DE102006030133A1

DE102006030133A1 - Sensor mit Leadframe und Herstellungsverfahren hierfür

Info

Publication number: DE102006030133A1
Application number: DE102006030133A
Authority: DE
Inventors: Carmelo Leone; Peter Apel
Original assignee: AB Elektronik GmbH
Current assignee: APEL, HELGA, 59394 NORDKIRCHEN, DE
Priority date: 2005-06-29
Filing date: 2006-06-28
Publication date: 2007-02-08

Abstract

Beschrieben ist ein Sensor einer elektrischen Moduleinheit 14, 40 sowie eine Verfahren zur Herstellung von Sensor und Moduleinheit. Die Moduleinheit 14 unfasst ein Leitungsgitter 16 mit Leitungssträngen 20 und mindestens einem Flächenbereich 22, auf den der Rohchip einer integrierten Sensor-Schaltung 26 aufgebracht ist. Ein Isolierkörper 30a, 46 ist so gebildet, dass mehrere Leitungsstränge 20 und die integrierte Schaltung 26 eingebettet sind. An einem Grundelement 50, 116 aus Kunststoff sind flache Leiterelemente 58, 112 vorgesehen, die mit einem Steckeranschluss 52, 118 verbunden sind. Die elektrische Moduleinheit 14, 40 wird an dem Grundelement 50, 116 angeordnet, wobei die Leitungsstränge 20 mit den Leiterelementen 58, 112 verbunden werden. Das Leitungsgitter 16 weist ein Loch 15a, 15b auf, in das ein Zapfen 124 des Grundelements 116 eingreift. DOLLAR A Die elektrische Moduleinheit 14, 40 wird aus einem Streifenelement 10 durch Stanzen und Platzieren des Rohchips hergestellt. In einem Material-Entfernungsschritt werden weitere Teile des Streifenelements entfernt, so dass die elektrische Moduleinheit 14, 40 mechanisch weiterhin mit dem Streifenelement 10 verbunden ist, aber elektrisch mindestens teilweise von diesem so isoliert ist, dass die integrierte Schaltung mindestens zum Teil funktionsfähig ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Sensor, ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Moduleinheit sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Sensors.
Ein Sensor umfasst als eigentliches Sensorelement eine Sensor-Schaltung zur Ermittlung eines Sensor-Wertes. Je nach Einsatzzweck muss in einem Sensor die Sensor-Schaltung geeignet positioniert und elektrisch angeschlossen werden.
Beim Sensor gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Sensor-Schaltung Teil einer elektrischen Moduleinheit mit einem mindestens abschnittsweise flachen Leitungsgitter mit einer Anzahl von Leitungssträngen und mindestens einem Flächenbereich, auf dem eine integrierte Sensor-Schaltung als Rohchip aufgebracht und elektrisch mit den Leitungssträngen verbunden ist. Es ist mindestens ein Isolierkörper gebildet, der eine Mehrzahl der Leitungsstränge und die integrierte Schaltung einbettet.

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.

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 Aufgabe der Erfindung, einen Sensor anzugeben, der kostengünstig herstellbar ist und bei dem das eigentliche Sensorelement genau positioniert ist.

Diese Aufgabe wird gelöst einerseits durch einen Sensor nach Anspruch 1 und andererseits durch einen Sensor nach Anspruch 13. Weiter wird die Aufgabe gelöst durch Verfahren nach den Ansprüchen 16 und 19. Abhängige Ansprüche beziehen sich auf vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

Bei dem Sensor nach den Ansprüchen 1 und 13 ist eine elektrische Moduleinheit mit einem – mindestens in Abschnitten – flachen 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 auch zum mechanischen Zusammenhalt des Moduls.

Neben einer Anzahl von Leitungssträngen ist mindestens ein Flächenbereich vorgesehen, auf dem ein Rohchip (Die) einer integrierten Sensor-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 der – bspw. aus Silizium bestehende – Rohchip aufgebracht und befestigt, bspw. verklebt. Dieser wird elektrisch mit den Leitungssträngen verbunden, bspw. über Bond-Drähte oder über andere bekannte Verbindungstechniken. Die Sensor-Schaltung misst eine physikalische Größe, bspw. im Fall eines bevorzugten Hall-ASIC ein Magnetfeld, und gibt diese als elektrischen Sensor-Wert aus.

Weiter ist an der Moduleinheit mindestens ein Isolierkörper gebildet. Die Isolierkörper bestehen aus elektrisch isolierendem Material, bspw. Kunststoff. Bevorzugt wird ein für den Spritzguß geeigneter Kunststoff z. B. Duroplast. Der Isolierkörper bettet eine Mehrzahl von Leitungssträngen ein, so daß diese durch die Isolierkörper gehalten werden. In dem Isolierkörper ist auch die integrierte Schaltung eingebettet. Die Leitungsstränge des Leitungsgitters sind – solange die Moduleinheit nicht am Sensor aufgenommen ist – mindestens abschnittsweise frei, d. h. sie sind nicht auf einen Isolator aufgebracht, wie bei einer Leiterplatte oder in einen Isolator eingeformt. Der Isolierkörper sorgt für den Zusammenhalt des Leitungsgitters und den Schutz eingebetteter Bauteile.

Eine derartige elektrische Moduleinheit weist erhebliche Vorteile bei der Herstellung 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 Rohchips werden ein besonders einfacher Aufbau, niedrige Kosten und geringe Baugröße erreicht.

An den Leitungssträngen können diskrete elektrische Bauelemente angebracht sein, bspw. Widerstände, (Elektrolyt-)Kondensatoren, Spulen, Transistoren, Dioden etc. Gemeinsam mit der integrierten Schaltung bilden sie dann die elektrische Schaltung des Moduls. 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.

Die Herstellung einer Moduleinheit erfolgt bevorzugt mit der Leadframe-Technik. Hierbei werden aus einem Streifenelement aus leitfähigem Material (bevorzugt durch Stanzen) eine Anzahl von Leitungsgittern gebildet. Auf Flächenbereiche dieser Leitungsgitter wird ein Rohchip einer integrierten Schaltung aufgebracht und elektrisch kontaktiert, bspw. durch Bonden. Isolierkörper werden durch Anspritzen gebildet, so daß die Leitungsstränge und die integrierte Schaltung eingebettet werden. Durch Freistanzen 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.

