WO2015135733A1 - Sensorbaustein mit einem gehäusten sensor in einer mehrlagenleiterplatte - Google Patents

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WO2015135733A1
WO2015135733A1 PCT/EP2015/053541 EP2015053541W WO2015135733A1 WO 2015135733 A1 WO2015135733 A1 WO 2015135733A1 EP 2015053541 W EP2015053541 W EP 2015053541W WO 2015135733 A1 WO2015135733 A1 WO 2015135733A1
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sensor
layer
circuit board
sensor module
printed circuit
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PCT/EP2015/053541
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Karin Beart
Johannes Bock
Michael Pechtold
Bernhard Schuch
Jürgen Henniger
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Conti Temic Microelectronic Gmbh
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    • H05K3/4046—Through-connections; Vertical interconnect access [VIA] connections using auxiliary conductive elements, e.g. metallic spheres, eyelets, pieces of wire

Definitions

  • the invention relates to a sensor module with a housed sensor according to the preamble of claim 1 and a carrier circuit board with such a sensor module according to the preamble of claim 7.
  • control unit in the transmission makes high demands on its thermal and mechanical Be ⁇ loadability.
  • the functionality has to be guaranteed over a wide temperature range (about -40 ° C up to 200 ° C) as well as for mechanical vibrations (up to about 40g). Since the control unit is at least partially surrounded by aggressive media such as transmission oil and transmission oil vapor, it must also have a very high degree of tightness compared to these media.
  • the control unit In motor vehicles such controllers are used with an electronic control unit and associated components such as sensors for different tasks, the control unit usually a circuit carrier, for. B. includes a printed circuit board and located thereon active and passive electronic components. For example, when used in a transmission speeds of waves and positions of gear actuators are sensed by means of sensors. On the basis of this information, the electronic control unit controls, among other things, the switching operations in the transmission.
  • the electronic control unit is usually arranged on a carrier plate and enclosed by a housing body.
  • the sensors are electrically connected due to application near the parts to be sensed po sitioned ⁇ and via electrical conductors, in particular punched grid with the electronic control unit.
  • the stamped grid are usually encapsulated in plastic and form with the sensor as an electrical component and a sensor cover a component carrier, also called sensor dome.
  • WO 2006/108932 AI shows such a control device with a housing, comprising a housing cover for receiving Sen ⁇ sordomes and a housing shell for receiving a control ⁇ unit and a foil conductor for electrically connecting the lead frame of the sensor dome on the housing cover with the control unit.
  • a disadvantage of the conventional use of sensor dome is that in the production of many materials of different mechanical and thermal properties must be used to achieve a relatively safe protection against environmental influences, especially oils. Despite the use of high-quality, cost-intensive materials failures are always recorded, which are largely due to free ⁇ bare copper surfaces on the sensor domes.
  • the components to be sensed are located in the immediate vicinity of the control unit and thus the use of domes as sensor carriers can be dispensed with.
  • the sensor components can be mounted directly on the scarf ⁇ tion carrier or the circuit board of the control unit.
  • the circuit boards are usually made of fiber-reinforced plastic or ceramic. Due to the miniaturization of the electronic components and the resulting reduction in the available installation space, the trend is towards so-called multi-layer or multilayer printed circuit boards.
  • Multilayer printed circuit boards made of fiber-reinforced plastic, in particular glass-fiber reinforced plastic comprise in the substantial outer and inner layers.
  • An outer layer usually comprises a copper layer or copper foil as a conductive element and a so-called prepreg layer as an insulating element, wherein the prepreg layer consists of a glass fiber base fabric impregnated with resin, in particular epoxy resin.
  • Inner layer also called PCB Core or Core
  • the copper layers are formed as conductor track structures.
  • the layered structure of copper layer and prepreg layer is particularly symmetrical to the innermost prepreg layer.
  • Hall sensors and SOT89 rotational speed sensors on the surface of a circuit carrier, in particular a printed circuit board, by means of different so-called “surface-mounted” technologies are state of the art.
  • the above-mentioned sensors are, in particular, housed components.
  • Technology equally oriented mounted on the surface of the circuit board, ie the connecting legs of the components, also called pins, are aligned on so-called pad surfaces of the conductor track structure, which are provided with solder paste, and then in a
  • Component housing are thus just connected to the conductor track structure of the circuit board.
  • This arrangement has the disadvantage, in particular when used in transmission controls, that the components can come into direct or indirect contact with the transmission oil. Due to the aggressive components contained in the gear oil, in particular sulfur components in different Concentration and different states of aggregation, the functionalities of the respective sensor component can be negatively influenced, which in individual cases can also lead to failure of the respective component.
  • the invention has for its object to provide a sensor module in a vehicle control unit with a housing sensor, which provides improved protection against environmental influences, in particular aggressive oils.
