EP1725879A1 - Bewegungssensor und verfahren zur herstellung eines bewegungssensors - Google Patents

Bewegungssensor und verfahren zur herstellung eines bewegungssensors

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Publication number
EP1725879A1
EP1725879A1 EP05701460A EP05701460A EP1725879A1 EP 1725879 A1 EP1725879 A1 EP 1725879A1 EP 05701460 A EP05701460 A EP 05701460A EP 05701460 A EP05701460 A EP 05701460A EP 1725879 A1 EP1725879 A1 EP 1725879A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
motion sensor
integrated circuit
basic module
plastic
sensor according
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP05701460A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ronald Steinbrink
Hartmut Rohde
Joerg Ruppert
Heiko Rausch
Frieder Sundermeier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1725879A1 publication Critical patent/EP1725879A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
    • G01P3/42—Devices characterised by the use of electric or magnetic means
    • G01P3/44—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed
    • G01P3/48—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage
    • G01P3/481—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D11/00—Component parts of measuring arrangements not specially adapted for a specific variable
    • G01D11/24—Housings ; Casings for instruments
    • G01D11/245—Housings for sensors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P1/00—Details of instruments
    • G01P1/02—Housings
    • G01P1/026—Housings for speed measuring devices, e.g. pulse generator
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making

Definitions

  • the invention relates to a motion sensor, in particular a speed sensor for the wheel rotation of a motor vehicle, and a method for producing a motion sensor, as is basically known from DE 197 22 507 A.
  • the sensor described there has a prefabricated housing part, in which an integrated circuit including a magnetoresistive element and a permanent magnet are inserted and, after connection to the strands of a two-wire cable, are extrusion-coated with plastic. In this way, one obtains an arrangement resistant to environmental influences, which, however, requires a larger number of working steps for its manufacture and requires a relatively large installation space because of the use of a prefabricated housing.
  • the invention has for its object to provide a motion sensor and a method for producing such a sensor, which on the one hand cause less manufacturing effort and on the other hand take up a smaller installation space. This is achieved by the characterizing features of claims 1 and 15.
  • the basic module as a superficially metallized injection molded part, from its metallization at least one conductor track is worked out by laser structuring (laser ablation) or by electroless metallization of one of two plastic components used to manufacture the injection molded part.
  • Another advantageous embodiment of the basic module provides for this to be provided with hot-stamped conductor tracks, preferably in the form of a metallization made of Cu, with admixtures of Pt, Al, Au Ag and / or Ni on a plastic film, which is hot stamped with the plastic of the basic module is connected.
  • a permanent magnet which is part of the measuring device, is preferably cast into the basic module, which results in an exact and secure positioning of the permanent magnet.
  • this permanent magnet can, however, also be subsequently inserted into a pre-formed recess in the basic module, preferably glued, or held superficially on the end face of the basic module, expediently by inserting a ferromagnetic homogenizing disk between the permanent magnet and the integrated circuit.
  • the permanent magnet can also be connected to the basic module in a laterally aligned manner.
  • the permanent magnet can also be subsequently magnetized after insertion into the basic module or after the sensor has been completed.
  • the integrated circuit is preferably designed as a so-called bare chip using flip-chip technology and connected to the end face of the basic module, contact bumps of the integrated circuit being contacted with connection points of the conductor tracks and an underfill made of thermosetting plastic being introduced between the integrated circuit and the basic module, to ensure a secure and permanent connection of the integrated circuit with the basic module.
  • the basic module is made from thermoplastic materials, in particular from polyamide or from LCP (Liquid Cristal Polymer) plastics by injection molding, as is an external encapsulation which surrounds the overall arrangement with the exception of the area of the integrated circuit and the section of the basic module which receives the permanent magnet.
  • This part of the sensor is expediently encased by a prefabricated, cup-shaped plastic cover, which extends at least with its opening edge into the outer encapsulation of the sensor and is held therein.
  • a cup-shaped plastic cover with a thin wall thickness has the advantage that, with a compact design and a small air gap to the permanent magnet, the IC is well protected against environmental influences and during assembly, and there is no pressure and no tension on the IC.
  • connection cable of the motion sensor is expediently contacted and held by a crimping device which is integrated into the basic module during injection molding.
  • a crimping device which is integrated into the basic module during injection molding.
  • this ensures a secure, permanent and tight connection of the connection cable to the sensor.
  • a soldered connection or another cold contacting technique for example a plug, can also be used to connect the connecting cable to the conductor tracks of the basic module.
