专利名称：传感器器件以及用于安装电子元件的陶瓷封装外壳的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种安装电子传感器的传感器器件，该电子传感器能够根据传感部分的物理位移(physical displacement)产生的电信号来检测碰撞、振动、角加速度等。
此外，本发明涉及一种用于安装电子元件的陶瓷封装外壳(ceramicpackage)。
发明内容
本发明一个目的是提供一种传感器器件，该传感器器件能够确保衰减引起谐振的高频振动以便实现碰撞和振动的精确检测。
为了实现上述和其它相关目的，本发明提供第一传感器器件，包括用于根据传感部分的物理位移输出电信号的电子传感器和其中安装电子传感器的外壳，其中在至少部分电子传感器和外壳之间设置能够衰减高频振动的振动衰减部件。
根据这种设置，虽然根据传感部分的物理位移而输出电信号的电子传感器具有高频频带(例如，等于或高于1kHz的频带)下的谐振点，但是在至少部分电子传感器和外壳之间设置的振动衰减部件仍然能确保抑制或消除通常引起谐振的高频振动。因此，第一传感器器件就能够精确检测碰撞、振动、角加速度等，而不会受谐振的负面影响。
此外，根据本发明，优选的是其中所说的振动衰减部件是封装(potting)材料，并且封装材料包围电子传感器。
根据这种设置，包围电子传感器的封装材料就确保抑制或消除通常引起谐振的高频振动。而且，当用于包围电子传感器时，封装材料带来保持适当密闭并去除导致湿气和浸蚀的效果。例如，封装材料是硅封装材料、氨基甲酸乙酯封装材料等。
此外，根据本发明，优选的是振动衰减部件是与电子传感器集成在一起的板型或片型防振动材料或模制(molded)的防振动材料，并且电子传感器通过防振动材料固定到外壳。
根据这种设置，电子传感器通过与电子传感器集成在一起的板型或片型防振动材料或模制的防振动材料固定到外壳。因此，防振动材料就确保抑制或消除通常引起谐振的高频振动。
此外，根据本发明，优选的是振动衰减部件是具有弹性的引线部件，其至少一部分连接到电子传感器，并且至少它的其它部分固定到外壳，设置引线部件和电子传感器以至共同构成由引线部件的弹性和电子传感器的质量组成的弹性-质量系统、用于衰减高频振动。
根据这种设置，电子传感器连接到弹性引线部件的至少一部分，并且至少该引线部件的其它部分固定到外壳。因此，由引线部件的弹性和电子传感器的质量组成的弹性-质量系统就有效地抑制或消除了高频振动。
此外，根据本发明，优选的是引线部件与外壳一起模制。
根据这种设置，引线部件与外壳一起模制，由此相对于碰撞和振动的检测方向精确地设置了电子传感器的位置。就可以精确地进行碰撞和振动的检测。
此外，根据本发明，优选的是电子传感器包括作为一个封装集成在一起的检测部分、通讯部分和电源电路，并且它们直接连接到外壳。
根据这种设置，共同构成电子传感器的检测部件、通讯部分和电源电路集成为一个封装并不用衬底就直接连接到外壳。因此，它能够简化装配工艺并减少总的部件数量。可以实现成本的降低。而且，当电子传感器直接连接到外壳时，就实现了振动的直接传输。因此，通过采用振动衰减部件来抑制或消除高频振动就非常重要。
此外，根据本发明，优选的是电子传感器安装在衬底上，并且衬底连接到外壳。
根据这种设置，安装在衬底上的电子传感器和外壳之间插入的振动衰减部件就确保抑制或消除了通常引起谐振的高频振动。
此外，根据本发明，优选的是设定包含硬度和介质损耗系数以及振动衰减部件的尺寸和形状的物理特性，以提高在包含电子传感器的谐振点中的高频振动的衰减特性。
根据这种设置，通过适当地选择包含硬度和介质损耗系数以及振动衰减部件的尺寸和形状的物理特性，就能够确保抑制或消除包含电子传感器的谐振点的高频振动。而且，不用改变外壳的外部尺寸和形状等，就能够将外壳的振动转换特性改变或调节为所需的特性。就能够统一外壳的外围形状。易于外壳的成本降低。无须安装设计。
此外，本发明具有一个目的，提供一种装备金属电极的电子元件安装陶瓷封装外壳，即使在电子电路等装配之后，也可以随后将引线等焊接到金属电极。
为了实现上述和其它相关目的，本发明提供一种用于安装电子元件的电子元件安装陶瓷封装外壳，其中在陶瓷封装外壳的主体上设置能够后熔接(post-welding)的金属电极。
根据本发明，陶瓷封装外壳的主体设置有后熔接的金属电极。因此，即使在陶瓷封装外壳上安装电路芯片或其它电子元件之后，引线也能够通后熔接稳固地焊接到用于连接其它部件(例如，玻璃环氧树脂衬底、连接器端子(connectorterminal)等)的金属电极。
此外，根据装备电子元件的陶瓷封装外壳，优选金属电极铜焊到陶瓷封装外壳的主体。
采用用于将金属电极焊接到陶瓷封装外壳的主体的铜焊保证了优良的焊接强度，由此就能够在随后将引线熔接到金属电极。
此外，为了满足最近与车辆碰撞安全相关的规则和额定值，内置于车辆中的气囊的速度不断增加。而且，碰撞检测传感器器件的应用不仅用于车辆的前碰撞检测还用于车辆的侧碰撞检测。因此，增加了每个车辆的碰撞检测传感器器件数量。因此，重要的是降低这些传感器器件的制造成本。
因此，本发明的一个目的是，提供一种传感器器件，其能够确保衰减例如引起谐振的高频振动，并且容易地以低成本进行制造。
为了实现上述和其它相关目的，本发明提供第二传感器器件，其包括用于根据传感部分的物理位移而输出电信号的电子传感器和其中安装电子传感器的外壳，其中外壳包括通过初始模制形成的初始模制部分，以至用能够衰减高频振动的第一树脂材料包围电子传感器；以及通过二次模制形成的二次模制部分，以至用比第一树脂材料更坚硬的第二树脂材料包围初始模制部分。
根据这种设置，虽然根据传感部分的物理位移而输出电信号的电子传感器具有高频频带(例如，等于或高于1kHz的频带)下的谐振点，通过用能够衰减高频振动的第一树脂材料的初始模制来形成电子传感器的包围体，由此确保衰减通常引起谐振的高频振动。因此，第二传感器器件就可以精确地检测碰撞、振动、角加速度等，而不受谐振的负面影响。而且，通过用比第一树脂材料更加坚硬的第二树脂材料的二次模制来形成初始模制部分的包围体。强度优良。即使在位于车辆体的前部处的发动机室中或在碰撞区(例如，破坏区)例如位于车辆体的侧面部分的支柱(pillar)中设置传感器器件时，也能够防止外壳在外部碰撞情况下被损坏。而且，完成初始模制和二次模制的同时，完成传感器器件的装配。换句话说，就可以省略常规所需的用于将电子传感器安装到外壳之中的后装配工艺。就可以减少制造的人工。第二传感器器件可以由最少数量的必须元件构成。就可以大大降低制造成本。
此外，根据第二传感器器件，合适的第一树脂材料是液态硅胶。
根据这种设置，通过用液态硅胶的初始模制来包围电子传感器，该液态硅胶是柔软的树脂材料。因此，就能够确保衰减高频振动。
此外，为了实现上述或其它相关目的，本发明提供一种第三传感器器件，包括用于根据传感部分的物理位移而输出电信号的电子传感器和其中安装电子传感器的外壳，其中外壳由含有能够衰减高频振动的振动衰减材料的树脂材料制造。
根据这种设置，虽然根据传感部分的物理位移而输出电信号的电子传感器具有高频频带(例如，等于或高于1kHz的频带)下的谐振点，由含有振动衰减材料的树脂材料制造的外壳能够确保衰减通常引起谐振的高频振动。因此，传感器器件能够精确地检测碰撞、振动、角加速度等，而不受谐振的负面影响。
此外，根据第三传感器器件，优选电子传感器与含有振动衰减材料的树脂材料整体模制。
因此，采用含有振动衰减材料的树脂材料用于整体模制电子传感器就带来确保衰减通常引起谐振的高频振动的效果。而且，完成电子传感器的整体模制的同时，完成传感器器件的装配。换句话说，就可以省略常规所需的用于将电子传感器安装到外壳之中的后装配工艺。就可以减少制造的人工。传感器器件可以由最少数量的必须元件构成。就可以大大降低制造成本。
