DE102011079050A1

DE102011079050A1 - Verfahren zum Bestücken einer Leiterplatte

Info

Publication number: DE102011079050A1
Application number: DE102011079050A
Authority: DE
Inventors: Ronny Ludwig
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-07-13
Filing date: 2011-07-13
Publication date: 2013-01-17
Also published as: WO2013007449A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestücken einer Leiterplatte (38), wobei vorgesehen ist, dass zumindest eine Oberfläche der Leiterplatte (38) mindestens ein Loch (40) aufweist, und wobei zum Bestücken der Leiterplatte (38) innerhalb des mindestens einen Lochs (40) ein elektronischer Baustein (42) zumindest teilweise angeordnet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestücken einer Leiterplatte, ein Verfahren zur Bereitstellung eines Drehmomentsensors und eine Leiterplatte.
Stand der Technik
Chipgehäuse für elektronische Bausteine mit sogenannten Gull-Wing-Anschlussstiften werden bei einer SMD-Montage zur Bereitstellung oberflächenmontierter Bauteile (surface mounted device) auf einer Oberfläche einer Leiterplatte angeordnet und an dieser durch Löten befestigt. Sofern der im Chipgehäuse angeordnete Baustein nur elektronische Funktionen ausführt und z. B. als Mikrocontroller oder ASIC ausgebildet ist, ist die SMD-Montage ausreichend.
Wenn in dem Chipgehäuse ein Baustein zur Durchführung mikromechanischer, optischer oder magnetfeldsensitiver Funktionen angeordnet ist, ist jedoch die Lage des Chipgehäuses auf der Leiterplatte von Bedeutung. Für derartige Anwendungsfälle kann es notwendig sein, das Chipgehäuse unter Berücksichtigung aller drei Raumrichtungen zu positionieren.
Leiterplatten dienen zur Implementierung von Schaltungsanordnungen, die unterschiedliche Aufgaben erfüllen können. So ist es möglich, dass eine Leiterplatte, die mit einem Chipgehäuse bestückt ist, in dem ein Sensorelement angeordnet ist, als eine Komponente einer Sensoranordnung ausgebildet ist.
Eine Sensoranordnung zur Erfassung eines Differenzwinkels ist aus der Druckschrift DE 10 2005 031 086 A1 bekannt. Die Sensoranordnung umfasst mindestens ein magnetfeldempfindliches Sensorelement, mit dem die Magnetfeldinformationen eines Magnetkreises mit einem Magnetpolrad und ferromagnetischen Ringen auswertbar ist. Dabei verlaufen Zähne der Ringe in radialer Richtung und sind zum radialen Abgriff der Magnetfeldinformation des Magnetpolrads vorgesehen.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 3 und eine Leiterplatte mit den Merkmalen des Patentanspruchs 4 vorgestellt. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen und der Beschreibung.
Im Rahmen der Erfindung ist vorgesehen, ein für die Standard SMD-Montage entwickeltes Gehäuse mindestens eines elektronischen Bausteins, der Gull-Wing-Anschlussstifte oder -Anschlussbeinchen aufweist, z. B. gemäß der SO-Bauform für Gehäuse von integrierten Schaltungen, die einen kleinen Grundriss (small outline, SO) aufweisen, bspw. SOP (small outline package), SSOP (shrink small outline package), TSOP (thin small outline package), TSSOP (thin-shrink small outline package) usw. revers, d. h. über Kopf, innerhalb mindestens eines Lochs einer Leiterplatte anzuordnen. Die derart bestückte Leiterplatte, innerhalb der der elektronische Baustein mit einem Gehäuse montiert ist, kann z. B. für einen Drehmomentsensor eingesetzt werden.
Das mindestens eine Loch kann entweder als Öffnung oder als Kavität ausgebildet sein. Ein Loch, das als Öffnung ausgebildet ist, durchquert einen Körper der Leiterplatte. Das als Öffnung ausgebildete Loch kann auch als Durchgang, Tunnel oder Kanal bezeichnet werden. Falls das mindestens eine Loch als Kavität ausgebildet ist, ist vorgesehen, dass sich dieses Loch ausgehend von einer Seite, d. h. entweder von der Vorderseite oder der Rückseite, in einen Körper der Leiterplatte erstreckt, diesen jedoch nur teilweise, aber nicht vollständig durchquert. Ein Loch, das als Kavität ausgebildet ist, kann auch als Vertiefung auf einer Seite der Leiterplatte bezeichnet werden. Da eine Leiterplatte mindestens ein Loch aufweist, kann dies bedeuten, dass eine Leiterplatte in Ausgestaltung mindestens eine Öffnung und mindestens eine Kavität aufweisen kann.
Entsprechend der Größe eines Körpers des mindestens einen elektronischen Bausteins und/oder dessen Gehäuses ist das mindestens eine Loch in der Leiterplatte in der Regel etwas größer als der Körper des mindestens einen elektronischen Bausteins ausgebildet. Die Größe des mindestens einen Lochs ist dabei an die Form und/oder die Länge der Anschlussstifte (Leads), die an dem elektronischen Baustein und/oder an dessen Gehäuse befestigt sind, angepasst. Die auf der Leiterplatte befindlichen Lötkontakte, die auch als Lötpads (Footprints) bezeichnet werden, sind derart entworfen und somit strukturiert, dass zwischen einem Ende eines Lötpads und einer Freifräsung des mindestens einen Lochs kein oder nur ein minimaler Abstand eingehalten wird. Typische maximale Abstände zwischen einem Lötkontakt, der in der Regel aus Kupfer ist, und einer Fräskante des mindestens einen Lochs betragen maximal 0,05 mm. Derartige Genauigkeiten können bei einer Herstellung einer Leiterplatte durch eine moderne Fräsmaschine bei entsprechender Auslegung der Leiterplatte sicher eingehalten werden.
