DE10048290C2 - Induktiver Sensor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen induktiven Sensor umfassend mindestens eine in Form einer strukturierten leitenden Schicht einer Trägerplatine ausgebildete Sensorspule und eine Auswerteschaltung, welche mit der Sensorspule ver­ bunden ist und eine mit Leiterbahnen versehene Schaltungsplatine aufweist.

Aus der EP 0 572 847 A1 ist ein Münzdetektor zum induktiven Abtasten von sich in einem Münzkanal bewegenden Münzen bekannt, bei welchem eine Spule wenigstens eine flache spiralförmige Leiteranordnung auf einer flexiblen Isolierfolie umfaßt und eine Detektorschaltung mit ihrem Substrat auf der Isolierfolie außerhalb der Leiteranordnung angeordnet ist.

Die Artikel "Inductive proximity sensor with a flat coil and a new differrential relaxation oscillator" von Ph. A. Passeraub et al., Sensors and Actuators A 60 (1997), 122-126 und "The future of magnetic sensors" von R. S. Popovic et al., Sensors and Actuators A 56 (1996), 39-55 beschreiben ebenfalls Näherungssensoren.

Aus der DE 199 03 585 A1 ist ein Halbleitersensor mit einem Halbleiter­ sensorchip bekannt, bei dem der Halbleitersensorchip in einem Gehäuse aufgenommen ist und mit einer Mehrzahl von Stiften versehen ist, wobei die Stifte in Montagelöcher einer gedruckten Leiterplatte einführbar sind.

Aus der DE 43 14 296 A1 ist eine Sensoreinheit mit einem einen Gehäuseteil aufweisenden Sensor und mit einer die Sensorsignale verarbeitenden Elektro­ nikplatine bekannt, bei der die Elektronikplatine mit dem Gehäuseteil des Sensors über ein Halteteil elektrisch leitend verbunden ist.

Aus der US 6,115,261 ist ein Sensorträger zur Fixierung eines Sensors an einem Substrat bekannt, welcher ein Halteglied mit einer Substratanlagefläche zur Fixierung an dem Substrat und mit einer Sensoranlagefläche umfaßt, wobei der Sensor an der Sensoranlagefläche fixierbar ist.

Induktive Sensoren, wie sie eingangs genannt wurden, sind aus dem Stand der Technik bekannt.

Bei diesen ist die Sensorspule ein separates, mit flexiblen Leitungen ver­ sehenes Bauteil und diese Leitungen sind dann mit der Schaltungsplatine der Auswerteschaltung zu verbinden, wobei zur Montage der Sensorspule und der Auswerteschaltung in einem Gehäuse die Sensorspule und die Auswerte­ schaltung separat für sich plaziert werden oder vorvergossen als Einheit in das Gehäuse eingeführt werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen induktiven Sensor der gattungsgemäßen Art derart zu verbessern, daß dieser möglichst kosten­ günstig herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird bei einem induktiven Sensor der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die die Sensorspule tragende Trägerplatine über mindestens zwei Löt­ verbindungen mechanisch starr und elektrisch mit der Schaltungsplatine verbunden ist.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist darin zu sehen, daß zwei Lötverbindungen ausreichen, um nicht nur die Sensor­ spule mit der Schaltungsplatine elektrisch zu verbinden, sondern auch gleichzeitig eine mechanische Verbindung von Sensorspule und Schaltungsplatine zu schaffen, so daß damit die Sensorspule und die Schaltungsplatine eine gemeinsam handhabbare und im weiteren Fertigungsprozeß in das Gehäuse als Einheit einsetzbare Einheit bilden.

Eine derartige Lösung schafft erhebliche Kostenvorteile bei der Fertigung, da nicht mehr flexible Leitungen einzeln gehandhabt und verlötet werden müssen und zusätzlich noch die mechanische Positionierung von Sensorspule und Schaltungs­ platine erfolgen muß, sondern durch zwei mechanisch starre Lötverbindungen gleichzeitig auch eine elektrische Verbindung herstellbar ist.

Eine Art der Ausbildung der Verbindung von Trägerplatine und Schaltungsplatine sieht vor, daß eine der Lötverbindungen einen von einer der Platinen abstehenden Lötfinger und eine auf der anderen Platine angeordnete Lötfläche aufweist, wobei eine Verbindung zwischen Lötfinger und Lötfläche durch eine übliche Lotansammlung erfolgt.

Noch vorteilhafter ist es, wenn beide Lötverbindungen einen von einer der Platinen abstehenden Lötfinger und eine an der anderen Platine vorgesehene Lötfläche aufweisen.

Der Vorteil des Vorsehens eines Lötfingers an einer der Platinen ist darin zu sehen, daß ein Lötfinger in der Regel in einfacher Weise, beispielsweise durch Einpressen in eine der Platinen, angeordnet werden kann und auch durch dieses Einpressen in einfacher Weise in elektrischen Kontakt mit einer elektrisch leitenden Schicht der Platine gebracht werden kann.

Ein derartiger Lötfinger ist darüber hinaus in sich starr und damit ergibt sich auch in einfacher Weise die erfindungs­ gemäße mechanisch starre Lötverbindung zwischen der Träger­ platine und der Schaltungsplatine.

Ein derartiger Lötfinger kann beispielsweise als Stift aus­ gebildet sein. Es ist aber auch denkbar, diesen Lötfinger als Flachmaterialstück auszubilden.