此外，根据第三传感器器件，合适的振动衰减材料是热塑弹性体。
因此，由优良弹性的热塑弹性体的树脂材料制造的外壳能够确保衰减通常引起谐振的高频振动。
此外，为了实现上述或其它相关目的，本发明提供第四传感器器件，包括用于根据传感部分的物理位移而输出电信号的电子传感器和其中安装电子传感器的外壳，其中动态阻尼器(dynamic damper)连接到电子传感器，并且将动态阻尼器调谐到传感部分的谐振点。
根据这种设置，虽然根据传感部分的物理位移而输出电信号的电子传感器具有高频频带(例如，等于或高于1kHz的频带)下的谐振点，并且调谐到传感部分的谐振点并连接到电子传感器的动态阻尼器能够确保衰减通常引起谐振的高频振动。因此，传感器器件能够精确地检测碰撞、振动、角加速度等，而不受谐振的负面影响。
此外，根据第四传感器器件，优选动态阻尼器由板型或片型弹性部件制造。
因此，通过采用简单设置，以致将板型或片型弹性部件连接到电子传感器，就能够确保衰减通常引起谐振的高频振动。
从阅读以下结合附图的详细描述中，本发明的上述和其它目的、特征和优点将变得更加明显，其中图1是示出根据本发明的第一实施例的碰撞检测传感器器件的示意设置的侧视图；图2是示出G传感器的G检测输出特性的一个实例图表；图3是示出在每一个G传感器和外壳中的振动传输性和振动频率之间的关系的图表；图4是示出从碰撞G振动的输入开始到传感器信号的输出而结束的顺序流程图；图5是示出根据本发明的第一实施例，在用封装材料密封之前和之后外壳的振动传输特性的差异的变化图；图6A是示出碰撞G的输入波形的一个实例图表；图6B是示出衰减高频振动影响下的振动波形的一个实例图表；图6C是示出输入到G传感器的振动波形的一个实例图表；图6D是示出在振动传输异常情况下的比较传感器器件中传输到G传感器的振动波形的一个实例图表；图7是示出根据本发明的第二实施例的碰撞检测传感器器件的示意设置的侧视图；图8是解释根据本发明的第二实施例的由G传感器和防振动材料组成的模型的图；图9A是示出随防振动材料的硬度变化而改变的外壳的谐振点的图表；图9B是示出随防振动材料的介质损耗因数变化而改变的外壳的谐振峰值的图表；图9C是示出随防振动材料的厚度增加而改变的谐振点的图表；图10是示出根据本发明的第二实施例的根据防振动材料的出现而改变的外壳的振动传输特性的图表；图11是示出根据本发明的第二实施例的改进碰撞检测传感器器件的示意设置的侧视图；图12A是示出根据本发明的第三实施例的碰撞检测传感器器件的示意设置的侧视图；图12B是示出沿图12A的线A-A截取的根据本发明的第三实施例的传感器器件的剖面图；图13是示出根据本发明的第三实施例的由引线(lead)和G传感器组成的弹性-质量系统的模型图；图14是示出根据本发明的第三实施例的由引线和G传感器组成的弹性-质量系统的振动传输特性的一个实例的图表；图15A是示出根据本发明的第三实施例的改进碰撞检测传感器器件的示意设置的侧视图；图15B是沿图15A的线B-B截取的该传感器器件的剖面图；图16A是示出比较碰撞检测传感器器件的侧视图；图16B是沿图16A的线C-C截取的比较传感器器件的剖面图；图16C主要示出比较传感器器件的P面板上开口的连接器端子内置孔的放大图；图17是示出另一个比较碰撞检测传感器器件的示意设置的侧视图；图18是示出再一个比较碰撞检测传感器器件的示意设置的侧视图；图19A和图19B是相对于根据比较碰撞检测传感器器件的G传感器的设置，图19A解释在水平方向上出现的角误差的平面图，以及图19B是解释在上下方向上出现的角误差的侧视图；图20是示出G传感器在设置中具有角误差的情况下输入碰撞振动和实际检测的碰撞振动之间的关系图；图21A是示出根据本发明第四实施例的电子元件安装陶瓷封装外壳的设置的平面图；图21B是示出根据本发明第四实施例的陶瓷封装外壳的侧视图；图21C是示出根据本发明第四实施例的陶瓷封装外壳的底视图；图21D是示出根据本发明第四实施例的金属电极的改进位置的侧视图；图22A是示出采用根据本发明第四实施例的使用陶瓷封装外壳的电路器件设置的平面图；图22B是示出根据本发明第四实施例的电路器件的侧视图；图22C是示出根据本发明第四实施例的电路器件的底视图；图22D是示出根据本发明第四实施例的金属电极的改进位置的侧视图；图23是解释根据本发明第四实施例的通过电阻焊接将引线连接到金属电极的步骤图；图24是示出根据本发明第四实施例的一个实例的G传感器器件的示意设置侧视图；图25A和25B是示出根据本发明第四实施例的另一个实例的G传感器器件的示意设置侧视图，其中图25A是用于电路器件的水平安装，并且图25B是用于电路器件的垂直安装；图26是示出比较陶瓷封装外壳的设置的侧视图；图27是示出作为一个实例的采用比较陶瓷封装外壳的电路器件的设置的侧视图；图28是示出根据本发明第五实施例的碰撞检测传感器器件的示意设置侧视图；图29是示出根据本发明第五实施例的取决于初始模制部分出现而变化的外壳的振动传输特性的变化图；图30是示出根据本发明第六实施例的碰撞检测传感器器件的示意设置的侧视图；图31是示出根据本发明第六实施例的模制基于振动衰减材料出现而变化的外壳的振动传输特性的变化图；图32是示出根据本发明第七实施例的碰撞检测传感器器件的示意设置的侧视图；图33是示出根据本发明第七实施例的根据动态阻尼器出现的而变化的外壳的振动传输特性的变化图；图34是解释由根据本发明第七实施例的G传感器和动态阻尼器组成的模型图。
具体实施例方式
比较装置(I)在解释本发明的优选实施例之前，为了比较将在此后解释各个实施例。
通常在车辆的前部安装用于检测碰撞或振动的碰撞检测传感器器件，以便使用检测的信号，用于在车辆碰撞的情况下使气囊充气或膨胀。例如，图16A-16C和17就分别示出了用于碰撞检测传感器器件的固定结构。根据图16A-16C中所示的碰撞检测传感器器件101，G传感器102安装在P面板(plate)(例如，玻璃环氧树脂基板)109上。P面板109位于树脂制造的外壳103的G传感器室103a之内，并且钉牢到固定于外壳103并通过焊料焊接的连接器端子104。根据图17中所示的碰撞检测传感器器件201，P面板109通过热嵌入(thermalcaulking)固定到外壳103。根据图18中所示的碰撞检测传感器器件301，P面板109利用螺钉固定到外壳103。设置G传感器102，以便根据传感部分(未示出)的物理位移例如变形或移位产生的电信号来检测碰撞或振动。因此，这种结构必然具有谐振发生时的特定频率(即，谐振点)。
由于P面板109的功能，碰撞检测传感器器件101或201的上述结构具有将通常产生谐振的高频振动衰减为一定程度的能力。然而，获得的衰减效果根据P面板109的材料、尺寸和硬度而变化，还根据含有G传感器102的自身重量以及P面板109的的固定方法和P面板109相对于外壳103的固定位置而变化。在实际的P面板109的生产设计中，基本上根据电路比例来确定它的材料、尺寸、硬度和包括G传感器102的重量。根据P面板109的尺寸来确定P面板109的固定方法和P面板109相对于外壳103的固定位置。换句话说，不能总是利用上述结构来确保衰减高频振动的效果。
此外，假定在P面板109上安装的G传感器102的传感部分(未示出)的谐振点与外壳103的谐振点一致。在此情况下，当输入的高频振动包括谐振点时，G传感器102的谐振就会与外壳103的谐振重叠。G传感器102将产生比输入G相当大的检测值。因此，将不可能实行精确的碰撞判定。
