CN107209033A - 具有对称掩埋的传感器元件的传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于检测物理变量(20)的传感器(28)，所述传感器包括：传感器元件(35)，所述传感器元件用于输出取决于所述物理变量(20)的电信号(39)；基板(67)，所述基板承载所述传感器元件(35)；印刷电路板(68)，所述印刷电路板在所述基板(67)上传导所述电信号(39)；以及埋封胶(70)，所述传感器元件(35)完全掩埋在所述埋封胶中并且所述印刷电路板(68)至少部分地掩埋在所述埋封胶中，其中，至少一个补偿元件(40，70’，76)被掩埋在所述埋封胶(70)中，通过所述补偿元件，所述传感器(28)的至少部分地掩埋在所述埋封胶(70)中的元件所造成的机械应力(73)被抵消。

Description

具有对称掩埋的传感器元件的传感器
技术领域
本发明涉及一种用于检测物理变量的传感器，并且涉及一种具有所述传感器的用于车辆的控制设备。
背景技术
在WO 2010/037 810 A1中，公开了一种用于检测物理信号的传感器。所述传感器包括引线框，所述引线框作为电路基板支撑所述传感器的传感器部件并且还使其互连。所述传感器部件被包围在具有所述引线框的电路壳体中。
发明内容
本发明的目的是改进已知的传感器。
该目的是通过独立权利要求的特征实现的。优选的扩展是从属权利要求的主题。
根据本发明的一方面，一种用于检测物理变量的传感器包括：传感器元件，用于输出取决于所述物理变量的电信号；基板，所述基板支撑所述传感器元件；导体轨道，所述导体轨道在所述基板上的传导所述电信号；以及埋封胶，所述传感器元件完全地掩埋在所述埋封胶中并且所述导体轨道至少部分地掩埋在所述埋封胶中。
根据本发明，至少一个补偿元件被掩埋在指定传感器的所述埋封胶中，通过所述补偿元件，所述指定传感器的至少部分地掩埋在所述埋封胶中的元件所诱发的机械应力被抵消。
所述指定的传感器基于以下考虑：车辆中的上述传感器正常地用于电路组件。这些由结合在一起以形成更高级电路的多个部件组成。所述更高级电路在此类情况下通常是非常大的，然而它与汽车行业中日益提高的小型化要求不兼容。
一种解决方案将是不制造使用如上文提到的引线框的传感器，而是直接在实现所述更高级电路的电路基板上直接安装传感器元件。然而，这提出了以下问题：为了保证长使用寿命，必须将传感器元件掩埋在保护性材料中。然而，由于温度变化和其他影响，这种保护性材料向整体系统中引入机械应力或机械张力，这会损坏整体系统并减少其使用寿命。
通过提出设计传感器的方式为使得传感器中的元件所诱发的机械应力被补偿，所述指定的传感器解决了这个问题。为了实现这一点，所述传感器的至少两个元件被安排为使得产生的机械应力总体上抵消。为此目的所提供的补偿元件(借助所述补偿元件，将尽可能最佳地实现免于机械张力)可以是传感器的功能必需的元件，或出于抵消机械应力的目的专门引入所述指定的传感器的冗余元件。
表面上，传感器因而机械地无应力，从而使得能够显著地提高指定的传感器的使用寿命。
在指定传感器的扩展中，所述补偿元件与所述传感器的造成机械应力的元件被对称地安排，具体为点对称地。这两个元件的对称安排试图实现理想的状况：其中，机械应力被尽可能完全地抵消。
通过例如作为漆、作为冗余通孔或作为埋封胶中的腔体被掩埋，所述补偿元件可以由来自埋封胶的不同材料制成。
在指定传感器的附加扩展中，传感器的至少部分地掩埋在所述埋封胶中的元件包括所述传感器元件。相反，所述补偿元件可以包括电气部件，所述电气部件与所述传感器元件不同，并且因此可以被设计成非冗余的。
这种非冗余部件可以是例如用于提高电磁兼容性(被称为EMC)的滤波器元件。
在指定传感器的具体扩展中，导体轨道与传感器元件之间的电触点可以不同于补偿元件与导体轨道或与另一导体轨道的电触点。以这种方式，可以补偿这两个元件之间的不同几何学起因或其他不同起因。为此目的，所述电触点可以例如在其尺寸上不同，其中，所述尺寸差别应该被设计的方式为使得进一步减小机械应力。
根据本发明的进一步方面，一种用于车辆的用于基于所检测到的物理变量控制所述车辆的行为的控制设备包括用于检测所述物理变量的指定传感器之一。
附图说明
结合下面对示例性实施例的描述，上文所述本发明的特性、特征和优点以及实现这些的方式将变得更清楚并且更易理解，联系附图更详细地解释所述示例性实施例，所述附图示出了：
