der Gewichte 42a in Minus-Richtung der y-Achse.
Das Sensorelement 40 gemäß 14 hat eine sogenannte externe Erkennungsinterne Antriebsstruktur, bei der das Erkennungsteil 43 mit dem Umfangsteil 41 verbunden und von diesem gelagert ist und das Antriebsteil 42 über das Erkennungsteil 43 vom Umfangsteil 41 gelagert ist. Alternativ kann das Sensorelement 40 eine sogenannte externe Antriebs-/interne Erkennungsstruktur haben, bei der das Antriebsteil 42 mit dem Umfangsteil 41 verbunden und hiervon gelagert ist und das Erkennungsteil 43 über das Antriebsteil 42 vom Umfangsteil 41 gelagert ist.
Der Schaltkreischip 31 enthält eine Schaltung zur Verarbeitung eines elektrischen Signals, welches eine Änderung der elektrostatischen Kapazität oder eine von dem Sensorchip 30 erkannte Spannung angibt, und zur Einstellung der an den Sensorchip 30 anzulegenden Spannung. Der Sensorchip 30 und der Schaltkreischip 31 sind beispielsweise auf einem Siliziumsubstrat oder Keramiksubstrat ausgebildet. In dem Beispiel von 14 ist ein von dem Sensorchip 30 zu erkennendes Ziel oder ein zu erkennender Wert eine Winkelgeschwindigkeit. Das Erkennungsziel bei der vorliegenden Ausführungsform ist jedoch nicht auf eine Winkelgeschwindigkeit beschränkt. Beispielsweise kann das Erkennungsziel auch eine Beschleunigung in Richtung der x-Achse oder in Richtung der y-Achse sein. Eine Funktion des Schaltkreischips 31 oder dergleichen kann je nach Bedarf abhängig von der Anwendung der Sensorvorrichtung 20 geändert werden.
Der Sensorchip 30 und der Schaltkreischip 31 sind elektrisch miteinander über einen Bonddraht 34 verbunden. Der Sensorchip 30 und der Schaltkreischip 31 können integral auf dem gleichen Siliziumsubstrat ausgebildet werden.
Die Packung 32 ist aus Keramik oder einem Harz und hat eine Schachtelform mit einer Öffnung in einer Oberfläche. Die Packung 32 und der Deckel 33 bilden zwischen sich einen Raum zur Aufnahme des Sensorchips 30 und des Schaltkreischips 31. Ein Kleber 35 verbindet den Schaltkreischip 31 mit der Packung 32. Um eine thermische Belastung zu mindern, welche auf den Schaltkreischip 31 wirkt, kann es vorteilhaft sein, einen weichen Kleber mit geringem Elastizitätsmodul als Kleber 35 zum Verbinden des Schaltkreischips 31 mit der Packung 32 zu verwenden. Der Sensorchip 30 und der Schaltkreischip 31 sind elektrisch miteinander derart verbunden, dass entsprechende Kontaktkissen elektrisch miteinander über Lötkissen oder dergleichen verbunden sind. Auf diese Weise sind der Schaltkreischip 31 und der Sensorchip 30 in dieser Reihenfolge in der Packung 32 aufgenommen. Eine Außenfläche des Deckels 33, der an einem offenen Ende der Packung 32 festgelegt ist, dient als die eine Oberfläche 11a, welche gegenüberliegend dem Gehäuse 21 ist, das als die Basis 10 dient.
Die obige Sensoreinheit 22 ist in dem Gehäuse 21 aufgenommen, wie in 12 gezeigt. Das Gehäuse 21 ist ein Gusskörper aus Harz oder dergleichen und hat eine rechteckige Rohrform. Eine Mehrzahl von Leitungen 50 zur elektrischen Verbindung eines Inneren des Gehäuses 21 mit einer Außenseite hiervon ist in das Gehäuse 21 eingeführt.
