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Die
Erfindung betrifft eine Sensorbaugruppe mit einem Gehäuseteil
aus einem Kunststoff und einer elektronischen Schaltung, die eine
Anzahl an über
Leiterbahnen zumindest teilweise elektrisch verbundene elektronische
Bauelemente umfasst.
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Sensorbaugruppen
herkömmlicher
Art, welche z. B. als sog. Airbag-Satelliten eingesetzt werden,
umfassen einen Schaltungsträger,
z. B. eine Leiterplatte, auf welcher die elektronische Schaltung
mit den Bauelementen und den Leiterbahnen aufgebracht ist. Nach
Herstellung und Überprüfung dieser Baugruppe
wird diese in einem Gehäuse
der Sensorbaugruppe angeordnet. Dieses umfasst eine mechanische
Befestigung für
die Baugruppe und schafft ein von außen verfügbare elektrische Verbindung
zu dieser. Die Befestigung kann beispielsweise durch so genannte
Einpresspins, Nut-Schabenasen oder andere Befestigungselemente erfolgen.
Um die elektronische Schaltung vor Umwelteinflüssen zu schützen, wird das Gehäuse anschließend mit
einem Deckel oder einer Vergußmasse
verschlossen.
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Die
große
Anzahl von Einzelteilen – Gehäuse, Baugruppe
aus Leiterplatte und elektrischer Schaltung sowie Verschlußteil – erfordert
bei einer derartigen Sensorbaugruppe zu deren Herstellung eine Vielzahl
an einzelnen Fertigungsschritten. Durch die Notwendigkeit, Befestigungselemente,
z. B. Einpresspins, an dem Gehäuse
vorsehen zu müssen, weist
das Gehäuse
eine verhältnismäßig große Komplexität auf. Darüber hinaus
ziehen Einpresspins hohe Werkzeugkosten nach sich.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Sensorbaugruppe
anzugeben, welche die oben genannten Nachteile nicht aufweist.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Sensorbaugruppe mit den Merkmalen des Patentanspruches
1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
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Die
erfindungsgemäße Sensorbaugruppe umfasst
ein Gehäuseteil
aus einem Kunststoff und eine elektronische Schaltung mit einer
Anzahl an, über
Leiterbahnen zumindest teilweise elektrisch verbundene, elektronischen
Bauelementen. Dabei ist die elektronische Schaltung vollständig direkt
auf mindestens einer ebenen Fläche
des Gehäuseteils aufgebracht.
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Durch
das direkte Aufbringen der elektronischen Schaltung, insbesondere
der Leiterbahnen, auf eine einzige ebene Fläche des Gehäuseteils ist das Vorsehen einer
Leiterplatte entbehrlich, wodurch die Anzahl der Bauteile zur Herstellung
einer Sensorbaugruppe verringert ist. Das Gehäuseteil und die Leiterbahnen
können
dabei als so genanntes MID (Molded Interconnected Device) als Baueinheit
gefertigt werden.
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Diese
Baueinheit kann aus zwei Kunststoffkmponenten hergestellt werden.
Ein Isolierkörper, das
Gehäuseteil,
aus einer ersten Kunststoffkomponente bildet das Gerüst der Baueinheit.
Um diese Isolierkörper
herum wird in einer weiteren Kunststoffkomponente ein Leiterbahnkörper gespritzt – die Leiterbahnen.
Die weitere Kunststoffkomponente, aus der der Leiterbahnkörper hergestellt
wird, weist im Gegensatz zu der ersten Kunststoffkomponente die Eigenschaft
auf, dass ihre Oberfläche
metallisiert werden kann. Die Oberflächen des Leiterbahnkörpers, die
an dem Kunststoffkörper
zugänglich
sind, können
zu Leiterbahnen metallisiert werden.
