DE10222204B4

DE10222204B4 - Sensoranordnung und ein Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE10222204B4
Application number: DE2002122204
Authority: DE
Inventors: Joerg BOERNER; Peter Farr; Ronald Steinbrink; Andreas Kallenbach; Jochen Mueller; Joerg Ruppert
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-05-18
Filing date: 2002-05-18
Publication date: 2015-02-19
Anticipated expiration: 2022-05-19
Also published as: WO2003098226A1; DE10222204A1

Abstract

Sensoranordnung (1) mit einer Sensorschicht und einer Auswerteelektronik (3) zur Verarbeitung des an der Sensorschicht abnehmbaren elektrischen Signals und mit einer Stromschiene (2) als elektrisch kontaktierbarem Halteelement, auf der die Sensorschicht und die Auswerteelektronik (3) angebracht sind, wobei die Stromschiene (2) mit der Sensorschicht und der Auswerteelektronik (3) mit einem Kunststoff zur Bildung eines Gehäuses (8, 12) umspritzt ist und die Stromschiene (2) aus dem Gehäuse herausragende Kontakte (9, 10) aufweist, die durch Entfernung von verlierbaren Verbindungsstegen (5, 6) hergestellt sind und an denen elektrische Verbindungsleitungen (11) angebracht sind und ferner an dem Gehäuse (8, 12) mindestens eine Befestigungslasche (13) am Gehäuse (8, 12) angebracht ist, die durch eine Endumspritzung des Gehäuses (8, 12) mit Kunststoff hergestellt ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung, insbesondere eine Magnetsensoranordnung zur Bewegungserfassung gemäß Anspruch 1 sowie ein Verfahren zu deren Herstellung gemäß Anspruch 3.
Solche Bauteile bzw. Sensoren werden in unterschiedlichen Ausführungsformen beispielsweise in Fahrzeugen bereits angewandt. Je nach Anwendungsfall als Drehzahlfühler an den Rädern für ein Antiblockierbremssystem (ABS), als Drehzahl- und Phasengeber für die Motorsteuerung oder als Lenkwinkelsensoren für sog. Fahrdynamikregelsysteme und für elektrische Lenkhilfen.
Aus der DE 196 28 549 A1 ist bekannt, dass ein Baukastensystem zur Bildung von Stromrichtergeräten Multilayer-Stromschienen aufweist, die zum Anschluss von Sensorgruppen für eine Strom- und Spannungsmessung geeignet sind.
Ferner ist der FR 2748 105 A1 zu entnehmen, dass auf Leiterblechen elektrische Module angebracht werden und die gesamte Anordnung dann mit Kunststoff umspritzt wird.
Außerdem ist der DE 196 40 255 A1 zu entnehmen, dass elektrische Module auf sogenannten Leadframes angebracht werden und dann mit Kunststoff umspritzt werden, wobei Leiterbahnen des Leadframes in der ersten Spritzgussform spanlos getrennt werden.
Es ist weiterhin an sich bekannt, dass eine Anordnung zur berührungslosen Drehwinkelerfassung so aufgebaut ist, dass eine drehbare Welle an ihrem Ende einen Dauermagneten als mitdrehendes Teil trägt. Die magnetischen Feldlinien des Magneten verlaufen hierbei durch ein Gehäuseteil, das eine ortsfeste Sensoranordnung, bestehend aus zwei gegeneinander um 90° versetzten Hallsensoren, trägt. Die Richtungskomponenten der Feldlinien verursachen bei der bekannten Anordnung spezifische Ausgangssignale der beiden Hallsensoren, wodurch sowohl die absolute Drehlage als auch eine Änderung der Drehlage um eine beliebige Winkeländerung mit einer elektronischen Schaltung ausgewertet werden kann.
Diese Sensoranordnungen sind üblicherweise auch als integrierter Elektronikschaltkreis (IC) mit integrierten Sensorelementen aufgebaut, welche auf ein wechselndes Magnetfeld reagieren und diese Magnetfeldänderungen dann direkt in ein elektrisches Signal umwandeln. Wird diese Magnetfeldänderung durch ein relativ zum Sensorelement bewegtes Impulsrad oder Linearelement erzeugt, so kann der Sensor daraus ein elektrisches Signal zur Ermittlung des relativ zum Sensor zurückgelegten Weg, Geschwindigkeit, Beschleunigung, Beschleunigungsgradienten und/oder Drehwinkel erzeugen.