Eine solche elektrische Moduleinheit wird erfindungsgemäß 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. Das Grundelement kann einteilig, zweiteilig oder mehrteilig sein. Es kann eine Montagevorrichtung (bspw. Anschraubhülse) zur Montage des Sensors an seinem Einsatzort aufweisen.

Das Grundelement weist einen Steckeranschluß auf. Die am Grundelement angeordnete Moduleinheit ist elektrisch mit dem Steckeranschluß verbunden.

Bei dem Sensor gemäß Anspruch 1 besteht das Grundelement mindestens teilweise aus Kunststoff. Flache Leiterelemente sind mindestens teilweise am Grundelement eingebettet und verbinden die Moduleinheit mit dem Steckeranschluß.

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. Durch die in Kunststoff eingebetteten, bevorzugt eingespritzten flachen Leiterelemente wird auf besonders einfache Weise eine Verbindung vom Steckeranschluß zur Moduleinheit geschaffen. Diese kann den geometrischen Verhältnissen Rechnung tragen, wobei die Leiterelemente ein- oder mehrfach abgewinkelt sind. Ein derartiger Sensor ist in der Herstellung besonders vorteilhaft, weil das Grundelement mit den Leiterelementen kostengünstig und exakt im Spritzgussverfahren gefertigt und dann mit der Moduleinheit verbunden werden kann.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist mindestens eines der flachen Halterelemente mit mindestens einem der Leitungsstränge des Leitungsgitters verschweißt. Bevorzugt sind sämtliche Leiterelemente mit entsprechenden Leitungssträngen verschweißt, so daß das Leitungsgitter einerseits sicher elektrisch kontaktiert ist und andererseits durch die fest eingebetteten Leiterelemente auch mechanisch sicher verbunden ist.

Bezüglich des Materials für das Leitungsgitter hat sich gezeigt, daß verfügbare Materialien aus Kupfer mit einem Sn-haltigem Anlaufschutz aus der Oberfläche insbesondere beim Verschweißen problematisch sein können. Deshalb wird bevorzugt, daß das Leitungsgitter aus Kupfer oder einer Kupfer-Legierung (bevorzugt mit mehr als 50 % Kupfer) besteht und einen Sn-freien Anlaufschutz aufweist. Der Anlaufschutz umfasst bevorzugt eine oder mehrere Schichten aus Palladium, Gold und/oder Silber. Hierbei ist die untere Schicht bevorzugt aus Palladium einer Schichtdicke von 0,2 μm-5 μm, bevorzugt 0,5 μm-2 μm. Die äußerste Schicht ist bevorzugt dünner, bspw. als Goldschicht einer Schichtdicke von 10 nm-1 μm, bevorzugt 50 nm-0,5 μm. Zwischen dem Kupfer-Material und dem Anlaufschutz kann eine Sperrschicht aus Nickel (Schichtdicke 0,5-5 um, bevorzugt 1,5-3 μm) vorgesehen sein.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung unterscheiden sich die im Grundelement eingebetteten flachen Leiterelemente vom Leitungsgitter der Moduleinheit dadurch, daß sie erheblich dicker sind, bevorzugt mindestens doppelt so dick wie die Leitungsstränge des Leitungsgitters. Die flachen Leiterelemente weisen bevorzugt eine Dicke von 0,3-1,2 mm auf, besonders bevorzugt 0,5-1 mm. Sie können bspw. aus Messing oder Bronze (bzw. einer Legierung mit überwiegendem, d.h. mehr als 70 % Anteil daran) bestehen. In diesem Fall sind sie besonders gut mit dem Leitungsgitter aus Kupfer mit Sn-freiem Anlaufschutz zu verschweißen. Die Leiterelemente können im Stecker als Kontakte hervorstehen, so daß sie gleichzeitig Kontakte und Leitungen bilden.

Bei der alternativen Lösung gemäß Anspruch 13 weist das Leitungsgitter der Moduleinheit mindestens ein Loch auf und mindestens ein Zapfen des Grundelements greift in das Loch ein. Hierdurch wird eine besonders einfache Positionierung und mechanische Halterung des Moduls ermöglicht. Das Loch kann im Leitungsgitter mit sehr hoher Präzision relativ zu den Bauelementen, insbesondere der integrierten Sensor-Schaltung eingebracht werden. Seine relative Positionierung, insbesondere damit zum eigentlichen Sensorelement, ist sehr exakt. An einem entsprechendem Zapfen des Grundelements kann es leicht positioniert werden und sich selbst zentrieren. Eine solche Halterung kann insbesondere in Verbindung mit weiteren Befestigungen eine einfache und exakte Anbringung des Moduls am Grundelement ermöglichen. Insbesondere kann hier bei der Montage eine anfängliche Positionierung und vorläufige Halterung vor der Anbringung weiterer Befestigungen (Verschweißen, Anspritzen, etc.) erzielt werden.

Selbstverständlich lässt sich diese Lösung mit der oben beschriebenen Lösung eines Sensors mit eingebetteten flachen Leiterelementen und ihren Weiterbildungen kombinieren.

Eine besonders gute Positionierung wird durch mehrere Löcher und entsprechende Zapfen erreicht. Die mechanische Fixierung kann vorteilhafterweise durch Haltelaschen verbessert werden, die nach innen in mindestens eines der Löcher vorstehen. Beim Eindringen eines Zapfens verformen sich die Haltelaschen, so daß eine Einklemmung und Sperrwirkung eintritt.

