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Dokumentenidentifikation DE102004053958B3 01.09.2005
Titel Vorrichtung zur Erfassung von elektromagnetischer Strahlung, insbesondere Sonnenlicht, zur Verwendung bei einem Fahrzeug
Anmelder Behr Hella Thermocontrol GmbH, 70190 Stuttgart, DE
Erfinder Röhling, Hans Dieter, 59558 Lippstadt, DE
Vertreter Patentanwälte von Kreisler, Selting, Werner et col., 50667 Köln
DE-Anmeldedatum 09.11.2004
DE-Aktenzeichen 102004053958
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 01.09.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 01.09.2005
IPC-Hauptklasse H01L 25/04
IPC-Nebenklasse H01L 31/09   
Zusammenfassung Die Vorrichtung (10) zur Erfassung von elektromagnetischer Strahlung, insbesondere Sonnenlicht, zur Verwendung bei einem Fahrzeug, ist mit einer sich innerhalb einer Ebene erstreckenden Metallkernleiterplatte (12) versehen, die eine plastisch verformbare Metallschicht (14) und mindestens eine Isolationsmaterialschicht (16, 18) auf der Metallschicht (14) aufweist, auf welcher Leiterbahnen (20, 22) angeordnet sind. Ferner weist die Vorrichtung (10) mindestens ein opto-elektronisches Bauteil (28) auf, das auf der Metallkernleiterplatte (12) angeordnet und elektrisch mit den Leiterbahnen (20, 22) verbunden ist. Die Metallkernleiterplatte (12) weist mindestens einen gegenüber ihrer Erstreckungsebene abgewinkelten Bereich (26) auf. Das mindestens eine optoelektronische Bauteil (28) ist innerhalb des abgewinkelten Bereichs (26) der Metallkernleiterplatte (12) angeordnet.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung von elektromagnetischer Strahlung.

Ein Anwendungsgebiet der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist beispielsweise die Erfassung von Sonnenlicht in einem vorgegebenen Raumwinkelbereich, was vorzugsweise in einem Fahrzeug als Sonnensensor verwendbar ist. Mit derartigen Sonnensensoren kann neben der Intensität der Sonnenstrahlung auch der Sonnenstand relativ zum Fahrzeug, also die Richtung ermittelt werden, aus der die Strahlung auf das Fahrzeug und insbesondere über die Scheiben in den Insassenraum einfällt.

Klimaanlagen für Fahrzeuge arbeiten unter anderem auch in Abhängigkeit von der Intensität der Sonnenstrahlung und der Richtung, aus der diese auf das Fahrzeug auftrifft. Für eine Links-Rechts-Erkennung oder eine Rundum-Erkennung des Sonnenstrahlungseinfalls sind mehrere Fotodioden erforderlich, die auf einer Trägerplatte (Platine) angeordnet sind. Im Regelfall sind die Fotodioden flachliegend auf der Platine angeordnet, womit ihre Lichteinfallsseiten sämtlich in die gleiche Richtung weisen. Zur Umlenkung von schräg einfallendem Sonnenlicht zu den Lichteinfallsseiten der Fotodioden hin werden refraktiv arbeitende optische Elemente verwendet, wodurch der Sonnensensor eine gewisse Mindestbauhöhe aufweist. Ferner verteuert sich die Herstellung eines derartigen Sonnensensors dadurch, dass optische Elemente verwendet werden.

Aus DE 102 34 585 B4 ist es bekannt, bei einer Vorrichtung zur Erfassung von elektromagnetischer Strahlung innerhalb eines vorgegebenen Raumwinkelbereichs opto-elektronische Bauteile einzusetzen, die speziell geformte bzw. abgewinkelte Abstützelemente aufweisen, welche ihrerseits Anlageebenen zur Anlage der Platine definieren. Mit diesen Bauteilen ist eine Platinenbestückung wie bei SMD-Bauteilen möglich, wobei auf Grund der speziellen Ausgestaltung der Stützelemente die Lichteinfallsseiten der Bauteile in einem spitzen Winkel zur Platine verlaufen. In gewisser Weise aufwendig jedoch ist das Versehen der Bauteile mit den Abstützelementen, bei denen es sich vorzugsweise um die Anschlussbeinchen des Bauteils handelt.

