DE10137749A1

DE10137749A1 - Elektronische Baugruppe

Info

Publication number: DE10137749A1
Application number: DE2001137749
Authority: DE
Inventors: Roberto Schlenker; Alfred Schuster
Original assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Current assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Priority date: 2001-08-01
Filing date: 2001-08-01
Publication date: 2003-02-13

Abstract

Bisherige elektronische Baugrupen mit richtungsabhängigen Sensoranordnungen können Winkelfehler der Sensoranordnung, die durch Abweichungen zwischen den definierten und den tatsächlichen Messachsen in den Sensoranordnungen verursacht werden, nicht kompensieren. Die neue elektronische Baugruppe soll es ermöglichen, diesen Messfehler zu eliminieren. DOLLAR A Die neue elektronische Baugruppe beinhaltet eine positionierfähige Fixiermasse, auf der die Sensoranordnung angebracht ist. Die Fixiermasse besteht aus einem hochviskosen Material, das beispielsweise knetmasseartig oder harzförmig ist. In diese wird die Sensoranordnung in die gewünschte Position eingedrückt, wobei sich die Fixiermasse der Position der Sensoranordnung anpasst, ohne dabei zu zerfließen. DOLLAR A Derartige positionierfähige elektronische Baugruppen werden für richtungsabhängige Steuergeräte, insbesondere für Kraftfahrzeugsteuergeräte, benötigt, die aus sicherheitstechnischen Gründen nur geringste Messfehler aufweisen dürfen.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische Baugruppe mit richtungsabhängiger Sensoranordnung und ein Verfahren zum Aufbau einer solchen elektronische Baugruppe, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und 2.

Bisherige elektronische Baugruppen mit richtungsabhängiger Sensoranordnung, insbesondere Kraftfahrzeugsteuergeräte zum Bremsen und zur Airbagauslösung, werden abhängig vom Fahrzeugmodell aufgebaut. Da deren richtungsabhängigen Sensoranordnungen zumindest immer exakt in Fahrtrichtung ausgerichtet sein müssen, werden verschiedene Aufbauten mit identischem Inhalt für verschiedene Fahrzeugmodelle benötigt. Diese Aufbauten unterscheiden sich nur in den Gehäuse- oder Trägerformen, an denen die Sensoranordnungen angebracht und vertikal oder horizontal zur Fahrtrichtung bzw. zur Fahrzeugachse ausgerichtet sind.

Ferner werden für solche elektronischen Saugruppen Sensoranordnungen, Gehäuseteile und Träger benötigt, die einen möglichst geringen Toleranzbereich aufweisen, da sonst Fehlfunktionen der elektronischen Baugruppen auftreten.

Nachteilig bei diesen elektronischen Baugruppen ist es, dass für verschiedene Fahrzeugmodelle unterschiedliche Gehäuse oder Träger für die elektronische Baugruppe benötigt werden. Für den Hersteller von elektronischen Baugruppen bedeutet dies einen hohen Aufwand hinsichtlich der Logistik, Lagerhaltung und Montage. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass Teile mit einem kleinen Toleranzbereich höhere Kosten verursachen.

In der noch nicht veröffentlichen deutschen Patentanmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen 101 07 550.2 wird ein Kraftfahrzeugsteuersystem mit richtungsabhängiger Sensoranordnung offenbart. Hierbei befindet sich die richtungsabhängige Sensoranordnung in einem mit flüssiger Vergussmasse gefüllten ersten Gehäuse. Die Sensoranordnung wird in der Vergussmasse so positioniert, dass eine Justierung erfolgt, wodurch Aufbaufehler kompensiert werden können. Ferner kann bei diesem Aufbau die Sensoranordnung so in dem mit Vergussmasse gefüllten ersten Gehäuse positioniert werden, dass man diese fahrzeugspezifisch gehäuste Sensoranordnung in ansonsten identischen Kraftfahrzeugsteuergeräten für verschiedene Fahrzeugmodelle verwenden kann. Die Fixierung der Sensoranordnung in der flüssigen Vergussmasse erfolgt durch einen Aushärtungsvorgang, wodurch die Vergussmasse fest wird und die Sensoranordnung in der gewünschten Position langfristig gehalten werden kann.

