DE202005013344U1 - Elektrische Moduleinheit und Sensor - Google Patents

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Abstract

Elektrische Moduleinheit mit
– einem mindestens abschnittsweise flachen Leitungsgitter (16) mit einer Anzahl von Leitungssträngen (20) und mindestens einem Flächenbereich (22),
– wobei auf dem Flächenbereich (22) ein Rohchip einer integrierten Schaltung (26) aufgebracht und elektrisch mit den Leitungssträngen (20) verbunden ist,
– und wobei mindestens ein erster und ein zweiter Isolierkörper (30a, 30b; 46, 48, 50, 52, 54; 86a, 86b) so gebildet sind, daß jeder Isolierkörper (30a, 30b; 46, 48, 50, 52, 54; 86a, 86b) eine Mehrzahl von Leitungssträngen (20) einbettet, wobei die integrierte Schaltung (26) in einen der Isolierkörper (30a, 46, 86a) eingebettet ist,
– und wobei der erste Isolierkörper (30a, 86a) und der zweite Isolierkörper (30b, 86b) im Abstand voneinander gebildet sind und das Leitungsgitter (16) mindestens zwischen den Isolierkörpern (30a, 30b; 46, 48, 50, 52, 54; 86a, 86b) frei verläuft.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine elektrische Moduleinheit und einen Sensor.
  • Eine elektrische Moduleinheit ist eine als Modul, d.h. in sich abgeschlossene Baueinheit vorliegende elektrische Schaltung. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst die elektrische Schaltung mindestens eine integrierte Schaltung. Insbesondere richtet sich das Augenmerk der vorliegenden Erfindung auf elektrische Moduleinheiten die in Sensoren verwendet werden.
  • Von der Anmelderin ist eine elektrische Moduleinheit aus der DE-A-101 33 123 bekannt. Die Moduleinheit umfasst ein GMR-Element (magnetischer Widerstand) in einem Gehäuse. Als Anschlußelemente sind Leitungsstreifen aus Blech vorgesehen, die zur Zugentlastung eine Mäanderform aufweisen. Zwischen den Anschlußelementen ist eine Kondensatoreinheit mit einem angeschweißten Kondensatorelement angeordnet.
  • Die DE-A-100 23 695 der Anmelderin zeigt eine Verstellvorrichtung an einer Drosselklappeneinheit. Ein Drehwinkelsensor umfasst Hall-Einheiten, die anhand der Änderung eines magnetischen Feldes eine Drehung ermitteln können. An der Drosselklappeneinheit sind Steckkontakte vorgesehen. Die Hall-Einheiten sind mit den Steckkontakten über Leitungsgitter verbunden, die als Stanzgitter ausgeführt sind. Auf den Stanzgittern sind elektrische Bauelemente angeordnet. Die Bauelemente und die Stanzgitter sind in Kunststoff eingeformt.
  • Die DE-A-198 04 170 zeigt eine elektrische Moduleinheit und ein entsprechendes Herstellungsverfahren. Die Herstellung erfolgt durch Bildung vom Leadframes einstückig als dünnwandiges Blechstanzteil und der Leadframe wird dann auf einen flachen Kunststoffträger aufgeklebt. Anschließend wird der Leadframe mit Bauelementen bestückt, wobei Kondensatoren, Widerstände, Elektrolytkondensatoren und ein ASIC aufgelötet werden. Die Moduleinheit kann als Gurtschloßsensor oder Trägheitssensor ausgebildet sein. Ein Sensor wird hergestellt, indem die Moduleinheit in einem Gehäuse angebracht wird. Das Gehäuse kann umspritzt oder mit Kunststoffmasse aufgefüllt werden.
  • Die Verwendung der Leadframe-Technik ist auch aus der DE-A-102 31 194 bekannt, die einen Leadframe für eine in einem Halbleiterchip ausgeführte Sonde sowie einen Magnetsensor beschreibt. Ein Leadframe umfasst Zuleitungen und einen Flächenbereich (Chipinsel), auf dem ein Chip mit einer Sonde (Magnetfeldsensorchip) aufgebracht und über Drähte elektrisch angeschlossen wird. Die gesamte Anordnung wird mit einer Plastikvergußmasse umspritzt und vom äußeren Rahmen des Leadframes freigestanzt und verpackt.
  • Die DE-A-199 03 652 der Anmelderin zeigt eine alternative Herstellung von elektrischen Moduleinheiten. Auf einer Isolierfolienbahn werden Schaltkreisplättchen und Leitungszugelemente aufgeklebt und durch Bond-Drähte kontaktiert. Jeder Schaltkreis wird zusammen mit den verbundenen Leitungszügen mit einem Duroplast als Isolierstoff umspritzt. Die Moduleinheit wird freigestanzt, wobei die Leitungszugelemente als Anschlußleitungen verwendet werden können.
  • Weiter ist die Bildung elektrischer Moduleinheiten mit Hilfe von Leiterplatten bekannt, auf denen Leitungsstränge verlaufen und diskrete elektrische Bauelemente sowie integrierte Schaltungen hiermit elektrisch und mechanisch verbunden sind.
  • Für Sensoren, insbesondere Magnet-Sensoren, ist für viele Einsatzbereiche – insbesondere im Kfz-Bereich – eine hohe mechanische Festigkeit erforderlich. Zudem müssen die Sensorelemente häufig sehr genau positioniert werden. Daher sind exakte Positionierung und genaue Abmessungen erforderlich.
  • Diese Anforderungen können, insbesondere durch Leiterplatten nicht ohne weiteres mit der erforderlichen Genauigkeit erfüllt werden. Zudem sind die so hergestellten Moduleinheiten und Sensoren häufig relativ teuer oder es ist eine aufwendige weitere elektrische Beschaltung notwendig.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, kostengünstig herstellbare und genau positionierbare Moduleinheiten und Sensoren anzugeben.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch eine elektrische Moduleinheit nach Anspruch 1 oder alternativ nach Anspruch 10 und einen Sensor nach Anspruch 11. Abhängige Ansprüche beziehen sich auf vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
  • Bei der elektrischen Moduleinheit nach Anspruch 1 ist ein – mindestens in Abschnitten – flaches Leitungsgitter aus einem leitfähigen Material, bspw. als dünnes Blech-Stanzteil vorgesehen. Die Form des Leitungsgitters kann im Prinzip beliebig sein. Die Leitungsstränge dienen als elektrische Verbindungen zwischen den Elementen der durch das Modul realisierten Schaltung. Zusätzlich dienen die Leitungsstränge, die mindestens teilweise frei, d. h. nicht auf einen Isolator aufgeklebt oder in einen Isolator eingebettet verlaufen, auch zum mechanischen Zusammenhalt des Moduls.
  • Neben einer Anzahl von Leitungssträngen ist mindestens ein Flächenbereich vorgesehen, auf dem ein Rohchip (Die) einer integrierten Schaltung aufgebracht ist. D. h., es wird nicht eine in ein eigenes, separates Gehäuse mit Anschlußbeinchen verpackte integrierte Schaltung, sondern lediglich der funktionale Teil hiervon, nämlich das – bspw. aus Silizium bestehende – Die (Rohchip) aufgebracht und befestigt, bspw. verklebt. Dieses wird elektrisch mit den Leitungssträngen verbunden, bspw. über Bond-Drähte oder über andere bekannte Verbindungstechniken.
  • Weiter sind an der Moduleinheit Isolierkörper, und hierbei gemäß Anspruch 1 mindestens ein erster und ein zweiter Isolierkörper gebildet. Die Isolierkörper bestehen aus elektrisch isolierendem Material, bspw. Kunststoff. Bevorzugt wird ein für den Spritzguß geeigneter Kunststoff, z. B. Duroplast.
