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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einem elektrischen Kontaktierverfahren nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs 1 und von einer korrespondierenden Drucksensoreinheit nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs 6.
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Aus dem Stand der Technik sind Drucksensoreinheiten mit einer Messzelle, welche eine Messmembran umfasst, und einer Leiterplatte bekannt, welche aus bauraumbedingten Gründen senkrecht zur Messmembran der Messzelle angeordnet ist. Um die Messzelle elektrisch zu betreiben und das Drucksensorsignal mechanisch entkoppelt von der Messzelle zu einer Auswerteschaltung weiterzuleiten, werden vorzugsweise Bondverbindungen von mindestens einer ersten Bondfläche der Messzelle zu mindestens einer zweiten Bondfläche auf einem Profilteil verwendet. Um diese Bondverbindungen herzustellen, werden die ersten Bondflächen der Messzelle und die korrespondierenden zweiten Bondflächen des Profilteils in einer gemeinsamen Ebene so ausgerichtet, dass sie für ein Bondwerkzeug zugänglich sind. Um die Bondverbindungen in geeigneter Qualität herzustellen, entsprechen die Positionierung und die Haltebedingungen der zu verbindenden Komponenten den Anforderungen des Bondprozesses. Die weitere elektrische Anbindung bis zur Auswerteschaltung auf der Leiterplatte erfolgt beispielsweise über das mittels Leit- und Halteklebstoff an die senkrecht zur Messmembran stehende Leiterplatte angebundene Profilteil. Direkte Bondverbindungen zwischen der Messzelle und der senkrecht zur Messmembran stehenden Leiterplatte sind aufgrund der fehlenden Zugänglichkeit des Bondwerkzeugs nicht oder nur mit erhöhtem Aufwand möglich.
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Aus der
WO 2009/007286 A2 ist beispielsweise eine Anschlusseinheit für eine Druckmesszelle mit einer Messmembran bekannt. Die bekannte Anschlusseinheit umfasst eine Schutzhülse, in welcher mindestens eine Messzelle, welche insbesondere einen Druck eines Hydraulikblocks erfasst, und ein Schaltungsträger mit einer senkrecht zur Messmembran gestellten Leiterplatte angeordnet sind, welche eine elektronische Schaltung mit mindestens einem elektronischen und/oder elektrischen Bauteil umfasst. Der Schaltungsträger weist einen unteren zylindrischen Bereich und einen oberen zylindrischen Bereich auf, welche über einen rechteckförmigen mittleren Abschnitt miteinander verbunden sind, wobei die senkrecht gestellte Leiterplatte parallel zum rechteckförmigen mittleren Abschnitt zwischen den beiden zylindrischen Abschnitten des Schaltungsträgers angeordnet ist. Die Druckmesszelle weist zumindest einen Anschlusspunkt auf, über den zumindest ein elektrisches Ausgangssignal der Druckmesszelle abgreifbar ist. Der Schaltungsträger weist eine interne Schnittstelle, welche das mindestens eine elektrische Ausgangssignal der Druckmesszelle abgreift und an die elektronische Schaltung anlegt, und eine externe Schnittstelle auf, über welche ein Ausgangssignal der elektronischen Schaltung abgreifbar ist. Hierbei ist die interne Schnittstelle an einem ersten Ende der Schutzhülse ausgebildet, und die externe Schnittstelle ist an einem zweiten Ende der Schutzhülse ausgebildet. Des Weiteren weist der Schaltungsträger zur Kontaktierung des Anschlusspunkts mit der elektronischen Schaltung zumindest eine außenliegende Leiterbahn auf. Zudem ist zumindest ein Kontaktmittel vorgesehen, über welches ein Ausgangssignal der elektronischen Schaltung abgreifbar ist, wobei die elektronische Schaltung über zumindest eine außen liegende Leiterbahn des Schaltungsträgers mit dem Kontaktmittel verbunden ist. Die Kontaktierung zwischen der Druckmesszelle und dem Schaltungsträger bzw. dem Schaltungsträger und der Leiterplatte bzw. den elektronischen Bauelementen erfolgt über entsprechende Leitkleberverbindungen. Zur Herstellung dieser Leitkleberverbindungen weist der Schaltungsträger Leitklebedome und die Druckmesszelle bzw. die Leiterplatte bzw. die elektronischen Bauelementen entsprechende