DE102006030081A1

DE102006030081A1 - Sensor mit Leadframe und Herstellungsverfahren hierfür

Info

Publication number: DE102006030081A1
Application number: DE102006030081A
Authority: DE
Inventors: Carmelo Leone; Peter Apel
Original assignee: AB Elektronik GmbH
Current assignee: Apel Helga 59394 Nordkirchen De
Priority date: 2005-06-29
Filing date: 2006-06-28
Publication date: 2007-02-01

Abstract

Beschrieben sind ein Sensor und ein Herstellungsverfahren hierfür. Eine elektrische Moduleinheit 14 weist ein Leitungsgitter 16 mit Leitungssträngen 20 auf. Auf einem Flächenbereich 22 ist ein Rohchip einer integrierten Sensorschaltung 26 aufgebracht. An den Leitungssträngen 20 ist mindestens ein diskretes elektrisches Bauelement C¶1¶, C¶2¶, C¶3¶, C¶4¶ angebracht. Ein Grundelement 116 besteht mindestens teilweise aus Kunststoff. Die elektrische Moduleinheit 14 ist mindestens in einem Teil des Grundelements 116 eingebettet, so dass die integrierte Sensorschaltung 26, die Leitungsstränge 20 und das diskrete Bauelement C¶1¶, C¶2¶, C¶3¶, C¶4¶ in das Kunststoffmaterial 128 eingebettet sind. DOLLAR A Auf diese Weise kann ein kostengünstiger und einfach zu fertigender Sensor hergestellt werden.

Description

Die Erfindung betrifft einen Sensor sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Sensors.
Ein Sensor umfasst als eigentliches Sensorelement eine Sensor-Schaltung zur Ermittlung eines Sensor-Wertes. Je nach Einsatzzweck muss in einem Sensor die Sensor-Schaltung geeignet positioniert und elektrisch angeschlossen werden.
Beim Sensor gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Sensor-Schaltung Teil einer elektrischen Moduleinheit mit einem mindestens abschnittsweise flachen Leitungsgitter mit einer Anzahl von Leitungssträngen und mindestens einem Flächenbereich, auf dem eine integrierte Sensor-Schaltung als Rohchip aufgebracht und elektrisch mit den Leitungssträngen verbunden ist.

Die DE-A-198 04 170 zeigt eine elektrische Moduleinheit und ein entsprechendes Herstellungsverfahren. Die Herstellung erfolgt durch Bildung vom Leadframes einstückig als dünnwandiges Blechstanzteil und der Leadframe wird dann auf einen flachen Kunststoffträger aufgeklebt. Anschließend wird der Leadframe mit Bauelementen bestückt, wobei Kondensatoren, Widerstände, Elektrolytkondensatoren und ein ASIC aufgelötet werden.

Die Moduleinheit kann als Gurtschloßsensor oder Trägheitssensor ausgebildet sein. Ein Sensor wird hergestellt, indem die Moduleinheit in einem Gehäuse angebracht wird. Das Gehäuse kann umspritzt oder mit Kunststoffmasse aufgefüllt werden.

Weiter ist die Bildung elektrischer Moduleinheiten mit Hilfe von Leiterplatten bekannt, auf denen Leitungsstränge verlaufen und diskrete elektrische Bauelemente sowie integrierte Schaltungen hiermit elektrisch und mechanisch verbunden sind.

Für Sensoren, insbesondere Magnet-Sensoren, ist für viele Einsatzbereiche – insbesondere im Kfz-Bereich – eine hohe mechanische Festigkeit erforderlich. Zudem müssen die Sensorelemente häufig sehr genau positioniert werden. Daher sind exakte Positionierung und genaue Abmessungen erforderlich.

Diese Anforderungen können insbesondere durch Leiterplatten nicht ohne weiteres mit der erforderlichen Genauigkeit erfüllt werden. Zudem sind die so hergestellten Moduleinheiten und Sensoren häufig relativ teuer oder es ist eine aufwendige weitere elektrische Beschaltung notwendig.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Sensor anzugeben, der kostengünstig herstellbar ist und bei dem das eigentliche Sensorelement genau positioniert ist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Sensor nach Anspruch 1 und das Herstellungsverfahren nach Anspruch 24. Abhängige Ansprüche beziehen sich auf vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

Bei dem erfindungsgemäßen Sensor ist eine elektrische Moduleinheit mit einem – mindestens in Abschnitten – flachen Leitungsgitter aus einem leitfähigen Material, bspw. als dünnes Blech-Stanzteil vorgesehen. Die Form des Leitungsgitters kann im Prinzip beliebig sein. Die Leitungsstränge dienen als elektrische Verbindungen zwischen den Elementen der durch das Modul realisierten Schaltung. Zusätzlich dienen die Leitungsstränge auch zum mechanischen Zusammenhalt des Moduls.

Hierbei wird explizit auf jegliche Form eines Isolator-Trägermaterials verzichtet. Die Leitungsstränge des Leitungsgitters verlaufen – vor der Montage am Sensor – frei.

Neben einer Anzahl von Leitungssträngen ist mindestens ein Flächenbereich vorgesehen, auf dem ein Rohchip (Die) einer integrierten Sensor-Schaltung aufgebracht ist. D. h., es wird nicht eine in ein eigenes, separates Gehäuse mit Anschlußbeinchen verpackte integrierte Schaltung, sondern lediglich der funktionale Teil hiervon, nämlich der – bspw. aus Silizium bestehende – Rohchip aufgebracht und befestigt, bspw. verklebt. Dieser wird elektrisch mit den Leitungssträngen verbunden, bspw. über Bond-Drähte oder über andere bekannte Verbindungstechniken. Die Sensor-Schaltung misst eine physikalische Größe, bspw. im Fall eines bevorzugten Hall-ASIC ein Magnetfeld, und gibt diese als elektrischen Sensor-Wert aus.

