DE102008034654A1

DE102008034654A1 - Sensoreinrichtung

Info

Publication number: DE102008034654A1
Application number: DE102008034654A
Authority: DE
Inventors: Christian Huber
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH; Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH; Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Priority date: 2008-07-25
Filing date: 2008-07-25
Publication date: 2010-02-04

Abstract

Eine Sensoreinrichtung beinhaltet einen mittels Dickschichttechnik hergestellten hybriden Schaltungsträger (2), einen auf einer Oberfläche des Schaltungsträgers (2) angeordneten Druckerfassungssensor (4) und einen auf derselben Oberfläche des Schaltunsträgers angeordneten Beschleunigungssensor (6), wobei der Schaltungsträger (2) eine zur benachbarten Platzierung des Druckerfassungssensors (4) und des Beschleunigungssensors (6) bemessene Größe aufweist, und der Schaltungsträger (2) so ausgebildet ist, dass der Druckerfassungssensor und der Beschleunigungssensor in einem Herstellungsprozessschritt oberflächenmontierbar sind. In einem Getriebesteller oder in einem Bremssystem in einem Nutzfahrzeug sind eine solche Sensoreinrichtung als eine erste elektronische Schaltungsanordnung und ein LTCC-Hybrid-Schaltungsträger mit einer zweiten elektronischen Schaltungsanordnung, welche mit der ersten elektronischen Schaltungsanordnung der Sensoreinrichtung verbunden ist, vorgesehen, wobei der LTCC-Hybrid-Schaltungsträger mittels einem Bondverfahren bestückt ist und der Schaltungsträger (2) der Sensoreinrichtung mittels einem SMT-Oberflächenmontageverfahren bestückt ist und die Bonds und die Schaltungsanordnungen durch eine Kappe vor Umgebungseinflüssen geschützt sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine kombinierte Sensoreinrichtung, und bezieht sich insbesondere auf eine kombinierte Sensoreinrichtung mit einem Drucksensor und einem Beschleunigungssensor zur Verwendung für Antiblockiersysteme, Antischlupfregelungen und Getriebesteuerungen in Kraftfahrzeugen.
Eine Möglichkeit des Eingriffs der Antriebsschlupfregelung, wie sie insbesondere in Nutzfahrzeugen Anwendung findet, besteht darin, Sensorsignale unter anderem aus einem Drucksensor und einem Beschleunigungssensor, bei letzterem beispielsweise entlang der x-Achse und der Y-Achse im Falle eines 2-achsigen Sensors, welcher einen Neigungssensor darstellt, zu erfassen, mittels dem Drucksensorsignal eine Druckregelung oder eine Drucküberwachung beispielsweise eines Bremsdrucks durchzuführen, und das Beschleunigungssensorsignal zur Hangerkennung auszuwerten und einem Getriebesteller als Information für eine geeignete Gang- oder Fahrstufenwahl zuzuführen.
Üblicherweise ist in dem vorstehend erwähnten Getriebesteller ein Niedertemperatur-Einbrand-Keramikhybrid (LTCC-Hybrid; Low Temperature Cofired Ceramics-Hybrid) vorgesehen, bei dessen Fertigungstechnologie zur weiteren Bestückung mit nicht mittels Siebdruck oder photochemischen Prozessen auf die gesinterten Keramikträger aufbringbaren Elementen Bondvorgänge durchzuführen sind.
Demgegenüber sind der Drucksensor, d. h. die Drucksensor-Elektronik-Komponenten, und der Beschleunigungssensor oberflächenmontiert zu löten bzw. mittels SMD-Lötvorgängen zu bestücken, und können daher nicht auf dem Bondvorgänge erfordernden LTCC-Hybrid des Getriebestellers platziert werden. Bisher werden diese Sensoren deshalb auf separaten gedruckten Schaltungen und Schaltungsträgern, beispielsweise auf einer FR4-Platine (FR4-Laminat ist ein schwer entflammbares, Glasgewebe-verstärktes Kunstharzlaminat-Basismaterial für gedruckte Schaltungen) und einem Dickschicht-Schaltungsträger, angeordnet, auf welchen SMD-Lötungen möglich sind. Aufgrund der separaten FR4-Platine sind nachteilig Verbindungsanschlüsse, Kontaktierungen und Leitungsführungen zur Verschaltung und Verbindung der Einzelkomponenten sowie mehrere Prozessschritte zur Herstellung notwendig. Ferner ist das vorgenannte Material der gedruckten Schaltung bezüglich der Temperaturwechselfestigkeit und der Temperaturbeständigkeit nicht optimal.
Der Erfindung liegt daher als eine Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Nachteile zu überwinden und eine Sensoreinrichtung bereitzustellen, welche einen kostengünstigeren Aufbau bei gleichzeitig verbesserten Temperatureigenschaften bietet.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der beigefügten Unteransprüche.
