DE102005021726A1 - Module for a brushless electric motor and method of making the same - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Modul (11) für einen bürstenlosen, mehrphasigen Elektromotor. Das Modul (11) besitzt einen Tragkörper (12) aus Kunststoff, der Stecker (19-22), Träger (25-27) zur Befestigung eines Hall-Sensors besitzt, die über Leiterbahnen miteinander verbunden sind. Erfindungsgemäß wird das Modul (11) unter Verwendung einer MID-Technologie hergestellt.The invention relates to a module (11) for a brushless, multi-phase electric motor. The module (11) has a supporting body (12) made of plastic, the connector (19-22), supports (25-27) for mounting a Hall sensor has, which are interconnected via interconnects. According to the invention, the module (11) is manufactured using an MID technology.
Description
Gebiet der ErfindungTerritory of invention
Die Erfindung betrifft ein Modul für einen bürstenlosen Elektromotor mit einem Tragkörper, Steckern, einem Aufnahmeelement für einen Sensor, insbesondere einen Hall-Sensor, und Leiterbahnen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Moduls für einen Elektromotor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8.The The invention relates to a module for a brushless one Electric motor with a supporting body, plugs, a receiving element for a sensor, in particular a Hall sensor, and printed conductors according to the preamble of patent claim 1. Furthermore, the invention relates to a method for producing a module for an electric motor according to the preamble of claim 8.
Hintergrund der Erfindungbackground the invention
Aus
der Druckschrift
Weiterer
Stand der Technik ist beispielsweise aus den Druckschriften
Aufgabe der ErfindungTask of invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Modul für einen bürstenlosen Elektromotor zu schaffen, das hinsichtlich
- – der Herstellungsmöglichkeiten,
- – der Integration und Bereitstellung der Leiterbahnen,
- – der Bauraumgröße,
- – der Komplexität der Geometrie des Moduls,
- – der Kosten
- - the manufacturing possibilities,
- - the integration and provision of printed conductors,
- - the installation space size,
- - the complexity of the geometry of the module,
- - the cost
Zusammenfassung der ErfindungSummary the invention
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen 2 bis 7.According to the invention Problem solved by the features of independent claim 1. Further Embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims 2 to 7th
Erfindungsgemäß verfügt das Modul über einen Tragkörper, der mit Kunststoff gebildet ist. Ein derartiger Tragkörper ist auf einfache Weise und kostengünstig unter den bekannten Herstellungsverfahren herstellbar, wobei vorzugsweise ein Spritzgussverfahren Einsatz findet. Der Tragkörper dient der Aufnahme, der Befestigung und der Abstützung der weiteren, im Folgenden genannten Bauelemente, wobei der Kunststoff geeignet für den jeweiligen Einsatzzweck gewählt sein kann, beispielsweise temperaturbeständig und/oder öl- oder schmiermittelbeständig ist. Weiterhin besitzt das erfindungsgemäße Modul Stecker, die elektrische Verbindungen des Moduls mit benachbarten Bauelementen ermöglichen. Beispielsweise können die Stecker einer elektrischen Leistungsversorgung für Phasen des Stators des Elektromotors dienen. Weiterhin kann eine Spannungsversorgung für dem Modul zugeordnete Sensoren über die Stecker erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann über die Stecker ein elektrisches Signal von dem Modul "abgegriffen" werden, welches von dem Modul zugeordneten Sensoren erzeugt wird.According to the invention, the module has a Supporting body, which is formed with plastic. Such a support body is in a simple and inexpensive way can be produced under the known production methods, preferably an injection molding process is used. The support body is used the reception, the attachment and the support of the others, below said components, wherein the plastic suitable for the respective Purpose chosen may be, for example, temperature resistant and / or oil or lubricant resistant. Furthermore, the module according to the invention has plug, the electrical Allow connections of the module with adjacent components. For example can the plugs of an electrical power supply for phases serve the stator of the electric motor. Furthermore, a power supply for that Module assigned sensors via the plugs are made. Alternatively or additionally, over the Plug an electrical signal from the module "tapped", which is assigned by the module Sensors is generated.
Zusätzlich besitzt das erfindungsgemäße Modul mindestens eine Aufnahmeeinrichtung zur Anbindung eines Sensors, in der ein Sensor bspw. stoffschlüssig, formschlüssig, reibschlüssig oder über eine Rast- oder Schnappverbindung aufgenommen und gehalten werden kann.Additionally owns the module according to the invention at least one receiving device for connecting a sensor, in a sensor, for example, cohesively, positively, frictionally or via a Latching or snap connection can be added and maintained.
Leiterbahnen des erfindungsgemäßen Moduls sind mit den Steckern, Sensoren und elektrischen Bauelementen des Moduls verbunden oder verbindbar.conductor tracks the module according to the invention are with the plugs, sensors and electrical components of the Module connected or connectable.