图1，具有驱动动力学调节单元的车辆的示意图，
图2，图1的车辆中的转速传感器的示意性表示，
图3，处于中间生产状态的图2的转速传感器的读头的示意性表示，
图4，替代性读头的是示意性截面视图，
图5，读头的不同部件的理想理论安排的示意图，
图6，来自第一透视图的控制设备，
图7，来自第二透视图的图6的控制设备，
图8，线性位置传感器的示意性平面视图，以及
图9，替代性线性位置传感器的示意性平面视图。
具体实施方式
在附图中，为完全相同的技术元件设置了相同的参考号并仅描述一次。
参照图1，其示出了具有支撑在车轮4上的底盘6的车辆2的示意图。由内燃发动机10通过轴8驱动车辆4中的两个。内燃发动机的基本工作原理是已知的，并且因此下面将不进一步加以讨论。
以已知的方式，见例如DE 10 2012 206 552 A1，可以用凸轮轴定时器12调整内燃发动机10的阀门正时，以便调整内燃发动机10的负载点从而在不同转速范围内获得更好的燃料利用率。为了实现这一点，凸轮轴控制设备14使用转速传感器18检测内燃发动机10的转速20，并且其中，控制信号22基于所检测到的转速20控制凸轮轴计时器12。基于转速20生成控制信号18的手段是已知的并且下面将不进一步加以讨论。其详情可以在相关专题文献中找到。
以特定方式设计了本实施例上下文中的转速传感器18。在更详细地对此加以讨论之前，将更详细地描述转速传感器18本身的基本结构。为了做到这一点，参照图2，其示出了图1的车辆2中的转速传感器18的可能实施例的示意图。
本实施例中的转速传感器18被设计为有源转速传感器，所述有源转速传感器包括以旋转固定的方式安装在内燃发动机10的转子(未示出)上的编码器码盘26、以及安装在底盘6上固定位置的读头28。
本实施例中的编码器码盘26由串联在一起的磁北极30和磁南极32组成，它们联合地激发用示例性箭头指示的磁性编码器场33。当安装在内燃发动机10的转子上的编码器码盘26与转子一起在转动方向34上转动时，磁性编码器场33与其一起转动。
本实施例中的磁头28包括传感器探头35，所述传感器探头根据磁性编码器场17的转动生成电传感器信号39。任何期望的测量原理都可以用于此目的，比如基于磁抗效应的测量原理。电传感器信号39因此取决于待检测转速20。
然后可以安排在读头28中的信号处理电路40中对传感器信号39进行处理。在此，通常从传感器信号39中产生脉冲信号42，其中，在预先定义的时间段内，脉冲信号42包括取决于有待检测的转速的脉冲数量。这个脉冲信号42然后被输出至凸轮轴控制设备14，所述凸轮轴控制设备然后可以通过对脉冲信号42中的脉冲数量进行计数来导出转速20。
如众所周知的，因为内燃发动机10而引起的不可忽略的干涉场，支撑磁铁43被安排在读头28中，所述支撑磁铁抵消了这些干涉场并因此使得能够以低容差检测转速20。支撑磁铁43因此应该被选择为足够强，从而能够充分地抵消干涉场。
常规地，读头28被实施在引线框上，如例如从WO 2010/037 810 A1中的上述现有技术已知的。这种引线框例如在图3中示出并用参考号44引用。引线框44包括支撑框46、读头28被支撑在其上并与其互连的插入岛48、两个堵住杆50和两个触点端子52。堵住杆50直接固定触点端子52并通过支撑框46上的辅助框53固定插入岛48。在引线框44中，支撑框46、插入岛48、堵住杆50、触点端子52和辅助框53被设计成整体冲压零件或冲压框，其中，上述元件是通过从导电金属板冲压而成的。
在本实施例的背景中，传感器探头35(例如采用磁抗元件的形式)、以及信号评估电路40被安装在插入岛48上并且例如通过钎焊或压焊电触点。传感器探头35和信号评估电路40还通过焊线54彼此连接，从而使得被采样的信号39可以在信号探头35与信号评估电路40之间通过插入岛48和焊线54传输。
本实施例中的插入岛48直接连接至这两个触点端子52之一，同时这两个端子52中的另一个与插入岛48电隔离并且通过进一步的焊线54连接至信号评估电路40。以这种方式，可以通过这两个触点端子56从信号评估电路40输出数据信号42。
本实施例的上下文中的支撑框46包括两个平行走向的输送带58，这两个输送带通过连接网络60彼此连接。输送带58包括输送孔62，输送工具(未进一步展示)可以接合至所述输送孔中并移动引线框44。在所述输送带58上，还形成了定位孔64，通过所述定位孔，可以限定并因此调节输送过程中引线框44的位置。
