DE102022207983A1 - Method for surface mounting a sensor device - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Oberflächenmontage einer ein Sensorelement (3) aufweisenden Sensoreinrichtung (1) auf einer Leiterplatte (4), wobei die Sensoreinrichtung (1) an einer Oberfläche (6) der Leiterplatte (4) angeordnet wird, wobei die Sensoreinrichtung (1) ein Sockelelement (2) mit einer definierten Höhe (5) aufweist, das zwischen dem Sensorelement (3) und der Leiterplatte (4) angeordnet wird, sodass das Sensorelement (3) um die definierte Höhe (5) des Sockelelements (2) von der Leiterplatte (4) beabstandet an der Leiterplatte (4) angeordnet wird.Method for surface mounting a sensor device (1) having a sensor element (3) on a circuit board (4), the sensor device (1) being arranged on a surface (6) of the circuit board (4), the sensor device (1) being a base element ( 2) with a defined height (5), which is arranged between the sensor element (3) and the circuit board (4), so that the sensor element (3) is separated from the circuit board (4) by the defined height (5) of the base element (2). ) is arranged at a distance on the circuit board (4).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflächenmontage einer ein Sensorelement aufweisenden Sensoreinrichtung auf einer Leiterplatte, wobei die Sensoreinrichtung an einer Oberfläche der Leiterplatte angeordnet wird.The invention relates to a method for surface mounting a sensor device having a sensor element on a circuit board, wherein the sensor device is arranged on a surface of the circuit board.

Verfahren zur Oberflächenmontage von Sensoreinrichtungen, beispielsweise als Bestandteile von Erfassungseinrichtungen bzw. übergeordneten Steuerungsvorrichtungen sind, insbesondere im Automobilbereich, grundsätzlich bekannt. Hierzu ist es erforderlich, ein Sensorelement der Sensoreinrichtung auf der Leiterplatte zu montieren, sodass das Sensorelement in der montierten Stellung bzw. in einem montierten Zustand seine Erfassungsaufgabe erfüllen kann. Als Sensorelement können insbesondere Sensorelemente verwendet werden, die eine bestimmte Erfassungsgröße erfassen können und dazu in einem definierten Abstand oder Abstandsbereich von dem zu erfassenden Bereich bzw. dem zu erfassenden Element angeordnet werden müssen, in dem bzw. von dem die Erfassungsgröße erfasst werden soll. Ist das Sensorelement beispielsweise als Temperatursensor oder als Stromsensor ausgeführt, ist es erforderlich, das Sensorelement von dem zu erfassenden Bereich oder erfassenden Element definiert beabstandet anzuordnen.Methods for surface mounting of sensor devices, for example as components of detection devices or higher-level control devices, are generally known, particularly in the automotive sector. For this purpose, it is necessary to mount a sensor element of the sensor device on the circuit board so that the sensor element can fulfill its detection task in the mounted position or in a mounted state. In particular, sensor elements can be used as a sensor element, which can detect a specific detection variable and must be arranged at a defined distance or distance range from the area to be detected or the element to be detected in which or from which the detection variable is to be detected. If the sensor element is designed, for example, as a temperature sensor or as a current sensor, it is necessary to arrange the sensor element at a defined distance from the area or element to be detected.

Hierbei ist ferner bekannt, dass bei einer von der definierten Anordnung abweichenden Anordnung, bei dem das Sensorelement insbesondere zu weit von dem Bereich oder dem Element entfernt angeordnet ist, an dem oder von dem die Erfassungsgröße erfasst werden soll, eine Beeinträchtigung des Erfassungsergebnisses verursacht werden kann. Da die Auswahl eines bestimmten Sensorelements oftmals durch bestimmte Randbedingungen vorgegeben ist, beispielsweise aufgrund von charakteristischen Eigenschaften des bestimmten Sensorelements, ist es nicht ohne Weiteres möglich, das Sensorelement gegen ein anderes Sensorelement, beispielsweise mit einem anderen Erfassungsbereich oder einer anderen Bauform auszutauschen. Je nach Bauraumsituation ist eine anderweitige Anordnung des Sensorelements ebenfalls nicht möglich, da sich der Erfassungsbereich des Sensorelements beispielsweise auf Bruchteile eines Millimeters beschränkt bzw. das Sensorelement auf einen solchen Anordnungsbereich genau platziert werden muss. Zudem soll die Oberflächenmontage des Sensorelements bzw. der Sensoreinrichtung möglichst einfach und kostengünstig ausgeführt werden können.It is also known here that an arrangement that deviates from the defined arrangement, in which the sensor element is in particular arranged too far away from the area or the element on which or from which the detection variable is to be detected, can cause an impairment of the detection result . Since the selection of a specific sensor element is often dictated by certain boundary conditions, for example due to the characteristic properties of the specific sensor element, it is not easily possible to replace the sensor element with another sensor element, for example with a different detection range or a different design. Depending on the installation space, a different arrangement of the sensor element is also not possible, since the detection range of the sensor element is limited, for example, to fractions of a millimeter or the sensor element must be placed precisely in such an arrangement area. In addition, the surface mounting of the sensor element or the sensor device should be carried out as simply and cost-effectively as possible.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein demgegenüber verbessertes Verfahren zur Oberflächenmontage einer Sensoreinrichtung anzugeben.The invention is based on the object of specifying an improved method for surface mounting a sensor device.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.The task is solved by a method with the features of claim 1. Advantageous refinements are the subject of the subclaims.