Leitkleberflächen auf. Der Schaltungsträger besteht vorzugsweise zumindest aus einem Kunststoff-Vorspritzling aus galvanisierbarem Kunststoff und einem zweiten, nicht galvanisierbaren Kunststoff, wobei die Leiterbahnen und die Leitkleberdome in einem galvanischen Prozess als metallische Oberflächenbeschichtung auf dem galvanisierten Kunststoff erzeugt werden. Zur lösbaren Direktkontaktierung der Anschlusseinheit mit einem Anbausteuergerät sind die entsprechenden Kontaktmittel vorzugsweise als Kontaktniete ausgeführt, welche mittels Leitkleber in vorgesehene mit den Leiterbahnen verbundene Öffnungen eingeklebt werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße elektrische Kontaktierverfahren gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 und die korrespondierende Drucksensoreinheit gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 6 haben demgegenüber den Vorteil, dass die beteiligten Kontaktpartner, zwischen welchen die mindestens eine Bondverbindung hergestellt werden soll, in der Verbindungsposition „bondfreundlich“ zueinander angeordnet sind, so dass ein qualitativ hochwertiges Bondergebnis erzielt werden kann. Erst nach der Herstellung der mindestens einen Bondverbindung zwischen den beiden Kontaktpartnern wird mindestens einer der Kontaktpartner unter Beibehaltung der über die mindestens eine Bondverbindung erzielte mechanische Entkopplung der Kontaktpartner, in eine vorgegebene räumliche Zielposition bewegt. Das bedeutet, dass entweder einer der Kontaktpartner von der Verbindungsposition in die vorgegebene Zielposition bewegt wird, oder dass beide Kontaktpartner von der Verbindungsposition in die jeweils vorgegebene Zielposition bewegt werden. Durch die Bondtechnik werden die ersten Bondflächen des ersten Kontaktpartners nahezu kraftfrei mit den zweiten Bondflächen des zweiten Kontaktpartners elektrisch verbunden.
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Die geometrische Ausführung des Bonddrahtes ist in vorteilhafter Weise auf die weitere Positionierung der beiden Kontaktpartner zueinander ausgelegt, so dass die beteiligten, elektrisch verbundenen Kontaktpartner dreidimensional im Raum bewegt und in der jeweiligen gewünschten Zielposition geeignet fixiert werden können. Diese während des Bondprozesses zueinander nicht mögliche räumliche Anordnung der verbundenen Kontaktpartner ist in vorteilhafter Weise möglich, ohne dass die mechanische Entkoppelung der Kontaktpartner durch den Bonddraht beeinträchtigt wird. Dadurch können die Positionen der Kontaktpartner optimal an den vorhandenen Bauraum angepasst werden.
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Bei den bekannten Drucksensoreinheiten entspricht die räumliche Anordnung der Kontaktpartner zueinander in der Verbindungsposition auch der räumlichen Zielposition der Kontaktpartner. Bei der erfindungsgemäßen Drucksensoreinheit erfolgt die räumliche Zielanordnung der beteiligten Kontaktpartner nach dem Bondprozess durch geeignetes Drehen und/oder Schwenken der beteiligten Kontaktpartner in die räumliche Zielposition. Die Umsetzung der Bewegung kann beispielsweise über ein Flex-Leiterplattenelement oder eine mechanische Fixiergeometrie an den beteiligten Kontaktpartners erfolgen. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ermöglichen in vorteilhafter Weise die Reduktion von Bauteilen bzw. Prozessen. Bei den bekannten Drucksensoreinheiten ist ein Profilteil mit zugehörigen AVT-Prozessen (AVT: Aufbau-Verbindungs-Techniken) erforderlich, um die Messzelle mechanisch entkoppelt bzw. kraftfrei mit einer senkrecht zur Messmembran angeordneten Leiterplatte elektrisch zu verbinden. So wird die Messzelle über das Profilteil indirekt mit der Leiterplatte verbunden, wobei die mechanische Entkopplung durch die Bondverbindungen zwischen der Messzelle und dem Profilteil erfolgt. Bei der erfindungsgemäßen Drucksensoreinheit ist die Messzelle mechanisch entkoppelt direkt über die Bondverbindungen mit der Leiterplatte elektrisch verbunden, so dass auf das Profilteil und die zusätzlichen AVT-Prozesse in vorteilhafter Weise verzichtet werden kann.