Alternativ zum Vorsehen von Lötfingern für die Lötverbin­ dungen sieht ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel vor, daß eine der Lötverbindungen zwei durch Lot miteinander verbundene Lötflächen aufweist, von denen jeweils eine auf einer der Platinen angeordnet ist. Diese Lösung ist besonders einfach realisierbar, da die Lötflächen in einfacher Weise durch auf der jeweiligen Platine vorgesehene elektrisch leitende Schichten realisiert werden können und somit ledig­ lich das Lot, beispielsweise in Form einer Lotansammlung, eine Lötfläche auf der Schaltungsplatine mit einer Lötfläche der Trägerplatine mechanisch starr miteinander verbindet.

Damit besteht die Möglichkeit, die Trägerplatine und die Schaltungsplatine räumlich in der gewünschten Ausrichtung relativ zueinander anzuordnen und lediglich durch Aufbringen einer Lotansammlung unter Benetzung der Lötflächen nach dem Aushärten der Lotansammlung eine mechanisch starre Verbindung zwischen der Trägerplatine und der Schaltungsplatine zu erhalten.

Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn jede der mindestens zwei Lötverbindungen zwei durch Lot miteinander verbundene Lötflächen aufweist, von denen jeweils eine auf einer der Platinen angeordnet ist.

Vorzugsweise läßt sich damit die starre Verbindung in ein­ facher Weise durch einen einzigen Lötvorgang, beispielsweise durch ein Lötbad, erreichen, in welches die Trägerplatine und die Schaltungsplatine in der gewünschten Ausrichtung relativ zueinander eintauchen, wobei dadurch zwangsweise beide Löt­ flächen benetzt werden und die sich zwischen den beiden auf­ grund der Benetzung haltende Lotansammlung nach ihrem Ab­ kühlen für die mechanisch starre Verbindung zwischen der Trägerplatine und der Schaltungsplatine sorgt.

Besonders sicher läßt sich eine die Lötflächen verbindende Lotansammlung dann erreichen, wenn die Platinen relativ zueinander derart angeordnet sind, daß die Lötflächen im wesentlichen aneinander angrenzen.

Vorzugsweise sind dabei die Lötflächen so angeordnet, daß eine der Lötflächen quer zur anderen Lötfläche verläuft, so daß sich in einfacher Weise die gewünschte Lotansammlung zwischen diesen durch Benetzung der beiden Lötflächen aus­ bilden kann.

Die Tatsache, daß die Lötflächen quer zueinander verlaufen, schließt dabei alle spitzen Winkel bis zu einem rechten Winkel ein.

Besonders günstig ist es dabei, wenn die Lötflächen in einem näherungsweise rechten Winkel zueinander verlaufen, da sich dadurch eine besonders vorteilhafte Anordnung der Träger­ platine zur Schaltungsplatine für übliche Gehäuseformen erreichen läßt, wobei außerdem noch durch den rechten Winkel eine ausreichend stabile Verbindung der beiden Lötflächen durch die mit diesen verbundene Lotansammlung und ein aus­ reichend großes Volumen der Lotansammlung durch Bilden einer Art Meniskus zwischen diesen beiden Lötflächen erreichbar ist.

Hinsichtlich der Anordnung der Lötverbindungen relativ zu den Platinen wurden im Zusammenhang mit der bisherigen Erläute­ rung der einzelnen Ausführungsbeispiele keine näheren Angaben gemacht.

So wäre es beispielsweise möglich, daß eine der Lötverbin­ dungen auf einer Seite einer der Platinen und die andere Löt­ verbindung auf der gegenüberliegenden Seite der Platine an­ geordnet ist.

Alternativ dazu besteht die Möglichkeit, daß die mindestens zwei Lötverbindungen auf einer Seite der jeweiligen Platine angeordnet sind, so daß die mindestens zwei Lötverbindungen in besonders einfacher Art und Weise durch Aufbringen von Lot herstellbar sind.

Um die Qualität der mechanischen Verbindung, insbesondere im Hinblick auf beim Abkühlen des Lots auftretende Spannungen, zu verbessern, ist vorzugsweise vorgesehen, daß mindestens einer auf einer Seite der jeweiligen Platine angeordneten Lötverbindung eine auf einer gegenüberliegenden Seite der Platine entsprechende Lötverbindung zugeordnet ist.

Diese Lösung hat den Vorteil, daß einer Lötverbindung eine entsprechende Lötverbindung auf der gegenüberliegenden Seite der Platine zugeordnet ist, so daß sich damit in einfacher Weise die beim Abkühlen des Lots auftretenden Kräfte kompen­ sieren lassen und im übrigen noch die Möglichkeit besteht, die mechanische Verbindung stabiler und die elektrische Ver­ bindung ausfallsicherer zu gestalten.

Hinsichtlich der Anordnung der Schaltungsplatine und der Trägerplatine relativ zueinander wurden im Zusammenhang mit den bisherigen Ausführungsbeispielen keine näheren Angaben gemacht. Beispielsweise wäre es denkbar, Schaltungsplatine und Trägerplatine mit einem Zwischenraum relativ zueinander anzuordnen.

Besonders günstig ist es jedoch, wenn die Schaltungsplatine und die Trägerplatine aneinander anstoßen, da damit eine besonders stabile mechanische Verbindung zwischen den beiden realisiert werden kann, insbesondere dadurch, daß sich durch das aneinander Anstoßen die Schaltungsplatine und die Träger­ platine aneinander abstützen.

Um vorteilhafte geometrische Verhältnisse zu erreichen, ist günstigerweise vorgesehen, daß die Schaltungsplatine und die Trägerplatine in einem Berührungsbereich quer zueinander ver­ laufen.

Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Schaltungsplatine und die Trägerplatine im Berührungsbereich ungefähr senkrecht zueinander verlaufen.

Eine für die Gestaltung des Sensors zweckmäßige Anordnung von Schaltungsplatine und Trägerplatine relativ zueinander sieht vor, daß die Schaltungsplatine nahe einer senkrecht zur Trägerplatine verlaufenden Symmetrieebene derselben ange­ ordnet ist.

