CN101558285A - 用于制造具有角度传感器的支承部件的方法 - Google Patents

用于制造具有角度传感器的支承部件的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于制造具有角度传感器的支承部件的方法。该支承部件用于内燃发动机的致动器，且具有电接头(20)以及在该支承部件中设有角度传感器(24，26，30)。为了简化制造过程，电子元器件(24，26，30)与引线框架(12)直接电连接。接着，利用热固性塑料(132)来压力注塑包封具有电子元器件(24，26，30)的引线框架(12)，并且把由此产生的角度传感器模块(10)和预制的支承部件装配在一起。支承部件本身可由热塑性塑料或热固性塑料制成且包括插接接头(20)。

Description

用于制造具有角度传感器的支承部件的方法
技术领域
本发明涉及一种用于制造例如形式为外壳盖或插入外壳盖中的支承部件的方法，该支承部件具有用于检测轴的旋转角的角度传感器，以及具有电插接接头，其中该支承部件由塑料、例如热固性塑料或热塑性塑料制成；且利用塑料来压力注塑包封或浇注包封电子元件。本发明还涉及用于内燃发动机的致动器的、具有角度传感器的支承部件，其中该角度传感器包括配属于致动器的磁体以及包括电子元件，并且配备有电插接接头、例如所谓的用户插头。
背景技术
这种具有集成的角度传感器的支承部件应用在内燃发动机中，其中该支承部件检测致动器的旋转位置以用于在下列情况中对内燃机的控制，例如负载控制、废气再循环、在吸气通道中的空气阀或涡轮增压器的叶片的调整。设计为外壳盖的优点在于，即角度传感器本身被保护性地封闭在一个结构单元中，其中电接头设计为按用户期望所配置的用户插头，并且该用户插头实现了到发动机电子组件的电连接。
在此，例如在半导体技术中，通常实际意义上的角度传感器由至少一个磁阻测量传感器或一个霍尔传感器组成，其中，还分别给测量传感器分配了具有分析处理电子系统的芯片。通常角度传感器还包括电容器，以改善电磁相容性。例如，为了提高在检测节气阀(E-Gas电子节气门)的旋转角调整时的安全性，具有两个测量传感器以及两个所配属的分析处理电子系统的冗余的设计方案是有利的。
到目前为止，例如以这样的方式制造具有集成的角度传感器的外壳盖，即由芯片制造商预先配置测量传感器以及分析处理电子系统，也就是说，例如通过键合(Bonden)把用于分析处理电子系统的芯片和把测量传感器与用于向外触点接通的冲压栅条(Stanzgitter)电连接，并且随后利用热固性塑料逐个压力注塑包封电子元件。接着由制造商进行检验，然后向用户提供预先配置好的角度传感器。该用户由另一个制造商处获取通常以注塑法由塑料制成的外壳盖毛坯，并这样地制造出角度传感器-角度传感器模块，即首先通过熔焊或钎焊把预先配置好的角度传感器与所谓的引线框架电连接。随后把引线框架插入外壳毛坯中，并利用热塑性塑料来压力注塑包封引线框架，其中必须有单独的盖来保护传感器系统，这是因为否则它们可能被损坏。接着必须再次对完成的外壳盖进行功能检测。
总之，到目前为止的制造方法的特点在于三个注塑过程，其中不管是在芯片制造商方面局部地压力注塑包封冲压栅条，还是最后对引线框架进行压力注塑包封以与外壳盖连接，都必须在特殊的处理条件下进行，从而避免功能失常的风险。最后，还有两个功能检测是必需的，即在芯片制造商方面在传感器制成之后的检测以及在支承部件的制造商方面在引线框架的压力注塑包封之后的监测。
通过压力注塑包封把实际意义上的角度传感器固定在支承部件上也必然会导致测量传感器由待检测的旋转磁体通过至少两个塑料壁或-层分开。由此产生的较大的距离使测量精度下降并需要更强的磁体。
发明内容
本发明的目的在于，提出一种用于制造外壳盖或具有前述类型的角度传感器的另外的支承部件的方法，该方法相对于已知的制造方法来说是简化的。