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Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Drucksensoreinheit ermöglichen eine Bauraumoptimierung, da die Leiterplatte nach dem Bondprozess beliebig positioniert werden kann. Zudem reduzieren Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Drucksensoreinheit in vorteilhafte Weise die Anzahl der Kontaktübergänge zwischen Messzelle und Leiterplatte und erhöht dadurch die Zuverlässigkeit der Drucksensoreinheit, da jeder Kontaktübergang versagen kann.
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen ein Verfahren zum elektrischen Kontaktieren eines ersten Kontaktpartners und eines zweiten Kontaktpartners zur Verfügung. Hierbei umfasst der erste Kontaktpartner mindestens eine erste Bondfläche und der zweite Kontaktpartner umfasst mindestens eine zweite Bondfläche. Die beiden Kontaktpartner werden in eine vorgegebene Verbindungsposition zueinander angeordnet und in dieser Verbindungsposition gehalten. Anschließend werden die mindestens zwei Bondflächen zum Herstellen mindestens einer korrespondieren Bondverbindung jeweils über einen Bonddraht miteinander verbunden. Erfindungsgemäß wird mindestens einer der beiden Kontaktpartner nach dem Herstellen der mindestens einen Bondverbindung unter Beibehaltung der über die mindestens eine Bondverbindung erzielte mechanische Entkopplung der Kontaktpartner aus der Verbindungsposition in eine vorgegebene räumliche Zielposition bewegt und dort fixiert.
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Des weiteren stellen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine Drucksensoreinheit zur Verfügung, welche eine Messzelle, welche über eine Messmembran einen Druck erfasst, und eine Leiterplatte umfasst, auf welcher eine elektronische Schaltung mit mindestens einem elektronischen und/oder elektrischen Bauteil angeordnet ist. Die Messzelle weist mindestens eine erste Kontaktstelle auf, über welche mindestens ein elektrisches Ausgangssignal der Messzelle abgreifbar ist. Die Leiterplatte weist mindestens eine zweite Kontaktstelle auf, welche über eine korrespondierende elektrische Verbindung das mindestens eine elektrische Ausgangssignal der Messzelle abgreift und an die elektronische Schaltung anlegt. Erfindungsgemäß ist die elektrische Verbindung zwischen der Messzelle als erstem Kontaktpartner und der Leiterplatte als zweitem Kontaktpartner durch das erfindungsgemäße Kontaktierverfahren hergestellt, so dass in der Zielposition der beiden Kontaktpartner die mindestens eine erste Kontaktstelle als erste Bondfläche im Wesentlichen mechanisch entkoppelt über einen korrespondierenden Bonddraht direkt mit der mindestens einen zweiten Kontaktstelle als zweite Bondfläche elektrisch verbunden ist.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen des im unabhängigen Patentanspruch 1 angegebenen Verfahrens zum elektrischen Kontaktieren und der im unabhängigen Patentanspruch 6 angegebenen Drucksensoreinheit möglich.
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Besonders vorteilhaft ist, dass die beiden Kontaktpartner in der vorgegebenen Verbindungsposition so zueinander angeordnet werden können, dass die mindestens eine erste Bondfläche und die mindestens eine zweite Bondfläche für ein Bondwerkzeug zugänglich sind. Zudem können die beiden Kontaktpartner in der vorgegebenen Verbindungsposition so zueinander angeordnet werden, dass die mindestens eine erste Bondfläche und die mindestens eine zweite Bondfläche im Wesentlichen in einer gemeinsamen Ebene liegen. Die Anordnung der beiden Kontaktpartner zueinander in der vorgegebenen Verbindungposition kann in vorteilhafter Weise dahingehend optimiert werden, dass die Bondverbindungen in optimaler Qualität hergestellt werden können.