Hinsichtlich der Ausbildung von Schaltungsplatine und Träger­ platine wurden im Zusammenhang mit der bisherigen Erläuterung der einzelnen Ausführungsbeispiele keine näheren Angaben gemacht. Prinzipiell könnten die Platinen gekrümmt ausge­ bildet sein.

Aus Gründen der Vereinfachung ist es besonders günstig, wenn die Schaltungsplatine als im wesentlichen ebene Platine aus­ gebildet ist.

Darüber hinaus ist es ebenfalls zweckmäßig, wenn auch die Trägerplatine als im wesentlichen ebene Platine ausgebildet ist.

Hinsichtlich der Art der Auswerteschaltungen wurden im Zu­ sammenhang mit den bisher erläuterten Ausführungsbeispielen keine näheren Angaben gemacht. So ist es beispielsweise denk­ bar, einfache Auswerteschaltungen zu verwenden, die ohne zusätzliche Induktivität, nämlich nur mit der Sensorspule, arbeiten.

Um die Empfindlichkeit zu steigern und insbesondere den Temperaturgang der Spulen kompensieren zu können, ist es besonders günstig, wenn die Auswerteschaltung mindestens eine Referenzspule aufweist, da sich mit derartigen Auswerte­ schaltungen bessere Ergebnisse erreichen lassen.

Prinzipiell könnte eine derartige Referenzspule in konven­ tioneller Weise ausgebildet und beispielsweise über flexible Leitungen mit der Auswerteschaltung verbunden sein.

Eine besonders günstige Lösung sieht jedoch vor, daß die Referenzspule durch eine strukturierte, elektrisch leitende Schicht der Schaltungsplatine gebildet ist, so daß sich mit Herstellung der Schaltungsplatine auch die Referenzspule herstellen läßt.

Eine besonders zweckmäßige Ausgestaltung sieht jedoch vor, daß die Referenzspule in Form von Leiterbahnen in die Schaltungsplatine integriert ist. Diese Lösung hat den Vor­ teil, daß ein aufwendiges Verschalten der Referenzspule mit der Auswerteschaltung nicht mehr notwendig ist, sondern daß allein durch die Bestückung der Schaltungsplatine auch die Referenzspule mit der Auswerteschaltung verschaltet ist.

Dies ist in unterschiedlichen Ausführungsformen realisierbar. So sieht eine Ausführungsform vor, daß die Schaltungsplatine mit einer in Form einer strukturierten Schicht auf der Schaltungsplatine angeordneten Referenzspule versehen ist. Diese Lösung ist die einfachste Lösung und schafft die Mög­ lichkeit, die Referenzspule in gleicher Weise wie die Bau­ teilanschlüsse auf der Schaltungsplatine aufzubringen.

Darüber hinaus hat eine derartige, als Schicht auf der Schaltungsplatine angeordnete Referenzspule noch den Vorteil, daß sich diese beispielsweise noch durch Schichtabtrag ab­ stimmen läßt, beispielsweise dadurch, daß der Schichtabtrag mittels eines Lasers erfolgt.

Eine andere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, daß die Referenzspule in eine Zwischenlage zwischen einer oberen und einer unteren Lage der Schaltungsplatine integriert ist. Eine derartige Integration der Referenzspule in eine Zwischenlage erlaubt es, die Schaltungsplatine mit geringerer Größe aus­ zuführen, da der durch die Sensorspule erforderliche Flächen­ bedarf entfällt, wenn diese in einer Zwischenlage zwischen der oberen und unteren Lage der Schaltungsplatinen, die bei­ spielsweise beide mit Bauteilen bestückt sein können, integriert ist.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Auswerteschaltung sieht eine mehrlagige Referenzspule vor.

Die Sensorspule kann in unterschiedlichster Art und Weise ausgebildet sein. So ist es denkbar, die Sensorspule auf einer Frontseite oder einer Rückseite der Trägerplatine an­ zuordnen oder als Zwischenlage der Trägerplatine, so daß die Sensorspule durch die beiderseits der Zwischenlage liegenden Lagen geschützt ist. Es ist aber auch denkbar, die Sensor­ spule mehrlagig auszubilden.

Hinsichtlich der Anordnung und Ausbildung der Sensorspule wurden im Zusammenhang mit der bisherigen Erläuterung der einzelnen Ausführungsbeispiele keine näheren Angaben gemacht. So ist es beispielsweise denkbar, die Sensorspule ebenfalls mit einem auf die Trägerplatine angeordneten Ferritelement zu versehen.

Es ist auch denkbar, auf der Trägerplatine ein Abschirm­ element anzuordnen.

Besonders günstig ist eine Ausführungsform des erfindungs­ gemäßen Sensors dann, wenn die Sensorspule von einer auf der Trägerplatine in Form einer strukturierten Schicht vorge­ sehenen Abschirmung umgeben ist.

Eine derartige Abschirmung kann beispielsweise im einfachsten Fall als die Sensorspule azimutal umschließende Kurzschluß­ windung ausgebildet sein.

Es sind aber auch kompliziertere und jeweils an die einzelnen Anwendungsfälle angepaßte Formen einer Abschirmung in Form einer auf die Trägerplatine aufgebrachten Schicht realisier­ bar.

Ein anderes vorteilhaftes Ausführungsbeispiel, insbesondere ein Ausführungsbeispiel, bei welchem die Eigenschaften der Sensorspule anpaßbar sein sollen, sieht vor, daß auf der Trägerplatine ein Bedämpfungselement für die Sensorspule, umfassend eine strukturierte, elektrisch leitende Schicht auf der Trägerplatine, angeordnet ist.