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Anstelle
des vorbeschriebenen Zwei-Komponenten-Spritzgusses kann die Baueinheit
auch aus einer einzigen Kunststoffkomponente gespritzt werden. Auf
diesen, das Gehäuseteil
bildenden, Kunststoffkörper
werden dann im Folgenden Leiterbahnen durch eine Laserdirektstrukturierung
im additiven bzw. abrasiven Verfahren aufgebracht.
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Als
weitere Verfahren zur Herstellung der Baugruppe kommen auch das
Heißprägeverfahren und
Folienhinterspritzung in Betracht, die dem Fachmann bekannt sind,
und deshalb an dieser Stelle nicht weiter beschrieben werden.
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Dadurch,
dass die Leiterbahnen lediglich auf einer einzigen ebenen Fläche des
Gehäuseteils
aufgebracht sind, können
im Weiteren Montagetechniken der Leiterplattenfertigung genutzt
werden, wodurch eine besonders einfache und effiziente Fertigung
der Sensorbaugruppe möglich
ist.
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Gemäß einer
Ausführungsform
handelt es sich bei den elektronischen Bauelementen um Oberflächen-montierbare
Bauelemente, so genannte SMD-Bauelemente (Surface Mounted Device) und/oder
um Durchsteckbauelemente (THT-Bauelemente, Through Hole Technology).
Die elektrische und mechanische Verbindung der elektronischen Bauelemente
mit den Leiterbahnen ist gemäß einer weiteren
Ausführungsform
durch eine Lot- oder Klebeverbindung hergestellt. Zweckmäßigerweise
besteht das Gehäusematerial
des Gehäuseteils
aus einem Kunststoff, der die Temperaturen eines Lötprozesses,
insbesondere eines Reflow-Lötprozesses, schadlos
aushält.
Als Kunststoffe kommen dabei insbesondere Thermoplaste in Betracht,
die die für
die SMD-Bestückung notwendige
Temperaturbeständigkeit
aufweisen.
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In
einer weiteren Ausführungsform
umfasst die elektronische Schaltung eine Vorrichtung zum Ermitteln
einer Beschleunigung und/oder eine Vorrichtung zum Ermitteln eines
Drucks, wodurch die Sensorbaugruppe insbesondere als Seiten-Airbag-Satellit
in Kraftfahrzeugen einsetzbar ist.
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In
einer ersten Variante der Erfindung ist das Gehäuseteil ein Kontaktpins aufnehmendes
Steckerteil zur externen Kontaktierung der Sensorbaugruppe. Die
elektronische Schaltung ist dabei bevorzugt auf einer äußeren Fläche eines
Gehäuseabschnitts des
Steckerteils angeordnet. Weiter bevorzugt ist die elektronische
Schaltung auf einer äußeren Fläche des
Steckerteils angeordnet, wobei eine innere Fläche des Steckerteils gegenüber der äußeren Fläche parallel
angeordnet ist und die Kontaktpins aus der inneren Fläche in einen
Kontaktbecher des Steckerteils ragen. Hierdurch ergibt sich eine
besonders einfache Möglichkeit,
eine elektrische Verbindung zwischen den Kontaktpins und der elektronischen
Schaltung herzustellen, da dies über
eine einfache Durchkontaktierung in dem Gehäuseabschnitt möglich ist. Dazu
kann die äußere Fläche mit
einer, der Anzahl der Kontaktpins entsprechenden, Anzahl an Gräben versehen
sein, in welche jeweils ein Ende eines Kontaktpins ragt. Im Rahmen
eines Lötprozesses
kann der Graben mit einem Lot befüllt werden, welches beim Lötprozess
aufschmilzt und den elektrischen Kontakt zwischen den Leiterbahnen
und den Kontaktpins herstellt.
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Zum
Schutz der elektronischen Schaltung kann weiter vorgesehen sein,
dass die äußere Fläche des
Steckerteils mit einem die elektronische Schaltung abschließenden Abschlussteil,
z. B. einem separaten Deckel oder einem Etikett, verbindbar ist.
