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Thyracont Inclinos - Thermischer Beschleunigungssensor

Die Firma Thyracont entwickelt Beschleunigungssensoren, die streng genommen nicht zu den MEMS-Bauteilen zählen, da sie keine beweglichen Teile enthalten. Das Messprinzip lässt sich folgendermaßen zusammenfassen: Um einen beheizten Draht bildet sich eine Konvektionsströmung aus. Eine Beschleunigung beeinflusst dieses Strömungsfeld, wodurch sich die Temperaturverteilung in der Umgebung ändert. Temperatursensoren können die Temperaturänderungen aufzeichnen und lassen so Rückschlüsse auf die Beschleunigung zu. Das Pantent US7497118B2 beschreibt dieses Messverfahren.

Im Vergleich zu mechanischen Beschleunigungsensor ist der Messbereich der thermischen Beschleunigungssensoren sehr groß (<1mg bis über 100g). Da keine nennenswerten Massen bewegt werden müssen, besitzen die thermischen Sensoren außerdem keine Hysterese, wodurch sie besser geeignet sind zurückgelegte Wegstrecken über gemessene Beschleunigungswerte zu berechnen.

 

Inclinos

Inclinos

Der hier zu sehende Beschleunigungssensor befindet sich in einer Art TO-Gehäuse, das allerdings ohne unterem Abschluss direkt mit einer Trägerplatine verklebt ist.
Dem Aufbau und der Beschriftung nach könnte es sich um ein Sample handeln.

 

Inclinos

Die Platine besitzt auf der Unterseite Lotperlen, die eine Verarbeitung ähnlich einem BGA-Package ermöglichen.

Mittig befindet sich ein Tropfen, der eine Bohrung verschließt.

 

Inclinos Aufbau

Im Inneren befindet sich ein quadratisches Die mit einer Kantenlänge von 3,2mm. Das Die enthält eine sehr große quadratische Aussparung, innerhalb der sich mehrere dünne Leitungen befinden.

An einem Bonddraht in der linken oberen Ecke ist eine Art Klebertropfen zu erkennen, der höchstwahrscheinlich durch eine nicht ganz saubere Montage verursacht wurde.

Die Bohrung in der Trägerplatine war wahrscheinlich während der Fertigung notwendig (Aushärtung des Klebers, Entfeuchtung, Füllung mit inertem Gas,...).

 

Inclinos Die

An jeder Kante können drei parallel liegende, voneinander isolierte Widerstandstreifen kontaktiert werden. Mittig befindet sich zusätzlich ein Quadrat, dessen Ecken jeweils mit einem Kotaktpad verbunden sind.

Das mittige Quadrat fungiert als Heizelement. Die anderen Elemente stellen Temperatursensoren dar. Je nach Beschleunigung verschiebt sich die Konvektionsströmung um das beheizte Quadrat und die Temperaturfühler messen unterschiedlich hohe Temperaturen. Die Auswertung erfolgt in einer Messbrückenverschaltung, um die geringen thermischen Änderungen möglichst störungsfrei bestimmen zu können. Die gegenüberliegenden Widerstandstreifen sind jeweils einer Achse zugeordnet. Die zwei Widerstandstreifen auf jeder Seite könnten unterschiedliche Messbereiche darstellen. Die Temperaturmessstellen auf dem Rahmen dienen höchstwahrscheinlich als Referenzpunkte.

 

Inclinos Die Detail

Inclinos Die Detail

Die Zuleitung zu den eigentlich Messwiderständen sind mit einer Metallisierung versehen. Vermutlich soll diese Maßnahme den unerwünschten Widerstand in diesem Bereich so gut wie möglich reduzieren.

 

Inclinos Die Detail

Die Widerstandstreifen sind ungefähr 8µm breit.

 

Inclinos Die Detail

Die Höhe der Widerstandstreifen scheint sogar noch etwas geringer zu sein als die Breite. Der Querschnitt liegt wahrscheinlich im Bereich von 40µm².

 

 

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