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Die vorliegende Erfindung ist auf eine Elektrode für einen kapazitiven Sensor, insbesondere eines Türgriffs eines Kraftfahrzeugs gerichtet. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Leiterplatte mit einer Elektrode für einen kapazitiven Sensor, einen Türgriff, in dessen Inneren eine Leiterplatte mit einer Elektrode für einen kapazitiven Sensor angeordnet ist, und ein Verfahren zum Anbringen einer Elektrode für einen kapazitiven Sensor auf einer Leiterplatte.
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Kapazitive Sensoren finden im Automobilbereich beispielsweise in Türgriffen, insbesondere in außenseitigen Türgriffen, eines Kraftfahrzeugs Anwendung, um die Anwesenheit eines Zugang zu dem Kraftfahrzeug suchenden Nutzers zu erfassen. Bei Detektion der Anwesenheit des berechtigten Nutzers kann ein Signal zur Entriegelung eines verriegelten Türschlosses erzeugt werden, wodurch der Nutzer Zugang zum Inneren des Kraftfahrzeugs erhält. Überdies kann der kapazitive Sensor auch dazu verwendet werden, um durch den Nutzer beim Verlassen des Kraftfahrzeugs ein Verriegelungssignal zu generieren.
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Die Detektion der Anwesenheit eines Nutzers kann beispielsweise anhand einer Änderung der Kapazität des kapazitiven Sensors infolge einer Änderung des elektrischen Streufeldes der Elektrode erfasst werden. Hierbei verwendete Elektroden werden bisher beispielsweise mittels Durchsteckmontage an einer Leiterplatte angebracht. Dabei werden Drahtanschlüsse der Elektrode durch hierfür in der Leiterplatte vorgesehene Kontaktlöcher hindurchgesteckt und anschließend auf der Rückseite der Leiterplatte verlötet, wodurch eine elektrische sowie mechanische Verbindung zwischen Elektrode und Leiterplatte hergestellt wird. Eine derartige Befestigung der Elektrode ist jedoch aufwendig, zeit- und letztendlich auch kostenintensiv.
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Montage einer Elektrode für einen kapazitiven Sensor zu vereinfachen.
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Die Aufgabe wird durch eine Elektrode für einen kapazitiven Sensor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und insbesondere dadurch gelöst, dass die Elektrode als ein oberflächenmontierbares Bauteil ausgebildet ist.
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Der Erfindung liegt der allgemeine Gedanke zugrunde, die Montage einer Elektrode für einen kapazitiven Sensor dadurch zu vereinfachen, dass die Elektrode als ein oberflächenmontierbares Bauteil (SMD-Bauteil) ausgebildet ist, wodurch sich die Elektrode auf einfache Weise an einer vorderseitigen Oberfläche einer Leiterplatte anbringen lässt und auf eine aufwendige Steckmontage sowie ein rückseitiges Festlöten der Elektrode verzichtet werden kann.
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Die Ausbildung der Elektrode als oberflächenmontierbares Bauteil bietet zahlreiche Vorteile. So weisen zum Beispiel oberflächenmontierbare Bauteile geringere Bauteilabmessungen als durchsteckmontierbare Bauteile auf. Eine oberflächenmontierbare Elektrode lässt sich somit kompakter gestalten, wodurch der kapazitive Sensor im Ergebnis insgesamt weniger Bauraum beansprucht, was insbesondere aufgrund des geringen Platzangebots im Inneren von Türgriffen besonders vorteilhaft ist. Des Weiteren wird eine kompakte Bauweise dadurch begünstigt, dass im Gegensatz zu einer durchsteckmontierbaren Ausführung der Elektrode keine Anschlussdrähte von der Rückseite einer Leiterplatte hervorstehen.
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Durch die Verwendung von oberflächenmontierbaren Elektroden lässt sich außerdem die Bestückung einer Leiterplatte vereinfachen, was eine Automatisierung der Bestückung erleichtert, so dass sich letztendlich die Fertigungsqualität erhöhen und Fertigungskosten senken lassen.
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Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmen.