  • the sensor module comprises a housed sensor with connection pins and a multilayer printed circuit board.
  • the multilayer printed circuit board has an upper outer layer and a lower outer layer, each having an electrically conductive conductor layer and an insulating Leiterplattenbasis ⁇ layer, and the multilayer printed circuit board further comprises at least one inner layer between the two outer layers, wherein in the inner layer, a printed circuit board base layer between two conductor track layers is arranged.
  • the material of the circuit board base layer is in particular a ge with resin-impregnated glass fiber ⁇ base fabric.
  • the sensor is advantageously between the upper conductor layer and the lower one
  • Conductor layer arranged and completely enclosed with material of the PCB base layer.
  • the sensor is thus protected against environmental influences, in particular against aggressive oils.
  • An electrically conductive connection between interconnect layers is produced by means of plated-through holes.
  • the location and number of plated-through holes can in particular be adapted individually to the corresponding application.
  • the senor in a
  • the Lei ⁇ terplatte external connection pads for electrically connecting the sensor to electrical components outside of the sensor module are formed in the lower wiring layer.
  • the sensor module can be inserted into a cavity of a carrier circuit board and connected to it by means of soldering or welding.
  • the senor may be electrically connected by means of push-through contacts with electrical components outside the sensor module.
  • a further object of the present invention is to provide a carrier circuit board with a sensor module according to one of claims 1 to 5.
  • the sensor module is advantageously arranged terplatte in a cavity of the Shinlei ⁇ terplatte and with at least one conductor track layer the carrier circuit board electrically connected by means of soldering, welding, gluing or push-through mounting
  • FIG. 2 shows a sensor dome according to the prior art
  • FIG. 3 shows a sensor module according to the invention, comprising a sensor and a multilayer printed circuit board
  • FIG. 3 shows a sensor module according to the invention, comprising a sensor and a multilayer printed circuit board
  • Fig. 5 shows the integration of a sensor module as in FIG. 4, wherein the connection to the carrier board by ⁇ is realized by plug-in assembly
  • Fig. 6 shows a sensor module disposed in a sort of sensor dome.
  • Fig. 1 shows a packaged sensor 3 mounted on a printed circuit board 6 by means of known SMD technology.
  • the senor 3 for example, mounted by "surface mounted” technology on the surface of the circuit board 6, ie the connecting legs 2, 4 of the sensor 3, and connecting pins called, are aligned on so-called pad surfaces 1, 5 of the wiring pattern on the circuit board 6 and then soldered in a reflow soldering process.
  • the pins 1, 5 on the underside of the sensor housing are thus just connected to the conductor track structure of the printed circuit board 6.
  • Fig. 2 shows a schematically drawn structure of a known sensor dome.
  • electrical connection pins 2 are usually arranged in the form of stamped gratings.
  • the stamped grid 2 are usually encapsulated in plastic and form the sensor dome ⁇ housing 10.
  • the sensor 3 is covered in the sensor dome housing 10 with the sensor dome cap 11 at least spandicht.
  • the lead frame 2 are electrically contacted, for example with an electronic control unit.
  • FIG. 3 shows a sensor module according to the invention, comprising a housed sensor 3 with connection pins 2, 4 and a multilayer printed circuit board.
  • the multilayer printed circuit board has an upper outer layer 7a, 6 and a lower outer layer 7b, 6, with each of an electrically conductive wiring layer 7a, 7b and an insulating circuit board base layer 6.
  • the multilayer printed circuit board furthermore has at least one inner layer 6, 8 between the two outer layers 7a, 6 and 7b, 6, wherein in the inner layer 6, 8 a printed circuit board base layer 6 is arranged between two printed conductor layers 8.
  • the material of the circuit board base layer 6 is a resin impregnated fiberglass base fabric.
  • the sensor 3 is advantageous legally disposed between the upper wiring layer 7a and the lower wiring layer 7b, here in the outer layer 7a, 6, and completely surrounded by material of the circuit board base ⁇ layer. 6 The sensor 3 is thus protected from environmental influences, especially from aggressive oils.
  • the connection pins 2, 4 of the sensor 3 are by means of sensor pads 5 are electrically conductively connected ⁇ with the inner wiring layer. 8
  • An electrically conductive connection between the conductor track layers 7b, 8 is produced by means of electrically conductive through-connections 9, so-called vias.
  • the position and number of plated-through holes 9 can in particular be adapted individually to the corresponding application.
  • the sensor 3 may also be arranged in an inner layer 8, 6.
  • external connection pads for electrically connecting the sensor 3 to electrical components outside the sensor module are formed in the lower conductor track layer 7b of the printed circuit board.
  • the sensor module could in addition to the sensor 3 and at least one other electrical component, for example, a suppression capacitor to form a sensor module include.