Nachteilig ist jedoch der hohe Aufwand, bei dem für die Vergussmasse ein zusätzliches Gehäuse benötigt wird, um sie vor dem Aushärten in Form zu halten. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass eine große Menge von Vergussmasse benötigt wird, um den größten Teil der Sensoranordnung vergießen zu können.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, den Aufbau von elektronischen Baugruppen mit richtungsabhängigen Sensoranordnungen so zu vereinfachen, dass diese mit geringem Aufwand justiert und hergestellt werden können. Insbesondere bei Kraftfahrzeuganwendungen sollten sie sich auch für verschiedene Fahrzeugmodelle eignen.

Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass eine Fixiermasse zwischen der richtungsabhängigen Sensoranordnung und dem Träger verwendet wird, die eine hohe Viskosität aufweist. Die Fixiermasse ist knetmasseartig oder harzförmig. Diese Eigenschaft bewirkt, dass die Fixiermasse ohne zusätzliche formgebende Vorrichtungen dick genug auf den Träger aufgebracht werden kann, um die Sensoranordnung mit unterschiedlichsten Montagewinkeln auf dem Träger anzuordnen.

Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass der Montage- und Kostenaufwand durch die Vereinfachung des Montageverfahrens und durch die Materialeinsparung durch die geringere Menge an Verguss- bzw. Klebematerial bzw. der Wegfall eines Gehäuseteils, reduziert wird. Ferner ergibt sich eine Qualitätserhöhung durch die einfache Justierung bzw. Positionierung, bei der Montagefehler aufgrund des vereinfachten Aufbaus auszuschließen sind. Auch können solche elektronische Baugruppen mit geringem Aufwand für andere Fahrzeugmodelle verwendet werden. Die Ausrichtung der Sensoranordnung an die Einbaulage im Kraftfahrzeug kann bei der Montage mit einfachsten Mitteln erfolgen.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Hierbei kann es sich bei dem Träger um eine Leiterplatte oder ein Gehäuseteil der elektronischen Baugruppe handeln. Ferner ergeben sich weitere Vorteile, wenn die Fixiermasse bereits aus einem Klebstoff besteht, so dass beim Aushärten eine feste Verbindung an die Sensoranordnung erfolgt, andernfalls kann zusätzlich Klebstoff verwendet werden.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und
Figuren näher erläutert werden.
Fig. 1 Sensoranordnung auf Träger.
Fig. 2 Positionierung der Sensoranordnung auf dem Träger.
Fig. 3 Aufbau einer elektronischen Baugruppe mit aufgesetzter Sensoranordnung.
Fig. 4 Querschnitt durch eine elektronischen Baugruppe.
Fig. 5 Aufbau einer elektronischen Baugruppe mit integrierter Sensoranordnung.
Fig. 1 zeigt eine würfelförmige Sensoranordnung 1. In der würfelförmigen Sensoranordnung 1 befinden sich die verschiedenen Sensoren. Hierbei handelt es sich in der Regel um Beschleunigungssensoren, deren Messachsen 2 senkrecht zueinander angeordnet sind. In der Sensoranordnung 1 sind Beschleunigungssensoren auf einer nicht abgebildeten Leiterplatte befestigt und sind in Relation zueinander - in der Regel senkrecht - ausgerichtet. Ferner kann auch ein Überrollsensor im Würfel auf der Leiterplatte angeordnet sein. Auch dieser wird in der Sensoranordnung 1 relativ zu den anderen Sensoren in der gewünschten Richtung ausgerichtet. Die unterschiedlichen Messachsen 2 der Sensoranordnung 1 sind in Relation zueinander bereits festgelegt. Ferner befinden sich in bzw. an der Sensoranordnung 1 elektrische, flexible Zuleitungen 3, mit denen die Sensoren im Innern verbunden sind. Die flexiblen Zuleitungen 3 werden in Anschlusspins 5 geführt.
