DE102006050177A1

DE102006050177A1 - Magnetfeldsensor

Info

Publication number: DE102006050177A1
Application number: DE200610050177
Authority: DE
Inventors: Matthias Moerbe; Matthias Waibler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2006-10-25
Filing date: 2006-10-25
Publication date: 2008-04-30
Also published as: WO2008049690A1

Abstract

Es wird ein Magnetfeldsensor, insbesondere ein Drehzahl- und/oder Drehrichtungssensor, für ein Fahrzeugrad oder für den Triebstrang eines Fahrzeuges vorgeschlagen mit einem vorzugsweise als Kunststoffspritzteil ausgeführten Träger (10) für ein magnetfeldempfindliches Sensorelement (26a, b) und gegebenenfalls weitere Sensorbauteile (32), welche über Leiterbahnen (16a, b) des Trägers (10) kontaktiert und zusammen mit dem Träger (10) mit Kunststoff (40) umspritzt sind. Erfindungsgemäß wird zumindest das Sensorelement (26a, b) als SMD-Bauelement ausgebildet, wodurch man einen hohen Miniaturisierungsgrad, eine exakte Positionierung des Sensorelementes (26) und hierdurch eine hohe Messgenauigkeit sowie deutliche Vorteile bei der Fertigung des Magnetfeldsensors erreicht.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Magnetfeldsensor, insbesondere einem Drehzahl- und/oder Drehrichtungssensor für ein Fahrzeugrad oder für den Triebstrang eines Fahrzeuges, nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs.
Aus der WO 2005/085875 A1 ist ein Magnetfeldsensor der vorgenannten Art bekannt, welcher ein über ein elektrisches Kabel anschließbares IC-Bauelement mit einer Messwertgeberanordnung und einer elektronischen Schaltungsanordnung zur Aufbereitung der Messsignale aufweist. Hierbei ist die Sensoranordnung als gehäuselose integrierte Schaltung in Flip-Chip-Technik ausgebildet und gemeinsam mit einem Dauermagneten durch eine diamagnetische oder paramagnetische, becherförmige Abdeckung umschlossen und mit Kunststoff umspritzt. Eine derartige Anordnung arbeitet grundsätzlich zufriedenstellend und ist auch kompakt herstellbar, jedoch bereitet die Handhabung der unvergossenen integrierten Schaltung in der Fertigung Schwierigkeiten.
Weiterhin ist es grundsätzlich bekannt, zur Verkleinerung von Schaltungsaufbauten SMD-Bauelemente zu verwenden. Üblicherweise werden derartige SMD-Bauelemente, wie dies der Name bereits sagt, zur Bestückung von Leiterplatten verwendet, da sie insbesondere eine doppelseitige Oberflächebestückung von Leiterplatten ermöglichen. Die Verwendung zum Aufbau von Sensorelementen ist für derartige Bauelemente nicht gebräuchlich.
Offenbarung der Erfindung
Der erfindungsgemäße Magnetfeldsensor mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat den Vorteil, dass ein in der späteren Anwendung problemlos zu handhabendes, mechanisch gut geschütztes und präzise arbeitendes Bauteil mit kompakten Abmessungen bereitgestellt wird. Die Verwendung von SMD-Bauelementen mit gehäusefesten Anschlüssen in Form von Kontaktflächen oder sehr kurzen und steifen Anschlusspins, sichert präzise Anschlussmaße und gegenüber anderen elektrischen Bauelementen eine hohe Positionierungsgenauigkeit und dadurch eine hohe Messgenauigkeit des fertigen Sensors. Eventuelle Beschädigungen oder Ungenauigkeiten durch Biegen von Anschlusspins bei der Positionierung und Kontaktierung werden praktisch vollständig vermieden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn zusätzlich zu dem Sensorelement auch weitere Bauelemente des Magnetfeldsensors in SMD-Technik eingesetzt werden. Hierbei bietet sich insbesondere die Ausbildung eines zur Störungsunterdrückung verwendeten Kondensators als SMD-Bauelement an, welcher auf den Träger angeordnet ist zur Überbrückung der Leiterbahnen, um eventuell eindringende hochfrequente Störungen von der integrierten Schaltung des Sensorelementes fernzuhalten. Hierbei kann das SMD-Kondensatorelement vorteilhafterweise in einer Aussparung des Trägers angeordnet werden, in welcher die Leiterbahnen mit ihren Anschlussstellen für das Kondensatorelement frei liegen und durch das SMD-Bauelement direkt kontaktierbar sind. Die Gesamtanordnung aus dem Träger, den Leiterbahnen, den Bauelementen und den Anschlüssen eines Verbindungskabels kann dann in einem abschließenden Arbeitsschritt mit Kunststoff umspritzt werden, um die Positionierung und Kontaktierung der Einzelelemente des Magnetfeldsensors zu sichern und eine mechanisch, elektrisch und thermisch stabile Einheit zu schaffen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen
1 eine Explosionsdarstellung des Magnetfeldsensors mit Anschlussleiterbahnen und zu montierenden Bauelementen,
2 eine perspektivische Darstellung des vormontierten Magnetfeldsensors vor dem Umspritzen mit Kunststoff und
3 eine perspektivische Darstellung eines fertig umspritzten Magnetfeldsensors vor einem Geberrad.
Ausführungsformen der Erfindung
