DE102006050177A1

DE102006050177A1 - Magnetic field sensor e.g. rotational speed sensor, for e.g. vehicle wheel, has carrier designed as plastic-injected part and provided for magnetic field-sensitive sensor unit, which is designed as surface mount device unit

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

The magnetic field sensor has a carrier (10) designed as plastic-injected part and provided for a magnetic field-sensitive sensor unit (26a), which is designed as a surface mounted device (SMD)-unit. Sensor components (32) contact over conducting paths (16a, 16b) of the carrier and are coated with plastic together with the carrier. The surface mounted device-unit contacts with front side sections of the conducting paths of the carrier.

Description

Stand der TechnikState of the art

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.The The invention is based on a magnetic field sensor, in particular a Speed and / or direction sensor for a vehicle wheel or for the drive train of a vehicle, according to the preamble of the independent claim.

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.From the WO 2005/085875 A1 a magnetic field sensor of the aforementioned type is known, which has a connectable via an electrical cable IC device with a transducer array and an electronic circuit arrangement for conditioning of the measurement signals. Here, the sensor arrangement is designed as a housing-less integrated circuit in flip-chip technology and enclosed together with a permanent magnet by a diamagnetic or paramagnetic, cup-shaped cover and molded with plastic. Such an arrangement operates basically satisfactorily and is also compact to produce, however, the handling of the non-molded integrated circuit in manufacturing difficulties.

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.Farther it is basically known, for the reduction of circuit structures SMD components to use. Usually become such SMD components, as the name implies, for equipping used by printed circuit boards, since they in particular a double-sided Surface placement of PCB allow. The use for the construction of sensor elements is for such Components not in use.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

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.Of the Magnetic field sensor according to the invention the characteristics of the independent Claim has the advantage that a problem in the subsequent application to handle, mechanically well protected and precise working Component is provided with compact dimensions. The usage SMD components with fixed housing connections in the form of contact surfaces or very short and stiff connection pins, ensuring precise connection dimensions and over others electrical components have a high positioning accuracy and thereby a high measuring accuracy of the finished sensor. any Damage or Inaccuracies due to bending of connection pins during positioning and contacting are virtually completely avoided.

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.Especially It is advantageous if in addition to the sensor element and other components of the magnetic field sensor be used in SMD technology. This offers in particular the formation of a capacitor used for interference suppression as an SMD component, which is arranged on the carrier for bridging the Tracks to possibly penetrating high-frequency interference from Keep the integrated circuit of the sensor element. in this connection The SMD capacitor element can advantageously be in a recess of the carrier be arranged, in which the conductor tracks with their connection points for the capacitor element are exposed and can be contacted directly by the SMD component. The overall arrangement of the carrier, the tracks, the components and the terminals of a Connecting cable can then in a final step with plastic be sprayed around the positioning and contacting of the individual elements to secure the magnetic field sensor and a mechanical, electrical and to create a thermally stable unit.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.One embodiment The invention is illustrated in the drawings and in the following Description closer explained.

Es zeigenIt demonstrate

1 eine Explosionsdarstellung des Magnetfeldsensors mit Anschlussleiterbahnen und zu montierenden Bauelementen, 1 an exploded view of the magnetic field sensor with connecting conductors and components to be mounted,

2 eine perspektivische Darstellung des vormontierten Magnetfeldsensors vor dem Umspritzen mit Kunststoff und 2 a perspective view of the pre-assembled magnetic field sensor before encapsulation with plastic and

3 eine perspektivische Darstellung eines fertig umspritzten Magnetfeldsensors vor einem Geberrad. 3 a perspective view of a finished molded magnetic field sensor in front of a sensor wheel.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

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.In 1 is with 10 denotes the carrier of a magnetic field sensor, which forms in the present embodiment, a speed and / or direction of rotation sensor for a vehicle or for the drive train of a vehicle. The carrier 10 has a plastic body made by injection molding of polyamide 12 on, in the right end of a crimping device 14 injected. The crimping device continues in tracks 16a , b, which contact sections 18a , b in the area of a recess 20 and end contacts 22a , b at the front 24 of the carrier 10 form, where then a sensor element 26a or 26b by soldering or conductive adhesive at the contact points 28a , b is attached and contacted. In the area of the recess 20 are on the tracks 16a , b contacts 30a , b formed on which also by conductive adhesive or soldering a capacitor 32 to Suppression of occurring voltage peaks is attached and contacted.