  • FIG. 1 shows a perspective illustration of a first embodiment of the plastic base body of a motion sensor according to the invention
  • FIG. 2 shows the design of two conductor tracks to be applied to the plastic base body according to FIG. 1,
  • FIG. 3a shows a perspective illustration of a first metallizable injection molding component in the case of producing the plastic base body of the sensor base module from two different plastic components
  • FIG. 3b shows a perspective illustration of the second injection molding component of the plastic base body of the sensor basic module
  • FIG. 3 c shows a perspective illustration of the plastic base body of the sensor basic module after the electroless application of a metallization to the first plastic component
  • FIG. 4 shows a fully assembled basic module of the motion sensor with integrated circuit, a permanent magnet injected into the plastic base body, a capacitor bridging the conductor tracks and a connecting cable,
  • FIG. 5 shows a basic module with a cup-shaped cover over the integrated circuit and the front part of the basic module that receives the permanent magnet
  • 6 shows a representation of a finished motion sensor with the contours of the outer encapsulation before the crimping strip is separated and opened
  • Figure 7 is a perspective view of a fully encapsulated motion sensor with an encoder wheel.
  • 10 denotes a basic component for a speed sensor for determining the wheel rotation of a motor vehicle.
  • the basic module has a plastic base body 12 produced by injection molding from polyamide, into which a crimping device 14 is injected at the right end and a permanent magnet 16 is injected at the opposite left end.
  • the crimping device 14 is part of a crimping strip 18 and its contact ends 20 lead through the casting compound to the surface of the plastic base body 12, while its crimping ends 22 protrude from the end of the plastic body 12 for clamping with the stripped ends of the strands of a connecting cable 24.
  • the crimping strip 18 only serves to hold the crimping device 14 together during the casting, the parts of the crimping strip 18 between the crimping ends 22 are removed before the final casting.
  • the permanent magnet 16 and the crimping device 14 are inserted as insert parts into the injection mold prior to the injection of the plastic base body 12 and are therefore protected and correctly positioned in the injection mold 12 after the completion of the latter.
  • the diameter and the length of the permanent magnet 16 essentially determine the shape of the sensing end 26 of the basic module 10, with the aim in particular for this part of the sensor to minimize the dimensions by the required amount Keep installation space small.
  • the permanent magnet 16 could also be subsequently inserted into a recess in the plastic base body 12 or injected into the final outer encapsulation 42 of the sensor during manufacture or held and secured to it in some other form.
  • FIG. 2 shows the design and the course of two conductor tracks 28 and 30 on essentially copper-coated plastic film, which are hot-stamped on the plastic base body 12 in the form shown.
  • the plastic film of the conductor tracks 28 and 30 permanently connects to the
  • Plastic base body 12 wherein in the area of the contact ends 20 of the crimping device 14 the copper coating of the conductor tracks 28 and 30 is connected directly to the contact ends 20 of the crimping device 14 by stamping, gluing or soldering.
  • the opposite ends of the conductor tracks 28 and 30 form angled connection points 34 and 36 for the later connection of an integrated circuit 32.
  • FIG. 3 shows another design of the basic building block 10. This is designed without a crimping device as a two-component injection molded part with metallized conductor tracks 28, 30 and with metallized cutouts 15 for receiving the ends of the connecting cable (not shown) to be soldered.
  • an inner injection molded part 11 is first produced from an electrolessly metallizable first plastic component with ribs 27 and 29 corresponding to those later through the metallization to be applied conductor tracks 28 and 30 and with metallizable recesses 15 for receiving the ends of the connecting cable 24.
  • the electrolessly deposited metal layer can optionally be galvanically reinforced.
  • the plastic base body 12 is then produced according to FIG. 3b with the second, non-metallizable plastic component in its final form, including the permanent magnet 16.
  • the invisible permanent magnet is cast into the sensing end 26 of the injection molded part.
  • 3c shows the finished basic module 10 after the metallization of the plastic base body 12 with the conductor tracks 28 and 30 and their connection points 34 and 36 for the integrated circuit 32 and the metallized cutouts 15 for soldering the cable ends.
  • FIG. 4 shows a basic module 10 with conductor tracks 28 and 30 applied by hot stamping, the contact tabs 31 of which are connected to the contact ends 20 of the crimping device 14.
  • the crimp ends 22 are connected to the ends of two strands of the connecting cable 24 or the contact ends of a plug.
  • hot-stamped conductor tracks 28, 30, can also be produced by first giving the injection molded part a metallization on its entire surface, from which the conductor tracks 28 and 30 are machined by laser ablation. It is basically sufficient to expose one of the two conductor tracks 28 or 30, the second conductor track is then formed by the remaining metallization.
  • Polyamide or LCP (Liquid Crystal Polymer) materials can in turn be used as the material for the injection molded part 12. It is also possible to abeis the ends of the connection 24 to be soldered directly to the contact lugs 31 of the conductor tracks 28 and 30 or to connect connecting pins of a plug or a crimping device 14 to the contact lugs 31 by being pressed into holes in the plastic base body 12.
  • an integrated circuit 32 with gold connection bumps 37 is connected on its inside, not visible in the figure, to the connection points 34 and 36 of the conductor tracks 28 and 30.