Bei einer im Rahmen der Erfindung durchführbaren Bestückung der Leiterplatte zur Bereitstellung einer Schaltungsanordnung wird ein erstes Ende eines Anschlussstifts, das an dem Baustein und/oder einem Gehäuse des Bausteins befestigt ist, in dem Loch angeordnet. Ein zweites Ende des Anschlussstifts wird an einem Lötkontakt auf der Oberfläche der Leiterplatte angeordnet und mit dem Lötkontakt durch Löten verbunden, wobei zwischen dem zweiten Ende und dem Lötkontakt eine Lötverbindung gebildet wird.
Hersteller von Gehäusen für elektronische Bausteine liefern diese üblicherweise an einem Gurt angeordnet. Zu einer möglichen Realisierung der Erfindung muss der Hersteller die Gehäuse für die reverse und somit umgekehrte Montage auch bereits revers in den Gurt legen, da ein standardisierter SMD-Bestücker, der die Gehäuse in der Leiterplatte anordnet, die Gehäuse nicht in die im Rahmen der Erfindung vorgesehene Richtung drehen kann. Bei der Bestückung der Leiterplatte mit einem elektronischen Baustein ist eine Ablagehöhe zu berücksichtigen, die sich von einer herkömmlichen Ablagehöhe bei einer SMD-Montage unterscheidet. Ein Lotpastendruck und bspw. ein Reflowlöten als Lötverfahren werden dann in üblicher Weise durchgeführt.
Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen bestückten Leiterplatte kann für einen Drehmomentsensor, bspw. für eine Lenkanlage eines Kraftfahrzeugs, verwendet werden. Hier wird die Leiterplatte üblicherweise hochkant zwischen zwei Ringen aus Metall angeordnet, wobei die Ringe als Komponenten einer Magnetflusseinheit ausgebildet sind. Der Abstand dieser Ringe zueinander ist sehr gering. In der Regel sind die beiden Ringe koaxial zu einer ersten Welle angeordnet, die wiederum koaxial zu einer zweiten Welle angeordnet ist, wobei sich beide Wellen um eine gemeinsame Drehachse drehen. An der zweiten Welle ist ein Multipolrad aus Magneten angeordnet. Ein magnetischer Fluss des Multipolrads wird zwischen den beiden Ringen verstärkt.
Ein magnetfeldsensitiver Bereich des Bausteins innerhalb der Leiterplatte, der einen Hall-Sensor, einen AMR-Sensor zur Messung eines anisotropen magnetsensitiven Effekts oder einen GMR-Sensor zur Messung eines Riesenmagnetwiderstands als magnetfeldsensitives Sensorelement umfasst, ist üblicherweise exakt in der Mitte zwischen beiden Ringen zu positionieren. Die Positionierung des Bausteins ist bei der in Ausgestaltung vorgesehenen reversen Montage des Bausteins in dem Loch der Leiterplatte möglich. Da der Abstand zwischen den Ringen sehr gering ist, kann zwischen den Ringen ein hoher magnetischer Fluss erzeugt und von dem Sensorelement erfasst werden. Die Positionierung der Leiterplatte mittig zwischen den Ringen und/oder eine Verlagerung in Richtung des äußeren größeren Rings ermöglicht eine ideale mittige Positionierung des magnetfeldsensitiven Sensorelements für eine Umlaufzählfunktion auf einer Rückseite der Leiterplatte.
Durch eine Umsetzung der Erfindung unter Nutzung der reversen über Kopf Montage eines Standard-Bausteins und/oder -Gehäuses mit Gull-Wing Anschlussstiften weist die mit dem mindestens einen Baustein bestückte Leiterplatte eine geringe Höhe auf und kann somit für neue Anwendungsfälle platzsparend eingesetzt werden. Eine zumindest teilweise eingebettete Anordnung des Bausteins innerhalb der Leiterplatte ist preisgünstig sowie unabhängig von einem Hersteller der Leiterplatte zu realisieren. Ein lateraler Platzbedarf des Bausteins in der Ebene der Leiterplatte ist derselbe wie bei herkömmlichen Leiterplatten, bei denen der Baustein auf einer Oberfläche der Leiterplatte befestigt ist. Eine Befestigung des Bausteins in der Leiterplatte über die Anschlussstifte erfolgt über homogen ausgeprägte Lötverbindungen, die bspw. auch bei der SMD-Montage bereitgestellt werden, ohne Beeinträchtigung durch die reverse Positionierung des Bausteins.
Die Leiterplatte mit mindestens einem in mindestens einem Loch angeordneten Baustein, der mindestens ein Sensorelement umfassen kann, kann für mikromechanische, optische oder magnetfeldsensitive Anwendungen eingesetzt werden. Der Baustein kann als Siliziumchip oder Sensorelement ausgebildet sein oder zumindest einen Siliziumchip und/oder zumindest ein Sensorelement aufweisen.
Die erfindungsgemäße Leiterplatte ist durch mindestens einen Schritt des vorgestellten erfindungsgemäßen Verfahrens zu bestücken. Der erfindungsgemäße bereitgestellte Drehmomentsensor weist eine erfindungsgemäße bestückte Leiterplatte auf.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt in schematischer Darstellung Details einer aus dem Stand der Technik bekannten bestückten Leiterplatte.
2 zeigt in schematischer Darstellung Details einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Leiterplatte.
3 zeigt in schematischer Darstellung ein erstes Beispiel eines Drehmomentsensors, der eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Leiterplatte umfasst.
4 zeigt in schematischer Darstellung erste Details eines zweiten Beispiels eines Drehmomentsensors aus verschiedenen Perspektiven, der eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Leiterplatte umfasst.
5 zeigt in schematischer Darstellung zweite Details des zweiten Beispiels des Drehmomentsensors aus 4 aus verschiedenen Perspektiven.
6 zeigt in schematischer Darstellung dritte Details des zweiten Beispiels des Drehmomentsensors aus 4 aus verschiedenen Perspektiven.
7 zeigt in schematischer Darstellung Details der dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Leiterplatte des Drehmomentsensors aus 4 aus verschiedenen Perspektiven.