Aus der DE 101 02 353 A1 ist es bekannt, im Zusammenhang mit der Verkehrssignal gebung Metallkernleiterplatten zu verwanden, um die Kühlung von LED's zu gewährleisten.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Erfassung von elektromagnetischer Strahlung, insbesondere Sonnenlicht, zur Verwendung bei einem Fahrzeug vorzuschlagen, die nach der Bestückung einfach herstellbar ist und über einen konstruktiv vereinfachten Aufbau verfügt und insbesondere den Einsatz handelsüblicher opto-elektronischer SMD-Bauteile ermöglicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung eine Vorrichtung zur Erfassung von elektromagnetischer Strahlung, insbesondere Sonnenlicht, zur Verwendung bei einem Fahrzeug vorgeschlagen, wobei die Vorrichtung versehen ist mit

  • – einer sich innerhalb einer Ebene erstreckenden Metallkernleiterplatte, die eine plastisch verformbare Metallschicht und mindestens eine Isolationsmaterialschicht auf der Metallschicht aufweist, auf welcher Leiterbahnen angeordnet sind, und
  • – mindestens einem opto-elektronischen Bauteil, das auf der Metallkern. leiterplatte angeordnet und elektrisch mit den Leiterbahnen verbunden ist,
  • – wobei die Metallkernleiterplatte mindestens einen gegenüber ihrer Erstreckungsebene abgewinkelten Bereich aufweist und
  • – wobei das mindestens eine opto-elektronische Bauteil innerhalb des abgewinkelten Bereichs der Metallkernleiterplatte angeordnet ist.

Nach der Erfindung weist die Vorrichtung zur Erfassung von elektromagnetischer Strahlung (der Einfachheit halber nachfolgend Sonnensensor genannt) eine Metallkernleiterplatte auf. Eine derartige Leiterplatte bzw. Platine zeichnet sich durch mindestens eine plastisch verformbare Metallschicht (zumeist aus Kupfer) aus, die ein- oder beidseitig von einer Isolationsmaterialschicht überdeckt ist. Die Metallschicht bzw. der Metallkern kann je nach Schaltungsanwendung als Massepotential fungieren. Auf der mindestens einen Isolationsmaterialschicht verlaufen Leiterbahnen, die, sofern nicht auf Massepotential liegend, gegenüber der Metallschicht isoliert sind. Derartige Metallkernleiterplatte (mit einem oder zwei sandwichweise angeordneten Metallkernen) sind grundsätzlich bekannt.

Die Erfindung ist nun darin zu sehen, dass die plastische Verformbarkeit der Metallkernleiterplatte ausgenutzt wird, um ein flach auf dieser angeordnetes opto-elektronisches Bauteil seiner funktionsgemäßen Verwendung entsprechend im Raum ausgerichtet werden kann, indem derjenige Bereich der Metallkernleiterplatte, in dem sich das opto-elektronische Bauteil befindet, gegenüber der Erstreckungsebene der Metallkernleiterplatte abgewinkelt ist.

Die Bestückung der Metallkernleiterplatte erfolgt zu einem Zeitpunkt, zu dem derjenige Bereich, in dem das opto-elektronische Bauteil anzuordnen ist, noch nicht abgewinkelt ist, sich also innerhalb der durch die Metallkernleiterplatte definierten Ebene befindet. Nach der Bestückung und Verlötung sämtlicher Bauteile (neben dem opto-elektronischen Bauteil können auf der Metallkernleiterplatte auch andere elektrische bzw. elektronische Bauteile angeordnet sein) erfolgt dann die Abwinklung des das mindestens eine opto-elektronische Bauteil aufweisenden Bereichs der Metallkernleiterplatte durch einfaches Biegen dieses Bereichs aus der Ebene, in der sich der übrige Bereich der Metallkernleiterplatte erstreckt. Der Biegeradius ist dabei derart zu wählen, dass die in diesem Bereich verlaufenden Leiterbahnen nicht beschädigt werden. Hierbei ist es zweckmäßig, wenn die Leiterbahnen sich auf einer Isolationsmaterialschicht befinden, die auf derjenigen Seite der Metallschicht angeordnet ist, über die hinaus der mit dem opto-elektronischen Bauteil versehene Bereich abgewinkelt bzw. gebogen wird. Dann kommt es zu einer gewissen Stauchung der Leiterbahn im Krümmungsbereich der Metallkernleiterplatte. Dies ist einer Streckung der Leiterbahn im Krümmungsbereich vorzuziehen. Eine derartige Streckung tritt auf, wenn die Leiterbahn auf der bezogen auf die oben beschriebene gegenüberliegenden Seite der Metallschicht angeordnet ist.