  • Jeder der Isolierkörper bettet eine Mehrzahl von Leitungssträngen ein, so daß diese durch die Isolierkörper gehalten werden. In einen der Isolierkörper ist auch die integrierte Schaltung eingebettet. Die Isolierkörper sind im Abstand voneinander gebildet. Zwischen Ihnen verlaufen Leitungsstränge des Leitungsgitters. Diese sind mindestens im Bereich zwischen den Isolierkörpern frei, d. h. sie sind nicht auf einen Isolator aufgebracht, wie bei einer Leiterplatte oder in einen Isolator eingeformt. Die Isolierkörper sorgen für den Zusammenhalt des Leitungsgitters und den Schutz eingebetteter Bauteile.
  • Eine derartige elektrische Moduleinheit weist erhebliche Vorteile auf. Sie ist in großen Stückzahlen sehr kostengünstig zu fertigen. Durch die Einbettung der Leitungsstränge in Isolierkörper ist sie einerseits mechanisch sehr widerstandsfähig. Andererseits kann sie durch diesen Aufbau leicht in gewünschter Weise geformt werden, nämlich durch entsprechende Biegung des Leitungsgitters. Durch die Verwendung eines Chip-Dies wird ein besonders einfacher Aufbau, niedrige Kosten und geringe Baugröße erreicht.
  • Bei der alternativen Lösung nach Anspruch 10 ist es nicht zwingend erforderlich, daß zwei Isolierkörper gebildet werden. Auch hier ist das oben beschriebene Leitungsgitter und auf dessen Flächenbereich eine integrierte Schaltung vorgesehen.
  • An den Leitungssträngen ist mindestens ein diskretes elektrisches Bauelement angebracht. Hierbei kann es sich um ein beliebiges diskretes Bauelement handeln, bspw. einen Widerstand, einen Kondensator, Elektrolytkondensator, Spule, Transistor, Diode etc. Bevorzugt sind mehrere elektrische Bauelemente vorgesehen. Gemeinsam mit der integrierten Schaltung bilden sie die elektrische Schaltung des Moduls. Mindestens ein elektrisches Bauelement ist gemeinsam mit der integrierten Schaltung in einen ersten Isolierkörper eingebettet.
  • Auch bei dieser Lösung weist die Moduleinheit hohe mechanische Festigkeit einerseits und Flexibilität andererseits auf. Sie ist in großen Stückzahlen kostengünstig herzustellen. Eine ggf. notwendige Beschaltung der integrierten Schaltung kann durch das Bauelement oder die Bauelemente bereits in das Modul integriert sein, so daß zusätzliche Beschaltung reduziert wird oder entfällt.
  • Besonders bevorzugt lassen sich die Vorschläge für eine elektrische Moduleinheit nach Anspruch 1 und nach Anspruch 10 kombinieren, d. h. die Moduleinheit umfaßt mindestens ein diskretes elektrisches Bauelement und mindestens zwei Isolierkörper. Darüber hinaus können beide Lösungen separat, oder ihre Kombination, weitere Ausgestaltungen aufweisen:
    Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind im ersten Isolierkörper die integrierte Schaltung (und optional zusätzlich auch diskrete Bauelemente) und im zweiten Isolierkörper mindestens ein diskretes Bauelement eingebettet. So können sehr flexibel Bauelemente an verschiedenen Orten des Moduls angebracht und durch die Isolierkörper geschützt und gehalten werden. Bevorzugt ist, daß mehrere diskrete Bauelemente vorgesehen sind, wobei jedes Bauelement in mindestens einen der Isolierkörper eingebettet ist.
  • Die diskreten Bauelemente können bedrahtete Bauelemente sein. Dann sind die Drahtanschlüsse mit den Leitungsträgern verbunden, bspw. verschweißt, geklebt oder gelötet. An den Leitungssträngen können Haltelaschen vorgesehen sein, die aus der Fläche herausgebogen sind und zum Tragen, Positionieren und/oder Halten der diskreten Bauelemente dienen.
  • Es können auch mehrere Flächenbereiche zum Aufbringen von mehreren integrierten Schaltungen vorgesehen sein. Das Leitungsgitter kann an einer Stelle oder an mehreren Stellen gebogen sein. Insbesondere kann das Leitungsgitter auch so umgebogen sein, daß das Modul gefaltet ist, so daß ein erster flacher Abschnitt des Leitungsgitters parallel über einen zweiten flachen Abschnitt angeordnet ist. So kann ein kompaktes Modul mit sehr geringer Baugröße erstellt werden.
  • Die Herstellung einer der beschriebenen Moduleinheiten erfolgt bevorzugt mit der Leadframe-Technik. Hierbei werden aus einem Streifenelement aus leitfähigem Material in einem ersten Material-Entfernungsschritt (bevorzugt Stanzen, aber alternativ ist bspw. auch Ätzen möglich) eine Anzahl von Leitungsgittern gebildet. Auf die Flächenbereiche dieser Leitungsgitter wird das Die einer integrierten Schaltung aufgebracht und elektrisch kontaktiert, bspw. durch Bonden. Zwei Isolierkörper werden durch Anspritzen im Abstand voneinander gebildet, so daß jeder Isolierkörper eine Anzahl von Leitungssträngen einbettet und die integrierte Schaltung in einem der Isolierkörper eingebettet wird. Zwischen den Isolierkörpern verlaufen die Leitungsstränge frei. In einem zweiten Material-Entfernungsschritt (bevorzugt durch Stanzen) werden weitere Teile des Streifenelements entfernt, so daß nur die zur Bildung der elektrischen Schaltung benötigten Leitungsstränge verbleiben und die Moduleinheit vom Streifenelement frei wird.
  • Die genannte Reihenfolge der Bearbeitungsschritte ist hierbei zwar bevorzugt, aber nicht völlig starr. Der erste Material-Entfernungsschritt bildet den Beginn und der zweite Material-Entfernungsschritt mit Vereinzelung der Moduleinheiten das Ende der Bearbeitung, soweit sie auf dem Streifen erfolgt. Das Bestücken des Gitters mit integrierten Schaltungen und/oder diskreten Bauelementen kann aber in beliebiger, für die jeweilige Anwendung sinnvoller Reihenfolge geschehen. Auch können die genannten Schritte in mehrere Teilschritte unterteilt werden und es können zusätzliche Bearbeitungsschritte (bspw. Biegen, Stanzen etc.) eingefügt werden. Bei der Bestückung der Bauelemente wird bevorzugt erst das Chip- Die aufgesetzt, dann gebondet und erst dann werden diskrete Bauelemente aufgebracht. Auch können bspw. elektrische und/oder mechanische Prüf- und Meßschritte noch am Streifen durchgeführt werden. Bevorzugt erfolgt nur ein Schritt, in dem alle Isolierkörper gleichzeitig gebildet werden, so daß bevorzugt sämtliche elektrischen Bauelemente – integrierte Schaltkreise ebenso wie diskrete Bauelemente – eingebettet werden.
  • Die oben beschriebene Herstellung weist eine große Anzahl von Vorteilen auf. Insbesondere kann eine sehr kostengünstige Fertigung großer Stückzahlen erfolgen. Die Bearbeitung im Leadframe-Verfahren, d. h. an einem Streifen, ist hierbei sehr effizient. Gleichzeitig ist das Herstellungsverfahren sehr variabel und es können verschiedene Moduleinheiten herstellt werden.
  • Weiterbildungen des bevorzugten Herstellungsverfahrens betreffen einerseits das Aufbringen diskreter elektrischer Bauelemente, die in einen der Isolierkörper eingebettet werden. Anderseits kann auch ein Biegen von Teilen des Materials erfolgen. Hierdurch können Teile des Materials aus der Ebene des Streifenelements herausgebogen werden, so daß sie Vorsprünge – bspw. für die Aufnahme von diskreten Bauelementen – bilden. Auch nach dem Bilden der Isolierkörper kann eine Biegung von Teilen der Moduleinheit erfolgen. Hierbei werden die Leitungsstränge so gebogen, daß die Moduleinheit die für die spätere Verwendung gewünschte Form erhält.