8 zeigt in schematischer Darstellung Details einer vierten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Leiterplatte aus verschiedenen Perspektiven.
9 zeigt in schematischer Darstellung Details einer fünften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Leiterplatte aus verschiedenen Perspektiven.
10 zeigt in schematischer Darstellung eine sechste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Leiterplatte.
Ausführungsformen der Erfindung
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
Die Figuren werden zusammenhängend und übergreifend beschrieben, gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Komponenten.
1a zeigt in schematischer Darstellung eine aus dem Stand der Technik bekannte Schaltungsanordnung 2, die durch eine Leiterplatte 4 implementiert ist, auf deren Oberfläche ein Gehäuse 6 eines elektronischen Bausteins befestigt ist.
Dieses Gehäuse 6 umfasst gebogene Anschlussstifte 8, die wegen ihrer flügelartigen Form auch als Gull-Wing-Leads bezeichnet werden.
Die beiden in 1a dargestellten Anschlussstifte 8 sind über Lötverbindungen 10 auf der Oberfläche der Leiterplatte 4 befestigt. Details hierzu gehen aus 1b hervor. Eine Höhe der aus dem Stand der Technik bekannten bestückten Leiterplatte 4, wobei sich die Höhe von der Unterseite der Leiterplatte 4 bis zu einer Oberseite des Gehäuses 6 erstreckt, ist in 1a durch einen Doppelpfeil 12 angedeutet.
Die erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Leiterplatte 16 zur Implementierung einer Schaltungsanordnung 14 ist in 2a schematisch dargestellt. 2b zeigt ein Detail aus 2a. Bei dieser ersten Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Leiterplatte 16 dieselbe Höhe wie die Leiterplatte 4 aus dem Stand der Technik auf. Weiterhin weist die Leiterplatte 16 ein als Öffnung ausgebildetes Loch 18 auf, innerhalb dem ein Gehäuse 20 eines elektronischen Bausteins teilweise angeordnet ist. Dabei ist ein größerer Abschnitt des Gehäuses 20 innerhalb und ein kleinerer Abschnitt außerhalb des Lochs 18 angeordnet.
Es ist vorgesehen, dass das Gehäuse 20 des elektronischen Bauteils der ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 14 dieselbe Höhe wie das Gehäuse 6 aus 1 aufweist. Weiterhin sind in 2 zwei ebenfalls als Gull-Wing-Leads ausgebildete, gebogene Anschlussstifte 22 des Gehäuses 20 dargestellt.
Durch die im Rahmen der Erfindung vorgesehene umgedrehte und somit reverse Montage des Gehäuses 20 innerhalb des Lochs 18 der Leiterplatte 16 sind erste Enden 24 der Anschlussstifte 22, die an dem Gehäuse 20 befestigt sind, innerhalb des Lochs 18 angeordnet, wohingegen zweite Enden 26 der Anschlussstifte 22 außerhalb des Lochs 18 und auf einer Oberfläche der Leiterplatte 16 angeordnet sind. Die zweiten Enden 26 sind über Lötverbindungen 28 auf der Oberfläche der Leiterplatte 16 befestigt.
Eine Höhe der ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen bestückten Leiterplatte 16 ist in 2a durch einen Doppelpfeil 30 angedeutet und erstreckt sich hier von einer Unterseite der Leiterplatte 16 bis zu den zweiten Enden 26 der Anschlussstifte 22 des hier kopfüber montierten Gehäuses 20 des elektronischen Bausteins.
Ein Vergleich der Höhe der aus dem Stand der Technik bekannten bestückten Leiterplatte 4 und der Höhe der ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen bestückten Leiterplatte 16 ergibt, dass die erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen bestückten Leiterplatte 16 wesentlich flacher als die aus dem Stand der Technik bekannte bestückte Leiterplatte 4 ist.
Das Gehäuse 6 aus 1 ist als TSSOP-Gehäuse (Thin Shrink Small Outline Plastic Package) ausgebildet. Die Höhe der bestückten Leiterplatte 4 beträgt bei einer 0,8 mm dicken Leiterplatte 4 ca. 1,9 bis 2,0 mm
Bei Vorsehen der erfindungsgemäßen reversen Montage des Gehäuses 20 mit Gull-Wing-Leads in der Leiterplatte 16, das ebenfalls als TSSOP-Gehäuse ausgebildet ist, wird das Gehäuse 20 in dem Loch 18, das entsprechend der Größe des Gehäuses 20 gewählt ist, montiert. Lötkontakte auf der Leiterplatte 16 werden entsprechend einer Breite und eines Abstands der Anschlussstifte 22 so angepasst, dass eine Kupferfläche mit geringstmöglichem Abstand (0,05 mm) unmittelbar an dem Loch 18 endet.
Die Höhe der ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen bestückten Leiterplatte 16 bei einer 0,8 mm dicken Leiterplatte 16 beträgt ca. 1,1 bis 1,2 mm. Die Überdeckung der Anschlussstifte 22 mit den Lötverbindungen 28 auf der Leiterplatte 16 beträgt bspw. 0,4 bis 0,5 mm pro Seite.
Die in 3 schematisch dargestellte zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Leiterplatte 38 zur Implementierung einer Schaltungsanordnung 32 ist hier als Komponente eines Drehmomentsensors 34 für eine erste Welle 36 ausgebildet.
Ähnlich wie die erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen bestückten Leiterplatte 16 weist auch die zweite Ausführungsform der bestückten Leiterplatte 38 ein als Öffnung ausgebildetes Loch 40 auf. Das als Öffnung ausgebildete Loch 40 kann durch Durchbohren oder Durchfräsen der Leiterplatte 38 bereitgestellt werden. Innerhalb des Lochs 40 ist zumindest teilweise ein elektronischer Baustein 42 mit einem Gehäuse 44 und einem innerhalb dem Gehäuse 44 angeordneten magnetfeldsensitiven Sensorelement 46, das hier als Hall-Sensor ausgebildet ist, angeordnet.