Bei dem Verfahren gemäß Anspruch 16 wird eine elektrische Moduleinheit aus einem Streifenelement aus leitfähigem Material hergestellt. In einem ersten Material-Entfernungsschritt wird ein Leitungsgitter mit einer Anzahl von Leitungssträngen gebildet. Ein Rohchip wird auf einen Flächenbereich hiervon aufgebracht und elektrische Kontakte zu den Leitungssträngen hergestellt. Erfindungsgemäß werden in einem zweiten Material-Entfernungsschritt weitere Teile des Streifenelments entfernt. Der zweite Material-Entfernungsschritt erfolgt in der Weise, dass die zu bildende elektrische Moduleinheit, die die integrierte Schaltung umfasst, mechanisch weiterhin mit dem Streifenelement verbunden ist, aber elektrisch mindestens teilweise hiervon durch Auftrennen isoliert wird. Hierdurch ist die integrierte Schaltung mindestens zum Teil funktionsfähig. Auf diese Weise ist es möglich, weiterhin innerhalb des Streifenelements angeordnete und daher sicher positionierte sowie mechanisch gehaltene Moduleinheiten herzustellen, die elektrisch beispielsweise für Mess- und Prüfzwecke bereits – mindestens zum Teil – funktionsfähig sind. Bevorzugt wird entsprechend nach dem zweiten Material-Entfernungsschrit auch ein Mess- bzw. Prüfschritt an der elektrischen Moduleinheit durchgeführt. Dies kann einfach durch entsprechendes Aufsetzen von Kontakten erfolgen. Defekte Einheiten können so leicht erkannt und für die weitere Verarbeitung aussortiert werden, beispielsweise durch entsprechende Markierung als defekt.

Besonders gut ist das Ziel der haltbaren mechanischen Verbindung bei gleichzeitiger (teilweiser) elektrischer Isolierung zu erreichen, indem ein Haltekörper aus Kunststoff angespritzt wird. Dieser Haltekörper, der im Rahmen des Moduls auch noch weitere Funktionen übernehmen kann, dient dazu, eine elektrisch isolierende, aber mechanisch feste Verbindung des Moduls zum Streifenelement zu halten.

Bei dem Verfahren gemäß Anspruch 19 wird ein Sensor hergestellt, indem zunächst eine elektrische Moduleinheit bereitgestellt wird und diese dann mit einem ebenfalls bereitgestellten Grundelement verbunden wird. Hierfür wird die elektrische Moduleinheit an dem Grundelement angeordnet. Die Leiterelemente des Grundelements werden mit den Leitungssträngen der elektrischen Moduleinheit verbunden, so dass die Moduleinheit mit dem Steckeranschluss elektrisch verbunden ist. Die Verbindung erfolgt bevorzugt durch eine Schweißverbindung. Zusätzlich ist bevorzugt, dass eine mechanische Verbindung der Moduleinheit mit dem Grundelement erfolgt, indem ein Loch am Leitungsgitter in einen Zapfen am Grundelement eingreift.

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-4h in perspektivischer Ansicht jeweils eine erste Ausführungsform eines Elements nach den Bearbeitungsschritten des Verfahrens nach 1;
5a-5c 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, 9b perspektivische Ansichten eines Stanzgitters und eines Vorspritzlings für die Herstellung einer ersten Ausführungsform eines Sensors;
10 eine perspektivische Explosionsansicht einer ersten Ausführungsform eines Sensors;
11 eine perspektivische Ansicht des Sensors aus 10;
12a einen Längsschnitt des Sensors aus 10;
12b einen Längsschnitt einer alternativen Ausführungsform eines Sensors;
13a, 13b in schematischer Querschnittsansicht zwei Ausführungsformen eines Schichtaufbaus auf der Oberfläche eines Blechmaterials;
14 in perspektivischer Ansicht eine Explosionsdarstellung zum Zusammenbau einer zweiten Ausführungsform eines Sensors;
15 ein Längsschnitt durch den Sensor aus 14.
16 in perspektivischer Ansicht den zusammengebauten Sensor aus 14, 15;
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.
Herstellung von elektrischen Moduleinheiten im Leadframe-Verfahren
Die Herstellung der elektrischen Baueinheiten erfolgt in Form von Modulen, die wie schematisch 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 1-6 transportiert wird. Dieser Streifen 10 wird, wie in 1 symbolisch gezeigt, nacheinander in verschiedenen Arbeitsstationen bearbeitet. Diese umfassen die Arbeitsstation 1 (Stanzen), Arbeitsstation 2 (Rohchip-Bestücken, Bonden), Arbeitsstation 3 (Erster Spritzguß), Arbeitsstation 4 (Bauelemente Bestücken), Arbeitsstation 5 (Zweiter Spritzguß) und Arbeitsstation 6 (Freistanzen).
In den Arbeitsstationen 1-6 werden auf dem Streifen elektrische Baueinheiten 12 gebildet und diese so weiter bearbeitet, daß sie 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-4g zeigen eine einzelne Baueinheit 12, jeweils nach der Bearbeitung durch die Stationen 1-6:
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. Das Stanzgitter 16 weist für die spätere Positionierung und Fixierung in einem Sensor je zwei Positionierlöcher 15a und Befestigungsöffnungen 15b auf. Die Positionierlöcher 15a sind kreisförmig berandet, so daß sie sich bei Aufnahme eines passenden Zapfens selbst zentrieren. Die Befestigungsöffnungen 15b hingegen sind unregelmäßig berandet, so daß in die Öffnung vorstehende Laschen gebildet sind, die sich bei Aufnahme eines Zapfens aus der Ebene heraus verbiegen und so eine Befestigung bilden können. Eine derartige sperrende Aufnahme eines Zapfens ist bspw. von Sperrscheiben bekannt.
In der zweiten Bearbeittngsstation 2 wird die Einheit 12 mit einem Rohchip (Die) bestückt. Wie in 4b gezeigt wird auf das Diepad 22 ein Die 26 einer integrierten Schaltung aufgebracht und durch Kleben fixiert.
In derselben Bearbeitungsstation erfolgt, wie in 4b gezeigt, ein Kontaktieren der integrierten Schaltung 26 mit dem 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 3 werden am Gitter 16 Kunststoff-Elemente angespritzt. Diese Spritzkörper 30a werden aus Duroplast, vorzugsweise Epoxid, gebildet. Im gezeigten Beispiel handelt es sich hier an jedem Leadframe um einen Spritzkörper 30a, der das Diepad 22, Die 26, Bond-Drähte 28 und einige Leitungsstränge 20 in der Umgebung einbettet.
Um eine gute Abdichtung der Spritzgußform zu gewährleisten, ist ein umlaufender, im wesentlichen geschlossener Rahmen 29a (sog. "Dambar") am Leitungsgitter vorgesehen. So wird verhindert, daß beim Bilden der Spritzkörper Kunststoff zwischen den Leitungssträngen entweicht.
In der vierten Bearbeitungsstation werden diskrete Bauelemente bestückt, die als Beschaltung der integrierten Schaltung 26 dienen. Wie in 4d gezeigt, sind dies hier SMD-Kondensatoren C1, C2, C3 und C4. Im gezeigten Beispiel werden diese SMD-Bauteile durch Kleben mit leitfähigem (silberhaltigem) Kleber mit dem Gitter 16 verbunden. Alternativ ist auch eine Befestigung durch Laser-Schweißen möglich.
In der nächsten Bearbeitungsstation 5 werden wie in 4e gezeigt am Gitter 16 weitere Kumststoff-Elemente, nämlich zweite Spritzkörper 30b und Haltekörper 30c gebildet. Diese werden wiederum im Spritzgußverfahren aus Duroplast, vorzugsweise Epoxid, erstellt. Der zweite Spritzkörper 30b bettet die diskreten Bauelemente C1-C4 sowie benachbarte Leitungsstränge 20 ein. Auch am Ort des zweiten Spritzkörpers ist ein Dambar 2gb, d.h. ein umlaufender geschlossener Rahmen des Stanzgitters 16 vorgesehen.
Der Haltekörper 30c bettet eine Leiterstruktur aus mehreren parallelen Stegen des Gitters 16 ein. Wie später noch erläutert wird, dient dies dazu, um ein teilweise Freistanzen des Gitters zu ermöglichen, so daß die vorher bestehenden Kurzschlüsse aufgehoben werden und die gebildete Schaltung mindestens teilweise Funktion hat.
Damit umfaßt jedes Stanzgitter 16 nun drei Spritzkörper 30a, 30b, 30c die im Abstand voneinander gebildet sind. Sie lassen zwischen sich Teile des Gitters 16 frei. In den ersten Spritzkörper 30a ist die integrierte Schaltung 26, in den zweiten Spritzkörper 30b sind die diskreten Bauelemente C1-C4 und in den dritten Spritzkörper 30c sind einige Leiterstege des Stanzgitters 16 eingebettet.
In der sechsten Bearbeitungsstation erfolgt ein Freistanzen und Vereinzeln der Baueinheit 12 zu einem Modul 14, wie in 4f gezeigt. 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 die zum Abdichten gebildeten Rahmen (Dambar) 29a, 29b werden durch Stanzen entfernt.
Durch das Freistanzen wird die Schaltung elektrisch erst gebildet. Vorher verbleibende, für den Zusammenhalt des Gitters 16 notwendige Kurzschlüsse werden so entfernt. Die Haltefunktion wird im fertigen Modul 14 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 ein festes, zusammenhängendes Modul 14 bildet.
Das Modul wird in einem letzten Bearbeitungsschritt gebogen (4f, 4g), wobei der Spritzkörper 30a mit der integrierten Schaltung 26 um 90° aus der Ebene des Stanzgitters 16 heraus gebogen wird. Die verbleibenden Leitungsstege des dünnen Stanzgitters 16 sind leicht biegsam. So wird ein für den Einbau in einem Sensor fertig vorbereitetes Modul 14 hergestellt, das mechanische Verbindungsstellen (Positionier-/Befestigungslöcher 15a, 15b) sowie eine für den späteren Einsatz am Sensor angepaßte, gebogene Form aufweist.
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-C4 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 und einer digitalen Auswerteschaltung.
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.
Mögliche Abwandlungen des Herstellungsverfahrens für Moduleinheiten
Zu dem beschriebenen und in 1-4h dargestellten Verfahren gibt es eine Anzahl von möglichen Abwandlungen und Ergänzungen:

– Verschiedene Abfolge der Schritte/Zusammenfassung bzw. Aufteilung von Bearbeitungsschritten Die Reihenfolge der Schritte im oben dargestellten Verfahren kann je nach Bedarf auch abgewandelt werden, und es können ggfs. auch mehrere Schritte zusammengefaßt oder Bearbeitungsschritte in Teilschritte unterteilt werden. Es sei darauf hingewiesen, daß es zwar bevorzugt ist, wie beschrieben das Bestücken von diskreten Bauelementen einerseits und dem Die 26 andererseits wegen der für die Handhabung des Die 26 notwendigen Reinheitsbedingungen zu trennen. Alternativ kann die Bestückung auch parallel erfolgen, so daß dann in einem einzigen Arbeitsschritt beide Spritzkörper 30a, 30b erzeugt werden können. In diesem Fall verringert sich die Anzahl der notwendigen Bearbeitungsstationen um zwei.
– Herstellung von verschiedenen Schaltungen durch selektives Stanzen In 5a ist ein alternatives Stanzgitter 16 gezeigt, das ebenfalls mit dem oben beschriebenen Hall-ASIC bestückt ist. Dieser 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 5b, 5c sind beispielhaft alternative Ausführun gen des Moduls 14 gezeigt. Hierbei ist die Beschaltung in den alternativen Ausführungen nach 5b, 5c unterschiedlich. Bei der Ausführungsform nach 5b 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 5c 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.
– Teilweise Freistanzen/Messen am Leadframe Wie erläutert sind nach Bestückung des Stanzgitters 16 mit der integrierten Schaltung 26 und den diskreten Bauelementen C1-C4 die Elemente der Schaltung zwar vollständig vorhanden, wegen der weiter bestehenden Kurzschlüsse ist diese aber nicht funktionsfähig (4e). Um vor dem vollständigen Freistanzen und Vereinzeln (4f) eine Messung noch auf dem Leadframe zu ermöglichen, kann der in der Bearbeitungsstation 6 erfolgende Schritt des Freistanzens wie folgt aufgeteilt werden: Zunächst erfolgt ein teilweise Freistanzen, bei dem die Kurzschlüsse aller Nicht-Massekontakte entfernt werden, wobei das Modul 14 aber mechanisch noch nicht vom Leadframe getrennt wird. Das entsprechende Produkt ist in 4h gezeigt. Das Modul 14 umfaßt die drei Kontaktflächen 32, von denen zwei – wie auch die zugehörigen Leiterstege – elektrisch gegenüber dem Leadframe isoliert sind. Der Massekontakt und die zugehörigen Leiterstege sind weiterhin mit dem Leadframe verbunden. Eine mechanische Verbindung ist zusätzlich aber über den Haltekörper 30c weiterhin geschaffen. Hierfür sind die parallelen Leitungsstege, die im Haltekörper 30c eingebettet sind, jeweils abwechselnd auf Seiten des Leadframe und auf Seiten der mit den Kontaktflächen 32 verbundenen Teile des Leitungsgitters 16 aufgetrennt. Im Ergebnis gibt es keine elektrische Verbindung mehr zwischen dem Leadframe und den beiden Kontaktflächen 32, die nicht als Massekontakt dienen. Mechanisch ist die Verbindung durch wechsel weise Einbettung in den Spritzkörper 30c weiterhin stabil. Wenn zusätzliche mechanische Stabilität erforderlich ist, können – z.B. über weitere Spritzkörper – weitere mechanische Verbindungen vorgesehen sein. An dem so teilweise freigestanzten Modul 14 können nun sämtliche zur Funktionsüberprüfung notwendigen Messungen durchgeführt werden. Hierfür werden Kontaktspitzen einer Prüfschaltung in Kontakt mit den Kontaktflächen 32 gebracht und eine Funktionsprüfung des beschalteten IC 26 durchgeführt. Anschließend erfolgt das endgültige Vereinzeln der Module 14, wobei auch die letzten verbleibenden Leiterbrücken durch Stanzen entfernt werden (4f). Hierbei werden aber nur solche Module 14 vereinzelt bzw. weiterverwendet, die beim vorherigen Test als funktionstüchtig erkannt wurden. Defekte Module bleiben am Leadframe oder werden abgetrennt und aussortiert.
– Verschiedene Schaltungen/Bauelemente Die in den Figuren gezeigte Schaltung dient hier nur als ein Beispiel einer elektrischen Schaltung. Mit dem Verfahren können die unterschiedlichsten Schaltungen hergestellt werden. Auch die dargestellte Beschaltung mit lediglich vier diskreten SMD-Kondensator-Bauelementen stellt nur ein Beispiel dar. Alternativ können verschiedene diskrete Bauelemente, beispielsweise Widerstände, Induktivitäten sowie Halbleiter-Bauelemente wie Transistoren, Dioden etc. verwendet werden, wie im jeweiligen Einsatzfall benötigt. Diese können als SMD-Bauelemente oder auch als bedrahtete Bauelemente vorliegen. Verschiedene Varianten von komplexeren Schaltungen, Stanzgitter-Geometrien und verschiedenen Bauelementen werden nachfolgend in verschiedenen Ausführungsbeispielen dargestellt. Dabei sollte dem Fachmann klar sein, daß die jeweils erwähnten Herstellungsschritte, Bauelemente und sonstigen Merkmale der einzelnen Ausführungsformen jeweils hier nur beispielhaft kombiniert sind und auch andere Kombinationen hiervon ebenfalls möglich sind.
– Alternative Ausführung: komplexe Schaltung (6a-6d) In 6a-6dist 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 integrierte 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 2i 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.
– Alternative Ausführung: Doppelseitige Schaltung (7a, 7b) 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. Die Verbindungen zwischen den Teilschaltungen auf jeder Seite erfolgen durch das umgebogene Stanzgitter. Dies kann einerseits rein mechanisch sein (d. h. dass nur elektrisch ungenutzte Kontakte umgebogen werden). Andererseits kann auch eine elektrische Verbindung über Masse oder sinnvoll verbundene Signalkontakte erfolgen.
– Alternative Ausführung: Doppelseitige Schaltung mit Mittelkontakten (8a, 8b) 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. Wie beim Modul 14'' kann die Verbindung rein mechanisch oder auch elektrisch mit sinnvoller Zuordnung der Kontakte sein. 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 vierten 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.
– Alternative Ausgestaltung: Zugentlastung/Dehnungsschleifen Die Elemente eines elektrischen Moduls, insbesondere die integrierte Schaltung, können sehr empfindlich auf mechanische Einwirkungen reagieren. Diese können einerseits durch von außen einwirkende Kräfte auftreten oder andererseits bei Temperaturschwankungen durch unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten. Um sicherzustellen, daß empfindliche Bauelemente des Moduls nicht durch solche Kräfte beeinträchtigt werden ist es möglich, daß von und zu diesen Bauelementen verlaufende Leitungsstege 20 des Stanzgitters 16 nicht gerade sind, sondern eine oder mehrere Dehnungsschleifen aufweisen. Der Verlauf der Leitungsstege kann mit mehreren Dehnungsschleifen, bis hin zu einer Mäander-Struktur ausgebildet sein, so daß auf die Stege in Längsrichtung einwirkende Kräfte nicht ohne weiteres übertragen werden, sondern zu einer Verformung der Stege an den Dehnungsschleifen führen.