Erfindungsgemäß ist das Modul unter Verwendung einer MID-Technologie hergestellt. Für eine derartige Herstellung können verschiedene Materialien eingesetzt werden, bei denen es sich beispielsweise um Hochtemperatur- oder Konstruktionsthermoplaste handelt, die mit unterschiedlichsten Oberflächenbeschichtungen versehen werden. Die Materialien für den Tragkörper werden dabei hinsichtlich der Verarbeitungs- und Gebrauchstemperaturen, eines Schlammschutzes, den mechanischen und elektrischen Eigenschaften, die Spritz- und Metallisierbarkeit sowie hinsichtlich der Kosten ausgewählt. Als Materialien für den Tragkörper finden insbesondere Polypropylen, Acrylnitryl-Butadienstyrol, Polycarbonat, Polyethylenterephtalat, Polybutylenterephtalat, Polyamid, Polyphenylensulfid, Polysulfon, Polyethersulfon, Polyetherimid und Flüssigkristallpolymer Einsatz, die auch als "commodity thermoplastics", "technical thermoplastics" oder "HT-thermoplastics" bezeichnet werden. Die Oberflächen für die MID-Technologie können mit in der Leiterplattentechnik üblichen Oberflächen versehen werden, beispielsweise Zinn, Blei, Gold (galvanisch oder chemisch) oder Nickel. Erfindungsgemäß können die Tragkörper, die her kömmlich geformte Leiterplatten ersetzen, beliebig geformt werden durch Einsatz der MID-Technologie. Weiterhin sind völlig neue Funktionen ermöglicht, wobei auch eine Miniaturisierung der Module möglich ist. Dadurch, dass in den Tragkörper weitere Bauelemente einstückig integriert werden, können zusätzliche mechanische Bauteile eingespart werden, was den Herstellungsaufwand minimiert, die Montage vereinfacht und die Zuverlässigkeit erhöht. Für eine MID-Technologie verwendete Werkstoffe sind u. U. ohne Zusätze flammhemmend, können leicht recycelt werden und sind damit umweltverträglich. Durch eine Verwendung einer MID-Technologie können in den Tragkörper, abweichend zu üblichen Leiterplatten, zusätzliche Bauteile und Funktionen integriert werden. Hierbei handelt es sich beispielsweise um Verstärkungsrippen oder Versteifungen, Kühlrippen, Buchsen zur Aufnahme von Bauelementen oder Steckern, Verschraubungselemente, Gehäusefunktionen, Schnappverbindungen zur Anbindung an weitere Bauelemente, Schalter, Abschirmflächen, Dichtelemente, Integration passiver Bauteile und/oder aktiver Bauteile wie beispielsweise Mikrocontroller, Operationsverstärker, Lagersitze u. ä. Darüber hinaus kann unter Verwendung der MID-Technologie eine vereinfachte und/oder verbesserte Leiterbahnentflechtung erfolgen, wobei an Kreuzungspunkten einzelner Leitungsbahnen, u. U. unter Einsatz eines "Jumpers", gezielt elektrische Verbindungen vermieden werden können oder aber durch elektrische Kontakte Kreuzungspunkte oder Verzweigungspunkte geschaffen werden können.According to the invention, the module is manufactured using an MID technology. For such a preparation, various materials can be used, which are, for example, high-temperature or structural thermoplastics, which are provided with a wide variety of surface coatings. The materials for the support body are thereby selected with regard to the processing and service temperatures, a sludge protection, the mechanical and electrical properties, the spray and metallization and in terms of cost. In particular, polypropylene, acrylonitrile-butadiene-styrene, polycarbonate, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyamide, polyphenylene sulfide, polysulfone, polyethersulfone, polyetherimide and liquid crystal polymer, also referred to as "commodity thermoplastics", "technical thermoplastics" or "HT-thermoplastics", are used as materials for the supporting body. be designated. The surfaces for the MID technology can be provided with surfaces customary in printed circuit board technology, for example tin, lead, gold (galvanic or chemical) or Ni ckel. According to the invention, the support bodies, which replace conventional printed circuit boards ago, can be arbitrarily shaped by using the MID technology. Furthermore, completely new functions are possible, whereby a miniaturization of the modules is possible. Characterized in that further components are integrally integrated into the support body, additional mechanical components can be saved, which minimizes the production cost, simplifies installation and increases reliability. Materials used for an MID technology may include: U. Flammhemmend without additives, can be easily recycled and are therefore environmentally friendly. By using an MID technology, additional components and functions can be integrated into the carrier body, unlike conventional printed circuit boards. These are, for example, reinforcing ribs or stiffeners, cooling fins, sockets for receiving components or plugs, screwing elements, housing functions, snap connections for connection to further components, switches, shielding surfaces, sealing elements, integration of passive components and / or active components such as microcontrollers, operational amplifiers , Bearing seats u. Ä. In addition, using the MID technology, a simplified and / or improved interconnect unbundling take place, wherein at crossing points of individual conductor paths, u. U. using a "jumper", targeted electrical connections can be avoided or can be created by electrical contacts crossing points or branch points.