Das Gehäuse 21 hat eine Seitenwand 51 und ein Bodenteil 52, wie in den 15 und 16 gezeigt. Die Seitenwand 51 ist ein rechteckförmiger Rohrkörper, der einen Außenumfang der Sensoreinheit 22 einfasst. Das Bodenteil 52 steht von einem Endabschnitt der Seitenwand 51 in das Innere der Seitenwand 51 vor. Eine Innenfläche des Bodenteils 52 gegenüber dem Deckel 33 der Sensoreinheit 22 wirkt als die eine Oberfläche 10a der Basis 10. Wie in 15 gezeigt, hat das Bodenteil 52 eine kreuzförmige Öffnung 53. Die Öffnung 53 durchtritt das Bodenteil 52 von der einen Oberfläche 10a zu einer rückwärtigen Oberfläche gegenüberliegend der einen Oberfläche 10a. Die Öffnung 53 unterteilt das Bodenteil 52 in vier Bereiche, welche jeweils den Ecken der Seitenwand 51 entsprechen. Die Seitenwand 51 ist im Querschnitt entlang einer x-y-Ebene rechteckförmig.
Der erhöhte Abschnitt 13, der von der einen Oberfläche 11a hochsteht, ist mit dem Bodenteil 52 des Gehäuses 21 zusammengefasst. In der vorliegenden Ausführungsform sind vier erhöhte Abschnitte 13 an den vier abgeteilten Bereichen des Bodenteils 52 angeordnet. Ein Winkel α zwischen der Scheitelfläche 13a und der Seitenfläche 13b liegt in einem Bereich zwischen 200 Grad und 250 Grad und kann annähernd 230 Grad betragen, wie in der ersten Ausführungsform beschrieben (siehe 1). Die Form der Scheitelfläche 13a ist, wie in 15 gezeigt, ein umlaufender Kreis.
Der Schwingungsisolatorkörper 12 ist zwischen der einen Oberfläche 11a des Deckels 33 der Sensoreinheit 22 und der Scheitelfläche 13a des erhöhten Abschnitts 13 des Bodenteils 52 angeordnet, wie in 12 gezeigt. Der Schwingungsisolatorkörper 12 verbindet das Gehäuse 21 und die Sensoreinheit 22 miteinander. Damit ist die Sensoreinheit 22 am Bodenteil 52 des Gehäuses 21 durch den Schwingungsisolatorkörper 12 gehalten. Ein aushärtbares Elastomer kann als Material für den Schwingungsisolatorkörper 12 verwendet werden. Es kann vorteilhaft sein, ein wärmebeständiges und gegenüber Umwelteinflüssen beständiges Material wie beispielsweise Silikongummi, Fluorgummi, silikonmodifiziertes Epoxyharz oder dergleichen zu verwenden.
Der obige Aufbau zur Verbindung der Sensoreinheit 22 mit dem Gehäuse 21 kann durch die folgenden Schritte erhalten werden: Ein Elastomer in flüssiger oder fließfähiger Form, das den Schwingungsisolatorkörper 12 bildet und dem Schwingungsisolator in flüssiger Form der ersten Ausführungsform entspricht, wird auf die Scheitelfläche 13a des erhöhten Abschnitts 13 des Bodenteils 52 des Gehäuses 21 mit dem integrierten Leiter 50 aufgebracht. Die Sensoreinheit 22 des Gehäuses 21 wird so ausgerichtet und angeordnet, dass das aufgebrachte Elastomer die eine Oberfläche 11a des Deckels 33 berührt. Das Elastomer wird durch Wärme ausgehärtet, um das Elastomer in den Schwingungsisolatorkörper 12 umzuwandeln und um das Gehäuse 21 und die Sensoreinheit 22 miteinander zu verbinden.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Sensorvorrichtung 20 derart konfiguriert, dass: der erhöhte Abschnitt 13 an dem als Basis 10 dienenden Gehäuse 21 angeordnet ist; der durch Wärme aushärtende Schwingungsisolatorkörper 12 zwischen der Scheitelfläche 13a des erhöhten Abschnitts 13 des Gehäuses 21 und der Sensoreinheit 22 (genauer gesagt, der einen Oberfläche 11a des Deckels 33) angeordnet ist, welche als schwingungsisoliertes Target 11 dient. Damit hat diese Ausführungsform im Wesentlichen die gleichen Vorteile wie die erste Ausführungsform. Beispielsweise kann eine Vibration oder Schwingung mit einer Frequenz, welche negative Einflüsse auf die Winkelgeschwindigkeitserkennung hat, wirksam unterdrückt werden.