Außerdem umfasst der elektronische Baustein 42 Anschlussstifte 48, von denen in 3 nur zwei dargestellt sind. Diese Anschlussstifte 48 weisen hier zwei Biegungen oder Knicks auf und sind im Profil weitgehend stufenförmig ausgebildet. Erste Enden dieser Anschlussstifte 48 sind hier an dem Gehäuse 44 des elektronischen Bausteins 42 befestigt, teilweise innerhalb des Gehäuses 44 angeordnet und mit dem magnetfeldsensitiven Sensorelement 46 verbunden. Weiterhin sind diese ersten Enden der Anschlussstifte 48 nach vorgenommener Positionierung des Bausteins 42 auch innerhalb des Lochs 40 der Leiterplatte 38 angeordnet.
Zweite Enden der Anschlussstifte 48 sind dagegen außerhalb des Lochs 40 auf einer hier als Oberseite (Vorderseite) bezeichneten Oberfläche der Leiterplatte 38 angeordnet und über Lötverbindungen an der Oberfläche der Leiterplatte 38 mit der Leiterplatte 38 verbunden. Auf einer hier als Unterseite (Rückseite) der Leiterplatte 38 vorgesehenen Oberfläche der Leiterplatte 38 sind zusätzlich Chipkondensatoren 50 befestigt.
Zur Bestimmung eines Drehmoments der in 3 teilweise im Querschnitt dargestellten Welle 36 wird ein magnetischer Fluss von einem ersten inneren Ring 52 und einem zweiten äußeren Ring 54 als Komponenten des Drehmomentsensors 34 verstärkt. Hier weist der erste, innere Ring 52 einen geringeren Radius als der zweite, äußere Ring 54 auf. Beide Ringe 52, 54 sind koaxial zu der ersten Welle 36 angeordnet und aus einem Metall, in der Regel einem ferromagnetischen Metall, gebildet.
Das Drehmoment der ersten Welle 36 wird üblicherweise über einen relativen Drehwinkel, den die erste Welle 36 zu einer zweiten, in 3 nicht dargestellten Welle aufweist, bestimmt, die dieselbe Drehachse wie die erste Welle 36 aufweist. Es ist vorgesehen, dass an der zweiten Welle ein Magnetpolrad befestigt ist, wobei die erste Welle 36 mit der zweiten Welle über einen Torsionsstab verbunden ist. Eine Drehung der ersten Welle 36 relativ zur zweiten Welle um die gemeinsame Drehachse wird auf Grundlage einer Position eines von dem Magnetpolrad an der zweiten Welle erzeugten Magnetfelds bestimmt, das durch die beiden Ringe 52, 54 des Drehmomentsensors 34 zwischen den beiden Ringen 52, 54 verstärkt und durch das magnetfeldsensitive Sensorelement 46 erfasst wird.
Die hier gezeigte, im Rahmen der Erfindung vorgesehene reverse Montage des Gehäuses 44 unter zumindest teilweiser Anordnung des Gehäuses 44 innerhalb des Lochs 40 der Leiterplatte 38 ist dann vorgesehen, wenn der Bauraum für die Leiterplatte 38 eine Standard SMD-Montage des Gehäuses 44 nicht zulässt. Außerdem wird die Leiterplatte 38 zentral zwischen den Ringen 52, 54 positioniert. Die reverse Montage des Gehäuses 44 kann somit für den Drehmomentsensor 34 eingesetzt werden. Die magnetfeldsensitiven Flächen des Sensorelements 46 sind hier zwischen den zwei Ringen 52, 54 angeordnet.
Die 4a, 4b und 4c zeigen ein zweites Beispiel für einen Drehmomentsensor 60 aus verschiedenen Perspektiven. Weitere Details dieses Drehmomentsensors 60 sind in den nachfolgenden 5 bis 7 aus verschiedenen Perspektiven dargestellt.
Dieser Drehmomentsensor 60 umfasst eine sogenannte Magnetflusseinheit 62 (Details in 6), die genauso wie das erste Beispiel des Drehmomentsensors 34 zwei zueinander koaxial angeordnete Ringe 80, 82 mit unterschiedlichen Radien aufweist. Außerdem sind in 4 eine Sensoreinheit 64 (Details in 5) sowie ein Befestigungselement 66 dargestellt, das Befestigungsarme 69 umfasst, über die das Befestigungselement 66 und eine daran befestigte Sensoreinheit 64 an einem nicht gezeigten Bauteil drehfest zu befestigen sind.
Als eine Komponente weist der Drehmomentsensor 60 die in 5 gezeigte Sensoreinheit 64 zur Implementierung einer Schaltungsanordnung 68 eine bestückte Leiterplatte 72 mit einem daran befestigten Steckermodul 70 auf. Hierbei ist vorgesehen, dass innerhalb eines Lochs 74 der Leiterplatte 72 ein elektronischer Baustein 76 zumindest teilweise angeordnet ist.
In 6 sind weiterhin der innere Ring 80 und der äußere Ring 82 der Magnetflusseinheit 62 des Drehmomentsensors 60 schematisch dargestellt. Beide Ringe 80, 82 weisen Finger 84 zur Verstärkung eines Magnetfelds auf. Zwischen den beiden Ringen 80, 82 der Magnetflusseinheit 62 und somit des Drehmomentsensors 60 ist die dritte Ausführungsform der bestückten Leiterplatte 72 angeordnet. Die beiden Ringe 80, 82 leiten einen magnetischen Fluss des Magnetfelds. Die bestückte Leiterplatte 72 ist senkrecht zwischen den beiden Ringen 80, 82 angeordnet und an der Sensoreinheit 64 befestigt, die sich über ein Gleitlager relativ zur Magnetflusseinheit 62 drehen kann.
Details der bestückten Leiterplatte 72 zur Implementierung der Schaltungsanordnung 68 sind in 7 aus verschiedenen Perspektiven schematisch dargestellt. Dabei ist zu erkennen, dass der Baustein 76 in einem als Öffnung ausgebildeten Loch 74 der Leiterplatte 72 angeordnet und über die flügelförmigen Anschlussstifte 86 mit der Leiterplatte 72 befestigt ist. Wie insbesondere aus 7e und 7f hervorgeht, sind die Anschlussstifte 86 zweifach gebogen und weisen ein weitgehend stufenförmiges Profil auf.