Für die Ausführungsform gemäß dem Stand der Technik finden Stanzgitter Einsatz, die beidseitig mit Kunststoff umspritzt werden müssen, zumindest in Teilbereichen. Hierdurch ergibt sich eine vergrößerte Dickenabmessung eines Moduls, da das Stanzgitter auf eine Grundschicht aufgebracht wird und mit einer Deckschicht aus Kunststoff versehen wird, so dass sich ein dreischichtiger Aufbau ergibt. Erfindungsgemäß wird die Leiterbahn über die MID-Technologie auf eine Kunststoffschicht des Tragkörpers aufgebracht, ohne dass eine zusätzliche dritte Schicht, beispielsweise aus Kunststoff, zwingend erforderlich ist. Handelt es sich bei der Leiterbahn um eine Folie, die auf den Tragkörper aufgeprägt wird, so kann diese mit einer Dicke von z. B. 30-50 μm hergestellt sein, so dass sich eine insgesamt sehr geringe Dickenabmessung ergibt. Hierdurch kann das Modul besser oder dichter an zugeordnete Bauelemente des Elektromotors montiert werden.For the embodiment according to the state of Technology find punched grid insert, the two-sided with plastic have to be overmoulded at least in subareas. This results in an increased thickness dimension a module because the punched grid applied to a base layer is provided and provided with a cover layer of plastic, so that results in a three-layer structure. According to the invention Trace over the MID technology applied to a plastic layer of the support body, without an additional third Layer, for example made of plastic, is mandatory. If the conductor track is a foil which is impressed on the carrier body, so this can with a thickness of z. B. 30-50 microns, so that an overall very small thickness dimension results. hereby The module may be better or closer to associated components of the Electric motor to be mounted.
Weiterhin erfordert für die Ausgestaltung gemäß dem Stand der Technik die Verbindung des Stanzgitters, dass das Blech des Stanzgitters umgeformt werden muss, um die Kontur des Stanzgitters an die zugeordnete Kontur der Leiterplatte anzupassen. Für einen komplexen Aufbau der Kontur sind hierzu aufwendige Umformprozesse erforderlich, für die eine mangelnde Präzision zu einer unzureichenden Anbindung des Stanzgitters an eine darunter liegende Leiterplatte führen kann. Die Verwendung einer MID-Technologie ist unabhängig von der Kontur des Substrats, so dass der Herstellungsaufwand von der Komplexität der Kontur nicht oder nur unwesentlich abhängt.Farther requires for the embodiment according to the state the technology of the connection of the stamped grid, that the sheet metal of the Punching grid must be reshaped to the contour of the punched grid adjust the assigned contour of the PCB. For one Complex structure of the contour are complex forming processes required for the a lack of precision to an insufficient connection of the punched grid to one underneath lead lying PCB can. The use of MID technology is independent of the contour of the substrate, so that the manufacturing cost of the complexity the contour does not or only insignificantly depends.
Unter der MID-Technologie ("molded interconnect devices") werden spritzgegossene Kunststoffteile verstanden, welche elektrische Leiterbahnen tragen und die je nach Kontur des Tragkörpers zwei- oder dreidimensionale Leiterplatten darstellen. Unter Verwendung der MID-Technologie können elektrische Verbindungen auch aus einer existierenden Ebene herausgeführt werden unter beliebigen Winkeln, so dass den Leiterbahnen elektrische Bauelemente in unterschiedlichste Bauraumrichtungen zugeordnet werden können. Zur Erzeugung feiner zwei- oder dreidimensionaler Leiterbahnen werden erfindungsgemäß vorzugsweise folgende Verfahren eingesetzt:
- – Laser-Direct-Structuring,
- – Laser-Substractive-Structuring,
- – 2-Komponenten-Spritzguss,
- – ein Heißprägen,
- – ein Maskenbelichtungsverfahren,
- – eine Hinterspritzung von Folien.
- - Laser Direct Structuring,
- - laser-subtractive-structuring,
- - 2-component injection molding,
- - a hot stamping,
- A mask exposure method,
- - An injection back of foils.
Bei einem Laser-Direct-Structuring wird der mit einem Metallkomplex versehene Kunststoff mit einem Laser beschrieben. Dies führt zu einer örtlichen Akti vierung des Metallkomplexes. Der Kunststoff lässt sich anschließend an die örtliche Aktivierung in chemischen Bädern metallisieren.at A laser direct-structuring becomes the one with a metal complex provided plastic with a laser described. This leads to a local Akti vation of the metal complex. The plastic can then be connected the local Activation in chemical baths metallized.
Abweichend hierzu wird bei dem Laser-Substractive-Structuring zunächst eine Fläche des Kunststoffkörpers chemisch aktiviert und metallisiert. Die Strukturierung erfolgt dann durch Laserablation und/oder Belichtung mit anschließenden Ätzprozessen, wodurch die Leiterbahnen getrennt werden.deviant For this purpose, the Laser-Substractive-Structuring first a area of the plastic body chemically activated and metallized. The structuring takes place then by laser ablation and / or exposure with subsequent etching processes, whereby the tracks are separated.