为了保护读头28，可以在插入岛48周围形成壳体，所述壳体支撑读头28、以及触点端子52的一部分。所述壳体可以被设计成例如读头28周围的保护性化合物，在这一点上，为了简洁起见，参照了相关现有技术比如DE 10 2008 064 047 A1。
这个读头28现在必须至少电连接至凸轮轴控制设备14，从而使得可以向其传输脉冲信号42。所要求的必要电连接过程不仅提高了制造成本，而且所产生的连接在原则上代表误差源，既在电学上又在机械上，在此基础上，读头28以及因此整个转速传感器18可能发生故障。
示例性实施例通过提出将转速传感器18读头28掩埋在印刷电路板模块中解决了这个问题。下文中将基于图4更详细地解释这种印刷电路板模块，在所述图中，用参考号66在截面视图中示出所述印刷电路板模块。
所述印刷电路板模块66包括堆叠在彼此顶部上的多个绝缘层67，导体轨道68应用在所述绝缘层上。导体轨道68或绝缘层67承载组成转速传感器18的读头28的各个部件35、40，除了已经提及的传感器探头35和已经提及的信号处理电路之外40，所述转速传感器还可以包括滤波器元件69作为无源部件，所述滤波器元件提高了读头28以及因此转速传感器18的电磁兼容性。
本实施例中的传感器探针35和信号处理电路40被掩埋在印刷电路板模块66的两个绝缘层67之间的埋封胶70中。以这种方式，保护这些元件不受外部影响。所述各个层可以通过电镀的通孔71彼此电连接。印刷电路板模块66上还可以存在焊接接头72，从而将印刷电路板模块66电连接至更高级电路。
然而，图4中所示的掩埋的问题是以下事实：由各个机械部件35、40、69例如由于温度变化而造成的各个机械应力73一起相加为总机械应力74，所述总机械应力进而例如可以使印刷电路板模块66变形。这种变形可以除其他以外使得焊接接头72从更高级电路分离，并导致读头28以及因而转速传感器18的故障。
通过提出将印刷电路板模块66尽可能地对称设计，从而使得各个部件35、40、69所造成的各个机械应力73被互相抵消并且因此总机械应力74被最小化，示例性实施例解决了这个问题。为此，印刷电路板模块66中存在不同补偿元件，它们可以抵消各个机械应力73。为了实现实施例背后的想法，并不绝对必要实际实现印刷电路板模块66中所示的所有补偿元件。所示的各个补偿元件仅旨在作为示例以示范在印刷电路板模块66中可以怎样对称地安排所述部件，从而保持总机械应力低于特定合理的限制。
另一方面，可以引入冗余的导体轨道68’和冗余的绝缘层67’作为补偿元件，从而在印刷电路板模块66中设计对称的导体轨道安排。因此，还包含冗余的埋封胶70’，可以将其选定为或者不同于埋封胶70或者可替代地与其完全相同。
作为进一步的选项，传感器探头35和信号处理电路40可以被设计成彼此对称。这种情况下的优点是不需要将冗余部件并入印刷电路板模块66作为补偿元件。为了补偿这两个部件35、40之间的几何的、材料或其他内在物理特性之间的差别，还可以将导体轨道与各个部件35、40、69之间的触点75定尺寸为不同几何形状，这在图4中由传感器探头35上与信号处理电路40上的触点75的宽度的变化表示。
另外，可以向印刷电路板模块66中引入冗余切口76作为补偿元件。
图5中示出了印刷电路板模块66的理想情况。在此，各个元件之间的所有距离77均相对于对称轴78彼此对称。然而，在实践中，这种理想概念不能够实现，原因很简单，部件35、40、69之后不再能与导体轨道68接触。但在印刷电路板模块66的设计中应该尽可能地尝试这种理想情况。
传感器探头35应该尽可能被安排在中央，从而使得探头上的各个机械应力73保持尽可能小。以这种方式，各个机械应力73所诱发的测量误差可以保持较小。
通过掩埋部件40、35和无源部件69，可以将所产生的传感器系统28显著地小型化。同时，还可以掩埋控制设备的附加部件，比如凸轮轴控制设备14。这使得能够在控制设备上减小印刷电路板空间或部件安装表面，即在凸轮轴控制设备14的示例性实施例中。
而且，没有必要在额外封装步骤中将各个部件35、40再次包入，例如通过注塑压成形用上文在图3的背景中提及的保护性化合物。通过用埋封胶70在部件的整个表面上包住部件(例如以树脂的形式)，这种保护性化合物变为废弃的。同时，树脂为消散部件的功率损失所产生的热量提供更高的热特性，例如作为空气对流。借助印刷电路板设计，在印刷电路板层结构中实现简单的EMC保护措施非常简单。可以通过表面接触以机械上更鲁棒的方式设计读头28形式的传感器系统与控制设备(换言之，凸轮轴控制设备14)的印刷电路板的连接。不再需要读头28的部件35、40彼此之间的以及通过丝焊技术与基板的电触点。可以通过对导体轨道68的结构化来实现接触，可以将其实施为例如铜箔(印刷电路板的内层)。这创造了更加鲁棒且短得多的信号连接。