此外，例如，根据图16A-16C中所示的碰撞检测传感器器件101，在将连接器端子104插入到外壳103的工艺中，将导致对应于模具(dies)精度的位置误差。而且，为了确�？砂沧靶裕赑面板109的接合孔和连接器端子104之间通常承担重要作用。因此，在P面板109与连接器端子104(参照图16B和图16C)的安装工艺中，将导致对应于这种作用的位置误差。例如，这种位置误差就相对于车辆安装孔产生了检测碰撞振动方向上的角度误差θ。图19A示出了一种情况，其中在水平方向上产生了角度误差θ。图19B示出了一种情况，其中在上-和-下方向上产生了角度误差θ。现在假设，G1表示进入到碰撞检测传感器器件101的碰撞振动的幅度，并且G2表示由G传感器102实际检测的碰撞振动的幅度。当G传感器102面向相对于碰撞检测方向的角度θ时，G传感器102实际检测的碰撞振动的幅度由等式表示为G2＝G1×Cosθ(参照图20)。从此等式中很明显，碰撞检测装置101的碰撞检测能力随G传感器102的角度误差θ的增加而下降。
第一实施例此后，将参照附图解释使用本发明的传感器器件的碰撞检测传感器器件的优选实施例。
首先，将参照图1解释根据本发明第一实施例的碰撞检测传感器器件(此后，称为传感器器件)1。传感器器件1主要由G传感器2和外壳3组成，并安装在车辆主体等的前部，以检测碰撞并将碰撞检测信号输出到气囊控制装置。
虽然未示出，G传感器2包括传感部分(即，检测部分)，并且当输入加速度(此后，简单地称为“G”)时，设置G传感器2以便产生表示传感部分的物理位移(移位，变形等)的电信号。尽管期望的是G传感器2能检测输入G的整个范围，但如图2中所示，G传感器2实际检测范围限定为预定动态范围(即，可检测的输入G的范围)。当提供超过该动态范围的输入加速度时，G传感器2就不能精确地检测该加速度。而且，G传感器2具有根据它的结构特征决定的固有谐振点(其还称为谐振频率)。因此，当输入加速度包括对应于G传感器2的谐振点的频率成分时，G传感器2的检测部分就会产生超过G传感器2的动态范围的较大移动。此时，G传感器2就不能进行精确检测。例如，G传感器2为梳-齿(comb-teeth)型G传感器，设置G传感器2以便根据传感部分的位移量来检测加速度。而且，本实施例的G传感器2包括集成为一个封的检测部分，通讯部分和电源电路。
外壳3是树脂模制产品，其中安装G传感器2。例如，外壳3由PBT(聚丁烯三邻苯二甲酸酯(polybutylene terphthalate))树脂、尼龙树脂等制造。外壳3具有G传感器室3a，其朝向外壳3的下表面侧开口。在外壳3中嵌入连接器端子4和圆柱金属衬套(bush)6。G传感器2通过连接器端子4电连接到外侧。螺栓插入金属衬套6中以便将外壳3固定到车辆主体。在G传感器室3a之中暴露部分连接器端子4。G传感器2位于G传感器室3a中并通过用于提供电连接的焊接等固定到连接器端子4。
连接器端子4通过导体(未示出)电连接到气囊控制装置(未示出)，以致G传感器2的输出信号提供到气囊控制装置。气囊控制装置根据G传感器2的输出信号来控制气囊(未示出)的膨胀。
此外，外壳3的G传感器室3a的内部空间用封装(potting)材料5密封。更具体地，位于G传感器室3a之内并通过焊接连接到连接器端子4的G传感器2被封装材料5包围。介于G传感器2和形成G传感器室3a的外壳3的内壁之间的空间用封装材料5填充。例如，封装材料5是硅封装材料、氨基甲酸乙酯封装材料等。
传感器器件1通过紧固螺栓来固定到车辆主体，该螺栓被插入到嵌入在外壳3中的金属衬套6。
接着，将参照附图解释具有上述设置的传感器器件1中的用于检测碰撞的各个部分功能。
在车辆碰撞等情况下，进入传感器器件1的振动包括各种频率成分的范围。频率成分粗分为两组如图3中所示，即，对于车辆碰撞判定所必须(主要处于低频频带，例如频率成分小于1kHz)的频率成分组，以及对于碰撞判定(主要处于高频频带，例如频率成分等于或高于1kHz)并不必须的频率成分组。而且，G传感器2(更具体地，传感部分)具有属于高频频带的谐振点。外壳3具有谐振点，该谐振点设置为不同于G传感器2的谐振点的频率水平(根据图3中所示的实施例，外壳3的谐振点小于G传感器2的谐振点)。用于碰撞判定的频带绝对要求在外壳的振动传输中不存在谐振/衰减。另一方面，在G传感器开始谐振的频率水平或超过该频率水平下，绝对要求进入G传感器2中的加速度是充分衰减的，以至不会在低频率一侧对G传感器2的检测产生负面影响。而且，当外壳的谐振点设置为低于G传感器的谐振点时，即使在更加接近外壳的谐振点的频带下外壳产生谐振也没有问题。
接着，将参照图4至6A-6D解释从输入碰撞G振动开始和由传感器信号输出而结束的顺次流程。如图6A中所示，碰撞G振动包括其上添加或叠加的低频振动(由粗线表示)和高频振动(由细线表示)。如图5中所示，当传感器器件1接收通过车辆主体传送的振动时，密封G传感器室3a的封装材料5就有效地衰减了包含G传感器2的谐振点的高频振动。因此，如图6B中所示，传输到G传感器2的振动基本上只限制为用于碰撞判定所必须的低频振动。如图6C中所示，传输到G传感器2的低频振动处于动态范围之中。因此，G传感器2就可以产生正确的G检测信号。因此，气囊控制装置就能够根据正确的G检测信号来精确判断碰撞条件并能够适当地控制气囊的膨胀。
为了比较，图6D示出了在比较传感器器件中产生的不适当的振动传输。从图6D可以明显看出，高频振动引起G传感器谐振并由此放大特定频率的振动。因此，传输到G传感器的振动就超过动态范围，由此G传感器就不能产生正确的G检测信号。
本实施例使用固定结构而不采用P面板(例如，玻璃环氧树脂基板)，用于将传感器2固定到外壳3。根据这种固定结构，与采用在G传感器和外壳之间插入的P面板(即，图12A-12B和13中所示的结构)的其它固定结构相比，从外壳到G传感器的振动传输就变得更加直接或即时。在此方面，上述密封或包围G传感器2的封装材料5就在衰减高频振动中承担非常重要的作用。
此外，根据本实施例，用作包围G传感器2的封装材料带来维持适当的气密性并去除导致湿气和浸蚀的效果。
第二实施例接着，将参照图7-10解释根据本发明的第二实施例的碰撞检测传感器器件51。与第一实施例相同的部分或元件用相同的参考数字来表示并且在以下将不再进行解释。
根据上述第一实施例，外壳3的传感器室3a用封装材料5密封，实现了用于抑制或消除高频振动的衰减结构。第二实施例使用一种衰减结构，其采用防振动材料55，防振动材料55构成为板型或片型或与G传感器2模制一起，以便将G传感器2固定到外壳3，由此抑制或消除高频振动，而不采用封装材料5。
就是说，如图7中所示，外壳3具有传感器室3a，其朝向外壳3的下表面一侧开口。在它的一个表面上将板型或片型防振动材料55连接并固定(bonded and fixed)到传感器室3a的内壁表面。将G传感器2连接并固定到防振动材料55的相对表面(例如，根据图7中所示的实施例的下表面)。(可选择地，将与G传感器2一起模制的防振动材料55连接并固定到外壳3)。防振动材料55是能够衰减高频振动的弹性材料，并且例如由硅胶等制造。连接器端子4和G传感器2通过引线结合57连接，提供电连接。此外，传感器室3a的开口用树脂材料制造的面板盖58封闭。
根据本实施例，通过防振动材料55将G传感器2固定到外壳3。使用这种结构带来与上述第一实施例相同的确保衰减高频振动的效果(参照图4至6A-6D)。