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Bevorzugt sind zur Kontaktierung der Elektrode mindestens zwei, insbesondere lötfähige, Anschlussflächen vorgesehen, welche sich vorteilhafterweise in einer gemeinsamen Ebene erstrecken. Die Anschlussflächen sind mit anderen Worten zumindest annähernd parallel zu der gemeinsamen Ebene ausgerichtet. Die gemeinsame Ebene kann beispielsweise durch eine Oberfläche einer Leiterplatte definiert sein, auf welcher die Elektrode angebracht werden soll, wobei die Anschlussflächen der Oberfläche der Leiterplatte zugewandt sind. Auf jeden Fall sind die Anschlussflächen an die Oberfläche der Leiterplatte angepasst. Dabei ist es grundsätzlich auch denkbar, dass die Anschlussflächen in unterschiedlichen Ebenen verlaufen und/oder gekrümmt sein können, um die Anschlussflächen an eine unebene, zum Beispiel gekrümmte oder gestufte, Oberfläche der Leiterplatte anzupassen.
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Auf einer Seite der Ebene kann die Elektrode eine Detektionsfläche des kapazitiven Sensors bilden, mittels welcher sich anhand einer Änderung eines von der Detektionsfläche ausgehenden Streufeldes die Anwesenheit eines Nutzers erfassen lässt. Dahingegen kann sich ein Positioniermerkmal auf der anderen Seite der Ebene von derselben weg erstrecken, wodurch sich ein durch die Detektionsfläche definierter Erfassungsbereich des Sensors korrekt und reproduzierbar ausrichten lässt.
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Eine eindeutige Positionierung der Elektrode auf der Leiterplatte lässt sich beispielsweise erreichen, indem das Positioniermerkmal durch mindestens zwei in Bezug auf ein Zentrum der Detektionsfläche nicht punktsymmetrisch zueinander angeordnete Positionierabschnitte gebildet ist.
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Alternativ oder zusätzlich kann das Positioniermerkmal auch durch mindestens zwei unterschiedlich profilierte Positionierabschnitte gebildet sein. Mit anderen Worten weisen die Positionierabschnitte unterschiedliche Querschnittsflächen auf, wie zum Beispiel unterschiedliche Breiten und/oder Dicken. Ferner ist auch denkbar, dass die Positionierabschnitte nicht nur unterschiedliche Querschnittsflächen, sondern auch eindeutig unterscheidbare Querschnittsformen aufweisen können, wie zum Beispiel unterschiedliche kreuz- oder x-förmige Querschnitte. Es versteht sich, dass in der Leiterplatte zu den Positionierabschnitten komplementäre Aussparungen oder Löcher vorgesehen sind, um eine korrekte Positionierung der Elektrode auf der Leiterplatte zu erreichen. Die Positionierabschnitte sind gewissermaßen vergleichbar zu Anschlussdrähten von durchsteckmontierbaren Bauteilen, wobei anzumerken ist, dass die Positionierabschnitte hier weder zur Befestigung noch zur Kontaktierung der Elektrode dienen, da diese Funktionen bereits von den Anschlussflächen übernommen werden. Grundsätzlich ist es jedoch nicht ausgeschlossen, auch die Positionierabschnitte zur zusätzlichen Befestigung und/oder Kontaktierung der Elektrode zu verwenden.
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Zum besseren Einführen der Positionierabschnitte in die hierfür in der Leiterplatte vorgesehenen Aussparungen bzw. Löcher können sich die Positionierabschnitte von der Ebene weg verjüngen.
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Zwischen der Detektionsfläche und einem Positionierabschnitt kann jeweils ein Zwischenabschnitt vorgesehen sein, aus welchem der Positionierabschnitt hervorgeht und welcher den Positionierabschnitt und die Detektionsfläche verbindet. Vorzugsweise ist der Positionierabschnitt auf Höhe der Ebene in Bezug auf den Zwischenabschnitt abgesetzt. Der hierdurch gebildete Absatz dient als Anschlag, an welchem die Elektrode in einem montierten Zustand an der Oberfläche der Leiterplatte anliegt, wobei die Anschlussflächen die Oberfläche der Leiterplatte dann ebenfalls berühren.
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Die Erfindung betrifft auch eine Leiterplatte, welche einen kapazitiven Sensor mit einer erfindungsgemäßen Elektrode umfasst, sowie einen Türgriff, in dessen Inneren eine derartige Leiterplatte angeordnet ist. Bei dem Türgriff kann es sich um einen außenseitigen Türgriff, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, handeln.