Die Wahl des Abschlussteils richtet sich danach, gegen welche Umwelteinflüsse die
elektronische Schaltung auf dem Steckerteil geschützt werden
muss. Gegebenenfalls kann die Verbindung zwischen dem Abschlussteil
und dem Steckerteil unter Zuhilfenahme verschiedener Dichtmaßnahmen
erfolgen.
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Gemäß einer
anderen Variante ist das Gehäuseteil
ein Deckelteil der Sensorbaugruppe, das mit einem, Kontaktpins aufnehmenden,
Steckerteil zur externen Kontaktierung der Steckerbaugruppe verbindbar
ist. Das Aufbringen der elektronischen Schaltung auf ein Deckelteil
weist den Vorteil auf, dass dieses auch bei einer Vielzahl an unterschiedlichen
Positionierungen der Sensorbaugruppe identisch gefertigt werden
kann. Lediglich das mit dem Deckelteil zu verbindende Steckerteil
braucht spezifisch ausgebildet werden. Da das Steckerteil – mit Ausnahme
der Kontaktpins – jedoch
keine weiteren elektro nischen Bauelemente aufzunehmen braucht, kann
dieses auf sehr viel einfachere und kostengünstigere Weise gefertigt werden.
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Gemäß einer
Ausführungsform
ist die mit der elektronischen Schaltung versehene ebene Fläche des
Deckelteils im montierten Zustand des Deckelteils dem Steckerteil
zugewandt. Dadurch bedingt kann die Sensorbaugruppe aus lediglich
den beiden Bauteilen, Steckerteil und Deckelteil ausgeführt werden,
wodurch die Montage und auch die Herstellung einer hermetischen
Kapselung der elektronischen Schaltung gegenüber Umwelteinflüssen besonders
einfach realisierbar ist.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung ragen die Kontaktpins mit ihren einen Enden
durch einen Gehäuseabschnitt
des Steckerteils derart, dass diese bei miteinander verbundenem
Steckerteil und Deckelteil in entsprechende Ausnehmungen des Deckelteils
ragen, wobei die Wandungen der Ausnehmungen elektrisch leitend beschichtet
sind zur Herstellung einer elektrischen Verbindung mit der elektronischen
Schaltung. Diese Ausführungsform
ermöglicht
es, auf besonders einfache Weise einen elektrischen Kontakt zwischen
den in dem Steckerteil vorgesehenen Kontaktpins und der elektronischen Schaltung
auf dem Deckelteil vorzusehen. Gleichzeitig wird dadurch weiterhin
bereits eine mechanische Fixierung der beiden Komponenten zueinander
bewerkstelligt. Die elektrisch leitende Beschichtung kann durch
ein direkt auf der Wandung aufgebrachtes elektrisch leitfähiges Material
oder eine Metallhülse
gebildet sein, welche z.B. beim Herstellen des Deckelteils mit Kunststoffmaterial
umspritzt wird.
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Zwecks
einfacher Fertigung des Deckelteils sind die Beschichtung der Wandungen
und die Leiterbahnen der elektronischen Schaltung zusammen hergestellt.
Dies kann, wie vorab bereits beschrieben im Rahmen der Herstellung
der MID-Komponente erfolgen.