Eine derartige Lösung hat den großen Vorteil, daß mit einem derartigen Bedämpfungselement in einfacher Weise die Eigen­ schaften der Sensorspule noch durch Abstimmung an spezielle Verhältnisse anpaßbar sind.

Besonders günstig läßt sich ein derartiges Bedämpfungselement dann realisieren, wenn es einen auf der Trägerplatine ange­ ordneten elektrischen Widerstand aufweist, der beispielsweise auch noch abstimmbar ist, um die Bedämpfung durch das Be­ dämpfungselement variieren zu können.

Um weiterhin möglichst geringen Raumbedarf zu haben, sieht eine besonders günstige Lösung vor, daß die Trägerplatine zusätzlich zur Sensorspule noch mit elektrischen Bauelementen versehen ist. Derartige elektrische Bauelemente könnten bei­ spielsweise im Fall induktiver Sensoren noch ein Kondensator sein, der der Sensorspule zur Bildung eines Schwingkreises zugeordnet ist.

Derartige zusätzliche elektronische Bauelemente könnten auf der Frontseite der Trägerplatine angeordnet sein. Besonders günstig ist es jedoch, wenn diese auf einer der Sensorspule abgewandten Rückseite der Trägerplatine angeordnet sind, da sich somit die Sensorspule möglichst dicht an einer Gehäuse­ seite anordnen läßt.

Weitere Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung einiger Ausführungsbeispiele. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf ein erstes Aus­ führungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sensors;

Fig. 2 eine Ansicht in Richtung des Pfeils A in Fig. 1;

Fig. 3 eine Ansicht einer Trägerplatine des ersten Aus­ führungsbeispiels in Richtung des Pfeils B in Fig. 1;

Fig. 4 eine Draufsicht entsprechend Fig. 1 auf eine Schaltungsplatine des ersten Ausführungs­ beispiels;

Fig. 5 einen Schnitt durch ein zweites Ausführungs­ beispiel längs Linie 5-5 in Fig. 6;

Fig. 6 eine Seitenansicht des zweiten Ausführungs­ beispiels in Richtung des Pfeils C in Fig. 5;

Fig. 7 eine Ansicht ähnlich Fig. 1 eines dritten Aus­ führungsbeispiels;

Fig. 8 eine Ansicht ähnlich Fig. 2 eines vierten Aus­ führungsbeispiels;

Fig. 9 eine Ansicht ähnlich Fig. 3 des vierten Aus­ führungsbeispiels;

Fig. 10 eine Ansicht ähnlich Fig. 2 eines fünften Aus­ führungsbeispiels;

Fig. 11 eine Ansicht ähnlich Fig. 2 eines sechsten Aus­ führungsbeispiels;

Fig. 12 eine Ansicht ähnlich Fig. 1 eines siebten Aus­ führungsbeispiels;

Fig. 13 eine Ansicht ähnlich Fig. 6 eines achten Aus­ führungsbeispiels;

Fig. 14 eine Ansicht ähnlich Fig. 1 eines neunten Aus­ führungsbeispiels und

Fig. 15 eine Ansicht ähnlich Fig. 1 eines zehnten Aus­ führungsbeispiels.

Ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen induk­ tiven Sensors, dargestellt in Fig. 1, welcher beispielsweise als Näherungsschalter zum Erkennen eines sich annähernden Objekts 10 arbeitet, umfaßt eine Trägerplatine 12, auf welcher eine als Ganzes mit 14 bezeichnete Sensorspule an­ geordnet ist, die, wie in Fig. 2 dargestellt, als auf einer Frontseite 16 der Trägerplatine angeordnete strukturierte, spiralförmige Schicht 18 ausgebildet ist, welche von einem inneren Anschluß 20 sich zu einem Mittelpunkt 22 spiralförmig erweitert und in einem äußeren Anschluß 24 endet.

Vorzugsweise haben dabei die einzelnen Windungen der spiral­ förmig vom inneren Anschluß 20 zum äußeren Anschluß 24 ver­ laufenden Schicht 18 radial zum Mittelpunkt 22 ungefähr die­ selbe Breite und außerdem radial zum Mittelpunkt 22 ungefähr denselben Abstand voneinander.

Der innere Anschluß 20 ist durch die Trägerplatine 12 hindurchkontaktiert zu einer auf einer Rückseite 26 der Trägerplatine 12 angeordneten ersten Kontaktschicht 28, welche eine von dem inneren Anschluß 20 radial zum Mittel­ punkt 22 nach außen verlaufende Leiterbahn 30 und einen ersten Kontaktierungsbereich 32 aufweist, der seinerseits eine erste Lötfläche 34 bildet.

Ferner ist der äußere Anschluß 24 ebenfalls durch die Träger­ platine 12 hindurchgeführt und direkt mit einer zweiten, auf der Rückseite 26 vorgesehenen Kontaktschicht 38 verbunden, welche mit einem zweiten Kontaktierungsbereich 42 eine zweite Lötfläche 44 bildet.

Vorzugsweise erstrecken sich die Kontaktierungsbereiche 32 und 42 mit den Lötflächen 34 und 44 symmetrisch zu einer durch den Mittelpunkt 22 hindurch verlaufenden und senkrecht zu der Frontseite 16 und der Rückseite 26 ausgerichteten Symmetrieebene 46 der Trägerplatine 12, wie in Fig. 3 dar­ gestellt.

Ferner umfaßt der induktive Sensor, wie in Fig. 1 und 4 dar­ gestellt, eine als Ganzes mit 50 bezeichnete Auswerte­ schaltung, welche auf einer Schaltungsplatine 52 angeordnete elektronische Bauteile 54, wie Widerstände, Kondensatoren und Halbleiterbauelemente, aufweist, die durch zeichnerisch nicht dargestellte Leiterbahnen der Schaltungsplatine 52 mitein­ ander zur Realisierung der gewünschten Schaltfunktionen ver­ bunden sind.