  • the printed circuit board with the embedded sensor 3 is inserted into a cavity 13 of the carrier circuit board 12 and electrically conductive by means of a solder connection 15 with a conductor layer 14 of the carrier circuit board 12 connected.
  • the connection could also be made by means of welding or gluing.
  • FIG. 5 shows the integration of a sensor module into a carrier circuit board 12 as in FIG. 4, wherein, however, the electrical connection to the carrier circuit board 12 is realized by means of push-through mounting.
  • the sensor 3 with the periphery of the carrier circuit board 12 is electrically connected.
  • the gap between the sensor module and the carrier circuit board 12 is sealed by means of a sealant 16.
  • a sealant 16 in particular an adhesive or silicone can be used.
  • Fig. 6 shows schematically a sensor module with a sensor 3 with connection pins 2, 4, arranged in a kind of sensor dome.
  • the sensor module is at least partially encapsulated in plastic.
  • the plastic forms here the sensor housing 10.
  • Via the electrical contacts 19 are not shown here Lei terbahn füren 7a, 7b, 8 of the sensor module electrically contacted, for example with an electronic control unit of a motor vehicle control unit.
  • a further advantage of this arrangement is that the multilayer printed circuit board can be a large, standardized multi-layer printed circuit board surface, and that sensor chips can be separated from the multilayer printed circuit board surface.

Abstract

Sensorbaustein in einem KFZ-Steuergerät umfassend einen gehäusten Sensor (3) mit Anschlusspins (2, 4) und eine mehrlagige Leiterplatte, wobei die mehrlagige Leiterplatte eine obere Außenlage (7a,6)und eine untere Außenlage (7b, 6), jeweils umfassend eine elektrisch leitende Leiterbahnschicht (7a, 7b) und eine isolierende Leiterplattenbasisschicht (6), und mindestens eine Innenlage (8, 6) zwischen den beiden Außenlagen umfasst, wobei bei der Innenlage (6, 8) eine Leiterplattenbasisschicht (6) zwischen zwei Leiterbahnschichten (8) angeordnet ist, und wobei das Material der Leiterplattenbasisschicht (6) der Leiterplatte ein mit Harz getränktes Glasfaserbasisgewebe ist und der Sensor (3) zwischen der oberen Leiterbahnschicht (7a) und der unteren Leiterbahnschicht (7b) vollständig mit Material der Leiterplattenbasisschicht (6) umschlossen, angeordnet ist.

Description

Beschreibung
Sensorbaustein mit einem gehäusten Sensor in einer Mehrlagenleiterplatte
Die Erfindung betrifft einen Sensorbaustein mit einem gehäusten Sensor nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie eine Trägerleiterplatte mit einem derartigen Sensorbaustein nach dem Oberbegriff von Anspruch 7.
Aus dem Stand der Technik ist es allgemein bekannt, dass in der Kraftfahrzeugtechnik Komponenten wie Getriebe-, Motoren- oder Bremssysteme zunehmend elektronisch gesteuert sind. Hierzu existieren integrierte mechatronische Steuerungen, auch als Vorort-Elektroniken bezeichnet, welche durch Integration von Steuerelektronik und zugehöriger elektronischer Komponenten wie Sensoren oder Ventile in das Getriebe, den Motor oder das Bremssystem erzeugbar sind. Das heißt, die Steuerelektronik und die zugehörigen elektronischen Komponenten sind nicht in einem separaten geschützten Elektronikraum außerhalb des Getriebes, Motors oder Bremssystems untergebracht.
Im Vergleich zur konventionellen Verwendung externer Anbausteuergeräte hat diese Anordnung enorme Vorteile im Bezug auf Qualität, Kosten, Gewicht und Funktionalität. Insbesondere resultiert daraus eine erhebliche Verringerung von unter Um¬ ständen fehleranfälligen Steckverbindungen und Leitungen.
Die Integration des Steuergerätes in das Getriebe stellt dabei hohe Anforderungen an seine thermische und mechanische Be¬ lastbarkeit. Die Funktionalität muss sowohl über einen breiten Temperaturbereich (etwa -40°C bis hin zu 200°C) als auch bei mechanischen Vibrationen (bis zu etwa 40g) gewährleistet sein. Da das Steuergerät zumindest zum Teil von aggressiven Medien wie Getriebeöl und Getriebeöldampf umgeben ist, muss es zudem einen sehr hohen Dichtheitsgrad gegenüber diesen Medien aufweisen.
