DE102009000460A1

DE102009000460A1 - Stromgeführter Hall-Sensor

Info

Publication number: DE102009000460A1
Application number: DE102009000460A
Authority: DE
Inventors: Marcus Meyer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-01-28
Filing date: 2009-01-28
Publication date: 2010-07-29
Also published as: WO2010086055A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen stromgeführten Hall-Sensor (3) mit einem elektrischen Kondensator (23), der zum versorgungsspannungsunabhängigen Erfassen von Magnetfeldern mit elektrischen Anschlüssen des Hall-Sensors (3) elektrisch wirkverbunden ist. H (1) vorgesehen, mit einem zumindest den Hall-Sensor (3) umschließenden Gehäuse (13), aus welchem den Anschlüssen zugeordnete Anschlussbeine (6, 8) herausführen, wobei der Kondensator (23) zum Überbrücken der Anschlüsse mit den Anschlussbeinen (6, 8) verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen stromgeführten Hall-Sensor mit einem elektrischen Kondensator, der zum versorgungsspannungsunabhängigen Erfassen von Magnetfeldern mit elektrischen Anschlüssen des Hall-Sensors elektrisch wirkverbunden ist.
Stand der Technik
Hall-Sensoren sind aus dem Stand der Technik bekannt. Sie werden heutzutage in vielen Applikationen zur Erfassung magnetischer Felder verwendet. Dabei sind drei wesentliche Auswertungsmethoden bekannt: Die analoge Auswertung, die digitale spannungsbasierte und die digitale stromgeführte Auswertung. Insbesondere die letzte Variante mit einem stromgeführten Hall-Sensor wird aufgrund ihrer hohen Robustheit gegen Störungen in den elektrischen Leitungen bevorzugt. Spannungsbasierte Hall-Sensoren reagieren dagegen empfindlich auf Störungen in der Versorgungsspannung.
Um versorgungsspannungsunabhängig mittels eines Hall-Sensors Magnetfelder zu erfassen, wird dem Hall-Sensor ein elektrischer Kondensator zugeordnet, der mit elektrischen Anschlüssen des Hall-Sensors elektrisch wirkverbunden ist, womit der Hall-Sensor als magnetfeld-gesteuerte Stromquelle verwendet werden kann. Der Kondensator erfüllt dabei mehrere Funktionen: Er dient als Stütz-Kapazität, erhöht die ESD-Festigkeit und verbessert darüber hinaus die EMV-Eigenschaften. Bei SMD-Bauteilen (oberflächenmontierbaren Bauteilen) ist es möglich, den Kondensator nahe an dem Hall-Sensor anzuordnen, wodurch sich seine Wirksamkeit erhöht. Bei „bedrahteten” Bauformen muss dann der ebenfalls „bedrahtete” Kondensator in der Nähe des Hall-Sensors platziert werden, was jedoch bei den heutigen Bauraumverringerungen schwierig ist.
Offenbarung der Erfindung
Der erfindungsgemäße Hall-Sensor ist gekennzeichnet durch die Ausbildung als Hall-Sensor-Einheit, mit einem zumindest den Hall-Sensor umschließenden Gehäuse, aus welchem den Anschlüssen zugeordnete Anschlussbeine herausführen, wobei der Kondensator zum Überbrücken der Anschlüsse mit den Anschlussbeinen verbunden ist. Es ist also vorgesehen, dass der Hall-Sensor und der Kondensator als eine Hall-Sensor-Einheit, also als ein zusammenhängender und insbesondere zusammenhandhabbarer Verbund ausgebildet sind. Wobei der Hall-Sensor von einem Gehäuse umschlossen ist, und seinen Anschlüssen Anschlussbeine zugeordnet sind, die aus dem Gehäuse herausführen. Außerhalb des Gehäuses kann dadurch der Hall-Sensor auf einfache Art und Weise über die Anschlussbeine elektrisch kontaktiert werden. Darüber hinaus können die Anschlussbeine auch zum mechanischen Befestigen der Hall-Sensor-Einheit, beispielsweise an einer Leiterplatte, verwendet werden. Beispielsweise können die Anschlussbeine in entsprechende Aufnahmeöffnungen einer Leiterplatte eingesteckt und darin verlötet werden. Der Kondensator ist dabei zum Überbrücken der Anschlüsse, zum versorgungsspannungsunabhängigen Erfassen von Magnetfeldern, mit den Anschlussbeinen verbunden. Der elektrische Kontakt des Hall-Sensors zu dem Kondensator wird also über die Anschlussbeine erstellt. Durch die Ausbildung als Hall-Sensor-Einheit bildet der Kondensator einen integralen Bestandteil, sodass er stets nahe an dem Hall-Sensor angeordnet ist. Über die Anschlussbeine, die üblicherweise einfacher zu kontaktieren sind als die Anschlüsse des Hall-Sensors selbst, kann dabei auf einfache Art und Weise die elektrische Verbindung zu dem Kondensator gewährleistet werden.