An den Leitungssträngen sind diskrete elektrische Bauelemente angebracht, bspw. Widerstände, (Elektrolyt-)Kondensatoren, Spulen, Transistoren, Dioden etc.. Gemeinsam mit der integrierten Schaltung bilden sie die elektrische Schaltung des Moduls. Eine ggf. notwendige Beschaltung der integrierten Schaltung kann durch das Bauelement oder die Bauelemente bereits in das Modul integriert sein, so daß zusätzliche Beschaltung reduziert wird oder entfällt.

Eine derartige elektrische Moduleinheit weist erhebliche Vorteile bei der Herstellung auf. Sie ist zwar im Rohzustand, d.h. vor dem Einbau in den Sensor recht empfindlich, dafür aber auch in großen Stückzahlen sehr kostengünstig zu fertigen. Für den Einsatz in einem Sensor kann sie leicht in gewünschter Weise geformt werden, nämlich durch entsprechende Biegung des Leitungsgitters. Durch die Verwendung eines Rohchips werden ein besonders einfacher Aufbau, niedrige Kosten und geringe Baugröße erreicht.

Die Herstellung einer Moduleinheit erfolgt bevorzugt mit der Leadframe-Technik. Hierbei werden aus einem Streifenelement aus leitfähigem Material (bevorzugt durch Stanzen) eine Anzahl von Leitungsgittern gebildet. Auf Flächenbereiche dieser Leitungsgitter wird ein Rohchip einer integrierten Schaltung aufgebracht und elektrisch kontaktiert, bspw. durch Bonden. Diskrete Bauelemente werden bspw. mit Leitkleber aufgeklebt. Durch Freistanzen werden weitere Teile des Streifenelements entfernt, so daß nur die zur Bildung der elektrischen Schaltung benötigten Leitungsstränge verbleiben und die Moduleinheit vom Streifenelement frei wird.

Eine solche elektrische Moduleinheit wird erfindungsgemäß mit einem Grundelement zu einem Sensor verbunden. Bei dem Grundelement kann es sich bspw. um ein Gehäuse- und/oder Trägerelement handeln. Es kann als Träger für die elektrische Moduleinheit dienen und/oder diese nach Art eines Gehäuses ganz oder teilweise abdecken. Das Grundelement kann einteilig, zweiteilig oder mehrteilig sein. Es kann eine Montagevorrichtung (bspw. Anschraubhülse) zur Montage des Sensors an seinem Einsatzort aufweisen.

Erfindungsgemäß besteht das Grundelement mindestens teilweise aus Kunststoff. Die Befestigung der Moduleinheit am Grundelement erfolgt in der Weise, daß die Moduleinheit mit der daran vorgesehenen integrierten Sensor-Schaltung am Grundele ment in das Kunststoffmaterial eingebettet wird. Dies erfolgt bevorzugt im Spritzguss-Verfahren. So kann das Grundelement ganz oder zum Teil im Spritzguß erstellt werden, wobei die Moduleinheit eingebettet wird. Bevorzugt wird das Grundelement bereitgestellt, dann die Moduleinheit am Grundelement positioniert und dort bevorzugt vollständig umspritzt. So werden die Bestandteile der Moduleinheit, d.h. Rohchip, diskretes Bauelement und Leitungsstränge, in der Lage zueinander sowie in ihrer Lage am Grundelement fixiert. Durch die Einbettung in das Kunststoffmaterial sind sie vor äußeren Einwirkungen geschützt. Für das Umspritzen der Moduleinheit wird ein Duroplast bevorzugt.

Ein derartiger Sensor mit Grundelement und daran eingespritzter Moduleinheit lässt sich besonders kostengünstig fertigen. Durch den Verzicht auf jeglichen Isolator-Träger (wie bspw. eine Leiterplatte) sind die Anzahl der Bearbeitungsschritte auf ein Minimum reduziert. Trotzdem entsteht – nach der Einbettung des Moduls – so ein mechanisch sehr widerstandsfähiger, exakt arbeitender Sensor.

Die diskreten Bauelemente können bedrahtete Bauelemente oder SMD-Bauelemente sein. Letztere werden bevorzugt mit den Leitungssträngen über einen Leitkleber verklebt. Zer Aufnahme und besseren Halterung der diskreten Bauelemente können Teile des Leitungsgitters aus der Ebene des Streifenelements herausgebogen werden, so daß sie Vorsprünge – Haltelaschen – für die diskreten Bauelmente bilden.

Die Kontaktierung der integrierten Schaltung mit dem Leitungsgitter erfolgt bevorzugt durch Bonden. Beim Einspritzen der Moduleinheit am Sensor werden auch die Bond-Drähte in das Kunststoffmaterial des Grundelements eingebettet. Am Leitungsgitter der Moduleinheit können mehrere Flächenbereiche zum Aufbringen von mehreren integrierten Schaltungen vorgesehen sein.

Das Grundelement weist bevorzugt einen Steckeranschluß auf. Die am Grundelement angeordnete Moduleinheit ist dann elektrisch mit dem Steckeranschluß verbunden.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind flache Leiterelemente mindestens teilweise am Grundelement eingebettet und verbinden die Moduleinheit mit dem Steckeranschluß.