In Kraftfahrzeugen werden derartige Steuergeräte mit einer elektronischen Steuereinheit und zugeordneten Komponenten wie Sensoren für unterschiedliche Aufgaben eingesetzt, wobei die Steuereinheit in der Regel einen Schaltungsträger, z. B. eine Leiterplatte und darauf befindliche aktive und passive elektronische Bauteile umfasst. Beispielsweise werden bei einem Einsatz in einem Getriebe mittels Sensoren Drehzahlen von Wellen und Positionen von Gangstellern sensiert. Anhand dieser Informationen steuert die elektronische Steuereinheit unter anderem die Schaltvorgänge im Getriebe. Die elektronische Steuereinheit ist in der Regel auf einer Trägerplatte angeordnet und von einem Gehäusekörper umschlossen. Die Sensoren sind anwendungsbedingt in der Nähe der zu sensierenden Teile po¬ sitioniert und über elektrische Leiter, insbesondere Stanzgitter mit der elektronische Steuereinheit elektrisch verbunden. Die Stanzgitter sind üblicherweise mit Kunststoff umspritzt und bilden mit dem Sensor als elektrischer Komponente und einer Sensorabdeckung einen Komponententräger, auch Sensordom genannt . Die WO 2006/108932 AI zeigt ein derartiges Steuergerät mit einem Gehäuse, umfassend einen Gehäusedeckel zur Aufnahme von Sen¬ sordomen und eine Gehäuseschale zur Aufnahme einer Steuer¬ einheit und einem Folienleiter zum elektrischen Verbinden der Stanzgitter der Sensordome auf dem Gehäusedeckel mit der Steuereinheit. Ein Nachteil bei der herkömmlichen Verwendung von Sensordomen ist, dass bei der Herstellung sehr viele Materialien unterschiedlicher mechanischer sowie thermischer Eigenschaften eingesetzt werden müssen, um einen relativ sicheren Schutz gegen Umgebungseinflüsse, insbesondere Öle zu erreichen. Trotz des Einsatzes hochwertiger, kostenintensiver Materialien sind immer wieder Ausfälle zu verzeichnen, die größtenteils auf frei¬ liegende Kupferflächen an den Sensordomen zurückzuführen sind. Ein weiterer Nachteil bei der Verwendung von Sensordomen ist, dass die Sensoren in den Sensordomen bauartbedingt anfällig gegen Vibrationen sind und dass geometrische Vorgaben, z.B. Höhenversatz, Halterungen und dergleichen eingehalten werden müssen. Weiterhin erfordert die Herstellung dieser Dome eine technisch anspruchsvolle Prozesstechnik und muss in die Pro¬ duktionslinien für die Herstellung der Steuergeräte mit integriert werden, was zu einem höheren Kostenaufwand führt.
Es gibt auch Anwendungen, bei denen die zu sensierenden Kom- ponenten sich in unmittelbarer Nähe des Steuergerätes befinden und so auf den Einsatz von Domen als Sensorträger verzichtet werden kann. Die Sensorbauteile können direkt auf dem Schal¬ tungsträger bzw. der Leiterplatte des Steuergerätes montiert werden .
Die Leiterplatten sind in der Regel aus faserverstärktem Kunststoff oder aus Keramik. Durch die Miniaturisierung der elektronischen Bauteile und die daraus hervorgehende Reduzierung des zur Verfügung stehenden Bauraums geht der Trend hin zu sog. Mehrlagen- oder Multilayer-Leiterplatten .
Mehrlagen-Leiterplatten aus faserverstärktem Kunststoff insbesondere glasfaserverstärktem Kunststoff, umfassen im we- sentlichen Außen-und Innenlagen. Eine Außenlage umfasst in der Regel eine Kupferschicht bzw. Kupferfolie als leitendem Element und eine so genannten Prepreg-Schicht als isolierendem Element, wobei die Prepreg-Schicht aus einem mit Harz, insbesondere Epoxidharz, getränkten Glasfaserbasisgewebe besteht. Eine
Innenlage, auch Leiterplattenkern oder Core genannt, besteht aus einer Prepreg-Schicht zwischen zwei Kupferschichten. Die Kupferschichten sind als Leiterbahnstrukturen ausgebildet. Um ein Verwinden der Mehrlagenleiterplatte zu vermeiden, ist der schichtweise Aufbau aus Kupferschicht und Prepreg-Schicht insbesondere symmetrisch zur innersten Prepreg-Schicht.
Das Bestücken von verschiedenen Bauteilen, z.B. SOT23
Hall-Sensoren und SOT89 Drehzahlsensoren auf der Oberfläche eines Schaltungsträgers insbesondere einer Leiterplatte mittels unterschiedlicher sog. „Surface Mounted" Technologien ist Stand der Technik. Bei den genannten Sensoren handelt es sich insbesondere um gehäuste Bauteile. Dabei werden die Bauteile durch die„Surface Mounted" Technologie gleich orientiert auf der Oberfläche der Leiterplatte montiert, d.h. die Anschlussbeine der Bauteile, auch Pins genannt, werden auf sog. Padflächen der Leiterbahnstruktur, die mit Lötpaste versehen sind, ausgerichtet und anschließend in einem
Reflow-Lötprozess verlötet. Die Pins auf der Unterseite des
Bauteilgehäuses sind somit eben mit der Leiterbahnstruktur der Leiterplatte verbunden.