Der Erfindung liegt der allgemeine Gedanke zugrunde, den Drucksensor für den Antriebsstrang zu den angetriebenen und hinsichtlich des Antriebsschlupfs zu regelnden Rädern eines Kraftfahrzeugs auf einem mittels Dickschichttechnik hergestellten hybriden Schaltungsträger, d. h. einem Dickschicht-Hybrid, aufzubauen, welcher ausreichend groß ausgeformt wird, um auch den Beschleunigungssensor aufzunehmen, und dazu ausgelegt ist, SMD-lötbar zu sein. Auf diese Weise sind sowohl die Elektronikkomponenten des Drucksensors als auch der elektronische Beschleunigungssensor auf dem Drucksensor-Dickschicht-Hybrid angeordnet und in einem Prozessschritt SMD-lötbar.
Die Aufgabe wird somit gelöst durch eine Sensoreinrichtung, gekennzeichnet durch einen mittels Dickschichttechnik hergestellten hybriden Schaltungsträger; einen auf einer Oberfläche des Schaltungsträgers angeordneten Druckerfassungssensor; und einen auf derselben Oberfläche des Schaltungsträgers angeordneten Beschleunigungssensor, wobei der Schaltungsträger eine zur benachbarten Platzierung des Druckerfassungssensors und des Beschleunigungssensors bemessene Größe aufweist; und der Schaltungsträger so ausgebildet ist, dass der Druckerfassungssensor und der Beschleunigungssensor in einem Herstellungsprozessschritt oberflächenmontierbar sind.
Bevorzugt beinhaltet der Druckerfassungssensor ein Halbleiter-Druckerfassungs-Die mit Auswertemitteln, und ist an dem Druckerfassungssensor ein als Druckanschluss dienendes Aufnahmemittel zur Einleitung des zu erfassenden Drucks vorgesehen ist. Das Aufnahmemittel ist hierbei vorteilhaft ein Druckeinleitungsröhrchen.
Bevorzugt ist der der Beschleunigungssensor ein 1-achsiger elektronischer Sensor, ein 2-achsiger elektronischer Sensor oder ein 3-achsiger elektronischer Sensor, und vorteilhaft ein mikroelektromechanisches System mit auf demselben Halbleiterbaustein integrierter Auswerteelektronik.
Dadurch, dass sowohl für den Druckerfassungssensor als auch für den Beschleunigungssensor aktive Komponenten verwendet werden, welche die Auswertung der Signalerfassung jeweils mit auf dem Halbleiter integrierten Schaltkreisen durchführen, kann die Anzahl der Anschlüsse bzw. Anschlusspins an dem Schaltungsträger und somit die Kontaktierung zu einem weiteren Schaltungsträger auf ein Minimum beschränkt werden.
Daher kann vorteilhaft der Dickschichthybrid-Schaltungsträger mit dem darauf oberflächenmontierten Druckerfassungssensor und dem darauf oberflächenmontierten Beschleunigungssensor in einem Gehäuse angeordnet werden, welches eine Kontaktierung zur Spannungsversorgung des Schaltungsträgers und Ausleitung der Sensorausgangssignale zu einem mittels einer anderen Technik hergestellten, weiteren Schaltungsträger bereitstellt.
Alternativ kann der Dickschichthybrid-Schaltungsträger mit dem darauf oberflächenmontierten Druckerfassungssensor und dem darauf oberflächenmontierten Beschleunigungssensor eine Vielzahl von Anschlüssen aufweisen, welche eine Kontaktierung zur Spannungsversorgung des Schaltungsträgers und Ausleitung der Sensorausgangssignale zu einem mittels einer anderen Technik hergestellten, weiteren Schaltungsträger bereitstellen.
Hierbei kann der weitere Schaltungsträger ein Dickschicht-LTCC-Hybrid-Schaltungsträger sein. Die Verwendung von Dickschicht-Schaltungsträgern bietet insbesondere in Nutzfahrzeugen hinsichtlich der dort auftretenden Belastungen deut liche Vorteile. Werden einzelne Schaltungsanordnungen einer Antriebsschlupfregelung eines elektronischen Bremssystems für Nutzfahrzeuge geeignet auf Dickschichthybride entsprechender Herstellungstechnologien verteilt und miteinander verbunden, kann unter Minimierung der erforderlichen Anzahl von Herstellungsverfahren und der erforderlichen Anzahl von Kontaktierungen und Leitungsverbindungen eine zusätzliche separate gedruckte Schaltung mit gegenüber der Dickschichttechnik schlechteren Eigenschaften entfallen.
Daher ist insbesondere ein Getriebesteller oder ein elektronisches Bremssystem in einem Nutzfahrzeug gekennzeichnet durch eine wie vorstehend beschriebene Sensoreinrichtung als einer ersten elektronischen Schaltungsanordnung; und einen LTCC-Hybrid-Schaltungsträger mit einer zweiten elektronischen Schaltungsanordnung, welche mit der ersten elektronischen Schaltungsanordnung der Sensoreinrichtung verbunden ist, wobei der LTCC-Hybrid-Schaltungsträger mittels einem Bondverfahren bestückt ist und der Schaltungsträger der Sensoreinrichtung mittels einem SMT-Oberflächenmontageverfahren lötbestückt ist; und die Bonds und die Schaltungsteile durch eine Kappe vor Umgebungseinflüssen geschützt sind