  • Es ist möglich, daß die integrierte Schaltung mindestens zwei Signal-Ausgänge aufweist. Diese können bspw. ein Sensor-Signal auf verschiedene Art ausgeben, z. B. einmal als Analog- und einmal als Digitalausgang. Die Signal-Ausgänge werden zunächst so kontaktiert, daß sie – über das Leitungsgitter – elektrisch kurzgeschlossen sind. Hierbei kann es sich um einen Kurzschluß gegenüber Masse oder einen Kurzschluß der beiden Pole eines zweipoligen Ausgangs handeln. Im zweiten Material-Entfernungsschritt wird nun der Kurzschluß an mindestens einem der Signalausgänge entfernt. So kann das Signal an diesem Signalausgang genutzt werden. An ungenutzten Signalausgängen kann der Kurzschluß verbleiben, so daß EMV-Probleme (Abstrahlung) verringert werden.
  • Die Herstellung von verschiedenen Typen von Moduleinheiten geschieht besonders effizient dadurch, daß für die verschiedenen Typen von Moduleinheiten zunächst identische Arbeitsschritte durchgeführt werden und eine unterschiedliche Bearbeitung erst im zweiten Material-Entfernungsschritt erfolgt. Durch Entfernen verschiedener Teile des Materials des Leitungsgitters im zweiten Material-Entfernungsschritt kann eine unterschiedliche Beschaltung der Signal-Ausgänge gebildet werden. So können weitgehend identische Moduleinheiten gebildet werden, bei denen bspw. bei einem ersten Typ nur der Digitalausgang, bei einem zweiten Typ nur der Analog-Ausgang und bei einem dritten Typ Analog- und Digitalausgänge kontaktiert sind. Diese unterschiedlichen Typen können aufgrund der weitgehend identischen Verarbeitung sehr effizient und daher kostengünstig hergestellt werden.
  • Bei dem Sensor nach Anspruch 11 wird eine elektrische Moduleinheit wie oben beschrieben, bei der die integrierte Schaltung eine Sensor-Schaltung ist, mit einem Grundelement zu einem Sensor verbunden. Bei dem Grundelement kann es sich bspw. um ein Gehäuse- und/oder Trägerelement handeln Es kann als Träger für die elektrische Moduleinheit dienen und/oder diese nach Art eines Gehäuses ganz oder teilweise abdecken. Bevorzugt ist das Grundelement mindestens teilweise aus Kunststoff gefertigt. Das Grundelement kann einteilig, zweiteilig oder mehrteilig sein. Es kann eine Montagevorrichtung (bspw. Anschraubhülse) zur Montage des Sensors an seinem Einsatzort aufweisen.
  • Durch Kombination der Moduleinheit mit dem Grundelement entsteht auf einfache Weise ein Sensor. Die Moduleinheit ist bevorzugt so geformt, daß sie paßgenau am Grundelement aufgenommen werden und dort befestigt werden kann. Hierzu kann sie bspw. entsprechend gebogen sein. Bei einer Sensorschaltung ist die Positionierung des eigentlichen Sensorelements, das die zu messende physikalische Größe aufnimmt, wichtig. Dieses Element kann Teil der integrierten Schaltung sein, bspw. im Fall eines bevorzugten Hall-ASIC. Das eigentliche Sensorelement kann aber auch separat an der elektrischen Moduleinheit vorgesehen und mit der integrierten Schaltung so verbunden sein, daß die Verarbeitung und Ermittlung eines Sensor-Wertes dort erfolgt, bspw. kann das Sensorelement selbst als externe Antenne ausgebildet sein, die zur Signalauswertung an der integrierten Schaltung angeschlossen ist.
  • Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung dient mindestens einer der Isolierkörper der elektrischen Moduleinheit zur mechanischen Verbindung mit dem Grundelement. Hierfür weist der Isolierkörper ein Koppelelement auf und das Grundelement ein passendes Aufnahmeelement. Das Koppelelement kann als Ausnehmung ausgebildet sein, in die das Aufnahmeelement eingreift. Alternativ kann auch umgekehrt das Aufnahmeelement als Ausnehmung ausgebildet sein, in die das Koppelelement eingreift. So können bevorzugt Koppelelement und Aufnahmeelement rastend miteinander verbunden werden. Ebenso ist eine Verbindung durch Warmnieten möglich. Ebenso sind andere Verbindungsarten denkbar.
  • Eine weitere Befestigungsmöglichkeit für die elektrische Moduleinheit, die alternativ oder zusätzlich zu einer Verbindung mit Hilfe der Isolierkörper vorgesehen sein kann, ist die Verbindung von Leitungssträngen des Leitungsgitters mit fest mit dem Grundelement verbundenen Befestigungslaschen aus Metall. Bevorzugt können derartige Befestigungslaschen an einem aus Kunststoff gefertigten Grundelement eingebettet sein. Am Steckeranschluß können Leiterelemente vorgesehen sein, die mit dem Leitungssträngen verbinden werden. Besonders bevorzugt ist es, wenn diese Leiterelemente, bevorzugt am Grundelement eingeformt, als Befestigungslaschen dienen. Die Befestigung kann bspw. durch Schweißen oder Löten erfolgen.
  • Eine Verbindung des Grundelements mit der elektrischen Moduleinheit über zwei im Abstand angeordnete Isolierkörper ermöglicht eine einfache, haltbare und sehr genaue Verbindung und Positionierung. Dies ist für einen Sensor, der bspw. im Kfz-Bereich erheblichen Beanspruchungen ausgesetzt sein kann, besonders wichtig. Aufgrund der einfachen Verbindung ist ein entsprechender Sensor auch besonders kostengünstig zu fertigen.
  • Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann die Moduleinheit an einen Teil (oder am gesamten) Grundelement eingebettet sein, bspw. umspritzt werden. Das Leitungsgitter kann Leitungsstränge aufweisen, die direkt als Steckerkontakte dienen, ggf. nach ein- oder mehrmaligem Umfalten, um die Materialstärke und die mechanische Festigkeit zu erhöhen.
  • Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist die integrierte Sensorschaltung einen Magnetfeldsensor auf. Weiter ist es möglich, daß am Sensor ein Magnetelement vorgesehen ist, das ein magnetisches Feld erzeugt. Hierbei kann es sich im Prinzip um einen Elektromagneten handeln, bevorzugt ist jedoch ein Permanentmagnetelement. Um eine besonders genaue Anordnung von Magnetelement und in der integrierten Sensorschaltung vorhandenen Magnetsensor zu erreichen, kann vorgesehen sein, daß das Magnetelement gemeinsam mit der integrierten Sensorschaltung in einem Isolierkörper eingebettet ist.
  • Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann die elektrische Moduleinheit durch Biegung so geformt sein, daß sie an das Grundelement angepaßt ist. Im Fall eines Sensors mit einem länglichen Trägerkörper kann die integrierte Sensorschaltung an dessen Ende augeordnet und das Leitungsgitter so gebogen sein, daß Leitungsstränge längs des Trägerkörpers verlaufen.
  • Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Herstellen einer elektrischen Baueinheit;
  • 2 in perspektivischer Ansicht ein Streifenmaterial als Ausgangsprodukt des Herstellungsverfahrens aus 1;
  • 3 in perspektivischer Ansicht das Streifenmaterial aus 2 nach einem Stanzschritt;
  • 4a–4e in Draufsicht jeweils eine erste Ausführungsform eines Elements nach den Bearbeitungsschritten des Verfahrens nach 1;
  • 5a, 5b in Draufsicht alternative Ausführungen einer elektrischen Baueinheit;
  • 6a–6d perspektivische Ansichten einer zweiten Ausführungsform eines nach dem Verfahren aus 1 hergestellten Elements nach verschiedenen Fertigungsschritten;
  • 7a, 7b perspektivische Ansichten einer dritten Ausführungsform eines nach dem Verfahren aus 1 herstellbaren Elements;
  • 8a, 8b perspektivische Ansichten einer vierten Ausführungsform eines Elements;
  • 9a–9c perspektivische Ansichten einer fünften Ausführungsform eines Elements nach verschiedenen Fertigungsschritten;
  • 10a, 10b Seitenansicht eines Teils des Elements aus 8a–8c nach verschiedenen Fertigungsschritten;
  • 11a–11c perspektivische Ansichten zum Zusammenbau einer ersten Ausführungsform eines Sensors;
  • 12 eine perspektivische Ansicht des fertigen Sensorelements aus 9a–9c;
  • 13 eine seitliche Schnittansicht des Sensorelements aus 11 und
  • 14 eine rückseitige Ansicht des Sensorelements aus 11.