因此，根据本发明的设计是：角度传感器的电子元件直接与引线框架电连接，具有电子元件的引线框架在没有支承部件的情况下利用热固性塑料来压力注塑包封或浇注包封，以用于形成角度传感器模块，并且最终把该角度传感器模块插入并固定在支承部件的容纳部中，以及与电接头连接。
该方法的优点是，仅还必须进行两个注塑过程，其中取消了对装配有元器件的冲压栅条(Stanzgitter)的到目前为止的预先设置的局部压力注塑包封，并且角度传感器的电子元器件直接与引线框架电连接。由此减少了需在角度传感器模块内部预设的电连接部的数量，并且降低了功能失灵的风险。此外在这样的情况下，有利地是，在利用热固性塑料进行了压力注塑包封之后，只需要进行一个唯一的功能检测。
例如，电子元器件是至少一个测量传感器和至少一个配属于测量传感器的分析处理电子系统，其中用于改善电磁相容性的电容器作为另外的元器件可与引线框架连接。虽然热固性塑料尤其适合于压力注塑包封具有灵敏的电子元器件和具有例如通过键合(Bonden)、钎焊
Figure A20078003735900081
或导电粘合(Leitkleben)来制造的电连接的引线框架，支承部件本身也能由其它塑料、例如注塑了的热塑性塑料制成。
本方法的一个优选的改进方案可以设计为，即通过直接抵靠(Anlage)在指定的地点来把引线框架定位在支承部件上或者说外壳盖中。由此可以在没有由于塑料引起的公差影响的情况下，在外壳盖中达到测量传感器的最佳位置，当然这一点也能通过其它措施来确保。
为了形成具有至少两个测量传感器的冗余系统，建议例如使引线框架弯曲成Z形或L形，其中在引线框架的凸出进入外壳内部的末端上，在每一侧分别使一个测量传感器电连接或使两个测量传感器并排地电连接，并且利用热固性塑料完全压力注塑包封引线框架的向内凸出的区域。这种设计方案确保了：能使两个测量传感器布置在旋转的、均一的磁场中，从而使它们基本上产生相同的输出信号。由于较大的热相关的质量，在温度校准时，材料堆积意味着较长的等待时间，所以为了避免不必要的材料堆积(Materialansammlung)，可以在凸出进入外壳的区域的压力注塑包封区域中布置肋条形的凹部。
可以通过焊接(Schweissverbindung)连接或插接连接借助于夹紧效应来进行在角度传感器模块和支承部件之间的电连接，焊接连接或插接连接也能确保机械支承。也可以通过粘合或夹紧来达到或改进在角度传感器模块和外壳盖之间的机械支承(Halt)。
本发明还涉及具有根据前述的任一方法设置的角度传感器的支承部件。这样的支承部件本身由塑料、例如热固性-或热塑性塑料制成，一个单独的角度传感器模块与该支承部件机械连接或电连接，其中该角度传感器模块具有与角度传感器的电子元件连接的引线框架，并且该具有电子元件的引线框架与支承部件分开地利用热固性塑料来压力注塑包封或浇注包封，该角度传感器模块的引线框架在至少一个测量传感器和分析处理电路之间的区域中完全由热固性塑料电绝缘地包围并且该至少一个测量传感器只具有一个唯一的、由热固性塑料制成的层作为相对于磁体的隔板。电子元件包括至少一个测量传感器以及也包括用于相应的测量传感器信号的分析处理电路。以磁性为基础的、具有磁阻特性或具有至少一个霍尔元件的测量传感器被设置作为测量传感器。为了改善电磁相容性，引线框架可与至少一个电容器电连接，该电容器同样利用热固性塑料来压力注塑包封。
所述的具有集成的角度传感器的外壳盖的一大优点还在于，该至少一个测量传感器只由唯一的塑料层覆盖。由此，相对于两层塑料层，如现有技术中出现的那样，测量传感器和移动的磁体元件之间的缝隙宽度可以减小，这是因为在生产工艺上只需要在注塑过程中保持特定的最小层厚度。引线框架可以布置在至少一个测量传感器的区域中，从而使其在热固性塑料材料中尽可能地接近表面。
在测量传感器和分析处理电路之间的引线框架的连接区域被电绝缘地包围，从而不需要随后的绝缘就能把角度传感器模块直接固定在支承部件上，这是因为导体不会因为污垢颗粒而短路。