Durch die in Kunststoff eingebetteten, bevorzugt eingespritzten flachen Leiterelemente wird auf besonders einfache Weise eine Verbindung vom Steckeranschluß zur Moduleinheit geschaffen. Diese kann den geometrischen Verhältnissen Rechnung tragen, wobei die Leiterelemente ein- oder mehrfach abgewinkelt sind. Ein derartiger Sensor ist in der Herstellung besonders vorteilhaft, weil das Grundelement mit den Leiterelementen kostengünstig und exakt im Spritzgussverfahren gefertigt und dann mit der Moduleinheit verbunden werden kann.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist mindestens eines der flachen Halterelemente mit mindestens einem der Leitungsstränge des Leitungsgitters verschweißt. Bevorzugt sind sämtliche Leiterelemente mit entsprechenden Leitungssträngen verschweißt, so daß das Leitungsgitter einerseits sicher elektrisch kontaktiert ist und andererseits durch die fest eingebetteten Leiterelemente auch mechanisch sicher verbunden ist.

Bezüglich des Materials für das Leitungsgitter hat sich gezeigt, daß verfügbare Materialien aus Kupfer mit einem Sn-haltigem Anlaufschutz auf der Oberfläche insbesondere beim Verschweißen problematisch sein können. Deshalb wird bevorzugt, daß das Leitungsgitter aus Kupfer oder einer Kupfer-Legierung (bevorzugt mit mehr als 50 % Kupfer) besteht und einen Sn-freien Anlaufschutz aufweist. Der Anlaufschutz umfasst bevorzugt eine oder mehrere Schichten aus Palladium, Gold und/oder Silber. Hierbei ist die untere Schicht bevorzugt aus Palladium einer Schichtdicke von 0,2 μm–5 μm, bevorzugt 0,5 μm–2 μm. Die äußerste Schicht ist bevorzugt dünner, bspw. als Goldschicht einer Schichtdicke von 10 nm–1 μm, bevorzugt 50 nm–0,5 μm. Zwischen dem Kupfer-Material und dem Anlaufschutz kann eine Sperrschicht aus Nickel (Schichtdicke 0,5–5 μm, bevorzugt 1,5–3 μm) vorgesehen sein.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung unterscheiden sich die im Grundelement eingebetteten flachen Leiterelemente vom Leitungsgitter der Moduleinheit dadurch, daß sie erheblich dicker sind, bevorzugt mindestens doppelt so dick wie die Leitungsstränge des Leitungsgitters. Die flachen Leiterelemente weisen bevorzugt eine Dicke von 0,3–1,2 mm auf besonders bevorzugt 0,5–1 mm. Sie können bspw. aus Messing oder Bronze (bzw. einer Legierung mit überwiegendem, d.h. mehr als 70 % Anteil daran) bestehen. In diesem Fall sind sie besonders gut mit dem Leitungsgitter aus Kupfer mit Sn-freiem Anlaufschutz zu verschweißen. Die Leiterelemente können im Stecker als Kontakte hervorstehen, so daß sie gleichzeitig Kontakte und Leitungen bilden.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist das Leitungsgitter der Moduleinheit mindestens ein Loch auf und mindestens ein Zapfen des Grundelements greift in das Loch ein. Hierdurch wird eine besonders einfache Positionierung und mechanische Halterung des Moduls ermöglicht. Das Loch kann im Leitungsgitter mit sehr hoher Präzision relativ zu den Bauelementen, insbesondere der integrierten Sensor-Schaltung eingebracht werden. Seine relative Positionierung, insbesondere damit zum eigentlichen Sensorelement, ist sehr exakt. An einem entsprechendem Zapfen des Grundelements kann es leicht positioniert werden und sich selbst zentrieren. Eine solche Halterung kann insbesondere in Verbindung mit weiteren Befestigungen eine einfache und exakte Anbringung des Moduls am Grundelement ermöglichen. Insbesondere kann hier bei der Montage eine anfängliche Positionierung und vorläufige Halterung vor der Anbringung weiterer Befestigungen (Verschweißen, Anspritzen, etc.) erzielt werden.

Eine besonders gute Positionierung wird durch mehrere Löcher und entsprechende Zapfen erreicht. Die mechanische Fixierung kann vorteilhafterweise durch Haltelaschen verbessert werden, die nach innen in mindestens eines der Löcher vorstehen. Beim Eindringen eines Zapfens verformen sich die Haltelaschen, so daß eine Einklemmung und Sperrwirkung eintritt. Dies kann besonders gut als vorläufige Fixierung vor dem anschließenden Umspritzen dienen.