Herstellung eines Sensors
Nachfolgend wird an Ausführungsbeispielen beschrieben, wie die zuvor beschriebenen Module 14 zur Herstellung von Sensoren verwendet werden können. Die Sensoren umfassen hierbei jeweils einen Grundkörper. Dieser kann als Trägerkörper ausgebildet sein, der später das elektrische Modul tragen wird. Ebenso kann der Grundkörper auch ganz oder teilweise ein Gehäuse bilden, in dem später das elektrische Modul aufgenommen wird. Die Sensoren umfassen in der Regel einen Stecker zur elektrischen Verbindung.
Die Module werden nun an den Grundkörpern einerseits mechanisch fixiert, wobei es auf exakte Positionierung des eigentlichen Sensorelements ankommt. Andererseits werden sie elektrisch kontaktiert und bspw. mit dem Stecker verbunden.
Erste Ausführungsform eines Sensors (9a-12b)
Zunächst wird ein Grundkörper 116 hergestellt. Es wird ein Vorspritzling 110 (9b) hergestellt, in den ein Metall-Stanzgitter 112 (9a) eingespritzt wird. Das Metall-Stanzgitter 112 ist aus einem Metall-Blech, bevorzugt aus Bronze hergestellt. Alternativ kann es auch aus Messing, evtl. auch aus Stahl bestehen. Es weist eine Stärke von 0,3 mm bis 1,2 mm auf, bevorzugt 0,5 mm bis 1 mm. Das Material des Stanzgitters 112 ist bevorzugt dicker als das Material des Leadframe 16, besonders bevorzugt mindestens doppelt so dick. Enden 114 des Stanzgitters dienen im späteren Sensor als Steckkontakte. Gegenüberliegende Enden 115 des Stanzgitters sind umgebogen.
Um den Vorspritzling 110 wird in einem weiteren Spritzguß-Schritt der Grundkörper 116 als Trägerkörper gebildet. Der Grundkörper 116 weist ein Steckergehäuse 118 auf das die Enden 114 des Stanzgitters 112 im Abstand umgibt. Am Grundkörper 116 ist weiter eine Anschraubhülse 120 zur späteren Befestigung des Sensors an seinem Einsatzort vorhanden. Weiter verfügt der Grundkörper 116 über einen Aufnahmebereich 122, an dem die umgebogenen Enden 115 des Stanzgitters 112 kontaktierbar sind. Am Aufnahmebereich 122 sind vorstehende Stifte 124 vorgesehen.
Ein Sensor 130 wird wie in 10 gezeigt zusammengesetzt, indem auf dem Aufnahmebereich 122 ein elektrisches Sensormodul 14, dessen Herstellung oben beschrieben ist, aufgesetzt wird. Dabei greifen die Stifte 124 des Aufnahmebereichs 122 in die Positionierlöcher 15a und die Befestigungsöffnungen 15b ein. Hierdurch ist eine exakte Positionierung des Moduls 14 am Grundkörper 116 einerseits und eine erste Fixierung andererseits erreicht. Die Kontaktflächen 32 des Moduls 14 werden mit den umgebogenen Enden 115 des Stanzgitters 112 verschweißt, um einerseits eine elektrische Verbindung und andererseits eine weitere mechanische Fixierung zu schaffen.
Der Aufnahmebereich 122 mit dem Modul 14 wird anschließend mit einer Kappe 126 abgedeckt. 11 zeigt den fertigen Sensor in einer perspektivischen Ansicht; 12a zeigt einen Längsschnitt.
Bei der Positionierung des Moduls 14 kommt die im Spritzkörper 30a eingebettete integrierte Sensorschaltung aufgrund der Biegung des Moduls 14 stirnseitig am Aufnahmebereich 122 zu liegen. Der darin enthaltene Hall-Sensor ist so stirnseitig flach unmittelbar unter der Kappe 126 positioniert.
Die Herstellung des Sensors 130 ist sehr kostengünstig, da nur wenige, gut zu automatisierende Fertigungsschritte notwendig sind. Trotzdem ist die Genauigkeit bei der Positionierung des eigentlichen Sensorelements, nämlich des Hall-Sensors 26 im Spritzkörper 30a, hoch. Das Modul 14 ist an den Zapfen 124 exakt ausgerichtet. Durch das Verschweißen mit den Kontakten 115 des Stanzgitters ist es elektrisch sicher kontaktiert und mechanisch fixiert.
Alternative Ausgestaltung
Eine alternative Ausgestaltung zeigt 12b. Diese Ausführung stimmt fast vollständig mit der Ausführung aus 12a überein und unterscheidet sich lediglich dadurch, daß statt der Kappe 126 der gesamte Aufnahmebereich 122 umspritzt ist. So ist an der Spitze des Sensors 130 ein Spritzkörper 128 gebildet, der den gesamten Aufnahmebereich 122 mit dem Modul 14 einbettet.
Wie oben beschrieben werden die Isolierkörper des Moduls 14 bevorzugt mit einem Duroplast gebildet. Auch für den Spritzkörper 128, der das Modul 14 einbettet kann ein Duroplast verwendet werden. Besonders bevorzugt wird der Spritzkörper 128 aber aus einem Thermoplast gebildet.
Für das Verschweißen geeigneter Aufbau des Stanzgitters
Wie im obigen Ausführungsbeispiel beschrieben erfolgt die Verbindung des Moduls 14 mit dem Stanzgitter 112 bevorzugt mittels Schweißen. Es hat sich erwiesen, daß beim Verschweißen von herkömmlichen Leadframe-Materialien aus Kupfer mit einem dünnen Anlaufschutz aus Reinzinn (Sn) Probleme beim Schweißen auftreten können.
Für gute Schweißverbindungen wird daher die Verwendung von anderen Leadframe-Materialien vorgeschlagen. Diese weisen weiterhin als Grundmaterial Kupfer auf. Auf der Oberfläche sind aber andere Materialien aufgebracht, die sich beim Schweißen als weniger problematisch darstellen.
