DE102009049639A1 - Circuit arrangement i.e. surface mounted component, for use in magnetic camera for determining direction and magnitude of magnetic field vector, has carrier including connecting contacts on which arrangement is connected to external device - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Ermitteln der Richtung und des Betrags eines Feldvektors, insbesondere eines magnetischen Feldvektors, sowie ein Verfahren zu Herstellung einer solchen Schaltungsanordnung.The invention relates to a circuit arrangement for determining the direction and magnitude of a field vector, in particular a magnetic field vector, and a method for producing such a circuit arrangement.
Um die Richtung eines Magnetfelds in allen drei Raumkoordinaten zu erfassen, werden magnetische 3D-Sensoren beispielsweise in Form von Hallsensoren eingesetzt. Ein Einsatzgebiet für derartige Hallsensoren ist beispielsweise die Positions- und Lagebestimmung von Objekten. Ein aus mehreren Sensorelementen bestehender Hallsensor ist zum Beispiel aus der
Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zu Grunde, bekannten 3D-Sensoren eine weitere, neuartige Lösung in Form einer Schaltungsanordnung zum Detektieren gerichteter Felder hinzuzufügen, welche sich unter anderem durch eine hohe Auflösung, flexiblen Aufbau und durch eine gute Anpassung an unterschiedliche Einsatzgebiete auszeichnet.The invention is based on the object, known 3D sensors add a further, novel solution in the form of a circuit arrangement for detecting directed fields, which is characterized among other things by a high resolution, flexible structure and by a good adaptation to different applications.
Ein Kerngedanke der Erfindung kann darin gesehen werden, eine 3D-Schaltungsanordnung vorzugsweise aus diskreten, parametrisch gleichartigen Sensoren aufzubauen, die die Feldkomponenten für zumindest zwei Raumachsen und deren Betrag ermitteln. Die Sensoren sind orthogonal an einem flexiblen, Leiterbahnen aufweisenden Träger angeordnet und können in einem sehr kleinen Abstand, vorzugsweise weniger als 5 mm, zueinander montiert sein. Ein weiterer vorteilhafter Aspekt der Erfindung ist darin zu sehen, dass neben den Sensoren auch eine Auswerteelektronik an dem Träger angeordnet ist, die eine Vorverarbeitung der Sensorsignale ausführt. Dadurch kann die Verdrahtung der Schaltungsanordnung nach außen hin vereinfacht werden. Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass für die Auswerteelektronik und die Sensoren jeweils optimierte Technologien und Herstellungsprozesse gewählt werden können, mit denen eine rauscharme, hochauflösende, feldempfindliche und/oder robuste Schaltungsanordnung für die unterschiedlichsten Anwendungen geschaffen werden kann.A core idea of the invention can be seen in constructing a 3D circuit arrangement, preferably of discrete, parametrically similar sensors, which determine the field components for at least two spatial axes and their magnitude. The sensors are arranged orthogonally on a flexible, carrier-carrying carrier and can be mounted at a very small distance, preferably less than 5 mm, to each other. A further advantageous aspect of the invention is to be seen in that, in addition to the sensors, evaluation electronics are arranged on the carrier, which carries out preprocessing of the sensor signals. Thereby, the wiring of the circuit arrangement can be simplified to the outside. A further advantage of the invention is that optimized technologies and manufacturing processes can be selected for the evaluation electronics and the sensors, with which a low-noise, high-resolution, field-sensitive and / or robust circuit arrangement can be created for a wide variety of applications.
Das oben genannte technische Problem wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.The above technical problem is solved by the features of claim 1.