  • the conductor tracks 28 and 30 are bridged between the connection of the integrated circuit 32 and the crimping device 14 by a capacitor 38, which possibly keeps away high-frequency interference from the integrated circuit 32 via the connecting cable 24.
  • This is equipped in a known manner with at least one Hall element, which reacts to the magnetic field of the permanent magnet 16 which is variable by external ferromagnetic parts with a variable Hall voltage.
  • the sensing end 26 of the motion sensor is adjacent to a ferromagnetic part which is designed as a ring gear 47 and rotates with the wheel of the motor vehicle, the magnetic field changing due to the change of teeth and tooth gaps
  • Permanent magnet 16 determines the output voltage of the motion sensor.
  • the permanent magnet 16 is part of the
  • Transmitter device can also be excited by an external magnetic impulse wheel or the like, the permanent magnet as part of the sensor device then being omitted.
  • connection bumps 37 of the IC component 32 consisting of gold being connected wirelessly to the connection points 34 and 36.
  • This connection can be made either directly or with the insertion of an isotropically electrically conductive adhesive.
  • the active side of the integrated circuit points to the connection points 34, 36 in the flip-chip contact and is additionally mechanically connected to the end face of the basic module 10 by thin, thermosetting plastic, a so-called underfiller.
  • FIG. 5 shows the fully assembled basic module 10, the integrated circuit 32 and the sensing end 26 of the basic module 10 receiving the permanent magnet 16 being encased by a prefabricated, cup-shaped, thin-walled plastic cover 40 made of polyamide.
  • FIGS. 6 and 7 finally show the completion of the motion sensor by means of an outer injection molding 42 made of polyamide, which covers the edge 41 at the open end of the cup-shaped plastic cover 40 and the end of the connecting cable 24.
  • an outer injection molding 42 made of polyamide, which covers the edge 41 at the open end of the cup-shaped plastic cover 40 and the end of the connecting cable 24.
  • FIG. 6 only the contours of the final encapsulation are shown in FIG. 6, while the final shape of the motion sensor with the external encapsulation 42 is visible in FIG. 7, which additionally has a connecting lug 44 with a fastening bushing 46 for mounting the sensor.
  • a compact, robust and permanently protected arrangement is achieved which meets the high quality requirements for sensors and requires only a very small installation space, so that for example, installation in the area of Wheel bearing of a motor vehicle wheel is possible without difficulty.
  • the Hall element used as a measuring element is part of the integrated circuit 32 and is therefore also well protected in the cup-shaped plastic cover 40
  • the permanent magnet 16 used for the generation of the variable magnetic field can be arranged with a small air gap width in the immediate vicinity of a ferromagnetic sensor part, for example in the form of a ring gear 47.
  • the Hall element (s) in the integrated circuit 32 react to the resulting changes in the magnetic field and convert them into electrical signals which reach the connected control units via the connection cable 24.
  • a linear element can of course also serve as the transmitter part; magnetoresistive elements can be used instead of Hall elements, for example.
  • the measurement signals can be used to determine the speed, the acceleration, the acceleration gradient and / or an angle of rotation.
  • the shape of the outer encapsulation 42 of the sensor is generally determined by the installation location.

Abstract

Es wird ein Bewegungssensor, insbesondere ein Drehzahlsensor für die Raddrehung eines Kraftfahrzeuges, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Bewegungssensors vorgeschlagen, welcher eine über ein elektrisches Kabel (24) anschliessbare integrierte Schaltung (32) mit einem Messwertgeber und einer elektronischen Schaltungsanordnung zur Aufbereitung der Messsignale aufweist. Der Sensor besitzt einen durch Giessen oder Spritzgiessen von thermoplastischem Kunststoff, vorzugsweise von Polyamid, in MID-Technik (Molded Interconnect Device) hergestellten Grundbaustein (10), in den ein Dauermagnet (16) integriert ist. Eine gehäuselose integrierte Schaltung (32) ist in Flip-Chip-Technik auf das MID-Bauelement aufgebracht. Die Anordnung aus dem Grundbaustein (10) mit der integrierten Schaltung (32) und dem Dauermagnet (16) sowie dem Anschlussende des Kabels (24) sind in einem weiteren Verfahrensschritt mit einem äusseren Verguss (42) umhüllt und zu einer widerstandsfähigen und gegen Umgebungseinflüsse gut geschützten Baueinheit zusammengefügt.