Vorteilhafterweise weisen die Anschlussbeine gehäuse-interne und gehäuse-externe Bereiche auf. Das bedeutet, dass die Anschlussbeine bereichsweise in dem Gehäuse und bereichsweise außerhalb des Gehäuses verlaufen. Dadurch können die Anschlussbeine besonders stabil an dem Gehäuse gehalten sein, wodurch die Hall-Sensor-Einheit besonders robust ausfällt.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung weisen die Anschlussbeine jeweils mindestens eine Kondensator-Auflagefläche für den Kondensator auf. Wie der Name bereits sagt, liegt der Kondensator im montierten Zustand auf den Kondensator-Auflageflächen der Anschlussbeine auf. Die Kondensator-Auflageflächen ge währleisten dabei einen sicheren elektrischen Kontakt und können darüber hinaus auch zur mechanischen Sicherung des Kondensators dienen. Aufgrund dieser Montageart kann der Kondensator sehr nahe an dem Hall-Sensor angeordnet werden, wodurch eine optimale Wirkung erzielt wird.
Zweckmäßigerweise sind die Kondensator-Auflageflächen als vergrößerte Stanzflächen ausgebildet. Die Anschlussbeine werden bei der Fertigung der Hall-Sensor-Einheit zweckmäßigerweise als Stanzgitter hergestellt. Dabei ist es auf einfache Art und Weise möglich, verbreitete Bereiche an den Anschlussbeinen vorzusehen. So können beispielsweise die bei Stanzgittern üblichen verbreiterten Verbindungsbereiche, die später zertrennt werden, verwendet und gegebenenfalls zusätzlich vergrößert vorgesehen werden, sodass der Kondensator sicher auf den dadurch gebildeten Kondensator-Auflageflächen liegt.
Vorteilhafterweise sind die Kondensator-Auflageflächen in den gehäuse-externen Bereichen der Anschlussbeine ausgebildet. So kann der Kondensator auf einfache Art und Weise nach einer Einhausung des vorteilhafterweise als Halbleiterelement ausgebildeten Hall-Sensors mit Letzterem elektrisch verbunden werden. Auch ein Austausch des Kondensators im Bedarfsfall, beispielsweise bei einer Wartung, ist dadurch möglich. Zweckmäßigerweise wird der Kondensator auf die Kondensator-Auflageflächen aufgelötet, um im Betrieb einen sicheren elektrischen Kontakt sowie einen sicheren Halt zu gewährleisten.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Kondensator-Auflageflächen in den gehäuse-internen Bereichen der Anschlussbeine ausgebildet. Damit liegt auch der Kondensator selbst in dem Gehäuse, in dem auch der Hall-Sensor sowie die gehäuse-internen Bereiche der Anschlussbeine angeordnet sind. Dadurch wird die Stabilität der Hall-Sensor-Einheit weiter erhöht, da nunmehr auch der Kondensator durch das Gehäuse selbst geschützt und gehalten wird. Das Gehäuse ist dabei zweckmäßigerweise etwas größer als in der vorhergehend beschriebenen Ausführungsform ausgebildet. Die Montage der Hall-Sensor-Einheit gestaltet sich dadurch insgesamt einfacher, da die Hall-Sensor-Einheit nunmehr noch einfacher zu handhaben ist.
Zweckmäßigerweise sind die Kondensator-Auflageflächen der gehäuse-externen Bereiche nahe zu dem Gehäuse ausgebildet, sodass der Kondensator möglichst nahe an dem Hall-Sensor angeordnet ist, und die höchstmögliche Wirksamkeit des „externen” Kondensators erzielt werden kann.
Weiterhin ist vorgesehen, dass der Kondensator als Keramik-Kondensator, also als ein elektrischer Kondensator mit einem keramischen Dielektrikum ausgebildet ist. Derartige Keramikkondensatoren sind unempfindlich gegenüber Spannungen und Überspannungsimpulsen und halten auch hohen Temperaturen stand.
Ferner ist vorgesehen, dass die Anschlüsse des Hall-Sensors mittels Bond-Verbindungen mit den Anschlussbeinen verbunden sind.