Die Sensoranordnung 1 zeichnet sich dadurch aus, dass sie eine oder mehrere feste Messachsen 2 aufweist, in deren Richtung die Empfindlichkeit der Sensoren am höchsten ist. Die Sensoranordnung 1 ist über eine hoch viskose Fixiermasse 8 auf einem Träger 6 befestigt. Zur Befestigung der Sensoranordnung 1 am Träger 6 wird zuerst eine hoch viskose Fixiermasse 8 dick auf den Träger 6 aufgebracht. Durch die hohe Viskosität zerfließt die Fixiermasse nicht oder nur sehr langsam auf dem Träger 6 und die Sensoranordnung 1 kann in der Fixiermasse 8 justiert werden. Die Justierung erfolgt, indem die Sensoranordnung 1 in einem bestimmten Raumwinkel zur Oberfläche des Trägers 6 in die Fixiermasse eingedrückt wird. Hohe Viskosität bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Fixiermasse 8 beispielsweise knetmasseartige oder harzförmige Eigenschaften aufweist, die ein einfaches Eindrücken und damit das Positionieren der Sensoranordnung 1 erlauben, wobei die hoch viskose Fixiermasse 8 nicht zerläuft, sondern die Sensoranordnung 1 in der Position hält. Als Fixiermasse 8 wird jeder zähe Stoff oder jede zähe Stoffmischung verstanden, die unter Krafteinwirkung ihre Form verändert und bei nachlassender Krafteinwirkung diese Form dann beibehält. Um die endgültige Form über längere Zeit zu erhalten kann es notwendig sein die Fixiermasse aushärten zu lassen, so dass sie fest wird und nicht mehr verformt werden kann. Die Fixiermasse kann derart beschaffen sein, dass sie sofort oder nach dem Aushärten wie ein Klebstoff wirkt und die Sensoranordnung fest anbindet. Jedoch kann es auch erforderlich sein, die Fixiermasse mit Klebstoff zu versehen, um die bindenden Eigenschaften zu verbessern, so dass gewährleistet wird, dass die Sensoranordnung 1, auch unter Einwirkung äußerer Kräfte, in der positionierten Lage verbleibt. Dieser Klebstoff, der nur zum Befestigen an die Fixiermasse dient, kann auch dünnflüssig sein. Dieses Ausführungsbeispiel ist jedoch in dieser Figur nicht ersichtlich.
Bei der Verwendung einer sehr dickflüssigen, knetmasseartigen Fixiermasse 8 ist es möglich, diese ohne Zusatzgehäuse direkt auf den Träger 6 dick aufzubringen und die Sensoranordnung 1 in beliebiger Schräglage in einem beliebigen Raumwinkel darin einzubetten. Alle Montageflächen innerhalb und außerhalb der elektronischen Baugruppe eignen sich als Träger 6 für die Montage der Sensoranordnung 1.
Bei der Montage der Sensoranordnung 1 an den Träger erfolgt die Justierung bzw. Positionierung, in der Fixiermasse 8, die gegenüber der Sensoranordnung 1 eine tragende und fixierende Funktion aufweist. Ist die Positionierung erfolgt, kann die Fixiermasse 8 durch einen Aushärtevorgang gefestigt werden. Nach dem Aushärten ist die Sensoranordnung 1 in exakter Position am Träger ausgerichtet. Bei kritischen Winkellagen und Fixiermassen mit langer Härtezeit, kann der Sensor durch schnellhärtenden Klebstoff auch beispielsweise an drei Punkten vorfixiert werden.
Die Justierung bzw. Positionierung der Sensoranordnung 1 in der Fixiermasse 8 kann beispielsweise über eine Haltevorrichtung erfolgen, die auf einer Vakuum-, Klemm- oder Schraubvorrichtung beruht, welche die Sensoranordnung 1 in die gewünschte Position in die Fixiermasse 8 drückt. Diese Haltevorrichtung ist jedoch nicht in der Figur dargestellt.
Fig. 2 zeigt den Neigungswinkel α der Sensoranordnung 1 gegenüber dem Träger 6 in einer Ebene. Jedoch kann die Sensoranordnung 1 auch beliebig zu den anderen beiden Ebenen geneigt und gedreht werden. Zur Berechnung der Dicke, der nicht abgebildeten Fixiermasse werden in diesem Anwendungsbeispiel folgende Ausgangsgrößen verwendet. Die Länge l der Sensoranordnung 1 beträgt l = 34,3 mm.
Betragen die Winkeltoleranzen beispielweise Δ₁ = ±1,5° für sensorinterne Winkelfehler, die beispielsweise bereits exakt gemessen auf dem Gehäuse der Sensoranordnung angegeben sind oder nachträglich bestimmt werden und die Aufbautoleranzen Δ₂ = ±0,2° am Gehäuseboden an dem die Sensoranordnung ausgerichtet wird, dann ergibt sich ein Gesamtfehler von Δ = ±1,7°, um die die Sensoranordnung im ungünstigsten Fall in Schräglage gebracht werden muss. Damit gilt α_max = 1,7°. Daraus ergibt sich nach d = sinα.l, dass d_max = 1 mm ist. Dies sollte bei einer möglichst großen Auflagefläche der Sensoranordnung auf der Fixiermasse auch die Dicke der Fixiermasse sein. Jedoch kann die Auflagefläche aufkosten der Stabilität auch kleiner sein.