Häufig muß das eigentliche Sensor-Element an exponierter Stelle plaziert werden. Damit dies leicht gewährleistet werden kann, ist es bevorzugt, daß das Grundelement einen länglichen Trägerkörper aufweist, an dessen Ende die integrierte Sensor-Schaltung angeordnet wird. Das Leitungsgitter ist hierbei so gebogen, daß wenigstens ein Teil der Leitungsstränge längs des Trägerkörpers verlaufen. Eine solche Anordnung ist besonders für Magnetfeldsensoren vorteilhaft, bei denen der integrierte Magnetsensor dann stirnseitig am Ende angeordnet ist.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Herstellen einer elektrischen Baueinheit;
2 in perspektivischer Ansicht ein Streifenmaterial als Ausgangsprodukt des Herstellungsverfahrens aus 1;
3 in perspektivischer Ansicht das Streifenmaterial aus 2 nach einem Stanzschritt;
4a-4e in perspektivischer Ansicht jeweils eine erste Ausführungsform eines Elements nach den Bearbeitungsschritten des Verfahrens nach 1;
5a–5c in Draufsicht alternative Ausführungen einer elektrischen Baueinheit;
6a, 6b perspektivische Ansichten eines Stanzgitters und eines Vorspritzlings für die Herstellung einer ersten Ausführungsform eines Sensors;
7 eine perspektivische Explosionsansicht der ersten Ausführungsform eines Sensors;
8 eine perspektivische Ansicht des Sensors aus 7;
9 einen Längsschnitt des Sensors aus 7 und
10a, 10b in schematischer Querschnittsansicht zwei Ausführungsformen eines Schichtaufbaus auf der Oberfläche eines Blechmaterials.
Ein grundlegender Gedanke der vorliegenden Erfindung ist es, bei einfachen elektrischen Baueinheiten, insbesondere Sensor-Baueinheiten und Sensoren hiermit, die bisher übliche Verwendung von Leiterplatten zu verringern oder vollständig zu vermeiden. Stattdessen sollen die benötigten elektrischen Baueinheiten als Module mit möglichst vollständigen elektrischen Schaltungen auf Basis eines Leadframe sehr effizient und kostengünstig hergestellt werden. Diese lassen sich zur Herstellung von Sensoren leicht in die gewünschte geometrische Form bringen und am Sensor exakt und mechanisch zuverlässig anbringen sowie sicher elektrisch kontaktieren. Die Module werden unter Verzicht auf tragende oder verbindende Isolator-Strukturen wie Trägerplatten (Leiterplatten) oder angespritzte Isolator-Träger-Strukturen gefertigt.
Herstellung von elektrischen Moduleinheiten im Leadframe-Verfahren
Die Herstellung der elektrischen Baueinheiten erfolgt in Form von Modulen, die wie schematisch in 1 gezeigt hintereinander an einem im Prinzip endlosen Streifen in verschiedenen Schritten hergestellt und erst zum Schluß vereinzelt werden.
Ausgangspunkt ist ein in 2 gezeigter dünner Blechstreifen, bspw. Kupfer- (oder kupferhaltige Legierung), Stahl-, Neusilber oder Messingblech einer Stärke von 0,1 bis 1 mm, bevorzugt weniger als 0,5 mm, besser weniger als 0,3 mm, besonders bevorzugt 0,18 bis 0,2 mm. Der Streifen 10 weist seitlich Transportstreifen 11 auf, an denen er zwischen den Stationen 1–4 transportiert wird. Dieser Streifen 10 wird, wie in 1 symbolisch gezeigt, nacheinander in verschiedenen Arbeitsstationen bearbeitet. Diese umfassen die Arbeitsstation 1 (Stanzen), Arbeitsstation 2 (Rohchip-Bestücken, Bonden), Arbeitsstation 3 (Bauelemente Bestücken) und Arbeitsstation 4 (Freistanzen).
In den Arbeitsstationen 1–4 werden auf dem Streifen elektrische Baueinheiten 12 gebildet und diese so weiter bearbeitet, daß sie nach dem letzten Bearbeitungsschritt als fertige elektrische Module 14 vorliegen.
Die Anordnung der Baueinheiten 12 innerhalb des Streifens 10 ist wie in 3 dargestellt endlos möglichst direkt hintereinander, um eine möglichst gute Ausnutzung zu erreichen. Soweit es die Bearbeitung erfordert bzw. erlaubt, ist es alternativ natürlich auch möglich, auf dem Streifen nebeneinander mehrere Reihen der Baueinheiten 12 gleichzeitig zu bilden, oder zwischen den Baueinheiten 12 auf dem Streifen 10 Abstände zu belassen.
Die 4a–4e zeigen eine einzelne Baueinheit 12, jeweils nach der Bearbeitung durch die Stationen 1–4:
Aus dem Metallstreifen 10 wird in der ersten Bearbeitungsstation durch Stanzen ein Stanzgitter 16 mit einem umlaufenden Rahmen 18, einer Anzahl von Leitungssträngen 20, einem Diepad (Flächenbereich) 22 sowie Kontaktbereichen 24 (kleinere Flächenbereiche) durch Entfernen des dazwischen liegenden Materials gebildet. Das entstandene Stanzgitter ist weiterhin flach und über den Rahmen 18 Teil des Streifens 10. Das Stanzgitter 16 weist für die spätere Positionierung und Fixierung in einem Sensor je zwei Positionierlöcher 15a und Befestigungsöffnungen 15b auf. Die Positionierlöcher 15a sind kreisförmig berandet, so daß sie sich bei Aufnahme eines passenden Zapfens selbst zentrieren. Die Befestigungsöffnungen 15b hingegen sind unregelmäßig berandet, so daß in die Öffnung vorstehende Laschen gebildet sind, die sich bei Aufnahme eines Zapfens aus der Ebene heraus verbiegen und so eine Befestigung bilden können. Eine derartige sperrende Aufnahme eines Zapfens ist bspw. von Sperrscheiben bekannt.
In der zweiten Bearbeitungsstation 2 wird die Einheit 12 mit einem Rohchip (Die) bestückt. Wie in 4b gezeigt wird auf das Diepad 22 ein Die 26 einer integrierten Schaltung aufgebracht und durch Kleben fixiert.
In derselben Bearbeitungsstation erfolgt, wie in 4b gezeigt, ein Kontaktieren der integrierten Schaltung 26 mit dem Gitter 16 über Bond-Drähte 28. Das Kontaktieren von integrierten Schaltungen mittels Bond-Drähten ist dem Fachmann an sich bekannt und soll deshalb hier nicht näher erläutert werden.
In der dritten Bearbeitungsstation werden diskrete Bauelemente bestückt, die als Beschaltung der integrierten Schaltung 26 dienen. Wie in 4c gezeigt, sind dies hier SMD-Kondensatoren C₁, C₂, C₃ und C₄. Im gezeigten Beispiel werden diese SMD-Bauteile durch Kleben mit leitfähigem (silberhaltigem) Kleber mit dem Gitter 16 verbunden. Alternativ ist auch eine Befestigung durch Laser-Schweißen möglich.
In der vierten Bearbeitungsstation erfolgt ein Freistanzen und Vereinzeln der Baueinheit 12 zu einem Modul 14, wie in 4d gezeigt. Verbleibende Brücken zwischen den Leitungssträngen 20 werden durch Stanzen entfernt.
Das Modul wird in einem letzten Bearbeitungsschritt gebogen (4e), wobei der Flächenbereich 22 mit der integrierten Schaltung 26 um 90° aus der Ebene des Stanzgitters 16 heraus gebogen wird. Die verbleibenden Leitungsstege des dünnen Stanzgitters 16 sind leicht biegsam. So wird ein für den Einbau in einem Sensor fertig vorbereitetes Modul 14 hergestellt, das mechanische Verbindungsstellen (Positionier-/Befestigungslöcher 15a, 15b) sowie eine für den späteren Einsatz am Sensor angepaßte, gebogene Form aufweist.
Das so hergestellte Modul 14 beinhaltet eine vollständige elektrische Schaltung, die aus dem integrierten Schaltkreis 26 und der zugehörigen Anschluß- bzw. Schutzbeschaltung aus den diskreten Bauelementen C₁–C₄ gebildet wird. Die Schaltung umfaßt beim Freistanzen belassene Anschlußkontakte 32, von denen im gezeigten Beispiel der mittlere Kontakt einen Massekontakt, der obere Kontakt eine Spannungsversorgung für die integrierte Schaltung 26 und der untere Kontakt einen Ausgangsanschluß der integrierten Schaltung 26 darstellt. Die mechanische Verbindung des Moduls 14 ist gegeben durch die durch die Bauelemente 26, C₁–C₄ gebildeten Verbindungen zwischen den Leitungssträngen 20.
Bei der integrierten Schaltang 26 handelt es sich um einen Sensor-IC, im gezeigten Beispiel um einen speziellen ASIC mit einem Hall-Sensor und einer digitalen Auswerteschaltung. Dieser ASIC wird bspw. eingesetzt in einem Drehzahlsensor (Kurbelwellensensor), der unten noch näher erläutert wird. Die integrierte Schaltang 26 setzt im Betrieb die vom integrierten Hall-Sensor aufgenommenen Daten eines zeitvarianten Magnetfelds in Sensor-Ausgangsdaten um, die bspw. bei entsprechender Sensoranordnung einem Drehzahlwert entsprechen können.
Mögliche Abwandlungen des Herstellungsverfahrens für Moduleinheiten
Zu dem beschriebenen und in 1–4e dargestellten Verfahren gibt es eine Anzahl von möglichen Abwandlungen und Ergänzungen:

– Verschiedene Abfolge der Schritte/Zusammenfassung bzw. Aufteilung von Bearbeitungsschritten Die Reihenfolge der Schritte im oben dargestellten Verfahren kann je nach Bedarf auch abgewandelt werden, und es können ggf. auch mehrere Schritte zusammengefaßt oder Bearbeitungsschritte in Teilschritte unterteilt werden. Es sei darauf hingewiesen, daß es zwar bevorzugt ist, wie beschrieben das Bestücken von diskreten Bauelementen einerseits und dem Die 26 andererseits wegen der für die Handhabung des Die 26 notwendigen Reinheitsbedingungen zu trennen. Alternativ kann die Bestückung auch parallel erfolgen. In diesem Fall verringert sich die Anzahl der notwendigen Bearbeitungsstationen entsprechend.
– Herstellung von verschiedenen Schaltungen durch selektives Stanzen In 5a ist ein alternatives Stanzgitter 16 gezeigt, das ebenfalls mit dem oben beschriebenen Hall-ASIC bestückt ist. Dieser ASIC ist so ausgelegt, daß die Sensorausgangsdaten auf verschiedene Weise ausgegeben werden können, bspw. als Analogsignal (Spannungssignal), PWM-Signal oder anderes Signal. Hierfür sind am ASIC verschiede ne Signalausgänge 34a, 34b, 34c, 34d vorgesehen, die alle im Betrieb gleichermaßen aktiv sind. Beim letzten Schritt des oben erläuterten Herstellungsverfahrens kann nun durch gezieltes Stanzen entschieden werden, welcher der Ausgänge 34a–34d für das fertige Modul 14 verwendet werden soll. In den 5b, 5c sind beispielhaft alternative Ausführungen des Moduls 14 gezeigt. Hierbei ist die Beschaltung in den alternativen Ausführungen nach 5b, 5c unterschiedlich. Bei der Ausführungsform nach 5b sind die Signalausgänge 34a, 34b gegen Masse kurzgeschlossen. Dies kann sinnvoll sein, um eine Abstrahlung und entsprechende EMV-Problematik zu vermeiden. Signalausgang 34c ist angeschlossen, während Signalausgang 34d unbeschaltet bleibt. Demgegenüber ist in der Variante nach 5c nur der Signalausgang 34b beschaltet, während die übrigen Signalausgänge unbeschaltet bleiben. Auf diese Weise können durch Variation des oben erläuterten Herstellungsverfahrens nur im letzten Schritt unterschiedliche Typen des Moduls 14 erzeugt werden.
– Verschiedene Schaltungen/Bauelemente Die in den Figuren gezeigte Schaltung dient hier nur als ein Beispiel einer elektrischen Schaltung. Mit dem Verfahren können die unterschiedlichsten Schaltungen hergestellt werden. Auch die dargestellte Beschaltung mit lediglich vier diskreten SMD-Kondensator-Bauelementen stellt nur ein Beispiel dar. Alternativ können verschiedene diskrete Bauelemente, beispielsweise Widerstände, Induktivitäten sowie Halbleiter-Bauelemente wie Transistoren, Dioden etc. verwendet werden, wie im jeweiligen Einsatzfall benötigt. Diese können als SMD-Bauelemente oder auch als bedrahtete Bauelemente vorliegen. Dabei sollte dem Fachmann klar sein, daß die jeweils erwähnten Herstellungsschritte, Bauelemente und sonstigen Merkmale der einzelnen Ausführungsformen jeweils hier nur beispielhaft kombiniert sind und auch andere Kombinationen hiervon ebenfalls möglich sind.