  • 15a, 15b perspektivische Ansichten einer zweiten Ausführungsform eines Sensors, wobei in 15b der Deckel entfernt wurde;
  • 15c eine Schnittansicht des Sensors aus 15a, 15b;
  • 16 in perspektivischer Ansicht eine Explosionszeichnung des Sensors aus 15a–15c;
  • 17a eine sechste Ausführungsform eines Elements;
  • 17b das Element aus 17a nach Einbettung in ein Spritzteil.
  • Ein grundlegender Gedanke der vorliegenden Erfindung ist es, bei einfachen elektrischen Baueinheiten, insbesondere Sensor-Baueinheiten und Sensoren hiermit, die bisher übliche Verwendung von Leiterplatten zu verringern oder vollständig zu vermeiden. Stattdessen sollen die benötigten elektrischen Baueinheiten mit möglichst vollständigen elektrischen Schaltungen auf Basis eines Leadframe sehr effizient und kostengünstig hergestellt werden. Diese lassen sich zur Herstellung von Sensoren leicht in die gewünschte geometrische Form bringen und am Sensor exakt und mechanisch zuverlässig anbringen sowie sicher elektrisch kontaktieren.
  • Die Herstellung der elektrischen Baueinheiten erfolgt in Form von Modulen, die wie in 1 gezeigt hintereinander an einem im Prinzip endlosen Streifen in verschiedenen Schritten hergestellt und erst zum Schluß vereinzelt werden. Ausgangspunkt ist ein in 2 gezeigter dünner Blechstreifen, bspw. Kupfer- (oder kupferhaltige Legierung), Stahl-, Neusilber oder Messingblech einer Stärke von 0,1 bis 1 mm, bevorzugt weniger als 0,5 mm, besser weniger als 0,3 mm, besonders bevorzugt 0,18 bis 0,2 mm. Der Streifen 10 weist seitlich Transportstreifen 11 auf, an denen er zwischen den Stationen 1–5 transportiert wird. Dieser Streifen 10 wird, wie in 1 symbolisch gezeigt, nacheinander in verschiedenen Arbeitsstationen bearbeitet. Diese umfassen die Arbeitsstation 1 (Stanzen), Arbeitsstation 2 (Bestücken), Arbeitsstation 3 (Bonden), Arbeitsstation 4 (Spritzen) und Arbeitsstation 5 (Freistanzen).
  • In den Arbeitsstationen 1–5 werden auf dem Streifen elektrische Baueinheiten 12 gebildet, die nach dem letzten Bearbeitungsschritt als fertige elektrische Module 14 vorliegen.
  • Die Anordnung der Baueinheiten 12 innerhalb des Streifens 10 ist wie in 3 dargestellt endlos möglichst direkt hintereinander, um eine möglichst gute Ausnutzung zu erreichen. Soweit es die Bearbeitung erfordert bzw. erlaubt, ist es alternativ natürlich auch möglich, auf dem Streifen nebeneinander mehrere Reihen der Baueinheiten 12 gleichzeitig zu bilden, oder zwischen den Baueinheiten 12 auf dem Streifen 10 Abstände zu belassen.
  • Die 4a–4e zeigen eine einzelne Baueinheit 12, jeweils nach der Bearbeitung durch die Stationen 1–5:
    Aus dem Metallstreifen 10 wird in der ersten Bearbeitungsstation durch Stanzen ein Stanzgitter 16 mit einem umlaufenden Rahmen 18, einer Anzahl von Leitungssträngen 20, einem Diepad (Flächenbereich) 22 sowie Kontaktbereichen 24 (kleinere Flächenbereiche) durch Entfernen des dazwischen liegenden Materials gebildet. Das entstandene Stanzgitter ist weiterhin flach und über den Rahmen 18 Teil des Streifens 10.
  • In der zweiten Bearbeitungsstation 2 wird die Einheit 12 bestückt. Wie in 4b gezeigt wird auf das Diepad 22 ein Die 26 einer integrierten Schaltung aufgebracht und durch Kleben fixiert. Gleichzeitig werden diskrete Bauelemente bestückt, die als Beschaltung der integrierten Schaltung 26 dienen. Wie in 4b gezeigt, sind dies SMD-Kondensatoren C1, C2 sowie ein SMD-Widerstand R1. Im gezeigten Beispiel werden die SMD-Bauteile C1, C2, R1 durch Laser-Schweißen oder alternativ durch Kleben mit leitfähigem (bevorzugt silberhaltigem) Kleber mit dem Gitter 16 verbunden. Es sei darauf hingewiesen, daß das Bestücken von diskreten Bauelementen einerseits und dem Chip-Die 26 andererseits hier zwar als ein Schritt beschrieben wird, er aber wegen der für die Handhabung des Die 26 notwendigen Reinheitsbedingungen auch sinnvollerweise aufgeteilt werden kann.
  • In der Bearbeitungsstation 3 erfolgt, wie in 4c gezeigt, ein Kontaktieren der integrierten Schaltung 26 mit den Gitter 16 über Bond-Drähte 28. Das Kontaktieren von integrierten Schaltungen mittels Bond-Drähten ist dem Fachmann an sich bekannt und soll deshalb hier nicht näher erläutert werden.
  • In der Bearbeitungsstation 4 werden am Gitter 16 Kunststoff-Elemente angespritzt. Diese Spritzkörper 30a, 30b werden aus Duroplast, vorzugsweise Epoxid, gebildet. Im gezeigten Beispiel handelt es sich hier um zwei Spritzkörper 30a, 30b, von denen der erste Spritzkörper 30a das Diepad 22, Die 26, Bond-Drähte 28 und einige Leitungsstränge 20 in der Umgebung einbettet. Der zweite Spritzkörper 30b bettet die diskreten Bauelemente C1, C2, R1 sowie benachbarte Leitungsstränge 20 ein.
  • Die Spritzkörper 30a, 30b sind im Abstand voneinander gebildet. Sie lassen zwischen sich Teile des Gitters 16 frei.
  • Um eine gute Abdichtung der Spritzgußform zu gewährleisten, kann ein umlaufender, im wesentlichen geschlossener Rahmen (sog. "Dambar") am Leitungsgitter vorgesehen sein. So wird verhindert, daß beim Bilden der Spritzkörper Kunststoff zwischen den Leitungssträngen entweicht.
  • In der fünften Bearbeitungsstation erfolgt ein Freistanzen und Vereinzeln der Baueinheit 12 zu einem Modul 14. Verbleibende Brücken zwischen den Leitungssträngen 20 werden durch Stanzen entfernt. Direkt an den Spritzkörpern 30a, 30b werden daraus herausragende Teile des Gitters 16 abgetrennt. Auch der zum Abdichten gebildete Rahmen (Dambar) wird nach dem Bilden der Spritzkörper durch Stanzen entfernt.
  • Durch das Freistanzen wird die spätere Schaltung elektrisch erst gebildet. Vorher verbleibende, für den Zusammenhalt des Gitters 16 notwendige Kurzschlüsse werden so entfernt. Die Haltefunktion wird dabei von den Spritzkörpern 30a, 30b übernommen. Die Spritzkörper 30a, 30b sind so gebildet, daß sämtliche der später verbleibenden Leitungsstränge 20 an mindestens einer Stelle in mindestens einen Spritzkörper 30a, 30b eingebettet sind. So ist gewährleistet, daß nach dem Freistanzen und der Vereinzelung alle Leitungsstränge in den Spritzkörpern 30a, 30b gehalten sind und die Baueinheit 12 ein festes, zusammenhängendes Modul 14 bildet.