Demgemäß ist eine Schaltungsanordnung zum Ermitteln der Richtung und des Betrags eines Feldvektors, insbesondere eines magnetischen Feldvektors vorgesehen. Die Schaltungsanordnung umfasst einen dreidimensionalen, Leiterbahnen aufweisenden Träger, an dem eine Auswerteeinrichtung sowie mindestens zwei Sensoren angeordnet sind. Der Träger ist aus einem einzigen flexiblen Material hergestellt, d. h. aus einem Stück. Die Sensoren sind orthogonal zueinander an dem dreidimensionalen Träger montiert. Die Auswerteeinrichtung und die Sensoren sind sowohl miteinander als auch mit dem Träger elektrisch verbunden. Weiterhin weist der dreidimensionale Träger Anschlusskontakte auf, über die die Schaltungsanordnung an eine externe Einrichtung anschließbar ist.Accordingly, a circuit arrangement for determining the direction and the amount of a field vector, in particular a magnetic field vector is provided. The circuit arrangement comprises a three-dimensional, conductor tracks having carrier, on which an evaluation device and at least two sensors are arranged. The carrier is made of a single flexible material, i. H. out of one piece. The sensors are mounted orthogonal to each other on the three-dimensional support. The evaluation device and the sensors are electrically connected both to one another and to the carrier. Furthermore, the three-dimensional support has connection contacts, via which the circuit arrangement can be connected to an external device.
Vorzugsweise kann die Schaltungsanordnung als SMD-Bauteil ausgebildet sein, welches über Kontaktballs z. B. mit einer separaten Leiterplatte verbunden sein kann.Preferably, the circuit arrangement may be formed as an SMD component, which via contact balls z. B. may be connected to a separate circuit board.
Um eine kompakte Schaltungsanordnung zu erreichen, kann wenigstens ein Sensor auf der Auswerteeinrichtung angeordnet sein.In order to achieve a compact circuit arrangement, at least one sensor can be arranged on the evaluation device.
Bei der Herstellung der Schaltungsanordnung kann der Montage- und Verdrahtungsaufwand reduziert werden, wenn die Auswerteeinrichtung zusammen mit wenigstens einem auf der Auswerteeinrichtung angeordneten Sensor als integrierte Schaltung ausgebildet sind.In the production of the circuit arrangement, the assembly and wiring effort can be reduced if the evaluation device are formed together with at least one arranged on the evaluation sensor as an integrated circuit.
Mit weiteren in der Schaltungsanordnung und/oder auf der Auswerteeinrichtung orthogonal angeordneten Sensoren können Feldvektoren auch in mehreren Raumpunkten z. B. zur Erhöhung der räumlichen Auflösung bestimmt werden. Je nach Auslegung der Auswerteeinrichtung kann mit einer derartigen mehrfachen Erfassung auch ein Abgleich, eine Kontrolle oder eine Korrektur durchgeführt werden.With further sensors arranged orthogonally in the circuit arrangement and / or on the evaluation device, field vectors can also be applied in several spatial points z. B. be determined to increase the spatial resolution. Depending on the design of the evaluation device, such a multiple detection can also be used to perform an adjustment, a check or a correction.
Ein kostengünstiger und kompakter Aufbau ergibt sich, wenn der dreidimensionale Träger ein Winkelelement mit zwei rechtwinklig zueinander stehenden Grundflächen ist.A cost-effective and compact design results when the three-dimensional support is an angular element with two mutually perpendicular base surfaces.
Alternativ kann der dreidimensionale Träger auch mehrere Grundflächen aufweisen, die einen geschlossenen oder einen wenigstens einseitig geöffneten Quader, vorzugsweise Würfel, bilden.Alternatively, the three-dimensional support may also have a plurality of base surfaces which form a closed or at least one sided open cuboid, preferably cubes.
Je nach Bedarf und Anwendung können die Auswerteeinrichtung und die Sensoren an der Innen- und/oder Außenseite der jeweiligen Grundfläche angeordnet sein.Depending on requirements and application, the evaluation device and the sensors can be arranged on the inside and / or outside of the respective base.
