Einsatz der MID-Technik am Beispiel von Magnetfeldsensoren

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Hahn-Schickard, Stuttgart - Hahn-Schickard-Gesellschaft für angewandte Forschung e.V.

3D-Magnetfeldsensorsystem mit kostengünstigen SMD-Bauelementen

In diesem Sensorsystem sind drei kostengünstige, kommerziell verfügbare SMD-Magnetfeldsensoren rechtwinklig zueinander angeordnet, sodass ein räumlich messendes 3D-System entsteht. Der MID-Träger wird in LPKF-LDS-Technik hergestellt. Dadurch ist auch jederzeit eine flexible Änderung des Layouts durch einfaches Anpassen der Lasersteuerdaten möglich, z.B. um andere SMD-Magnetfeldsensoren, welche auf andere Feldstärken optimiert sind zu verwenden.

Räumlich messende Systeme, wie sie derzeit kommerziell erhältlich sind haben meist den Nachteil, dass die Empfindlichkeit der Messung bauartbedingt nicht für alle Achsen gleich gut ist. Beim MID-basierten System ist dies anders, da drei identische Magnetfeldsensoren verwendet werden können.

Das Design des MID-Trägers ist so gestaltet, dass die SMD-Magnetfeldsensoren so dicht wie möglich zueinander angeordnet sind um das Feld annähernd in einem Punkt zu erfassen. Ein umlaufender Rand unterhalb der Sensoren ermöglicht das Aufnehmen des MID mit dem Vakuumgreifer eines Standard-Bestückautomaten, sodass das fertige MID seinerseits wie ein SMD auf eine Leiterplatte montiert werden kann.

Die Form des MID und die Anordnung der SMD-Magnetfeldsensoren besitzen die größtmögliche Symmetrie. Dadurch wird Verzug, z.B. bei Temperaturänderungen weitestgehend minimiert. Auf diese Weise ergibt sich, wie in Bild 2 anschaulich zu sehen, ein kompakter Aufbau mit einem Volumen von gerade einmal 4 mm x 4 mm x 2,5 mm.

Eine besondere Herausforderung für dieses System stellt die 3D-Montage dar. Einerseits muss die Anordnung der drei Magnetfeldsensoren unter jeweils 90° möglichst genau zueinander erfolgen, andererseits ist ein automatisierbarer Prozessablauf mit kurzen Taktzeiten notwendig um den Kostenvorteil, der durch die Verwendung von Low-Cost-Sensoren entsteht, nicht wieder einzubüßen.

Der Schlüssel ist die Verwendung von Mehrfachwerkstückträgern auf einer mehrachsigen 3D-Substrathalterung. Abhängig vom Arbeitsraum des eingesetzten Bestückautomaten können auf diese Weise die Zeiten für das Ein- und Ausbringen des Mehrfachwerkstückträgers und die Ausrichtung der MID erheblich vermindert werden. Der Mehrfachwerkstückträger in Abbildung 4 nimmt 19 MID-Träger auf einmal auf und lässt sich für die Bestückung in der Maschine hochgenau und reproduzierbar ausrichten.

Die gleiche Anlage kann auch verwendet werden um die Sensorsysteme zu charakterisieren. Dazu wird das MID in einen Adapter zur elektrischen Kontaktierung eingesetzt und anstelle des Mehrfachwerkstückträgers auf der 3D-Substrathalterung montiert. Die Ausrichtung eines Permanentmagneten und des MID zueinander unter verschiedenen Winkeln erfolgt somit mit derselben hohen Präzision wie die Montage.

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