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Ferner ist die Erfindung auch auf ein Verfahren zum Anbringen einer Elektrode für einen kapazitiven Sensor an einer Leiterplatte gerichtet. Das Verfahren umfasst die Schritte: Bereitstellen einer Leiterplatte, Bereitstellen einer erfindungsgemäßen Elektrode, strukturiertes Aufbringen eines Fügemittels, Positionieren der Elektrode auf der Leiterplatte, Erwärmen der Elektrode und Leiterplatte, um das zwischen Elektrode und Leiterplatte vorgesehene schmelzbare Fügemittel zu schmelzen und Abkühlen des Fügemittels, um die Elektrode an der Leiterplatte zu fixieren.
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Das Fügemittel lässt sich beispielsweise unter Verwendung eines Siebdruckverfahrens strukturiert auf die Leiterplatte aufbringen. Es ist aber auch denkbar, das Fügemittel mittels photolithographischer Methoden oder anderer bekannter lithographischer Verfahren zu strukturieren. Zusätzlich oder alternativ kann auch mindestens eine der Anschlussflächen mit Fügemittel versehen sein.
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Bei dem Fügemittel kann es sich um ein leitfähiges sowie schmelzbares, insbesondere leicht schmelzbares, Material wie zum Beispiel eine Metalllegierung oder ein Lot, insbesondere Lötzinn, handeln. Überdies können auch elektrisch leitfähige Klebstoffe als Fügemittel verwendet werden.
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Die Erwärmung der Elektrode und Leiterplatte sowie Abkühlung des Fügemittels können beispielsweise durch einen sogenannten Reflow-Löt-Prozess erfolgen.
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Nachfolgend wird die Erfindung rein beispielhaft anhand einer möglichen Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Elektrode für einen kapazitiven Sensor;
- 2 eine Seitenansicht der Elektrode von 1; und
- 3 eine Längsschittansicht eines erfindungsgemäßen Türgriffs mit einer erfindungsgemäßen Leiterplatte und der Elektrode von 1.
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Die Figuren zeigen eine als ein oberflächenmontierbares Bauteil ausgebildete Elektrode 10 für einen nicht dargestellten kapazitiven Sensor, welcher im Inneren eines Türgriffs 12 (3), hier ein außenseitiger Türgriff eines Kraftfahrzeugs, angeordnet ist. Zusammen mit der Elektrode 10 dient der kapazitive Sensor zur Erfassung eines sich in einem Detektionsbereich des kapazitiven Sensors befindlichen Nutzers.
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Zur elektrischen Kontaktierung sowie mechanischen Befestigung der Elektrode 10 an einer ebenfalls im Inneren des Türgriffs 12 angeordneten Leiterplatte 18 dienen zwei, insbesondere lötfähige, Anschlussflächen 14, wobei in 1 eine der Anschlussflächen 14 aufgrund der perspektivischen Darstellung verdeckt ist. Die Anschlussflächen 14 erstrecken sich in einer gemeinsamen Ebene E (2 und 3), welche, wie anhand von 3 zu erkennen ist, durch eine Oberfläche 16 der Leiterplatte 18 definiert ist. Es versteht sich, dass die Elektrode 10 auch mehr als zwei Anschlussflächen 14 aufweisen kann.
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Auf einer der Leiterplatte 18 abgewandten Seite der Ebene E bildet die Elektrode 10 eine Detektionsfläche 20 des kapazitiven Sensors, mit Hilfe welcher sich ein elektrisches Streufeld erzeugen lässt, so dass der kapazitive Sensor anhand einer Änderung einer Kapazität infolge einer Änderung des Streufeldes eine Anwesenheit eines im Detektionsbereich befindlichen Nutzers erfassen kann.