Bei einem 2-Komponenten-Spritzguss werden in einem zweistufigen Spritzverfahren zwei verschiedene Kunststoffe so ineinander gespritzt, dass an der Oberfläche das Muster der Leiterbahn aus den zwei Komponenten entsteht. Für den Fall, dass für einen ersten Kunststoff ein chemisch gut metallisierbarer Kunststoff gewählt wird, während für den zweiten Kunststoff ein nicht aktiver Kunststoff eingesetzt wird, erzeugt eine chemische Metallabscheidung an den Kunststoffen direkt eine entsprechende Leiterbahnstruktur.at a 2-component injection molding are in a two-stage injection process two different plastics so injected into each other, that at the surface the pattern of the trace of the two components arises. In the case, that for a first plastic a chemically well metallisierbarer plastic chosen will, while for the second plastic is used a non-active plastic is generated a chemical metal deposition on the plastics directly one corresponding conductor track structure.
Anschließend an die zuvor dargelegte Verwendung der MID-Technologie erfolgt eine Montage weiterer elektrischer und/oder mechanischer Bauelemente. Als Montagetechniken kann ein Drahtbonden (thermosonic bonden, Ultraschall-Bonden) oder ein "Flip-Chip" (klebend mit isotrop leitendem Klebstoff, anisotrop leitendem Klebstoff und nicht leitendem Klebstoff; Löten, bspw. bleihaltiges Lot mit oder ohne Flussmittel, bleifreies Lot mit oder ohne Flussmittel) eingesetzt werden. Hauptunterschiede zwischen Drahtbonden und Flip-Chip liegen im Platzbedarf, Prozessablauf und Stabilitätsanforderungen. Das Drahtbonden braucht durch die nach außen geführten Drähte viel Platz, weist einen sequentiellen Verbindungsprozess jedes einzelnen Anschlusses auf und zeigt eine gute Stabilität durch die "beweglichen" elektrischen Drahtverbindungen. Hauptvorteil des Flip-Chip-Anbindungsprozesses ist die Platzersparnis und die parallele Verbindung aller Anschlüsse in einem Schritt.Subsequent to the previously described use of the MID technology, an assembly of further electrical and / or mechanical components takes place mente. As mounting techniques can be a wire bonding (thermosonic bonding, ultrasonic bonding) or a "flip-chip" (adhesive with isotropic conductive adhesive, anisotropic conductive adhesive and non-conductive adhesive; soldering, for example, leaded solder with or without flux, lead-free solder with or without flux). The main differences between wire bonding and flip-chip are space requirements, process flow and stability requirements. Wire bonding takes up a lot of space through the outgoing wires, has a sequential connection process of each terminal, and shows good stability through the "moving" electrical wire connections. The main advantage of the flip-chip connection process is the space savings and the parallel connection of all connections in one step.
Beim Drahtbondprozess werden die Chipanschlusspads des auf das Substrat geklebten Chips mit einem sehr feinen Metalldraht (meist Au oder Al mit Durchmessern im Bereich 25-70 μm) mit den Leiterbahnen auf dem Substrat verbunden.At the Wire bonding process, the chip pads of the on the substrate glued chips with a very fine metal wire (usually Au or Al with diameters in the range 25-70 μm) with the conductor tracks connected to the substrate.
Diese Verbindungen erfolgen durch lokales Verschweißen des Drahtes mit der darunterliegenden Metallisierung. Die erforderliche Energie wird entweder rein durch Ultraschallschwingungen des Bondtools oder noch durch zusätzliche Erwärmung eingebracht. Während sich Al-Drähte rein mit Ultraschall bei Raumtemperatur bonden lassen, sind für Au-Drähte Temperaturen von über 100°C erforderlich, was den Einsatz auf den Kunststoffsubstraten durch ihre schlechte Wärmeleitung und leichtere Verformbarkeit bei höheren Temperaturen erschwert.These Connections are made by locally welding the wire to the underlying one Metallization. The required energy is either pure through Ultrasonic vibrations of the bonding tool or even additional Warming introduced. While Al wires Bonding with pure ultrasound at room temperature are temperatures for Au wires from above 100 ° C required, what the use on the plastic substrates by their bad heat conduction and easier to mold at higher temperatures.
Die Übertragung des auf planaren Substraten etablierten Drahtbondprozesses auf MID-Teile zeigt sich im Wesentlichen in zwei Punkten als kritisch. Um eine gute Bondbarkeit zu erreichen, sind eine gute Ultraschallübertragung und nicht zu raue Metallschichten erforderlich. Die gute Ultraschalleinbringung erfordert eine "harte" Auflage des Bondtools. Dazu bedarf es einerseits einer guten Fixierung des Bauteiles selbst, was bei diesen meist kleinen MID-Bauteilen zu recht aufwendigen Halterungen führen kann. Andererseits wird eine genügende Steifigkeit des Bauteiles selbst benötigt, was durch die Art des verwendeten Kunststoffes, das Layout und die Metallisierung beeinflusst wird.The transfer of the wire bonding process on MID parts established on planar substrates essentially critical in two respects. To a good one To achieve bondability are a good ultrasonic transmission and not too rough metal layers required. The good ultrasound introduction requires a "hard" edition of the bonding tool. This requires on the one hand a good fixation of the component itself, which is too expensive for these mostly small MID components Guide brackets can. On the other hand, a sufficient Rigidity of the component itself, which is due to the nature of the component used plastic, the layout and the metallization influenced becomes.
