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Die Erfindung betrifft einen Beschleunigungssensor,
und spezieller betrifft sie eine Steuervorrichtung für einen
Kraftfahrzeug-Airbag unter Verwendung eines Beschleunigungssensors.
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Ein bekannter Beschleunigungssensor
wird dadurch hergestellt, dass Glas oder Silicium aufgeschichtet
wird, wie es in JP-A-3-134570 beschrieben ist.
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Das Dokument JP-B-4-55267 (entsprechend dem
US-Patent Nr. US-A-4679434) offenbart einen Beschleunigungssensor
mit einem flachen Träger, auf
dem ein Beschleunigungsdetektionselement und eine elektronische
Schaltung zum Erfassen einer Änderung
der elektrostatischen Kapazität
des Beschleunigungsdetektionselements montiert sind. Der Träger ist
in einem Metallgehäuse
untergebracht. Der Beschleunigungssensor wird durch Schrauben, die durch
in Metallflanschen im Gehäuse
ausgebildete Montagelöcher
einzuführen
sind, an seinem Ort befestigt.
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Die durch den Beschleunigungssensor
zu erfassende Beschleunigungsrichtung verläuft rechtwinklig zur Montagefläche des
Beschleunigungssensors. Ferner macht die Verwendung des Metallgehäuses den
Beschleunigungssensor schwer. Diese Konstruktion führt zu verschiedenen
Einschränkungen
betreffend die Montage des Beschleunigungssensors in einem System
unter Verwendung desselben.
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Bei einem Airbagsystem wird z. B.
die Steuereinheit desselben im Allgemeinen in einer horizontalen
Richtung eines Fahrzeugs montiert, wohingegen die Richtung der durch
den Beschleunigungssensor zu erfassenden Beschleunigung mit der Längsrichtung
des Fahrzeugs übereinstimmt.
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Demgemäß ist es bei einer derartigen
Anordnung aufgrund der Tatsache, dass die Richtung der durch den
Beschleunigungssensor zu erfassenden Beschleunigung rechtwinklig
zur Montagefläche
des Beschleunigungssensors verläuft,
erforderlich, den Sensor rechtwinklig zur Längsrichtung des Fahrzeugs zu
montieren. Dies erfordert komplizierte mechanische Anordnungen zum
Montieren des Sensors.
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Darüber hinaus neigt der Sensor
wegen seines relativ großen
Eigengewichts zu mechanischer Resonanz (was einen Fehler bei der
Erfassung der Beschleunigung verursacht).
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JP-A-5-340963 offenbart einen Beschleunigungssensor,
bei dem das Beschleunigungsdetektionselement ebenfalls auf einer
Grundplatte in solcher Weise montiert ist, dass die Richtung der
zu erfassenden Beschleunigung rechtwinklig zur Grundplatte verläuft. Die
Grundplatte selbst ist jedoch rechtwinklig zum Metallträger des
Gehäuses
des Beschleunigungssensors montiert, so dass die Richtung der durch
den Sensor zu erfassenden Beschleunigung parallel zur Montagefläche des
Sensors verläuft.
Jedoch führt
diese Konstruktion immer noch zu einer komplizierten und voluminösen Vorrichtung.
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EP-B-0369352 offenbart einen Beschleunigungsmesser
vom Kapazitätstyp
mit drei parallelen Siliciumplatten, deren Zentrale einen beweglichen Elektrodenteil
enthält.
Die Platten sind in allen Gebieten zwischen ihnen mit Ausnahme derjenigen
benachbart zur beweglichen Elektrode unter Verwendung thermischer
Oxidfilme gegeneinander isoliert. Es existiert keine Erörterung
eines Verfahrens zum Montieren des Beschleunigungsmessers.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung,
einen Beschleunigungssensor zu schaffen, der einige der obigen Nachteile
lindert.