此外，根据本实施例，如图8中所示，有可能假设一种模型，该模型是由G传感器的质量M、防振动材料的弹性系数K和防振动材料的衰减因子C组成的模型。通过适当地改变防振动材料55的物理特性就可以改变防振动材料的弹性系数和衰减因子，该物理特性包括硬度、介质损耗系数(Tanδ)等以及包括厚度或形状的尺寸。通过这种调整，就能够将外壳的谐振点(即，谐振频率)或谐振峰值设置为所需范围的最佳值。例如，如图9A中所示，通过改变防振动材料55的硬度，就能够偏移谐振点。更具体地，谐振点随防振动材料55的硬度增加而变得更高(根据图9A，谐振点向右偏移)，并且谐振点随硬度降低而变得更低(根据图9A，谐振点向左偏移)。而且，如图9B中所示，谐振峰值随防振动材料55的介质损耗系数(Tanδ)增加而降低。而且，如图9C中所示，当改变防振动材料55的厚度时，谐振点偏移。因此，根据本实施例，如图10中所示，就能够使外壳3的G传输特性最佳化，以至获得所需的特性，而不用改变外壳3的外部尺寸和形状。就是说，可以将包括防振动材料55的外壳3的谐振点改变为低于G传感器2的谐振点的频率，并且可以降低谐振峰值。因此，就能够使外壳的外部形状一致。易于降低外壳的成本。就不需要安装设计。
接着，将参照图11解释第二实施例的改进实施例。根据上述第二实施例，G传感器2包括集成为一个封装的检测部分、通讯部分和电源电路。G传感器2直接连接并固定到防振动材料55。然而，本改进实施例的传感器器件61包括安装在P面板(例如，玻璃环氧树脂基板)69上的G传感器2。根据这种传感器器件61的结构，在它的一个表面处将防振动材料55连接并固定到外壳3的G传感器室3a的内壁表面。将安装G传感器2的P面板69连接并固定到防振动材料55的相对表面。因此，这种改进实施例带来类似于上述第二实施例的效果。
第三实施例接着，将参照图12A-12B至14解释根据本发明的第三实施例的碰撞检测传感器器件71。与上述各个实施例相同的部分和元件表示为相同的参考数字并在以下不再进行解释。
根据上述第二实施例，G传感器2通过防振动材料55固定到外壳3，防振动材料55构成为面板或薄片或与G传感器2一起模制，以便提供一种能够衰减高频振动的结构。代替采用上述结构，本实施例使用能够衰减高频振动的弹性-质量系统。如图12A-12B中所示，弹性-质量系统包括多个弹性引线75，每个弹性引线75具有连接到G传感器2的一个端子和固定到外壳3的另一个端子。这些引线75的弹性和G传感器2的质量共同构成弹性-质量系统。每个引线75作为本发明的引线部件。
更具体地，如图12A-12B中所示，在碰撞检测传感器器件71中，G传感器2通过在它的尾部设置的两个引线75(即，图12A-12B中所示的G传感器2的左侧)和在它的前部设置的一个引线75(即，图12A-12B中所示的G传感器2的右侧)连接到外壳3。每个引线75都是弹性部件，其由金属材料制造并具有基本上在其长度方向上的中心处形成的弯曲部分。每个引线75具有通过铜焊或焊接键合(bonded)到G传感器2的一个端子。而且，每个引线75具有与外壳3通过模制(插入模制)而一体形成的另一个端子。因此，引线75分别固定到外壳3。而且，每个尾部引线75的另一个端子焊接到连接器端子4，以便提供电连接。因此，易于在模制模具中定位G传感器2。就实现了非常精确的定位。而且，外壳3具有分别由盖76封闭的上部开口和下部开口，以便维持外壳3内插模制的连接器端子4、引线75和G传感器2的合适的气密性，每个盖76通过密封、激光焊接等固定到外壳3。
引线75和G传感器2共同构成图13中所示的具有特征频率的弹性-质量系统。就是说，在弹性-质量系统中，引线75具有弹性的作用，G传感器2具有质量的作用。这种弹性-质量(spring-mass)系统的特征频率fn定义为以下等式5，等式5从以下等式1-4中导出。在等式5中，“l”表示简单维持在它的两个端部的波束长度，“m”表示波束中心处提供的重量的质量，以及EI表示波束的弯曲刚度(E弹性模量，I几何惯量)。
更具体地，以下等式1展示了波束中点处的偏差δ。
δ=Pl348EI---(1)]]>在以下的等式2中修正等式1以获得波束的弹性系数。
k=Pδ=48EIl3---(2)]]>此外，当“x”表示波束中心处的弯曲位移时，以下等式3成立。
mx..+kx=0---(3)]]>因此，通过将等式2插入到等式3中，获得以下等式4。
x..+48EIml3x=0---(4)]]>因此，特征频率fn就可以表示为以下等式5。
fn=ωn2π=12π48EIml3---(5)]]>当弹性-质量系统的特征频率fn表示为上述等式5时，应当理解，可以通过改变弯曲硬度或通过改变G传感器2的质量“M”来控制特征频率fn。考虑降低弯曲硬度EI的方法，这将是有效的采用具有更小弹性模量的材料用于各个引线75；减少各个引线75的几何惯量(例如，改变剖面形状)；以及对各个引线75设置适合的弯曲部分。
图14示出了由引线75和G传感器2组成的弹性-质量系统的振动传输特性。当弹性-质量系统具有特征频率fn时，在频率fn×√2下，振动传输系数总是变成1。当频率超过fn×√2时，开始衰减。因此，假设在频率fx下需要振动衰减，那么就只需要调节弹性-质量系统的特征频率fn，以满足图14的图表中所示的关系(在频率fx下振动传输系数变得小于1)。
此外，通过改变弹性-质量系统中的振动的Q值，就能够改变震动衰减量。在图14所示的图表中，实线展示了弹性-质量系统的Q值相对高的情况，虚线展示了弹性-质量系统的Q值相对低的情况。例如，图15A和15B示出了改进的根据第三实施例的碰撞检测传感器器件71`。根据该改进的传感器器件71`，封装材料5填充外壳3的内部空间以改变Q值，该外壳3中放置G传感器2。图15A是示出从侧面观看的碰撞检测传感器器件71`的设置的示意图。图15B是沿图15A中的线B-B截取的传感器器件71`的剖面图。
本发明不限于上述第一至第三实施例，并且可以不脱离本发明的实质进行各种修改。
例如，用于衰减高频振动的结构不限于在第一至第三实施例中的每个实施例中公开的结构。简而言之，本发明的衰减结构应当包括用于衰减高频振动的在G传感器的至少一部分和外壳之间插入的振动衰减部件。
此外，根据本发明上述的第一至第三实施例中的每个实施例，碰撞检测传感器器件用于检测加速度或振动。然而，本实施例的传感器器件可以应用于例如用于检测角加速度的转滚(rollover)传感器、滚速(roll rate)传感器、偏转速度(yaw rate)传感器等。简而言之，本发明应用于包括根据传感部分和安装该电子传感器的外壳的物理位移而输出电信号的电子传感器的传感器器件。
此外，根据上述第二实施例的改进实施例，G传感器2安装在P面板(例如，玻璃环氧树脂基板)69上。然而，也可以将G传感器2安装在陶瓷基板上。
如上所述，根据本实施例的传感器器件，电子传感器根据传感部分的物理位移产生电信号。在电子传感器的至少一部分和外壳之间插入的振动衰减部件能够确保衰减通常引起谐振的高频振动。因此，传感器器件就能够精确检测碰撞、振动、角加速度等，而不受谐振的负面影响。
比较装置(II)通常，汽车装配有用于各种控制的电子器件，其中G传感器或其它电子元件通常装备在由陶瓷部件等制造的封装中。例如，图26示出了比较的安装有陶瓷封装外壳(此后，称为陶瓷封装外壳)601的电子元件，其包括陶瓷封装外壳主体(此后，称为主体)602、通孔603、内部电路604、金属电极605和金属环606。主体602是具有上表面开口的盒形部件并由陶瓷材料(例如，氧化铝)制造。由金属材料制造的每个通孔603作为一个部件，用于提供盒形主体602的内侧(即，底表面侧)和外侧(即，下表面侧)之间的电连接。每个内部电路604印制在主体602的内表面上，主体602包含相应通孔603的暴露部分。每个金属电极605通过印刷或表面处理形成在包含相应通孔603的暴露部分的主体602的下表面侧。金属环606是具有对应于主体602的上开口的孔的支架部件，并通过铜焊固定在主体602的上表面部分。根据具有采用上述陶瓷封装外壳601的设置的电路器件610，例如，如图27中所示，电路芯片611利用粘接材料粘接在主体602的底表面上。电路芯片611利用引线结合612连接到每个内部电路604。在沿着主体602的开口延伸的金属环606上熔接(welded)平坦的金属盖613。