  • Das so hergestellte Modul 14 beinhaltet eine vollständige elektrische Schaltung, die aus dem integrierten Schaltkreis 26 und der zugehörigen Anschluß- bzw. Schutzbeschaltung aus den diskreten Bauelementen C1, C2, R1 gebildet wird. Die Schaltung umfaßt beim Freistanzen belassene Anschlußkontakte 32, von denen im gezeigten Beispiel der mittlere Kontakt einen Massekontakt, der obere Kontakt eine Spannungsversorgung für die integrierte Schaltung 26 und der untere Kontakt einen Ausgangsanschluß der integrierten Schaltung 26 darstellt.
  • Bei der integrierten Schaltung 26 handelt es sich um einen Sensor-IC, im gezeigten Beispiel um einen speziellen ASIC mit einem Hall-Sensor. Dieser ASIC wird bspw. eingesetzt in einem Drehzahlsensor (Kurbelwellensensor), der unten noch näher erläutert wird.
  • Die integrierte Schaltung 26 setzt im Betrieb die vom integrierten Hall-Sensor aufgenommenen Daten eines zeitvarianten Magnetfelds in Sensor-Ausgangsdaten um, die bspw. bei entsprechender Sensoranordnung einem Drehzahlwert entsprechen können. Der ASIC ist so ausgelegt, daß die Sensorausgangsdaten auf verschiedene Weise ausgegeben werden können, bspw. als Analogsignal (Spannungssignal), PWM-Signal oder anderes Signal. Hierfür sind am ASIC verschiedene Signalausgänge 34a, 34b, 34c, 34d vorgesehen, die alle im Betrieb gleichermaßen aktiv sind.
  • Beim letzten Schritt des oben erläuterten Herstellungsverfahrens kann nun durch gezieltes Stanzen entschieden werden, welcher der Ausgänge 34a–34d für das fertige Modul 14 verwendet werden soll. In den 5a, 5b sind beispielhaft alternative Ausführungen des Moduls 14 gezeigt. Während bei der in 4e gezeigten Variante der Signalausgang 34d kontaktiert wurde und die Signalausgänge 34a–34c freigestanzt, d. h. im Leerlauf betrieben werden, ist die Beschaltung in den alternativen Ausführungen nach 5a, 5b unterschiedlich.
  • Bei der Ausführungsform nach 5a sind die Signalausgänge 34a, 34b gegen Masse kurzgeschlossen. Dies kann sinnvoll sein, um eine Abstrahlung und entsprechende EMV-Problematik zu vermeiden. Signalausgang 34c ist angeschlossen, während Signalausgang 34d unbeschaltet bleibt.
  • Demgegenüber ist in der Variante nach 5b nur der Signalausgang 34b beschaltet, während die übrigen Signalausgänge unbeschaltet bleiben.
  • Auf diese Weise können durch Variation des oben erläuterten Herstellungsverfahrens nur im letzten Schritt unterschiedliche Typen des Moduls 14 erzeugt werden.
  • Die Signalausgänge 34a, 34b, 34c, 34d können nicht nur als Ausgänge des fertigen Moduls dienen, sondern können als Diagnose- oder Progammieranschlüsse zur Prüfung oder Einstellung während der Herstellung dienen.
  • Die durch das Verfahren erzeugten Module 14 stellen vollständige elektrische Schaltungen dar. Durch Verzicht auf eine darunterliegende Leiterplatte sind sie sehr kostengünstig herzustellen. Die Herstellung derartiger Module ist darüber hinaus sehr flexibel und eignet sich für eine Vielzahl verschiedener Schaltungen.
  • In 6a–6d ist eine zweite Ausführungsform einer elektrischen Baueinheit 12' sowie eines hieraus hergestellten Moduls 14' dargestellt. Hierbei handelt es sich um eine komplexere Schaltung, die aber ebenfalls nach dem oben beschriebenen Verfahren aus einem Leadframe-Streifen (6a) hergestellt wird. Wie 6b zeigt, umfaßt die Schaltung zwei inte grierte Schaltungen 26 sowie an diskreten Bauteilen außer den diskreten SMD-Widerständen bzw. Kondensatoren C1, C2, R1 einen bedrahteten Widerstand R2, eine Spule L1 ebenfalls mit Drahtanschlüssen und einen SMD-Transistor T1.
  • In 6c ist der Teil des Leitungsgitters mit der Spule L1 und dem Transistor T1 noch einmal in Vergrößerung dargestellt. Es ist ersichtlich, wie der Transistor T1 als ein Beispiel eines Bauelements mit mehr als zwei Anschlüssen an den jeweiligen Kontaktflächen des Leitungsgitters angebracht ist. Die Drahtanschlüsse des Spulenelementes L1 sind ebenfalls mit dem Leitungsgitter kontaktiert, indem die Drahtenden auf das Leitungsgitter aufgebracht und dort verschweißt oder verlötet worden sind.
  • Die Vergrößerung 6c zeigt als weiteres Detail eine Stelle des Leitungsgitters (Plättchen 23, an dem das linke Anschlußbeinchen der Induktivität L1 befestigt ist), das keinen weiteren Kontakt zu anderen Teilen des Leitungsgitters aufweist. Um derartige Abschnitte des Leitungsgitters zu stabilisieren, sind Verbindungen wie die in 6c gezeigte Brücke 21 vorgesehen, die in diesem Fall das Bauteil L1 zunächst elektrisch kurzschließt. Nach Einbettung des Bauteils L1 und des Anschlußbereiches 23 in den Isolierkörper 30c' wird beim Freistanzen auch die Brücke 21 entfernt.
  • Wie in 6d gezeigt, umfaßt das fertige Modul 14' einen ersten Spritzkörper 30a', der die beiden integrierten Schaltungen 26 einbettet. Ein zweiter Spritzkörper 30b' bettet die Bauelemente C1, C2, R1 ein und ein dritter Spritzkörper 30c' die Bauelemente T1, L1, R2.
  • In den 7a, 7b ist ein weiteres Beispiel einer Schalteinheit 12'' bzw. eines fertigen Moduls 14'' gezeigt. Wie aus den Figuren ersichtlich, umfaßt das Modul 14' ein Leitungsgitter, das so umgebogen ist, daß sich ein erster und ein zweiter Abschnitt parallel im Abstand gegenüber liegen.
  • Die Herstellung des Moduls 14'' erfolgt nach dem oben beschriebenen Verfahren, wobei nach dem Freistanzen der gestreckten Baueinheit eine Biegung in der Art angebracht wird, daß das Leitungsgitter wie in den Figuren gezeigt "gefaltet" wird. So läßt sich eine relativ komplexe Schaltung, analog zu einer doppelseitigen Platine, auf engem Raum unterbringen. Es ist sogar möglich, außer den randseitig verbleibenden Verbindungen zwischen den Ebenen (umgebogene Leitungsstränge) zusätzliche Durchkontaktierungen zwischen den Ebenen zu schaffen. Hierfür können bspw. parallel zu einem Stanz-Schritt Elemente des Leitungsgitters aus der Ebene herausgebogen werden, die dann nach dem Umbiegen mit der jeweils anderen Ebene in Kontakt treten.
  • Das Modul 14'' umfaßt auf jeder Seite einen ersten Spritzkörper 30a', der die integrierten Schaltungen 26 einbettet, einen zweiten Spritzkörper 30b', der die Bauteile C1, C2, R1 einbettet und einen dritten Spritzkörper 30c', der die Bauelemente L1, R2, T1 einbettet.