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Gemäß einer ersten Erscheinungsform
der Erfindung ist ein Beschleunigungssensor mit Folgendem geschaffen:
einem
Beschleunigungsdetektionselement (102, 1103, 1601, 1602, 1603);
einer
Signalverarbeitungsvorrichtung (103), die so ausgebildet
ist, dass sie eine elektrische Informationsausgabe des Elements
in ein elektrisches Signal, das der durch das Element detektierten
Beschleunigung entspricht, konvertiert;
einer Umgebevorrichtung,
die aus einer Abdeckung (101, 1102) und einem
Träger
(109, 1101) aufgebaut ist und das Beschleunigungsdetektionselement
und die Signalverarbeitungsvorrichtung umgibt, wobei das Beschleunigungsdetektionselement
und die Signalverarbeitungsvorrichtung auf dem Träger befestigt sind;
mit
einem auf dem Träger
angeordneten Lötfleck
(104, 106, 1105, 1107), der
elektrisch mit der Signalverarbeitungsvorrichtung verbunden ist;
wobei
die Umgebevorrichtung mit dem Lötfleck
auf einer Leiterplatte (108) befestigt ist, der mit der
Leiterplatte durch Lot (105, 107, 1106, 1108)
in Verbindung steht und dadurch fixiert und elektrisch mit der Leiterplatte
verbunden ist, und wobei die Leiterplatte so angeordnet ist, dass
eine Messrichtung im Wesentlichen parallel zu der Leiterplatte verläuft, und
die Signalverarbeitungsvorrichtung (103) mit der Leiterplatte über den
Lötfleck 8104, 106, 1105, 1107)
in elektrischer Verbindung steht.
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Demgemäß ist das Beschleunigungsdetektionselement
dieses Beschleunigungssensors so angeordnet, dass die Richtung der
durch den Beschleunigungssensor zu erfassenden Beschleunigung parallel
zu einer Montagefläche
des Beschleunigungssen sors verläuft.
Demgemäß verläuft die
Richtung der Beschleunigung, wie sie durch den an der Montagefläche montierten
Beschleunigungssensor zu messen ist, parallel zur Fläche, wodurch
die Montage des Beschleunigungssensors vereinfacht ist.
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Ferner kann das Beschleunigungsdetektionselement
durch die Montagefläche
oder einen Träger,
auf dem es montiert ist, und eine auf dem Träger montierte Abdeckung, die
das Beschleunigungsdetektionselement umgeben, luftdicht abgedichtet
werden, wobei das Gewicht des Beschleunigungssensors ohne Verwendung
eines Metallgehäuses
verringert wird. Demgemäß tritt
selbst dann, wenn der Beschleunigungssensor an einer gedruckten
Leiterplatte mit geringer mechanischer Stabilität befestigt wird, keine oder
wenig Resonanz des Beschleunigungssensors auf.
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Das Element kann über eine bewegliche Elektrode
verfügen,
die zwischen einem Paar festliegender Elektroden angebracht ist.
Vorzugsweise verfügt
das Element über
mindestens eine Stirnfläche, die
im Wesentlichen parallel zur durch die Bewegung der beweglichen
Elektrode erfassbaren Beschleunigungsrichtung verläuft, wobei
das Element auf solche Weise an der Basis montiert ist, dass das
Ende oder die Stirnfläche
auf der Basis liegt. Die Stirnfläche
kann durch z. B. ein Befestigungsmittel wie einen Kleber von der
Basis getrennt sein.
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Vorzugsweise wird die bewegliche
Elektrode durch einen flexiblen Trägerstab gehalten, der sich ausgehend
von ihr zum anderen der entgegengesetzten Enden erstreckt.
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Durch Positionieren des Endes des
Trägerstabs
der beweglichen Elektrode entfernt von der Basis werden Schwingungseffekte
auf das Beschleunigungsdetektionselement verringert.
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Vorzugsweise verfügt das Element über ein Paar
Stirnflächen,
die jeweils im Wesentlichen parallel zur durch die Bewegung der
beweglichen Elektrode erfassbaren Beschleunigungsrichtung verlaufen. Eine
erste Stirnfläche
des Paars von Stirnflächen liegt
am weitesten vom Trägerstab
entfernt, und das Element ist so an der Basis montiert, dass die
erste Stirnfläche
auf der Basis liegt.
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Vorzugsweise verfügt das Beschleunigungsdetektionselement über mindestens
ein elektrisches Verbindungsendstück oder elektrischen Verbindungsanschluss,
der am anderen der entgegengesetzten Enden liegt.
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Vorzugweise befindet sich der mindestens eine
elektrische Verbindungsanschluss für elektrische Verbindung mit
dem Beschleunigungsdetektionselement in einem Endbereich desselben,
das entfernt vom Ende oder der Stirnfläche liegt, die sich auf der
Basis befindet. Vorzugsweise verfügt der Sensor über mindestens
einen ersten und einen zweiten elektrischen Verbindungsanschluss
für elektrische Verbindung
zur beweglichen Elektrode bzw. zur festliegenden Elektrode sowie
möglicherweise
einen dritten elektrischen Verbindungsanschluss für Verbindung
mit einer zweiten festliegenden Elektrode.
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Die obigen Ausgestaltungen sorgen
für relativ
einfachen Zugriff zu den Anschlüssen,
und sie erlauben ein einfacheres Anschließen von z. B. Leitungen an
diese.