Description

Bewegungssensor und Verfahren zur Herstellung eines Bewegungssensors
Stand der Techni
Die Erfindung betrifft einen Bewegungssensor, insbesondere einen Drehzahlsensor für die Raddrehung eines Kraftfahrzeuges, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Bewegungssensors, wie er grundsätzlich aus der DE 197 22 507 A bekannt ist. Der dort beschriebene Sensor besitzt ein vorgefertigtes Gehäuseteil, in welches eine integrierte Schaltung einschließlich eines magnetoresistiven Elements und eines Permanentmagneten eingelegt und nach der Verbindung mit den Litzen eines zweiadrigen Kabels mit Kunststoff umspritzt sind. Auf diese Weise erhält man eine gegen Umwelteinflüsse resistente Anordnung, welche jedoch zu ihrer Herstellung eine größere Zahl von Arbei sschritten benötigt und wegen der Verwendung eines vorgefertigten Gehäuses einen verhältnismäßig großen Einbauraum benötigt .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Bewegungssensor und ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Sensors anzugeben, welche einerseits einen geringeren Fertigungsaufwand verursachen und andererseits einen kleineren Einbauraum beanspruchen. Dies wird erreicht durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und 15.
Hierbei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, den Grundbaustein als oberflächlich metallisiertes Spritzgussteil auszubilden, aus dessen Metallisierung mindestens eine Leiterbahn durch Laserstrukturierung (Laserablation) herausgearbeitet oder durch stromlose Metallisierung einer von zwei zur Herstellung des Spritzgussteils verwendeten Kunststoffkomponenten hergestellt ist. Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung des Grundbausteins sieht vor, diesen mit heiß aufgeprägten Leiterbahnen, vorzugsweise in Form einer Metallisierung aus Cu mit Beimengungen von Pt, AI, Au Ag und/oder Ni auf einer Kunststof folie zu versehen, welche beim Heißprägen mit dem Kunststoff des Grundbausteins verbunden wird.
Ein Dauermagnet, welcher Teil der Messwertgebervorrichtung ist, wird vorzugsweise in den Grundbaustein mit eingegossen, wodurch sich eine exakte und sichere Positionierung des Dauermagneten ergibt. Andererseits kann dieser Dauermagnet jedoch auch nachträglich in eine vorgeformte Aussparung in dem Grundbaustein eingefügt, vorzugsweise eingeklebt, oder oberflächlich an der Stirnseite des Grundbausteins gehalten werden, zweckmäßigerweise unter Einfügung einer ferromagnetischen Homogenisierungsscheibe zwischen dem Dauermagnet und der integrierten Schaltung. Im Falle der seitlichen Abtastung einer Bewegung kann der Dauermagnet auch seitlich ausgerichtet mit dem Grundbaustein verbunden werden. Der Dauermagnet kann dabei auch nachträglich nach dem Einfügen in den Grundbaustein oder nach der Fertigstellung des Sensors aufmagnetisiert werden.
Die integrierte Schaltung ist vorzugsweise als sogenannter Nacktchip in Flip-Chip-Technik ausgebildet und mit der Stirnseite des Grundbausteins verbunden, wobei Kontakthügel der integrierten Schaltung mit Anschlussstellen der Leiterbahnen kontaktiert sind und zwischen der integrierten Schaltung und dem Grundbaustein eine Unterfüllung aus wärmehärtbarem Kunststoff eingebracht ist, um eine sichere und dauerhafte Verbindung der integrierten Schaltung mit dem Grundbaustein zu gewährleisten. Der Grundbaustein ist aus thermoplastischen Kunststoffen, insbesondere aus Polyamid oder aus LCP (Liquid Cristal Polymer) -Kunststoffen durch Spritzgießen hergestellt, ebenso wie ein äußerer Verguss, welcher die Gesamtanordnung mit Ausnahme des Bereichs der integrierten Schaltung und des den Dauermagneten aufnehmenden Abschnittes des Grundbausteins umgibt. Dieser Teil des Sensors ist zweckmäßigerweise von einer vorgefertigten, becherförmigen Kunststoffabdeckung umhüllt, welche zumindest mit ihrem Öffnungsrand in den äußeren Verguss des Sensors hineinreicht und darin gehalten ist. Die Verwendung einer derartigen becherförmigen Kunststoffabdeckung mit dünner Wandstärke hat den Vorteil, dass bei kompakter Bauweise und kleinem Luftspalt zum Dauermagnet der IC vor Umwelteinflüssen und während der Montage gut geschützt ist und kein Druck und keine Verspannung an dem IC entstehen.
Das elektrische Anschlusskabel des Bewegungssensors ist zweckmäßigerweise durch eine Crimpvorrichtung kontaktiert und gehalten, welche beim Spritzgießen des Grundbausteines in diesen integriert wird. Hierdurch ist in Verbindung mit dem abschließenden äußeren Verguss des Sensors, welcher die Enden des Anschlusskabels überdeckt, eine sichere, dauerhafte und dichte Verbindung des Anschlusskabels mit dem Sensor gewährleistet. Statt einer Crimpvorrichtung kann jedoch auch eine Lötverbindung oder eine andere Kaltkontaktiertechnik, beispielsweise ein Stecker, zur Verbindung des Anschlusskabels mit den Leiterbahnen des Grundbausteins verwendet werden.