  • In den 8a, 8b ist eine vierte Ausführungsform eines Moduls 14''' gezeigt. Dargestellt ist hier jeweils das "Innenleben" des Moduls ohne die Isolierkörper, die bei dieser Ausführungsform in gleicher Weise und Position wie bei der vorangegangenen dritten Ausführungsform gebildet werden. Das Modul 14''' umfaßt wie das Modul 14'' ein "gefaltetes" Leitungsgitter, bei dem sich zwei ebene Abschnitte im Abstand gegenüberliegen. Zwischen diesen Abschnitten ist ein weiteres Leitungsgitter 25 angebracht, das im gezeigten Beispiel über drei parallele Leitungsstränge verfügt, zwischen denen Bauelemente – im gezeigten Beispiel als diskretes Bauelement ein SMD-Widerstand R3 – angebracht sind. Das Leitungsgitter 25 weist an den Leitungssträngen hochgebogene Abschnitte 27 auf. Diese Abschnitte sind mit dem Leitungsgitter 16''' elektrisch verbunden, nämlich verschweißt oder mit Leitkleber verklebt. Anschließend wird durch Bildung der erläuterten Isolierkörper am Leitungsgitter 16''' einerseits und am Leitungsgitter 25 andererseits (wobei auch der Widerstand R3 eingebettet wird) das Modul 14''' fertiggestellt.
  • Im Rahmen der Darstellung der inerten Ausführungsform sei noch auf ein weiteres Detail hingewiesen, das allerdings auch bei weiteren Ausführungsformen verwendet werden kann. Für die Spule L1 ist auf dem Leitungsgitter durch Biegen eine Halterung erstellt worden. Dies kann beim ersten Stanzschritt, oder in einem separaten Biegeschritt geschehen. Hierbei werden Laschen 19 aus dem Gittermaterial hochgebogen, so daß sie als Aufnahme bzw. Stütze für ein Bauteil – in diesem Fall die Induktivität L1 – dienen.
  • Im Hinblick auf die 9–14 wird nachfolgend Herstellung und Aufbau eines Sensors beschrieben, der ein nach dem oben erläuterten Verfahren hergestelltes elektrisches Modul umfaßt:
    Wie oben beschrieben wird eine fünfte Ausführungsform eines Moduls 40 aus einem Leadframe mit den Schritten Stanzen, Bestücken, Bonden, Umspritzen, Freistanzen hergestellt. Wie ebenfalls oben bereits beschrieben, wird das fertige Modul dann gebogen.
  • 9c zeigt das fertige Modul 40. Die 9a, 9b zeigen jeweils den inneren Aufbau des Moduls 40. Es sei darauf hingewiesen, daß die Herstellung des Moduls 40 im flachen, gestreckten Zustand (und nicht bereits gebogen, wie in 9a, 9b dargestellt) erfolgt. Im ersten Stanzschritt oder in einem separaten Biegeschritt werden Kontaktlaschen 42 ausgestanzt und aus der Gitterebene herausgebogen. Die anschließende Bestückung umaßt die diskreten Bauelemente R1, C1, C2 sowie die integrierte Schaltung 26 (ASIC mit Hall-Effekt-Sensor). Zusätzlich wird rückseitig am Leadframe unterhalb der integrierten Schaltung 26 ein Permanentmagnet 44 angebracht.
  • Bei Umspritzen wird ein erster Spritzkörper 46 gebildet, der den Magneten 44 sowie die integrierte Schaltung 26 mit den Bond-Drähten einbettet. Ein zweiter und ein dritter Spritzkörper 48, 50 werden beidseitig des ersten Spritzkörpers 46 gebildet, die jeweils diskrete Bauelemente einbetten. Zwischen dem ersten Spritzkörper und jeweils dem zweiten Spritzkörper 48 und dritten Spritzkörper 50 sind Leitungsstränge des Leitungsgitters über eine ausreichende Länge frei, so daß sie die an dieser Stelle wie in 8a–8c gezeigt später umgebogen werden können.
  • Im Abstand vom zweiten und dritten Spritzkörper werden ein vierter Spritzkörper 52 sowie ein fünfter Spritzkörper 54 gebildet. Die Spritzkörper 52, 54 umfassen jeweils eine Anzahl von eingebetteten Leitungssträngen 20. Bauelemente werden durch diese Spritzkörper aber nicht eingebettet. Die Spritzkörper 52, 54 weisen jeweils eine Rastöffnung 56 auf.
  • Das in 9c gezeigte fertige Modul ist durch die Spritzkörper 46, 48, 50, 52, 54 stabil. Die elektrischen Bauelemente sind in den Spritzkörper eingebettet und somit geschützt.
  • Aus dem Spritzkörper 16, der die integrierte Sensorschaltung 26 aufweist, ragen Teile des Leitungsgitters als Positionier-Elemente 47 heraus. Die Enden dieser Elemente dienen als Referenzpunkt zur Positionierung des Moduls. Ihre Lage zum tatsächlichen Sensor- Element ist durch das Leadframe-Herstellungsverfahren exakt festgelegt.
  • In 10a, 10b ist jeweils ein Teil des Moduls 40 gezeigt. Die integrierte Schaltung ist über Bond-Drähte mit den Leitungssträngen 20 des Gitters verbunden. Der Magnet 44 ist direkt unterhalb der integrierten Schaltung 26 angeordnet. Der erste Spritzkörper 46 hält den Magneten 44 durch Einbettung an seinem Ort relativ zum integrierten Schaltkreis 26 fest.
  • 11a–11c zeigen den Zusammenbau des Moduls 40 mit einer Grundeinheit 50 eines Sensors. Die Grundeinheit 50 ist als einstückiges Teil aus Kunststoff gefertigt. Sie umfaßt eine Steckerhülse 52 und eine Montagebohrung 54 mit einer Montagehülse. Es ist ein Zylinder 56 vorgesehen. Der Zylinder 56 weist beidseitig Rastnasen 60 auf. In das Grundelement 50 sind (wie auch in 10b zu erkennen) drei T-förmige Kontaktlaschen 58 eingebettet, die innerhalb der Steckerhülse 52 elektrisch kontaktierbar frei hervorstehen und zusätzlich beidseitig aus dem Grundelement 50 zur Kontaktierung mit der elektrischen Baueinheit 60 hervorragen.
  • Das Modul 40 wird, wie in 11a mit einem Pfeil angedeutet, auf den Grundkörper 50 so aufgeschoben, daß der erste Spritzkörper 46 stirnseitig am Zylinder 56 positioniert wird. Wie in 11c und 13 gezeigt, rasten die Rastnasen 60 in die Öffnungen 56 des vierten und fünften Spritzkörpers 52, 54 ein. Die ersten und zweiten Spritzkörper 48, 50 liegen seitlich am Zylinder 56 an und sorgen so durch Führung für eine exakte Positionierung. Sie können ggf. auch angeklebt oder (Kunststoff-)verschweißt werden. Wie in 11b, 11c gut sichtbar liegen die Enden der Laschen 58 und die ausgebogenen Kontaktbereiche 42 direkt aufeinander. In dieser Position werden sie mittels einer Zange verschweißt. So wird das Modul 40 am Grundelement 50 einerseits elektrisch kontaktiert und andererseits durch die Schweißverbindung mit den eingespritzten Kontaktfahnen 58 und die zusätzliche Rastverbindung mechanisch sicher gehalten.
  • 12 bis 14 zeigen Ansichten des fertigen Sensorelements. Das Modul 40 ist durch eine Kappe 62 abgedeckt. Hierbei können Teile der Kappe 62 mit den Referenzlaschen 47 des Moduls 40 in Eingriff treten (nicht dargestellt), so daß am fertigen Sensor 50 das eigentliche Sensorelement sehr exakt positioniert ist.