Diese Anordnung hat insbesondere bei der Anwendung in Ge- triebesteuerungen den Nachteil, dass die Bauteile direkt oder indirekt mit dem Getriebeöl in Kontakt kommen können. Durch die im Getriebeöl unter Umständen enthaltenen aggressiven Bestandteile, insbesondere Schwefelanteile in unterschiedlicher Konzentration und unterschiedlichen Aggregatzuständen, können die Funktionalitäten des jeweiligen Sensorbauteils negativ beeinflusst werden, was in Einzelfällen auch zum Ausfall des jeweiligen Bauteils führen kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Sensorbaustein in einem KFZ-Steuergerät mit einem gehäusten Sensor anzugeben, der einen verbesserten Schutz gegenüber Umgebungseinflüssen, insbesondere aggressive Öle bietet.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Sensorbaustein mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Der erfindungsgemäße Sensorbaustein umfasst einen gehäusten Sensor mit Anschlusspins und eine mehrlagige Leiterplatte. Die mehrlagige Leiterplatte weist eine obere Außenlage und eine untere Außenlage auf, mit jeweils einer elektrisch leitenden Leiterbahnschicht und einer isolierenden Leiterplattenbasis¬ schicht, und die mehrlagige Leiterplatte weist weiterhin mindestens eine Innenlage zwischen den beiden Außenlagen auf, wobei bei der Innenlage eine Leiterplattenbasisschicht zwischen zwei Leiterbahnschichten angeordnet ist. Das Material der Leiterplattenbasisschicht ist insbesondere ein mit Harz ge¬ tränktes Glasfaserbasisgewebe. Der Sensor ist vorteilhafter- weise zwischen der oberen Leiterbahnschicht und der unteren
Leiterbahnschicht angeordnet und vollständig mit Material der Leiterplattenbasisschicht umschlossen. Der Sensor ist dadurch vor Umgebungseinflüssen, insbesondere vor aggressiven Ölen geschützt .
Eine elektrisch leitende Verbindung zwischen Leiterbahnschichten ist mittels Durchkontaktierungen hergestellt. Die Lage und Anzahl der Durchkontaktierungen kann insbesondere individuell an die entsprechende Applikation angepasst werden.
Je nach Bauart oder Anforderung, insbesondere je nach Abstand des Sensors zum zu sensierenden Teil, kann der Sensor in einer
Außenlage aus einer elektrisch leitenden Leiterbahnschicht und einer isolierenden Leiterplattenbasisschicht , oder in einer Innenlage, einer isolierenden Leiterplattenbasisschicht zwi¬ schen zwei elektrisch leitenden Leiterbahnschichten, angeordnet sein.
Insbesondere sind in der unteren Leiterbahnschicht der Lei¬ terplatte externe Anschlusspads zum elektrischen Verbinden des Sensors mit elektrischen Bauteilen außerhalb des Sensorbausteins ausgebildet. Zum Beispiel kann der Sensorbaustein in eine Kavität einer Trägerleiterplatte eingelegt und mittels Verlöten oder Verschweißen mit dieser verbunden sein.
Alternativ dazu kann der Sensor mittels Durchsteckkontakten mit elektrischen Bauteilen außerhalb des Sensorbausteins elektrisch verbunden sein.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Trägerleiterplatte mit einem Sensorbaustein gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Träger¬ leiterplatte mit den Merkmalen des Anspruchs 7. Bei der erfindungsgemäßen Trägerleiterplatte ist der Sensorbaustein vorteilhafterweise in einer Kavität der Trägerlei¬ terplatte angeordnet und mit mindestens einer Leiterbahnschicht der Trägerleiterplatte mittels Löten, Schweißen, Kleben oder Durchsteckmontage elektrisch leitend verbunden
In der nachfolgenden Beschreibung werden die Merkmale und Einzelheiten der Erfindung in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei sind in einzelnen Varianten beschriebene Merkmale und Zusammenhänge grundsätzlich auf alle Ausführungsbeispiele übertragbar. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 einen Sensor auf einer Leiterplatte in SMD-Technologie nach Stand der Technik,
Fig. 2 einen Sensordom nach Stand der Technik, Fig. 3 einen erfindungsgemäßen Sensorbaustein, umfassend einen Sensor und eine mehrlagige Leiterplatte,
Fig. 4 die Integration eines Sensorbausteins in eine Träger¬ leiterplatte,
Fig. 5 die Integration eines Sensorbausteins wie in Fig. 4, wobei die Verbindung zur Trägerleiterplatte mittels Durch¬ steckmontage realisiert ist, und Fig. 6 einen Sensorbaustein, angeordnet in einer Art Sensordom.