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele. Es zeigen :
Figur 1 eine perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsform des Kunststoffgrundkörpers eines erfindungsgemäßen Bewegungssensors,
Figur 2 die Gestaltung zweier auf den Kunststoffgrundkörper gemäß Figur 1 aufzubringender Leiterbahnen,
Figur 3a eine perspektivische Darstellung einer ersten metallisierbaren Spritzgusskomponente im Falle der Herstellung des Kunststoffgrundkörpers des Sensor- Grundbausteins aus zwei verschiedenen Kunststoffkomponenten,
Figur 3b eine perspektivische Darstellung der zweiten Spritzgusskomponente des Kunststoffgrundkörpers des Sensor- Grundbausteins,
Figur 3c eine perspektivische Darstellung des Kunststoffgrundkörpers des Sensor-Grundbausteins nach dem stromlosen Aufbringen einer Metallisierung auf die erste Kunststoffkomponente,
Figur 4 eine Darstellung eines fertig bestückten Grundbausteins des Bewegungssensors mit integrierter Schaltung, einem in den Kunststoffgrundkörper eingespritzten Dauermageten, einem die Leiterbahnen überbrückenden Kondensator und einem Anschlusskabel,
Figur 5 eine Darstellung eines Grundbausteins mit einer becherförmigen Abdeckung über der integrierten Schaltung und dem den Dauermagneten aufnehmenden Vorderteil des Grundbausteins, Figur 6 eine Darstellung eines fertigen Bewegungssensors mit den Konturen des äußeren Vergusses vor dem Abtrennen und Auftrennen der Crimpleiste und
Figur 7 eine perspektivische Darstellung eines fertig vergossenen Bewegungssensors mit einem Geberrad.
In Figur 1 ist mit 10 ein Grundbaustein für einen Drehzahlsensor zur Ermittlung der Raddrehung eines Kraftfahrzeuges bezeichnet. Der Grundbaustein weist in dieser Ausführungsform einen durch Spritzgießen aus Polyamid hergestellten Kunststoffgrundkörper 12 auf, in dem am rechten Ende eine Crimpvorrichtung 14 und am gegenüberliegenden linken Ende ein Dauermagnet 16 eingespritzt sind. Die Crimpvorrichtung 14 ist Teil einer Crimpleiste 18 und mit ihren Kontaktenden 20 durch die Vergussmasse hindurch bis zur Oberfläche des Kunststoffgrundkörpers 12 geführt, während ihre Crimpenden 22 für die Verklemmung mit den abisolierten Enden der Litzen eines Anschlusskabels 24 aus dem Kunststoffkörper 12 stirnseitig herausragen. Die Crimpleiste 18 dient dabei lediglich dem Zusammenhalt der Crimpvorrichtung 14 während des Vergusses, die Teile der Crimpleiste 18 zwischen den Crimpenden 22 werden vor dem abschließenden Verguss entfernt.
Bei der in Figur 1 dargestellten Ausführung sind der Dauermagnet 16 und die Crimpvorrichtung 14 vor dem Spritzen des Kunststoffgrundkörpers 12 als Einlegeteile in die Spritzgießform eingebracht und somit nach der Fertigstellung des Kunststoffgrundkörpers 12 in diesem geschützt und korrekt positioniert gehalten. Der Durchmesser und die Länge des Dauermagneten 16 bestimmen dabei im Wesentlichen die Form des sensierenden Endes 26 des Grundbausteins 10, wobei insbesondere für diesen Teil des Sensors eine Minimierung der Abmessungen angestrebt wird, um den benötigten Einbauraum klein zu halten. Der Dauermagnet 16 könnte auch in eine Aussparung im Kunststoffgrundkörper 12 nachträglich eingefügt werden oder bei der Herstellung des abschließenden äußeren Vergusses 42 des Sensors in diesen eingespritzt oder in anderer Form daran gehalten und gesichert werden.
Figur 2 zeigt die Gestaltung und den Verlauf von zwei Leiterbahnen 28 und 30 auf im Wesentlichen mit Kupfer beschichtete Kunststofffolie, welche in der dargestellten Form auf den Kunststoffgrundkörper 12 heiß aufgeprägt werden. Hierbei verbindet sich die Kunststofffolie der Leiterbahnen 28 und 30 dauerhaft mit dem
Kunststoffgrundkörper 12, wobei im Bereich der Kontaktenden 20 der Crimpvorrichtung 14 die Kupferbeschichtung der Leiterbahnen 28 und 30 direkt mit den Kontaktenden 20 der Crimpvorrichtung 14 durch Prägen, Kleben oder Löten verbunden wird.