Wie beschrieben, betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Oberflächenmontage einer Sensoreinrichtung auf einer Leiterplatte, wobei die Sensoreinrichtung an der Oberfläche der Leiterplatte angeordnet wird. Die Sensoreinrichtung weist wenigstens ein Sensorelement auf, das zur Erfassung einer Erfassungsgröße, beispielsweise einem Strom oder einer Temperatur, ausgebildet ist. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die Sensoreinrichtung ein Sockelelement mit einer definierten Höhe aufweist, das zwischen dem Sensorelement und der Leiterplatte angeordnet wird, sodass das Sensorelement um die definierte Höhe des Sockelelements von der Oberfläche der Leiterplatte beabstandet an der Leiterplatte angeordnet wird.As described, the invention relates to a method for surface mounting a sensor device on a circuit board, wherein the sensor device is arranged on the surface of the circuit board. The sensor device has at least one sensor element which is designed to detect a detection variable, for example a current or a temperature. The invention is based on the knowledge that the sensor device has a base element with a defined height, which is arranged between the sensor element and the circuit board, so that the sensor element is arranged on the circuit board at a distance from the surface of the circuit board by the defined height of the base element.

Mit anderen Worten schlägt Erfindung vor, das Sensorelement um die Höhe des Sockelelements zu erhöhen, sodass das Sensorelement in den definierten Messbereich gebracht bzw. dort angeordnet werden kann. Das Sockelelement weist somit genau die Höhe auf, die bei der Anordnung des Sensorelements direkt auf der Leiterplatte fehlen würde, um das Sensorelement optimal von dem zu erfassenden Bereich oder dem zu erfassenden Element zu beabstanden. Ist das in der Sensoreinrichtung zu verwendende Sensorelement somit auf einem bestimmten Bereich festgelegt, kann zwischen dem Sensorelement und der Leiterplatte das Sockelelement angeordnet werden, sodass das Sensorelement „erhöht“ werden kann und somit näher an seinem Erfassungsbereich angeordnet werden kann. Das Sockelelement kann beispielsweise selbst ein Leiterplattenelement sein oder ein solches umfassen. Insbesondere in Montagesituationen, in denen ein Anordnen eines anderweitigen Sockels, beispielsweise eines Stanzgitters, unterhalb des Sensorelements nicht möglich ist, da die auszugleichende Höhe in einem vergleichsweise geringen Bereich liegt, beispielsweise nur im Bruchteil eines Millimeters, bietet sich das Verwenden des hierin vorgeschlagenen Sockelelements an.In other words, the invention proposes to increase the sensor element by the height of the base element, so that the sensor element can be brought into the defined measuring range or arranged there. The base element therefore has exactly the height that would be missing if the sensor element were arranged directly on the circuit board in order to optimally distance the sensor element from the area to be detected or the element to be detected. If the sensor element to be used in the sensor device is thus fixed to a specific area, the base element can be arranged between the sensor element and the circuit board, so that the sensor element can be “elevated” and thus arranged closer to its detection area. The base element can, for example, itself be or include a circuit board element. Particularly in assembly situations in which arranging another base, for example a lead frame, below the sensor element is not possible because the height to be compensated is in a comparatively small range, for example only a fraction of a millimeter, the use of the base element proposed here is advisable .

Mit anderen Worten kann gegenüber dem direkten Anordnen des Sensorelements auf der Leiterplatte der durch das Sockelelement realisierte Abstand zu dem zu erfassenden Bereich oder Elements definiert eingestellt werden, um mittels des Sensorelements die Erfassungsgröße optimal erfassen zu können. Der für den optimalen Anordnungspunkt erforderliche Höhenbereich kann jedoch zu klein sein, um ein üblicherweise als Sockel verwendetes Stanzgitter und dergleichen anordnen zu können. Derartige Elemente sind beispielsweise mittels einer Selektivlötung vergleichsweise aufwändig einzubringen.In other words, compared to the direct arrangement of the sensor element on the circuit board, the distance realized by the base element to the area or element to be detected can be set in a defined manner in order to be able to optimally detect the detection variable using the sensor element. However, the height range required for the optimal arrangement point may be too small to be able to arrange a lead frame typically used as a base and the like. Such elements are comparatively complex to introduce using selective soldering, for example.

Dadurch, dass das Sockelelement mit einer definierten Höhe, beispielsweise umfassend ein Leiterplattenelement, zwischen dem Sensorelement und der Leiterplatte angeordnet wird, kann das Sockelelement um die definierte Höhe angehoben werden und somit der Abstand zwischen Sensorelement und zu erfassendem Bereich oder zu erfassendem Element exakt eingestellt werden. Das Sockelelement erfüllt insbesondere sämtliche Anforderungen, die bei der Oberflächenmontage zu erfüllen sind, insbesondere ist das Sockelelement ausreichend temperaturbeständig und weist entsprechende Lötkontakte auf, um das Sensorelement auf dem Sockelelement anordnen zu können.Because the base element is arranged with a defined height, for example comprising a circuit board element, between the sensor element and the circuit board, the base element can be raised by the defined height and thus the distance between the sensor element and the area or element to be detected can be set exactly . The base element in particular meets all the requirements that must be met during surface mounting; in particular, the base element is sufficiently temperature-resistant and has corresponding solder contacts in order to be able to arrange the sensor element on the base element.