In einer ersten Ausführung (13a) ist auf der Oberfläche eines Kupfer-Blechs 140 als Anlaufschutz eine dünne Schicht 144 aus Palladium (1μ) aufgebracht. Auf dieser ist eine sehr dünne Goldschicht 146 (0,1μ) aufgebracht.
In einer zweiten Ausführung (13b) ist zusätzlich zwischen dem Kuper-Material 140 und der Palladium-Schicht 144 als Sperrschicht eine Zwischenschicht (2,5μ) aus Nickel aufgebracht.
Die Palladium-Schicht 144 weist eine Stärke von 0,2μ bis 5μ, bevorzugt 0,5μ bis 2μ auf. Die Goldschicht 146 ist sehr dünn, bspw. 10 nm bis 1μm, besonders bevorzugt 50 nm bis 0,5 μm. Die optionale Nickel-Sperrschicht kann bspw. 0,5μ bis 5μ, bevorzugt 1,5μ bis 3μ stark sein. Statt aus Gold kann die dünne Abschlußschicht auch aus Silber bestehen.
Ein derartig aufgebautes Blechmaterial läßt sich sehr gut mit einem Stanzgitter 112 aus demselben Material oder aus anderem Metall, bspw. Messing (CuZn) oder Bronze (CuSn), verschweißen.
Zweite Ausführungsform eines Sensors (14-16)
Zunächst wird ein Sensormodul 40 wie oben beschrieben aus einem Leadframe mit den Schritten Stanzen, IC Bestücken, Bonden, Umspritzen, Bauteile bestücken, Umspritzen, Freistanzen hergestellt. Das fertige Modul 40 wird wie in 14 dargestellt gebogen. Es umfaßt ein Leitungsgitter mit Leitungssträngen 20, die mit diskreten Bauelementen 55 und mit einer integrierten Sensor-Schaltung (Hall-Sensor-ASIC) 26 verbunden sind. Das Modul 40 umfaßt einen ersten Spritzkörper 46, der den Sensor-IC 26 einbettet, zwei zweite Spritzkörper 48, die die diskreten Bauelemente 55 einbetten und zwei dritte Spritzkörper 52, die einige der Leitungsstränge 20 einbetten und jeweils eine Rastöffnung 56 aufweisen. In den ersten Spritzkörper 46 ist zusätzlich ein rückseitig am Leadframe unterhalb der integrierten Schaltung 26 angeordneter Permanentmagnet 44 eingebettet. Zwischen dem ersten Spritzkörper 46 und jeweils den zweiten Spritzkörpern 48 sind Leitungsstränge 20 des Leitungsgitters über eine ausreichende Länge frei, so daß sie die an dieser Stelle wie gezeigt umgebogen werden können.
Im ersten Stanzschritt oder in einem separaten Biegeschritt sind Kontaktlaschen 42 ausgestanzt und aus der Gitterebene herausgebogen.
Das in 15 gezeigte fertige Modul 40 ist durch die Spritzkörper 46, 48, 52 stabil. Die elektrischen Bauelemente 55, 26 sind in den Spritzkörpern eingebettet und somit geschützt.
Aus dem Spritzkörper 46, 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 15 ist der Aufbau des – hier bereits eingebauten – Moduls 40 im Schnitt gut zu erkennen. Die integrierte Schaltung 26 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.
14 zeigt den Zusammenbau des Moduls 40 mit einem Grundkörper 50 eines Sensors. Der Grundkörper 50 ist als einstückiges Teil aus Kunststoff gefertigt. Er umfaßt eine Steckerhülse 52 und eine Montagebohrung 54 mit einer Montagehülse. An der Spitze ist ein Aufnahmebereich 65 mit einem Zylinder 56 vorgesehen. Der Zylinder 56 weist beidseitig Rastnasen 60 auf. In den Grundkörper 50 sind (wie auch in 15 zu erkennen) drei T-förmige Kontaktlaschen 58 eingebettet, die innerhalb der Steckerhülse 52 elektrisch kontaktierbar frei hervorstehen und zusätzlich beidseitig aus dem Grundkörper 50 zur Kontaktierung mit dem Modul 40 hervorragen.
Das Modul 40 wird, wie in 14 mit einem Pfeil angedeutet, auf den Grundkörper 50 so aufgeschoben, daß der erste Spritzkörper 46 stirnseitig am Zylinder 56 positioniert wird. Wie in 15 gezeigt, rasten die Rastnasen 60 in die Öffnungen 56 der dritten Spritzkörper 52 ein. Die zweiten Spritzkörper 48 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 16 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.
15 zeigt im waagerechten Längsschnitt das fertige Sensorelement 64. Der Aufnahmebereich 65 mit dem 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 64 kann eingesetzt werden wie vorbekannte Sensorelemente, die bspw. beschrieben sind in DE-A-203 06 6545 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.
Ergänzungen und Alternativen zu den Ausführungsformen
Es sind eine Anzahl von Ergänzungen bzw. Alternativen zu den gezeigten Ausführungen möglich. Bspw. können einige Leitungsstränge des Gitters zur Zugentlastung Dehnungsschleifen bzw. eine Mäanderform aufweisen. Bezüglich der Möglichkeiten einen Steckeranschluß vorzusehen besteht einerseits, wie im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform eines Sensors gezeigt, die Möglichkeit, das Leitungsgitter (das üblicherweise eine sehr geringe Blechstärke von bspw. weniger als 0,25 m aufweist) an Steckkontakte anzuschweißen. Andererseits besteht die Möglichkeit, daß 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