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.
Die einzige Figur zeigt vereinfacht eine Aufsicht auf eine Dickschicht-Hybridschaltung mit darauf angeordneten Sensoren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Sensoreinrichtung.
In der Figur ist mit dem Bezugszeichen 2 ein Dickschicht-Hybrid bzw. eine Dickschicht-Hybridschaltung bezeichnet. Die Dickschicht-Hybrid-Technologie erlaubt die Herstellung elektronischer Schaltungen mit sowohl integrierten als auch diskreten Bauteilen. Nicht drucktechnisch herstellbare Bauelemente, wie beispielsweise aktive Bauteile, können nach dem Brennen des Trägermaterials weiter auf der Oberfläche der Dickschicht-Hybridschaltung mittels SMT oberflächenbestückt werden. Hierzu sind bekannte Lötverfahren wie etwa Reflow-Lötverfahren nutzbar.
Das Bezugszeichen 4 bezeichnet einen Drucksensor, beispielsweise ein Halbleiter-Druck-Die bzw. -Plättchen mit Auswertung oder einen Halbleiter-Druckchip, auf dessen Oberseite ein (nicht dargestellter) Druckanschluss, etwa ein Röhrchen, zur Druckeinleitung angeordnet ist. Der Drucksensor ist somit auf dem Dickschicht-Hybrid aufgebaut, und seine aktiven Drucksensor-Elektronik-Komponenten sind auf der Oberfläche des Dickschicht-Hybrids SMD-gelötet.
Ebenfalls auf der Oberfläche des Dickschicht-Hybrids ist ein mit dem Bezugszeichen 6 bezeichneter elektronischer Beschleunigungssensor angeordnet, welcher ebenfalls SMD-gelötet ist. Vorzugsweise erfolgt die Bestückung derart, dass die Drucksensor-Elektronik-Komponenten und der elektronische Beschleunigungssensor zeitgleich und benachbart so aufgebracht werden, dass sie in einem Prozessschritt gelötet werden können. Als Art eines solchen elektronischen Beschleunigungssensors kann beispielsweise ein mikroelektromechanisches System (MEMS) mit auf demselben Halbleiterbaustein integrierter Auswerteelektronik zur Anwendung kommen. Es wird angemerkt, dass als Neigungs-/Beschleunigungssensor sowohl ein 1-achsiger Typ als auch ein 2-achsiger Typ oder ein 3-achsiger Typ verwendet werden kann.
Das Bezugszeichen 8 bezeichnet weiter eine Reihe von Bond- oder Lötanschlüssen zur Kontaktierung des Sensor-Dickschichthybrids mit dem LTCC-Hybrid in dem (nicht gezeigten) Getriebesteller. Die Bond- oder Lötanschlüsse 8 leiten beispielsweise Ausgangssignale wie eine den erfassten Druck repräsentierende Ausgangsspannung und um Achsen des Beschleunigungssensors 6 erfasste Beschleunigungen repräsentierende Ausgangsspannungen, deren Anzahl der Achsen des verwendeten Beschleunigungssensors 6 entspricht, aus dem Sensor-Dickschichthybrid aus und beinhalten ferner Anschlüsse für eine Versorgungsspannung.
Die Gesamtanordnung des Sensor-Dickschichthybrids mit den darauf angeordneten Druck- und Beschleunigungssensoren 4 und 6 kann auch in einem Gehäuse angeordnet werden, welches sodann Anschlusspins zur weiteren Kontaktierung nach außen aufweist. Die Anordnung in einem Gehäuse ist vorteilhaft, da deutliche Vorteile einer Dickschicht-Hybridschaltung hinsichtlich der Faktoren Miniaturi sierung, thermische Leitfähigkeit, höhere Betriebs- und/oder Umgebungstemperaturen, Belastbarkeit gegenüber Schwingungen und Widerstandsfähigkeit gegenüber Feuchtigkeit bestehen.
Vorteilhaft werden die Bonds bzw. Bondanschlüsse und die Schaltungsteile, d. h. die Schaltungsanordnungen, durch eine nicht gezeigte Kappe vor Umgebungseinflüssen geschützt. Eine derartige Kappe kann bei einer Anordnung mit oder ohne Gehäuse verwendet werden, wodurch sich bedarfsweise eine verbesserte Integrationsfähigkeit und/oder freiere Wahl des Einbauorts ergibt.
Zusätzlich zu den vorgenannten Vorteilen gegenüber der bekannten Anordnung des Beschleunigungssensors auf einer zusätzlichen separaten gedruckten Schaltung resultiert die vorgeschlagene Einrichtung in eben der Einsparung einer separaten gedruckten Schaltung nur für den Beschleunigungssensor, einer Kosten- und Platzersparnis, einer Einsparung von zumindest 2 Anschlusspins, und einem geringeren Aufwand zur Kontaktierung und Leitungsführung. Ferner wird mit dem Dickschicht-Sensorhybrid eine im Vergleich zu einer gedruckten Schaltung aus FR4-Laminat höhere Temperaturwechselfestigkeit und Temperaturbeständigkeit.
Modifikationen, die zu der detaillierten Beschreibung der Erfindung hierin ähnlich sind, sind für den Fachmann ohne Weiteres ersichtlich und sind daher nicht als Abweichen von dem Gegenstand der Erfindung wie in den nachfolgenden Patentansprüchen definiert zu werten.