Der zuvor genannte IC-Schaltkreis wird normalerweise in ein Halteelement eingelegt und dann durch Kleben, Warmverstemmen oder Verrasten fixiert und mit einem elektrischen Anschlusskabel oder Steckerstiften zur Herstellung einer elektrischen Steckverbindung durch Löten, Schweißen, Crimpen oder Kleben verbunden. Anschließend kann diese Baugruppe durch eine Umspritzung umschlossen werden, um sie vor Umwelteinflüssen wie Feuchtigkeit zu schützen. Gleichzeitig stellt diese Umspritzung auch die äußere Form der Sensoranordnung dar, welche in der Regel an den Anbauort und z. B. an ein Impulsrad angepasst ist.
Hierbei muss gegebenenfalls auch die Geometrie des Halteelements an die äußere Gesamtgeometrie der Sensoranordnung angepasst werden. Dies bedingt bei vielen unterschiedlichen aber oft ähnlichen Applikationen, wie sie vom Anwender in der Regel gefordert werden, eine hohe Vielzahl von Halter- und Umspritzungsvarianten, was wiederum einen hohen Werkzeugaufwand erfordert.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Sensoranordnung der eingangs angegebenen Art so fortzubilden, dass zum Schutz vor Umwelteinflüssen eine Umspritzung zur Herstellung der äußeren Form der Sensoranordnung an den Anbauort angepasst ist und gleichzeitig unterschiedliche aber oft ähnliche Applikationen mit einer Vielzahl von Halter- und Umspritzungsvarianten, wie sie der Anwender in der Regel fordert, möglich sind. Die Erfindung soll vor allem dazu dienen, die Zahl der Werkzeuge und damit die Kosten einer solchen Sensoranordnung zu senken und die Prozessfähigkeit bezüglich der Fixierung einer Auswerteschaltung zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch eine Sensoranordnung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen sowie durch ein Verfahren mit den in Anspruch 3 angegebenen Merkmalen gelöst.
Vorteile der Erfindung
Bei einer Weiterbildung einer Halterung der eingangs genannten Art, z. B. mit einem Sensorelement und einer Auswerteelektronik zur Verarbeitung des am Sensorelement abnehmbaren elektrischen Signals und mit einem elektrisch kontaktierbaren Halteelement für das Sensorelement und die Auswerteelektronik, ist erfindungsgemäß die Halterung aus einer Stromschiene mit verlierbaren Verbindungsstegen gebildet. Auf dieser Halterung ist auf einfache Weise das Sensorelement und die Auswerteelektronik anbringbar und dann ist die Stromschiene mit dem Sensorelement und der Auswerteelektronik mit einem Kunststoff zur Bildung eines Gehäuses umspritzbar.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Sensorelement ein Magnetsensor, der einen Magneten und eine magnetfeldempfindliche Sensorschicht aufweist, wobei das hier gebildete Magnetfeld durch die zu sensierende Bewegung eines magnetfeldbeeinflussenden Bauteils verändert wird. Die Erfindung kann somit auf einfache Weise z. B. in allen Drehzahl- und Winkelsensoren, in denen heute ein IC-Sensorelement wie ein Hallelement oder AMR- bzw. GMR-Magnetsensor verwendet wird, eingesetzt werden.
Gemäß der Erfindung kann nach einer Entfernung der verlierbaren Verbindungsstege nach der Umspritzung an den so gebildeten Kontakten ein externer elektrischer Anschluss der Sensoranordnung angeschlossen werden. Weiterhin ist an dem durch die Umspritzung gebildeten Gehäuse auf einfache Weise mindestens eine Befestigungslasche an unterschiedlichen Stellen des Gehäuses angebracht.
Mit der Erfindung ist in vorteilhafter Weise erreicht, dass die Zahl der Herstellungswerkzeuge und damit die Kosten eines eingangs erwähnten Sensors leicht zu senken sind. Insbesondere ist auch die Prozessfähigkeit bezüglich der Fixierung der integrierten IC-Elektronikschaltung verbessert.