Erste Enden der Anschlussstifte 86 sind hier an dem Baustein 76 befestigt und innerhalb des Lochs 74 angeordnet. Zweite Enden der Anschlussstifte 86 sind auf einer Oberfläche der Leiterplatte 72 über Lötverbindungen an der Leiterplatte 72 befestigt. Der Baustein 76, der somit ebenfalls zwischen den beiden Ringen 80, 82 angeordnet ist, umfasst mindestens ein als Hall-Sensor ausgebildetes magnetfeldsensitives Sensorelement, mit dem auch eine sog. Index-Funktion zum Zählen von Umdrehungen mindestens einer Welle realisiert werden kann.
Die Magnetflusseinheit 62 ist auf einer nicht dargestellten ersten Welle angeordnet. Auf einer zweiten nicht dargestellten Welle ist ein mehrpoliger Magnetring in unmittelbarer Nähe zur und/oder unterhalb der Magnetflusseinheit 62 angeordnet. Beide Wellen sind mit einem Torsionsstab axial miteinander verbunden. Die bestückte Leiterplatte 72 ist senkrecht und/oder axial zu einer Drehachse der Welle orientiert, wobei nur jener Teil der Leiterplatte 72, innerhalb dem der Baustein 76 angeordnet ist, zwischen den Ringen 80, 82 angeordnet ist. Das Befestigungselement 66 umfasst einen Deckel mit einem Antirotationstift, der verhindert, dass sich die Sensoreinheit 64 bei einer Drehung mindestens einer der Wellen mitdreht.
Verändert der mehrpolige Magnetring an der zweiten Welle seine Lage zur Magnetflusseinheit 62 bei Torsion, so verändert sich der magnetische Fluss in den flussleitenden Ringen 80, 82. Diese Veränderung wird mit dem mindestens einen magnetfeldsensitiven Sensorelement detektiert. Das Maß der Veränderung des magnetischen Flusses entspricht der Torsion der beiden Wellen zueinander. Diese kann auch für Winkel, die größer als 360° sind, bestimmt werden.
Anhand der Figuren wird deutlich, wie wenig Platz zwischen den beiden Ringen 80, 82 für die mit dem Baustein 76 bestückte Leiterplatte 72 ist. Ein Verbreitern eines Abstands der Ringe 80, 82 ist nicht möglich, da dadurch der magnetische Fluss zwischen den Ringen 80, 82 abnimmt, was sich direkt auf die Sensitivität des Drehmomentsensors 60 auswirkt.
Eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen bestückten Leiterplatte 102 zur Implementierung einer Schaltungsanordnung 100 ist in 8 aus verschiedenen Perspektiven, nämlich in Draufsicht (8a und 8c) sowie in Schnittansicht (8b) schematisch dargestellt. Die Leiterplatte 102 weist hier zwei als durchgehende Öffnungen ausgebildete Löcher 106, 108 auf.
Dabei ist in dem ersten Loch 106 ein erster elektronischer Baustein 110 und in dem zweiten Loch 108 ein zweiter elektronischer Baustein 112 angeordnet. Beide elektronischen Bausteine 110, 112 weisen hier im Profil stufenförmig ausgebildete Anschlussstifte 114, 116 auf. Weiterhin ist für beide elektronischen Bausteine 110, 112 vorgesehen, dass erste Enden 118, 120 der Anschlussstifte 114, 116, die an den Bausteinen 112, 110 befestigt sind, innerhalb der Löcher 106, 108 angeordnet sind. Dagegen sind zweite Enden 122, 124 der Anschlussstifte 114, 116 außerhalb der Löcher 106, 108 angeordnet.
Die zweiten Enden 124 der Anschlussstifte 116 des zweiten elektronischen Bausteins 112 sind auf einer Oberseite der Leiterplatte 102 über Lötverbindungen mit Lötkontakten 126 der Leiterplatte 102 verbunden. Die zweiten Enden 122 des ersten elektronischen Bausteins 110 sind dagegen auf einer Unterseite der Leiterplatte 102 über Lötverbindungen mit Lötkontakten 126 der Leiterplatte 102 verbunden.
Außerdem zeigen die 8b und 8c jeweils ein Steckermodul 128 der Leiterplatte 102 aus verschiedenen Perspektiven.
Eine fünfte Ausführungsform der erfindungsgemäßen bestückten Leiterplatte 132 zur Implementierung einer Schaltungsanordnung 130 ist in den 9a und 9c in Draufsicht und 9b in Schnittansicht schematisch dargestellt. Im Unterschied zu den bisherigen Ausführungsformen weist die Leiterplatte 132 zwei als Kavitäten ausgebildete Löcher 134, 136 auf. Dies bedeutet, dass die als Kavitäten ausgebildeten Löcher 134, 136 auf einer Seite durch Wandungen 157, 159 begrenzt sind und die Leiterplatte 132 im Unterschied zu Öffnungen nicht durchdringen.
In der hier gezeigten Ausführungsform ist ein erstes Loch 134 je nach Definition hin zu einer Rückseite der Leiterplatte 132 geöffnet und hin zu einer Vorderseite der Leiterplatte 132 durch eine Wandung 159 abgeschlossen und/oder begrenzt, die zugleich einen Abschnitt der Vorderseite der Leiterplatte 132 bildet. Ein zweites Loch 136 ist umgekehrt wie das erste Loch 134 orientiert. Demnach ist das zweite Loch 136 hin zu der Vorderseite der Leiterplatte 132 geöffnet und hin zu der Rückseite der Leiterplatte 132 durch eine Wandung 157 abgeschlossen und/oder begrenzt, die zugleich einen Abschnitt der Rückseite der Leiterplatte 132 bildet.
