DE102024203630B3

DE102024203630B3 - Verfahren zur Herstellung einer Sensorbaugruppe

Info

Publication number: DE102024203630B3
Application number: DE102024203630.7A
Authority: DE
Inventors: Martin Grünwald; Franz Pfeiffer; Daniel Kohler; Johannes Frölich
Original assignee: Aumovio Autonomous Mobility Germany GmbH
Current assignee: Aumovio Autonomous Mobility Germany GmbH
Priority date: 2024-04-18
Filing date: 2024-04-18
Publication date: 2025-08-21
Anticipated expiration: 2044-04-19
Also published as: WO2025219133A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Sensorbaugruppe (1) umfassend zumindest eine Leiterplatte (2), ein für elektromagnetische Strahlung sensitives Element (3), einen Sensorkopf sowie ein Gehäuse (4) mit den folgenden Schritten:
- Bereitstellen (S1) eines Leiterplatten-Panels bestehend aus einer Vielzahl an Leiterplatten (2) für einen Nutztrennprozess mittels eines Trennwerkzeugs, wobei auf jeder Leiterplatte (2) des Leiterplatten-Panels ein für elektromagnetische Strahlung sensitives Element (3) angebracht ist;
- Bereitstellen (S2) eines Kamerasystems zum Ermitteln einer aktiven Fläche (3a) des für elektromagnetische Strahlung sensitiven Elements (3) der jeweiligen Leiterplatte (2);
- Ermitteln (S3) der aktiven Fläche (3a) und Festlegen eines Bezugspunkts auf der aktiven Fläche (3a);
- Ausrichten (S4) des Trennwerkzeugs auf den Bezugspunkt;
- Trennen (S5) einer Leiterplatte (2) aus dem Leiterplatten-Panel mittels des Trennwerkzeugs, wobei durch das Trennwerkzeug ein Anschlag an der Leiterplatte (2) erzeugt wird;
- Andrücken (S6) der Leiterplatte (2) in dem Gehäuse an dem Anschlag;
- Anbringen (S7) des Sensorkopfes in dem Gehäuse (4), wobei Mittelachse des Sensorkopfes auf die aktive Fläche (3a) des für elektromagnetische Strahlung sensitiven Elements (3) ausgerichtet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Sensorbaugruppe, umfassend zumindest eine Leiterplatte, einen Bildsensor, eine Linsenanordnung sowie ein Gehäuse.
Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Herstellung von Sensoren werden in jedem Verfahrensschritt die verwendeten Komponenten und Werkzeuge einzeln zueinander ausgerichtet. Die daraus resultierende Toleranzkette kann sich negativ im gesamten Herstellungsprozess auswirken. In der Regel wird gemäß dem Stand der Technik beispielsweise ein optisches System aktiv auf den Imager bzw. ein Imager-Package ausgerichtet.
Die EP 2 888 519 B1 offenbart ein Verfahren zum Positionieren eines lichtformenden Körpers, z.B. eines Reflektors, relativ zu zumindest einer LED-Lichtquelle.
Aus der DE 11 2011 100 181 B4 ist ein Verfahren zur Herstellung einer optischen Vorrichtung umfassend ein Bildaufnahmeelement und ein optisches Element bekannt.
Es ist demnach eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Sensorbaugruppe bereitzustellen, mittels welchem eine präzise Ausrichtung der einzelnen Komponenten sowie eine Reduzierung der Toleranzen ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erste Überlegungen waren dahingehend, dass zwei der Haupteinflussgrößen für die Toleranzkette der Lötprozess des Imager Packages und die Toleranzen des Imager Packages selbst sind. Aufgrund der Prozessanforderungen ist es schwierig die Genauigkeit beim Platzieren der Bildsensoren auf der Leiterplatte und auch hinsichtlich der Bezugsflächen zu verbessern. Um mit den derzeit bekannten Verfahren einen Bildsensor präziser auf einer Leiterplatte zu platzieren oder die Bildsensor-Package Toleranzen zu verbessern würde zu höheren Kosten führen.
Erfindungsgemäß wird daher ein Verfahren zur Herstellung einer Sensorbaugruppe umfassend zumindest eine Leiterplatte, einen Bildsensor, eine Linsenanordnung sowie ein Gehäuse mit den folgenden Schritten vorgeschlagen:

- Bereitstellen eines Leiterplatten-Panels bestehend aus einer Vielzahl an Leiterplatten für einen Nutztrennprozess mittels eines Trennwerkzeugs, wobei auf jeder Leiterplatte des Leiterplatten-Panels ein Bildsensor angebracht ist;
- Bereitstellen eines Kamerasystems zum Ermitteln einer aktiven Fläche des jeweiligen Bildsensors der jeweiligen Leiterplatte;
- Ermitteln der aktiven Fläche und Festlegen eines Bezugspunkts auf der aktiven Fläche
- Ausrichten des Trennwerkzeugs auf den Bezugspunkt;
- Trennen einer Leiterplatte aus dem Leiterplatten-Panel mittels des Trennwerkzeugs, wobei durch das Trennwerkzeug ein Anschlag an der Leiterplatte erzeugt wird;
- Andrücken der Leiterplatte in dem Gehäuse an dem Anschlag;
- Anbringen der Linsenanordnung in dem Gehäuse, wobei eine optische Achse der Linsenanordnung auf die aktive Fläche des Bildsensors ausgerichtet ist.

Das Leiterplatten Panel ist hierbei nach einem bekannten Verfahren hergestellt. Hierbei ist auf den Leiterplatten jeweils ein für elektromagnetische Strahlung sensitives Element angebracht. Der Nutztrennprozess wird nach einem bekannten Trennverfahren mit einem Trennwerkzeug durchgeführt. Das für elektromagnetische Strahlung sensitive Element ist bevorzugt ein Bildsensor. Der Sensorkopf ist bevorzugt eine Linse bzw. eine Linsenanordnung und die Sensorbaugruppe ist entsprechend eine Kamera. Es wäre allerdings auch denkbar mit dem hier vorgestellten Verfahren andere Sensorarten wie bspw. einen Lidar-Sensor herzustellen.
Durch das Ermitteln der aktiven Fläche mittels des bereitgestellten Kamerasystems kann die Größe und Ausrichtung des für elektromagnetische Strahlung sensitiven Elements bestimmt werden und entsprechend ein Bezugspunkt festgelegt werden. Auf diesen Bezugspunkt wird das Trennwerkzeug ausgerichtet und anschließend die entsprechende Leiterplatte aus dem Panel getrennt. Das Festlegen eines Bezugspunkts basierend auf der ermittelten aktiven Fläche ist dahingehend vorteilhaft, da so potentielle Abweichungen in der Ausrichtung des Elements berücksichtigt werden können und die Leiterplatte dementsprechend aus dem Panel getrennt werden kann. Der so erzeugte Anschlag ermöglicht eine präzisere Ausrichtung der Leiterplatte in dem Gehäuse und weiterhin eine präzisere Ausrichtung eines später angebrachten Sensorkopfes. Im Gegensatz hierzu können bei einem vorher festgelegten Bezugspunkt, welcher unabhängig von der Ausrichtung des Bildsensors bzw. der aktiven Fläche ist, bereits Abweichungen zwischen dem beim Trennen erzeugten Anschlag und der Ausrichtung des Elements entstehen und eine spätere Anbringung in dem Gehäuse sowie eine Ausrichtung eines Sensorkopfes auf das Element können wiederum zu weiteren Abweichungen führen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung wird das Trennen mittels eines Lasers durchgeführt. Die Verwendung eines Lasers als Trennwerkzeug ist im Hinblick auf die Präzision eines Lasers besonders vorteilhaft.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird beim Andrücken der Leiterplatte in das Gehäuse eine 3-Achsen Ausrichtung der Leiterplatte ermöglicht. Die Ausrichtung in x- und y-Richtung ist direkt durch den erzeugten präzisen Anschlag vorgegeben. Durch das Andrücken der Leiterplatte an dem Anschlag in das Gehäuse wird automatisch auch eine Rollwinkeljustage ermöglicht.
Besonders bevorzugt wird der Bezugspunkt auf der aktiven Fläche in einem Mittelpunkt der aktiven Fläche festgelegt. Das Festlegen des Bezugspunktes auf einen Mittelpunkt der aktiven Fläche ist dahingehend vorteilhaft, da aufgrund der Symmetrie des für elektromagnetische Strahlung sensitiven Elements bzw. der Symmetrie der Leiterplatte alle Abstände vom Mittelpunkt zu den jeweils gegenüberliegenden Seitenflächen des Elements und den jeweils gegenüberliegenden Seitenflächen der Leiterplatte annähernd gleich sein sollten. Entsprechend kann bei einer Ausrichtung des Trennwerkzeugs auf den Bezugspunkt im Mittelpunkt der aktiven Fläche das Trennen der Leiterplatte aus dem Leiterplatten-Panel derart durchgeführt werden, dass die jeweils gegenüberliegenden Kanten der Leiterplatten den nahezu gleichen Abstand zu dem Bezugspunkt aufweisen. Somit kann beispielsweise eine Abweichung bei dem Platzieren des Elements auf der Leiterplatte kompensiert werden.
Weiter wird bevorzugt die Mittelachse des Sensorkopfes auf den Bezugspunkt auf der aktiven Fläche ausgerichtet.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Zeichnungen. Darin zeigen:

1: ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung;
2: eine schematische Darstellung einer Sensorbaugruppe;
3: eine weitere schematische Darstellung einer Sensorbaugruppe.

1 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung. In dem Verfahren zur Herstellung einer Sensorbaugruppe umfassend zumindest eine Leiterplatte 1, ein für elektromagnetische Strahlung sensitives Element 2, einen Sensorkopf sowie ein Gehäuse 4 wird in Schritt S1 ein Leiterplatten-Panel bestehend aus einer Vielzahl an Leiterplatten 1 für einen Nutztrennprozess bereitgestellt, wobei der Nutztrennprozess mittels eines Trennwerkzeugs durchgeführt wird, wobei auf jeder Leiterplatte 1 des Leiterplatten-Panels ein für elektromagnetische Strahlung sensitives Element 2 angebracht ist. In einem Schritt S2 wird ein Kamerasystem zum Ermitteln einer aktiven Fläche 3a des für elektromagnetische Strahlung sensitiven Elements 3 der jeweiligen Leiterplatte 2 bereitgestellt. In einem weiteren Schritt S3 wird die aktive Fläche 3a ermittelt und ein Bezugspunkt auf der aktiven Fläche festgelegt. In einem Schritt S4 wird das Trennwerkzeug auf den Bezugspunkt ausgerichtet. In Schritt S5 wird eine Leiterplatte 2 aus dem Leiterplatten-Panel mittels des Trennwerkzeugs getrennt, wobei durch das Trennwerkzeug ein Anschlag an der Leiterplatte 2 erzeugt wird. Nachfolgend wird in Schritt S6 die auf diese Weise aus dem Panel getrennte Leiterplatte 2 in ein bereitgestelltes Gehäuse 4 an dem Anschlag A3, B3 der Leiterplatte angedrückt. In einem weiteren Schritt S7 wird der Sensorkopf in dem Gehäuse 4 angebracht, wobei die Mittelachse des Sensorkopfes auf die aktive Fläche 3a des für elektromagnetische Strahlung sensitiven Elements 3 ausgerichtet wird.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer Sensorbaugruppe. Die Sensorbaugruppe 1 umfasst eine Leiterplatte 2, ein für elektromagnetische Strahlung sensitives Element 3 mit einer aktiven Fläche 3a sowie ein Gehäuse. Die Bezugszeichen A1 und B1 beschreiben jeweils die Außenflächen des Gehäuses. Das Bezugszeichen B2 beschreibt eine horizontale und das Bezugszeichen A2 eine vertikale Symmetrieachse der Leiterplatte 2. Diese beiden Symmetrieachsen A2, B2 schneiden sich in einem Punkt M, welcher auch der Mittelpunkt der Leiterplatte 2 bzw. des für elektromagnetische Strahlung sensitiven Elements 3 ist. Der Schnittpunkt M kann beispielsweise als Bezugspunkt für die Ausrichtung des Trennwerkzeugs sowie eine spätere Ausrichtung eines Sensorkopfes verwendet werden. Die Bezugszeichen A4 und B4 beschreiben je eine Innenfläche des Gehäuses 4, an welche die Leiterplatte 2 mit den Flächen A3 und B3 angedrückt wird. An den Außenflächen A3, B3 der Leiterplatte 2 ist durch das Trennwerkzeug ein Anschlag beim Heraustrennen aus dem Panel erzeugt worden. Dieser Anschlag ermöglich ein präzises Ausrichten der Leiterplatte 2 in dem Gehäuse 4.
3 zeigt eine weitere schematische Darstellung einer Sensorbaugruppe. In dieser Darstellung ist das Gehäuse 4 mit einer Leiterplatte 2 von einer dem für elektromagnetische Strahlung sensitiven Element 3 gegenüberliegenden Seite gezeigt. Weiterhin ist gezeigt, dass die Außenflächen A3, B3 der Leiterplatte 2 in x-Richtung Rx und y-Richtung Ry an die Innenflächen A4 und B4 des Gehäuses 4 angedrückt werden. Durch dieses Andrücken findet eine Ausrichtung in x- und y-Richtung sowie eine Rollwinkeljustage statt.
Bezugszeichenliste