Zweckmäßigerweise ist der abgewinkelte Bereich der Metallkernleiterplatte laschenförmig ausgebildet und ragt in eine Aussparung der Metallkernleiterplatte hinein. Zur Halb- oder Vollraumerfassung der Strahlung sind mehrere in unterschiedlichen Richtungen abgewinkelte, mit opto-elektronischen Bauteilen versehene Bereiche der Metallkernleiterplatte erforderlich. In die Aussparung ragen also zweckmäßigerweise mehrere laschenförmige Bereiche hinein, die im Falle einer Rundum-Erfassung der elektromagnetischen Strahlung bzw. des Sonnenlichts vorzugsweise gleichmäßig versetzt, d.h. um gleiche Winkelbereiche versetzt, angeordnet sind. Für eine Rundum-Erfassung sind beispielsweise drei abgewinkelte Bereiche ausreichend, die um 120° gegeneinander verdreht angeordnet sind und zu derselben Seite der Metallkernleiterplatte hin abgewinkelt sind und vorstehen.

Die Anordnung mehrerer opto-elektronischer Bauteile auf mehreren abgewinkelten Bereichen der Metallkernleiterplatte kann auch dadurch erfolgen, dass diese Bereiche aneinandergrenzen und jeweils benachbarte Bereiche gegeneinander abgewinkelt sind.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert. Im einzelnen zeigen:

1 eine perspektivische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel und

2 eine perspektivische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.

In 1 ist perspektivisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 zur in diesem Fall Rundum-Erfassung von Sonnenlicht gezeigt. Die Vorrichtung 10 umfasst eine Metallkernleiterplatte 12, die eine mittlere metallische Schicht 14 aus beispielsweise Kupfer und beidseitig dieser jeweils eine Isolationsmaterialschicht 16, 18 aufweist. Auf der in der Darstellung gemäß 1 oben liegenden Isolationsmaterialschicht 18 befinden sich Leiterbahnen 20, 22.

Die Metallkernleiterplatte 12 weist eine (zentrale) Aussparung 24 auf, in die um jeweils 120° gegeneinander verdreht drei laschenförmige Bereiche 26 der Metallkernleiterplatte 12 vorstehen. Auf jedem dieser drei laschenförmigen Bereiche 26 befindet sich ein opto-elektronisches Bauteil, bei dem es sich in diesem Ausführungsbeispiel um eine Fotodiode 28 in SMD-Ausführung handelt. Die Leiterbahnen 22 erstrecken sich von dem Bereich außerhalb der Aussparung 24 bis in jeden der Bereiche 26 und dort bis zu den Fotodioden 28.

Die Besonderheit der Vorrichtung 10 gemäß 1 besteht darin, dass die drei laschenförmigen Bereiche 26 der Metallkernleiterplatte 12 zu einer Seite (bezogen auf die Darstellung gemäß 1 zur oberen Seite) der Metallkernleiterplatte 12 innerhalb von Biegebereichen 30 abgewinkelt sind. Mithin erstrecken sich die laschenförmigen Bereiche 26 in einem spitzen Winkel zur Ebene des übrigen Bereichs der Metallkernleiterplatte 12 außerhalb der Aussparung 24. Die Biegebereiche 30 bilden in diesem Ausführungsbeispiel den Übergang der laschenförmigen Bereiche 26 zum übrigen Bereich der Metallkernleiterplatte 12.

Durch diese Schrägstellung der laschenförmigen Bereiche 26, die auf Grund der plastischen Verformbarkeit der Metallkernleiterplatte 12 ihre Winkelstellung beibehalten, sind die Fotodioden 28 funktionsgemäß ausgerichtet. Dabei lässt sich diese funktionsgemäße Ausrichtung durch einen denkbar einfachen Herstellungsprozess realisieren. Die Bestückung der Metallkernleiterplatte 12 mit den Fotodioden 28 kann nämlich zu einem Zeitpunkt erfolgen, zu dem die laschenförmigen Bereiche 26 noch nicht abgewinkelt sind. Damit lässt sich die Metallkernleiterplatte 12 wie eine normale Platine bestücken und verlöten (beispielsweise Reflow-Verfahren). Erst anschließend erfolgt die Herausstellung bzw. Abwinklung der laschenförmigen Bereiche 26. Bei dieser Vorgehensweise können handelsübliche insbesondere in SMD-Technologie ausgeführte optoelektronische Bauteile eingesetzt werden, was den Herstellungsprozess und die gesamte Konstruktion der Vorrichtung 10 wesentlich vereinfacht, da einerseits keine speziellen opto-elektronischen Bauteile und andererseits keine zusätzlichen optisch wirkenden Bauteile erforderlich sind.