Dabei ist in dem ersten Loch 134 ein erster elektronischer Baustein 138 und in dem zweiten Loch 136 ein zweiter elektronischer Baustein 140 angeordnet. Beide elektronischen Bausteine 138, 140 weisen hier im Profil stufenförmig ausgebildete Anschlussstifte 142, 144 auf. Dabei ist für beide elektronischen Bausteine 138, 140 vorgesehen, dass erste Enden 146, 148 der Anschlussstifte 142, 144, die an den Bausteinen 138, 140 befestigt sind, innerhalb der Löcher 134, 136 angeordnet sind. Dagegen sind zweite Enden 150, 152 außerhalb der Löcher 134, 136 angeordnet.
Es ist vorgesehen, dass die zweiten Enden 152 der Anschlussstifte 144 des zweiten elektronischen Bausteins 140 auf einer Oberseite der Leiterplatte 132 mit Lötkontakten 154 der Leiterplatte 132 verbunden sind, dagegen sind die zweiten Enden 150 des ersten elektronischen Bausteins 138 auf einer Unterseite der Leiterplatte 132 über Lötkontakte 154 der Leiterplatte 132 auf dieser befestigt.
Außerdem zeigen die 9b und 9c jeweils ein Steckermodul 156 der Schaltungsanordnung 130 aus verschiedenen Perspektiven.
Eine sechste Ausführungsform der erfindungsgemäßen bestückten Leiterplatte 162 zur Implementierung einer Schaltungsanordnung 160 ist in 10 schematisch dargestellt. Die Leiterplatte 162 weist ebenfalls wie die Leiterplatte 132 aus 9 ein als Kavität ausgebildetes Loch 164 auf, das eine Wandung 166 umfasst, über die das als Kavität ausgebildete Loch 164 hin zu einer Unterseite der Leiterplatte 162 begrenzt ist. Das als Kavität ausgebildete Loch 164 wird auf einer Oberseite der Leiterplatte 162 durch Tiefenfräsen bereitgestellt.
Unabhängig von einer konkreten Ausgestaltung des Lochs 164 ist innerhalb dieses Lochs 164 zumindest teilweise ein elektronischer Baustein 168 angeordnet, der Anschlussstifte 170 aufweist, die an einem Gehäuse 172 des Bausteins 168 befestigt sind. Innerhalb des Gehäuses 172 ist ein Sensorelement 174 auf einer ersten Abschirmung 182 angeordnet, das mit ersten Enden 176 der Anschlussstifte 170 verbunden ist.
Bei einer Bereitstellung der Schaltungsanordnung 160, bei der der Baustein 168 in der vorliegenden Ausführungsform teilweise innerhalb des Lochs 164 angeordnet wird, werden die ersten Enden 176 der hier gebogenen Anschlussstifte 170 innerhalb des Lochs 164 angeordnet. Zweite Enden 178 der Anschlussstifte 170 werde dagegen auf der Oberseite der Leiterplatte 162 angeordnet und auf der Oberseite der Leiterplatte 162 mit Lötkontakten der Leiterplatte 162 über Lötverbindungen verbunden.
Weiterhin zeigt 10, dass auf der Unterseite der Leiterplatte 162 im Bereich des Lochs 164 eine zweite auf Masse gelegte Abschirmung 180 angeordnet ist. Die erste Abschirmung 182 ist innerhalb des Gehäuses 172 des Bausteins 168 angeordnet. Dabei ist die erste Abschirmung 182 ebenfalls auf Masse gelegt und zwischen der Oberseite der Leiterplatte 162 und dem magnetfeldsensitiven Sensorelement 174 angeordnet. Insgesamt ist das magnetfeldsensitive Sensorelement 174 somit zwischen zwei Abschirmungen 180, 182 angeordnet, wobei diese Abschirmungen 180, 182 aus Metall, bspw. Kupfer, bestehen und plattenförmig ausgebildet sind. Durch die Abschirmungen 180, 182 wird das magnetfeldsensitive Sensorelement 174 zur besseren elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) geschützt.
Das in 10 als Kavität ausgebildete Loch 164 kann bspw. bei Leiterplatten 162, die ein dickeres Basismaterial aufweisen, vorgesehen sein. Durch Begrenzung des als Kavität ausgebildeten Lochs 164 über die Wandung 166 zu einer Oberfläche und/oder gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte 162 wird eine Stabilität der Leiterplatte 162, bspw. gegenüber Schwingungen, verbessert. Bei dieser Ausführungsform ist der Baustein 168 teilweise innerhalb und außerhalb des Lochs 164 angeordnet.
Alle anhand der voranstehenden 2 bis 10 vorgestellten, durch bestückte Leiterplatten 16, 38, 72, 102, 132, 162 implementierten Schaltungsanordnungen 14, 32, 68, 100, 130, 160 können durch ein erfindungsgemäßes Verfahren bereitgestellt werden. Zur Bereitstellung und somit zur Implementierung einer Schaltungsanordnung 14, 32, 68, 100, 130, 160 wird in die Leiterplatte 16, 38, 72, 102, 132, 162 durch ein materialabtragendes Verfahren, bspw. Fräsen oder Bohren, an zumindest einer Oberfläche der Leiterplatte 16, 38, 72, 102, 132, 162 mindestens ein Loch 18, 40, 74, 106, 108, 134, 136, 164 eingebracht.
Dieses mindestens eine Loch 18, 40, 74, 106, 108, 134, 136, 164 kann als ein sich von einer Oberseite bzw. Vorderseite bis zu einer Unterseite bzw. Rückseite der Leiterplatte 16, 38, 72, 102, 132, 162 durchgängig erstreckende Öffnung ausgebildet sein. Demnach wird ein Körper der Leiterplatte von dem Loch 18, 40, 74, 106, 108, 134, 136, 164 das als Öffnung kanal- oder tunnelförmig ausgebildet ist und auch als Durchgang bezeichnet werden kann, vollständig durchquert.