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Das Beschleunigungsdetektionselement kann
durch elastomeren Kleber, wie Siliconkautschuk, an der Basis befestigt
werden. Dies sorgt für eine
relativ sichere Befestigung, während
auch für eine
gewisse Isolation des Beschleunigungsdetektionselements gegenüber externen
Schwingungen gesorgt ist.
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Vorzugsweise ist die Basis eine Keramikbasis,
wie eine Keramikplatte, und der Sensor verfügt ferner über eine an dieser angebrachte
Signalverarbeitungseinrichtung, die durch elektrische Anschlussmaßnahmen
mit dem Beschleunigungsdetektionselement verbunden ist, wobei die
Signalverarbeitungseinrichtung so ausgebildet ist, dass sie ein elektrisches
Informationsausgangssignal des Elements in ein elektrisches Signal
wandelt, das mit der durch das Element erfassten Beschleunigung
in Zusammenhang steht.
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Vorteilhafterweise verfügt die Keramikbasis in
ihrem Inneren oder an ihrem Äußeren über die elektrischen
Anschlussmittel. Anders gesagt, kann die Keramikbasis auch eine
Leiterplatte mit Bahnen oder anderen darin oder darauf liegenden
Schaltungselementen sein. Vorzugsweise verbinden die elektrischen
Verbindungsmittel die Signalverarbeitungseinrichtung mit der beweglichen
und der festen Elektrode.
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Vorzugsweise verfügt das Element über mindestens
einen ersten und einen zweiten elektrischen Verbindungsanschluss
für elektrische
Verbindung zur beweglichen bzw. zur festliegenden Elektrode, und die
Anschlüsse
sind unter Verwendung von Lot direkt mit den elektrischen Anschlussmitteln
auf der Basis verbunden.
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Gemäß einer zweiten Erscheinungsform
ist durch die Erfindung eine elektrische Vorrichtung mit einem Beschleunigungssensor,
wie er oben beschrieben ist, mit Montage auf einer Leiterplatte
unter Verwendung eines Lötflecks
geschaffen, wobei der Lötfleck
auch für
elektrische Verbindung zwischen der Leiterplatte und dem Beschleunigungssensor sorgen
kann.
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Auf diese Weise kann für eine kompaktere Baugruppe
für den
in der elektrischen Vorrichtung vorhandenen Beschleunigungssensor
gesorgt werden. Eine derartige Baugruppe kann z. B. ein leiterbahnfreier
Chipträger
sein.
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Der Beschleunigungssensor kann auf
solche Weise an der Leiterplatte montiert werden, dass die Basis
(z. B. eine Grundplatte) im Wesentlichen rechtwinklig zu ihr verläuft. Auf
diese Weise kann die Richtung der Beschleunigungserfassung entweder
parallel oder rechtwinklig zur Leiterplatte, je nach Bedarf, gewählt werden.
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Bei einer Ausführungsform verfügt die bewegliche
Elektrode über
eine erste Halbleiterschicht, die zwischen einer ersten und einer
zweiten Isolierschicht angebracht ist, wobei ein Paar der festliegenden
Elektroden jeweils auf Flächen
der ersten und der zweiten Isolierschicht benachbart zur beweglichen
Elektrode vorhanden ist. Der Beschleunigungssensor verfügt ferner über eine
zweite und eine dritte Halbleiterschicht, die jeweils auf einer
Fläche
der ersten und der zweiten Isolierschicht entfernt von der beweglichen
Elektrode angebracht sind, wobei jede der festliegenden Elektroden
mit einer anderen der zweiten und der dritten Halbleiterschicht
verbunden ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform
ist durch die Erfindung ein Beschleunigungssensor mit einem auf
einer Keramikbasis montierten Beschleunigungsdetektionselement und
mit einer Signalverarbeitungseinrichtung geschaffen, die auf der
Basis montiert ist und elektrisch durch elektrische Verbindungsmittel
mit dem Beschleunigungsdetektionselement verbunden ist. Die Basis
verfügt über elektrische
Bahnen, die Teil der elektrischen Verbindungsmittel sind, und die
Signalverarbeitungseinrichtung ist so ausgebildet, dass sie die
vom Element ausgegebene elektrische Information in ein elektrisches
Signal wandelt, das mit der durch das Element erfassten Beschleunigung
in Beziehung steht.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist eine elektrische Vorrichtung mit einer Leiterplatte
und einem auf dieser montierten Beschleunigungssensor geschaffen.