2: Dickschicht-Hybrid
4: Drucksensor
6: Beschleunigungssensor
8: Anschlüsse

Claims

Sensoreinrichtung, gekennzeichnet durch – einen mittels Dickschichttechnik hergestellten hybriden Schaltungsträger (2); – einen auf einer Oberfläche des Schaltungsträgers (2) angeordneten Druckerfassungssensor (4); und – einen auf derselben Oberfläche des Schaltungsträgers angeordneten Beschleunigungssensor (6), wobei – der Schaltungsträger (2) eine zur benachbarten Platzierung des Druckerfassungssensors (4) und des Beschleunigungssensors (6) bemessene Größe aufweist; und – der Schaltungsträger (2) so ausgebildet ist, dass der Druckerfassungssensor und der Beschleunigungssensor in einem Herstellungsprozessschritt oberflächenmontierbar sind.
Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckerfassungssensor (4) ein Halbleiter-Druckerfassungs-Die mit Auswertemitteln beinhaltet.
Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Druckerfassungssensor (4) ein als Druckanschluss dienendes Aufnahmemittel zur Einleitung des zu erfassenden Drucks vorgesehen ist.
Sensoreinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufnahmemittel ein Druckeinleitungsröhrchen ist.
Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschleunigungssensor (6) ein 1-achsiger elektronischer Sensor oder ein 2-achsiger elektronischer Sensor oder ein 3-achsiger elektronischer Sensor ist.
Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschleunigungssensor (6) ein mikroelektromechanisches System mit auf demselben Halbleiterbaustein integrierter Auswerteelektronik ist.
Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dickschichthybrid-Schaltungsträger (2) mit dem darauf oberflächenmontierten Druckerfassungssensor (4) und dem darauf oberflächenmontierten Beschleunigungssensor (6) in einem Gehäuse angeordnet ist, welches eine Kontaktierung zur Spannungsversorgung des Schaltungsträgers (2) und Ausleitung der Sensorausgangssignale zu einem mittels einer anderen Technik hergestellten, weiteren Schaltungsträger bereitstellt.
Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dickschichthybrid-Schaltungsträger (2) mit dem darauf oberflächenmontierten Druckerfassungssensor (4) und dem darauf oberflächenmontierten Beschleunigungssensor (6) eine Vielzahl von Anschlüssen (8) aufweist, welche eine Kontaktierung zur Spannungsversorgung des Schaltungsträgers (2) und Ausleitung der Sensorausgangssignale zu einem mittels einer anderen Technik hergestellten, weiteren Schaltungsträger bereitstellen.
Sensoreinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Schaltungsträger ein LTCC-Hybrid-Schaltungsträger ist.
Getriebesteller oder ein elektronisches Bremssystem in einem Nutzfahrzeug, gekennzeichnet durch – eine Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 als einer ersten elektronischen Schaltungsanordnung; und – einen LTCC-Hybrid-Schaltungsträger mit einer zweiten elektronischen Schaltungsanordnung, welche mit der ersten elektronischen Schaltungsanordnung der Sensoreinrichtung verbunden ist, wobei – der LTCC-Hybrid-Schaltungsträger mittels einem Bondverfahren bestückt ist und der Schaltungsträger (2) der Sensoreinrichtung mittels einem SMT-Oberflächenmontageverfahren bestückt ist; und – die Bonds und die Schaltungsanordnungen durch eine Kappe vor Umgebungseinflüssen geschützt sind.