结果，在盒形主体602中气密地容纳电路芯片611。同时，每个引线614通过铜焊或通过焊接(soldering)连接到金属电极605，用于提供金属电极605和其它部件(例如，P面板，连接器端子等)之间的电连接。然而，根据上述传统的电子元件安装陶瓷封装外壳601，需要在较高温度(例如，500-800℃)下进行用于将每个引线614键合(bonded)到金属电极605的铜焊操作。因此，必须在陶瓷封装外壳主体602上用粘接材料安装电路芯片611之前进行引线614的键合(bonding)，粘接材料具有大约300℃的耐热温度。这将大大减少用于制造陶瓷封装外壳的单元数量，由此将增加成本。而且，在陶瓷封装外壳601上用已经键合(bonded)的引线614安装电路芯片611就将需要安装设备，将电路芯片611适合柔性地装配到各种引线。换句话说，这种设备必须根据特殊顺序制造，由此将使构造成本昂贵。同样将增加装配人工成本。由此，将增加制造成本。另一方面，在采用焊接操作以键合(bond)引线614的情况下，如果电路器件610整个为树脂模制，则存在可能树脂模制压力或树脂模制热会损坏焊接引线614和金属电极605的键合(bonding)部分。将降低键合(bonding)强度的可靠性。更具体地，树脂模制温度为260℃水平，而且焊料熔融温度为220℃-250℃的低温范围。因此，树脂模制热就熔化形成键合(bonding)部分的焊料，并且形成焊接部分的焊料将进一步遭受树脂模制压力的影响。
第四实施例此后，将参照附图解释根据本发明优选实施例的电子元件安装陶瓷封装外壳。
如图21A-21D中所示，本发明的电子元件安装陶瓷封装外壳(此后，称为“陶瓷封装外壳”)501包括陶瓷封装外壳主体(此后，称为“主体”)502、通孔503、内部电路504、金属电极505和金属环506。图21A是平面图，图21B是侧视图，以及图21C是底视图，分别示出陶瓷封装外壳。图21D是示出改进的金属电极定位的侧视图。
主体502是具有上表面开口的盒形部件并由陶瓷材料(例如，氧化铝)制造。主体502具有用于安装电路芯片或其它电子元件的空间。例如，通过在多个陶瓷薄片上印刷导线图形来形成主体502，以形成这些陶瓷薄片的多层结构，然后烧结这种集成的主体。
由金属材料制造的每个通孔503作为一个部件，用于提供盒形主体502的内侧(即，底表面侧)和外侧(即，下表面侧)之间的电连接。首先在主体502中(即，在陶瓷薄片中)开出每个通孔503，并且与主体502一起烧结。
通过印刷在包含相应通孔503的暴露部分的盒形主体502的内表面上(即，上表面侧)形成每个内部电路504。
通过铜焊金属材料，在包含相应通孔503的暴露部分的主体502的底表面上(即，下表面侧)形成每个金属电极505。例如，金属电极505的金属材料是主要含有铁、镍和钴(称为“柯伐(kovar)”)的金属材料或主要含有铁和镍的金属材料。在每个金属电极505的表面上进行表面处理，例如镍电镀或金电镀。而且，用银焊料等在500℃-800℃的温度范围下进行各个金属电极505的铜焊。虽然本实施例示出了总共四个通孔503和相同数量的金属电极，如果需要，可以任意地改变这些元件的总数量。
另一方面，根据通过在主体502的侧表面上铜焊金属材料来形成每个金属电极505，图21D示出了改进的金属电极505的定位。
金属环506是由金属材料制造的支架部件并具有对应于主体502的上开口的孔。金属环506通过铜焊固定在主体502的上表面部分。金属环506作为一个平台，其上熔接(welded)金属盖513(此后描述)，以至覆盖主体502的开口。金属环506和上述通孔503由与金属电极505的相同金属材料或具有基本上相同热膨胀系数的金属材料制造。可以在同一步骤中进行金属电极505的铜焊和金属环506的铜焊。可以抑制制造成本。
接着，将参照图22A-22D解释包含上述装备有电路芯片等的陶瓷封装外壳501的电路器件510的设置和制造方法。图22A是示出电路器件510的平面图，图22B是侧视图，以及图22C是底视图。图22D是示出改进的金属电极定位的侧视图。
首先，如图21A-21D中所示，电路芯片511安装在陶瓷封装外壳501上。更具体地，用粘接材料(大约300℃的耐热温度)将电路芯片511键合(bonded)到主体502的底表面。接着，用导线结合512将电路芯片511连接到每个内部电路504。在此情况下，然而各个引线514并不键合(bonding)到陶瓷封装外壳501，在陶瓷封装外壳501的外表面上没有突出部分。因此，在电路芯片安装装置中陶瓷封装外壳501的处理就非常容易。因此，就能够采用一个安装装置来用于安装各种电路芯片。
接着，将当从上面观看时被构造成为矩形形状的平坦金属盖513熔接到金属环506，金属环506设置在主体502的上表面上，由此覆盖主体502的上开口。因此，在盒形主体502中气密地容纳电路芯片511。
接着，每个引线514通过电阻焊接键合(bonded)到金属电极505，引线514提供每个金属电极505和其它部件(例如，玻璃环氧树脂基板，连接端子等)之间的电连接。更具体地，如图23中所示，在每个金属电极505的预定部分设置熔接接地电极。在其上提供的机械压力下，引线514与金属电极505形成接触。因此，从附加电极供给电流，以便在电阻焊接中产生所需的热，用于将引线514连接到金属电极505。在总共四个位置处进行电阻焊接，该位置分别提供作为一对的引线504和金属电极505。在此情况下，在金属电极505上设置的接地端子就防止了电流通过通孔503流入电路芯片511。因此，电路芯片511中的内部电路就确保避免了因熔接电流和电压的损坏。
从上述描述很明显，根据本实施例，陶瓷封装外壳主体502设置有允许后熔接的金属电极505。因此，即使在陶瓷封装外壳501上安装了电路芯片511或其它电子元件之后，也可以通后熔接将引线514牢固地键合到金属电极505，用于其它部件(例如，玻璃环氧树脂基板，连接器端子等)的连接。
此外，根据本实施例，通过铜焊将金属电极505键合到陶瓷封装外壳主体502。因此，强度优良。可以随后将引线等熔接到金属电极505。
接着，将解释G传感器器件的优选实施例。每个G传感器器件包括插入在陶瓷封装外壳501上安装的G传感器的电路器件510，并且电路器件510装配在外壳中。
图24示出了G传感器器件的一个实例，根据熔接到陶瓷封装外壳501的金属电极505的引线514连接到连接器端子，安装有G传感器的电路器件510整体地与树脂材料一起模制。当通过铜焊每个金属电极505牢固地键合到主体502时，即使当它承受树脂模制压力或树脂模制加热时，也不会损坏金属电极505和主体502的键合部分。因此，易于电路器件510的树脂模制接。根据连接器端子的种类，就能够集成引线514和连接器端子。
图25A和25B示出了G传感器件的另一个实例，根据该实例，采用熔接到陶瓷封装外壳501的金属电极505的引线514作为P面板(例如，玻璃环氧树脂基板)的安装架。引线514通过流动焊料或回流焊料安装在P面板。而且，安装插入G传感器的电路器件510的P面板，安放在外壳的内部空间中并通过连接器端子的扭锁(clinch)和焊接固定到外壳。图25A是电路器件510的水平安装，根据于此电路器件510与P面板水平地安装。图25B是电路器件的垂直安装，根据于此改进了引线514的形状并且相对于P面板垂直地安装电路器件510。
本发明不限于上述第四实施例，因此在不脱离本发明的实质范围内可以进行各种修改。
例如，用于金属电极505的金属材料和用于金属电极505的铜焊材料不限于上述的种类，因此可以适当地根据目的和应用选自常规的众所周知的材料。
此外，虽然上述四个实施例基于G传感器器件，但是本发明不限于这种实施例，因此不用说，本发明将广泛应用于采用陶瓷封装外壳的多种电子器件。