Der Beschleunigungssensor verfügt über ein
auf einem Keramikträger
montiertes Beschleunigungsdetektionselement sowie eine Signalverarbeitungseinrichtung,
die auf dem Keramikträger
montiert ist und durch elektrische Verbindungsmittel elektrisch
mit dem Beschleunigungsdetektionselement verbunden ist.
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Die Signalverarbeitungseinrichtung
ist so ausgebildet, dass sie vom Beschleunigungsdetektionselement
ausgegebene elektrische Information in ein elektrisches Signal wandelt,
das mit der durch das Beschleunigungsdetektionselement erfassten Beschleunigung
in Beziehung steht.
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Der Keramikträger verfügt über einen auf ihm angebrachten
Lötfleck.
Der Lötfleck
ist elektrisch sowohl mit der Signalverarbeitungseinrichtung als
auch der Leiterplatte verbunden, und die elektrische Verbindung
zur Leiterplatte erfolgt durch direkten Kontakt des Lötflecks
mit ihr.
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Die Erfindung ist bei Sensoren mit
Beschleunigungselementen verschiedener abweichender Typen anwendbar,
wie vom Dehnungsmesstyp und vom piezoelektrischen Typ, jedoch ist
sie insbesondere bei solchen vom kapazitiven Typ anwendbar.
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Gemäß einer dritten Erscheinungsform
ist durch die Erfindung ein Steuersystem für einen Kraftfahrzeug-Airbag
mit einem Beschleunigungssensor oder einer elektrischen Vorrichtung
gemäß einem
der obigen Gesichtspunkte geschaffen.
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Nun werden Ausführungsformen der Erfindung
durch nicht beschränkende
Beispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
In den Zeichnungen ist Folgendes dargestellt:
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1 ist
eine allgemeine Schnittansicht eines Beschleunigungssensors gemäß einer
ersten bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung.
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2 ist
eine detailliertere Schnittansicht eines Beschleunigungsdetektionselements
im Beschleunigungssensor der 1.
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3 ist
eine Schnittansicht, die eine erste Montagekonstruktion des Beschleunigungsdetektionselements
der 2 zeigt.
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4 ist
eine Schnittansicht, die eine modifizierte Montagekonstruktion des
Beschleunigungsdetektionselements der 2 zeigt.
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5 ist
eine Schnittansicht, die eine andere Form des Beschleunigungsdetektionselements
und seiner Montagekonstruktion zeigt, wie sie beim Sensor der 1 verwendet werden kann.
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6 ist
eine Schnittansicht, die eine andere Konfiguration und Montagekonstruktion
des Beschleunigungsdetektionselements der 5 zeigt.
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7 ist
eine Schnittansicht, die eine andere Montagekonstruktion des Beschleunigungsdetektionselements
der 2 zeigt.
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8 ist
eine Schnittansicht, die noch eine andere Montagekonstruktion des
Beschleunigungsdetektionselements der 2 zeigt.
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9 ist
eine Schnittansicht eines Beschleunigungssensors gemäß einer
zweiten bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung.
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10 ist
eine perspektivische Ansicht eines Dreiachsen-Beschleunigungssensors mit einer Ausführungsform
der Erfindung.
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11 ist
eine Schnittansicht einer Steuereinheit eines Airbagsystems unter
Verwendung eines Beschleunigungssensors gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung.
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12 ist
ein Blockdiagramm eines Airbag-Steuersystems.
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Nun wird ein Beschleunigungssensor
gemäß einer
ersten bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung unter Bezugnahme auf die 1 beschrieben. Die 1 ist eine allgemeine schematische Schnittansicht
des Beschleunigungssensors gemäß der ersten
bevorzugten Ausführungsform.
Dieser Beschleunigungssensor verfügt über einen Keramikträger oder
eine Grundplatte 109, ein auf dem Keramikträger 109 montiertes
Beschleunigungsdetektionselement 102 zum Erfassen einer
Beschleunigung mit einer Richtung parallel zum Keramikträger 109 (als Richtung
eines Pfeils A dargestellt), eine elektronische Schaltung 103 (oder
eine Signalverarbeitungseinrichtung), die auf dem Keramikträger 109 montiert ist,
um vom Beschleunigungsdetektionselement 102 ausgegebene
Information in ein der Beschleunigung entsprechendes elektrisches
Signal zu wandeln, und eine Keramikabdeckung 101, die mit
dem Keramikträger 109 verbunden
ist, um dadurch das Beschleunigungsdetektionselement 102 und
die elektronische Schaltung 103 luftdicht einzuschließen.