Fig. 3 zeigt den Aufbau einer elektronischen Baugruppe mit aufgesetzter Sensoranordnung 1. In dieser Figur weist eine elektronische Baugruppe ein becherförmiges Gehäuse 13 auf, in dem eine erste Leiterplatte 14 angeordnet ist. Auf dieser Leiterplatte 14 ist ein auf Bolzen 16 stehender Träger 6 angeordnet, auf dem sich die Sensoranordnung 1 befindet. Die Sensoranordnung 1 ist auf den Träger mittels hochviskoser Fixiermasse 8 aufgeklebt und ausgerichtet, wie bereits in den vorhergehenden Figuren beschrieben. Der Träger 6 hat im Anwendungsbeispiel eine rein mechanische Funktion. Er kann aber auch als Leiterplatte mit einer elektronischen Funktion ausgestaltet sein, und beispielsweise auf der der Sensoranordnung 1 gegenüberliegenden Seite bestückt sein.
Zur elektrischen Kontaktierung der Sensoranordnung 1 wird ein flexibles Flachbandkabel 3 aus der Sensoranordnung 1 geführt und über entsprechende Anschlusspins 5 mit der ersten Leiterplatte 14 verbunden.
Die Justierung der Sensoranordnung 1 in der Fixiermasse 8 kann vor oder nach der Montage des Trägers 6 auf der Leiterplatte 14 bzw. am Gehäuse 13 erfolgen. Falls der Träger 6 mit weiteren Bauelementen bestückt ist oder bestückt werden soll, kann die Justierung bzw. Positionierung der Sensoranordnung 1 in der Fixiermasse 8 gleichfalls vor oder nach der Bestückung des Trägers 6 erfolgen. Die Reihenfolge dieser einzelnen Montageschritte ist beispielsweise abhängig von der Temperaturfestigkeit, der mechanischen Belastbarkeit - bedingt durch das eventuelle Aushärten der Fixiermasse und/oder der mechanischen Beanspruchung beim Eindrücken der Sensoranordnung in die Fixiermasse - der Bauteile. Ferner bestimmt die geforderte Positioniergenauigkeit den Aufbauablauf. Eine sehr hohe Genauigkeit lässt sich zum Beispiel dadurch realisieren, dass zum Schluss die komplett aufgebaute, jedoch noch nicht verschlossene elektronische Baugruppe bezüglich der Sensorachsen vermessen wird und erst dabei die exakte Positionierung bzw. Justierung erfolgt, so dass alle Aufbautoleranzfehler berücksichtigt sind und kompensiert werden können.
Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch eine vollständig gehäuste elektronischen Baugruppe mit integrierter justierter Sensoranordnung 1. In einem becherförmigen Gehäuse 13 ist eine Leiterplatte 14 angeordnet, auf der zumindest ein Teil der elektronischen Bauteile und deren Verschaltung angebracht ist. Diese sind in der Figur nicht im einzelnen abgebildet. Über der Leiterplatte 14 ist mittels Abstandshalterungen 16 ein Träger 6 befestigt, der die Sensoranordnung 1 trägt. Bei der Befestigung der Sensoranordnung 1 am Träger 6 wurde eine Fixiermasse 8 verwendet, die eine hohe Viskosität aufweist. Diese knetmasseartige oder auch harzförmige Fixiermasse 8 wird im Anwendungsbeispiel aus Fig. 2 ca. 1 mm dick auf den Träger 6 aufgetragen bzw. an diesem befestigt. Danach wird die Sensoranordnung 1 in der Fixiermasse 8 justiert. Die für die Justierung bzw. Positionierung benötigten Werte werden entweder zumindest teilweise vorab gemessen und auf der Sensoranordnung 1 vermerkt oder sie werden direkt bei der Justierung erfasst, so dass die Sensoranordnung 1 exakt in der Fixiermasse 8 ausgerichtet werden kann. Danach wird die Fixiermasse ausgehärtet. Dies bewirkt, dass die Sensoranordnung 1 auch unter Einwirkung äußerer Kräfte in seiner Position verbleibt. Zum Schutz vor äußeren Fremdeinwirkungen wie z. B. Feuchtigkeit und Staub wird die elektronische Baugruppe mit einem ein- oder mehrteiligen Deckel 10, 12 verschlossen. Vor dem Verschließen der elektronischen Baugruppe wird die Sensoranordnung 1 über ein flexibles Flachbandkabel 3 mit Anschlusspins 5 über eine Leiterplatte 14 mit anderen Bauteilen elektrisch verbunden. In dieser Darstellung ist die Abdeckung mehrteilig und die Sensoranordnung 1 steht über den Rand des Bechergehäuses 13. Bei einer solchen mehrteiligen Variante ist es möglich die Positionierung bzw. Justierung der Sensoranordnung 1 in der Fixiermasse 8 auf dem Träger 6 erst nach der Anbringung des ersten Deckelteils 12 vorzunehmen und dann die Anordnung mit dem zweiten Deckelteil 10 zu verschließen.