  • Das Sensorelement kann eingesetzt werden wie vorbekannte Sensorelemente, die bspw. beschrieben sind in DE-A-203 06 654.5 oder DE-A-100 39 588. Wie in EP-A-0 685 061 beschrieben, dreht sich ein Impulsrad mit Zähnen vor der Stirnseite des Sensorelements, an der die integrierte Sensorschaltung und das Magnetelement angeordnet sind. Die Änderung des magnetischen Flusses wird durch die Sensorschaltung erkannt und zu einem Sensorsignal, bspw. Drehzahlsignal, ausgewertet. Der Sensorwert kann über den Steckeranschluss 52 ausgelesen werden. Ein derartiger Sensor kann einem Kfz als Kurbelwellensensor zur Bestimmung der Motordrehzahl eingesetzt werden.
  • In den 15a–c, 16, 17a, 17b ist eine zweite Ausführungsform eines Sensor-elements gezeigt. 15a zeigt in perspektivischer Darstellung das fertige Sensorelement 70 mit Gehäuse. An dem Gehäuse ist ein Steckerbereich 72 gebildet. Eine aus dem Gehäuse herausgeführte Welle 74 ist drehbar. Die Drehposition der Welle 74 wird von dem Sensor 70 ermittelt und ist über den Steckeranschluß 72 auslesbar.
  • 15b zeigt vom Sensorelement 70 lediglich einen Gehäuserahmen 76 und die Welle 74 mit einem endseitig angeordneten Rotor 78. Der Gehäuserahmen 76 wird unten im Zusammenhang mit den 17a, 17b näher erläutert.
  • 15c zeigt in einer Längsschnittdarstellung das Innenleben des Sensors 70, bei dem sich der Rotor 78 mit einem darin enthaltenen Permanentmagnetelement 80, das quer zur Welle 74 magnetisiert ist, vor einem in einem Isolierkörper 86a angeordneten Magnetsensor dreht. Durch die Drehung der Welle 74 und damit des Rotors 78 ändert sich die Richtung des Magnetfeldes im Bereich des Isolierkörpers 86a, so daß der darin befindliche Magnetsensor, der Betrag und Polarität des magnetischen Feldes in einer Richtung quer zur Welle 74 mißt, die Drehung anhand der Veränderung des Meßwertes ermitteln kann. Der Magnetsensor ist hierbei integriert in einen ASIC, der die Signalauswertung vornimmt und daraus den Drehwinkel der Welle 74 ermittelt.
  • Auch bei dieser zweiten Ausführungsform ist die elektrische Schaltung des Sensors 70 als im Leadframe-Verfahren hergestellte Moduleinheit 82 ausgebildet. Wie oben beschrieben umfaßt die Moduleinheit 82 ein Leitungsgitter, auf dem die gesamte elektrische Schaltung aufgebaut ist durch diskrete elektrische Bauelemente zwischen den Leitungssträngen des Gitters und die integrierte Sensorschaltung (ASIC). Diese sind in den Isolierkörpern 86a, 86b eingebettet.
  • Das Modul 82 weist Ausgangsanschlüsse 84 auf. Diese sind als Leitungsstränge des Leitungsgitters ausgebildet und führen bis in den Steckerbereich 72, wo sie als Steckkontakte vorstehen. Das für das Leitungsgitter verwendete Material weist eine geringe Dicke von weniger als 0,25 mm auf. Um dennoch die für einen Steckkontakt erforderliche Dicke eine relativ gute mechanische Festigkeit der Kontaktanschlüsse 84 zu erzielen, ist das Ende der entsprechenden Leiterstränge einfach umgefaltet und der umgefaltete Bereich z. T. in Kunststoff eingeformt. Bei Bedarf kann auch mehrfach umgefaltet werden. So ist es möglich, das Material des Leitungsgitters direkt als Steckkontakt zu verwenden.
  • Wie aus 17a ersichtlich, weist das Modul 82 einen Leitungsrahmen 88 auf, der das Modul im wesentlichen (bis auf die Kontaktanschlüsse 84) umgibt. Der Rahmen 88 dient zur Stabilisierung des Moduls, zur Verbindung mit dem Gehäuse und dabei zur exakten Positionierung des im Isolierkörper 86a angeordneten Sensor-ASICs.
  • Wie in 17b gezeigt, wird das Modul 82 zunächst in den Gehäuserahmen 76 eingespritzt und dabei der Steckerbereich 72 bereits fertig gebildet. Der Rahmen 88 wird hierbei beidseitig in Kunststoffmaterial eingebettet, wobei aber an der Oberseite Bereiche 90 frei bleiben.
  • Wie in der Explosionszeichen von 16 gezeigt, wird der Mittelrahmen 76 anschließend gemeinsam mit Welle 74 und Rotor 78 in ein aus einem Oberteil 92 und einem Unterteil 94 bestehendes Gehäuse eingebracht. Der Oberteil des Gehäuses 92 umfaßt zwei fest damit verbundene Blechteile 96, die im montierten Zustand auf den freien Bereichen 90 des Rahmens 88 aufliegen und hier verschweißt werden. Die Blechteile 96 sind bevorzugt im Oberteil 92 eingespritzt.
  • Insgesamt ist der Sensor 70 so aus sehr wenigen Bauteilen aufgebaut und entsprechend kostengünstig zu fertigen. Die Genauigkeit der Positionierung des Magnetfeld-Sensors (Hall-ASIC) ist aufgrund des Aufbaus mit Rahmen 88 und Mittelrahmen 76 sehr exakt. Unter Verzicht auf eine Leiterplatte ist die gesamte elektrische Schaltung, d. h. die inte grierte Sensorschaltung und zusätzliche Beschaltung durch diskrete Bauelemente auf dem Leitungsgitter untergebracht.
  • Das Gehäuse und bevorzugt auch Welle 74 und Rotor 78 sind aus Kunststoff im Spritzgußverfahren gefertigt. Der Gehäuserahmen 76 kann als Vorspritzling bei der Bildung des Gehäuseunterteils 94 verwendet werden. Zur Abschirmung des Sensors gegen die Einflüsse äußerer Magnetfelder kann vorgesehen sein, daß das Gehäuse ganz oder z. T. (bspw. nur der Deckel 92) aus einem gefüllten Kunststoff, der bspw. Eisen enthält, gebildet sind. Eine weitere Möglichkeit zur Abschirmung wäre ein in den Deckel eingelegtes Schirmblech. Ein solches Schirmblech kann wie die Blechteile 96 z.B. im Oberteil 92 eingespritzt sein. Es kann such diese ersetzen und so außer zur Abschirmung auch zur Verbindung dienen. Eine weitere Alternative wäre ein im Gehäuse vorgesehener Ringmagnet, der um den Magnetsensor herum angeordnet wird.
  • Es sind eine Anzahl von Ergänzungen bzw. Alternativen zu den gezeigten Ausführungen möglich. Bspw. können Leitungsstränge des Gitters zur Zugentlastung eine Mäanderform aufweisen. Bezüglich der Möglichkeiten einen Steckeranschluß vorzusehen besteht einerseits wie im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform eines Sensors gezeigt die Möglichkeit, daß das Leitungsgitter (das üblicherweise eine sehr geringe Blechstärke von bspw. weniger als 0,25 m aufweist) an Steckkontakte anzuschweißen. Andererseits besteht wie im Zusammenhang mit der zweiten Ausführungsform eines Sensor gezeigt die Möglichkeit, das Leitungsgitter – ggf. nach ein- oder mehrfacher Faltung – direkt als Steckkontakt dient. Diese beiden Möglichkeiten – ebenso wie andere Details der gezeigten Ausführungsformen, die hier jeweils nur einmal im Zusammenhang mit einer bestimmten Ausführungsform dargestellt worden sind, lassen sich ebenfalls in beliebiger Weise auf andere Ausführungsformen übertragen und kombinieren.