In 1 ist mit 10 der Träger eines Magnetfeldsensors bezeichnet, welcher in der vorliegenden Ausführungsform einen Drehzahl- und/oder Drehrichtungssensor für ein Fahrzeugrad oder für den Triebstrang eines Fahrzeuges bildet. Der Träger 10 weist einen durch Spritzgießen aus Polyamid hergestellten Kunststoffgrundkörper 12 auf, in den am rechten Ende eine Crimpvorrichtung 14 eingespritzt ist. Die Crimpvorrichtung setzt sich fort in Leiterbahnen 16a, b, welche Kontaktabschnitte 18a, b im Bereich einer Aussparung 20 und Stirnkontakte 22a, b an der Stirnseite 24 des Trägers 10 bilden, wo anschließend ein Sensorelement 26a oder 26b durch Löten oder mittels Leitkleber an den Kontaktpunkten 28a, b befestigt und kontaktiert wird. Im Bereich der Aussparung 20 sind auf den Leiterbahnen 16a, b Kontakte 30a, b ausgebildet, auf denen ebenfalls durch Leitkleber oder Löten ein Kondensator 32 zur Unterdrückung von auftretenden Spannungsspitzen befestigt und kontaktiert wird.
Zumindest das magnetfeldempfindliche Sensorelement 26 in der Ausführung 26a mit Kontaktflächen 33a, b oder in der Ausbildung 26b mit Minipins 34a, b ist als SMD-Bauelement (Surface Mounted Device) ausgebildet. Mit dieser Gestaltung erreicht man einer insgesamt kompakten Bauform insbesondere eine exakte Positionierung in der Fertigung, da derartige Bauelemente einerseits in automatisierten Fertigungseinrichtungen präzise und sicher gehandhabt werden können und weil andererseits herkömmliche Anschlussgins an den Bauelementen entfallen, welche jeweils auf die Anschlussmaße gebogen werden müssen. Mit ihnen entfallen dann auch die hieraus resultierenden Fertigungstoleranzen des Sensors.
Im Ausführungsbeispiel ist neben dem Sensorelement 26 auch der Kondensator 32 als SMD-Bauelement ausgebildet. Bei einer passenden Gestaltung der Aussparung 20 und der Kontaktabschnitte 18a, 18b der Leiterbahnen 16a, b ist auch dieses Bauelement in gleicher Weise wie das Sensorelement 26 auf den Träger einfach und präzise positionierbar.
Die Auswahl der Verpackung des Sensorelementes 26 in der Ausführung 26a mit Kontaktflächen 33a, b auf der der Stirnseite 24 des Trägers 10 zugewandten Großfläche des Bauelementes 26a oder in der Ausführung 26b mit Minipins 34a, b kann anwendungsabhängig erfolgen. Hierbei hat die Ausführung 26a den Vorteil, dass sie mit ihren Kontaktflächen 33a, b ohne jede Art von Pin direkt auf den Stirnkontakten 22a, b der Leiterbahnen 16a, b befestigt werden kann. Die Ausführung 26b zeigt ein handelsübliches Gehäuse eines SMD-Bauelementes mit sogenannten Minipins 34a, b, deren Abmessungen und Anordnung entsprechend dem Gehäuse des Bauelementes festliegen, sodass auch hier exakte Anschlussmaße ohne fertigungsbedingte Justierung von Anschlussgins sichergestellt sind.
2 zeigt in perspektivischer Darstellung den bestückten Träger 10, wobei zusätzlich zu den anhand der 1 erläuterten Bauelementen 26 und 32 noch ein Dauermagnet 36 mit einer in der Darstellung nicht erkennbaren Streuscheibe in eine passende Mulde 38 im Träger 10 eingefügt sind. Der Dauermagnet erzeugt das für die Messung notwendige Magnetfeld an der Stirnseite 24 des Trägers 10.
In 3 ist der fertige Magnetfeldsensor mit dem abschließenden äußeren Spritzverguss 40 dargestellt. Als Kunststoff für den äußeren Verguss eignet sich ebenso wie für die Herstellung des Trägers 10 insbesondere ein Polyamidwerkstoff, welcher den gesamten Träger 10 einschließlich der Enden eines Anschlusskabels 42 umhüllt. Der Spritzverguss 40 bildet weiterhin eine Anschlusslasche 44 mit einer Befestigungsbuchse 46 für die Montage des Sensors. Das durch den Dauermagnet 36 erzeugte Magnetfeld tritt an der Stirnseite 24 des Sensors aus und wird durch ein Geberrad 48 in Form eines Zahnkranzes moduliert. Als eigentliches Messelement ist dabei ein Hallelement in das Sensorelement 26 integriert, welches die durch das Geberrad 48 verursachten Veränderungen des vom Dauermagnet 36 erzeugten Magnetfeldes als Messsignale registriert. Die Messsignale können dann wahlweise zur Bestimmung der Drehgeschwindigkeit, der Beschleunigung, des Beschleunigungsgradienten und/oder des Verdrehwinkels des Geberrades 48 verwendet und über das Anschlusskabel 42 einer nicht dargestellten Auswerteeinheit zugeführt werden.
Durch die erfindungsgemäße Verwendung von SMD-Bauteilen in Verbindung mit einem passend vorgeformten Träger 10 und darin eingebetteten Leiterbahnen 16 erreicht man einen hohen Miniaturisierungsgrad eines Magnetfeldsensors, wobei neben dem Miniaturisierungsgrad insbesondere die Positioniergenauigkeit der Bauelemente deutlich erhöht wird, da Biegetoleranzen für die Anschlüsse der Bauelemente entfallen. Derartige Toleranzen in der Fertigung des Sensors beeinträchtigen dann nicht mehr die Lesetoleranzen und zusätzlich wird jede Beschädigung durch Biegung oder Verspannung von Pins ausgeschlossen. Stattdessen erfolgt die Befestigung und Kontaktierung der elektronischen Bauelemente auf den Leiterbahnen 16 direkt an ihre Oberfläche.