Die Schaltungsplatine 52 erstreckt sich dabei vorzugsweise in einer Längsrichtung 55 und weist eine der Trägerplatine 12 zugewandte Frontkante 56 auf, sowie eine dieser gegenüber­ liegende rückseitige Kante 58.

An die Frontkante 56 unmittelbar angrenzend sind symmetrisch zu einer parallel zur Längsrichtung 55 verlaufenden Mittel­ achse 60 der Schaltungsplatine 52 Kontaktschichten 62 und 72 auf einer Oberseite 63 der Schaltungsplatine 52 angeordnet, wobei die Kontaktschichten 62, 72 Lötflächen 64 und 74 bilden.

Die Anordnung der Kontaktschichten 62 und 72 erfolgt der­ gestalt, daß bei an die Frontkante 56 mit der Rückseite 26 anliegender Trägerplatine 12 die erste Lötfläche 34 und die zweite Lötfläche 44 der Kontaktschichten 28 und 38 auf der Rückseite 26 im selben Abstand von der Mittelachse 60 liegen. Auf die im Winkel zueinander verlaufenden Lötflächen 34 und 64 sowie 44 und 74 aufgetragenes Lot bildet durch Adhäsion an den Lötflächen 34 und 64 sowie 44 und 74 haftende Lotansammlungen 66 bzw. 76.

Somit entstehen Lötverbindungen 68 und 78, umfassend jeweils die entsprechenden Lötflächen 64 und 34 bzw. 74 und 44 mit den zwischen diesen wirksamen Lotansammlungen 66 und 76, die sowohl jeweils eine elektrische Verbindung zwischen der Trägerplatine 12 für die Sensorspule 14 und der Schaltungs­ platine 52 für die Auswerteschaltung 50 als auch eine starre mechanische Verbindung zwischen der Trägerplatine 12 und der Schaltungsplatine 52 herstellen.

Diese Lösung hat den Vorteil, daß keine separate mechanische Verbindung zwischen der Trägerplatine 12 und der Schaltungs­ platine 52 geschaffen werden muß, sondern die Lötverbindungen 68 und 78 neben der elektrischen Verbindung der Sensorspule 14 mit der Auswerteschaltung 50 gleichzeitig auch die starre mechanische Verbindung der Trägerplatine 12 mit der Schal­ tungsplatine 52 schaffen.

Bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist die Lötverbindung 68 und 78 jeweils nur durch eine auf einer Seite der Schaltungs­ platine 52 angeordnete Lotansammlung 66 bzw. 76 geschaffen.

Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel, dargestellt in Fig. 5 und Fig. 6, ist die Schaltungsplatine 52 relativ zur Träger­ platine 12 so angeordnet, daß deren Frontkante 56 an der Rückseite 26 der Trägerplatine 12 in Höhe der Symmetrieebene 46 anliegt und vorzugsweise die Symmetrieebene 46 eine Mittelebene der Schaltungsplatine 52 darstellt, so daß sich vorzugsweise die Lötflächen 34 und 44 beiderseits der Symme­ trieebene 46 erstrecken und sowohl über die Oberseite 63 als auch eine Unterseite 83 der Schaltungsplatine 52 überstehen.

Ferner ist die Schaltungsplatine sowohl auf der Oberseite 63 mit den Kontaktschichten 62 und 72 als auch auf der Unter­ seite 83 mit Kontaktschichten 82 und 92 versehen, die ihrer­ seits ebenfalls Lötflächen 84 bzw. 94 tragen.

Somit besteht die Möglichkeit, durch zusätzliche Lot­ ansammlungen 86 und 96 auch über die Unterseite 83 wirksame Lötverbindungen 88 bzw. 98 zu schaffen, die ergänzend zu den Lötverbindungen 68 und 78 einerseits eine bessere mechanische Stabilität der mechanischen Verbindung zwischen der Träger­ platine 12 und der Schaltungsplatine 52 gewährleisten und außerdem noch den Vorteil haben, daß beim Erkalten der Lot­ ansammlungen 66 und 76 keine einseitigen Zugkräfte auf die Verbindung zwischen der Trägerplatine 12 und der Schaltungs­ platine 52 wirken, sondern diese beim Erkalten der Lot­ ansammlungen 66 und 76 entstehenden Zugkräfte durch ent­ sprechende Zugkräfte der erkaltenden Lotansammlungen 86 und 96 kompensiert werden.

Zur Erhöhung der Redundanz sind vorzugsweise noch die Kontaktschichten 62 und 82 sowie 72 und 92 elektrisch mit­ einander verbunden, so daß selbst bei Bruch einer der beiden Lötverbindungen 68 oder 88 bzw. 78 bzw. 98 nach wie vor ein elektrischer Kontakt zwischen der Auswerteschaltung 50 und der Sensorspule 14 aufrechterhalten bleibt.

Die erfindungsgemäße Lösung hat somit den Vorteil, daß durch die jeweils paarweisen Lötverbindungen 68 und 88 bzw. 78 und 98 eine hohe mechanische Stabilität und eine hohe elektrische Zuverlässigkeit der Verbindung zwischen der Trägerplatine 12 mit der Sensorspule 14 und der Auswerteschaltung 50 erreich­ bar ist.

Im übrigen sind bei dem zweiten Ausführungsbeispiel all die­ jenigen Elemente, die mit denen des ersten Ausführungs­ beispiels identisch sind, mit denselben Bezugszeichen ver­ sehen, so daß hinsichtlich der Beschreibung derselben voll­ inhaltlich auf die Ausführungen zum ersten Ausführungs­ beispiel Bezug genommen werden kann.