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Das Beschleunigungsdetektionselement 102 verfügt über entgegengesetzte
Enden 110 und 111 in einer Richtung rechtwinklig
zur Messrichtung A. Bei dieser Ausführungsform sind beide Enden
Stirnflächen,
jedoch muss dies nicht der Fall sein. Das Beschleunigungsdetektionselement
ist an einem ersten Ende 110 der entgegengesetzten Enden
auf der Basis 109 montiert.
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Die Verdrahtung zwischen der elektronischen
Schaltung 103 und der Außenseite der Beschleunigungssensors
erfolgt durch auf den Keramikträger 109 aufgedruckte
Leitermuster (oder Kontaktflecke) 104 und 106.
Die Leitermuster 104 und 106 werden auch als Lötflecke
zum Befestigen des Keramikträgers 109 an
einer Leiterplatte 108 und zum Ausführen einer Verdrahtung zu dieser
verwendet.
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D. h., dass, wie es in der 1 dargestellt ist, Verlötungen 105 und 107 zwischen
dem Leitermuster 104 und der Leiterplatte 108 bzw.
zwischen dem Leitermuster 106 und der Leiterplatte 108 vorhanden
sind, um dadurch für
eine Befestigung des Keramikträgers 109 an
der Leiterplatte 108 und eine Verdrahtung zu dieser zu
sorgen.
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Die elektrische Verbindung zwischen
der Schaltung 103 und dem Sensor 102 und/oder
den Mustern 104, 106 kann durch Verdrahten oder
durch Bahnen erfolgen, die im oder am Träger 109 vorhanden
sind.
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Nun wird unter Bezugnahme auf die 2 ein Beschleunigungsdetektionselement
beschrieben, das dadurch hergestellt wurde, dass Glas oder Silicium
aufgeschichtet wurde. Die 2 zeigt
eine Schnittstruktur des Beschleunigungsdetektionselements, das
so ausgebildet ist, dass es die Beschleunigung in der Richtung des
Pfeils A erfasst. Das Beschleunigungsdetektionselement besteht aus
Glasschichten 204 und 208 sowie einer Siliciumschicht 206.
Die zentrale Siliciumschicht 206 ist mit einem Trägerstab 210 und
einer durch diesen gehaltenen beweglichen Elektrode 202 versehen,
die so ausgebildet ist, dass sie sich beschleunigungsabhängig bewegt.
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Die obere und die untere Glasschicht 204 und 208 sind
mit festliegenden Elektroden 201 bzw. 209 versehen,
die der beweglichen Elektrode 202 gegenüberstehen. Die festliegenden
Elektroden 201 und 209 sowie die bewegliche Elektrode 202 sind
mit Kontaktflecken 203, 207 bzw. 205 verbunden,
um für elektrische
Verbindung nach außen
zu sorgen.
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Demgemäß bewegt sich, wenn eine Beschleunigung
in der Stapelrichtung der Schichten 204, 206 und 208 auf
das Beschleunigungsdetektionselement einwirkt, die bewegliche Elektrode 202 in dieser
Richtung der zu erfassenden Beschleunigung. Im Ergebnis ändert sich
die elektrostatische Kapazität
oder die Kapazität
zwischen der beweglichen Elektrode und der festliegenden Elektrode 201,
und es ändert
sich auch die elektrostatische Kapazität zwischen der beweglichen
Elektrode 202 und der festliegenden Elektrode 109.
Demgemäß werden derartige Änderungen
der elektrostatischen Kapazität
erfasst, um dadurch ein der Beschleunigung entsprechendes Ausgangssignal
zu erhalten.
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Die Vorrichtung kann ferner über eine
einzelne festliegende Elektrode verfügen, wobei die elektrostatische
Kapazität
zwischen der festliegenden und der beweglichen Elektrode gemessen
wird.
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Nun wird unter Bezugnahme auf die 3 eine erste Montagekonstruktion
für ein
Beschleunigungsdetektionselement 102 gemäß der Erfindung beschrieben.
Das in der 3 dargestellte
Beschleunigungsdetektionselement 102 ist dasselbe wie das in
der 2 dargestellte.
Um für
Parallelität
und Haftfestigkeit des Beschleunigungsdetektionselements 102 beim
Befestigen desselben an einem Keramikträger 109 zu sor gen,
ist die Länge
desselben in seiner Schichtungsrichtung erhöht, um die Verbindungsfläche des
Beschleunigungsdetektionselements 102 zu vergrößern, die
mit dem Keramikträger 109 zu
verbinden ist.