Schließlich ist vorgesehen, dass das Gehäuse ein Mold-Gehäuse ist. Dieses wird bei der Herstellung der Hall-Sensor-Einheit um den Hall-Sensor, bereichsweise um die Anschlussbeine und gegebenenfalls um den Kondensator gespritzt beziehungsweise gegossen. Das Mold-Gehäuse ist ein elektrisch nicht leitfähiges Kunststoffgehäuse. Durch das Umgießen/Umspritzen der Einzelteile der Hall-Sensor-Einheit entsteht eine besonders mechanisch belastbare beziehungsweise stabile Einheit.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert werden.
Dazu zeigen
1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines vorteilhaften Hall-Sensors in einer schematischen Darstellung und
2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines vorteilhaften Hall-Sensors in einer schematischen Darstellung.
Die 1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Hall-Sensor-Einheit 1. Die Hall-Sensor-Einheit 1 weist einen als Halbleiterelement 2 ausgebildeten Hall-Sensor 3 auf, der auf einer Auflagefläche (englisch: die attach) beziehungsweise auf einem Substrat 4 angeordnet ist. Das Substrat 4 ist Bestandteil eines Stanzgitters 5, welches weiterhin drei Anschlussbeine 6, 7, 8 aufweist, von denen das Anschlussbein 7 opti onal ist. Die Anschlussbeine 6, 7, 8 sind parallel zueinander ausgerichtet und weisen ihrem dem Hall-Sensor 3 gegenüberliegenden Ende jeweils eine Kontaktfläche 9, 10, 11 auf. Mittels Bondverbindungen 12 ist der Hall-Sensor 3 mit jeweils einer der Kontaktflächen 9, 10, 11 elektrisch wirkverbunden. Während die Anschlussbeine 6 und 8 nachträglich von dem Stanzgitter 5 getrennt wurden, geht das optionale Anschlussbein 7 in das Substrat 4, auf dem der Hall-Sensor 3 angeordnet ist über. Die Anschlussbeine 6, 7 dienen dabei als Anschlussleitungen für eine Versorgungsspannung, beziehungsweise für einen die Signale des Hall-Sensors 3 erfassende Auswerteeinheit, wie zum Beispiel ein Mikrocontroller, während das Anschlussbein 8 als Masse-Leitung dient. Die Anschlussbeine 6 und 7 sind bei stromgeführten (Hall-)Sensoren oft zusammengefasst. Aus Kompatibilitäts- und Festigkeitsgründen bleibt das Anschlussbein 7 oft erhalten.
Der Hall-Sensor 3, das Substrat 4, die Bondverbindungen 12 sowie die Anschlussbeine 6, 7, 8 im Bereich ihrer Kontaktflächen 9, 10, 11 sind von einem Gehäuse 13, das als (Transfer-)Mold-Gehäuse 14 ausgebildet ist, umschlossen. Vorliegend bilden somit die Kontaktflächen 9, 10, 11 gehäuseinterne Bereiche 15, 16, 17 der Anschlussbeine 6, 7, 8.
Der übrige Bereich des jeweiligen Anschlussbeins 6, 7, 8 bildet entsprechend einen gehäuse-externen Bereich 18, 19, 20, der also außerhalb des Gehäuses 13 liegt. In ihrem gehäuse-externen Bereich 18, 19, 20 sind nahe zu dem Gehäuse 13 an den Anschlussbeinen 6 und 8 jeweils eine Kondensator-Auflagefläche 21, 22 ausgebildet. Auf den Kondensator-Auflageflächen 21, 22 ist ein Kondensator 23, der als Keramikkondensator 24 ausgebildet ist, angeordnet und elektrisch mit diesen verbunden. Der Kondensator 23 überbrückt somit die den Anschlussbeinen 6 und 8 zugeordneten Anschlüsse des Hall-Sensors 3. Vorteilhafterweise ist der Kondensator 23 mit seinen Kontaktenden auf der entsprechenden Kondensator-Auflagefläche 21 und 22 angelötet, um einen sicheren elektrischen sowie mechanischen Kontakt zu gewährleisten.