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Die
zweite Variante weist den Vorteil auf, dass das Steckerteil aus
einem anderen, kostengünstigeren,
Material als das Deckelteil gefertigt werden kann. Insbesondere
braucht dieses aus einem Kunststoff bestehende Material nicht temperaturbeständig hinsichtlich
eines Lötprozesses,
insbesondere eines Reflow-Lötprozesses,
ausgebildet werden. Im Ergebnis resultiert daraus eine besonders
kostengünstig
herstellbare Sensorbaugruppe, da das teuere, temperaturbeständige Kunststoffmaterial
des Deckelteils lediglich für
eine kleine Baueinheit verwendet werden braucht. Das im Verhältnis wesentlich größere Steckerteil
kann hingegen aus einem einfacheren und hinsichtlich seiner Eigenschaften „schlechteren" Kunststoffmaterial
gefertigt sein.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
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1 einen
Schnitt durch ein Steckerteil einer erfindungsgemäßen Sensorbaugruppe
gemäß einer
ersten Variante,
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2 eine
Draufsicht auf das Steckerteil aus 1,
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3 eine
perspektivische Ansicht des Steckerteils gemäß 1,
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4 einen
Schnitt durch eine erfindungsgemäße Sensorbaugruppe
gemäß einer
zweiten Variante,
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5 eine
vergrößerte Darstellung
von in das Detektion eingreifende Kontaktpins, und
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6 eine
vergrößerte Darstellung
der Verbindung von Steckerteil und Deckelteil der Sensorbaugruppe
aus 4.
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Die 1 bis 3 zeigen
ein erfindungsgemäßes Steckerteil 3 in
einer ersten Variante einer erfindungsgemäßen Sensorbaugruppe 1. 1 zeigt dabei
einen Schnitt durch das Steckerteil 3. Auf einer äußeren Fläche 13 eines
Gehäuseabschnitts 24 ist eine
elektronische Schaltung 5 aufgebracht. Die elektronische
Schaltung 5 umfasst eine Mehrzahl an Bauelementen 6 sowie
einen Sensor 7, welche über in
den Figuren nicht näher
dargestellte Leiterbahnen elektrisch miteinander verbunden sind.
Die äußere Fläche 13 ist,
wie dies aus den 1 bis 3 gut ersichtlich
ist, eine ebene Fläche.
Sämtliche
zu der elektronischen Schaltung gehörige Bauelemente 6, 7 sowie
die dazu notwendigen Leiterbahnen zur Verbindung der entsprechenden
Bauelemente 6, 7 sind allein auf der äußeren Fläche 13 aufgebracht.
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Die äußere Fläche könnte auch
aus zwei, vorzugsweise im stumpfen Winkel zueinander angeordneten,
Teilflächen
gebildet sein, um beispielsweise durch die Montage bedingte Winkelanordnungen angleichen
zu können
und gleichzeitig weiter eine einfache und kostengünstige Montage
zu ermöglichen.
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Das
Aufbringen der Bauelemente 6, 7, welche als SMD-Bauelemente (Surface
Mounted Device) ausgebildet sind, kann durch einen SMD-Standard-Bestückungsautomaten
erfolgen, da die durch die Bauelemente und Leiterbahnen gebildete
elektronische Schaltung lediglich in der ebenen Fläche der äußeren Fläche 13 gelegen
ist. Aufgrund der Gestaltung des Steckerteils 3 können diese
in einem Nutzen angeordnet werden, wodurch eine hohe Effizienz beim
Bestücken
der Fläche 13 gewährleistet
ist. Die elektrische und mechanische Kontaktierung erfolgt im Rahmen
einer Lötverbindung,
wobei bevorzugt ein Reflow-Lötprozess
durchgeführt
wird.
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Das
als Steckerteil 3 ausgebildetes Gehäuseteil 2 ist aus
einer Kunststoffkomponente gebildet, auf deren äußerer Fläche 13 eines Gehäuseabschnitts 24 die
in der Figur nicht näher
sichtbaren Leiterbahnen aufgebracht sind. Die Kunststoffkom ponente
ist aus einem solchen Material gebildet, welches im Rahmen eines
Lötprozesses
die notwendige Temperaturbeständigkeit
aufweist. Die Erzeugung der Leiterbahnen kann durch eine Laser-Direkt-Strukturierung
erfolgen, im Rahmen derer eine Aktivierung der strukturierten Bereiche
erfolgt. Im Rahmen eines nachfolgenden Galvanik-Prozesses erfolgt
eine Metallisierung der Leiterbahnen. Anstelle des beschriebenen
Herstellungsverfahrens könnte die
Einheit aus Gehäuseteil
und Leiterbahnen auch im Rahmen eines Zwei-Komponenten-Spritzgusses erfolgen,
bei dem die Kunststoffkomponente des Gehäuseteils 3 isolierend
und eine weitere Kunststoffkomponente, welche einen Leiterbahnkörper bildet, metallisierbar
sein. Beide Verfahren sind unter dem Namen Molded Interconnected
Device (MID) bekannt.