Wie beschrieben, weist das Sockelelement eine definierte Höhe auf, also eine definierte Ausdehnung senkrecht zu der Leiterplatte, auf der das Sockelelement angeordnet wird. Nach einer Ausgestaltung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass die Höhe des Sockelelements basierend auf einem in einem Messzustand vorliegenden Abstand zwischen dem Sensorelement und einem zu sensierenden Element festgelegt wird. Wie beschrieben, ist der Abstand zwischen dem Sensorelement und dem zu erfassenden Element bzw. dem zu erfassenden Bereich wichtig für die Qualität des Erfassungsergebnisses. Je nachdem, welchen Abstand das Sensorelement von dem zu erfassenden Element bzw. dem zu erfassenden Bereich aufweisen soll, kann somit ein Sockelelement ausgewählt oder verwendet werden, das eine Höhe aufweist, die bei der Montage des Sensorelements auf dem Sockelelement genau den Abstand zwischen dem Sensorelement und dem zu sensierenden Element einstellt.As described, the base element has a defined height, i.e. a defined extent perpendicular to the circuit board on which the base element is arranged. According to one embodiment of the method, it can be provided that the height of the base element is determined based on a distance between the sensor element and an element to be sensed in a measuring state. As described, the distance between the sensor element and the element to be detected or the area to be detected is important for the quality of the detection result. Depending on what distance the sensor element should have from the element to be detected or the area to be detected, a base element can be selected or used that has a height that corresponds exactly to the distance between the sensor element when the sensor element is mounted on the base element and the element to be sensed.

Mit anderen Worten kann in dem Messzustand, das bedeutet in einem montierten Zustand des Sensorelements, genau der Abstand zwischen dem Sensorelement und dem zu sensierenden Element realisiert werden, der für eine zuverlässige Messung seitens des Sensorelements erforderlich ist. Der Messzustand kann somit auch als verbauter Zustand bzw. fertig montierter Zustand verstanden werden.In other words, in the measuring state, that is, in a mounted state of the sensor element, exactly the distance between the sensor element and the element to be sensed that is required for a reliable measurement by the sensor element can be realized. The measurement state can therefore also be understood as the installed state or fully assembled state.

Wie eingangs beschrieben, ist der Abstand zwischen dem Sensorelement und dem zu sensierenden Element, das heißt die Erhöhung der Anordnungsposition des Sensorelements gegenüber dem Niveau der Leiterplatte oftmals in einem Bereich unterhalb eines Millimeters erforderlich. Die Höhe des Sockelelements, kann in einer Ausgestaltung des Verfahrens zwischen 0,25 mm und 3 mm betragen. Insbesondere kann die Höhe des Sockelelements zwischen 0,5 mm und 1,5 mm betragen. Für die Erhöhung von elektronischen oder elektrischen Bauteilen auf Leiterplatten üblicherweise verwendete Stanzgitter sind für eine solche Anwendung nicht geeignet, da diese üblicherweise Höhen von mehr als 3 mm, beispielsweise 4 mm, aufweisen. Ein solches Stanzgitter kann somit nicht als Sockelelement im Sinne dieser Anmeldung verwendet oder verstanden werden, da dadurch eine übermäßige Erhöhung des Sensorelements gegenüber der Leiterplatte erreicht werden würde, sodass eine derartige Anordnung des Sensorelements durch den verfügbaren Bauraum nicht zugelassen werden würde bzw. nicht möglich ist. Stattdessen weist das Sockelelement eine geringere Höhe auf, die genau derjenigen Höhe entspricht, um die das Sensorelement gegenüber der Leiterplatte erhöht angeordnet werden muss, um den Abstand zwischen Sensorelement und zu sensierendem Element exakt einzustellen.As described at the beginning, the distance between the sensor element and the element to be sensed, that is to say the increase in the arrangement position of the sensor element relative to the level of the circuit board, is often required in a range below one millimeter. The height of the base element can be between 0.25 mm and 3 mm in one embodiment of the method. In particular, the height of the base element can be between 0.5 mm and 1.5 mm. Lead frames commonly used to raise electronic or electrical components on printed circuit boards are not suitable for such an application because they usually have heights of more than 3 mm, for example 4 mm. Such a lead frame cannot therefore be used or understood as a base element in the sense of this application, since this would result in an excessive increase in the sensor element compared to the circuit board, so that such an arrangement of the sensor element would not be permitted or is not possible due to the available installation space . Instead, the base element has a lower height, which corresponds exactly to the height by which the sensor element must be arranged higher than the circuit board in order to precisely adjust the distance between the sensor element and the element to be sensed.