In der vorliegenden Ausführungsform hat das Gehäuse 21 die Öffnung 53. Wenn somit die Sensoreinheit 22 (genauer gesagt, das Kissen der Packung 32) und der am Gehäuse 21 angeordnete Leiter 50 miteinander durch einen Bonddraht (nicht gezeigt) verbunden werden, nachdem der Schwingungsisolatorkörper 12 ausgehärtet ist, ist es möglich, ein Spannwerkzeug oder dergleichen (nicht gezeigt) in die Öffnung 53 einzuführen und eine Drahtbondierung durchzuführen, während die Sensoreinheit 22 durch die Spannvorrichtung gehalten wird. Wenn daher ein Schwingungsisolatorkörper 12 aus einem Elastomer verwendet wird, kann eine Lageänderung der Sensoreinheit 22 nach oben/unten zum Zeitpunkt des Drahtbondens verringert oder verhindert werden. Damit ist es möglich, den Bonddraht zuverlässig mit dem Kissen der Sensoreinheit 22 zu verbinden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird als Schwingungsisolatorkörper 12 das Elastomer in flüssiger Form oder Fluidform verwendet. Alternativ ist es möglich, den Schwingungsisolator 15 im halb verfestigten Zustand (zum Beispiel ein Elastomer in einem halb verfestigten Zustand) zu verwenden, wie in der zweiten Ausführungsform dargestellt. Diese Abwandlung hat im Wesentlichen die gleichen Vorteile wie bei der zweiten Ausführungsform.
<Fünfte Ausführungsform>
Gemäß den 17 bis 19 unterscheidet sich diese Ausführungsform von der vierten Ausführungsform dahingehend, dass bei dieser Ausführungsform der erhöhte Abschnitt 13 nicht am Gehäuse 21, das als die Basis 10 dient, sondern an der Sensoreinheit 22 angeordnet ist, welche als schwingungsisoliertes Target (gegenüber Schwingungen isolierter Körper) dient. Die vorliegende Ausführungsform und die vierte Ausführungsform sind im Wesentlichen gleich mit Ausnahme der Anordnung des erhöhten Abschnitts 13.
Genauer gesagt, der Deckel 33, der die Sensoreinheit 22 bildet, ist aus einem Metallmaterial (zum Beispiel einer Eisen-Nickel-Kobalt-Legierung, einer Eisen-Nickel-Legierung oder dergleichen). Durch eine Pressbearbeitung wird der erhöhte Abschnitt 13 aus der einen Oberfläche 11a herausgearbeitet (angehoben) und ist somit einstückig mit dem Deckel 33. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind vier erhöhte Abschnitte 13 an vier Stellen am Deckel 33 wie die erhöhten Abschnitte 13 des Gehäuses 21 der vierten Ausführungsform angeordnet. Die Scheitelfläche 13a eines jeden erhöhten Abschnitts 13 hat eine vollständige Kreisform (Kreisscheibenform).