Die Forderung nach glatten Metallschichten steht im Widerspruch zur guten Haftung der Metallschicht auf der Kunststoffoberfläche. Nur eine gewisse Rauhigkeit garantiert eine genügende Haftfestigkeit. Außerdem führen die verschiedenen Metallisierungsverfahren zu unterschiedlich rauen Oberflächen. LDS-Schichten sind momentan noch kaum industriell bondbar, jedoch werden durch Variation von Laserparametern und Metallisierung laufend starke Verbesserungen erzielt. Beim Zwei-Komponenten-Spritzguss- und Laser-Substractive-Structering-Verfahren wird der entsprechende Kunststoff direkt chemisch aktiviert und metallisiert, was die Erzeugung bondbarer Schichten mit genügend kleiner Rauigkeit erlaubt.The Demand for smooth metal layers is in contradiction to good adhesion of the metal layer on the plastic surface. Just a certain roughness guarantees sufficient adhesion. In addition, the lead different metallization process to different roughness Surfaces. LDS layers are currently hardly industrially bondable, however are running by varying laser parameters and metallization achieved strong improvements. For two-component injection molding and Laser Substractive Structering Method will be the appropriate one Plastic directly chemically activated and metallized, causing the generation bondable layers with enough small roughness allowed.
Beim Drahtbonden bringt die Verwendung von Spritzgussteilen als Montagesubstrate auch Vorteile. Es können z. B. einfach Kavitäten erzeugt werden, in welchen die Chips mechanisch gut geschützt sind und der Glob Top einfach und platzsparend aufgebracht werden kann. Glob Top ist das Vergussmaterial, mit welchem Chip und Bonddrähte eingegossen werden, um diese zu stabilisieren und zu schützen. Bei planaren Substraten ist dazu häufig ein Zweischrittverfahren notwendig, bei dem um den Chip herum zuerst ein Damm aufgebracht wird, welcher dann das weite Zerfließen des über den Chip und Drähte verteilten Glob Tops verhindert.At the Wire bonding brings the use of injection molded parts as mounting substrates also advantages. It can z. B. simply cavities can be generated in which the chips are mechanically well protected and the Glob Top can be applied in a simple and space-saving way. Glob Top is the potting material with which chip and bonding wires are cast to stabilize and protect them. For planar substrates is common a two step process is necessary, with the chip around first a dam is applied, which then the wide flow of the over the Chip and wires Distributed glob tops prevented.
Bei den Flip-Chip-Techniken wird der Chip umgedreht, und die dann auf der Unterseite liegenden elektrischen Anschlüsse direkt mit den geometrisch korrespondierenden Leiterbahnen verbunden. Die mechanische Befestigung muss somit im gleichen räumlichen Bereich wie die elektrischen Verbindungen erfolgen. Bei den meisten Verfahren (Löten und ICA = Isotropic Conductive Adhesive, isotrop leitender Klebstoff) erfolgen die beiden Schritte getrennt, indem zuerst die elektrischen Verbindungen durch kleine Hügel aus Lot oder leitfähigem Kleber erzeugt und im Prozess (löten oder aushärten) die Kontakte hergestellt werden. Im zweiten Schritt werden dann Chip und Anschlüsse mit einem Underfill noch mechanisch stabilisiert und geschützt. Beim ACA- und NCA-Prozess (ACA = Anisotropic Conductive Adhesive, Anisotrop leitender Klebstoff und NCA = NonConductive Adhesive, Nichtleitender Klebstoff) sind diese zwei Schritte in einem vereint, indem der auf der gesamten Chipfläche aufgebrachte Kleber beim Aushärteprozess beide Funktionen erzeugt. In beiden Fällen sind elektrisch leitende Erhöhungen (Bumps) auf den Chippads und/oder den Leiterbahnen notwendig, um die elektrische Kontaktierung zu gewährleisten. Beim ACA-Prozess enthält der Kleber wenige leitfähige Partikel, welche nur dort zu einer leitfähigen Verbindung führen, wo sie beim Montageprozess durch die Bumps "eingeklemmt" werden. Der NCA ist ein elektrisch nicht leitender Kleber, welcher beim Aushärten mit Druck und Wärme den direkten mechanischen und elektrischen Kontakt der Bumps zur Gegenmetallisierung gewährleistet.at The flip-chip techniques flip the chip over and then on the bottom electrical connections directly to the geometric connected corresponding conductor tracks. The mechanical attachment must therefore be in the same spatial Range as the electrical connections are made. For most Method (soldering and ICA = Isotropic Conductive Adhesive, isotropic conductive adhesive) The two steps are done separately by first the electrical Links through small hills made of solder or conductive Glue generated and in the process (solder or harden) the contacts are made. In the second step, then Chip and connectors mechanically stabilized and protected with an underfill. In ACA and NCA process (ACA = Anisotropic Conductive Adhesive, Anisotropic conductive adhesive and NCA = NonConductive Adhesive, Non-conductive Glue) these two steps are united in one by the on the entire chip area applied adhesive during the curing process generates both functions. In both cases are electrically conductive Elevations (bumps) on the chippads and / or the tracks necessary to the electrical To ensure contact. Included in the ACA process the adhesive is a few conductive Particles which lead to a conductive connection only where they are "pinched" during the assembly process by the bumps. The NCA is an electric one non-conductive adhesive, which during curing with pressure and heat the direct mechanical and electrical contact of the bumps to the counter metallization guaranteed.