如上所述，根据本发明的装备电子元件的陶瓷封装外壳，陶瓷封装外壳的主体设置有允许后熔接的金属电极。因此，即使在陶瓷封装外壳上安装电路芯片或其它电子元件之后，也可以通熔接将引线牢固地键合到金属电极，用于其它部件(例如，玻璃环氧树脂基板，连接器端子等)的连接。
第五实施例此后，将参照附图解释使用本发明的传感器器件的碰撞检测传感器器件的另一个优选实施例。
将参照图28解释根据本发明第五实施例的碰撞检测传感器器件(此后，称为传感器器件)701。传感器器件701主要由G传感器702和外壳703组成，并安装在车辆主体等的前部，以检测碰撞并将碰撞检测信号输出到气囊控制装置。
虽然未示出，G传感器702包括传感部分(即，检测部分)，并且当输入加速度(此后，简单地称为“G”)时，设置G传感器702以便产生表示传感部分的物理位移(移位，变形等)的电信号。尽管期望的是G传感器702能检测输入G的整个范围，但如图2中所示，G传感器702实际检测范围限定为预定动态范围(即，可检测的输入G的范围)。当提供超过该动态范围的输入加速度时，G传感器702就不能精确地检测该加速度。而且，G传感器702具有根据它的结构特征决定的固有谐振点(其还称为谐振频率)。因此，当输入加速度包括对应于G传感器702的谐振点的频率成分时，G传感器702的检测部分就会产生超过G传感器702的动态范围的较大移动。此时，G传感器702就不能进行精确检测。例如，G传感器702为梳-齿(comb-teeth)型G传感器，就设置G传感器702以便根据传感部分的位移量来检测加速度。而且，本实施例的G传感器702包括集成为一个封装的通讯电路和电源电路。
外壳703是由树脂材料制造，并且与G传感器702整体模制。外壳703由包围G传感器702的初始模制部分703a和包围初始模制部分703a的二次模制部分703b组成，以至构成外壳703的外围形状。首先，在制造传感器器件701中，通过整体模制(初始模制)G传感器702、连接器端子704、圆柱金属衬套706来形成初始模制部分703a，连接器端子704将G传感器702连接到外部器件，并且在圆柱金属衬套706中插入螺栓以便将具有柔软树脂材料(即，第一树脂材料)的外壳703固定到车辆主体。然后，通过在初始模制部分703a四周模制(二次模制)硬树脂材料(即，第二树脂材料)，形成二次模制部分703b，以至形成传感器器件701的外部形状。因此，就可以省略传统所需的用于将G传感器内置入外壳的后装配工艺。减少了制造人工成本。传感器器件701就可以由最少数量的必须元件组成。就可以大大降低制造成本。
考虑构成初始模制部分703a的树脂材料(即，第一树脂材料)，优选采用液态硅胶等，液态硅胶是一种用于模制的柔软树脂材料。因此，用能够衰减高频振动的第一树脂材料，首先模制G传感器702的包围体。因此，就可以确保衰减通常引起谐振的高频振动。因此，传感器器件701就可以精确地检测碰撞和振动，而不受谐振的负面影响。
此外，考虑到组成二次模制部分703b的树脂材料(即，第二树脂材料)，实施例优选采用硬树脂材料，例如PBT(聚丁烯三邻苯二甲酸酯)树脂、尼龙树脂等。因此，用硬度超过第一树脂材料的第二树脂材料，二次模制初始模制部分703a的包围体。强度优良。即使当在用于前碰撞检测的位于车辆主体的前部的发动机室内或在用于侧碰撞检测的位于车辆主体的侧面的碰撞区(即，易损坏区)例如柱体或侧门处设置传感器器件701时，也能够防止外壳703和G传感器702在外部碰撞情况下被损坏。
连接器端子704通过导体(未示出)电连接到气囊控制装置(未示出)，以致将G传感器702的输出信号提供到气囊控制装置。气囊控制装置根据G传感器702的输出信号来控制气囊(未示出)的膨胀。
传感器器件701通过紧固螺栓来固定到车辆主体，该螺栓被插入到金属衬套706，金属衬套706与外壳703的二次模制部分703b整体模制。
接着，将参照附图解释具有上述设置的传感器器件701中的用于检测碰撞的各个部分功能。
在车辆碰撞等情况下，进入传感器器件701的振动包括各种频率成分的范围。频率成分粗分为两组如图3中所示，即，对于车辆碰撞判定所必须(主要处于低频频带，例如频率成分小于1kHz)的频率成分组，以及对于碰撞判定(主要处于高频频带，例如频率成分等于或高于1kHz)并不必须的频率成分组。而且，G传感器702(更具体地，传感部分)具有属于高频频带的谐振点。外壳703具有谐振点，该谐振点设置为不同于G传感器702的谐振点的频率水平(根据图3中所示的实施例，外壳703的谐振点小于G传感器702的谐振点)。用于碰撞判定的频带绝对要求在外壳的振动传输中不存在谐振/衰减。另一方面，在G传感器开始谐振频率水平(frequency level)或超过该频率水平下，绝对要求进入G传感器702中的加速度是充分衰减的，以至不会在低频率一侧对G传感器702的检测产生负面影响。而且，当外壳的谐振点设置为低于G传感器的谐振点时，即使在更加接近外壳的谐振点的频带下外壳产生谐振，也没有问题。
接着，将参照图4至6A-6D解释从输入碰撞G振动开始和由传感器信号输出而结束的顺次流程。如图6A中所示，碰撞G振动包括其上添加或叠加的低频振动(由粗线表示)和高频振动(由细线表示)。如图29中所示，当传感器器件701接收通过车辆主体传送的振动时，具有振动衰减效应的初始模制部分703a衰减了包含G传感器702的谐振点的高频振动。换句话说，谐振峰值降低。因此，如图6B中所示，传输到G传感器702的振动基本上只限制为用于碰撞判定所必须的低频振动。如图6C中所示，传输到G传感器702的低频振动处于动态范围之中。因此，G传感器702就可以产生正确的G检测信号。因此，气囊控制装置就能够根据正确的G检测信号来精确判断碰撞条件并能够适当地控制气囊的膨胀。
此外，根据本实施例，初始模制部分703a就带来维持适合的气密性并避免了湿气和腐蚀效果，初始模制部分703a由用于包围G传感器702的树脂材料制造。
本发明不限于上述第五实施例，因此在不脱离本发明的实质范围内可以进行各种修改。
例如，根据本发明的上述第五实施例，碰撞检测传感器器件用于检测加速度或振动。然而，本实施例的传感器器件可以例如用于检测角加速度的转滚传感器、滚速传感器、偏转速度传感器等。简而言之，本发明应用于传感器器件，该传感器器件包括根据传感部分和安装该电子传感器的外壳的物理位移而输出电信号的电子传感器。
此外，用于形成初始模制部分703a和二次模制部分703b的树脂材料不限于上述材料。简而言之，形成初始模制部分703a的第一树脂材料应当具有衰减高频振动的能力，并且形成二次模制部分703b的第二树脂材料应当比第一树脂材料更硬。
如上所述，根据本实施例的上述传感器器件，在安装根据它的传感部分的物理位移而输出电信号的电子传感器的情况下，通过用能够衰减高频振动的第一树脂材料的初始模制来形成电子传感器的包围体，由此确保衰减通常引起谐振的高频振动。因此，传感器器件就可以精确地检测碰撞、振动、角加速度等，而不受谐振的负面影响。而且，通过用比第一树脂材料更加坚硬的第二树脂材料的二次模制来形成初始模制部分的包围体。强度优良。即使在位于车辆体的前部处的发动机室中或在碰撞区(例如，破坏区)例如位于车辆体的侧面部分的支柱中设置传感器器件时，也能够防止外壳在外部碰撞情况下被损坏。而且，完成初始模制和二次模制的同时，完成传感器器件的装配。换句话说，就可以省略常规所需的用于将电子传感器安装到外壳之中的后装配工艺。就可以减少制造的人工。传感器器件就可以由最少数量的必须元件构成。就可以大大降低制造成本。
第六实施例此后，将参照附图解释使用本发明的传感器器件的碰撞检测传感器器件的另一个优选实施例。