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In vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der mindestens eine der beiden Kontaktpartner beispielsweise durch Drehen und/oder Schwenken in die räumliche Zielposition gebracht werden.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahren kann eine zur räumlichen Zielpositionierung des mindestens einen der beiden Kontaktpartner erforderliche Verbindungsgeometrie vorab bestimmt und als zusätzliche Länge des mindestens einen Bonddrahts vorgehalten werden.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Drucksensoreinheit kann die Leiterplatte in der Zielposition der beiden Kontaktpartner senkrecht zur Messmembran der Messzelle angeordnet werden. Dadurch kann die Drucksensoreinheit optimal an den vorhandenen Bauraum angepasst werden.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Drucksensoreinheit kann die Leiterplatte über ein Flex-Leiterplattenelement und/oder eine mechanische Fixiergeometrie beweglich mit einem Trägerelement gekoppelt werden. Dadurch kann in vorteilhafter Weise eine einfache und kostengünstige Beweglichkeit der Leiterplatte umgesetzt werden. Die Fixiergeometrie und/oder das Flex-Leiterplattenelement bilden an der Leiterplatte beispielsweise eine Aussparung aus, welche an zwei gegenüberliegenden Seiten jeweils von einem Führungsschenkel begrenzt ist. Zudem kann die Aussparung an der Leiterplatte und eine Innenkontur des Trägerelements an eine Außenkontur der Messzelle angepasst werden, so dass die Messzelle in der Verbindungsposition der beiden Kontaktpartner spielbeweglich umschlossen ist. Dadurch kann bei der Positionierung des mindestens einen Kontaktpartners in vorteilhafter Weise keine Kraft von der Leiterplatte auf die Messzelle wirken.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen Komponenten bzw. Elemente, die gleiche bzw. analoge Funktionen ausführen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt eine schematische Draufsicht einer Kontaktanordnung in einer Drucksensoreinheit mit zwei Kontaktpartnern, welche in einer Verbindungsposition angeordnet sind.
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2 zeigt eine schematische Seitenansicht der Kontaktanordnung mit zwei Kontaktpartnern aus 1.
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3 zeigt eine schematische Seitenansicht der Kontaktanordnung mit zwei Kontaktpartnern aus 1 und 2, welche in einer Zielposition angeordnet sind.
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4 zeigt eine schematische Vorderansicht der Kontaktanordnung mit zwei Kontaktpartnern aus 3.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Wie aus 1 bis 4 ersichtlich ist, umfasst das dargestellte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Drucksensoreinheit 1 eine Messzelle 10, welche über eine Messmembran 12 einen Druck erfasst, und eine Leiterplatte 20, auf welcher eine nicht näher dargestellte elektronische Schaltung mit mindestens einem elektronischen und/oder elektrischen Bauteil angeordnet ist, welche beispielsweise eine Signalverstärkung und/oder ein Verarbeitung eines Rohsignals der Messzelle 10 durchführt. Die Messzelle 10 wandelt den erfassten hydraulischen Druck in mindestens ein elektrisches Ausgangssignal um und weist mindestens eine erste Kontaktstelle 14 auf, über welche das mindestens eine elektrische Ausgangssignal der Messzelle 10 abgreifbar ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die elektronische Schaltung eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) und eine korrespondierende Schutzbeschaltung. Die Messzelle 10 weist im dargestellten Ausführungsbeispiel vier erste Kontaktstellen 14 auf, über welche mindestens ein elektrisches Ausgangssignal der Messzelle 10 abgegriffen und entsprechende Versorgungssignale für die Messzelle angelegt werden können. Entsprechend weist die Leiterplatte 22 vier zweite Kontaktstellen 24 auf, welche über korrespondierende elektrische Verbindungen 9 das mindestens eine elektrische Ausgangssignal der Messzelle 10 abgreifen und an die elektronische Schaltung anlegen sowie entsprechende Versorgungssignale an die Messzelle 10 anlegen.
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Die direkte elektrische Verbindung zwischen der Messzelle 10 als einem ersten Kontaktpartner 3 und der Leiterplatte 20 als einem zweiten Kontaktpartner 5 wird über ein erfindungsgemäßes Verfahren zum elektrischen Kontaktieren eines ersten Kontaktpartners 3 und eines zweiten Kontaktpartners 5 verwendet. Der erste Kontaktpartner 3 umfasst mindestens eine erste Bondfläche 14, und der zweite Kontaktpartner 5 umfasst mindestens eine zweite Bondfläche 24. Wie aus 1 und 2 ersichtlich ist, werden die beiden Kontaktpartner 3, 5 in eine dargestellte vorgegebene Verbindungsposition zueinander angeordnet und in dieser Verbindungsposition gehalten. Anschließend werden die beiden Kontaktpartner 3, 5 zum Herstellen einer korrespondieren Bondverbindung 9 über einen Bonddraht 7 miteinander verbunden. Erfindungsgemäß wird mindestens einer der beiden Kontaktpartner 3, 5 nach dem Herstellen der mindestens einen Bondverbindung 9 unter Beibehaltung der über die mindestens eine Bondverbindung 9 erzielte mechanischen Entkopplung der Kontaktpartner 3, 5 aus der Verbindungsposition in eine vorgegebene räumliche Zielposition bewegt und dort fixiert wird.