Für die NCA-Flip-Chip-Montage auf den MID-Substraten können insbesondere Chips verwendet werden, welche mit so genannten Au Stud-Bumps versehen sind. Letztere werden mittels eines Standard Au-Drahtbondprozesses erzeugt, indem der Draht nach dem Setzen des ersten Bonds gleich abgeschnitten wird. In einem zweiten Schritt werden alle Drahtstücke auf gleiche Höhe gedrückt.For the NCA flip-chip mounting on the MID substrates in particular chips can be used, which are provided with so-called Au Stud bumps. The latter are generated by means of a standard Au wire bonding process by placing the wire after setting the first bond immediately cut off. In a second step, all pieces of wire are pressed at the same height.
Auf dem MID-Substrat werden Leiterbahnen erzeugt, welche unter dem Chip zu den entsprechenden Anschluss-Pads führen. Diese können auf MIDs auch in Mulden hinein oder um Kanten herumführen, so dass Chips versenkt oder räumlich dreidimensional angeordnet werden können. Der NCA-Montageprozess hat den Vorteil eines einstufigen Prozesses: Kontaktierung, Fixierung und erster Schutz in einem Schritt. Nach dem Aufbringen des Klebers an der Chipposition wird der umgedrehte Chip so in den Kleber gedrückt, dass die Stud-Bumps auf die entsprechenden Leiterbahnen gepresst werden und den elektrischen Kontakt erzeugen. Unter Aufrechterhaltung des Drucks und Temperaturen im Bereich 150-200°C härtet der Kleber je nach Typ innerhalb von 10-30 Sekunden aus. Die bei der Aushärtung auftretenden Schrumpfkräfte bewirken sowohl eine stabile elektrische als auch eine mechanische Verbindung des Chips. Des Weiteren ist auch die bereits nach unten gerichtete Chipoberfläche eingegossen und somit beschützt.On the MID substrate tracks are generated, which under the chip lead to the corresponding connection pads. These can be on Also insert MIDs into hollows or around edges so that chips sink or spatially can be arranged three-dimensionally. The NCA assembly process has the advantage of a one-step process: contacting, fixation and first protection in one step. After applying the glue at the chip position, the inverted chip is pressed into the glue so that the stud bumps are pressed onto the appropriate tracks and generate the electrical contact. While maintaining the Pressure and temperatures in the range 150-200 ° C cures the adhesive depending on the type within 10-30 seconds. The occurring during curing shrinking forces cause both a stable electrical and a mechanical Connection of the chip. Furthermore, that is already down directed chip surface poured in and thus protected.
Entsprechend einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Modul mindestens einen Träger auf. Der Träger ist in einem Endbereich stoffschlüssig mit dem Tragkörper verbunden. Vorzugsweise ist der Träger integral mit dem Tragkörper ausgebildet und beispielsweise in dem Spritzgussverfahren gemeinsam mit dem Tragkörper hergestellt. Alternativ kann ein Träger mit dem Tragkörper verklebt oder verschmolzen sein. Die Träger können bereits während der Fertigung auf Maß und Orientierung gebracht werden oder in einem nachgeschalteten Fertigungsschritt, so dass unabhängig von einer Montage der Träger gemäß dem Stand der Technik die Maßhaltigkeit und Orientierung der Träger zueinander und zu dem Modul auf einfache Weise gewährleistet ist.Corresponding In a further embodiment of the invention, the module has at least a carrier on. The carrier is integrally connected in one end region with the support body. Preferably, the carrier integral with the support body formed and common, for example, in the injection molding process with the support body produced. Alternatively, a carrier can be glued to the support body or be merged. The carriers can already during the manufacture on measure and Orientation or in a downstream production step, so that independent from an assembly of the carriers according to the state the dimensional accuracy of the technique and orientation of the carriers to each other and to the module is ensured in a simple manner.
In dem dem Tragkörper gegenüberliegenden Endbereich weist der Träger eine Aufnahmeeinrichtung für einen Sensor auf. In die Aufnahmeeinrichtung ist ein Sensor, insbesondere ein Hall-Sensor, einsetzbar, wobei der Sensor durch die Aufnahmeeinrichtung und den Träger gegenüber dem Tragkörper in einer festen Position gehalten ist. Die Verbindung zwischen Aufnahmeeinrichtung und Sensor kann über ein Befestigungsmittel gesichert sein, formschlüssig, reibschlüssig erfolgen oder der Sensor kann in dem Träger verrasten oder einschnappen. Der Träger kann des Weiteren über geeignete Führungskanäle oder Halterungen für Leitungen verfügen, die mit dem Sensor verbunden sind. Hierbei können die Kanäle eine Schutzfunktion gegenüber mechanischen Einwirkungen oder eine Kontamination mit Schmutz oder Öl gewährleisten.In the support body opposite end region instructs the wearer a recording device for a sensor on. In the receiving device is a sensor, in particular a Hall sensor, can be used, wherein the sensor by the receiving device and the carrier across from the support body is held in a fixed position. The connection between receiving device and sensor can over be secured a fastener, form fit, done by friction or the sensor may be in the carrier latch or snap. The carrier may further be via suitable guide channels or Mounts for Have lines, which are connected to the sensor. Here, the channels can one Protective function against mechanical Ensure contamination or contamination with dirt or oil.