参照转速传感器18描述了示例性实施例。在可以使用之前所解释的想法的替代性或附加的传感器中，传感器探头35可以检测例如加速度、旋转速率和/或机械振动。
可替代地，如之前已经提及的，之前所解释的相反可以应用于整个控制设备中。例如，图6和图7中的透视图中所示的Car2X控制设备79为此目的应该被提及。这些是可以订阅移动自组织网络(被称为Car2x)的控制设备，它们是从WO 2010/139 526 A1已知的。此类Car2x网络的节点可以是具体道路交通使用者，比如道路交通状况中发现的车辆或其他对象，比如交通灯。通过这些网络，可以将关于道路交通状况的信息比如事故、拥塞、位线状况等提供给订阅Car2X网络的道路交通使用者。
通过在整个控制设备(比如之前所提及的Car2X控制设备)中使用之前所描述的想法，可以减小控制设备中实现的模块的任何扭转或翘曲。
下文中将参照图8和图9对上文指定的想法的进一步优点加以解释。这些图示出了线性位置传感器80、或LIPS，如例如从DE 10 2014 201 790 A1已知的。
这些LIPS 80包括由导体轨道68和绝缘层67组成的印刷电路板，在其上形成了多个用于压入配合连接的插入点81，从而将传感器连接至更高级电气系统。
作为测量变换器35，可以使用线圈结构，如之前所提及的专利文献中所公开的。另外，信号处理电路40可以再次被安排成在来自测量变换器35的传感器信号被输出至更高级电气系统之前对其进行适配。
LIPS 80中的测量变换器35是所谓的微间距部件，为了对其进行保护，图8中显示的涂漆区域82必须以已知方式形成。通过掩埋测量变换器35，在如图9中所示上文所述的想法的背景下，这个涂漆区域82可以被完全省去，这使得能够进一步提高小型化。

Claims (10)

1.一种用于检测物理变量(20)的传感器(28)，所述传感器包括：
传感器元件(35)，用于输出取决于所述物理变量(20)的电信号(39)，
基板(67)，所述基板支撑所述传感器元件(35)，
导体轨道(68)，所述导体轨道在所述基板(67)上的传导所述电信号(39)，以及
埋封胶(70)，所述传感器元件(35)完全地掩埋在所述埋封胶中并且所述导体轨道(68)至少部分地掩埋在所述埋封胶中，
其中，至少一个补偿元件(40，70’，76)被掩埋在所述埋封胶(70)中，通过所述补偿元件，所述传感器(28)的至少部分地掩埋在所述埋封胶(70)中的元件所诱发的机械应力(73)被抵消。
2.如权利要求1所述的传感器(28)，其中，所述补偿元件(40，70’，76)与所述传感器(28)的造成所述机械应力(73)的所述元件被对称地安排。
3.如权利要求1或2所述的传感器(28)，其中，所述补偿元件(40，70’，76)由来自所述埋封胶(70)的不同材料制成。
4.如以上权利要求中任一项所述的传感器(28)，其中，所述传感器(28)的至少部分地掩埋在所述埋封胶(70)中的所述元件包括所述传感器元件(35)。
5.如权利要求4所述的传感器(28)，所述补偿元件(40，70’，76)包括与所述传感器元件(35)不同的电气部件(40，69)。
6.如权利要求5所述的传感器(28)，其中，与所述传感器元件(35)不同的所述电气部件是滤波器元件(69)或信号处理电路(40)。
7.如权利要求4或5所述的传感器(28)，其中，所述导体轨道(68)与所述传感器元件(35)之间的电触点(75)不同于所述补偿元件(40，70’，76)与所述导体轨道(68)或与另一导体轨道的电触点(75)。
8.如权利要求7所述的传感器(28)，其中，所述电触点(75)在其尺寸上不同。
9.如权利要求8所述的传感器(28)，其中，所述尺寸差别被设计的方式为使得进一步减小所述机械应力(73)。
10.一种用于车辆(2)的控制设备，所述控制设备用于基于所检测到的物理变量(20)控制所述车辆(2)的行为，所述控制设备包括如以上权利要求中任一项所述的用于检测所述物理变量(20)的传感器(28)。
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