Durch die vorteilhafte nahe Anordnung des Kondensators 23 zu dem Hall-Sensor 3 ist diese Hall-Sensor-Einheit 1 beziehungsweise der Hall-Sensor 3 wirksam als stromgeführter Hall-Sensor zum versorgungsspannungsunabhängigen Erfassen von Magnetfeldern verwendbar. Die räumliche Nähe des Kondensators 23 zu dem Hall-Sensor 3 führt dabei zu einer besonders wirksamen EMV-Eingenschaft und erhöhten ESD-Festigkeit. Darüber hinaus ist der Kondensator 23 als Stütz-Kapazität nutzbar, wodurch die Funktionssicherheit bei Netzschwankungen erhöht wird. Auch die bei getakteten Sensoren üblichen „Chopper-Peaks” können aufgrund der räumlichen Nähe des Kondensators 23 optimal unterdrückt werden. Die Stanzgitterkonstruktion sowie die Anbindung des Kondensators 23 an den Anschlussbeinen 6 und 8 erlaubt eine besonders einfache und kostengünstige Herstellung der Hall-Sensor-Einheit 1, die auch hohen Temperaturen beziehungsweise Temperaturdifferenzen standhält.
Die 2 zeigt in einer schematischen Darstellung ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Hall-Sensor-Einheit 1, wobei gleiche Teile mit denselben Bezugszeichen versehen sind, sodass insofern auf die vorangehende Figur verwiesen wird. Im Unterschied zu dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel sind nunmehr die Kondensator-Auflageflächen 21 und 22 in den gehäuse-internen Bereichen der Anschlussbeine 6, 8 ausgebildet und somit auch der Kondensator 23 in dem Gehäuse 13 angeordnet. Das Gehäuse 13 ist dazu entsprechend größer beziehungsweise länger ausgebildet. Die zweite Ausführungsform hat den Vorteil, dass der Kondensator 23 nunmehr auch durch das Gehäuse 13 gestützt und gehalten wird und insgesamt dadurch eine höhere mechanische Stabilität gewährleistet ist. Darüber hinaus ist der Kondensator 23 im Inneren des Gehäuses 13 geschützt angeordnet, sodass sich unter Anderem auch die Montage und Handhabbarkeit der Hall-Sensor-Einheit 1 vereinfacht.
Durch die besonders kompakte Ausbildung der Hall-Sensor-Einheit 1, bei der keine weiteren externen Bauelemente benötigt werden, wird im Vergleich zu bekannten Lösungen eine Platzersparnis erzielt. Die stromgesteuerte Hall-Sensor-Einheit 1 kann beispielsweise auch auf wenig Bauraum aufweisenden Komponenten, wie zum Beispiel Bürstenträgern einer elektrischen Maschine, angeordnet und damit sowohl mechanisch als auch elektrisch auf einfache Art und Weise sicher verbunden werden. Durch die vorteilhafte Ausbildung wird darüber hinaus die Lebensdauer des Hall-Sensors 3 beziehungsweise eines die Hall-Sensor-Einheit 1 aufweisenden Geräts verlängert und eine hohe Ausfallsicherheit gewährleistet, da nur eine geringe Anzahl von Lot-/Kontaktstellen vorhanden sind, die ausfallen könnten.

Claims

Stromgeführter Hall-Sensor (3) mit einem elektrischen Kondensator (23) der zum versorgungsspannungsunabhängigen Erfassen von Magnetfeldern mit elektrischen Anschlüssen des Hall-Sensors (3) elektrisch wirkverbunden ist, gekennzeichnet durch die Ausbildung als Hall-Sensor-Einheit (1) mit einem zumindest den Hall-Sensor (3) umschließenden Gehäuse (13), aus welchem den Anschlüssen zugeordnete Anschlussbeine (6, 8) herausführen, wobei der Kondensator (23) zum Überbrücken der Anschlüsse mit den Anschlussbeinen (6, 8) verbunden ist.
Hall-Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussbeine (6, 8) gehäuse-interne Bereiche (15, 16, 17) und gehäuse-externe Bereiche (18, 19, 20) aufweisen.
Hall-Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussbeine (6, 8) jeweils mindestens eine Kondensator-Auflagefläche (21, 22) für den Kondensator (23) aufweisen.
Hall-Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensator-Auflageflächen (21, 22) als vergrößerte Stanzflächen ausgebildet sind.
Hall-Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensator-Auflageflächen (21, 22) in den gehäuse-externen Bereichen (18, 20) ausgebildet sind.
Hall-Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensator-Auflageflächen (21, 22) in den gehäuse-internen Bereichen (15, 16, 17) ausgebildet sind.
Hall-Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensator-Auflageflächen (21, 22) der gehäuse-externen Bereiche (18, 19) nahe zu dem Gehäuse (13) ausgebildet sind.
Hall-Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (23) als Keramik-Kondensator (24) ausgebildet ist.
Hall-Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlüsse des Hall-Sensors (3) mittels Bond-Verbindungen (12) mit den Anschlussbeinen (6, 7, 8) verbunden sind.
Hall-Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (13) ein Mold-Gehäuse (14) ist.