Mehrere Träger sind im Wesentlichen parallel zueinander orientiert, so dass diese parallel zu einer Längsachse des Elektromotors angeordnet werden können.Several carrier are essentially oriented parallel to each other, so this parallel to a longitudinal axis of the electric motor can be arranged.
Die Träger dienen einerseits dafür, die Sensoren beabstandet von dem Tragkörper an einem Messort zu positionieren. Beispielsweise können sich die Träger in geeigneten Nuten eines Stators des Elektromotors erstrecken bis in Bereiche, in denen ein zu erfassendes Magnetfeld vorliegt. Des Weiteren kann eine Wechselwirkung von weiteren elektrischen Bauelementen und den Leiterbahnen mit dem Sensor vermieden werden dadurch, dass der Sensor über den Träger von dem Tragkörper weg verlagert ist. Die Träger sind auch vorteilhaft hinsichtlich einer dynamischen Beanspruchung oder eines Vibrationsschutzes des Sensors und können hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich der Biegesteifigkeit, derart ausgelegt werden, dass sich eine vorteilhaftes Schwingungsverhalten einstellt.The carrier on the one hand serve the sensors spaced from the support body to position at a measurement location. For example, you can the carriers in suitable grooves of a stator of the electric motor extend to in areas where there is a magnetic field to be detected. Of Further, an interaction of other electrical components and the traces are avoided with the sensor in that the sensor over the carrier from the support body is relocated away. The carriers are also advantageous in terms of dynamic stress or a vibration protection of the sensor and can with regard to the mechanical Properties, in particular with regard to the flexural rigidity, in such a way be designed to have a favorable vibration behavior established.
Für eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Moduls weist der Tragkörper Zentrierelemente auf. Diese können beispielsweise in Form von Zentrierbohrungen bestehen, in die Pass- oder Zentrierstifte von benachbarten Bauteilen, wie beispielsweise ein Stator des Elektromotors o. ä. eintreten. Alternativ oder zusätzlich kann der Tragkörper Zentrierstifte aufweisen, die in geeignete Passbohrungen der benachbarten Bauteile eintreten.For a further education the module according to the invention has the support body Centering on. these can For example, in the form of center holes, in the passport or centering pins of adjacent components, such as a stator of the electric motor o. Ä. enter. Alternatively or in addition can the support body Having centering pins in the appropriate fitting holes of the adjacent Enter components.
Für eine Weiterbildung
der Erfindung ist der Tragkörper
in Draufsicht ungefähr
U-förmig
mit einem Grundschenkel und zwei Seitenschenkeln oder "brückenartig" ausgebildet. Demgemäß umgibt
der Tragkörper,
abweichend zum Stand der Technik gemäß
Weiterhin erstrecken sich die Stecker in der Ebene des U von dem Grundschenkel vertikal zu diesem, während sich die Träger vertikal zu dem Tragkörper erstrecken. Die Grundschenkel und die Seitenschenkel definieren innenliegend eine Ausnehmung, durch die die Längsachse des Elektromotors hindurchtritt und die einen Durchmesser besitzt, welcher mit dem Außendurchmesser eines Rotors oder einer dem Rotor zugeordneten Welle des Elektromotors korreliert.Furthermore, the plugs extend in the plane of the U from the base leg vertically thereto, while the carriers extend vertically to the support body. The base legs and the sei thigh define a recess on the inside, through which the longitudinal axis of the electric motor passes and which has a diameter which correlates with the outer diameter of a rotor or a rotor associated shaft of the electric motor.
Eine verbesserte, multifunktionale Ausgestaltung des Moduls ergibt sich, wenn eine zusätzliche Aufnahmeeinrichtung für einen Temperatursensor vorgesehen ist.A improved, multifunctional design of the module, if an extra Recording device for a temperature sensor is provided.
Vorzugsweise kann das Modul zusammen mit SMD-Hall-Sensoren verwendet werden, beispielsweise wenn das axiale Streufeld des Hauptmagneten oder ein zusätzlicher axial angeordneter Sensormagnet abgetastet werden soll. In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn die Träger und Sensoren auf der Seite der Leiterbahnen angeordnet sind, u. U. gemeinsam mit einer geeigneten Beschaltung für den Hall-Sensor. Hierdurch kann eine zweiseitige Bestückung des Moduls mit einer notwendigen Durchkontaktierung von der einen auf die andere Seite vermieden werden.Preferably the module can be used together with SMD Hall sensors, For example, if the axial stray field of the main magnet or an additional one axially arranged sensor magnet to be scanned. In this Case, it is advantageous if the carriers and sensors on the side the interconnects are arranged, u. U. together with a suitable Wiring for the Hall sensor. This allows a two-sided assembly of the Module with a necessary via from the one on the other side can be avoided.