Sensor mit – einer elektrischen Moduleinheit (14, 40) – mit einem mindestens abschnittsweise flachen Leitungsgitter (16) mit einer Anzahl von Leitungssträngen (20) und mindestens einem Flächenbereich (22), – wobei auf dem Flächenbereich (22) der Rohchip einer integrierten Sensor-Schaltung (26) zur Ermittlung eines Sensor-Wertes aufgebracht und elektrisch mit den Leitungssträngen (20) verbunden ist, – und wobei mindestens ein Isolierkörper (30a, 46) so gebildet ist, daß eine Mehrzahl von Leitungssträngen (20) und die integrierte Schaltung (26) in dem Isolierkörper (30a, 46) eingebettet sind, – und einem Grundelement (50, 116) mit einem Steckeranschuß (52, 118), wobei die elektrische Moduleinheit (14, 40) an dem Grundelement (50, 116) angeordnet und elektrisch mit dem Steckeranschluß (52, 118) verbunden ist, – wobei das Grundelement (50, 116) mindestens teilweise aus Kunststoff besteht, – und flache Leiterelemente (58, 112) aufweist, die mindestens teilweise am Grundelement (50, 116) eingebettet sind und die Moduleinheit (14, 40) mit dem Steckeranschluß (52, 118) elektrisch verbinden.
Sensor nach Anspruch 1, bei dem – mindestens eines der flachen Leiterelemente (58, 112) mit mindestens einem der Leitungsstränge (20) des Leitungsgitters (116) verschweißt ist.
Sensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem – das Leitungsgitter (16) aus Kupfer oder einer Kupfer-Legierung mit einem Sn-freien Anlaufschutz auf der Oberfläche besteht.
Sensor nach Anspruch 3, bei dem – der Anlaufschutz eine oder mehrere Schichten (144, 146) aus Palladium, Gold und/oder Silber umfasst.
Sensor nach Anspruch 4, bei dem – der Anlaufschutz eine erste Schicht (144) aus Palladium umfasst, wobei die Schichtdicke 0,3 μm-5 μm beträgt, – und der Anlaufschutz eine auf der ersten Schicht (144) aufgebrachte zweite Schicht (146) aus Gold aufweist, wobei die Schichtdicke 10 nm-1 μm beträgt.
Sensor nach einem der Ansprüche 3-5, bei dem – der Anlaufschutz zwischen dem Kupfer- oder Kupfer-Legierungs-Material und einer der Schichten (144) aus Palladium, Gold und/oder Silber eine Sperrschicht (142) aus Nickel aufweist.
Sensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem – die flachen Leiterelemente (112) eine Dicke von 0,3-1,2 mm aufweisen.
Sensor nach Anspruch 7, bei dem – die flachen Leiterelemente (58, 112) eine Dicke von 0,5-1 mm aufweisen.
Sensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem – die flachen Leiterelemente (58, 112) mindestens doppelt so dick sind wie die Leitungsstränge (20) des Leitungsgitters (16).
Sensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem – die flachen Leiterelemente (58, 112) mindestens überwiegend aus Messing oder Bronze bestehen.
Sensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem – die flachen Leiterelemente (58, 112) im Steckeranschluß (52, 118) als Kontakte (58, 114) hervorstehen.
Sensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem – die flachen Leiterelemente (58, 112) im Verlauf vom Steckeranschluß (118) zur elektrischen Moduleinheit (14) mindestens einmal quer zu ihrer Fläche abgewinkelt sind.
Sensor mit – einer elektrischen Moduleinheit (14) – mit einem mindestens abschnittsweise flachen Leitungsgitter (16) mit einer Anzahl von Leitungssträngen (20) und mindestens einem Flächenbereich (22), – wobei auf dem Flächenbereich (22) der Rohchip einer integrierten Sensor-Schaltung (26) zur Ermittlung eines Sensor-Wertes aufgebracht und elektrisch mit den Leitungssträngen (20) verbanden ist, – und wobei mindestens ein Isolierkörper (30a) so gebildet ist, daß eine Mehrzahl von Leitungssträngen (20) und die integrierte Schaltung (26) in dem Isolierkörper (30a) eingebettet sind, – und einem Grundelement (116) mit einem Steckeranschuß (118), wobei die elektrische Moduleinheit (14) an dem Grundelement (116) angeordnet und elektrisch mit dem Steckeranschluß (118) verbanden ist, – wobei das Leitungsgitter (16) mindestens ein Loch (15a, 15b) aufweist, – in das mindestens ein Zapfen (124) des Grundelements (116) eingreift.
Sensor nach Anspruch 13, bei dem – mindestens an einem Loch (15b) in Querrichtung biegsame, nach innen vorstehende Haltelaschen vorgesehen sind.
Sensor nach Anspruch 13 oder 14 sowie nach einem der Ansprüche 1-12.
Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Moduleinheit, bei dem – ein Streifenelement (10) aus einem leitfähigen Material bereitgestellt wird, – ein erster Material-Entfernungsschritt zur Erstellung einer Anzahl von benachbarten Leitungsgittern (16) auf dem Streifenelement (10) durchgeführt wird, wobei jedes Leitungsgitter (16) eine Anzahl von Leitungssträngen (20) und mindestens ein Flächenbereich (22) umfasst, – ein Rohchip einer integrierten Schaltung (26) auf den Flächenbereich (22) aufgebracht und elektrische Kontakte zwischen der integrierten Schaltung (26) und den Leitungssträngen (20) hergestellt werden, – ein zweiter Material-Entfernungsschritt zur Entfernung weiterer Teile des Streifenelements (10) durchgeführt wird, bei dem eine elektrische Moduleinheit (14, 40) gebildet wird, die mechanisch weiterhin mit dem Streifenelement (10) verbunden ist, aber elektrisch mindestens teilweise vom Streifenelement (10) isoliert ist, so daß die integrierte Schaltung mindestens zum Teil funktionsfähig ist.
Verfahren nach Anspruch 16, bei dem – nach dem zweiten Material-Entfernungsschritt elektrische Messungen bzw. Prüfungen an der elektrischen Moduleinheit (14, 40) durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, bei dem – vor dem zweiten Material-Entfernungsschritt in einem Spritzverfahren ein Haltekörper (30c) am Streifenelement (10) so gebildet wird, daß eine Anzahl von Leitungssträngen (20) darin eingebettet sind.
Verfahren zur Herstellung eines Sensors, bei dem – eine elektrische Moduleinheit (14, 40) bereitgestellt wird, die mindestens aufweist – ein mindestens abschnittsweise flaches Leitungsgitter (16) mit einer Anzahl von Leitungssträngen (20) und mindestens einem Flächenbereich (22), – wobei auf dem Flächenbereich (22) der Rohchip einer integrierten Sensor-Schaltung (26) zur Ermittlung eines Sensor-Wertes aufgebracht und elektrisch mit den Leitungssträngen (20) verbunden ist, – und wobei mindestens ein Isolierkörper (30a, 46) so gebildet ist, daß eine Mehrzahl von Leitungssträngen (20) und die integrierte Schaltung (26) in dem Isolierkörper (30a, 46) eingebettet sind, – und ein Grundelement (50, 116) mit einem Steckeranschuß (52, 118) bereitgestellt wird, – wobei das Grundelement (50, 116) mindestens teilweise aus Kunststoff besteht, – und flache Leiterelemente (58, 112) aufweist, die mindestens teilweise am Grundelement (50, 116) eingebettet und mit dem Steckeranschluß (52, 118) elektrisch verbunden sind, – und die elektrische Moduleinheit (14, 40) an dem Grundelement (50, 116) angeordnet und die Leiterelemente (58, 112) mit den Leitungssträngen (20) verbunden wird, so daß die Moduleinheit (14, 40) mit dem Steckeranschluß (52, 118) elektrisch verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 19, bei dem – die Moduleinheit durch ein Verfahren nach einem der Anspruche 16-18 hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, bei dem – das Leitungsgitter (16) mit den Leitungselementen (58, 116) verschweißt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19-21, bei dem – das Leitungsgitter (16) mindestens ein Loch (15a, 15b) aufweist, – und das Grundelement (116) mindestens einen Zapfen (124) aufweist, – und die elektrische Moduleinheit (14, 40) so angebracht wird, daß der Zapfen (124) des Grundelements (116) eingreift.