Mit dieser Sensorvorrichtung 20 sind im Wesentlichen die gleichen Vorteile wie bei der ersten Ausführungsform erzielbar. Beispielsweise kann eine Vibration einer Frequenz, welche negative Einflüsse auf die Winkelgeschwindigkeitserkennung hat, wirksam unterdrückt werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist es auch möglich, den Schwingungsisolator 15 im halb ausgehärteten oder halb verfestigten Zustand (zum Beispiel das Elastomer im halb verfestigten Zustand) zu verwenden, wie bei der zweiten Ausführungsform beschrieben wurde. Auch in diesem Fall ist es möglich, im Wesentlichen die gleichen Vorteile wie bei der zweiten Ausführungsform zu erreichen.
Der erhöhte Abschnitt 13 kann sowohl an dem Gehäuse 21 als auch der Sensoreinheit 22 (insbesondere dem Deckel 3) angeordnet oder ausgebildet sein.
<Sechste Ausführungsform>
Gemäß 20 ist bei dieser Ausführungsform die umlaufende Vertiefung 16 angrenzend an den erhöhten Abschnitt 13 vorgesehen. Die vorliegende Ausführungsform und die vierte Ausführungsform sind mit Ausnahme dieser umlaufenden Vertiefung 16 im Wesentlichen gleich.
Genauer gesagt, der erhöhte Abschnitt 13 ist an der Innenfläche des Bodenteils 52 des Gehäuses 21 vorgesehen, welche als die eine Oberfläche 11a der Basis 10 dient. Die Vertiefung 16 ist an der Innenfläche des Bodenteils 52 angrenzend an den erhöhten Abschnitt 13 und diesen umschließend angeordnet oder ausgebildet. Die Vertiefung 16 ist ein Teil des Gehäuses 21 und wird ausgebildet, wenn das Gehäuse 2 beispielsweise durch Spritzguss gebildet wird.
Da die Sensorvorrichtung 20 dieser Ausführungsform sowohl den erhöhten Abschnitt oder die erhöhten Abschnitte 13 und die zugehörige Vertiefung (Vertiefungen) 16 hat, ermöglicht die vorliegende Ausführungsform im Wesentlichen die gleichen Vorteile wie die dritte Ausführungsform.
In 20 sind der erhöhte Abschnitt 13 und die Vertiefung 16 an dem Gehäuse 21 vorgesehen. Alternativ kann der erhöhte Abschnitt 13 und kann die Vertiefung 16 an der Sensoreinheit 22 (dem Deckel 33) angeordnet werden. Alternativ können der erste erhöhte Abschnitt 13 und die erste Vertiefung 16 an dem Gehäuse 21 angeordnet sein, und der zweite erhöhte Abschnitt 13 und die zweite Vertiefung 16 können an der Sensoreinheit 22 (dem Deckel 33) angeordnet sein.
<Andere Ausführungsformen>
Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen und Abwandlungen beschränkt. Beispielsweise ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung möglich, auch die folgenden Abwandlungen und Modifikationen vorzusehen:
In den obigen Ausführungsformen ist die Scheitelfläche oder Stirnfläche 13a des erhöhten Abschnitts 13 jeweils eine flache Oberfläche (d. h. eben). Alternativ kann die Scheitelfläche 13a des erhöhten Abschnitts 13 auch eine Oberfläche sein, welche aufgeraut ist, beispielsweise mattiert, eine Oberflächentextur habend etc. In diesem Fall ist es möglich, die Verbindungszuverlässigkeit und Anhaftung zwischen dem Schwingungsisolatorkörper 12 und der Scheitelfläche 13a zu verbessern.
In obigen Ausführungsformen enthält der Sensorchip 30, der als das schwingungsisoliertes Target 11 dient, einen Detektor (d. h. das Sensorelement 40) zur Erkennung einer Winkelgeschwindigkeit. Der Detektor, der empfindlich gegenüber externen Vibrationen oder Schwingungen ist, ist jedoch nicht auf einen Sensor zur Erkennung einer Winkelgeschwindigkeit beschränkt. So kann der empfindlich auf externe Schwingungen reagierende Detektor ein anderer Detektor sein, der aufgrund der Einleitung einer externen Schwingung einen Erkennungsfehler zeigt. Beispielsweise kann der gegenüber externen Schwingungen empfindliche Detektor ein Detektor oder Sensor zur Erkennung einer anderen physikalischen Größe, beispielsweise einer Beschleunigung, eines Drucks oder dergleichen, sein.