Es ist jedoch auch möglich, das mindestens eine Loch 18, 40, 74, 106, 108, 134, 136, 164 als Kavität auszubilden. In diesem Fall ist das Loch 18, 40, 74, 106, 108, 134, 136, 164 auf einer der beiden Seiten der Leiterplatte 16, 38, 72, 102, 132, 162, entweder auf der Oberseite oder der Unterseite, nach außen geöffnet und/oder in Richtung der Ober- oder Unterseite orientiert. Auf der gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte 16, 38, 72, 102, 132, 162, d. h. entweder auf der Unterseite oder auf der Oberseite, ist das als Kavität ausgebildete Loch 18, 40, 74, 106, 108, 134, 136, 164 durch eine Wandung 157, 159, 166 begrenzt, wobei diese Wandung 157, 159, 166 die genannte Seite abschließt und/oder zumindest abschnittsweise bildet. Eine derartige Kavität ist als Vertiefung an der Unterseite oder Oberseite der Leiterplatte ausgebildet.
In einem weiteren Schritt wird der mindestens eine elektronische Baustein 42, 76, 110, 112, 138, 140, 168 zumindest teilweise innerhalb des mindestens einen Lochs 18, 40, 74, 106, 108, 134, 136, 164 angeordnet. Dies kann bedeuten, dass der mindestens eine elektronische Baustein 42, 76, 110, 112, 138, 140, 168 vollständig innerhalb des mindestens einen Lochs 18, 40, 74, 106, 108, 134, 136, 164 oder teilweise innerhalb des mindestens einen Lochs 18, 40, 74, 106, 108, 134, 136, 164 angeordnet wird. Falls der mindestens eine elektronische Baustein 42, 76, 110, 112, 138, 140, 168 teilweise innerhalb des mindestens einen Lochs 18, 40, 74, 106, 108, 134, 136, 164 angeordnet wird, kann vorgesehen sein, dass ein Teil des elektronischen Bausteins 42, 76, 110, 112, 138, 140, 168 innerhalb des mindestens einen Lochs 18, 40, 74, 106, 108, 134, 136, 164 und ein weiterer Teil des elektronischen Bausteins 42, 76, 110, 112, 138, 140, 168 außerhalb des mindestens einen Lochs 18, 40, 74, 106, 108, 134, 136, 164 angeordnet wird.
Weiterhin ist vorgesehen, dass der mindestens eine elektronische Baustein 42, 76, 110, 112, 138, 140, 168 und/oder ein Gehäuse 20, 44, 172 des mindestens einen elektronischen Bausteins 42, 76, 110, 112, 138, 140, 168 zumindest einen Anschlussstift 22, 48, 86, 114, 116, 142, 144, 170 aufweist, der bspw. flügelförmig und somit als ein sogenannter Gull-Wing-Anschlussstift 22, 48, 86, 114, 116, 142, 144, 170 ausgebildet sein kann. Ein derartiger flügelförmiger Anschlussstift 22, 48, 86, 114, 116, 142, 144, 170 kann mindestens eine Biegung oder mindestens einen Knick, in der Regel zwei Biegungen oder zwei Knicke, aufweisen und üblicherweise im Profil stufenförmig ausgebildet sein. Dabei ist ein erstes Ende 24, 118, 120, 146, 148, 176 des Anschlussstifts 22, 48, 86, 114, 116, 142, 144, 170 an dem mindestens einen elektronischen Baustein 42, 76, 110, 112, 138, 140, 168 und/oder an dem Gehäuse 20, 44, 172 des mindestens einen elektronischen Bausteins 42, 76, 110, 112, 138, 140, 168 befestigt. Ein zweites Ende 26, 122, 124, 150, 152, 178 des Anschlussstifts 22, 48, 86, 114, 116, 142, 144, 170 ist dazu ausgebildet, den mindestens einen elektronischen Baustein 42, 76, 110, 112, 138, 140, 168 mit einer anderen elektronischen Komponente zu verbinden.
Bei dem Verfahren zur Bereitstellung einer Schaltungsanordnung 14, 32, 68, 100, 130, 160, die durch die bestückte Leiterplatte 16, 38, 72, 102, 132, 162 realisiert wird, wird durch die Maßnahme, dass der mindestens eine elektronische Baustein 42, 76, 110, 112, 138, 140, 168 zumindest teilweise innerhalb des mindestens einen Lochs 18, 40, 74, 106, 108, 134, 136, 164 angeordnet wird, das erste Ende 24, 118, 120, 146, 148, 176 des zumindest einen Anschlussstifts 22, 48, 86, 114, 116, 142, 144, 170 innerhalb des Lochs 18, 40, 74, 106, 108, 134, 136, 164 der Leiterplatte 16, 38, 72, 102, 132, 162 positioniert. Dadurch ergibt sich, dass das zweite Ende 26, 122, 124, 150, 152, 178 aufgrund der flügelförmigen Ausbildung des zumindest einen Anschlussstifts 22, 48, 86, 114, 116, 142, 144, 170 im Unterschied zu dem ersten Ende 24, 118, 120, 146, 148, 176 außerhalb des Lochs 18, 40, 74, 106, 108, 134, 136, 164, in der Regel auf der Oberfläche, d. h. der Vorderseite oder Rückseite der Leiterplatte 16, 38, 72, 102, 132, 162 angeordnet wird. Zum Befestigen des mindestens einen elektronischen Bausteins 42, 76, 110, 112, 138, 140, 168 wird das zweite Ende 26, 122, 124, 150, 152, 178 des zumindest einen Anschlussstifts 22, 48, 86, 114, 116, 142, 144, 170 an einem Lötkontakt auf der Oberfläche der Leiterplatte 16, 38, 72, 102, 132, 162 angeordnet und mit diesem Lötkontakt durch Löten unter Bereitstellung einer Lötverbindung verbunden.