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Die Verbindungsfläche des Beschleunigungsdetektionselements 102 wird
mittels eines elastomeren Klebers, z. B. Siliconkautschuk 504,
mit dem Keramikträger 109 verbunden.
Die Verbindungsfläche
des Beschleunigungsdetektionselements 102 wird so ausgewählt, dass
der Trägerstab 210 am
weitesten von ihr entfernt liegt, um dadurch jeglichen Einfluss
auf das Beschleunigungsdetektionselement 102 aufgrund mechanischer
Beanspruchungen zu verringern, wie sie vom Keramikträger 109 her
wirken. Die Verdrahtung vom Beschleunigungsdetektionselement 102 zum
Keramikträger 109 erfolgt
durch Drahtbonden von Golddrähten 501, 502 und 503 an
die Kontaktflecke 203, 205 bzw. 207.
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Nun wird unter Bezugnahme auf die 4 eine zweite Montagekonstruktion
eines erfindungsgemäßen Beschleunigungsdetektionselements
beschrieben. Die 4 ist
eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Beschleunigungssensors.
Dieser Beschleunigungssensor verfügt über einen Keramikträger 109,
ein auf diesem montiertes Beschleunigungsdetektionselement 102 zum
Erfassen einer Beschleunigung mit einer Richtung parallel zum Keramikträger 109,
eine auf dem Keramikträger 109 montierte
elektronische Schaltung 604 zum Wandeln von vom Beschleunigungsdetektionselement 102 ausgegebener
Information in ein der Beschleunigung entsprechendes elektrisches
Signal sowie eine Keramikabdeckung (nicht dargestellt), die mit
dem Keramikträger 109 verbunden
ist, um dadurch das Beschleunigungsdetektionselement 102 und
die elektronische Schaltung 604 luftdicht einzuschließen. Die
Verdrahtung zwischen der elektronischen Schaltung 604 und der
Außenseite
des Beschleunigungssensors erfolgt durch elektrische Verbin dungsmittel
wie ein Leitermuster (z. B. Bahnen), das auf den Keramikträger 109 aufgedruckt
ist. Ferner kann das Leitermuster über einen Golddraht durch Drahtbonden
mit der Keramikabdeckung verbunden sein.
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Nun wird unter Bezugnahme auf die 5 eine andere Form eines
erfindungsgemäßen Beschleunigungsdetektionselements
beschrieben. Zunächst
wird die in der 5 dargestellte
Struktur des Beschleunigungsdetektionselements beschrieben. Das
Beschleunigungsdetektionselement besteht aus Siliciumschichten 802, 805 und 808 sowie
Glasschichten 803 und 806. Die zentrale Siliciumschicht 805 ist
mit einer beweglichen Elektrode 810 versehen, die so ausgebildet
ist, dass sie sich abhängig von
der Beschleunigung bewegt, sowie einem Trägerstab 809 zum Halten
der beweglichen Elektrode 810. Die Glasschichten 803 und 806 sind
mit festliegenden Elektroden 811 bzw. 812 versehen,
die der beweglichen Elektrode 810 gegenüberstehen.
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Demgemäß bewegt sich, wenn eine Beschleunigung
in der Stapelrichtung der Schichten auf das Beschleunigungsdetektionselement
einwirkt, die bewegliche Elektrode 810 in dieser zu erfassenden Beschleunigungsrichtung.
Im Ergebnis ändern
sich die elektrostatische Kapazität zwischen der beweglichen
Elektrode 810 und der festliegenden Elektrode 811 sowie
diejenige zwischen der beweglichen Elektrode 810 und der
festliegenden Elektrode 812. Demgemäß werden derartige Änderungen
der elektrostatischen Kapazität
erfasst, um dadurch ein der Beschleunigung entsprechendes Ausgangssignal
zu erhalten.
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Die Verdrahtung von den festliegenden
Elektroden 811 und 812 zur Außenseite erfolgt durch die Siliciumschichten 802 und 809 sowie
durch auf diese vorhandene Kontaktflecke oder elektrische Verbindungsanschlüsse 801 und 807.
Die Verdrah tung von der beweglichen Elektrode 810 nach
außen
erfolgt durch einen auf der Siliciumschicht 805 vorhandenen Kontaktfleck 804.
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Das Beschleunigungsdetektionselement wird
durch direktes Auflöten
der Kontaktflecke auf den Keramikträger 109 unter Verwendung
von Lot 814, 815 und 816 an diesem befestigt.
So wird der Keramikträger
auch als Leiterplatte verwendet.
