DE102021201008A1

DE102021201008A1 - Leiterplattenanordnung

Info

Publication number: DE102021201008A1
Application number: DE102021201008.3A
Authority: DE
Inventors: Alfons Neuner
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2021-02-04
Filing date: 2021-02-04
Publication date: 2022-08-04
Also published as: US11835599B2; US20220244326A1

Abstract

Leiterplattenanordnung mit einer Leiterplatte, die zumindest ein elektrisches Bauelement aufweist, einem Magnetfeldsensor zum Messen eines magnetischen Feldes, wobei aufgrund des magnetischen Feldes eine Stromstärke eines in dem Bauelement geführten Stroms ermittelt wird, sowie mit einem magnetischen Leiter, welches von dem Magnetfeldsensor gemessen wird.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leiterplattenanordnung.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Demgemäß ist vorgesehen:

- Eine Leiterplattenanordnung mit einer Leiterplatte, die zumindest ein elektrisches Bauelement aufweist, einem Magnetfeldsensor zum Messen eines magnetischen Feldes, wobei aufgrund des magnetischen Feldes eine Stromstärke eines in dem Bauelement geführten Stroms ermittelt wird, sowie mit einem magnetischen Leiter für ein Magnetfeld, welches von dem Magnetfeldsensor gemessen wird.

Ein Elektroblechpaket umfasst mehrere gestapelte Bleche aus einem magnetischen Material.
Eine Leiterplatte, auch Leiterkarte, Platine oder gedruckte Schaltung, printed circuit board oder PCB genannt, ist ein Träger für elektronische Bauteile. Eine Leiterplatte dient der mechanischen Befestigung der Bauteile und derer elektrischer Verbindung.
Ein Sensor, auch als Detektor, (Messgrößen- oder Mess-)Aufnehmer oder (Mess-)Fühler bezeichnet, ist ein technisches Bauteil, das bestimmte physikalische, chemische Eigenschaften oder Zustände, z. B. Temperatur, Feuchtigkeit, Druck, Geschwindigkeit, Helligkeit, Beschleunigung, pH-Wert, Ionenstärke, elektrochemisches Potential und/oder die stoffliche Beschaffenheit seiner Umgebung qualitativ oder als Messgröße quantitativ erfassen kann. Diese Größen werden mittels physikalischer oder chemischer Effekte erfasst und als Sensordaten in ein weiterverarbeitbares elektrisches Signal umgeformt.
Ein Magnetfeldsensor ist eine sensorische Einrichtung zur Messung magnetischer Flussdichten. Ein Hall-Sensor ist ein Magnetfeldsensor, der ein Magnetfeld aufgrund des Hall-Effektes misst.
Eine Nut ist eine längliche Vertiefung.
Ein elektronisches Bauelement ist eine Komponente, die Ladungsträger führen kann. Beispielsweise sind Leiterbahnen, Schalter, Kondensatoren und dergleichen elektronische Bauelemente.
Magnetisch gut leitende Verbindungselemente sind das Analogon zur metallischen Verbindungsleitung im elektrischen Stromkreis. Magnetische Leiter sind dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis aus der magnetischen Spannung und dem magnetischen Fluss im magnetischen Leitermaterial nahezu gleich Null ist
Ein Beispiel für einen magnetischen Leiter ist der Magnetkern bei einem Transformator oder einer Spule. Die entscheidende Bedingung für magnetisch leitfähige Materialien ist ein hoher Wert der relativen Permeabilitätszahl.
Eine elektrische Leitung dient der Übertragung elektrischer Energie bzw. Signale. Eine elektrische Leitung kann als Kabel oder auf/in einer Leiterplatte ausgebildet sein und eine oder mehrere Adern aufweisen. Von dem Begriff Leitung sind sowohl differentielle Leitungen mit zumindest zwei Adern als auch „single-ended“-Leitungen zur asymmetrischen Signalübertragung umfasst. Der Begriff Ader umfasst sowohl Leiter eines Kabels als auch Leiter einer Leitung auf einer Leiterplatte.