Die entgegengesetzten Enden der Leiterbahnen 28 und 30 bilden abgewinkelte Anschlussstellen 34 und 36 für den späteren Anschluss einer integrierten Schaltung 32.
In den folgenden Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen wie in den Figuren 1 und 2.
In Figur 3 ist eine andere Gestaltung des Grundbausteins 10 dargestellt. Dieser ist hierbei ohne Crimpvorrichtung als Zweikomponenten-Spritzgussteil mit aufmetallisierten Leiterbahnen 28,30 und mit metallisierten Aussparungen 15 für die Aufnahme der anzulötenden Enden des nicht dargestellten Anschlusskabels ausgebildet.
Hierbei wird zunächst gemäß Figur 3a ein inneres Spritzgussteil 11 aus einer stromlos metallisierbaren ersten Kunststoffkomponente hergestellt mit Rippen 27 und 29 entsprechend den später durch die Metallisierung aufzubringenden Leiterbahnen 28 und 30 sowie mit metallisierbaren Aussparungen 15 zur Aufnahme der Enden des Anschlusskabels 24. Die stromlos abgeschiedene Metallschicht kann gegebenenfalls noch galvanisch verstärkt werden.
In einem zweiten Spritzgießschritt wird dann gemäß Figur 3b der Kunststoffgrundkörper 12 mit der zweiten, nicht metallisierbaren Kunststoffkomponente in seiner endgültigen Form unter Einschluss des Dauermagneten 16 hergestellt. Der nicht sichtbare Dauermagnet ist dabei in das sensierende Ende 26 des Spritzgussteils eingegossen.
Figur 3c zeigt den fertigen Grundbaustein 10 nach der Metallisierung des Kunststoffgrundkörpers 12 mit den Leiterbahnen 28 und 30 und deren Anschlussstellen 34 und 36 für die integrierte Schaltung 32 sowie den metallisierten Aussparungen 15 zum Einlöten der Kabelenden.
In Figur 4 ist ein Grundbaustein 10 mit durch Heißprägen aufgebrachten .Leiterbahnen 28 und 30 dargestellt, deren Kontaktfahnen 31 mit den Kontaktenden 20 der Crimpvorrichtung 14 verbunden sind. Die Crimpenden 22 werden mit den Enden zweier Litzen des Anschlusskabels 24 oder den Kontaktenden eines Steckers verbunden.
Anstelle von heiß aufgeprägten Leiterbahnen 28,30 können diese auch dadurch hergestellt werden, dass das Spritzgussteil zunächst auf seiner gesamten Oberfläche eine Metallisierung erhält, aus welcher die Leiterbahnen 28 und 30 durch Laserablation herausgearbeitet sind. Hierbei ist es grundsätzlich ausreichend, eine der beiden Leiterbahnen 28 oder 30 frei zu legen, die zweite Leiterbahn wird dann von der verbleibenden Metallisierung gebildet. Als Werkstoff für das Spritzgussteil 12 können wiederum Polyamid oder LCP- (Liquid Crystal Polymer) Werkstoffe verwendet werden. Hierbei ist es auch möglich, die Enden des Anschluss abeis 24 direkt an die Kontaktfahnen 31 der Leiterbahnen 28 und 30 anzulöten oder Anschlussstifte eines Steckers oder einer Crimpvorrichtung 14 durch Einpressen in Löcher im Kunststoffgrundkörper 12 mit den Kontaktfahnen 31 zu verbinden .
Am entgegengesetzten, sensierenden Ende 26 des Grundbausteins 10 ist eine integrierte Schaltung 32 mit Gold-Anschlusshöckern 37 auf ihrer in der Figur nicht sichtbaren Innenseite mit den Anschlussstellen 34 und 36 der Leiterbahnen 28 und 30 verbunden. Außerdem sind die Leiterbahnen 28 und 30 zwischen dem Anschluss der integrierten Schaltung 32 und der Crimpvorrichtung 14 durch einen Kondensator 38 überbrückt, welcher eventuell über das Anschlusskabel 24 eindringende hochfrequente Störungen von der integrierten Schaltung 32 fernhält. Diese ist in bekannter Weise mit wenigstens einem Hallelement bestückt, welches auf das durch äußere ferromagnetische Teile veränderliche Magnetfeld des Dauermagneten 16 mit einer veränderlichen Hallspannung reagiert. Bei der bevorzugten Anwendung des erfindungsgemäßen Bewegungssensor als Drehzahlsensor für die Raddrehung eines Kraftfahrzeuges ist das sensierende Ende 26 des Bewegungssensors einem als Zahnkranz 47 ausgebildeten, sich mit dem Rad des Kraftfahrzeuges drehenden ferromagnetischen Teil benachbart, wobei das durch den Wechsel von Zähnen und Zahnlücken veränderliche Magnetfeld des Dauermagneten 16 die Ausgangsspannung des Bewegungssensors bestimmt. Der Dauermagnet 16 ist hierbei Teil der
Messwertgebervorrichtung. Diese kann jedoch auch durch ein äußeres magnetisches Impulsrad oder dergleichen angeregt werden, der Dauermagnet als Teil der Messwertgebervorrichtung entfällt dann.