Claims (28)

  1. Elektrische Moduleinheit mit – einem mindestens abschnittsweise flachen Leitungsgitter (16) mit einer Anzahl von Leitungssträngen (20) und mindestens einem Flächenbereich (22), – wobei auf dem Flächenbereich (22) ein Rohchip einer integrierten Schaltung (26) aufgebracht und elektrisch mit den Leitungssträngen (20) verbunden ist, – und wobei mindestens ein erster und ein zweiter Isolierkörper (30a, 30b; 46, 48, 50, 52, 54; 86a, 86b) so gebildet sind, daß jeder Isolierkörper (30a, 30b; 46, 48, 50, 52, 54; 86a, 86b) eine Mehrzahl von Leitungssträngen (20) einbettet, wobei die integrierte Schaltung (26) in einen der Isolierkörper (30a, 46, 86a) eingebettet ist, – und wobei der erste Isolierkörper (30a, 86a) und der zweite Isolierkörper (30b, 86b) im Abstand voneinander gebildet sind und das Leitungsgitter (16) mindestens zwischen den Isolierkörpern (30a, 30b; 46, 48, 50, 52, 54; 86a, 86b) frei verläuft.
  2. Einheit nach Anspruch 1, bei der – an den Leitungssträngen (20) mindestens ein diskretes elektrisches Bauelement (C1, C2, R1, R2, L1, T1) angebracht ist, – wobei in dem ersten Isolierkörper (30a) mindestens die integrierte Schaltung (26), – und in dem zweiten Isolierkörper (30b) mindestens das diskrete Bauelement (C1, C2, R1) eingebettet ist.
  3. Einheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der – mehrere diskrete Bauelemente (C1, C2, R1, R2, L1, T1) an den Leitungssträngen (20) angebracht sind, – wobei jedes Bauelement (C1, C2, R1, R2, L1, T1) mindestens in einem der Isolierkörper (30a, 30b, 30c) eingebettet ist.
  4. Einheit nach einem der Ansprüche 2, 3, bei der – das diskrete Bauelement oder die diskreten Bauelemente bedrahtete Bauelemente (R2, L1) sind, wobei die Drahtanschlüsse mit den Leitungssträngen (20) verbunden sind.
  5. Einheit nach einem der Ansprüche 2–4, bei der – an den Leitungssträngen (20) aus deren Fläche herausgebogene Haltelaschen (19) für mindestens ein diskretes Bauelement vorgesehen sind.
  6. Einheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der – die integrierte Schaltung (26) über Bond-Drähte (28) mit den Leitungssträngen (28) elektrisch verbunden ist, – wobei die Bond-Drähte (28) in den ersten Isolierkörper (30a) eingebettet sind.
  7. Einheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der – zwei Flächenbereiche vorgesehen sind, wobei auf jedem der Flächenbereiche das Die einer integrierten Schaltung (26) aufgebracht ist.
  8. Einheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der – das Leitungsgitter (16) so umbogen ist, daß ein erster flacher Abschnitt parallel über einem zweiten flachen Abschnitt angeordnet ist.
  9. Einheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der – mindestens zwei Leitungsgitter-Abschnitte (25, 16''') im Abstand im wesentlichen parallel übereinander angeordnet sind, – wobei gebogene Laschen (27) aus einer der Gitterebenen heraustreten und einen Kontakt mit der anderen Gitterebene herstellen.
  10. Elektrische Moduleinheit mit – einem mindestens abschnittsweise flachen Leitungsgitter (16) mit einer Anzahl von Leitungssträngen (20) und mindestens einem Flächenbereich (22), – wobei auf dem Flächenbereich (22) ein Rohchip einer integrierten Schaltung (26) aufgebracht und elektrisch mit den Leitungssträngen (20) verbunden ist, – und wobei mindestens ein erster Isolierkörper (30a) so gebildet ist, daß eine Mehrzahl von Leitungssträngen (20) und die integrierte Schaltung (26) in den ersten Isolierkörper eingebettet sind, – und wobei an den Leitungssträngen mindestens ein diskretes elektrisches Bauelement angebracht ist, das in dem ersten Isolierkörper (30a) eingebettet ist.
  11. Sensor mit – einer elektrischen Moduleinheit (40, 82) mit einer integrierten Schaltung (26) nach einem der vorangehenden Ansprüche, – wobei die integrierte Schaltung (26) eine Sensor-Schaltung zur Ermittlung eines Sensor-Wertes ist, – und einem Grundelement (50; 94, 76, 92) mit einem Steckeranschluß (52, 72), wobei die elektrische Moduleinheit (40, 82) an dem Grundelement (50; 94, 76, 92) angeordnet und elektrisch mit dem Steckeranschluß (52, 72) verbunden ist.
  12. Sensor nach Anspruch 11, bei dem – mindestens ein Isolierkörper (52, 54) der elektrischen Moduleinheit (40) mindestens ein Koppelelement (56) aufweist, das mit einem fest mit dem Grundelement (50) verbundenen Aufnahmeelement (60) verbunden ist.
  13. Sensor nach Anspruch 12, bei dem – das Koppelelement als Ausnehmung (56) ausgebildet ist, in die das Aufnahmeelement (60) eingreift, – oder das Aufnahmeelement als Ausnehmung ausgebildet ist, in die das Koppelelement eingreift.
  14. Sensor nach Anspruch 13, bei dem – Koppelelement (56) und Aufnahmeelement (60) rastend miteinander verbunden sind.
  15. Sensor nach Anspruch 13, bei dem – Aufnahmeelement und Koppelelement durch Warmnieten miteinander verbunden sind.
  16. Sensor nach einem der Ansprüche 11–15, bei dem – an mindestens zwei im Abstand angeordneten Isolierkörpern (52, 54) Koppelelemente (56) gebildet sind, die mit Aufnahmeelementen (60) verbunden sind.
  17. Sensor nach einem der Ansprüche 11–16, bei dem – die elektrische Moduleinheit (82) mindestens an einem Teil des Grundelements (76) eingebettet ist.
  18. Sensor nach Anspruch 17, bei dem an dem Teil des Grundelements (76) der Steckeranschluß (72) vorgesehen ist.
  19. Sensor nach einem der Ansprüche 11–19, bei dem – Befestigungslaschen (58) aus Metall vorgesehen sind, die fest mit dem Grundelement (50) verbunden sind, – wobei die Befestigungslaschen (58) fest mit Leitungssträngen (20) verbunden sind.
  20. Sensor nach Anspruch 19, bei dem – die Befestigungslaschen (58) am Grundelement (50) eingebettet sind.
  21. Sensor nach einem der Ansprüche 11–20, bei dem – am Steckeranschluß (52) kontaktierbare Leiterelemente (58) vorgesehen sind, und die Leiterelemente (58) mit den Leitungssträngen (20) verbunden sind.
  22. Sensor nach den Ansprüchen 19 und 21, bei dem – die Leiterelemente (58) fest mit dem Grundelement (50) verbunden sind und als Befestigungslaschen dienen.
  23. Sensor nach einem der Ansprüche 11–22, bei dem – Leitungsstränge des Leitungsgitters am Steckeranschluß (52) als Steckkontakte (84) hervorstehen.
  24. Sensor nach Anspruch 23, bei dem – die Leitungsstränge (84) an ihrem Ende mindestens einmal umgefaltet sind.
  25. Sensor nach einem der Ansprüche 11–24, bei dem – die integrierte Sensorschaltung (46) einen Magnetfeldsensor aufweist.
  26. Sensor nach Anspruch 25, bei dem – der Sensor ein Magnetelement (44, 80) aufweist.
  27. Sensor nach Anspruch 26, bei dem – das Magnetelement (44) gemeinsam mit der integrierten Sensorschaltung (26) in einem Isolierkörper (46) eingebettet ist.
  28. Sensor nach einem der Ansprüche 11–27, bei dem – der Sensor einen länglichen Trägerkörper (56) aufweist, an dessen Ende die integrierte Sensorschaltung (26) angeordnet ist, wobei das Leitungsgitter so gebogen ist, daß Leitungsstränge (20) längs des Trägerkörpers (56) verlaufen.
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