例如，在角度传感器-角度传感器模块中可以这样地实现冗余的传感器系统，即在引线框架的两侧互相平行地或并排地布置两个测量传感器，并且这两个测量传感器分别与分开的或共同的分析处理电子系统连接。由此，具有相同磁场的两个测量传感器可共同作用，优选地，该互相平行的两个测量传感器布置在一个由热固性塑料制成的拱顶里且平行于该拱顶的端面，其中该引线框架成Z形或L形地伸入该凸出部中。
为了避免材料堆积，在拱顶的区域内，热固性塑料可具有肋条形的凹部。
附图说明
接下来根据附图进一步描述本发明的实施例。附图示出了：
图1示意性示出用于外壳盖的角度传感器模块；
图2示意性示出图1中的角度传感器模块的截面；
图3示意性示出用于具有冗余传感器系统的外壳盖的角度传感器模块；
图4示意性示出图3中的角度传感器模块的截面；
图5示意性示出根据图6的、具有插入的角度传感器模块的外壳盖的局部截面；
图6是图5中的角度传感器模块的示意性的俯视图；
图7示意性示出角度传感器模块的另一个实施例的截面；
图8示意性示出根据图1的、具有粘合的角度传感器模块的外壳盖的局部截面，该角度传感器模块具有焊接的电接触件。
具体实施方式
图1示出了用于外壳盖(参见图5和图8)的角度传感器模块10。该角度传感器模块10具有引线框架12，该引线框架具有自由的接触端14，16，18，它们作为电接触件用于与外壳盖中另外一个引线框架连接，该另外一个引线框架也形成了能够按照用户期望配置的用户插头20(参见图5和图6)。引线框架12的这三个电接触件14，16，18通过键合(gebondete)的电连接件22直接与电路24连接，该电路24表现为用于测量传感器(Messwertaufnehmer)26的分析处理电子系统。测量传感器26例如可以设计为磁阻传感器或霍尔传感器，该测量传感器26再次通过键合的引线28与分析处理电子系统24连接。此外，在接触件14，16，18之间设置了电容器30，该电容器改善了角度传感器模块10的电磁相容性。
利用热固性塑料32来压力注塑包封或浇注包封具有被接触的电元器件24，26，30的引线框架12，该热固性塑料使得角度传感器模块对外界的影响不敏感。
最终，把该示出的角度传感器模块10插入外壳盖中，其中可以通过穿孔34，或者也可通过引线框架本身的限位边缘36进行定位。在后面会结合图5和图6对此进行进一步描述。
在图3和图4中示出冗余的角度传感器模块110。在该角度传感器模块中，首先再次制造出围绕着具有电连接的电子元器件124，126，130的引线框架112的热固性塑料涂层132，并且随后把角度传感器模块插入外壳盖中。
在图3中示出的角度传感器模块具有冗余的传感器系统，该传感器系统具有两个测量传感器126，这两个测量传感器互相平行地布置在成Z形弯曲的引线框架112的端部127的两侧上。该测量传感器126不是直接通过连接件128而是通过引线框架的导线线路与所配属的分析处理电子系统124连接，而该导线线路还通过连接件129再次与分析处理电子系统124连接。在利用热固性塑料132进行压力注塑包封后，通过这里的引线框架112的Z形设计产生圆柱形的拱顶134，该拱顶部分地具有肋条状的凹部136。通过这样的设计，可以把两个测量传感器126布置在均一的磁场中，该磁场通过围绕凸出部134的磁体元件形成。对应于两个测量传感器126的两个输出通道，角度传感器模块110具有四个也是弯曲的联接触点114，116，118，119。由于在图3和图4中示出的角度传感器模块110中布置了两个输出通道，所以必须有三个电容器130以改善电磁相容性。