将参照图30解释根据本发明第六实施例的碰撞检测传感器器件(此后，称为传感器器件)801。传感器器件801主要由G传感器802和外壳803组成，并安装在车辆主体等的前部，以检测碰撞并将碰撞检测信号输出到气囊控制装置。
虽然未示出，G传感器802包括传感部分(即，检测部分)，并且当进入加速度(此后，简单地称为“G”)时，设置G传感器802以便产生表示传感部分的物理位移(移位，变形等)的电信号。尽管期望的是G传感器802能检测输入G的整个范围，但如图2中所示，G传感器802实际检测范围限定为预定动态范围(即，可检测的输入G的范围)。当提供超过该动态范围的输入加速度时，G传感器802就不能精确地检测该加速度。而且，G传感器802具有根据它的结构特征决定的固有谐振点(其还称为谐振频率)。因此，当输入加速度包括对应于G传感器802的谐振点的频率成分时，G传感器802的检测部分就会产生超过G传感器802的动态范围的较大移动。此时，G传感器802就不能进行精确检测。例如，G传感器802为梳-齿(comb-teeth)型G传感器，就设置G传感器802以便根据传感部分的位移量来检测加速度。而且，本实施例的G传感器802包括集成为一个封装的通讯电路和电源电路。
外壳803是由含有能够衰减高频振动的振动衰减材料803b的树脂材料803a组成，以至与G传感器802整体模制。更具体地，通过整体模制G传感器802、连接器端子804、圆柱金属衬套806形成传感器801，连接器端子804将G传感器802连接到外部器件，并且在圆柱金属衬套806中插入螺栓以便将外壳803固定到车辆主体，树脂材料803a含有振动衰减材料803b。因此，就可以省略传统所需的用于将G传感器内置入外壳的后装配工艺。减少了制造人工成本。传感器器件801就可以由最少数量的必须元件组成。就可以大大降低制造成本。
考虑到用于形成外壳803的树脂材料803a，例如，优选采用PBT(聚丁烯三邻苯二甲酸酯)树脂、尼龙树脂等。考虑到振动衰减材料803a，优选采用具有优良弹性的热固弹性体。
连接器端子804通过导体(未示出)电连接到气囊控制装置(未示出)，以致将G传感器802的输出信号提供到气囊控制装置。气囊控制装置根据G传感器802的输出信号来控制气囊(未示出)的膨胀。
传感器器件801通过紧固螺栓来固定到车辆主体，该螺栓被插入到与外壳803整体模制的金属衬套806中。
接着，将参照附图解释具有上述设置的传感器器件801中的用于检测碰撞的各个部分功能。
在车辆碰撞等情况下，进入传感器器件801的振动包括各种频率成分的范围。频率成分粗分为两组如图3中所示，即，对于车辆碰撞判定所必须(主要处于低频频带，例如频率成分小于1kHz)的频率成分组，以及对于碰撞判定(主要处于高频频带，例如频率成分等于或高于1kHz)并不必须的频率成分组。而且，G传感器802(更具体地，传感部分)具有属于高频频带的谐振点。外壳803具有谐振点，该谐振点设置为不同于G传感器802的谐振点的频率水平(根据图3中所示的实施例，外壳803的谐振点小于G传感器802的谐振点)。用于碰撞判定的频带绝对要求在外壳的振动传输中不存在谐振/衰减。另一方面，在G传感器开始谐振频率水平或超过该频率水平下，绝对要求进入G传感器802中的加速度是充分衰减的，以至不会在低频率一侧对G传感器802的检测产生负面影响。而且，当外壳的谐振点设置为低于G传感器的谐振点时，即使在更加接近外壳的谐振点的频带下，外壳产生谐振也没有问题。
接着，将参照图4至6A-6D解释从输入碰撞G振动开始和由传感器信号输出而结束的顺次流程。如图6A中所示，碰撞G振动包括其上添加或叠加的低频振动(由粗线表示)和高频振动(由细线表示)。如图31中所示，当传感器器件801接收通过车辆主体传送的振动时，在树脂材料803a中含有的、并具有振动衰减效应的振动衰减材料803b衰减了包含G传感器802的谐振点的高频振动。换句话说，谐振峰值降低。因此，如图6B中所示，传输到G传感器802的振动基本上只限制为用于碰撞判定所必须的低频振动。如图6C中所示，传输到G传感器802的低频振动处于动态范围之中。因此，G传感器802就可以产生正确的G检测信号。因此，气囊控制装置就能够根据正确的G检测信号来精确判断碰撞条件并能够适当地控制气囊的膨胀。
此外，根据本实施例，包含包围G传感器802的振动衰减材料803b的树脂材料803a带来维持适合的气密性并消除湿气和腐蚀的效果。
本发明不限于上述第六种实施例，因此在不脱离本发明的实质范围内可以进行各种修改。
例如，根据本发明的上述第六种实施例，碰撞检测传感器器件用于检测加速度或振动。然而，本实施例的传感器器件可以例如用于检测角加速度的转滚传感器、滚速传感器、偏转速度传感器等。简而言之，本发明应用于传感器器件，该传感器器件包括根据传感部分和安装该电子传感器的外壳的物理位移而输出电信号的电子传感器。
如上所述，根据本实施例的传感器器件，电子传感器根据它的传感部分的物理位移而输出电信号，并且安装电子器件的外壳由含有振动衰减材料的树脂材料制造，由此就确保衰减通常引起谐振的高频振动。因此，传感器器件就可以精确地检测碰撞、振动、角加速度等，而不受谐振的负面影响。
第七实施例此后，将参照附图解释使用本发明的传感器器件的碰撞检测传感器器件的另一个优选实施例。
将参照图32解释根据本发明第七实施例的碰撞检测传感器器件(此后，称为传感器器件)901。传感器器件901主要由G传感器902和外壳903组成，并安装在车辆主体等的前部，以检测碰撞并将碰撞检测信号输出到气囊控制装置。
虽然未示出，G传感器902包括传感部分(即，检测部分)，并且当进入加速度(此后，简单地称为“G”)时，设置G传感器902以便产生表示传感部分的物理位移(移位，变形等)的电信号。尽管期望的是G传感器902能检测输入G的整个范围，但如图2中所示，G传感器902实际检测范围限定为预定动态范围(即，可检测的输入G的范围)。当提供超过该动态范围的输入加速度时，G传感器902就不能精确地检测该加速度。而且，G传感器902具有根据它的结构特征决定的固有谐振点(其还称为谐振频率)。因此，当输入加速度包括对应于G传感器902的谐振点的频率成分时，G传感器902的检测部分就会产生超过G传感器902的动态范围的较大移动。此时，G传感器902就不能进行精确检测。例如，G传感器902为梳-齿(comb-teeth)型G传感器，设置G传感器902以便根据传感部分的位移量来检测加速度。而且，本实施例的G传感器902包括集成为一个封装的通讯电路和电源电路。
外壳903是其中安装G传感器902的树脂模制产品。例如，外壳903由PBT(聚丁烯三邻苯二甲酸酯)树脂、尼龙树脂等制造。外壳903具有朝向外壳903的下表面侧开口的G传感器室903a。连接器端子904和圆柱形金属衬套906嵌入外壳903中。G传感器902通过连接器端子904电连接到外部。螺栓插入到金属衬套906以便将外壳903固定到车辆主体。在G传感器室903a之中暴露部分连接器端子904。G传感器902位于G传感器室903a之中并通过用于提供电连接的焊接等被固定到连接器端子904。
连接器端子904通过导体(未示出)电连接到气囊控制装置(未示出)，以致将G传感器902的输出信号提供到气囊控制装置。气囊控制装置根据G传感器902的输出信号来控制气囊(未示出)的膨胀。
此外，动态阻尼器连接(bonded)到G传感器902的相对表面，连接器端子904不电连接并且不固定。动态阻尼器905调谐到G传感器的传感部分的谐振点。因此，当包含G传感器的谐振点的高频振动通过外壳903传输时，动态阻尼器905自身就产生谐振以便确保衰减高频振动。因此，G传感器902就能够检测碰撞和振动，而不受谐振的负面影响。实际上，动态阻尼器905可以由板型或片型弹性部件构成。例如，可以采用橡胶板、弹簧片等。而且，通过适当调整硬度、包括橡胶板等的介质损耗系数、形状、尺寸等的物理参数，就能够将动态阻尼器905调谐为G传感器902的传感部分。