Bei einem dritten Ausführungsbeispiel, dargestellt in Fig. 7, sind die ersten Kontaktschicht 28 und die zweite Kontakt­ schicht 38 nicht mit Lötflächen versehen, sondern mit durch­ gedrückten Kontaktstiften 102 und 104, deren Abstand so ge­ wählt ist, daß diese auf den Lötflächen 64 und 74 der Schaltungsplatine 52 mit einer Lotansammlung 66' bzw. 76' fixierbar sind.

Im Gegensatz zum ersten und zweiten Ausführungsbeispiel um­ fassen somit die Lötverbindungen 68' und 78' die Kontakt­ schichten 28 und 38, zusätzlich noch die Kontaktstifte 102 und 104 und außerdem die Lötansammlungen 66' und 76' sowie die Kontaktschichten 62 und 72.

Im übrigen sind jedoch die Vorteile dieselben wie beim ersten und zweiten Ausführungsbeispiel.

Im übrigen können bei einer Variante des dritten Ausführungs­ beispiels die Kontaktstifte 102 und 104 auch durch flächige Kontaktplatten ersetzt werden.

Im übrigen sind diejenigen Teile, die mit denjenigen des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels identisch sind, mit denselben Bezugszeichen versehen, so daß hinsichtlich deren Beschreibung vollinhaltlich auf die Ausführungen zu diesen Ausführungsbeispielen Bezug genommen wird.

Bei einem vierten Ausführungsbeispiel, dargestellt in Fig. 8 und Fig. 9, ist die Trägerplatine 12 in gleicher Weise wie bei allen übrigen Ausführungsbeispielen auf ihrer Frontseite mit der Sensorspule 14 in Form der spiralförmig von dem inneren Anschluß 20 zum äußeren Anschluß 24 verlaufenden Schicht 18 versehen.

Im Gegensatz zu den voranstehenden Ausführungsbeispielen trägt die Trägerplatine 12 auf ihrer Rückseite 26 nicht nur die Kontaktschichten 28 und 38, sondern zwei zusätzliche Leiterbahnen 106 und 108, die zu einem Bauteil 110, bei­ spielsweise einem Schwingkreiskondensator, führen, der der Sensorspule 14 zugeordnet ist, um beispielsweise einen LC-Schwingkreis zu bilden, welcher mit der Auswerteschaltung 50 in gleicher Weise, wie bei den voranstehenden Ausführungs­ beispielen beschrieben, verbunden ist.

Der Vorteil dieser Lösung ist darin zu sehen, daß durch das zusätzliche Bauteil 110, beispielsweise den Kondensator des LC-Schwingkreises, eine räumliche Anordnung der Sensorspule 14 und des Kondensators 110 geschaffen ist, die aufgrund ihrer kompakten Anordnung eine geringe Störanfälligkeit zeigt und außerdem noch zusätzlich Raum auf der Schaltungsplatine 52 schafft, um entweder auf der Schaltungsplatine 52 mehr Bauteile der Auswerteschaltung 50 unterbringen zu können oder die Schaltungsplatine 52 kleiner gestalten zu können.

Im übrigen ist bei dem vierten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 8 und Fig. 9 die Auswerteschaltung 50 und die Schaltungs­ platine 52 in gleicher Weise ausgeführt wie bei den voran­ stehenden Ausführungsbeispielen, so daß auf die Ausführungen und Darstellungen hierzu vollinhaltlich Bezug genommen wird.

Bei einem fünften Ausführungsbeispiel, dargestellt in Fig. 10, ist im Gegensatz zu den voranstehenden Ausführungs­ beispielen auf der Frontseite 16 der Trägerplatine 12 nicht nur die Sensorspule 14 mit der spiralförmig von dem inneren Anschluß 20 zum äußeren Anschluß 24 verlaufenden Schicht 18 angeordnet, sondern zusätzlich eine elektrisch leitende Schicht 112, welche die Sensorspule 14 bezüglich des Mittel­ punkts 22 radial außenliegend umschließt und in azimutaler Richtung geschlossen ist, so daß eine sogenannte Kurzschluß- oder Abschirmwindung gegeben ist, die für einen Einbau des Sensors in eine metallische Umgebung von Vorteil ist.

Alternativ dazu ist bei einem sechsten Ausführungsbeispiel, dargestellt in Fig. 11, die äußere Schicht 112' in azimutaler Richtung unterbrochen und durch ein Bauteil 114, beispiels­ weise einen elektrischen Widerstand, verbunden, so daß diese äußere Schicht 112' als die Sensorspule bedämpfende Kurz­ schlußwicklung einsetzbar ist, wobei die Bedämpfung durch Einstellen des Widerstands 114 erreichbar ist.

Beispielsweise besteht bei dieser Lösung auch die Möglich­ keit, den Widerstand 14 nachträglich, beispielsweise mittels eines Lasers, abzustimmen.

Im übrigen ist das fünfte und das sechste Ausführungsbeispiel in gleicher Weise ausgebildet wie eins der voranstehenden Ausführungsbeispiele, so daß diejenigen Teile, die mit diesen Ausführungsbeispielen identisch sind, mit denselben Bezugs­ zeichen versehen sind und im übrigen auf die Ausführungen zu den voranstehenden Ausführungsbeispielen vollinhaltlich Bezug genommen wird.

Bei einem siebten Ausführungsbeispiel, dargestellt in Fig. 12, ist die Trägerplatine 12 mit der Sensorspule 14 bei­ spielsweise in gleicher Weise ausgebildet, wie im Zusammen­ hang mit dem ersten Ausführungsbeispiel erläutert.