Herstellung eines Sensors
Nachfolgend wird an Ausführungsbeispielen beschrieben, wie die zuvor beschriebenen Module 14 zur Herstellung von Sensoren verwendet werden können. Die Sensoren umfassen hierbei jeweils einen Grundkörper. Dieser kann als Trägerkörper ausgebildet sein, der später das elektrische Modul tragen wird. Ebenso kann der Grundkörper auch ganz oder teilweise ein Gehäuse bilden, in dem später das elektrische Modul aufgenommen wird. Die Sensoren umfassen in der Regel einen Stecker zur elektrischen Verbindung. Die Module werden nun an den Grundkörpern einerseits mechanisch fixiert, wobei es auf exakte Positionierung des eigentlichen Sensorelements ankommt. Die zuvor nur über die Bauelemente zusammenhängenden Teile des Leitungsgitters werden durch die Aufnahme am Grundelement und ein anschließendes Umspritzen stabilisiert. Andererseits werden sie elektrisch kontaktiert und mit dem Stecker verbunden.
Zunächst wird ein Grundkörper 116 hergestellt. Es wird ein Vorspritzling 110 (6b) hergestellt, in den ein Metall-Stanzgitter 112 (6a) eingespritzt wird. Das Metall-Stanzgitter 112 ist aus einem Metall-Blech, bevorzugt aus Bronze hergestellt. Alternativ kann es auch aus Messing, evtl. auch aus Stahl bestehen. Es weist eine Stärke von 0,3 mm bis 1,2 mm auf bevorzugt 0,5 mm bis 1 mm. Das Material des Stanzgitters 112 ist bevorzugt dicker als das Material des Leadframe 16, besonders bevorzugt mindestens doppelt so dick. Enden 114 des Stanzgitters dienen im späteren Sensor als Steckkontakte. Gegenüberliegende Enden 115 des Stanzgitters sind umgebogen.
Um den Vorspritzling 110 wird in einem weiteren Spritzguß-Schritt der Grundkörper 116 als Trägerkörper gebildet. Der Grundkörper 116 weist ein Steckergehäuse 118 auf, das die Enden 114 des Stanzgitters 112 im Abstand umgibt. Am Grundkörper 116 ist weiter eine Anschraubhülse 120 zur späteren Befestigung des Sensors an seinem Einsatzort vorhanden. Weiter verfügt der Grundkörper 116 über einen Aufnahmebereich 122, an dem die umgebogenen Enden 115 des Stanzgitters 112 kontaktierbar sind. Am Aufnahmebereich 122 sind vorstehende Stifte 124 vorgesehen.
Ein Sensor 130 wird wie in 7 gezeigt zusammengesetzt, indem auf dem Aufnahmebereich 122 ein elektrisches Sensormodul 14, dessen Herstellung oben beschrieben ist, aufge setzt wird. Dabei greifen die Stifte 124 des Aufnahmebereichs 122 in die Positionierlöcher 15a und die Befestigungsöffnungen 15b ein. Hierdurch ist eine exakte Positionierung des Moduls 14 am Grundkörper 116 einerseits und eine erste Fixierung andererseits erreicht. Die Kontaktflächen 32 des Moduls 14 werden mit den umgebogenen Enden 115 des Stanzgitters 112 verschweißt, um einerseits eine elektrische Verbindung und andererseits eine weitere mechanische Fixierung zu schaffen.
Der Aufnahmebereich 122 mit dem Modul 14 wird anschließend umspritzt. So ist an der Spitze des Sensors 130 ein Spritzkörper 128 gebildet, der den gesamten Aufnahmebereich 122 mit dem Modul 14 einbettet. 8 zeigt den fertigen Sensor in einer perspektivischen Ansicht; 9 zeigt einen Längsschnitt. Die Leitungsstränge 20 des Leitungsgitters 16 und die daran befestigten Bauelemente 26, C₁–C₄ werden in der Kunststoff-Masse eingebettet und hierdurch mechanisch fest gehalten und geschützt.
Bei der Positionierung des Moduls 14 kommt die integrierte Sensorschaltung 26 aufgrund der Biegung des Moduls 14 stirnseitig am Aufnahmebereich 122 zu liegen. Der darin enthaltene Hall-Sensor ist so stirnseitig flach unmittelbar unter dem stirnseitigen Abschluß des Spritzkörpers 128 positioniert.
Die Herstellung des Sensors 130 ist sehr kostengünstig, da nur wenige, gut zu automatisierende Fertigungsschritte notwendig sind. Trotzdem ist die Genauigkeit bei der Positionierung des eigentlichen Sensorelements, nämlich des Hall-Sensors 26, hoch. Das Modul 14 ist an den Zapfen 124 exakt ausgerichtet. Durch das Verschweißen mit den Kontakten 115 des Stanzgitters ist es elektrisch sicher kontaktiert und mechanisch fixiert.
Für den Spritzkörper 128, der das Modul 14 einbettet, kann ein Thermoplast verwendet werden. Besonders bevorzugt wird der Spritzkörper 128 aber aus einem Duroplast gebildet, da sich hierbei eine geringere thermische und mechanische Belastung der Bauelemente ergibt.
Für das Verschweißen geeigneter Aufbau des Stanzgitters
Wie im obigen Ausführungsbeispiel beschrieben erfolgt die Verbindung des Moduls 14 mit dem Stanzgitter 112 bevorzugt mittels Schweißen. Es hat sich erwiesen, daß beim Ver schweißen von herkömmlichen Leadframe-Materialien aus Kupfer mit einem dünnen Anlaufschutz aus Reinzinn (Sn) Probleme beim Schweißen auftreten können.
Für gute Schweißverbindungen wird daher die Verwendung von anderen Leadframe-Materialien vorgeschlagen. Diese weisen weiterhin als Grundmaterial Kupfer auf. Auf der Oberfläche sind aber andere Materialien aufgebracht, die sich beim Schweißen als weniger problematisch darstellen.
In einer ersten Ausführung (10a) ist auf der Oberfläche eines Kupfer-Blechs 140 als Anlaufschutz eine dünne Schicht 144 aus Palladium (1μ) aufgebracht. Auf dieser ist eine sehr dünne Goldschicht 146 (0,1μ) aufgebracht.
In einer zweiten Ausführung (10b) ist zusätzlich zwischen dem Kupfer-Material 140 und der Palladium-Schicht 144 als Sperrschicht eine Zwischenschicht (2,5μ) aus Nickel aufgebracht.
Die Palladium-Schicht 144 weist eine Stärke von 0,2μ bis 5μ, bevorzugt 0,5μ bis 2μ auf. Die Goldschicht 146 ist sehr dünn, bspw. 10 nm bis 1μm, besonders bevorzugt 50 nm bis 0,5 μm. Die optionale Nickel-Sperrschicht kann bspw. 0,5μ bis 5μ, bevorzugt 1,5μ bis 3μ stark sein. Statt aus Gold kann die dünne Abschlußschicht auch aus Silber bestehen.
Ein derartig aufgebautes Blechmaterial läßt sich sehr gut mit einem Stanzgitter 112 aus demselben Material oder aus anderem Metall, bspw. Messing (CuZn) oder Bronze (CuSn), verschweißen.
Ergänzungen und Alternativen zu den Ausführungsformen
Es sind eine Anzahl von Ergänzungen bzw. Alternativen zu den gezeigten Ausführungen möglich. Bspw. können einige Leitungsstränge des Gitters zur Zugentlastung Dehnungsschleifen bzw. eine Mäanderform aufweisen. Bezüglich der Möglichkeiten einen Steckeranschluß vorzusehen besteht einerseits, wie im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform eines Sensors gezeigt, die Möglichkeit, das Leitungsgitter (das üblicherweise eine sehr geringe Blechstärke von bspw. weniger als 0,25 m aufweist) an Steckkontakte anzuschweißen. Andererseits besteht die Möglichkeit, daß das Leitungsgitter – ggf. nach ein- oder mehrfacher Faltung – direkt als Steckkontakt dient. Diese beiden Möglichkeiten – ebenso wie andere Details der gezeigten Ausführungsformen, die hier jeweils nur einmal im Zusammenhang mit einer bestimmten Ausführungsform dargestellt worden sind – lassen sich ebenfalls in beliebiger Weise auf andere Ausführungsformen übertragen und kombinieren.