Das Sockelelement kann grundsätzlich beliebig auf der Oberfläche der Leiterplatte, d.h. zwischen dem Sensorelement und der Leiterplatte angeordnet werden. Nach einem Ausführungsbeispiel kann das Sockelelement mittels Lötens an der Leiterplatte angeordnet werden und/oder das Sensorelement kann mittels Lötens an dem Sockelelement angeordnet werden. Bei der Verwendung einer Lötverbindung zwischen Sockelelement und Leiterplatte und gegebenenfalls zwischen Sensorelement und Sockelelement kann insbesondere der Montagevorgang der Sensoreinrichtung vollständig in einem Lötprozess, insbesondere einem SMD-Prozess, durchgeführt werden. In diesem Fall wird für das Anordnen der Erfassungseinrichtung keine Selektivlötung erforderlich, sodass die Anordnung der Sensoreinrichtung möglichst effizient, d.h. schnell und kostengünstig, durchgeführt werden kann. Hierzu erfüllen das Sensorelement, das Sockelelement und die Leiterplatte die Anforderungen an die Verarbeitbarkeit in dem SMD-Prozess.The base element can basically be arranged anywhere on the surface of the circuit board, i.e. between the sensor element and the circuit board. According to one embodiment, the base element can be arranged on the circuit board by soldering and/or the sensor element can be arranged on the base element by soldering. When using a solder connection between the base element and the circuit board and, if necessary, between the sensor element and the base element, the assembly process of the sensor device can in particular be carried out completely in a soldering process, in particular an SMD process. In this case, no selective soldering is required for arranging the detection device, so that the arrangement of the sensor device can be carried out as efficiently as possible, i.e. quickly and cost-effectively. For this purpose, the sensor element, the base element and the circuit board meet the requirements for processability in the SMD process.

Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass das Sockelelement mittels Steckens an der Leiterplatte angeordnet wird. Wie zuvor beschrieben, kann wahlweise Löten verwendet werden, um das Sensorelement an dem Sockelelement anzuordnen. Nach der hierin beschriebenen Ausgestaltung kann statt des Lötens für die Verbindung von Sockelelement und Leiterplatte auch Stecken verwendet werden. Beispielsweise können Steckelemente, insbesondere Pins, bereitgestellt werden, die das Sockelelement mit der Leiterplatte verbinden. Das Sockelelement und die Leiterplatte weisen hierzu korrespondierende Öffnungen auf, in die die Steckelemente eingebracht werden können, um das Sockelelement an der Leiterplatte durch Stecken zu verbinden. Hierbei kann beispielsweise die Sensoreinrichtung als vorgefertigte Baugruppe bereitgestellt werden, zum Beispiel als Sensorelement, das auf dem Sockelelement aufgebracht ist, beispielsweise mittels Lötens. Die Sensoreinrichtung als solche kann sonach durch Stecken mit der Leiterplatte verbunden werden.According to a further embodiment of the method, it can be provided that the base element is arranged on the circuit board by plugging it in. As previously described, soldering may optionally be used to attach the sensor element to the base element. According to the embodiment described here, plugging can also be used instead of soldering to connect the base element and the circuit board. For example, plug-in elements, in particular pins, can be provided which connect the base element to the circuit board. The base element and the circuit board have corresponding openings into which the plug-in elements can be inserted in order to connect the base element to the circuit board by plugging. Here, for example, the sensor device can be provided as a prefabricated assembly, for example as a sensor element that is applied to the base element, for example by soldering. The sensor device as such can therefore be connected to the circuit board by plugging it in.

Wie beschrieben, kann das Sensorelement grundsätzlich beliebig ausgeführt sein und einer bestimmten Erfassungsgröße zugeordnet sein bzw. dazu ausgebildet sein, eine bestimmte Erfassungsgröße zu erfassen. Die Erfassungsgröße kann hierbei insbesondere vom Abstand des zu erfassenden Elements bzw. des zu erfassenden Bereichs abhängen oder einen definierten Abstand für die Erfassung erfordern. Das Sensorelement kann beispielsweise als Temperatursensor oder Hallsensor oder Stromsensor ausgebildet sein. Grundsätzlich kann das Sensorelement somit beliebig ausgeführt sein, wobei für die Anordnung des Sensorelements ein definierter Abstand für die Erfassung der Erfassungsgröße benötigt wird.As described, the sensor element can basically be of any design and can be assigned to a specific detection variable or can be designed to detect a specific detection variable. The detection size can depend in particular on the distance of the element to be detected or the area to be detected or require a defined distance for the detection. The sensor element can be designed, for example, as a temperature sensor or Hall sensor or current sensor. In principle, the sensor element can therefore be of any design, with a defined distance being required for the arrangement of the sensor element for the detection of the detection variable.

Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass das Sockelelement wenigstens eine elektrische Verbindungsleitung aufweist, die ein Kontaktelement des Sensorelements mit einem Kontaktelement der Leiterplatte verbindet. Im Speziellen weist das Sockelelement eine Vielzahl von Verbindungsleitungen auf, die der Vielzahl von Kontaktelementen des Sensorelements entspricht und diese mit einer entsprechenden Vielzahl von Kontaktelementen auf der Leiterplatte verbindet. Neben der Funktion der Erhöhung der Anordnungsposition des Sensorelements, die seitens des Sockelelements erreicht wird, kann das Sockelelement eine „Adapterfunktion“ übernehmen. Die elektrischen Verbindungsleitungen des Sockelelements können derart verlaufen bzw. angeordnet sein, dass diese die Kontaktelemente des Sensorelements, die der Topologie des Sensorelements entsprechen, mit den Kontaktelementen der Leiterplatte, die eine abweichende Topologie aufweisen, verbinden.According to a further embodiment of the method, it can be provided that the base element has at least one electrical connecting line which connects a contact element of the sensor element to a contact element of the circuit board. In particular, the base element has a plurality of connecting lines which correspond to the plurality of contact elements of the sensor element and connect these to a corresponding plurality of contact elements on the circuit board. In addition to the function of increasing the arrangement position of the sensor element, which is achieved by the base element, the base element can take on an “adapter function”. The electrical connecting lines of the base element can run or be arranged in such a way that they connect the contact elements of the sensor element, which correspond to the topology of the sensor element, with the contact elements of the circuit board, which have a different topology.

Mit anderen Worten kann das Sockelelement zur Entflechtung der Verbindungsleitungen auf der Leiterplatte und dem Sensorelement beitragen. Hierbei kann zum Beispiel ein erstes Kontaktelement des Sensorelements nicht in der gleichen Position, beispielsweise x-Position und y-Position, angeordnet sein, wie ein dazu korrespondierendes erstes Kontaktelement der Leiterplatte. Die erste Verbindungsleitung, die das erste Kontaktelement des Sensorelements mit dem ersten Kontaktelement der Leiterplatte verbindet, kann somit die unterschiedlichen Positionen der ersten Kontaktelemente ausgleichen bzw. diese entsprechend verbinden. Das in Bezug auf die ersten Kontaktelemente beschriebene Verbinden mittels der ersten Verbindungsleitung ist auf jedwede weiteren Kontaktelemente und Verbindungsleitungen übertragbar. Im Speziellen weist das Sockelelemente eine erste Gruppe von Kontaktelementen zur Verbindung mit je einem Kontaktelement des Sensorelements auf, welche Kontaktelemente der ersten Gruppe von Kontaktelementen des Sockelelements über die Verbindungsleitungen mit jeweils einem Kontaktelement einer zweiten Gruppe von Kontaktelementen verbunden sind, welche zweite Gruppe von Kontaktelementen wiederum für die Kontaktierung mit den Kontaktelementen der Leiterplatte vorgesehen ist.In other words, the base element can contribute to the unbundling of the connecting lines on the circuit board and the sensor element. Here, for example, a first contact element of the sensor element cannot be arranged in the same position, for example x position and y position, as a corresponding first contact element of the circuit board. The first connecting line, which connects the first contact element of the sensor element to the first contact element of the circuit board, can thus compensate for the different positions of the first contact elements or connect them accordingly. The connection described with regard to the first contact elements by means of the first connecting line can be transferred to any further contact elements and connecting lines. In particular, the base element has a first group of contact elements for connection to a contact element of the sensor element, which contact elements of the first group of contact elements of the base element are connected via the connecting lines to a contact element of a second group of contact elements, which second group of contact elements in turn is intended for contacting the contact elements of the circuit board.

Mit anderen Worten kann ein „Layout“ der Leiterplatte an ein „Layout“ des Sensorelements angepasst werden, nämlich durch entsprechende Verbindungsleitungen in dem Sockelelement. Das Sockelelement weist somit insbesondere eigene Kontaktelemente auf, wobei auf einer dem Sensorelement zugewandten Oberfläche des Sockelelements die Kontaktelemente des Sockelelements bzw. auf dem Sockelelement der Anordnung der Kontaktelemente des Sensorelements entsprechen und auf der der Leiterplatte zugewandten Oberfläche des Sockelelements die Kontakte des Sockelelements bzw. auf dem Sockelelement der Anordnung der Kontakte der Leiterplatte entsprechen.In other words, a “layout” of the circuit board can be adapted to a “layout” of the sensor element, namely through appropriate connecting lines in the base element. The base element thus in particular has its own contact elements, with the contact elements of the base element or on the base element corresponding to the arrangement of the contact elements of the sensor element on a surface of the base element facing the sensor element and the contacts of the base element or on the surface of the base element facing the circuit board correspond to the base element of the arrangement of the contacts of the circuit board.

Neben dem Verfahren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Oberflächenmontage einer Erfassungseinrichtung, die dazu ausgebildet ist, das zuvor beschriebene Verfahren auszuführen. Ferner betrifft die Erfindung eine Erfassungseinrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Sensoreinrichtung mit einem Sensorelement und eine Leiterplatte, wobei die Sensoreinrichtung an einer Oberfläche der Leiterplatte angeordnet ist, wobei die Sensoreinrichtung ein Sockelelement mit einer definierten Höhe aufweist, das zwischen dem Sensorelement und der Leiterplatte angeordnet ist, sodass das Sensorelement um die definierte Höhe des Sockelelements von der Leiterplatte beabstandet an der Leiterplatte angeordnet ist. Zusätzlich betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, umfassend eine solche Erfassungseinrichtung.In addition to the method, the invention relates to a device for surface mounting a detection device, which is designed to carry out the method described above. The invention further relates to a detection device, in particular for a motor vehicle, comprising a sensor device with a sensor element and a circuit board, the sensor device being arranged on a surface of the circuit board, the sensor device having a base element with a defined height, which is between the sensor element and the Circuit board is arranged so that the sensor element is arranged on the circuit board at a distance from the circuit board by the defined height of the base element. In addition, the invention relates to a motor vehicle comprising such a detection device.