Im übrigen sind auch die Lötverbindungen 68 und 78 so ausge­ bildet, wie im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungs­ beispiel erläutert.

Im Gegensatz zu den voranstehenden Ausführungsbeispielen ist bei dem siebten Ausführungsbeispiel die Auswerteschaltung 50 selbst noch mit einer Referenzspule 120 versehen, welche bei­ spielsweise auf der Oberseite 63 der Schaltungsplatine 52 als von einem inneren Anschluß 122 zu einem äußeren Anschluß 124 spiralförmig verlaufende Schicht 126 ausgebildet ist, wobei eine sich radial zu einem Mittelpunkt 128 erstreckende Breite einzelner Windungen der Schicht 126 sowie ein Abstand dieser Windungen 126 in radialer Richtung zum Mittelpunkt 128 im wesentlichen ungefähr gleich groß ist.

Der Vorteil dieses siebten Ausführungsbeispiels ist somit darin zu sehen, daß die für die Steigerung der Empfindlich­ keit induktiver Sensoren erforderliche Referenzspule 120 in einfacher Weise hergestellt und auf der Schaltungsplatine 52 angeordnet werden kann, ohne daß ein zusätzlicher Fertigungs­ aufwand für die Verbindung der Referenzspule mit der Aus­ werteschaltung erforderlich ist. Vielmehr ist die Referenz­ spule 120 bei Herstellung der Schaltungsplatine 52 zusammen mit den Leiterbahnen der Schaltungsplatine 52 in einfacher Weise herstellbar und mit diesen elektrisch verbindbar.

Darüber hinaus schafft das Vorsehen der Referenzspule 120 auf der Schaltungsplatine noch eine weitere Möglichkeit zur Ver­ besserung der Empfindlichkeit, nämlich dadurch, daß die Sensorspule 14 und die Referenzspule 120 im wesentlichen ähnlich hergestellt werden können, d. h. im wesentlichen die­ selben Dimensionen aufweisen, so daß deren Induktivität im wesentlichen dieselbe ist.

Besonders günstig ist es, wenn außerdem die Trägerplatine 12 und die Schaltungsplatine 52 aus demselben Material sind. Noch vorteilhafter lassen sich die Eigenschaften der Sensor­ spule 14 und der Referenzspule 120 aufeinander dann ab­ stimmen, wenn diese in demselben Fertigungsprozeß hergestellt sind, so daß in einfacher Weise auch die Dicke der spiral­ förmig verlaufenden Schichten 18 und 126 und deren Material­ eigenschaften sowie deren Maßtoleranzen in radialer Richtung zum jeweiligen Mittelpunkt 22 bzw. 128 im wesentlichen iden­ tisch sind.

Im übrigen sind diejenigen Teile, die mit denen der voran­ stehenden Ausführungsbeispiele identisch sind, mit denselben Bezugszeichen versehen, so daß hinsichtlich der Erläuterung dieser Teile auf die voranstehenden Ausführungsbeispiele vollinhaltlich Bezug genommen werden kann.

Bei einem achten Ausführungsbeispiel, dargestellt in Fig. 13, ist die Sensorspule 120 nicht auf der Oberseite 63 der Schaltungsplatine 52 angeordnet, sondern in die Schaltungs­ platine 52, beispielsweise als mittlere Lage 130, zwischen zwei Lagen 132 und 134 integriert, so daß die Lagen 132 und 134 der Schaltungsplatine 52 als untere und obere Lagen auf ihrer Fläche mit Bauteilen 54 versehen werden können und die Größe der Schaltungsplatine 52 primär durch die Zahl und Art der auf den Lagen 132 und 134 angeordneten Bauteile 54 be­ dingt ist, jedoch nicht durch die Referenzspule 120.

Im übrigen ist auch das achte Ausführungsbeispiel insoweit, als dieselben Bauteile wie bei den voranstehenden Aus­ führungsbeispielen Verwendung finden, mit denselben Bezugs­ zeichen versehen, so daß hinsichtlich der Beschreibung der­ selben vollinhaltlich auf die Ausführungen zu den voran­ stehenden Ausführungsbeispielen Bezug genommen wird.

Bei einem neunten Ausführungsbeispiel, dargestellt in Fig. 14, sind ebenfalls diejenigen Teile, die mit denen der voran­ stehenden Ausführungsbeispiele identisch sind, mit denselben Bezugszeichen versehen, so daß hinsichtlich der Beschreibung dieser Teile vollinhaltlich auf die voranstehenden Aus­ führungsbeispiele Bezug genommen werden kann.

Im Gegensatz zum siebten und achten Ausführungsbeispiel ist die Referenzspule 120' nicht mehr als zu dem Mittelpunkt 128 rotationssymmetrische Spule ausgebildet, sondern die ein­ zelnen Windungen der spiralförmig von dem inneren Ende 122 zu dem äußeren Ende 124 verlaufenden Schicht 126 sind elliptisch ausgebildet, um die Ausdehnung der Referenzspule 120 in Rich­ tung der Längsrichtung 55 der Schaltungsplatine 52 zu redu­ zieren und somit insbesondere dann, wenn die Referenzspule 120' auf der Oberseite 63 der Schaltungsplatine 52 angeordnet ist, den Flächenbedarf für die Referenzspule 120' zu redu­ zieren.

Bei einem zehnten Ausführungsbeispiel, dargestellt in Fig. 15, ist die Referenzspule 120" ebenfalls insoweit verändert, als sie nicht mehr rotationssymmetrisch zum Mittelpunkt 128 verläuft. Vielmehr ist der innere Anschluß 122 so angeordnet, daß er mit dem Mittelpunkt 128 zusammenfällt und die ein­ zelnen Windungen der Schicht 128 verlaufen in Form einer Rechteckspirale zum Mittelpunkt 128 bis zum äußeren Anschluß 124.