通过紧固螺栓将传感器器件901固定到车辆主体，螺栓插入与外壳903整体模制的金属衬垫906。
接着，将参照附图解释具有上述设置的传感器器件901中的用于检测碰撞的各个部分功能。
在车辆碰撞等情况下，进入传感器器件901的振动包括各种频率范围。频率成分粗分为两组如图3中所示，即，对于车辆碰撞判定(主要处于低频频带，例如频率成分小于1kHz)所必须的频率成分组，以及对于碰撞判定(主要处于高频频带，例如频率成分等于或高于1kHz)并不必须的频率成分组。而且，G传感器902(更具体地，传感部分)具有属于高频频带的谐振点。外壳903具有谐振点，该谐振点设置为不同于G传感器902的谐振点的频率水平(根据图3中所示的实施例，外壳903的谐振点小于G传感器902的谐振点)。用于碰撞判定的频带绝对要求在外壳的振动传输中不存在谐振/衰减。另一方面，在G传感器开始谐振的频率水平或超过该频率水平下，绝对要求进入G传感器902中的加速度是充分衰减的，以至不会在低频率一侧对G传感器902的检测产生负面影响。而且，当外壳的谐振点设置为低于G传感器的谐振点时，即使在更加接近外壳的谐振点的频带下，外壳产生谐振也没有问题。
接着，将参照图4至6A-6D解释从输入碰撞G振动开始和由传感器信号输出而结束的顺次流程。如图6A中所示，碰撞G振动包括其上添加或叠加的低频振动(由粗线表示)和高频振动(由细线表示)。如图33中所示，当传感器器件901接收通过车辆主体传送的振动时，具有振动衰减效应的动态阻尼器905衰减了包含G传感器902的谐振点的高频振动。换句话说，谐振峰值降低。因此，如图6B中所示，传输到G传感器902的振动基本上只限制为用于碰撞判定所必须的低频振动。如图6C中所示，传输到G传感器902的低频振动处于动态范围之中。因此，G传感器902就可以产生正确的G检测信号。因此，气囊控制装置就能够根据正确的G检测信号来精确判断碰撞条件并能够适当地控制气囊的膨胀。
此外，本实施例可以表示为图34中所示的模型，该模型包括动态阻尼器质量m0，动态阻尼器弹性系数k0，动态阻尼器衰减因子c0，G传感器质量M以及G传感器内置在外壳中的条件下的弹性系数K和衰减因子C。
本发明不限于上述第七实施例，因此在不脱离本发明的实质范围内可以进行各种修改。
例如，根据本发明的上述第七实施例，碰撞检测传感器器件用于检测加速度或振动。然而，本实施例的传感器器件可以例如用于检测角加速度的转滚传感器、滚速传感器、偏转速度传感器等。简而言之，本发明应用于传感器器件，该传感器器件包括根据传感部分和安装该电子传感器的外壳的物理位移而输出电信号的电子传感器。
虽然上述实施例公开了由橡胶板或弹簧片构成的动态阻尼器905，但是动态阻尼器的材料和形状不限于这些部件。简而言之，本发明的动态阻尼器应当由具有作为动态阻尼器(例如，弹性部件)能力的任何部件制造，该动态阻尼器可调谐到G传感器的谐振点并且连接到G传感器902。
如上所述，根据本实施例的传感器器件，电子传感器根据它的传感部分的物理位移而输出电信号，并且电子传感器安装在外壳中。可调谐到传感部分的谐振点的动态阻尼器连接到电子传感器。因此，就能够确保衰减通常引起谐振的高频振动。传感器器件就可以精确地检测碰撞、振动、角加速度等，而不受谐振的负面影响。
权利要求
1.一种传感器器件，包括用于根据传感部分的物理位移而输出电信号的电子传感器(2)，以及其中安装所说的电子传感器的外壳(3)，其特征在于在所说的电子传感器(2)的至少一部分和所说的外壳(3)之间设置用于衰减高频振动的振动衰减部件(5；55；75)。
2.根据权利要求1的传感器器件，其中所说的振动衰减部件是封装材料(5)，并且由所说的封装材料(5)包围所说的电子传感器(2)。
3.根据权利要求1的传感器器件，其中所说的振动衰减部件是与所说的电子传感器集成在一起的板型或片型防振动材料(55)或模制的防振动材料，并且所说的电子传感器(2)通过所说的防振动材料(55)固定到所说的外壳(3)。
4.根据权利要求1或权利要求2的传感器器件，其中所说的振动衰减部件是具有弹性的引线部件(75)，其至少一部分连接到所说的电子传感器(2)并且至少它的其它部分固定到所说的外壳(3)，并且设置所说的引线部件(75)和所说的电子传感器(2)以至共同构成由所说的引线部件的弹性和所说的电子传感器的质量组成的弹性-质量系统、用于衰减高频振动。
5.根据权利要求4的传感器器件，其中所说的引线部件与所说的外壳一体模制。
6.根据权利要求1-5中的任一项的传感器器件，其中所说的电子传感器(2)包括作为一个封装集成在一起的检测部分，通讯部分和电源电路，并且所说的电子传感器直接连接到所说的外壳(3)。
7.根据权利要求1-5中的任一项的传感器器件，其中所说的电子传感器安装在衬底(69)上，并且所说的衬底连接到所说的外壳(3)。
8.根据权利要求1-7中的任一项的传感器器件，其中设定包含硬度和介质损耗系数以及所说的振动衰减部件(5；55；75)的尺寸和形状的物理特性，以至提高用于衰减包含所说的电子传感器(2)的谐振点的高频振动的特性。
9.一种用于安装电子元件的电子元件安装陶瓷封装外壳，其特征在于，在陶瓷封装外壳(501)的主体(502)上设置能够后熔接的金属电极(505)。
10.根据权利要求9的电子元件安装陶瓷封装外壳，其中所说的金属电极(505)铜焊到所说的陶瓷封装外壳(501)的主体(502)。
11.一种传感器器件，包括用于根据传感部分的物理位移而输出电信号的电子传感器(702)和其中安装所说的电子传感器的外壳(703)，其特征在于，所说的外壳(703)包括通过初始模制形成的初始模制部分(703a)，以至用能够衰减高频振动的第一树脂材料包围所说的电子传感器；以及通过二次模制形成的第二模制部分(703b)，以至用比所说的第一树脂材料更坚硬的第二树脂材料包围所说的初始模制部分。
12.根据权利要求11的传感器器件，其中所说的第一树脂材料是液态硅胶。
13.一种传感器器件，包括用于根据传感部分的物理位移而输出电信号的电子传感器(802)和其中安装所说的电子传感器的外壳(803)，其特征在于，所说的外壳(803)由含有能够衰减高频振动的振动衰减材料(803b)的树脂材料(803a)制造。
14.根据权利要求13的传感器器件，其中所说的电子传感器(802)与含有振动衰减材料(803b)的树脂材料(803a)一体模制。
15.根据权利要求13或权利要求14的传感器器件，其中所说的振动衰减材料(803b)是热塑弹性体。
16.一种传感器器件，包括用于根据传感部分的物理位移而输出电信号的电子传感器(902)和其中安装所说的电子传感器的外壳(903)，其特征在于，动态阻尼器(905)连接到所说的电子传感器(902)，并且将所说的动态阻尼器调谐到所说的传感部分的谐振点。
17.根据权利要求16的传感器器件，其中所说的动态阻尼器(905)由板型或片型弹性部件制造。
全文摘要
一种传感器器件(1)，包括根据它的传感部分的物理位移来产生电信号的G传感器(2)，以及安装该G传感器(2)的外壳(3)。用封装材料(5)密封外壳室(3a)，以致用封装材料覆盖G传感器(2)。封装材料(5)具有确保衰减通常导致谐振的高频振动的作用。因此，G传感器(2)能够精确地检测出碰撞和振动，而不会受谐振的负面影响。
文档编号G01H1/00GK1519545SQ20041000743
公开日2004年8月11日 申请日期2004年2月3日 优先权日2003年2月3日
发明者大西纯 申请人:株式会社电装
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