Im wesentlichen bestehen die Vorteile auch darin, dass nicht mehr wie bisher der IC-Schaltkreis und falls erforderlich auch ein Magnet durch Kleben, Warmverstemmen, oder Verrasten in einem Gehäuse fixiert werden muss, sondern über die an sich bekannte Stromschiene als Halteelement werden diese Bauteile einfach eingespritzt. Dazu wird der IC-Anschluss vorher mit der Stromschiene verbunden, welche dann aus der Umspritzung des Halterelementes herausragt und dort die Kontaktierung einer Verbindungsleitung ermöglicht.
Vorteilhaft ist bei dieser erfindungsgemäßen Anordnung die gegenüber den bisherigen Anordnungen stabilere und präzisere Fixierung des ICs im Halteelement, was eine durch das Endumspritzen hervorgerufene ungewollte Lageveränderung des ICs im Halteelement verhindert. Weiterhin können mit Varianten der zuvor genannten Stromschiene die unterschiedlichsten Applikationen und damit Endumspritzungsgeometrien erzeugt werden. Dies bedeutet eine erhebliche Reduktion der Zahl der Halteelementvarianten und damit der Werkzeugkosten. Mit einem vorteilhaften Verfahren zur Herstellung einer der zuvor erwähnten Sensoranordnungen kann in einem ersten Arbeitsgang das Sensorelement und die Auswerteelektronik an der Stromschiene mit den verlierbaren Verbindungsstegen elektrisch und mechanisch befestigt werden. In einem zweiten Arbeitsgang wird die Stromschiene mit den an ihr gehaltenen Elementen in ein Spritzwerkzeug eingelegt und mit Kunststoff umspritzt und in einem dritten Arbeitsgang werden die verlierbaren Verbindungsstege entfernt.
In einem vierten Arbeitsgang werden an den nach dem Entfernen der Verbindungsstege hier verbleibenden aus dem Gehäuse herausragenden Enden elektrische Verbindungen angebracht und in einem fünften Arbeitsgang wird die endgültige Geometrie des Gehäuses mit mindestens einer Befestigungslasche durch eine Endumspritzung hergestellt. Die Verbindung des Sensorelements und der Auswerteelektronik an der Stromschiene und/oder die Verbindung der verbleibenden aus dem Gehäuse herausragenden Enden mit den externen elektrischen Verbindungsleitungen kann auf einfache Weise durch Schweißen, Löten, Crimpen, oder Kleben hergestellt werden.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
1 eine Ansicht einer Stromschiene als Halterung für eine Sensoranordnung mit einer Auswerteelektronik,
2 eine mit Kunststoff umspritzte Halterung nach der 1 mit einem Magneten für die Sensoranordnung,
3 die Halterung nach einem weiteren Arbeitsgang, bei dem Verbindungsstege an der Stromschiene nach der 1 entfernt worden sind,
4 die Halterung mit angeschlossenen externen Verbindungsleitungen und
5 die fertig hergestellte Sensoranordnung nach einer Endumspritzung mit Kunststoff und der Anbringung von einer möglichen Variante einer Befestigungslasche.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In 1 ist eine Prinzipansicht einer Halterung für eine Sensoranordnung 1 gezeigt, die eine Stromschiene 2 aufweist. Es ist eine integrierte Auswerteelektronikschaltung (IC-Schaltkreis oder -Baustein) 3 mit einer entsprechenden Sensorschicht vorgesehen, die über Anschlussstellen 4 durch Schweißen, Löten, Crimpen oder Kleben mit der Stromschiene 2 elektrisch und mechanisch verbunden ist. Zum Zusammenhalt der Stromschiene 2 sind in den weiteren Arbeitsgängen zunächst verlierbare Verbindungsstege 5 und 6 vorhanden.
Aus 2 ist zu entnehmen, dass diese IC-Stromschienenbaugruppe 2, 3, 4 zusammen mit einem eventuell erforderlichen Permanentmagneten 7 in ein hier nicht gezeigtes Spritzwerkzeug eingelegt und zur Bildung eines Gehäuses 8 umspritzt wird.