Sämtliche Vorteile, Einzelheiten und Merkmale, die in Bezug auf das Verfahren beschrieben wurden, sind vollständig auf die Vorrichtung, die Erfassungseinrichtung und das Kraftfahrzeug übertragbar.All advantages, details and features that have been described in relation to the method are fully transferable to the device, the detection device and the motor vehicle.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Fig. erläutert. Die Fig. sind schematische Darstellungen und zeigen:

  • 1 einen schematischen Ausschnitt eines Verfahrens zur Oberflächenmontage einer Sensoreinrichtung nach einem ersten Ausführungsbeispiel; und
  • 2 einen schematischen Ausschnitt eines Verfahrens zur Oberflächenmontage einer Sensoreinrichtung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel.
The invention is explained below using exemplary embodiments with reference to the figures. The figures are schematic representations and show:
  • 1 a schematic section of a method for surface mounting a sensor device according to a first exemplary embodiment; and
  • 2 a schematic section of a method for surface mounting a sensor device according to a second exemplary embodiment.

1 zeigt einen schematischen Ausschnitt eines Verfahrens zur Oberflächenmontage einer Sensoreinrichtung 1, die ein Sockelelement 2 und ein Sensorelement 3 umfasst, wobei die Sensoreinrichtung 1 auf einer Leiterplatte 4 einer Erfassungseinrichtung 15 angeordnet wird. Die Leiterplatte 4 bzw. die Erfassungseinrichtung 15 kann Bestandteil einer übergeordneten Steuerungsvorrichtung sein. Das Sensorelement 3 kann zur Erfassung einer bestimmten Erfassungsgröße, beispielsweise einer Temperatur oder einer elektrischen Größe ausgebildet sein. Zum Beispiel ist das Sensorelement 3 ein Temperatursensor, ein Hallsensor oder ein Stromsensor. 1 shows a schematic section of a method for surface mounting a sensor device 1, which comprises a base element 2 and a sensor element 3, wherein the sensor device 1 is arranged on a circuit board 4 of a detection device 15. The circuit board 4 or the detection device 15 can be part of a higher-level control device. The sensor element 3 can be designed to detect a specific detection variable, for example a temperature or an electrical variable. For example, the sensor element 3 is a temperature sensor, a Hall sensor or a current sensor.

Zur Montage wird das Sockelelement 2 auf die Leiterplatte 4 aufgebracht, insbesondere mittels Lötens darauf angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel wird das Sensorelement 3 ebenfalls mittels Lötens auf dem Sockelelement 2 angeordnet, sodass in einem montierten Zustand das Sockelelement 2 auf der Leiterplatte 4 und das Sensorelement 3 auf dem Sockelelement 2 angeordnet ist. Mit anderen Worten ist das Sockelelement 2 zwischen der Leiterplatte 4 und dem Sensorelement 3 angeordnet. Das Sockelelement 2 weist eine definierte Höhe 5 auf, die beispielsweise zwischen 0,25 mm und 3 mm beträgt. Im Speziellen kann die Höhe 5 zwischen 0,5 mm und 1,5 mm betragen. Dadurch wird erreicht, dass das Sensorelement 3 nicht unmittelbar der Leiterplatte 4 angeordnet wird, sondern um die Höhe 5 gegenüber einer Oberfläche 6 der Leiterplatte 4, die dem Sockelelement 2 zugewandt ist, erhöht wird. Hierdurch wird ein Abstand zwischen dem Sensorelement 3 und einem zu erfassenden Bereich bzw. einem zu erfassenden Element exakt eingestellt, sodass das Sensorelement 3 die Erfassungsgröße definiert erfassen kann.For assembly, the base element 2 is applied to the circuit board 4, in particular arranged thereon by soldering. In this exemplary embodiment, the sensor element 3 is also arranged on the base element 2 by soldering, so that in a mounted state the base element 2 is arranged on the circuit board 4 and the sensor element 3 is arranged on the base element 2. In other words, the base element 2 is arranged between the circuit board 4 and the sensor element 3. The base element 2 has a defined height 5, which is, for example, between 0.25 mm and 3 mm. In particular, the height 5 can be between 0.5 mm and 1.5 mm. This ensures that the sensor element 3 is not arranged directly on the circuit board 4, but is increased by the height 5 relative to a surface 6 of the circuit board 4, which faces the base element 2. As a result, a distance between the sensor element 3 and an area to be detected or an element to be detected is set exactly, so that the sensor element 3 can detect the detection variable in a defined manner.

