DE102004022622B4

DE102004022622B4 - Magnetsensoranordnung und ein Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102004022622B4
Application number: DE200410022622
Authority: DE
Inventors: Joachim vom Dorp; Christian Bauer; Birgit Vogelgesang
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-05-07
Filing date: 2004-05-07
Publication date: 2013-09-12
Anticipated expiration: 2024-05-08
Also published as: FR2870001B1; DE102004022622A1; FR2870001A1

Abstract

Es wird eine Magnetsensoranordnung mit mindestens einem magnetfeldempfindlichen Sensorelement (5) vorgeschlagen, dessen elektrische Eigenschaften in Abhängigkeit von einem Magnetfeld eines Arbeitsmagneten (2) veränderbar sind, das durch ein bewegtes passives Geberelement beeinflussbar ist. Es ist weiterhin ein Flussleitelement zwischen dem Sensorelement und dem Arbeitsmagneten vorhanden, wobei das Flussleitelement aus einer magnetischen Flussleitpaste (6) als Klebepaste besteht, die auch eine mechanische Verbindung des Arbeitsmagneten (2) mit dem Sensorelement (5) bewirkt.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Magnetsensoranordnung, insbesondere zur Sensierung einer Bewegung oder einer Position von linear oder rotatorisch bewegten Geberelementen, nach den gattungsgemäßen Merkmalen des Hauptanspruchs.
Es ist an sich bekannt, dass magnetfeldempfindliche Sensoren in vielen Bereichen Anwendung finden, bei denen eine berührungsfreie Detektierung einer Bewegung oder einer Position gewünscht ist. Beispielsweise wird bei passiven Geberelementen, die aus einem weichmagnetischen Material bestehen, das magnetische Feld durch einen Arbeitsmagneten erzeugt, der fest mit dem Sensorelement verbunden ist. Das Sensorelement misst die Beeinflussung des Magnetfeldes des Arbeitsmagneten, die durch die Bewegung der Geberelemente hervorgerufen wird.
Zur Verbesserung dieses Arbeitsfeldes im Magnetkreis kommen bei vielen Magnetsensoranordnungen Flussleitstücke oder Flussleitscheiben zum Einsatz. Diese bestehen aus festen, weichmagnetischen Materialien und werden in vielerlei Formen und Größen verwendet. Auf diese Flussleitstücke oder Flussleitscheiben werden die jeweils eingesetzten sensitiven Elemente, z. B. spezielle integrierte Schaltkreise, als magnetfeldempfindliche Sensoren positioniert.
Es ist aus der EP 0 489 111 B1 bekannt, dass ein Magnetsensor als Magnetfluss-Fühlelement ausgebildet ist, das in einer Tasche eines Gehäuses mit einem Magneten angeordnet ist. Hierbei wird das Fühlelement im Innenraum zwischen der Tasche und dem Fühlelement mit einer sog. Pottingverbindung umgossen bzw. eingebettet, die aber keine Klebepaste darstellt. Für sich gesehen ist hieraus weiterhin bekannt, dass in der Pottingverbindung magnetisch leitende Fragmente verteilt sind.
Ferner ist auch aus der US 5,828,940 für sich gesehen bekannt, dass ein magnetischer Flusskonzentrator aus einem Epoxy-Material hergestellt werden kann, welches ferromagnetische Materialien und ein Bindematerial enthält. Diese Entgegenhaltung beschreibt ein entsprechendes Herstellungsverfahren mit einer Maximierung der Dichte des Materials; eine Verwendung als Klebepaste ist auch hier nicht angesprochen.
Ferner ist noch der DE 102 33 132 A1 zu entnehmen, dass zur Herstellung einer Koppelschicht zwischen einem Koppelelement und einem induktiven Sensor eine Kurzschlussleitung angebracht wird, die aus einem aufgedruckten Stoffgemisch mit elektrisch leitenden Partikeln besteht. Etwas Vergleichbares ist der DE 17 63 190 C3 zu entnehmen, bei der ein Spulenkern aus einem Polymermaterial besteht, das elektrisch leitende Teilchen aufweist. Klebepasten für die mechanische Anbindung von Magnetsensoren sind auch hieraus nicht zu entnehmen.
Aus der DE 197 53 775 A1 ist darüber hinaus noch beispielsweise bekannt, dass bei einer Magnetsensoranordnung mit einem Hallelement als Wegsensor auch Flussleitstücke aus magnetisch leitendem Material zur Lenkung der Magnetflusslinien verwendet werden.
Bei der Herstellung solcher Magnetsensoranordnungen mit separaten Flussleitstücken kann es eventuell nachteilig sein, dass eine große Anzahl von Prozessschritten zum Fügen der Anordnung erforderlich ist. Weiterhin stellt die begrenzte Verfügbarkeit von Blechen beliebiger Abmaße als Flussleitstücke oder -scheiben und die schwierige Bearbeitbarkeit der zumeist dünnen Werkstoffe, z. B. das Verbiegen beim Stanzvorgang und die schwierige Positionierung bzw. Fixierung der sensitiven Elemente relativ zum Magneten, ein Problem dar.
An sich sind aus der WO 03/041095 A1 sogenannte Ferrofluide bekannt, die jedoch keinerlei Klebeeigenschaften aufweisen.
Vorteile der Erfindung