Claims

Magnetfeldsensor, insbesondere Drehzahl- und/oder Drehrichtungssensor für ein Fahrzeugrad oder für den Triebstrang eines Fahrzeuges, mit einem vorzugsweise als Kunststoffspritzteil ausgeführten Träger (10) für ein magnetfeldempfindliches Sensorelement (26a, b) und gegebenenfalls weitere Sensorbauteile (32), welche über Leiterbahnen (16a, b) des Trägers (10) kontaktiert und zusammen mit dem Träger (10) mit Kunststoff (40) umspritzt sind, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest das Sensorelement (26a, b) als SMD(Surface Mounted Device)-Bauelement ausbildet ist.
Magnetfeldsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das SMD-Sensorelement (26a, b) mit stirnseitigen Abschnitten der Leiterbahnen (22a, b) des Trägers (10) kontaktiert ist.
Magnetfeldsensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu dem Sensorelement (26a, b) ein SMD-Kondensator (32) auf dem Träger (10) angeordnet ist, welcher die Leiterbahnen (16a, b) überbrückt.
Magnetfeldsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das SMD-Kondensatorelement (32) in einer Aussparung (20) des Trägers (10) angeordnet ist.
Magnetfeldsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die SMD-Bauelemente (26, 32) mittels Leitkleber oder Lötverbindungen mit den Leiterbahnen (16a, b) kontaktiert sind.
Magnetfeldsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das SMD-Sensorelement (26b) über Minipins (34a, b) mit den Leiterbahnen (16a, b) kontaktiert ist.
Magnetfeldsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtanordnung aus Träger (10), Leiterbahnen (16a, b), Bauelementen (26, 32) und Anschlüssen (14) eines Kabels (42) mit Kunststoff (40) umspritzt ist (3).