1: Sensorbaugruppe
2: Leiterplatte
3: für elektromagnetische Strahlung sensitives Element
3a: aktive Fläche des Elements
4: Gehäuse
A1, B1: Außenfläche Gehäuse
A2, B2: Symmetrieachsen
A3, B3: Außenflächen Leiterplatte
A4, B4: Innenflächen Gehäuse

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Sensorbaugruppe (1) umfassend zumindest eine Leiterplatte (2), ein für elektromagnetische Strahlung sensitives Element (3), einen Sensorkopf sowie ein Gehäuse (4) mit den folgenden Schritten: - Bereitstellen (S1) eines Leiterplatten-Panels bestehend aus einer Vielzahl an Leiterplatten (2) für einen Nutztrennprozess mittels eines Trennwerkzeugs, wobei auf jeder Leiterplatte (2) des Leiterplatten-Panels ein für elektromagnetische Strahlung sensitives Element (3) angebracht ist; - Bereitstellen (S2) eines Kamerasystems zum Ermitteln einer aktiven Fläche (3a) des für elektromagnetische Strahlung sensitives Elements (3) der jeweiligen Leiterplatte (2); - Ermitteln (S3) der aktiven Fläche (3a) und Festlegen eines Bezugspunkts auf der aktiven Fläche (3a); - Ausrichten (S4) des Trennwerkzeugs auf den Bezugspunkt; - Trennen (S5) einer Leiterplatte (2) aus dem Leiterplatten-Panel mittels des Trennwerkzeugs, wobei durch das Trennwerkzeug ein Anschlag an der Leiterplatte (2) erzeugt wird; - Andrücken (S6) der Leiterplatte (2) in dem Gehäuse an dem Anschlag; - Anbringen (S7) des Sensorkopfes in dem Gehäuse (4), wobei die Mittelachse des Sensorkopfes auf die aktive Fläche (3a) des für elektromagnetische Strahlung sensitiven Elements (3) ausgerichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennen mittels eines Lasers durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Andrücken der Leiterplatte (2) in das Gehäuse (4) eine 3-Achsen Ausrichtung der Leiterplatte (2) ermöglicht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bezugspunkt auf der aktiven Fläche in einem Mittelpunkt (M) der aktiven Fläche (3a) festgelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelachse des Sensorkopfes auf den Bezugspunkt auf der aktiven Fläche (3a) ausgerichtet wird.