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Auf
einer der äußeren Fläche 13 gegenüber liegenden
inneren Fläche 15 des
Gehäuseabschnitts 24 ist
ein Kontaktbecher 12 angeordnet. In diesem sind zwei Kontaktpins 8 zur
externen Kontaktierung des Gehäuseteils 2 vorgesehen.
Während
erste Enden 9 der Kontaktpins 8 in das Innere
des Kontaktbechers 12 ragen, erstrecken sich die Kontaktpins 8 mit ihren
zweiten Enden 10 durch den Gehäuseabschnitt 24 hindurch,
wobei die Enden 10 in, in der äußeren Fläche 13 gebildeten,
Gräben 11 zu
Liegen kommen. Beim Aufbringen der Lotpaste, z. B. durch ein Siebdruckverfahren
oder ein Schablonendruckverfahren, auf die mit den Leiterbahnen
versehene Fläche 13 entsteht
ein Lot-Reservoir in den Gräben
um die Enden 10 der Kontaktpins 8, welches beim
Lötprozess aufschmilzt
und den elektrischen Kontakt zu den Kontaktpins 8 herstellt.
Die mechanische Befestigung der Kontaktpins 8 erfolgt durch
eine Abstützung gegenüber dem
Gehäuseabschnitt 24.
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Um
die elektronische Schaltung 5 auf der äußeren Fläche 13 des Steckerteils 3 gegen
Umwelteinflüsse
zu schützen,
kann auf dieser ein die elektronische Schaltung 5 umgebendes
Abschlussteil aufgebracht werden. Dies kann z. B. ein Deckel oder
bei entsprechend geringeren Anforderungen ein Etikett sein.
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In
den 4 bis 6 ist ein zweites Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Sensorbaugruppe 1 dargestellt.
Die Sensorbaugruppe 1 weist neben einem Steckerteil 3 ein
Deckelteil 4 auf, die in 4 miteinander
verbunden sind. Die elektronische Schaltung 5, umfassend
Bauelemente 6, ein Sensorelement 7 sowie nicht
näher dargestellte
Leiterbahnen sind auf einer Fläche 25 des
Deckelteils 4 angeordnet. Das Deckelteil 4 kann
als einfaches, hochvolumiges Universalteil ausgebildet sein, während das
kundenspezifische Steckerteil 3 hinsichtlich seines Steckkontaktes
variabel gehalten werden kann. Diese Variante weist den Vorteil
auf, dass lediglich das Deckelteil 4 aus einem temperaturbeständigen Kunststoff
gefertigt zu werden braucht, während
für das
Steckerteil 3 ein kostengünstigerer Kunststoff verwendet
werden kann.
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Wie
im vorangegangenen Ausführungsbeispiel
weist das Steckerteil 3 einen Kontaktbecher 12 auf,
in den in bekannter Weise erste Enden 9 von Kontaktpins 8 ragen.