Fig. 1 zeigt einen gehäusten Sensor 3 auf einer Leiterplatte 6 mittels bekannter SMD-Technologie montiert.
Dabei ist der Sensor 3, beispielsweise durch „Surface Mounted" Technologie auf der Oberfläche der Leiterplatte 6 montiert, d.h. die Anschlussbeine 2, 4 des Sensors 3, auch Anschlusspins genannt, sind auf sog. Padflächen 1, 5 der Leiterbahnstruktur auf der Leiterplatte 6 ausgerichtet und anschließend in einem Reflow-Lötprozess verlötet. Die Pins 1, 5 auf der Unterseite des Sensorgehäuses sind somit eben mit der Leiterbahnstruktur der Leiterplatte 6 verbunden.
Diese Anordnung hat insbesondere bei der Anwendung in Ge¬ triebesteuerungen den Nachteil, dass die Bauteile insbesondere im Bereich ihrer Anschlüsse direkt oder indirekt mit dem unter Umständen aggressiven Getriebeöl in Kontakt kommen können. Das kann in Einzelfällen auch zum Ausfall des Bauteils führen.
Fig. 2 zeigt einen schematisch gezeichneten Aufbau eines bekannten Sensordoms. An einem Sensor 3, insbesondere ist dieser gehäust, sind elektrische Anschlusspins 2 in der Regel in Form von Stanzgittern angeordnet. Die Stanzgitter 2 sind üblicherweise mit Kunststoff umspritzt und bilden das Sensordom¬ gehäuse 10. Der Sensor 3 ist im Sensordomgehäuse 10 mit der Sensordomkappe 11 zumindest spandicht abgedeckt. Über die elektrischen Kontakte 19 sind die Stanzgitter 2 elektrisch kontaktierbar, zum Beispiel mit einer elektronischen Steuereinheit .
Nachteilig bei der Verwendung von derartigen Sensordomen ist insbesondere, dass es trotz des Einsatzes hochwertiger, teuerer Materialien immer wieder zu Ausfällen kommt, die größtenteils auf freiliegende Kupferflächen an den Sensordomen zurückzuführen sind . Fig. 3 zeigt einen erfindungsgemäßen Sensorbaustein, umfassend einen gehäusten Sensor 3 mit Anschlusspins 2, 4 und eine mehrlagige Leiterplatte . Die mehrlagige Leiterplatte weist eine obere Außenlage 7a, 6 und eine untere Außenlage 7b, 6 auf, mit jeweils einer elektrisch leitenden Leiterbahnschicht 7a, 7b und einer isolierenden Leiterplattenbasisschicht 6.
Die mehrlagige Leiterplatte weist weiterhin mindestens eine Innenlage 6, 8 zwischen den beiden Außenlagen 7a, 6 und 7b, 6 auf, wobei bei der Innenlage 6, 8 eine Leiterplattenbasisschicht 6 zwischen zwei Leiterbahnschichten 8 angeordnet ist. Das Material der Leiterplattenbasisschicht 6 ist insbesondere ein mit Harz getränktes Glasfaserbasisgewebe. Der Sensor 3 ist vorteil- hafterweise zwischen der oberen Leiterbahnschicht 7a und der unteren Leiterbahnschicht 7b angeordnet, hier in der Außenlage 7a, 6, und vollständig mit Material der Leiterplattenbasis¬ schicht 6 umschlossen. Der Sensor 3 ist dadurch vor Umgebungseinflüssen, insbesondere vor aggressiven Ölen geschützt. Die Anschlusspins 2, 4 des Sensors 3 sind mittels Sensorpads 5 mit der inneren Leiterbahnschicht 8 elektrisch leitend ver¬ bunden .
Eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den Leiterbahn- schichten 7b, 8 ist mittels elektrisch leitender Durchkon- taktierungen 9, sog. Vias, hergestellt. Die Lage und Anzahl der Durchkontaktierungen 9 kann insbesondere individuell an die entsprechende Applikation angepasst werden. Je nach Bauart oder Anforderung, insbesondere je nach Abstand des Sensors 3 zum zu sensierenden Teil, kann der Sensor 3 auch in einer Innenlage 8, 6 angeordnet sein.
Insbesondere sind in der unteren Leiterbahnschicht 7b der Leiterplatte, hier nicht gezeigte externe Anschlusspads zum elektrischen Verbinden des Sensors 3 mit elektrischen Bauteilen außerhalb des Sensorbausteins ausgebildet. Der Sensorbaustein könnte neben dem Sensor 3 auch mindestens ein weiteres elektrisches Bauteil, zum Beispiel ein Entstörkondensator unter Ausbildung eines Sensormoduls, umfassen.