Das Sockelelement 2 weist Kontaktelemente 7 auf, die zur Kontaktierung von Kontaktelementen 8 der Leiterplatte 4 vorgesehen sind. Zudem weist das Sockelelement 2 Kontaktelemente 9 auf, die zur Kontaktierung von Kontaktelementen 10 des Sensorelements 3 vorgesehen sind. Die Kontaktelemente 7 sind über Verbindungsleitungen 11 mit den Kontaktelementen 9 verbunden. Dadurch ist es möglich, eine Topologie des Sensorelements 3 mit einer Topologie der Leiterplatte 4 zu verbinden bzw. kann das „Layout“ des Sensorelements 3 auf das „Layout“ der Leiterplatte 4 angepasst werden. Das Sockelelement 2 übernimmt somit neben der Einstellung der Höhe 5 auch eine „Adapterfunktion“, die insbesondere für die Entflechtung der Erfassungseinrichtung 15 vorteilhaft ist. Dadurch ist es möglich, dass die einzelnen Positionen der Kontaktelemente 7-10 aufeinander angepasst werden können, d.h., dass die Positionen der Kontaktelemente 7, 8, die sich in derselben Position, beispielsweise x-Position und y-Position, befinden, über die Verbindungsleitungen 11 mit den Kontaktelementen 9, 10, die sich wiederum in derselben Position befinden, verbunden sind. Somit ist es nicht erforderlich, dass die Leiterplatte 4 ihre Kontaktelemente 8 in denselben Positionen aufweist, wie die Kontaktelemente 10 des Sensorelements 3.The base element 2 has contact elements 7 which are provided for contacting contact elements 8 of the circuit board 4. In addition, the base element 2 has contact elements 9, which are provided for contacting contact elements 10 of the sensor element 3. The contact elements 7 are connected to the contact elements 9 via connecting lines 11. This makes it possible to connect a topology of the sensor element 3 to a topology of the circuit board 4 or the “layout” of the sensor element 3 can be adapted to the “layout” of the circuit board 4. In addition to adjusting the height 5, the base element 2 therefore also takes on an “adapter function”, which is particularly advantageous for unbundling the detection device 15. This makes it possible for the individual positions of the contact elements 7-10 to be adapted to one another, i.e. that the positions of the contact elements 7, 8, which are in the same position, for example x position and y position, via the connecting lines 11 are connected to the contact elements 9, 10, which in turn are in the same position. It is therefore not necessary for the circuit board 4 to have its contact elements 8 in the same positions as the contact elements 10 of the sensor element 3.

Die Erfassungseinrichtung 15, die in 1 dargestellt ist, insbesondere die Leiterplatte 4, das Sockelelement 2 und der Sensorelement 3 sind für die Verarbeitung in einem SMD-Prozess ausgebildet. Zur Herstellung der Erfassungseinrichtung 15 zur Oberflächenmontage der Sensoreinrichtung 1 auf der Leiterplatte 4 ist daher keine Selektivlötung erforderlich. Dies bietet insbesondere den Vorteil einer besonders schnellen und kostengünstigen Oberflächenmontage.The detection device 15, which is in 1 is shown, in particular the circuit board 4, the base element 2 and the sensor element 3 are designed for processing in an SMD process. No selective soldering is therefore required to produce the detection device 15 for surface mounting of the sensor device 1 on the circuit board 4. This offers the particular advantage of particularly quick and cost-effective surface mounting.

Die Einzelheiten, die in Bezug auf 1 beschrieben wurden, sind vollständig auf 2 übertragbar. 2 unterscheidet sich hierbei bezüglich der Montage des Sockelelements 2 auf der Leiterplatte 4. Anstelle einer Lötverbindung für die Anordnung des Sockelelements 2 an der Leiterplatte 4 wird die Oberflächenmontage in dem Ausführungsbeispiel in 2 durch Stecken erzielt. Hierzu sind Steckelemente 12 abgebildet, die in Öffnungen 13 in der Leiterplatte 4 eingebracht werden und mit einem gegenüberliegenden Ende der Steckelemente 12 in Öffnungen 14 in dem Sockelelement 2 eingebracht werden. Hierbei kann das Sensorelement 3 bereits, insbesondere mittels Lötens, auf dem Sockelelement 2 angeordnet sein. Die Sensoreinrichtung 1 kann somit als vordefinierte bzw. vorgefertigte Baugruppe bereitgestellt werden und über die Steckelemente 12 mit der Leiterplatte 4 verbunden werden. Die Erfassungseinrichtung 15 kann Bestandteil eines Kraftfahrzeug sein bzw. kann ein Kraftfahrzeug die Erfassungseinrichtung 15, insbesondere die Leiterplatte 4 mit der Sensoreinrichtung 1, aufweisen.The details regarding 1 have been described are complete 2 transferable. 2 differs here with regard to the mounting of the base element 2 on the circuit board 4. Instead of a soldered connection for the arrangement of the base element 2 on the circuit board 4, surface mounting is used in the exemplary embodiment in 2 achieved by plugging. For this purpose, plug-in elements 12 are shown, which are introduced into openings 13 in the circuit board 4 and are introduced into openings 14 in the base element 2 with an opposite end of the plug-in elements 12. Here, the sensor element 3 can already be arranged on the base element 2, in particular by soldering. The sensor device 1 can thus be provided as a predefined or prefabricated assembly and connected to the circuit board 4 via the plug-in elements 12. The detection device 15 can be part of a motor vehicle or a motor vehicle can have the detection device 15, in particular the circuit board 4 with the sensor device 1.