Die grundliegende Idee der Erfindung ist es, eine Stromstärke eines in einem Bauelement einer Leiterplatte geführten Stroms über ein magnetisches Feld mittels eines Magnetfeldsensors zu messen. Zudem sieht die Erfindung vor, das magnetische Feld mittels eines magnetischen Leiters zum Sensor zu leiten.
Somit ist es möglich einen Magnetfeldsensor zum Messen eines magnetischen Feldes in einem Bauelement zu dem Bauelement beabstandet anzuordnen. Somit lässt sich verhindern, dass der Sensor von dem Bauelement gestört wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der magnetische Leiter als Elektroblechpaket, welches den Magnetfeldsensor umgibt, ausgebildet. Elektroblechpakete bündeln magnetische Felder. Somit lässt sich ein magnetisches Feld durch ein Elektroblechpaket verlagern.
Durch die Bündelung des magnetischen Feldes werden auch schwache magnetische Felder messbar.
Alternativ ist es denkbar, als magnetischen Leiter einen weichmagnetischen Block aus Ferrit oder einem anderen weichmagnetischem Material oder auch einen Kunststoffblock, in welchem weichmagnetisches Material integriert ist, zu verwenden.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist das Elektroblechpaket eine Aufnahme, in der der Magnetfeldsensor aufgenommen ist, auf. Dementsprechend kann die Aufnahme an einer günstigen Stelle in dem Elektroblechpaket positioniert sein, wenn die Lage des zu messenden magnetischen Feldes und des Elektroblechpakets bekannt ist. Typischerweise ist die Aufnahme an einer Stelle, an der das magnetische Feld stark gebündelt ist.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der Magnetfeldsensor an dem Elektroblechpaket mittels plastisch verformbaren Fixiermitteln fixiert. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Fixiermittel den Magnetfeldsensor mittig in der Ausnehmung positionieren. Somit können die Fixiermittel eingerichtet sein, Vibrationen zu absorbieren.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der Magnetfeldsensor mittels eines elektrischen Leiters elektrisch mit der Leiterplatte verbunden, und der magnetische Leiter weist ein Isoliermittel auf, um den elektrischen Leiter elektrisch von dem magnetischen Leiter zu isolieren. Somit lässt sich eine elektrische Verbindung zwischen dem Sensor und der Leiterplatte, welche vor Kurzschlüssen geschützt ist, bereitstellen.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der Magnetfeldsensor in einer Ausnehmung, insbesondere einer Bohrung der Leiterplatte angeordnet. Somit lässt sich der Sensor nahe dem elektronischen Bauelement anordnen. Zudem lässt sich so auch der erforderliche Bauraum einer Leiterplattenanordnung reduzieren.
Dabei ist es auch zweckmäßig, wenn das Elektroblechpaket eine Nut aufweist, über die das Elektroblechpaket gegenüber der Leiterplatte abgestützt ist. Somit ist eine einfache (Vor-)Montage einer Leiterplattenanordnung gewährleistet.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der Magnetfeldsensor auf der Leiterplatte angeordnet. Dies erhöht den Gestaltungsfreiraum einer Leiterplattenanordnung, da der Sensor direkt auf der Leiterplatte montiert werden kann.
Figurenliste
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:

1 eine schematische Schnittsicht einer Ausführungsform der Erfindung;
2 eine schematische Schnittsicht einer Ausführungsform der Erfindung.

Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.
In den Figuren der Zeichnungen sind gleiche, funktionsgleiche und gleichwirkende Elemente, Merkmale und Komponenten - sofern nicht anders ausgeführt ist - jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
1 zeigt eine Prinzipskizze einer Schnittsicht einer Leiterplattenanordnung 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Leiterplattenanordnung 10 umfasst im Wesentlichen eine Leiterplatte 14, einen Magnetfeldsensor 16 zum Messen eines magnetischen Feldes sowie einen magnetischen Leiter 12.
Der magnetische Leiter 12 ist in 1 als Elektroblechpaket ausgebildet und der Magnetfeldsensor 16 ist als Hall-Sensor ausgebildet.
Auf der Leiterplatte ist ein bestrombares elektronisches Bauelement (nicht dargestellt) montiert, welches ein magnetisches Feld erzeugt. Der Magnetfeldsensor 16 ist eingerichtet, die Stärke des magnetischen Feldes zu messen. Um zu verhindern, dass das Magnetfeld aufgrund eines Abstands zwischen dem Magnetfeldsensor 16 und dem das Magnetfeld erzeugende elektronische Bauelement an der Stelle des Magnetfeldsensors abgeschwächt ist, ist der Magnetfeldsensor 16 von dem Elektroblechpaket umgeben. Das Elektroblechpaket bündelt das von dem Magnetfeldsensor 16 zu messende Magnetfeld an der Position des Hall-Sensors.
Um Messergebnisse des Hall-Sensors auf die Leiterplatte 14 zu übertragen, sind die Leiterplatte 14 und der Hall-Sensor mit einem elektrischen Leiter 26, der auf der Leiterplatte 14 mit einer Leiterbahn (nicht dargestellt) kontaktiert ist, verbunden. Der elektrische Leiter ist in dem Elektroblechpaket mittels eines Isoliermittels 22 elektrisch isoliert. Das Isoliermittel 22 kann beispielsweise als Folie oder Lackierung ausgebildet sein.
Das Elektroblechpaket setzt sich aus einer Oberseite und einer Unterseite zusammen, die miteinander verbunden sind. Das Elektroblechpaket bildet zwischen der Oberseite und der Unterseite eine Nut 20, an welcher das Elektroblechpaket in einer Ausnehmung 18 bzw. Bohrung der Leiterplatte 14 gehalten bzw. abgestützt ist.
In einem mittigen Bereich des Elektroblechpakets bilden dessen Oberseite und Unterseite zudem eine Aufnahme 28, in welcher der Magnetfeldsensor 16 positioniert ist. Der Magnetfeldsensor 16 ist in der Aufnahme von Fixiermitteln 24 gehalten. Die Fixiermittel sind ein plastisch verformbares weiches Material.
Von diesem Material befinden sich konvexe Materialansammlungen ohne bestimmte Form oberhalb und unterhalb des Sensors. Somit wird der Magnetfeldsensor 16 mittig in der Aufnahme 28 gehalten und von dem Elektroblechpaket übertragene Vibrationen werden gedämpft.
2 zeigt eine Prinzipskizze einer Schnittsicht einer Leiterplattenanordnung 10 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Im Gegensatz zu der Leiterplattenanordnung 10 gemäß 1 ist der Magnetfeldsensor 16 auf der Leiterplatte 14 montiert.
Das Elektroblechpaket umfasst ähnlich zu 1 eine Oberseite und eine Unterseite, die jeweils an der Leiterplatte 14 befestigt sind.
Bezugszeichenliste

10: Leiterplattenanordnung
12: magnetischer Leiter
14: Leiterplatte
16: Magnetfeldsensor
18: Ausnehmung
20: Nut
22: Isoliermittel
24: Fixiermittel
26: elektrischer Leiter
28: Aufnahme

Claims

Leiterplattenanordnung (10) mit einer Leiterplatte (14), die zumindest ein elektrisches Bauelement aufweist, einem Magnetfeldsensor (16), insbesondere einem Hall-Sensor, zum Messen eines magnetischen Feldes, wobei aufgrund des magnetischen Feldes eine Stromstärke eines in dem Bauelement geführten Stroms ermittelt wird, sowie mit einem magnetischen Leiter (12) für ein Magnetfeld, welches von dem Magnetfeldsensor (16) gemessen wird.
Leiterplattenanordnung nach Anspruch 1, wobei der magnetische Leiter (12) als Elektroblechpaket, welches den Magnetfeldsensor (16) umgibt, ausgebildet ist.
Leiterplattenanordnung nach Anspruch 2, wobei das Elektroblechpaket eine Aufnahme (28), in der der Magnetfeldsensor (16) aufgenommen ist, aufweist.
Leiterplattenanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche 2 oder 3, wobei der Magnetfeldsensor (16) an dem Elektroblechpaket mittels plastisch verformbaren Fixiermitteln (24) fixiert ist, die den Magnetfeldsensor (16) insbesondere mittig in der Ausnehmung positionieren.
Leiterplattenanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Magnetfeldsensor (16) mittels eines elektrischen Leiters (26) elektrisch mit der Leiterplatte (14) verbunden ist, und der magnetische Leiter (12) ein Isoliermittel (22) aufweist, um den elektrischen Leiter (26) elektrisch von dem magnetischen Leiter (12) zu isolieren.
Leiterplattenanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Magnetfeldsensor (16) in einer Ausnehmung (18) der Leiterplatte (14) angeordnet ist.
Leiterplattenanordnung nach Anspruch 6, wobei das Elektroblechpaket eine Nut (20) aufweist, über die das Elektroblechpaket gegenüber der Leiterplatte (14) abgestützt ist.
Leiterplattenanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche 1-5, wobei der Magnetfeldsensor (16) auf der Leiterplatte (14) angeordnet ist.