Auch diese Ausführungsform der Referenzspule 120" ist flächensparender als die Referenzspule 120 und ermöglicht somit eine Reduzierung der Größe der Schaltungsplatine 52 durch reduzierten Flächenbedarf aufgrund der Referenzspule 120".

Im übrigen sind das neunte und das zehnte Ausführungsbeispiel in gleicher Weise ausgebildet wie die voranstehenden Aus­ führungsbeispiele, so daß hinsichtlich der übrigen Bauteile auf die Ausführungen zu den voranstehenden Ausführungs­ beispielen vollinhaltlich Bezug genommen werden kann.

Darüber hinaus besteht auch bei allen übrigen Ausführungs­ beispielen, insbesondere jedoch beim neunten und zehnten Ausführungsbeispiel, die Möglichkeit, die Sensorspule 14 ebenfalls nicht radialsymmetrisch, sondern beispielsweise elliptisch oder rechteckförmig auszubilden, um die Sensor­ spule 14 jeweils der Art der Ausbildung der Referenzspule 120', 120" anzupassen.

Claims (24)

1. Induktiver Sensor umfassend mindestens eine
in Form einer strukturierten leitenden Schicht einer Trägerplatine ausgebildete Sensorspule und eine Aus­ werteschaltung, welche mit der Sensorspule verbunden ist und eine mit Leiterbahnen versehene Schaltungsplatine aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß die die Sensorspule (14) tragende Trägerplatine (12) über mindestens zwei Lötverbindungen (68, 78, 88, 98) mecha­ nisch starr und elektrisch mit der Schaltungsplatine verbunden ist.

2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Lötverbindungen (68', 78') einen von einer der Platinen (12) abstehenden Lötfinger (102, 104) und eine auf der anderen Platine (52) angeordnete Lötfläche (64, 74) aufweist.

3. Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß beide Lötverbindungen (68', 78') einen von einer der Platinen (12) abstehenden Lötfinger (102, 104) und eine an der anderen Platine (52) vorgesehene Lötfläche (64, 74) aufweisen.

4. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Lötverbindungen (68, 78, 88, 98) zwei durch Lot mit­ einander verbundene Lötflächen (34, 64; 44, 74; 34, 84; 44, 94) aufweist, von denen jeweils eine auf einer der Platinen (12, 52) angeordnet ist.

5. Sensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede der mindestens zwei Lötverbindungen (68, 78, 88, 98) zwei durch Lot (66, 76, 86, 98) miteinander verbundene Lötflächen (34, 64; 44, 74; 34, 84; 44, 94) aufweist, von denen jeweils eine auf einer der Platinen (12, 52) angeordnet ist.

6. Sensor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Platinen (12, 52) relativ zueinander derart angeordnet sind, daß die Lötflächen (34, 64; 44, 74; 34, 84; 44, 94) im wesentlichen aneinander angrenzen.

7. Sensor nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Lötflächen (34, 44) quer zur anderen Lötfläche (64, 74, 84, 94) verläuft.

8. Sensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Lötflächen (34, 64; 44, 74; 34, 84; 44, 94) in einem näherungsweise rechten Winkel zueinander ver­ laufen.

9. Sensor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens zwei Lötverbindungen (68, 78, 88, 98) auf einer Seite (26, 63) der Platinen (12, 52) angeordnet sind.

10. Sensor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer auf einer Seite (63) der jeweiligen Platine angeordneten Lötverbindung (68, 78) eine auf einer gegenüberliegenden Seite (83) der Platine (52) entsprechende Lötverbindung (88, 98) zugeordnet ist.

11. Sensor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsplatine (52) und die Trägerplatine (12) aneinander anstoßen.

12. Sensor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsplatine (52) und die Trägerplatine (12) in einem Berührungsbereich quer zueinander verlaufen.

13. Sensor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsplatine (52) nahe einer senkrecht zur Trägerplatine (12) verlaufenden Symmetrieebene (46) derselben angeordnet ist.

14. Sensor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Auswerteschaltung (50) minde­ stens eine Referenzspule (120) zugeordnet ist.

15. Sensor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzspule (120) durch eine strukturierte, elektrisch leitende Schicht (126) der Schaltungsplatine (52) gebildet ist.

16. Sensor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzspule (120) in Form von Leiterbahnen (126) in die Schaltungsplatine (52) integriert ist.

17. Sensor nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsplatine (52) mit einer in Form einer strukturierten leitenden Schicht (126) auf der Schaltungsplatine (52) angeordneten Referenzspule (120) versehen ist.

18. Sensor nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzspule (120) in eine Zwischenlage (130) zwischen einer oberen Lage (134) und einer unteren Lage (132) der Schaltungsplatine (52) integriert ist.

19. Sensor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorspule (14) von einer auf der Trägerplatine (12) in Form einer strukturierten Schicht (112) vorgesehenen Abschirmung umgeben ist.

20. Sensor nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung (112) als Kurzschlußwindung ausgebildet ist.

21. Sensor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Trägerplatine (12) ein Be­ dämpfungselement (112', 114) für die Sensorspule, um­ fassend eine strukturierte, elektrisch leitende Schicht (112') auf der Trägerplatine (12), angeordnet ist.

22. Sensor nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Bedämpfungselement (112', 114) einen elektrischen Wider­ stand (114) aufweist.

23. Sensor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatine (12) zusätzlich mit einem elektronischen Bauelement (110) versehen ist.

24. Sensor nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatine (12) auf ihrer der Sensorspule (14) abge­ wandten Rückseite (26) mit dem elektronischen Bauelement (110) versehen ist.