Fig. 4 zeigt die Integration eines Sensors in eine mehrlagige Leiterplatte und anschließenden Einbau in eine Trägerleiterplatte 12. Die Leiterplatte mit dem eingebetteten Sensor 3 ist in eine Kavität 13 der Trägerleiterplatte 12 eingelegt und mittels einer Lötverbindung 15 mit einer Leiterbahnschicht 14 der Trägerleiterplatte 12 elektrisch leitend verbunden. Die Ver- bindung könnte auch mittels Verschweißen oder Verkleben hergestellt sein.
Fig. 5 zeigt die Integration eines Sensorbausteins in eine Trägerleiterplatte 12 wie in Fig. 4, wobei jedoch die elektrische Verbindung zur Trägerleiterplatte 12 mittels Durchsteckmontage realisiert ist. Dabei ist ein Durchsteckkontakt 17 einerseits mit einem Anschlusspin 2,4 des Sensors 3 über ein entsprechendes Anschlusspad 1,5 auf einer inneren Leiterbahnschicht 8 des Sensorbausteins und andererseits mit der Durchsteckkontakt¬ aufnahme 18 der Trägerleiterplatte 12 elektrisch leitend verbunden. Über die Durchsteckkontaktaufnahmen 18 ist dann der Sensor 3 mit der Peripherie der Trägerleiterplatte 12 elektrisch verbindbar .
Vorteilhafterweise ist hier der Spalt zwischen Sensorbaustein und der Trägerleiterplatte 12 mittels eines Dichtstoffs 16 abgedichtet. Als Dichtstoff 16 kann insbesondere ein Klebstoff oder auch Silikon verwendet werden.
Fig. 6 zeigt schematisch einen Sensorbaustein mit einem Sensor 3 mit Anschlusspins 2, 4, angeordnet in einer Art Sensordom. Der Sensorbaustein ist zumindest teilweise mit Kunststoff umspritzt. Der Kunststoff bildet hier das Sensordomgehäuse 10. Über die elektrischen Kontakte 19 sind die hier nicht gezeigten Lei- terbahnschichten 7a, 7b, 8 des Sensorbausteins elektrisch kontaktierbar, zum Beispiel mit einer elektronischen Steuereinheit eines KFZ-Steuergerätes . Ein bedeutender Vorteil der Integration eines gehäusten Sensors gegenüber der Integration von baredie Sensoren in eine Leiterplatte ist, dass ein Abgleich des Sensors bereits beim Hersteller erfolgen kann. Ein nachträglicher Abgleich ist somit nicht notwendig. Desweiteren sind die Sensoren durch das Um- schließen mit Resin bzw. Harz und Leiterplattenbasismaterialien vor Migration von Öl, insbesondere bei Verwendung in Getriebesteuerungen und somit in Ihrer Funktionalität geschützt. Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung ist, dass die Leiterplatten mit den integrierten Sensoren in Massenware hergestellt werden können und bei der Produktion wie ein handelsübliches Bauteil bei der Bestückung, insbesondere von Trägerleiterplatten benützt werden können.
Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung ist auch, dass die Mehrlagenleiterplatte eine große, standardisierte Mehrlagen¬ leiterplattenfläche sein kann, und dass Sensorbausteine aus der Mehrlagenleiterplattenfläche heraus getrennt werden können.
Bezugs zeichenliste
1, 5 Anschlusspad
2, 4 Anschlusspin
3 Sensor
6 LeiterplattenbasisSchicht , Prepreg-Schicht
7a Obere Leiterbahnschicht, Außenlage
7b Untere Leiterbahnschicht, Außenlage
8 Leiterbahnschicht, innen
9 Durchkontaktierung
10 Sensordomgehäuse
11 Sensordomkappe
12 Trägerleiterplatte
13 Kavität in Trägerleiterplatte
14 Leiterbahnschicht, Trägerleiterplatte
15 Löt erbindung
16 Dichtstoff
17 Durchsteckkontakt
18 Durchsteckkontaktaufnähme
19 Kontakt

Claims

Patentansprüche
1. Sensorbaustein in einem KFZ-Steuergerät umfassend einen gehäusten Sensor (3) mit Anschlusspins (2, 4) und eine mehrlagige Leiterplatte,
wobei die mehrlagige Leiterplatte eine obere Außenlage (7a, 6) und eine untere Außenlage (7b, 6) , jeweils umfassend eine elektrisch leitende Leiterbahnschicht (7a, 7b) und eine isolierende Leiterplattenbasisschicht (6),
und mindestens eine Innenlage (8, 6) zwischen den beiden Au¬ ßenlagen umfasst,
wobei bei der Innenlage (6, 8) eine Leiterplattenbasisschicht (6) zwischen zwei Leiterbahnschichten (8) angeordnet ist dadurch gekennzeichnet, dass
das Material der Leiterplattenbasisschicht (6) der Leiterplatte ein mit Harz getränktes Glasfaserbasisgewebe ist und der Sensor (3) zwischen der oberen Leiterbahnschicht (7a) und der unteren Leiterbahnschicht (7b) vollständig mit Material der Leiter¬ plattenbasisschicht (6) umschlossen, angeordnet ist.