Die Schaltungsanordnung erlaubt es, dass die Sensoren, wenn sie an der Innenseite der Grundflächen montiert sind, orthogonal zueinander derart angeordnet werden können, dass sich deren senkrechte Mittelpunktsachsen fertigungstechnisch reproduzierbar in einer Zone vorzugsweise an der Oberfläche des Sensors, der auf der Auswerteeinheit angeordnet ist, treffen, und zwar derart, dass die Dimension der Zone kleiner ist als die Dimension der Sensoren. Auf diese Weise lässt sich eine Schaltungsanordnung aufbauen, mit der dreidimensionale inhomogene magnetische Felder in einem definierten Raumpunkt innerhalb der Schaltungsanordnung bestimmt werden können. Werden mehrere Schaltungsanordnungen flächig oder zeilenförmig angeordnet, kann eine magnetische Kamera mit einer homogenen Auflösung entsprechend der räumlichen Abmessung der Schaltungsanordnungen bzw. der darin realisierten Messpunkte aufgebaut werden.The circuit arrangement makes it possible for the sensors, when mounted on the inside of the base surfaces, to be arranged orthogonally relative to one another in such a way that their vertical center axes can be reproduced reproducibly in a zone preferably on the surface of the sensor on the evaluation unit is arranged, in such a way that the dimension of the zone is smaller than the dimension of the sensors. In this way, a circuit arrangement can be constructed with which three-dimensional inhomogeneous magnetic fields can be determined in a defined spatial point within the circuit arrangement. If a plurality of circuit arrangements arranged in a planar or line-shaped manner, a magnetic camera with a homogeneous resolution can be constructed in accordance with the spatial dimension of the circuit arrangements or the measuring points realized therein.
Angemerkt sei an dieser Stelle, dass die Seitenlängen der Grundflächen des dreidimensionalen Trägers kleiner als 5 mm sein können. Vorzugsweise liegt die Seitenlänge im Bereich von 1 bis 2 mm, so dass die Grundfläche nur einige Quadratmillimeter groß ist.It should be noted at this point that the side lengths of the bases of the three-dimensional support can be less than 5 mm. Preferably, the side length is in the range of 1 to 2 mm, so that the base is only a few square millimeters in size.
Zweckmäßigerweise sind die Sensoren und die Auswerteeinrichtung als Chips ausgebildet.The sensors and the evaluation device are expediently designed as chips.
Um die Schaltungsanordnung in einfacher und kostengünstiger Weise herstellen zu können, kann der dreidimensionale Träger aus einem flexiblen Leiterplattenmaterial hergestellt sein. Als flexibles Leiterplattenmaterial werden mit Leiterbahnen versehene Folien verwendet, die an ausgezeichneten, z. B. auch perforierten Linien gemäß der gewünschten Form des dreidimensionalen Trägers gebogen werden können. Denkbar ist auch, dass der flexible Träger zumindest teilweise verstärkt ist.In order to produce the circuit arrangement in a simple and cost-effective manner, the three-dimensional support can be made of a flexible printed circuit board material. As a flexible printed circuit board material provided with conductor tracks films are used, the excellent, z. B. perforated lines according to the desired shape of the three-dimensional support can be bent. It is also conceivable that the flexible support is at least partially reinforced.
Alternativ kann der dreidimensionale Träger auch aus einem metallischen Leadframe, also einem Anschlussrahmen oder Chipträger, geformt werden.Alternatively, the three-dimensional support can also be formed from a metallic leadframe, that is to say a leadframe or chip carrier.
Als Sensoren können Hallsensoren eingesetzt werden, die zum Ermitteln der Richtung und des Betrags eines magnetischen Feldvektors dienen.As sensors Hall sensors can be used, which serve to determine the direction and the amount of a magnetic field vector.
Eine solche dreidimensionale Schaltungsanordnung kann beispielsweise in einer magnetischen Zeilenkamera oder in der Materialkunde zum Erkennen von Fehlstellen eingesetzt werden.Such a three-dimensional circuit arrangement can be used, for example, in a magnetic line scan camera or in material science for the detection of defects.
Das oben genannte technische Problem wird ebenfalls durch die Verfahrensschritte des Anspruchs 9 gelöst.The above technical problem is also solved by the method steps of claim 9.
Demgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung einer Schaltungsanordnung zum Ermitteln der Richtung und des Betrags eines Feldvektors zur Verfügung gestellt. Das Verfahren weist folgende Schritte auf:
- – Bereitstellen eines planaren, flexiblen und Leiterbahnen aufweisenden Trägers;
- – Anordnen mehrerer Sensoren und einer Auswerteeinrichtung an vorbestimmten Stellen des planaren, flexiblen Trägers;
- – Kontaktieren der Sensoren und der Auswerteeinrichtung miteinander sowie mit dem planaren, flexiblen Träger und
- – Biegen des flexiblen Trägers derart, dass die Sensoren orthogonal zueinander angeordnet sind.