In den vierten, fünften und sechsten Ausführungsformen entspricht das Gehäuse 21 der Basis 10 und die Sensoreinheit 22 entspricht dem schwingungsisolierten Target. Alternativ können gemäß 21 die Packungen 32, welche die Sensoreinheit 22 bilden, der Basis 10 entsprechen, und der Sensorchip 30 und der Schaltkreischip 31, welche in der Packung 32 und dem Deckel 33 aufgenommen sind, können dem schwingungssisolierten Target 11 entsprechen. In 21 entspricht eine Innenfläche eines Bodenteils der Packung 32 der einen Oberfläche 10a der Basis 10, wo der erhöhte Abschnitt 13 vorgesehen ist. Weiterhin wird anstelle des Klebers 35 der Schwingungsisolatorkörper 12 verwendet, und der Schwingungsisolatorkörper 12 verbindet den Schaltkreischip 31 und die Packung 32 miteinander.
Eine Verbindungsstruktur für ein schwingungsisoliertes Target oder einen vor Schwingungen zu schützenden Körper umfasst somit insoweit zusammenfassend im Wesentlichen eine Basis, das schwingungsisolierte Target, das an der Basis angeordnet wird, und einen Schwingungsisolatorkörper, der die Basis und das schwingungsisolierte Target miteinander verbindet. Entweder an der Basis oder an dem schwingungsisolierten Target ist wenigstens ein erhöhter Abschnitt ausgebildet und erstreckt sich von der Basis zu dem schwingungsisolierten Target oder umgekehrt. Der erhöhte Abschnitt hat eine Scheitelfläche, welche am Scheitel oder höchsten Punkt des erhöhten Abschnitts liegt. Der Schwingungsisolatorkörper befindet sich auf der Scheitelfläche.
Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf verschiedene Ausführungsformen und Abwandlungen hiervon beschrieben; es versteht sich, dass die Erfindung nicht hierauf beschränkt ist. Vielmehr ist der Gegenstand und Umfang der vorliegenden Erfindung alleine durch die nachfolgenden Ansprüche und deren Äquivalente definiert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2008-224428 A [0002, 0003, 0006]
US 2009/0282915 A [0079]
JP 2010-181392 A [0079]

Claims

Eine Verbindungsstruktur, aufweisend: eine Basis (10); ein schwingungsisoliertes Target (11), welches an der Basis (10) angeordnet ist und ein gegenüber Schwingungen isolierter Körper ist; und einen Schwingungsisolatorkörper (12), der zwischen der Basis (10) und dem schwingungsisolierten Target (11) angeordnet ist und diese miteinander verbindet, sowie eine Relativschwingung zwischen Basis (10) und schwingungsisoliertem Target (11) dämpft, wobei die Basis (10) bzw. das schwingungsisolierte Target (11) eine erste Oberfläche (10a) bzw. zweite Oberfläche (11a) aufweisen, welche einander gegenüberliegen; ein erhöhter Abschnitt (13) an wenigstens entweder der ersten Oberfläche (10a) oder der zweiten Oberfläche (11a) vorhanden ist und sich von einer der ersten und zweiten Oberflächen (10a, 11a) in Richtung der anderen erhebt; wobei der erhöhte Abschnitt (13) aufweist eine Scheitelfläche (13a), welche am Scheitel des erhöhten Abschnitts (13) liegt, eine Seitenfläche (13b), welche die Scheitelfläche (13a) umgibt, und eine von der Scheitelfläche (13a) und der Seitenfläche (13b) gebildete Kante, welche die Scheitelfläche (13a) umfasst; und wobei der Schwingungsisolatorkörper (12) verbindet: nur die Scheitelfläche (13a) an entweder der ersten Oberfläche (10a) oder der zweiten Oberfläche (11a) mit der anderen von erster Oberfläche (10a) und zweiter Oberfläche (11a).