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Ferner ist die Länge des Beschleunigungsdetektionselements
in seiner Schichtungsrichtung erhöht, um dadurch die Verbindungsfläche zu vergrößern und
demgemäß die Verbindungsfestigkeit
des Beschleunigungsdetektionselements am Keramikträger 109 zu
erhöhen.
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Außerdem ist die Verbindungsfläche des
Beschleunigungsdetektionselements so ausgewählt, dass der Trägerstab 809 am
weitesten von ihr entfernt liegt, um dadurch den Einfluss mechanischer Beanspruchungen
zu verringern, wie sie vom Keramikträger 109 auf das Beschleunigungsdetektionselement
einwirken.
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Die 6 zeigt
eine Montagekonstruktion für ein
Beschleunigungsdetektionselement, die der in der 5 dargestellten ähnlich ist. Jedoch sind bei der
in der 6 veranschaulichten
Ausführungsform die
elektrischen Verbindungsanschlüsse 801, 804 und 807 auf
den Flächen
der Siliciumschichten 802, 805 und 808 auf
demjenigen Endbereich des Elements vorhanden, der entfernt von der
Keramikplatte 109 liegt. Das Beschleunigungsdetektionselement wird
unter Verwendung eines Siliconkautschukklebers 813 an der
Keramikplatte 109 befestigt, und eine Verdrahtung erfolgt,
was jedoch nicht dargestellt ist, durch Drahtbonden von Golddrähten an
die Kontaktflecke 801, 804 und 807 vom
Beschleunigungsdetektionselement zur Keramikplatte 109.
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Nun wird unter Bezugnahme auf die 7 eine fünfte Montagekonstruktion eines
erfindungsgemäßen Beschleunigungsdetektionselements 102 beschrieben.
Das in der 7 dargestellte
Beschleunigungsdetektionselement 102 ist dasselbe wie das
in der 2 dargestellte.
Das Beschleunigungsdetektionselement wird durch Siliconkautschuk 906 mit
einem Keramikträger 907 verbunden.
Leitermuster oder Kontaktflecke 904 und 908, die
auf dem Keramikträger 907 vorhanden
sind, werden durch Lötstellen 905 und 909 mit
dem Keramikträger 109 verbunden.
So wird das Beschleunigungsdetektionselement 102 am Keramikträger 109 befestigt.
Die Verdrahtung vom Beschleunigungsdetektionselement 102 zum
Keramikträger 109 erfolgt
durch Drahtbonden von Golddrähten 901, 902 und 903 von
Kontaktflecken 203, 205 und 207 zum Leitermuster 904 sowie durch
die Lötstelle 905 vom
Leitermuster 904 zum Keramikträger 109.
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Nun wird unter Bezugnahme auf die 8 eine sechste Montagekonstruktion
eines erfindungsgemäßen Beschleunigungsdetektionselements 102 beschrieben.
Das in der 8 dargestellte
Beschleunigungsdetektionselement 102 ist dasselbe wie das in
der 2 dargestellte.
Bei dieser Montagekonstruktion ist ein vertikales Element 1005 auf
einem Keramikträger 109 vorhanden,
und das Beschleunigungsdetektionselement 102 ist durch
Siliconkautschuk 1004 an das vertikale Element 1005 angeklebt. Golddrähte 1001, 1002 und 1003 sind
zwischen den Kontaktflecken 203, 205 und 207 sowie
dem vertikalen Element 1005 angeschlossen. Gemäß dieser Montagekonstruktion
verbessert das Anbringen des auf dem Keramikträger 109 stehenden
vertikalen Elements 1005 die vertikale Montagegenauigkeit
des Beschleunigungsdetektionselements 102.
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Nun wird ein Beschleunigungssensor
gemäß einer
zweiten bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung unter Bezugnahme auf die 9 beschrieben. Die 9 ist eine Schnittansicht des Beschleunigungssensors
gemäß der zweiten
bevorzugten Ausführungsform,
der so ausgebildet ist, dass er die Beschleunigung in der Richtung
des Pfeils A erfasst. Dieser Beschleunigungssensor verfügt über einen Keramikträger 1101,
ein auf diesem montiertes Beschleunigungsdetektionselement 1103 zum
Erfassen einer Beschleunigung mit einer Richtung rechtwinklig zum
Keramikträger 1101,
eine auf dem Keramikträger 1101 montierte
elektronische Schaltung 1104 zum Umwandeln von vom Beschleunigungsdetektionselement 1103 ausgegebener
Information in ein der Beschleunigung entsprechendes Signal sowie eine
Keramikabdeckung 1102, die mit dem Keramikträger 1101 verbunden
ist, um dadurch das Beschleunigungsdetektionselement 1103 und
die elektronische Schaltung 1104 luftdicht einzuschließen.