Fig. 5 zeigt einen weiteren Aufbau einer elektronischen Baugruppe mit aufgesetzter Sensoranordnung. In dieser Figur weist eine elektronische Baugruppe ein becherförmiges Gehäuse 13 auf, in dem eine erste Leiterplatte 14 angeordnet ist. Auf dieser Leiterplatte 14 ist über einen aus Bolzen 16 bestehenden Aufbau ein Träger 6 angeordnet, auf dem sich die Sensoranordnung 1 befindet. Die Sensoranordnung 1 ist auf den Träger mittels hochviskoser Fixiermasse 8 aufgeklebt und ausgerichtet, wie bereits in den vorhergehenden Figuren beschrieben. Der Träger 6 hat im Anwendungsbeispiel eine rein mechanische Funktion. Er kann aber auch als Leiterplatte mit einer elektronischen Funktion ausgestaltet sein. Im Gegensatz zu den vorherigen Abbildungen ragt die Sensoranordnung jedoch nicht über den Gehäusebecherrand heraus, sondern befindet sich im Gehäuse.
Zur elektrischen Kontaktierung der Sensoranordnung wird ein flexibles Flachbandkabel 3 aus der Sensoranordnung geführt und über entsprechende Anschlusspins 5 mit der ersten Leiterplatte 14 verbunden.
Die Justierung bzw. Positionierung der Sensoranordnung 1 in der Fixiermasse 8 kann vor oder nach der Montage des Trägers 6 auf der Leiterplatte 14 bzw. am Gehäuse 13 erfolgen. Falls der Träger 6 mit weiteren Bauelementen bestückt ist oder bestückt werden soll, kann die Ausrichtung der Sensoranordnung 1 in der Fixiermasse 8 gleichfalls vor oder nach der Bestückung des Trägers 6 erfolgen. Die Reihenfolge dieser einzelnen Montageschritte ist beispielsweise abhängig von der Temperaturfestigkeit, der mechanischen Belastbarkeit - bedingt durch das eventuelle Aushärten der Fixiermasse 8 und/oder der mechanischen Beanspruchung beim Eindrücken der Sensoranordnung 1 in die Fixiermasse 8 der Bauteile. Ferner bestimmt die geforderte Positionsgenauigkeit den Aufbauablauf. Eine sehr hohe Genauigkeit lässt sich zum Beispiel dadurch realisieren, dass zum Schluss die komplett aufgebaute, jedoch noch nicht verschlossene elektronische Baugruppe bezüglich der Sensorachsen vermessen wird und erst dabei die exakte Positionierung erfolgt, so dass alle Aufbautoleranzfehler berücksichtigt sind und kompensiert werden können.
Als weiteres Anwendungsbeispiel kann die Sensoranordnung auch als Einzelsensoren bestehen, die nicht in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind. Dann werden die einzelnen Sensoren der Sensoranordnung jeder einzeln in der Fixiermasse positioniert. Dies hat den Vorteil, dass eine exakte Ausrichtung in jede Messrichtung erfolgen kann, da die Sensoren unabhängig voneinander exakt ausgerichtet werden können.
Die Positionierung der Sensoranordnung, kann in den oben genannten Ausführungsbeispielen in alle Raumrichtungen durch Drehung oder Kippen erfolgen.
Die Sensoranordnung kann auch direkt auf der Leiterplatte 14 oder am Gehäuse 13 mittels Fixiermasse 8 positioniert werden. Für alle Anwendungsbeispiel ist es unerheblich ob sich zwischen dem Träger und der Sensoranordnung ausschließlich Fixiermasse befindet oder ob dazwischen noch ein weiterer Träger oder ein weiteres Gehäuse angeordnet ist.
Solche Aufbauten eignen sich vor allem für Kraftfahrzeugsteuersysteme ABS (Anti-Blockier-System)-, ESP (Elektronisches-Stabilitäts-Programm)- Regler und Airbagsteuergeräte. Da diese Geräte genaueste Messergebnisse benötigen, ist eine exakte Positionierung der Sensoranordnung von großer Bedeutung.
Da funktionsgleiche Geräte für verschiedene Fahrzeugmodelle benötigt werden, die an unterschiedlichen Orten befestigt werden, und daher eine fahrzeugspezifische Ausrichtung der Sensoranordnung benötigen, können diese auch im gleichen Gehäuse untergebracht werden. Die Positionierung und Justierung der Sensoranordnung kann mit einfachen Mitteln vor oder bei der Montage des Kraftfahrzeugsteuergerätes erfolgen. Ebenso kann die Sensoranordnung auch erst zum Schluss bei der Endmontage an das Fahrzeug mittels Fixiermasse positioniert werden.