图5示出具有凹槽40的外壳盖11的横截面图，角度传感器模块210插入在该凹槽中。外壳盖11具有第二引线框架42，利用热塑性塑料或热固性塑料压力注塑包封该引线框架以形成外壳。该第二引线框架42形成了按照用户期望设计的插接连接20，例如一个用于与发动机的控制设备连接的插头可以连接到该插接连接。在相对的外壳内侧上，引线框架具有电接触接头44，45，47，用于与角度传感器模块10的电接头14，16，18连接。图5中还示出了旋转磁体46，其位于致动器(未示出)的轴48上并且可借助于角度传感器模块来检测其旋转角调整。在这里以及在图6中示出的角度传感器模块210中，对应于旋转磁体46的位置来定位测量传感器26。
通过简单的压制实现前述角度传感器模块210与外壳盖11的连接，其中在角度传感器模块210的电接头214，216，218和外壳盖11的第二引线框架42的电接触接头44，45，47之间的接触区域中，从基本原理出发，设置公知的插接连接50，在插接连接中，弹簧片52成尖棱状抵靠在接触合作件上。由于这样的插接连接通过其有力的夹紧也确保了良好的且精确的机械支承，因此在尺寸灵活的情况下可以放弃进一步的固定措施，其中可以通过固定销(未示出)在外壳盖11的塑料外壳上进行定位，固定销啮合在角度传感器模块210(对此也参见图1和图2)的穿孔34中。例如在很高加速度的情况下，为了改善支承并且避免角度传感器模块的移动，可以在角度传感器模块210和外壳盖11之间布置粘结层54。
图7示出角度传感器模块310的另一个实施例，其中通过冲压来把引线框架312梯形地布置在测量传感器26的区域中，从而使引线框架更接近于旋转磁体46，也就是说，使磁体46和测量传感器之间的热固性塑料层最小化，由此改善了测量精度并能够使用更小的磁体。分析处理电子系统24和电容器30的布置对应于图6所示的实施例。
图8再次示出外壳盖11，其基本上对应于图5所示的外壳盖，其中仅仅是电接触接头44，45，47紧挨着并排放置，并且不应该用于角度传感器模块的机械固定。角度传感器模块的连接片14，16，18和电接触接头44，45，47之间的电连接在这里通过焊接进行，然而首先通过粘结层54使得角度传感器模块10支撑在外壳盖11上，该角度传感器模块对应于根据图1的实施例。再次借助于穿孔34和未示出的、配属于外壳盖11的固定销或者借助于角度传感器模块和外壳盖之间的接线柱连接和/或止动连接来进行定位。

Claims (19)

1.一种用于制造具有角度传感器(10)的支承部件(11)的方法，所述角度传感器用于检测轴(48)的旋转角并且所述支承部件具有电插接接头(20)，其中所述支承部件由塑料制成，并且所述角度传感器的电子元件(12，24，26，30)利用塑料来压力注塑包封或包封，其特征在于，所述角度传感器的所述电子元件(24，26，30)直接与引线框架(12)电连接；具有电连接的所述电子元器件(24，26，30)的所述引线框架(12)利用热固性塑料(32)被压力注塑包封或浇注包封以形成角度传感器模块(10)；并且最终所述角度传感器模块(10)插入、固定在所述支承部件(11)的容纳部(40)中，并随后与所述插接接头(20)连接。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，至少一个测量传感器(26)和至少一个配属于测量传感器(26)的分析处理电子系统(24)作为电子元器件与所述引线框架(12)连接。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，用于改善电磁相容性的多个电容器(30)作为另外的元器件与所述引线框架(12)连接。
4.根据权利要求1到3中任一项所述的方法，其特征在于，通过键合、钎焊和/或导电粘合来实现所述元器件(24，26，30)的触点接通。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述支承部件(11)注塑为由热固性塑料或热塑性塑料制成的、具有所述插接接头(20)的外壳盖。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述引线框架(12)通过直接抵靠在指定位置上而定位在所述支承部件上或者说所述外壳盖中。