Die derart bereitgestellte bestückte Leiterplatte 16, 38, 72, 102, 132, 162 kann bei einer Anwendung als Komponente eines Drehmomentsensors 34, 60 ausgebildet sein, der zwei zu einer Welle 36 koaxial angeordnete Ringe 52, 54, 80, 82 aufweist. Zur Bereitstellung der bestückten Leiterplatte 16, 38, 72, 102, 132, 162 als Komponente des Drehmomentsensors 34, 60 und somit zur Bereitstellung des Drehmomentsensors 34, 60 wird die bestückte Leiterplatte 16, 38, 72, 102, 132, 162 zwischen den beiden Ringen 52, 54, 80, 82 angeordnet. Hierbei ist vorgesehen, dass der mindestens eine elektronische Baustein 42, 76, 110, 112, 138, 140, 168 mindestens ein als magnetfeldsensitives Sensorelement 46, 172 ausgebildetes Sensorelement 46, 172 aufweist, wobei das mindestens eine Sensorelement 46, 172 zwischen den beiden Ringen 52, 54, 80, 82 angeordnet wird. Das mindestens eine Sensorelement 46, 172 kann durch mindestens eine Abschirmung 180, 182 aus Metall abgeschirmt sein, wobei das mindestens eine Sensorelement 46, 172 zwischen zwei Abschirmungen 180, 182 angeordnet sein kann. Dabei kann die mindestens eine Abschirmung 180, 182 auf einer Oberfläche der Leiterplatte 16, 38, 72, 102, 132, 162 im Bereich des Lochs 18, 40, 74, 106, 108, 134, 136, 164 angeordnet sein. Es ist auch möglich, die mindestens eine Abschirmung 180, 182 innerhalb des Gehäuses 20, 44, 172 des mindestens eines elektronischen Bausteins 42, 76, 110, 112, 138, 140, 168 anzuordnen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102005031086 A1 [0005]

Claims

Verfahren zum Bestücken einer Leiterplatte (16, 38, 72, 102, 132, 162), wobei vorgesehen ist, dass zumindest eine Oberfläche der Leiterplatte (16, 38, 72, 102, 132, 162) mindestens ein Loch (18, 40, 74, 106, 108, 134, 136, 164) aufweist, und wobei zum Bestücken der Leiterplatte (16, 38, 72, 102, 132, 162) innerhalb des mindestens einen Lochs (18, 40, 74, 106, 108, 134, 136, 164) ein elektronischer Baustein (42, 76, 110, 112, 138, 140, 168) zumindest teilweise angeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ein erstes Ende (24, 118, 120, 146, 148, 176) zumindest eines Anschlussstifts (22, 48, 86, 114, 116, 142, 144, 170) des mindestens einen elektronischen Bausteins (42, 76, 110, 112, 138, 140, 168), das an dem elektronischen Baustein (42, 76, 110, 112, 138, 140, 168) befestigt ist, innerhalb des Lochs (18, 40, 74, 106, 108, 134, 136, 164) angeordnet wird, und wobei ein zweites Ende (26, 122, 124, 150, 152, 178) des zumindest einen Anschlussstifts (22, 48, 86, 114, 116, 142, 144, 170) auf der zumindest einen Oberfläche der Leiterplatte (16, 38, 72, 102, 132, 162) befestigt wird.
Verfahren zur Bereitstellung eines Drehmomentsensors (34, 60), der eine Leiterplatte (16, 38, 72, 102, 132, 162), die durch ein Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche bestückt ist, und zwei zu einer Welle (36) koaxial angeordnete Ringe (52, 54, 80, 82) mit unterschiedlichen Radien aufweist, wobei mindestens ein Sensorelement (46, 172), das in mindestens einem elektronischen Baustein (42, 76, 110, 112, 138, 140, 168) angeordnet ist, mit dem die Leiterplatte (16, 38, 72, 102, 132, 162) bestückt ist, zwischen den zwei Ringen (52, 54, 80, 82) angeordnet wird.
Leiterplatte, die zur Implementierung einer Schaltungsanordnung (14, 32, 68, 100, 130, 160) mit mindestens einem elektronischen Baustein (42, 76, 110, 112, 138, 140, 168) bestückt ist, wobei die Leiterplatte (16, 38, 72, 102, 132, 162) an zumindest einer Oberfläche mindestens ein Loch (18, 40, 74, 106, 108, 134, 136, 164) aufweist, wobei innerhalb des mindestens einen Lochs (18, 40, 74, 106, 108, 134, 136, 164) der mindestens eine elektronische Baustein (42, 76, 110, 112, 138, 140, 168) zumindest teilweise angeordnet ist.
Leiterplatte nach Anspruch 4, bei der der mindestens eine elektronische Baustein (42, 76, 110, 112, 138, 140, 168) zumindest einen flügelförmigen Anschlussstift (22, 48, 86, 114, 116, 142, 144, 170) mit wenigstens einem Knick aufweist.
Leiterplatte nach Anspruch 4 oder 5, bei der ein erstes Ende (24, 118, 120, 146, 148, 176) des zumindest einen Anschlussstifts (22, 48, 86, 114, 116, 142, 144, 170) an einem Gehäuse (20, 44, 172) des mindestens einen elektronischen Bausteins (42, 76, 110, 112, 138, 140, 168) befestigt ist.
Leiterplatte nach einem der Ansprüche 4 bis 6, bei der das mindestens eine Loch (18, 40, 74, 106, 108, 134, 136, 164) als durchgängige Öffnung ausgebildet ist, das sich von einer Oberseite bis zu einer Unterseite der Leiterplatte (16, 38, 72, 102, 132, 162) durchgängig erstreckt.
Leiterplatte nach einem der Ansprüche 4 bis 7, bei der das mindestens eine Loch (18, 40, 74, 106, 108, 134, 136, 164) als Kavität ausgebildet ist.
Leiterplatte nach einem der Ansprüche 4 bis 8, bei der der mindestens eine elektronische Baustein (42, 76, 110, 112, 138, 140, 168) mindestens ein magnetfeldsensitives Sensorelement (46, 172) aufweist.
Leiterplatte nach einem der Ansprüche 4 bis 9, die als Komponente eines Drehmomentsensors (34, 60) ausgebildet ist.