2. Sensorbaustein gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrisch leitende Verbindung zwischen Leiterbahnschichten (7a, 7b, 8) mittels Durchkontaktierungen (9) hergestellt ist.
3. Sensorbaustein gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
der Sensor (3) in einer Außenlage ( (7a, 6) , (7b, 6) ) oder in einer Innenlage (8, 6) angeordnet ist.
4. Sensorbaustein gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der unteren Leiterbahnschicht (7b) externe Anschlusspads zum elektrischen Verbinden des Sensors (3) mit elektrischen Bauteilen (12) außerhalb des Sensorbausteins ausgebildet sind.
5. Sensorbaustein gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
der Sensor (3) mittels Durchsteckkontakten (17) mit elektrischen Bauteilen (12) außerhalb des Sensorbausteins elektrisch verbindbar ist.
6. Verwendung eines Sensorbausteins in einem KFZ-Steuergerät gemäß einem der vorangehenden Ansprüche als Sensordom, dadurch gekennzeichnet, dass
der Sensorbausein in einem Sensordomgehäuse (10) angeordnet ist und mittels Kontakten (19) mit elektrischen Bauteilen (12) außerhalb des Sensorbausteins elektrisch verbindbar ist.
7. Trägerleiterplatte (12), dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensorbaustein gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 in einer Kavität (13) der Trägerleiterplatte (12) angeordnet ist.
8. Trägerleiterplatte gemäß Anspruch 7 , dadurch gekennzeichnet, dass
der Sensorbaustein mit einer Leiterbahnschicht (14) der Trägerleiterplatte (12) mittels Löten, Schweißen, Kleben oder Durchsteckmontage elektrisch leitend verbunden ist.
9. Anordnung von Sensoren (3) in einer Mehrlagenleiterplatte, dadurch gekennzeichnet, dass
die Mehrlagenleiterplatte eine große, standardisierte Mehr¬ lagenleiterplattenfläche ist, und dass Sensorbausteine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 aus der Mehrlagenleiterplattenfläche heraustrennbar sind.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015219569A1 (de) 2015-10-09 2017-04-13 Conti Temic Microelectronic Gmbh Elektronische Anordnung, Kombination und Verfahren zur Montage einer elektronischen Anordnung
DE102015221459B4 (de) 2015-11-03 2021-08-12 Vitesco Technologies Germany Gmbh Schaltungsträgervorrichtung für ein Kraftfahrzeug
DE102017214780A1 (de) * 2017-08-23 2019-02-28 Conti Temic Microelectronic Gmbh Sensorbauteil, Vormontageanordnung für ein Sensorbauteil und Verfahren zur Herstellung eines Sensorbauteils

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1381258A1 (de) * 2001-03-29 2004-01-14 TDK Corporation Hochfrequenzmodul
DE102004058135A1 (de) * 2004-12-02 2006-06-08 Kurt-Schwabe-Institut für Mess- und Sensortechnik e.V. Meinsberg Kohlendioxidsensor
DE102005040169A1 (de) * 2005-08-25 2007-03-01 Robert Bosch Gmbh Höhenvariabel einbaubarer Drehzahlsensor
US20090296349A1 (en) * 2008-05-29 2009-12-03 Kabushiki Kaisha Toshiba Component-embedded printed circuit board, method of manufacturing the same, and electronic apparatus including the same
DE102009045279A1 (de) * 2009-10-02 2011-04-07 Zf Friedrichshafen Ag Schaltungsmodul, Leiterplattenanordnung und modulares Steuergerät sowie Verfahren zur Herstellung eines solchen

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006108932A1 (fr) 2005-04-15 2006-10-19 Home Building System Technologies Batiment prefabrique et ossature pour un tel batiment

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1381258A1 (de) * 2001-03-29 2004-01-14 TDK Corporation Hochfrequenzmodul
DE102004058135A1 (de) * 2004-12-02 2006-06-08 Kurt-Schwabe-Institut für Mess- und Sensortechnik e.V. Meinsberg Kohlendioxidsensor
DE102005040169A1 (de) * 2005-08-25 2007-03-01 Robert Bosch Gmbh Höhenvariabel einbaubarer Drehzahlsensor
US20090296349A1 (en) * 2008-05-29 2009-12-03 Kabushiki Kaisha Toshiba Component-embedded printed circuit board, method of manufacturing the same, and electronic apparatus including the same
DE102009045279A1 (de) * 2009-10-02 2011-04-07 Zf Friedrichshafen Ag Schaltungsmodul, Leiterplattenanordnung und modulares Steuergerät sowie Verfahren zur Herstellung eines solchen

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