2 zeigt eine alternative Ausgestaltung einer Vorrichtung 10' zur in diesem Fall Halbraum-Erfassung von elektromagnetischer Strahlung, insbesondere von Sonnenstrahlung. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind in 2 diejenigen Teile, die identisch bzw. funktionsgleich mit/zu den Teilen der Vorrichtung 10 der 1 sind, mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.

Der Unterschied der beiden Vorrichtung 10 und 10' besteht in erster Linie darin, dass die Abwinklung der einzelnen laschenförmigen Bereiche 26 der Vorrichtung 10' anders als im Ausführungsbeispiel gemäß 1 gelöst ist. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 folgen die laschenförmigen Bereiche 26 aufeinander und sind untereinander verbunden, wobei die Abwinklung jeweils benachbarter laschenförmiger Bereiche 26 entlang der Biegebereiche 28 erfolgt. Ausgangsmaterial für die laschenförmigen Bereiche 26 ist also ein im wesentlichen streifenförmiges Metallkernleiterplatten-Material, das abschnittsweise entsprechend der gewünschten Ausrichtung der einzelnen laschenförmigen Bereiche 26 im Raum abgewinkelt ist.

10Vorrichtung 10'Vorrichtung 12Metallkernleiterplatte 14metallische Schicht 16Isolationsmaterialschicht 18Isolationsmaterialschicht 20Leiterbahn 22Leiterbahn 24Aussparung 26laschenförmige Bereiche der Metallkernleiterplatte 28Fotodiode 30Biegebereiche

Anspruch[de]
  1. Vorrichtung zur Erfassung von elektromagnetischer Strahlung, insbesondere Sonnenlicht, zur Verwendung bei einem Fahrzeug, mit

    – einer sich innerhalb einer Ebene erstreckenden Metallkernleiterplatte (12), die eine plastisch verformbare Metallschicht (14) und mindestens eine Isolationsmaterialschicht (16, 18) auf der Metallschicht (14) aufweist, auf welcher Leiterbahnen (20, 22) angeordnet sind, und

    – mindestens einem opto-elektronischen Bauteil (28), das auf der Metallkernleiterplatte (12) angeordnet und elektrisch mit den Leiterbahnen (20, 22) verbunden ist,

    – wobei die Metallkernleiterplatte (12) mindestens einen gegenüber ihrer Erstreckungsebene abgewinkelten Bereich (26) aufweist und

    – wobei das mindestens eine opto-elektronische Bauteil (28) innerhalb des abgewinkelten Bereichs (26) der Metallkernleiterplatte (12) angeordnet ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallkernleiterplatte (12) eine Aussparung (24) aufweist, in die mindestens ein laschenförmiger Bereich (26) der Metallkernleiterplatte (12) hineinragt, welcher abgewinkelt ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallkernleiterplatte (12) eine Aussparung (24) aufweist, in die mindestens zwei laschenförmige Bereiche (26) der Metallkernleiterplatte (12) hineinragen, die gegeneinander versetzt und/oder verdreht angeordnet und zu einer gemeinsamen Seite der Metallkernleiterplatte (12) hin abgewinkelt sind.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass drei insbesondere um etwa jeweils 120° versetzt zueinander angeordnete laschenförmige Bereiche (26) vorgesehen sind.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallkernleiterplatte (12) mehrere aneinandergrenzende Bereiche (26) aufweist, von denen jeweils benachbarte Bereiche (26) gegeneinander abgewinkelt sind, und dass innerhalb mindestens zweier benachbarter abgewinkelter Bereiche (26) jeweils ein opto-elektronisches Bauteil (28) angeordnet ist.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einige der Leiterbahnen (20, 22) auf derjenigen Isolationsmaterialschicht (18) der Metallkernleiterplatte (12) angeordnet ist, zu der der mindestens eine mit dem mindestens einen opto-elektronischen Bauteil (28) versehene Bereich (26) der Metallkernleiterplatte (12) abgewinkelt ist.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine opto-elektronische Bauteil (28) als SMD-Bauteil ausgebildet ist.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine opto-elektronische Bauteil (28) eine Fotodiode ist.
Es folgt ein Blatt Zeichnungen






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