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Für eine korrekte Positionierung der Elektrode 10 auf der Leiterplatte 18 weist die Elektrode 10 auf einer der Detektionsfläche 20 abgewandten Seite der Ebene E ein sich von dieser weg erstreckendes Positioniermerkmal 22 auf. Das Positioniermerkmal 22 ist hier in Form von zwei unterschiedlich profilierten, d.h. hier unterschiedlich breiten, Positionierabschnitten 24 gebildet (1), welche in einem zusammengefügten Zustand von Elektrode 10 und Leiterplatte 18 (3) in hier nicht genauer dargestellten komplementären Aussparungen bzw. Löchern der Leiterplatte 18 aufgenommen sind. Zum leichteren Einführen der Positionierabschnitte 24 in die Aussparungen bzw. Löcher der Leiterplatte 18 verjüngen sich die Positionierabschnitte 24 von der Ebene E weg.
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Es versteht sich, dass das Positioniermerkmal 22 auch mehr als zwei Positionierabschnitte 24 umfassen kann. Weisen dabei mindestens zwei Positionierabschnitte 24 unterschiedliche Breiten und/oder Querschnittsformen auf, wie zum Beispiel kreuz- oder x-förmige oder beliebig andersartig geformte Querschnitte, so ist eine eindeutige Positionierung der Elektrode 10 auf der Leiterplatte 18 auch bei punktsymmetrischer Anordnung der Positionierabschnitte 24 in Bezug auf ein Zentrum Z der Detektionsfläche 20 möglich.
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Alternativ können die Positionierabschnitte 24 in Bezug auf das Zentrum Z der Detektionsfläche 20 auch nicht punktsymmetrisch angeordnet sein, um die Elektrode 10 eindeutig auf der Leiterplatte 18 zu positionieren. Es versteht sich, dass dann alle Positionierabschnitte 24 gleich ausgebildet sein können.
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Die Positionierabschnitte 24 gehen jeweils aus einem Zwischenabschnitt 26 hervor, welcher den entsprechenden Positionierabschnitt 24 mit der Detektionsfläche 20 verbindet. Wie anhand von 1 und 2 zu erkennen ist, sind die Positionierabschnitte 24 bezüglich ihrer Zwischenabschnitte 26 beidseitig auf Höhe der Ebene E abgesetzt, so dass hierdurch Absätze 28 gebildet sind. Es versteht sich, dass die Positionierabschnitte 24 nicht nur beidseitig sondern auch lediglich einseitig in Bezug auf deren Zwischenabschnitte 26 abgesetzt sein können.
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Die beiden Zwischenabschnitte 26 sind unterschiedlich hoch, wodurch sich die Detektionsfläche 20 schräg zu der Ebene E bzw. Oberfläche 16 der Leiterplatte 18 erstreckt und die Elektrode 10 besser an die Kontur des Griffs 12 angepasst ist. Grundsätzlich können die Zwischenabschnitte 26 je nach Anwendung aber auch gleich hoch sein.
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Sowohl die Anschlussflächen 14 als auch die Absätze 28 sind fluchtend zu der Ebene E ausgerichtet, so dass die Anschlussflächen 14 und die Absätze 28 in einem zusammengefügten Zustand von Elektrode 10 und Leiterplatte 18 mit der Oberfläche 16 der Leiterplatte in Kontakt stehen.
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Zum Anbringen der Elektrode 10 an der Leiterplatte 18 wird ein Fügemittel, wie zum Beispiel eine schmelzbare Metalllegierung, auf die Leiterplatte 18 und/oder die Anschlussflächen 14 aufgebracht. Nach dem Aufbringen des Fügemittels wird die Elektrode 10, insbesondere mit Hilfe des Positioniermerkmals 22, auf der Leiterplatte 18 positioniert. Unter Verwendung von beispielsweise einem Reflow-Löt-Prozess werden die Elektrode 10 und Leiterplatte 18 dann erwärmt, um das zwischen Elektrode 10 und Leiterplatte 18 vorgesehene schmelzbare Fügemittel zu schmelzen. Abschließend wird das geschmolzene Fügemittel abgekühlt, um letzendlich die Elektrode 10 an der Leiterplatte 18 elektrisch zu kontaktieren und mechanisch zu fixieren.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Elektrode
- 12
- Türgriff
- 14
- Anschlussfläche
- 16
- Oberfläche
- 18
- Leiterplatte
- 20
- Detektionsfläche
- 22
- Positioniermerkmal
- 24
- Positionierabschnitt
- 26
- Zwischenabschnitt
- 28
- Absatz
- Z
- Zentrum
- E
- Ebene