Claims

Sensor mit – einer elektrischen Moduleinheit (14) – mit einem mindestens abschnittsweise flachen Leitungsgitter (16) mit einer Anzahl von Leitungssträngen (20) und mindestens einem Flächenbereich (22), – wobei auf dem Flächenbereich (22) ein Rohchip einer integrierten Sensor-Schaltung (26) zur Ermittlung eines Sensor-Wertes aufgebracht und elektrisch mit den Leitungssträngen (20) verbunden ist, – und wobei an den Leitungssträngen (20) mindestens ein diskretes elektrisches Bauelement (C₁, C₂, C₃, C₄) angebracht ist – und einem Grundelement (116), das mindestens teilweise aus Kunststoff besteht, – wobei die elektrische Moduleinheit (14) mindestens zum Teil am Grundelement (116) eingebettet ist, so daß die integrierte Sensor-Schaltung (26), die Leitungsstränge (20) und das diskrete Bauelement (C₁, C₂, C₃, C₄) in das Kunststoff-Material (128) eingebettet sind.
Sensor nach Anspruch 1, bei dem – das diskrete Bauelement oder die diskreten Bauelemente (C₁, C₂, C₃, C₄) SMD-Bauelemente sind, deren Kontakte mit den Leitungssträngen (20) verklebt, verschweißt oder verlötet sind.
Sensor nach Anspruch 1, bei dem – das diskrete Bauelement oder die diskreten Bauelemente bedrahtete Bauelemente sind, wobei die Drahtanschlüsse mit den Leitungssträngen (20) verbunden sind.
Sensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem – an den Leitungssträngen aus deren Fläche herausgebogene Haltelaschen für mindestens ein diskretes Bauelement vorgesehen sind.
Sensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem – die integrierte Schaltung (26) über Bond-Drähte (28) mit den Leitungssträngen (20) elektrisch verbunden ist, – wobei die Bond-Drähte (28) in das Kunststoff-Material (128) des Grundelements (116) eingebettet sind.
Sensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem – zwei Flächenbereiche vorgesehen sind, wobei auf jedem der Flächenbereiche ein Rohchip einer integrierten Schaltung aufgebracht ist.
Sensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem – das Grundelement (116) einen Steckeranschluß (118) aufweist, – wobei die elektrische Moduleinheit (14) elektrisch mit dem Steckeranschluß (118) verbunden ist.
Sensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem – flache Leiterelemente (112) vorgesehen sind, die mindestens teilweise am Grundelement (116) eingebettet sind und die Moduleinheit (14) mit dem Steckeranschluß (118) elektrisch verbinden.
Sensor nach Anspruch 8, bei dem – mindestens eines der flachen Leiterelemente (112) mit mindestens einem der Leitungsstränge (20) des Leitungsgitters (16) verschweißt ist.
Sensor nach einem der Ansprüche 8, 9, bei dem – das Leitungsgitter (16) aus Kupfer oder einer Kupfer-Legierung mit einem Snfreien Anlaufschutz auf der Oberfläche besteht.
Sensor nach Anspruch 10, bei dem – der Anlaufschutz eine oder mehrere Schichten (144, 146) aus Palladium, Gold und/oder Silber umfasst.
Sensor nach Anspruch 11, bei dem – der Anlaufschutz eine erste Schicht (144) aus Palladium umfasst, wobei die Schichtdicke 0,3 μm–5 μm beträgt, – und der Anlaufschutz eine auf der ersten Schicht (144) aufgebrachte zweite Schicht (146) aus Gold aufweist, wobei die Schichtdicke 10 nm–1 μm beträgt.
Sensor nach einem der Ansprüche 11, 12, bei dem – der Anlaufschutz zwischen dem Kupfer- oder Kupfer-Legierungs-Material und einer der Schichten (144) aus Palladium, Gold und/oder Silber eine Sperrschicht (142) aus Nickel aufweist.
Sensor nach einem der Ansprüche 8–13, bei dem – die flachen Leiterelemente (112) eine Dicke von 0,3–1,2 mm aufweisen.
Sensor nach Anspruch 14, bei dem – die flachen Leiterelemente (112) eine Dicke von 0,5–1 mm aufweisen.
Sensor nach einem der Ansprüche 8–15, bei dem – die flachen Leiterelemente (112) mindestens doppelt so dick sind wie die Leitungsstränge (20) des Leitungsgitters (16).
Sensor nach einem der Ansprüche 8–16, bei dem – die flachen Leiterelemente (112) mindestens überwiegend aus Messing oder Bronze bestehen.
Sensor nach einem der Ansprüche 8–17, bei dem – die flachen Leiterelemente (112) im Steckeranschluß (118) als Kontakte (114) hervorstehen.
Sensor nach einem der Ansprüche 8–17, bei dem – die flachen Leiterelemente (112) im Verlauf vom Steckeranschluß (118) zur elektrischen Moduleinheit (14) mindestens einmal quer zu ihrer Fläche abgewinkelt sind.
Sensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem – das Leitungsgitter (16) mindestens ein Loch (15a, 15b) aufweist, – in das mindestens ein Zapfen (124) des Grundelements (116) eingreift.
Sensor nach Anspruch 20, bei dem – mindestens an einem Loch (15b) in Querrichtung biegsame, nach innen vorstehende Haltelaschen vorgesehen sind.
Sensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem – die integrierte Sensorschaltung (26) einen Magnetfeldsensor aufweist.
Sensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem – das Grundelement (116) einen länglichen Trägerkörper (122) aufweist, an dessen Ende die integrierte Sensorschaltung (26) angeordnet ist, wobei das Leitungsgitter (20) so gebogen ist, daß Leitungsstränge (20) längs des Trägerkörpers (122) verlaufen.
Verfahren zur Herstellung eines Sensors, bei dem – eine elektrische Moduleinheit (14) bereitgestellt wird, die mindestens aufweist – ein mindestens abschnittsweise flaches Leitungsgitter (16) mit einer Anzahl von Leitungssträngen (20) und mindestens einem Flächenbereich (22), – wobei auf dem Flächenbereich (22) der Rohchip einer integrierten Sensor-Schaltung (26) zur Ermittlung eines Sensor-Wertes aufgebracht und elektrisch mit den Leitungssträngen (20) verbunden ist, – und wobei an den Leitungssträngen (20) mindestens ein diskretes elektrisches Bauelement (C₁, C₂, C₃, C₄) angebracht ist – und ein Grundelement (116) bereitgestellt wird, wobei – das Grundelement (116) mindestens teilweise aus Kunststoff besteht, – und das Grundelement (116) einen Steckeranschluß (118) aufweist, – und Leiterelemente (112) mindestens teilweise am Grundelement (116) eingebettet und mit dem Steckeranschluß (118) verbunden sind, – wobei die elektrische Moduleinheit (14) am Grundelement (116) positioniert wird, die Leitungsstränge (20) der elektrischen Moduleinheit (14) mit Leiterelementen (112) verbunden werden und die elektrische Moduleinheit (14) mindestens zum Teil umspritzt wird, so daß die integrierte Sensor-Schaltung (26), die Leitungsstränge (20) und das diskrete Bauelement (C₁, C₂, C₃, C₄) in das Kunststoff-Material (128) eingebettet werden.
Verfahren nach Anspruch 24, bei dem – die elektrische Moduleinheit (14) am Grundelement (116) mit einem Duroplast umspritzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 25, bei dem – mindestens eines der Leiterelemente (112) mit mindestens einem der Leitungsstränge (20) des Leitungsgitters (16) verschweißt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 26, bei dem die Moduleinheit hergestellt wird, indem – ein Streifenelement (10) aus einem leitfähigen Material bereitgestellt wird, – ein erster Material-Entfernungsschritt zur Erstellung einer Anzahl von benachbarten Leitungsgittern (16) auf dem Streifenelement (10) durchgeführt wird, wobei jedes Leitungsgitter (16) eine Anzahl von Leitungssträngen (20) und mindestens ein Flächenbereich (22) umfasst, – ein Rohchip einer integrierten Schaltung (26) auf den Flächenbereich (22) aufgebracht und elektrische Kontakte zwischen der integrierten Schaltung (26) und den Leitungssträngen (20) hergestellt werden, – mindestens ein diskretes elektrisches Bauelement (C₁, C₂, C₃, C₄) an den Leitungssträngen (20) angebracht wird, – und ein zweiter Material-Entfernungsschritt zur Entfernung weiterer Teile des Streifenelements (10) durchgeführt wird, bei dem die elektrische Moduleinheit (14) vom Streifenelement (10) vereinzelt wird.