Eine Magnetsensoranordnung der eingangs angegebenen Art weist mindestens ein magnetfeldempfindliches Sensorelement auf, dessen elektrische Eigenschaften in Abhängigkeit von einem Magnetfeld eines Arbeitsmagneten veränderbar sind. Das Arbeitsmagnetfeld ist durch ein bewegtes passives Geberelement beeinflussbar und es wird mit einem Flussleitelement, das erfindungsgemäß aus einer magnetischen Flussleitpaste besteht, das Arbeitsmagnetfeld unterstützt und gleichzeitig zwischen dem Sensorelement und dem Arbeitsmagneten in vorteilhafter Weise zusätzlich eine mechanische Verbindung hergestellt.
Bevorzugt ist hierbei die Flussleitpaste aus einer Klebepaste gebildet, die mit magnetisch leitenden Partikeln gefüllt ist. Die Klebepaste als Basis kann beispielsweise aus einer Epoxidklebemischung gebildet sein und die magnetisch leitenden Partikel in der Flussleitpaste sind ein Material mit weichmagnetischen Eigenschaften, zum Beispiel ein MnZnFe-Pulver.
Für sich gesehen sind magnetische Lacke und Emulsionen bereits bei Magnetbändern, Magnetkarten und sogenannten magnetischen Encodern bekannt. Sie bestehen hier aus hartmagnetischen Pulvern, die in eine Klebstoffmatrix eingebettet sind. Die Klebeeigenschaften beschränken sich hier jedoch auf die Adhäsion des Films auf seinen Träger und besitzen keine weitergehenden Funktionen. Sie erfüllen keine Zusatzbedingungen, wie z. B. Kopplung als Klebstoff zwischen zwei Elementen, mit Berücksichtigung von thermischen Ausdehnungskoeffizienten, wie es beim Kleben von integrierten Schaltungen auf einen Träger unbedingt erforderlich ist, wenn mechanische Spannungen vermieden werden müssen.
Gemäß der Erfindung wird in vorteilhafter Weise die Kombination der magnetischen Flussleitung und der Klebefunktion in einer Schicht verwirklicht. Die dazu verwendete magnetische Flussleitpaste dient zum Verbinden eines verpackten IC's als integrierter Schaltung beziehungsweise eines unverpackten Siliziumchips als Sensorelement mit einem Arbeitsmagneten und gleichzeitig zur Homogenisierung des magnetischen Feldes dieses Arbeitsmagneten im Sensorelement unter Berücksichtigung der beispielsweise im Bereich der Kraftfahrzeugtechnik benötigten Parameter wie z. B. hohe Temperaturstabilität und angepasster thermischer Ausdehnungskoeffizient.
Bei der Erfindung wird eine Klebepaste mit den magnetisch leitenden Partikeln gefüllt und somit wird in besonders vorteilhafter Weise die Kombination von Klebe- und Flussleiteigenschaften realisiert. Dabei lassen sich durch Siebdruck oder Dispensen annähernd beliebige Formen und Dicken der magnetischen Flussleitpaste herstellen. Des Weiteren lässt sich auch auf einfache Weise die Fertigungstiefe bei dem Herstellungsverfahren für die Magnetsensoranordnung reduzieren, da die Zahl der Prozessschritte durch die Kombination von Klebe- und Flussleitfunktion reduziert wird.
Durch die Einsparung eines Elements lässt sich weiterhin die Positioniergenauigkeit des IC's als Sensorelement deutlich verbessern.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
1 eine Prinzipansicht einer Magnetsensoranordnung nach dem Stand der Technik mit einem separaten Flussleitstück zwischen dem Sensorelement und einem Arbeitsmagneten und
2 ein Ausführungsbeispiel einer Magnetsensoranordnung mit einer Flussleitpaste zwischen dem Sensorelement und dem Arbeitsmagneten.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In 1 ist eine Prinzipansicht einer Magnetsensoranordnung 1 nach dem Stand der Technik gezeigt, bei der auf einem Arbeitsmagneten 2 ein Flussleitstück 3 bzw. eine Flussleitscheibe angebracht ist. Über eine Klebstoffschicht 4 ist eine verpackte integrierte Schaltung bzw. ein unverpackter Siliziumchip als Sensorelement 5 zur berührungsfreien Detektierung der Bewegung oder der Position eines oberhalb des Sensorelements 5 befindlichen, hier nicht gezeigten Geberelements befestigt.
In 2 ist eine Prinzipskizze für die erfindungsgemäße Anbringung des Sensorelements 5 an der Magnetsensoranordnung 1 mit Einsatz einer magnetischen Flussleitpaste 6 dargestellt. Es ist hier zu erkennen, dass eine Reduktion der Bauteile und damit auch eine verbesserte Positionierung des Sensorelements 5 erreicht werden kann. Außerdem verringert sich der Abstand vom Siliziumchip als Sensorelement 5 zum Arbeitsmagneten 2, was zu einer zusätzlichen Erhöhung der magnetischen Flussdichte im Sensorelement 5 führt.
Die Flussleitpaste 6 kann dabei sehr einfach an die unterschiedlichen Formen des Arbeitsmagneten 2 angepasst werden. Zur Herstellung der magnetischen Flussleitpaste 6 kann als Basis eine herkömmliche Epoxidklebstoffmischung benutzt werden, die mit einem Material mit weich magnetischen Eigenschaften, z. B. MnZnFe-Pulver, versetzt wird. Die weich magnetischen Eigenschaften der magnetischen Flussleitpaste 6 lassen sich dabei über den Füllgrad sowie die genaue Pulverzusammensetzung einstellen