- - Providing a planar, flexible and conductor tracks having carrier;
- Arranging a plurality of sensors and an evaluation device at predetermined locations of the planar, flexible carrier;
- - Contacting the sensors and the evaluation device with each other and with the planar, flexible support and
- - Bending the flexible support such that the sensors are arranged orthogonal to each other.
In zweckmäßiger Weise werden die Sensoren und die Auswerteeinrichtung mittels Drähte und/oder unter Anwendung der Flip-Technologie miteinander und mit dem flexiblen Träger elektrisch verbunden.In an expedient manner, the sensors and the evaluation device are electrically connected to one another and to the flexible carrier by means of wires and / or using the flip technology.
Wird als flexibler Träger eine Leiterplattenfolie verwendet, ist es vorteilhaft, dass der flexible Träger nach dem Biegen entsprechend fixiert wird. Dadurch wird sichergestellt, dass die Sensoren in der vorgegebenen Position zueinander ausgerichtet bleiben. Auch für den Fall, dass als flexibler Träger ein Leadframe verwendet wird, ist es zweckmäßig, den flexiblen Träger nach dem Biegen zu fixieren.If a printed circuit board foil is used as the flexible carrier, it is advantageous for the flexible carrier to be fixed accordingly after bending. This ensures that the sensors remain aligned with each other in the specified position. Also, in the event that a leadframe is used as a flexible carrier, it is expedient to fix the flexible carrier after bending.
Zum Fixieren kann ein Fixierelement dienen, welches an einer vorbestimmten Stelle des flexiblen Trägers positioniert wird. Das Fixierelement kann zweckmäßigerweise bereits vor dem Biegen des flexiblen Trägers an der entsprechende Stelle positioniert werden. Denkbar ist aber auch, dass das Fixierelement erst nach dem abgeschlossenen Biegeprozess in den flexiblen Träger eingesetzt wird. Der flexible Träger wird um das Fixierelement herum gebogen und anschließend daran fixiert. Hierzu kann der flexible Träger beispielsweise an vorbestimmten Stellen des Fixierelementes angeklebt werden. Als Fixierelement kann ein Vormagnetisierungselement dienen, welches ein Referenzmagnetfeld erzeugen kann.For fixing can serve a fixing element, which is positioned at a predetermined position of the flexible support. Conveniently, the fixing element can already be positioned at the corresponding location before the flexible support is bent. It is also conceivable, however, that the fixing element is inserted into the flexible support only after the completed bending process. The flexible support is bent around the fixing element and then fixed thereto. For this purpose, the flexible support can be glued, for example, at predetermined locations of the fixing. As a fixing element can serve a bias element, which can generate a reference magnetic field.
Um das Biegen des flexiblen Trägers zu erleichtern, können die Biegekanten geprägt oder perforiert sein.To facilitate bending of the flexible support, the bending edges may be embossed or perforated.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist dazu geeignet, in einem automatisierten Prozess auf dem zunächst planaren Träger hergestellt zu werden. Hierzu müssen lediglich die Sensoren und die Auswerteeinrichtung an den vorbestimmten Stellen auf dem zunächst planaren Träger montiert und miteinander elektrisch verbunden werden. Anschließend wird der flexible Träger entsprechend der vorgegebenen Form gebogen und gegebenenfalls fixiert.The circuit arrangement according to the invention is suitable for being manufactured in an automated process on the initially planar support. For this purpose, only the sensors and the evaluation must be mounted at the predetermined locations on the first planar support and electrically connected to each other. Subsequently, the flexible support is bent according to the predetermined shape and optionally fixed.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von zwei Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The invention will be described below with reference to two embodiments in conjunction with the attached drawings explained in more detail. Show it:
In
Auf dem flexiblen Träger
Angemerkt sei an dieser Stelle, dass der Sensor
Bei der in
Wie in
An einer vorbestimmten Stelle der Innenseite der Grundfläche
Der flexible Träger
Der Sensor
In
Wie in
Ähnlich dem in
Angemerkt sei an dieser Stelle, dass das in
Nachfolgend wird das Verfahren zur Herstellung eines 3D-Sensorbauelements hinsichtlich des in
Zunächst kann der in
Danach werden die Kontaktflächen
Wird als Träger
Wird als flexibler Träger
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R082 | Change of representative | ||
R005 | Application deemed withdrawn due to failure to request examination |