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Wie aus 1 und 2 weiter ersichtlich ist, sind die beiden Kontaktpartner 3, 5, hier die Messzelle 10 und die Leiterplatte 20 in der vorgegebenen Verbindungsposition so zueinander angeordnet, dass die ersten Bondflächen 14 und die zweiten Bondfläche 24 für ein Bondwerkzeug zugänglich sind. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die beiden Kontaktpartner 3, 5 in der vorgegebenen Verbindungsposition so zueinander angeordnet, dass die ersten Bondfläche 14 und die zweiten Bondflächen 24 im Wesentlichen in einer gemeinsamen Ebene liegen.
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Wie aus 2 weiter ersichtlich ist, wird die Leiterplatte 20 als zweiter Kontaktpartner 5 im dargestellten Ausführungsbeispiel entlang der als Pfeil B dargestellten Bewegungsrichtung in die in 3 und 4 dargestellte Zielposition bewegt, während die Messzelle 10 als erster Kontaktpartner in der Verbindungsstellung verbleibt.
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Wie aus 3 und 4 weiter ersichtlich ist, ist die Leiterplatte 20 in der Zielposition der beiden Kontaktpartner 3, 5 senkrecht zur Messmembran 12 der Messzelle 10 angeordnet, wobei in der Zielposition die beiden Kontaktpartner 3, 5 mechanisch entkoppelt sind.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird ein Grundkörper 22 der Leiterplatte 20 durch eine Schwenkbewegung in die räumliche Zielposition gebracht. Die erforderliche Verbindungsgeometrie zur räumlichen Zielpositionierung der Leiterplatte wird vorab bestimmt und als zusätzliche Länge des mindestens einen Bonddrahts 7 vorgehalten, so dass die ersten Kontaktstellen als erste Bondflächen 14 auch in der Zielposition über die korrespondierenden Bonddrähte 7 mit den zweiten Kontaktstellen als zweite Bondflächen 24 elektrisch verbunden und mechanisch entkoppelt sind.
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Wie aus 1 bis 4 weiter ersichtlich ist, ist die Leiterplatte 22 über ein Flex-Leiterplattenelement 26 und/oder eine mechanische Fixiergeometrie 28 mit einem Trägerelement 30 beweglich gekoppelt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel bilden die Fixiergeometrie 28 und/oder das Flex-Leiterplattenelement 26 an der Leiterplatte 22 eine Aussparung 28.2 aus, welche an zwei gegenüberliegenden Seiten jeweils von einem Führungsschenkel 28.1 begrenzt ist. Die Aussparung 28.2 an der Leiterplatte 22 und eine Innenkontur 32 des Trägerelements 30 sind an eine Außenkontur 16 der Messzelle 10 angepasst, so dass die Messzelle 10 in der Verbindungsposition der beiden Kontaktpartner 3, 5 spielbeweglich umschlossen ist. Dadurch kann die Leiterplatte 20 ohne Belastung der Messzelle 10 von der Verbindungsposition in die Zielposition bewegt werden.
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Das beschriebene erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zur elektrischen Kontaktierung einer Messzelle mit einer Leiterplatte in einer Drucksensoreinheit und die beschriebene erfindungsgemäße Drucksensoreinheit eignet sich insbesondere für den Einsatz in einem hydraulischen Bremssystem von Kraftfahrzeugen, ist jedoch hierauf nicht eingeschränkt. So kann das erfindungsmäße elektrische Kontaktierverfahren beispielsweise auch für optische und/oder akustische Messzellen eingesetzt werden. Insbesondere bei Bremssystemen der Premiumklasse kommt eine Vielzahl von Drucksensoren bei nur begrenztem Bauraum zum Einsatz. Eine bauraumminimierte Drucksensoreinheit eignet sich daher gerade für diese Anwendung.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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