Die Kontaktpins 8 sind von der, dem Kontaktbecher 12 abgewandten,
Fläche
des Gehäuseabschnitts 24 her
durch Ausnehmungen eingesteckt. Die Kontaktpins 8 stützen sich
an Schultern 16 (siehe 5) des Gehäuseabschnitts
ab, wodurch die Kontaktpins 8 in einer definierten Position relativ
zu dem Steckerteil 3 angeordnet sind. Zweite Enden 10 der
Kontaktpins 8 ragen bei montiertem Deckelteil 4 in
Ausnehmungen 21 einer topfförmigen Materialanhäufung 20 des
Deckelteils 4 hinein, wobei die zweiten Enden 10 in
die Ausnehmungen 21 eingepresst werden. Wandungen 22 der
Ausnehmungen 21 sind mit einer elektrisch leitfähigen Schicht versehen,
welche beispielsweise zusammen mit den Leiterbahnen auf der Fläche 25 ausgebildet
werden kann. Hierdurch ist ein elektrischer Kontakt zwischen den
Kontaktpins und der elektronischen Schaltung 5 auf dem
Deckelteil 4 hergestellt.
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Im
Ausführungsbeispiel
werden die zweiten Enden 10 aufgrund eines in diesen vorhandenen Schlitzes 23 beim
Einpressen in die Ausnehmungen 21 federnd zusammengepresst.
Die Federkraft könnte
ebenso durch die Kontakte in den Ausnehmungen aufgebracht werden.
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Je
nach Art der Verbindung von Steckerteil 3 und Deckelteil 4 kann
eine hermetische Abdichtung der elektronischen Schaltung 5 gegenüber Umwelteinflüssen erzielt
werden. Wie aus dem vergrößerten Ausschnitt
der 6 besser hervorgeht, weist das Steckerteil 3 einen
Flansch 17 auf. Ein Randabschnitt 18 des Deckelteils 4 weist
im Bereich des Flansches 17 einen ringförmigen Wulst 19 auf,
welcher beispielsweise durch eine Reib-Schweiß-Verbindung mit dem Flansch 17 des
Steckerteils 3 in innigen Kontakt gebracht werden kann.
Prinzipiell ist jede beliebige Verbindungstechnologie zur Herstellung
einer mechanischen und abdichtenden Verbindung von Steckerteil 3 und
Deckelteil 4 verwendbar.
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Die
erfindungsgemäße Sensorbaugruppe weist
den Vorteil auf, dass diese weniger Einzelteile gegenüber bislang
bekannten Sensorbaugruppen aufweist, da ein Schaltungsträger in Form
einer Leiterplatte und notwendige Befestigungselemente entfallen.
Die Herstellung einer elektrischen Kontaktierung zwischen der elektronischen
Schaltung und den Kontaktpins erfolgt unter Verwendung eines Lötprozesses.
Auf die Verwendung von teueren Einpresspins kann dabei verzichtet
werden. Gegenüber
herkömmlichen
Sensorbaugruppen besteht der Vorteil, dass weniger Fertigungsschritte
benötigt
werden.
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Aufgrund
der direkten Verbindung der elektrischen Komponenten mit dem Gehäuseteil
ergibt sich eine sehr gute Signalübertragung bei der Verwendung
von Beschleunigungssensoren.
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Aufgrund
der Tatsache, dass die elektronische Schaltung auf einer einzigen
ebenen Fläche des
Gehäuseteils
angeordnet ist, kann das Aufbringen der elektronischen Komponenten
unter Verwendung von Standard-Equipment erfolgen.
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Die
Gefahr von Beschädigungen
der elektronischen Schaltung ist verringert, da eine mechanische
Beanspruchung durch das Einpressen der bislang verwendeten Leiterplatte
entfällt.
Hierdurch bedingt ergibt sich auch eine kleinere Bestückfläche, da Sperrflächen für Einpresswerkzeuge
entfallen können.
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Durch
eine Laserstrukturierung zur Erstellung der Leiterbahnen ergibt
sich eine hohe Flexibilität
bei eventuell notwendigen Schaltungsänderungen. Hierdurch kann insgesamt
eine Sensorbaugruppe mit geringen Kosten bereitgestellt werden.
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Es
ist weiterhin denkbar, die Leiterbahnen auch dreidimensional auf
dem Gehäuseteil
anzubringen.