Nach dem Umspritzen werden die überstehenden Verbindungsstege 5 und 6 der Stromschiene 2 abgetrennt, um z. B. die beiden bisher durch den Verbindungssteg 6 verbundenen Sensorausgänge der Sensoranordnung 1 voneinander elektrisch zu trennen. In 3 sind die diesbezüglichen Abbruchkanten 5a und 6a der Verbindungsstege 5 und 6 angedeutet, sodass sich weiterhin am Ort des früheren Verbindungssteges 5 elektrisch kontaktierbare Anschlussstifte 9 und 10 für einen externen Anschluss herausbilden.
Im nächsten Arbeitsgang wird dann an den aus der Umspritzung herausragenden Anschlussstiften 9 und 10 eine elektrische Leitung oder auch Steckerkontakte durch Schweißen, Löten, Crimpen, oder Kleben angeschlossen, wie es aus 4 mit der Verbindungsleitung 11 gezeigt ist.
In einem abschließenden Arbeitsgang, dem sogenannten Endumspritzen nach 5 wird die endgültige Außengeometrie 12 der Sensoranordnung 1, die hier einen Drehzahlfühler für ein Kraftfahrzeug darstellt, erzeugt und gleichzeitig werden die inneren elektronischen Bauteile 3 und 7 vor Umwelteinflüssen wie Feuchtigkeit geschützt.
Es sind nunmehr auch Befestigungslaschen 13 mit unterschiedlichen Anschlussbuchsen 14 in unterschiedlichen Lagen mit der Endumspritzung 12 positionierbar. Somit ist eine Verwendung der ein und derselben Halterungsbaugruppe für eine Sensoranordnung 1 in Verbindung mit unterschiedlichen Endumspritzungen und damit unterschiedlichen Applikationen möglich.

Claims

Sensoranordnung (1) mit einer Sensorschicht und einer Auswerteelektronik (3) zur Verarbeitung des an der Sensorschicht abnehmbaren elektrischen Signals und mit einer Stromschiene (2) als elektrisch kontaktierbarem Halteelement, auf der die Sensorschicht und die Auswerteelektronik (3) angebracht sind, wobei die Stromschiene (2) mit der Sensorschicht und der Auswerteelektronik (3) mit einem Kunststoff zur Bildung eines Gehäuses (8, 12) umspritzt ist und die Stromschiene (2) aus dem Gehäuse herausragende Kontakte (9, 10) aufweist, die durch Entfernung von verlierbaren Verbindungsstegen (5, 6) hergestellt sind und an denen elektrische Verbindungsleitungen (11) angebracht sind und ferner an dem Gehäuse (8, 12) mindestens eine Befestigungslasche (13) am Gehäuse (8, 12) angebracht ist, die durch eine Endumspritzung des Gehäuses (8, 12) mit Kunststoff hergestellt ist.
Sensoranordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass diese einen Magnetsensor aufweist, von dem die Sensorschicht ein Bestandteil ist, der einen Permanentmagneten (7) und die magnetfeldempfindliche Sensorschicht aufweist, wobei das hier gebildete Magnetfeld durch die zu sensierende Bewegung eines magnetfeldbeeinflussenden Bauteils verändert wird.
Verfahren zur Herstellung einer Sensoranordnung mit einer Halterung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Arbeitsgang die Sensorschicht und die Auswerteelektronik (3) mit der Stromschiene (2) elektrisch und mechanisch verbunden werden, in einem zweiten Arbeitsgang die Stromschiene (2) mit der an ihr gehaltenen Sensorschicht und Auswerteelektronik in ein Spritzwerkzeug eingelegt und mit Kunststoff umspritzt werden, in einem dritten Arbeitsgang die verlierbaren Verbindungsstege (5, 6) entfernt werden, in einem vierten Arbeitsgang an den nach dem Entfernen der Verbindungsstege (5, 6) dort verbleibenden, aus dem Gehäuse herausragenden Enden (9, 10) elektrische Verbindungsleitungen (11) angebracht werden und in einem fünften Arbeitsgang die endgültige Geometrie des Gehäuses (8, 12) mit mindestens einer Befestigungslasche (13) durch eine Endumspritzung hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung der Sensorschicht und der Auswerteelektronik (3) an der Stromschiene (2) durch Schweißen, Löten, Crimpen, oder Kleben hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung der verbleibenden, aus dem Gehäuse (8, 12) herausragenden Enden (9, 10) mit den elektrischen Verbindungsleitungen (11) durch Schweißen, Löten, Crimpen, oder Kleben hergestellt wird.