Das zuvor beschriebene Verfahren der Oberflächenmontage der Sensoreinrichtung 1 auf der Leiterplatte 4 kann mit einer geeigneten Vorrichtung ausgeführt werden. Eine solche Vorrichtung weist die hierin beschriebenen Merkmale auf bzw. ist zur Durchführung des hierin beschriebenen Verfahrens ausgebildet.The previously described method of surface mounting the sensor device 1 on the circuit board 4 can be carried out using a suitable device. Such a device has the features described herein or is designed to carry out the method described herein.

BezugszeichenReference symbols

11
SensoreinrichtungSensor device
22
SockelelementBase element
33
SensorelementSensor element
44
LeiterplatteCircuit board
55
HöheHeight
66
Oberflächesurface
7-107-10
KontaktelementContact element
1111
Verbindungsleitungconnecting line
1212
SteckelementPlug-in element
13, 1413, 14
Öffnungopening
1515
ErfassungseinrichtungDetection device

Claims (10)

Verfahren zur Oberflächenmontage einer ein Sensorelement (3) aufweisenden Sensoreinrichtung (1) auf einer Leiterplatte (4), wobei die Sensoreinrichtung (1) an einer Oberfläche (6) der Leiterplatte (4) angeordnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (1) ein Sockelelement (2) mit einer definierten Höhe (5) aufweist, das zwischen dem Sensorelement (3) und der Leiterplatte (4) angeordnet wird, sodass das Sensorelement (3) um die definierte Höhe (5) des Sockelelements (2) von der Leiterplatte (4) beabstandet an der Leiterplatte (4) angeordnet wird.Method for surface mounting a sensor device (1) having a sensor element (3) on a circuit board (4), the sensor device (1) being arranged on a surface (6) of the circuit board (4), characterized in that the sensor device (1) has a base element (2) with a defined height (5), which is arranged between the sensor element (3) and the circuit board (4), so that the sensor element (3) is separated by the defined height (5) of the base element (2). Circuit board (4) is arranged at a distance on the circuit board (4). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe (5) des Sockelelements (2) basierend auf einem in einem Messzustand vorliegenden Abstand zwischen dem Sensorelement (3) und einem zu sensierenden Element festgelegt wird.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the height (5) of the base element (2) is determined based on a distance between the sensor element (3) and an element to be sensed in a measuring state. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe (5) des Sockelelements (2) zwischen 0,25mm und 3mm beträgt, insbesondere zwischen 0,5mm und 1,5mm.Procedure according to Claim 1 or 2 , characterized in that the height (5) of the base element (2) is between 0.25mm and 3mm, in particular between 0.5mm and 1.5mm. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sockelelement (2) mittels Lötens an der Leiterplatte (4) und/oder das Sensorelement (3) mittels Lötens an dem Sockelelement (2) angeordnet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the base element (2) is arranged on the circuit board (4) by soldering and/or the sensor element (3) is arranged on the base element (2) by soldering. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sockelelement (2) mittels Steckens an der Leiterplatte (4) angeordnet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the base element (2) is arranged on the circuit board (4) by plugging it in. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (3) als Temperatursensor oder Hallsensor oder Stromsensor ausgebildet ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor element (3) is designed as a temperature sensor or Hall sensor or current sensor. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sockelelement (2) wenigstens eine elektrische Verbindungsleitung (11) aufweist, die ein Kontaktelement (10) des Sensorelements (3) mit einem Kontaktelement (8) der Leiterplatte (4) verbindet.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the base element (2) has at least one electrical connecting line (11) which connects a contact element (10) of the sensor element (3) to a contact element (8) of the circuit board (4). Vorrichtung zur Oberflächenmontage einer Sensoreinrichtung (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche ausgebildet ist.Device for surface mounting a sensor device (1), characterized in that the device is designed to carry out the method according to one of the preceding claims. Erfassungseinrichtung (15), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Sensoreinrichtung (1) mit einem Sensorelement (3) und eine Leiterplatte (4), wobei die Sensoreinrichtung (1) an einer Oberfläche der Leiterplatte (4) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (1) ein Sockelelement (2) mit einer definierten Höhe aufweist, das zwischen dem Sensorelement (3) und der Leiterplatte (4) angeordnet ist, sodass das Sensorelement (3) um die definierte Höhe des Sockelelements (2) von der Leiterplatte (4) beabstandet an der Leiterplatte (4) angeordnet ist.Detection device (15), in particular for a motor vehicle, comprising a sensor device (1) with a sensor element (3) and a circuit board (4), the sensor device (1) being arranged on a surface of the circuit board (4), characterized in that the sensor device (1) has a base element (2) with a defined height, which is arranged between the sensor element (3) and the circuit board (4), so that the sensor element (3) is separated from the circuit board by the defined height of the base element (2). (4) is arranged at a distance on the circuit board (4). Kraftfahrzeug, umfassend eine Erfassungseinrichtung (15) nach dem vorangehenden Anspruch.Motor vehicle, comprising a detection device (15) according to the preceding claim.
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