Claims

1. Elektronische Baugruppe mit einer richtungsabhängigen Sensoranordnung (1), die auf einem Träger (6) mittels Fixiermasse (6) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (1) in der Fixiermasse (6) positioniert ist, wobei
der Fixiermasse (6) bei der Positionierung eine hohe, knetmasseartige Viskosität aufweist und
die Fixiermasse (6) mindestens so dick auf den Träger (6) aufgebracht ist, dass die Sensoranordnung unter verschiedenen Raumwinkeln (α) in der Fixiermasse zu positionieren ist.

2. Verfahren zum Aufbau einer elektronische Baugruppe nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
auf den Träger (6) Fixiermasse (8) aufgebracht wird, die eine hohe, knetmasseartige Viskosität aufweist,
die Sensoranordnung (1) in der Fixiermasse (8) positioniert wird und
die Fixiermasse (8) mit der positionierten Sensoranordnung (1) ausgehärtet wird.

3. Elektronische Baugruppe nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixiermasse (8) aus einem Klebstoff besteht.

4. Elektronische Baugruppe nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen der Fixiermasse (8) und der Sensoranordnung (1) Klebstoff befindet.

5. Elektronische Baugruppe nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (6) eine Leiterplatte (14) ist.

6. Elektronische Baugruppe nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (6) ein Gehäuseteil (13) der elektronischen Baugruppe ist.