Die elektrische Kontaktierung der integrierten Schaltung 32 mit den Anschlussstellen 34,36 der Leiterbahnen 28,30 und ihre Befestigung auf der Stirnseite des Grundbausteins 10 erfolgen durch Flip-Chip-Technik, wobei aus Gold bestehende Anschlusshöcker 37 des IC-Bauelements 32 drahtlos mit den Anschlussstellen 34 und 36 verbunden werden. Diese Verbindung kann entweder direkt oder unter Einfügung eines isotrop elektrisch leitenden Klebstoffs erfolgen. Die aktive Seite der integrierten Schaltung zeigt bei der Flip-Chip- Kontaktierung zu den Anschlussstellen 34,36 hin und wird zusätzlich durch dünnflüssigen, wärmehärtbaren Kunststoff, einen sogenannten Underfiller, mit der Stirnseite des Grundbausteins 10 mechanisch verbunden.
Figur 5 zeigt den fertig bestückten Grundbaustein 10, wobei die integrierte Schaltung 32 und das den Dauermagneten 16 aufnehmende sensierende Ende 26 des Grundbausteins 10 von einer vorgefertigten, becherförmigen, dünnwandigen Kunststoffabdeckung 40 aus Polyamid umhüllt sind.
Die Figuren 6 und 7 zeigen schließlich die Fertigstellung des Bewegungssensors durch einen äußeren Spritzverguss 42 aus Polyamid, welcher den Rand 41 am offenen Ende der becherförmigen Kunststoffabdeckung 40 sowie das Ende des Anschlusskabels 24 überdeckt. Hierbei sind in Figur 6 lediglich die Konturen des abschließenden Vergusses dargestellt, während in Figur 7 die endgültige Gestalt des Bewegungssensors mit dem äußeren Verguss 42 sichtbar ist, welche zusätzlich eine Anschlusslasche 44 mit einer Befestigungsbuchse 46 für die Montage des Sensors aufweist.
Mit dem erfindungsgemäßen Bewegungssensor und dem Verfahren zur Herstellung eines derartigen Sensors, insbesondere eines Drehzahlsensors für die Raddrehung eines Kraftfahrzeuges, erzielt man eine kompakte, robuste und dauerhaft geschützte Anordnung, welche den hohen Qualitätsanforderungen für Sensoren genügt und nur einen sehr geringen Einbauraum benötigt, so dass beispielsweise der Einbau im Bereich des Radlagers eines Kraftfahrzeugrades ohne Schwierigkeiten möglich wird. Das als Messelement verwendete Hallelement ist Teil der integrierten Schaltung 32 und somit ebenfalls gut geschützt in der becherförmigen Kunststoffabdeckung 40 untergebracht
Der für die Erzeugung des veränderlichen Magnetfeldes verwendete Dauermagnet 16 kann mit geringer Luftspaltweite in unmittelbarer Nähe eines ferromagnetischen, beispielsweise als Zahnkranz 47 ausgebildeten Geberteils angeordnet werden. Das oder die Hallelemente in der integrierten Schaltung 32 reagieren auf die entstehenden Magnetfeldänderungen und wandeln diese in elektrische Signale um, welche über das Anschlusskabel 24 zu angeschlossenen Steuereinheiten gelangen. Als Geberteil kann an Stelle eines Impulsrades selbstverständlich auch ein Linearelement dienen, an Stelle von Hallelementen sind zum Beispiel magnetoresistive Elemente verwendbar. Die Messsignale können zur Bestimmung der Geschwindigkeit, der Beschleunigung, des Beschleunigungsgradienten und/oder eines Verdrehwinkels dienen. Die Form des äußeren Vergusses 42 des Sensors ist in der Regel durch den Anbauort bestimmt .

Claims

Ansprüche
1. Bewegungssensor, insbesondere Drehzahlsensor für die Raddrehung eines Kraftfahrzeuges, welcher eine vorzugsweise über ein elektrisches Kabel anschließbare integrierte Schaltung mit einer Messwertgeberanordnung und einer elektronischen Schaltungsanordnung zur Aufbereitung der Messsignale aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine gehäuselose integrierte Schaltung (32) in Flip-Chip-Technik auf einen mit Leiterbahnen (28,30) versehenen, als MID
(Molded-Interconnect-Device) - Bauelement ausgebildeten Grundbaustein (10) aufgebracht und gemeinsam mit den Leiterbahnen (28,30) und gegebenenfalls weiteren Elementen
(16,38) durch eine diamagnetische oder paramagnetische Abdeckung (40,42) umschlossen ist.
2. Bewegungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundbaustein (10) als oberfächlich metallisiertes Spritzgussteil ausgebildet ist.
3. Bewegungssensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kunststoffgrundkörper (12) des Grundbausteins (10) aus wenigstens zwei verschiedenen Kunststoffkomponenten hergestellt ist, von denen wenigstens eine an ihrer Oberfläche zur Ausbildung wenigstens einer Leiterbahn (28,30) metallisierbar ist.
4. Bewegungssensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffkomponenten LCP (Liquid Cristal Polymer) - Kunststoffe sind.
5. Bewegungssensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus einer Metallisierung des Grundbausteins (10) wenigstens eine Leiterbahn (28,30) durch Laserstrukturierung (Laser Ablation) herausgearbeitet ist.
6. Bewegungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundbaustein (10) heiß aufgeprägte Leiterbahnen (28,30) besitzt.
7. Bewegungssensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dauermagnet (16) in den Grundbaustein (10) eingefügt ist.
8. Bewegungssensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die integrierte Schaltung (32) zusammen mit einem Dauermagnet (16) von einer becherförmigen, diamagnetischen oder paramagnetischen Abdeckung, vorzugsweise von einer Kunststoffabdeckung (40) , umhüllt ist.
9. Bewegungssensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die integrierte Schaltung (32) Anschlusshöcker (37) aus Gold besitzt und mit diesen auf Anschlussstellen (34,36) der Leiterbahnen (28,30) befestigt und kontaktiert ist.
10. Bewegungssensor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlusshöcker (37) der integrierten Schaltung
(32) mit den Anschlussstellen (34,36) der Leiterbahnen (28,30) auf dem Grundkörper (10) direkt oder durch einen isotrop elektrisch leitenden Klebstoff verbunden sind.
11. Bewegungssensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die integrierte Schaltung (32) durch eine Kunststoff-Unterfüllung mechanisch mit dem Grundbaustein (10) verbunden ist.
12. Bewegungssensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einen durch Gießen oder Spritzgießen von thermoplastischem Kunststoff hergestellten Kunststoffgrundkörper (12) des Grundbausteins (10) eine Anschluss orrichtung (14) integriert ist.
13. Bewegungssensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnen (28,30) im Bereich zwischen der integrierten Schaltung (32) und den Kontaktfahnen (31) für den Außenanschluss durch einen Kondensator (38) überbrückt sind.
14. Bewegungssensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die integrierte Schaltung (32) und der den Dauermagneten (16) aufnehmende Teil des Grundbausteins (10) von einer vorgefertigten,becherförmigen, diamagnetischen oder paramagnetischen Abdeckung (40) , vorzugsweise von einer Kunststoffabdeckung umgeben sind, die zumindest mit ihrem Öffnungsrand (41) in einen äußeren Verguss (42) des Sensors hineinreicht, welcher die becherförmige Abdeckung (40) mit dem Grundbaustein (10) zu einer Einheit verbindet.
15. Verfahren zur Herstellung eines Bewegungssensors, insbesondere eines Drehzahlsensors für die Raddrehung eines Kraftfahrzeuges, welcher eine vorzugsweise über ein elektrisches Kabel anschließbare integrierte Schaltung mit einer Messwertgeberanordnung und einer elektronischen Schaltungsanordnung zur Aufbereitung der Messsignale aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass durch Gießen oder Spritzgießen von thermoplastischem Kunststoff ein Grundbaustein (10,12) hergestellt wird, dass auf den Grundbaustein (10,12) Leiterbahnen (28,30) für die Verbindung mit einer gehäuselosen integrierten Schaltung (32) aufgebracht werden, dass die integrierte Schaltung (32) drahtlos in Flip-Chip-Technik mit den Leiterbahnen (28,30;34,36) verbunden und die Anordnung anschließend zumindest teilweise in einem weiteren Gieß-oder Spritzgießprozess mit einem äußeren Verguss (42) umhüllt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoffgrundkörper (12) des Grundbausteins (10) in wenigstens zwei Arbeitsschritten aus wenigstens zwei unterschiedlichen thermoplastischen Kunststoffkomponenten gespritzt wird, von denen wenigstens eine stromlos metallisierbar und wenigstens eine weitere nicht metallisierbar ist.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst ein Spritzgussteil (11) aus einer metallisierbaren Kunststoffkomponente hergestellt und dieses anschließend mit einer nicht metallisierbaren Kunststoffkomponente zum Kunststoffgrundkörper umspritzt wird.
18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnen (28,30) durch stromlose Metallisierung der metallisierbaren Kunststoff omponente auf den Kunststoffgrundkörper (12) aufgebracht werden.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dauermagnet (16) beim
Spritzgießvorgang des Kunststoffgrundkörpers (12) mit einem nicht metallisierbaren Kunststoff umspritzt wird.
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