Alternativ können die bedrahteten Hall-Sensoren und ggf. Temperatursensoren mittels einer "through hole"-Montage durch den Tragkörper hindurchgeführt werden, so dass sich die Träger und Sensoren auf der Seite des Tragkörpers befinden, die den Leiterbahnen gegenüberliegt.alternative can the wired Hall sensors and possibly temperature sensors by means of a "through hole" montage through the supporting body be passed through, so that the carrier and sensors are located on the side of the supporting body, which the conductor tracks opposite.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Moduls für einen Elektromotor ist gekennzeichnet durch die Merkmale des Anspruchs 8. Zunächst wird ein Tragkörper mit den Trägern einstückig in einem Spritzgussverfahren aus einem temperaturbeständigen Kunststoff, siehe beispielsweise die zuvor angeführten Materialien, hergestellt. Die Leiterbahnen werden unter Verwendung mindestens einer MID-Technologie auf den Tragkörper aufgebracht, vgl. die zuvor genannten Verfahren. Stecker, die elektrische Verbindungen des Moduls mit benachbarten Bauelementen ermöglichen, beispielsweise elektrische Anschlüsse für Sensoren, elektrische Leistungsversorgungen, werden an dem Tragkörper befestigt. Hierfür kann bereits beim Spritzgussverfahren eine geeignete Aufnahme in dem Tragkörper vorgesehen werden. Alternativ oder zusätzlich können derartige Aufnahmen nachträglich in den Tragkörper eingebracht werden. Anschließend werden die Leiterbahnen und/oder Tragkörper mit elektrischen Bauelementen bestückt, und Sensoren werden in den Trägern, beispielsweise formschlüssig, reibschlüssig, über eine Rastverbindung oder über eine Schnappverbindung, über Befestigungsmittel oder stoffschlüssig, befestigt. Die Leiterbahnen, die Stecker, die Sensoren und/oder die elektrischen Bauelemente werden elektrisch miteinander verbunden. Eine derartige Verbindung kann durch Verdrahten, Verlöten, Verkleben, beispielsweise mit einem SMD-Kleber, erfolgen.One Method for producing a module for an electric motor is characterized by the features of claim 8. First, a support body with the carriers one piece in an injection molding process from a temperature-resistant plastic, See, for example, the materials listed above. The tracks are using at least one MID technology on the support body applied, cf. the aforementioned methods. Plug, the electrical Allow connections of the module to adjacent components, For example, electrical connections for sensors, electrical power supplies are on the support body attached. Therefor Already during injection molding a suitable receptacle in the support body be provided. Alternatively or additionally, such images can be retrofitted in the supporting body be introduced. Subsequently become the conductor tracks and / or support body with electrical components equipped, and Sensors become in the carriers, for example, form-fit, frictionally engaged, over one Locking connection or over a snap connection, over Fastener or material fit, attached. The tracks, the plugs, the sensors and / or the electrical components are electrically connected. Such a connection can be done by wiring, soldering, Bonding, for example, with an SMD adhesive done.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description the drawings
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und den zugehörigen Zeichnungen, in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt sind. Es zeigen:Further Features of the invention will become apparent from the following description and its associated Drawings in which embodiments of the invention are shown schematically. Show it:
Ausführliche Beschreibung der ErfindungFull Description of the invention
Das
in
Eine
weitere Verbindung besteht zwischen anderen Steckern
Das
Modul
In
dem Modul
Abweichend
zu dem in den
Der
Tragkörper
Des
Weiteren sind fest mit dem Tragkörper
- 11
- Modulmodule
- 22
- Steckerplug
- 33
- Steckerplug
- 44
- Hall-SensorHall sensor
- 55
- Anschlussconnection
- 66
- Steckerplug
- 77
- Zentrierbundspigot
- 88th
- Motorlagermotor bearings
- 99
- DurchgangslochThrough Hole
- 1010
- Anschlussmodulconnection module
- 1111
- Modulmodule
- 1212
- Tragkörpersupporting body
- 1313
- Grundschenkelbase leg
- 1414
- Seitenschenkelside leg
- 1515
- Seitenschenkelside leg
- 1616
- Ausnehmungrecess
- 1717
- Verdickungthickening
- 1818
- Aufnahmeadmission
- 1919
- Steckerplug
- 2020
- Steckerplug
- 2121
- Steckerplug
- 2222
- Steckerplug
- 2323
- Zentrierbohrungcentering
- 2424
- Zentrierbohrungcentering
- 2525
- Trägercarrier
- 2626
- Trägercarrier
- 2727
- Trägercarrier
- 2828
- Aufnahmeeinrichtungrecording device
- 2929
- Aufnahmeeinrichtungrecording device
- 3030
- Aufnahmeeinrichtungrecording device
- 3131
- Leiterbahnconductor path
- 3232
- elektrisches Bauelementelectrical module
- 3333
- Trägercarrier
- 3434
- Aufnahmeeinrichtungrecording device
- 3535
- Temperatursensortemperature sensor
Claims (9)
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