7.根据权利要求2到6中任一项所述的方法，其特征在于，使所述引线框架(112)成Z形或L形弯曲，其中在每一侧上分别使一个测量传感器(126)与所述引线框架(112)的、凸出进入外壳内部的末端(127)电连接或使两个测量传感器在侧面并排与该末端电连接，并且利用热固性塑料完全压力注塑包封或浇注包封所述引线框架(112)的、向内凸出的区域。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述热固性塑料在拱顶(134)的区域中以肋条形凹陷。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述角度传感器模块(10)和所述支承部件(11)通过插接连接(50)借助于夹紧作用机械和/或电连接。
10.根据权利要求1到8中任一项所述的方法，其特征在于，所述角度传感器模块(10)的所述引线框架通过钎焊或熔焊连接与所述支承部件(11)的所述引线框架(42)电连接。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述角度传感器模块(10)和所述支承部件(11)粘合。
12.一种支承部件，用于内燃发动机的致动器且具有角度传感器，其中所述角度传感器包括配属于所述致动器的磁体(46)和电子元件(24，26，30)，并且配备有电插头(20)，所述电子元件具有至少一个测量传感器(26)和一个用于分析相应的测量传感器信号的分析处理电路(24)，其特征在于，所述支承部件(11)本身由塑料制成，且一个单独的角度传感器模块(10)与所述支承部件机械和电连接，其中所述角度传感器模块(10)具有与所述角度传感器的电子元器件(24，26，30)连接的引线框架(12)；并且具有所述电子元器件(24，26，30)的所述引线框架(12)与所述支承部件分开地通过热固性塑料(32)被压力注塑包封或浇注包封，其中所述角度传感器模块的所述引线框架(12)在所述至少一个测量传感器(26)和所述分析处理电路(24)之间的区域中完全由热固性塑料(32)电绝缘地包围并且所述至少一个测量传感器(26)只具有一个唯一的、由热固性塑料制成的层作为相对于所述磁体(46)的隔板。
13.根据权利要求12所述的支承部件，其特征在于，所述至少一个测量传感器(26)设计为以磁性为基础的、具有磁阻元件或具有至少一个霍尔元件的测量传感器。
14.根据权利要求12或13所述的支承部件，其特征在于，至少一个电容器(30)与所述引线框架电连接，所述电容器同样在所述角度传感器模块(10)中压力注塑包封。
15.根据权利要求12到14中任一项所述的支承部件，其特征在于，在所述引线框架(112)的两侧互相平行地布置两个测量传感器(126)或在所述引线框架的一侧并排地布置两个测量传感器，并且所述两个测量传感器与至少一个分析处理电子系统(124)电连接。
16.根据权利要求15所述的支承部件，其特征在于，所述两个测量传感器(126)布置在圆柱形的由热固性塑料制成的拱顶(134)中且平行于所述拱顶的端面，其中所述引线框架(12)突出伸入到所述凸出部(134)中。
17.根据权利要求16所述的支承部件，其特征在于，所述拱顶(134)具有肋条形的凹部(136)。
18.根据权利要求12到17中任一项所述的支承部件，其特征在于，在所述测量传感器(26)的区域中，通过梯形的弯曲部或冲压部(312)这样地形成所述引线框架(12)，即最小化在所述测量传感器的区域中的塑料壁厚度。
19.根据权利要求12到18中任一项所述的支承部件，其特征在于，所述支承部件设计为外壳盖(11)或外壳盖的一部分，并且在所述支承部件的引线框架(42)和所述角度传感器模块(10)之间设置电插接连接。
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