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.At least the magnetic field sensitive sensor element 26 in the execution 26a with contact surfaces 33a , b or in education 26b with mini pins 34a , b is designed as an SMD component (Surface Mounted Device). With this design, an overall compact design in particular an exact positioning in manufacturing, since such components can be handled precisely and safely in automated manufacturing equipment on the one hand and because on the other hand accounts for conventional connection gins on the components, which must be bent in each case to the connection dimensions. With them then also eliminates the resulting manufacturing tolerances of the sensor.

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.In the embodiment, in addition to the sensor element 26 also the capacitor 32 designed as an SMD component. With a matching design of the recess 20 and the contact sections 18a . 18b the tracks 16a , b is also this device in the same way as the sensor element 26 easy and precise positioning on the carrier.

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.The selection of the packaging of the sensor element 26 in the execution 26a with contact surfaces 33a , b on the front 24 of the carrier 10 facing large area of the component 26a or in the execution 26b with mini pins 34a , b can be done depending on the application. Here is the execution 26a the advantage of having their contact surfaces 33a , b without any kind of pin directly on the end contacts 22a , b of the tracks 16a , b can be fastened. Execution 26b shows a commercially available housing of an SMD component with so-called mini pins 34a , B, whose dimensions and arrangement are fixed according to the housing of the component, so that here exact connection dimensions are ensured without production-related adjustment of Anschlussgins.

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. 2 shows a perspective view of the assembled carrier 10 , in addition to those based on the 1 explained components 26 and 32 still a permanent magnet 36 with a disc not visible in the representation in a suitable trough 38 in the carrier 10 are inserted. The permanent magnet generates the magnetic field necessary for the measurement at the front side 24 of the carrier 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.In 3 is the finished magnetic field sensor with the final external Spritzverguss 40 shown. As plastic for the outer potting is as well as for the production of the carrier 10 in particular a polyamide material which comprises the entire carrier 10 including the ends of a connection cable 42 envelops. The Spritzverguss 40 continues to form a connecting lug 44 with a mounting bush 46 for mounting the sensor. That by the permanent magnet 36 generated magnetic field occurs at the front 24 of the sensor and is controlled by a sender wheel 48 modulated in the form of a sprocket. The actual measuring element is a Hall element in the sensor element 26 integrated, which by the sender wheel 48 caused changes of the permanent magnet 36 generated magnetic field registered as measuring signals. The measuring signals can then optionally for determining the rotational speed, the acceleration, the acceleration gradient and / or the angle of rotation of the encoder wheel 48 used and over the connection cable 42 an evaluation unit, not shown, are supplied.

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.By the inventive use of SMD components in conjunction with a suitably preformed carrier 10 and embedded therein conductor tracks 16 to achieve a high degree of miniaturization of a magnetic field sensor, in particular the positioning accuracy of the components is significantly increased in addition to the degree of miniaturization, since bending tolerances account for the connections of the components. Such tolerances in the production of the sensor then no longer affect the reading tolerances and, in addition, any damage caused by bending or distortion of pins is excluded. Instead, the attachment and contacting of the electronic components takes place on the interconnects 16 directly to their surface.

Claims

Magnetic field sensor, in particular speed and / or direction of rotation sensor for a vehicle wheel or for the drive train of a vehicle, with a carrier, preferably designed as a plastic injection-molded part ( 10 ) for a magnetic field-sensitive sensor element ( 26a , b) and optionally further sensor components ( 32 ), which via conductor tracks ( 16a , b) the carrier ( 10 ) and together with the carrier ( 10 ) with plastic ( 40 ) are encapsulated, characterized in that at least the sensor element ( 26a , b) is formed as an SMD (Surface Mounted Device) component.

Magnetic field sensor according to claim 1, characterized in that the SMD sensor element ( 26a , b) with frontal sections of the tracks ( 22a , b) the carrier ( 10 ) is contacted.

Magnetic field sensor according to claim 1 or 2, characterized in that in addition to the sensor element ( 26a , b) an SMD capacitor ( 32 ) on the support ( 10 ) is arranged, which the conductor tracks ( 16a , b) bridged.

Magnetic field sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the SMD capacitor element ( 32 ) in a recess ( 20 ) of the carrier ( 10 ) is arranged.

Magnetic field sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the SMD components ( 26 . 32 ) by means of conductive adhesive or solder joints with the conductor tracks ( 16a , b) are contacted.

Magnetic field sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the SMD sensor element ( 26b ) via minipins ( 34a , b) with the tracks ( 16a , b) is contacted.

Magnetic field sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the overall arrangement of carriers ( 10 ), Tracks ( 16a , b), components ( 26 . 32 ) and connections ( 14 ) of a cable ( 42 ) with plastic ( 40 ) is overmoulded ( 3 ).