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Robuste und berührungslose Sensoren ohne Leiterplatte

Die ECU des Motors muss die genaue Position der Drosselklappen im Einlass und im Abgasrückführungssystem kennen, wodurch der Einsatz berührungsloser und genauer Positions- oder Winkelsensoren erforderlich wird.

Der Hall-Effekt ist heute die Technologie der Wahl; Hall-Effekt-Sensoren werden heutzutage in über 80% aller Automotive-Anwendungen mit Magnetfeldsensoren eingesetzt. Eine Kombination aus kleiner Baugröße und der Infrastruktur zur Silizium-CMOS-Batch-Produktion ermöglicht eine hohe Integrationsdichte von Schaltungselementen. Die Serienproduktion in großen Stückzahlen macht die Sensoren wirtschaftlich rentabel und ermöglicht die von der Automobilindustrie geforderten niedrigen Stückpreise.

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Ein weiterer Vorteil gegenüber anderen Technologien ist die Tatsache, dass Hall-Effekt-Sensoren, sofern sie adäquat gekapselt werden, unempfindlich gegenüber Staub, Schmutz und Wasser sind. Da sie keinen Kontakt mit dem Messobjekt eingehen, arbeiten sie verschleißfrei und mit höchster Zuverlässigkeit.

Sie eignen sich vorzüglich als Positionssensoren, wenn es darum geht, einen Weg, eine Position oder einen Winkel präzise zu messen. Durch ihre Genauigkeit und Robustheit sind sie die erste Wahl für Anwendungen im Motorraum wie ETC und AGR und bieten eine lange Lebensdauer auch bei Umgebungstemperaturen bis 160 °C.

Micronas hat nun für einen ihrer Kunden, dank langjähriger Erfahrung im Automobilgeschäft, der standorteigenen Fertigung und der Erfolgsgeschichte von Zero PPM im Automotive-Sektor, kürzlich einen verbesserten Positionssensor für AGR-Anwendungen in Common-Rail-Dieselmotoren mit Direkteinspritzung entwickelt.

Der HAC 830 basiert auf Micronas bewährter CMOS-Technologie und ist für Sperrschichttemperaturen bis 170 °C ausgelegt. Der Sensor kombiniert den präzisen und robusten Silizium-Chip der HAL 83x-Familie mit zwei integrierten 100-nF-Blockkondensatoren in einem winzigen 3-Pin-TO92UP-Gehäuse. Diese Sensoren eignen sich für den Einsatz in temperaturkritischen Anwendungen im Automotive-Sektor. Die Kondensatoren werden mittels leitfähigen Klebstoffs mit dem Leadframe verbunden. Die mechanische und thermische Festigkeit von verklebten Chips ist aufgrund der Elastizität der Klebeverbindungen in der Tat größer als bei gelöteten Chips.

HAC 830 bietet alle Vorteile der HAL 83x-Familie, wie z.B. höchste Genauigkeit und Temperaturstabilität sowie Empfindlichkeit unter rauen Umgebungsbedingungen. Aufgrund seiner integrierten Kondensatoren erzielt der Sensor einen ESD-Level größer als 7 kV HBM und erfüllt somit die strengen Anforderungen an die Elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) wie Bulk-Current-Injection (BCI) entsprechend Euro-6-Norm. Der HAC 830 ist bezüglich Störfestigkeits-BCI-Tests bis zu 300 mA gemäß ISO 11452-4 (open loop) und PSA B21-100-C (closed loop) in die Klasse A eingestuft.

Im Vergleich zu anderen Lösungen des Marktes bietet das TO92UP-Gehäuse den kleinsten Formfaktor. Es kann direkt auf ein Stanzgitter geschweißt werden. Durch den dadurch möglichen Verzicht auf eine Leiterplatte reduzieren sich sowohl die Baugröße des Gesamtsystems als auch die Gesamtkosten. Darüber hinaus wird auch die langfristige Zuverlässigkeit des Gesamtsystems wesentlich erhöht. Bei anderen auf dem Markt erhältlichen Lösungen werden die Kondensatoren über zusätzliche Anschlüsse mit dem Sensor-Chip verbunden. Der geringe Abstand zwischen diesen Anschlüssen birgt allerdings die Gefahr eines Kurzschlusses. Daher muss eine zusätzliche Schutzschicht aufgebracht werden. Das Single-Mold-Konzept des HAC 830 hat neben der geringen Baugröße den Vorteil, dass keine zusätzliche Schicht aufgebracht werden muss.

Der Sensor bietet wesentlich mehr Design-Flexibilität, wenn Baugröße ein wichtiges Kriterium ist. Er benötigt zudem eine geringere Anzahl externer Bauteile, was weniger Lötstellen erfordert; dadurch steigt die langfristige Zuverlässigkeit des Systems insgesamt erheblich. Micronas wird ihre Palette an Single-Mold-Sensor-Lösungen mit integrierten Kondensatoren künftig auch auf weitere Produktfamilien innerhalb ihres Portfolios ausweiten – darunter auch Hall-Schalter und 2D-/3D-Sensoren.

* Matthieu Rezé ist Automotive Marketing Manager bei Micronas, Freiburg.

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