Claims

Magnetsensoranordnung mit mindestens einem magnetfeldempfindlichen Sensorelement (5) dessen elektrische Eigenschaften in Abhängigkeit von einem Magnetfeld eines Arbeitsmagneten (2) veränderbar sind, das durch ein bewegtes Geberelement beeinflussbar ist und mit einem Flussleitelement (3; 6) zwischen dem Sensorelement (5) und dem Arbeitsmagneten (2), dadurch gekennzeichnet, dass – das Flussleitelement aus einer magnetischen Flussleitpaste (6) besteht, die eine mechanische Verbindung des Arbeitsmagneten (2) mit dem Sensorelement (5) bewirkt und dass – die Flussleitpaste (6) aus einer Klebepaste gebildet ist, die mit magnetisch leitenden Partikeln gefüllt ist.
Magnetsensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – die Klebepaste als Basis aus einer Epoxidklebemischung gebildet ist.
Magnetsensoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass – die magnetisch leitenden Partikel in der Flussleitpaste (6) ein Material mit weichmagnetischen Eigenschaften ist.
Magnetsensoranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass – das Material mit den weichmagnetischen Eigenschaften ein MnZnFe-Pulver ist.
Verfahren zur Herstellung einer Magnetsensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – auf den Arbeitsmagneten (2) die Flussleitpaste (6) aufgetragen und anschließend das Sensorelement (5) mit der Flussleitpaste (6) verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass – die Flussleitpaste (6) mittels eines Siebdruckverfahrens aufgetragen wird.