Verbindungsstruktur nach Anspruch 1, wobei: der erhöhte Abschnitt (13) als erster erhöhter Abschnitt (13) an der ersten Oberfläche (10a) der Basis (10) und als zweiter erhöhter Abschnitt (13) an der zweiten Oberfläche (11a) des schwingungsisolierten Targets (11) ausgebildet ist; und die Scheitelfläche (13a) des ersten erhöhten Abschnitts (13) und die Scheitelfläche (13a) des zweiten erhöhten Abschnitts (13) gleiche Form und gleiche Größe haben und aufeinander zuweisend angeordnet sind.
Verbindungsstruktur nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Form der Scheitelfläche (13a) eine vollständige Kreisscheibe ist.
Verbindungsstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das schwingungsisolierte Target (11) einen Sensorchip (30) aufweist, der ein Erkennungsteil (43) zur Erkennung einer physikalischen Größe hat.
Verbindungsstruktur nach Anspruch 4, wobei das Erkennungsteil (43) einen Oszillator zur Erkennung einer Winkelgeschwindigkeit hat.
Verbindungsstruktur nach Anspruch 4 oder 5, wobei das schwingungsisolierte Target (11) weiterhin aufweist: eine Packung (32), welche Schachtelform aufweist und eine Öffnung an einer Oberfläche der Packung (32) aufweist und den Sensorchip (22) aufnimmt, und einen Deckel (33), der die Öffnung abdeckt, wobei die Basis (10) ein Gehäuse (21) zur Aufnahme des schwingungsisolierten Targets (11) ist.
Verbindungsstruktur nach Anspruch 6, wobei das Gehäuse (21) ein Gussharzkörper ist und der erhöhte Abschnitt (13) mit dem Gehäuse (21) integriert ist.
Verbindungsstruktur nach Anspruch 6, wobei der Deckel (33) aus Metall ist und der erhöhte Abschnitt (13) mit dem Deckel (33) integriert ist.
Verbindungsstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei entweder die Basis (10) oder das schwingungsisolierte Target (11) eine ringförmig umlaufende Vertiefung (16) aufweist, welche angrenzend an den erhöhten Abschnitt (13) ist und diesen umfasst.
Verbindungsstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Schwingungsisolatorkörper (12) aus einem Elastomer ist.
Ein Verfahren zur Ausbildung einer Verbindungsstruktur nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Verfahren aufweist: Anordnen des Schwingungsisolators (14, 15) in flüssiger Form oder halb verfestigtem Zustand auf entweder der Basis (10) oder dem schwingungsisolierten Target (11), so dass der Schwingungsisolator (14, 15) auf der Scheitelfläche (13a) des erhöhten Abschnitts (13) oder einem gegenüberliegenden Abschnitt, der gegenüberliegend der Scheitelfläche (13a) ist, angeordnet wird; Ausrichten und Anordnen des anderen von Basis (10) und schwingungsisoliertem Target (11) bezüglich demjenigen, wo der Schwingungsisolator (14, 15) angeordnet ist, so dass die Scheitelfläche (13a) des erhöhten Abschnitts (13) oder der gegenüberliegende Abschnitt den Schwingungsisolator (14, 15) kontaktiert; und Aushärten des Schwingungsisolators (14, 15) nach dem Ausrichten und Anordnen des anderen von Basis (10) und schwingungsisoliertem Target (11).
Das Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Aufbringen des Schwingungsisolators (14, 15) das Aufbringen des Schwingungsisolators (14, 15) auf der Scheitelfläche (13a) des erhöhten Abschnitts (13) von entweder der Basis (10) oder dem schwingungsisolierten Target (11) ist.