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Die elektrische Verbindung zwischen
der elektronischen Schaltung 1104 und dem Äußeren des
Beschleunigungssensors erfolgt durch ein Leitermuster oder einen
Kontaktfleck 1105, der auf das Keramikträger 1101 aufgedruckt
ist. Das Leitermuster 1105 und ein anderes Leitermuster
oder ein Kontaktfleck 1107, der auf der Keramikabdeckung 1102 vorhanden
ist, werden ebenfalls als Lötflecke
zum Befestigen des Keramikträgers 1101 und
der Keramikabdeckung 1102 an einer Leiterplatte 108 verwendet.
D. h., dass, wie es in der 9 dargestellt
ist, die Lötstellen 1106 und 1108 zwischen
dem Leitermuster 1105 und der Leiterplatte 108 bzw.
zwischen dem Leitermuster 1107 und der Leiterplatte 108 vorhanden
sind.
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Nun wird ein Dreiachsen-Beschleunigungssensor,
der eine Ausführungsform
der Erfindung enthält,
unter Bezugnahme auf die 10 beschrieben. Dieser
Dreiachsen-Beschleunigungssensor verfügt über einen Keramikträger 1604 und
drei Beschleunigungsdetektionselemente 1601, 1602 und 1603,
die so auf dem Keramikträger 1604 montiert
sind, dass die durch die Be schleunigungsdetektionselemente 1601, 1602 und 1603 zu
erfassenden Beschleunigungsrichtungen rechtwinklig zueinander zeigen
(wie durch Pfeile D, B bzw. C dargestellt).
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Obwohl es in der 10 nicht dargestellt ist, kann der Dreiachsensensor
auch eine elektronische Schaltung und eine keramische Abdeckung
enthalten. Die Beschleunigungsdetektionselemente 1601, 1602 und 1603 erfassen
die Beschleunigung in zueinander rechtwinkligen Richtungen, und
die elektronische Schaltung wandelt von den Beschleunigungsdetektionselementen 1601, 1602 und 1603 ausgegebene
Information in elektrische Signale um, um dadurch die Beschleunigung
in einer der drei orthogonalen Richtungen zu erfassen.
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Nun wird ein den erfindungsgemäßen Beschleunigungssensor
verwendendes Airbagsystem unter Bezugnahme auf die 11 und 12 beschrieben.
Die 11 ist eine Schnittansicht
einer Steuereinheit des Airbagsystems, wobei die Beschleunigungsrichtung
durch einen Pfeil A dargestellt ist, und die 12 ist ein Blockdiagramm des Airbag-Steuersystems.
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Das Airbagsystem besteht aus einem
Gehäuse 1701 und
einer in diesem montierten Leiterplatte 1704. Auf der Leiterplatte 1704 sind
ein Beschleunigungssensor 1703 und eine elektronische Schaltung 1702 montiert.
Das Airbagsystem ist dadurch gekennzeichnet, dass der Beschleunigungssensor 1703 durch
Oberflächenmontage
auf der Leiterplatte 1704 angebracht ist.
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Ferner ist der Beschleunigungssensor 1703 an
einer Position befestigt, die nahe bei einer Befestigungsposition
der am Gehäuse 1701 befestigten Leiterplatte 1704 liegt,
um jeglichen Einfluss durch Resonanz der Leiterplatte 1704 zu
verringern.
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Gemäß der 12 besteht das Airbagsystem aus einem
Be schleunigungssensor 1801 zum Erfassen einer Beschleunigung
oder einer Fahrzeugkollision, einen Mikrocomputer 1802 zum
Berechnen der Stärke
der Kollision aus dem Ausgangssignal des Beschleunigungssensors 1801 und
zum Bestimmen, ob ein Airbag aufgeblasen werden sollte oder nicht, und
einer Treiberschaltung 1803 zum Verstärken des Ausgangssignals des
Mikrocomputers 1802, um den Airbag anzusteuern (Ausgangssignal
E).
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Obwohl die Beschleunigungssensoren,
wie sie hier unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben sind,
vom Typ mit elektrostatischer Kapazität sind, können bei der Erfindung, wo
es zweckdienlich ist, beliebige andere Typen von Beschleunigungssensoren
verwendet werden, wie solche vom Dehnungsmesstyp oder vom piezoelektrischen
Typ.
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Während
die Erfindung durch spezielle Ausführungsformen veranschaulicht
wurde, ist sie nicht auf diese beschränkt.