Magnetfeld-Messanordnung mit einer Mehrzahl von Magnetfeldsensoren und mit einer Mehrzahl von mit den Magnetfeldsensoren gekoppelten Magnetflusskonzentratoren.

Die Erfassung von Magnetfeldern, insbesondere bei begrenztem Bauraum bei möglichst geringen Kosten ist von hohem Interesse.

So kann beispielsweise durch die Erfassung von Magnetfeldern im Luftspalt eines Elektromotors eine Information über die Feldverteilung gewonnen werden, die für eine optimal geregelte Ansteuerung des Elektromotors erforderlich ist. Die Erfassung der Feldverteilung und die Rückführung dieser Messergebnisse in die Ansteuerung eines Elektromotors ermöglicht somit im Betrieb eine Wirkungsgradsteigerung. Diese ist z. B. im Bereich der Automobiltechnologie in Verbindung mit Elektroantrieben erwünscht.

DE 10 2008 041 859 AI offenbart eine Magnetfeldsensoranordnung zur Messung von räumlichen Komponenten eines magnetischen Feldes, bei dem mit Magnetfeldsensoren unter Ausnutzung eines xMR-Effektes in einer magnetoresistiven Schichtstruktur eine weitere senkrechte oder nicht parallel zur Schichtstruktur vorhandene Komponente des zu erfassenden magnetischen Feldes detektierbar ist. Hierzu ist mindestens ein

Flusskonzentrator derart über der Schichtstruktur angeordnet, dass die magnetischen Feldlinien in den Randbereichen des Flusskonzentrators so ablenkbar sind, dass hier die Feldlinien eine horizontale Komponente des magnetischen Feldes ausbilden.

JP 2004 4012156 A offenbart einen dreidimensionalen Magnetfeldsensor mit drei anisotropen magnetoresistiven Elementen für drei Detektionsachsen. Ebenso ist aus JP 2009-216390 A ein Magnetfeldsensor zur Messung dreidimensionaler Magnetfelder bekannt.

DE 10 2006 022 336 AI beschreibt einen Magnetfeldsensor mit einem ersten Sensor zur Erfassung einer in einer ersten Ebene wirkenden Magnetfeldes und einem zweiten Sensor zur Erfassung einer Komponente des Magnetfeldes senkrecht zu der ersten Ebene des ersten Sensors. Es werden xMR- oder Hall-Sensoren vorgeschlagen, die zu einer Wheatstone-Brücke verschaltet werden können.

DE 43 27 458 AI offenbart ein magnetoresistives Sensorelement, dessen Widerstandsstreifen aus den in Reihe geschalteten elliptischen Bereichen anisotropen magnetore- sistiven Materials bestehen und die durch nichtmagnetische Leitschichtflächen miteinander verbunden sind. Die Widerstandsstreifen eines Spannungsteilers oder einer Brücke sind in einer Linie angeordnet, so dass diese in einem schmalen Spalt einer

Flusskonzentratoranordnung untergebracht werden können.

DE 10 2009 022 821 AI offenbart ein Verfahren und Systeme für Magnetfelderfassung, wobei der Sensor zwei Magnete mit einer jeweiligen Oberfläche und ein Differenzerfassungselement erfasst. Das Differenzerfassungselement erstreckt sich entlang der beiden Oberflächen der beiden Magnete. Zudem verläuft eine Schicht auf ferromagneti- schem oder paramagnetischem Material zwischen den ersten und zweiten Magneten und beabstandet den ersten und zweiten Magneten voneinander.

DE 10 2009 008 265 AI beschreibt eine Anordnung zur Messung mindestens einer Komponente eines Magnetfeldes mit einem in der Chipebene aufgebrachten Flächenbereich weichmagnetischen Materials, der durch einen Spalt in zwei Teilbereich aufgetrennt ist. Der Spalt ist aus Spaltabschnitten unterschiedlicher Längsrichtungen zusammengesetzt und magnetempfindliche Elemente sind in einem oder mehreren zueinander parallelen Spaltabschnitten untergebracht.

Aus DE 10 2005 039 280 AI ist ein universeller Sensorchip bekannt, bei dem Sensorelemente in Form eines dreidimensionalen Gitters angeordnet sind. Die Sensorelemente bestehen aus Vollbrücken wie z. B. einer Wheatstone-Brücke. Das Sensorgitter kann mit weichmagnetischen, flussleitenden Strukturen, so genannten Flusskonzentratoren, ausgestattet sein, welche den magnetischen Fluss gezielt dem magnetfeldempfindlichen Gebieten zuführen und die Richtung des Flusses so umlenken, dass der magnetische Fluss besser mit der Empfindlichkeitsrichtung der Sensorelemente übereinstimmt. Die Flusskonzentratoren werden durch Ab Scheidung ferromagnetischen Materials auf dem Substrat hergestellt.

GB 2 030 779 A beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von flexiblen gedruckten Schaltungen. Ebenso ist in der US 5,972, 152 A ein Verfahren zum Fixieren eines flexiblen Schaltungssubstrats sowie deren Verarbeitung beschrieben.

Aus EP 1 333 708 AI ist ein Schaltungssubstrat bekannt, das eine flexible Schicht mit einer extrem feinen Leiterbahnenstruktur hat.

Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Magnetfeld-Messanordnung zu schaffen, die preiswert und kompakt aufgebaut werden kann und dabei Richtung und Größe eines Magnetfeldes möglichst genau ermitteln kann.

Die Aufgabe wird mit der Magnetfeld-Messanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die Magnetfeld-Messanordnung der eingangs genannten Art zeichnet sich durch zwei mit einer größeren Länge als Breite und Höhe ausgebildete, längliche Magnetflusskon- zentratoren, die durch einen Spalt voneinander beabstandet hintereinander angeordnet sind, wobei der Spalt durch die Stirnseitenflächen vom ersten Endabschnitt der jeweiligen Magnetflusskonzentratoren begrenzt ist, die Stirnseitenflächen parallel zueinander ausgerichtet sind und mindestens ein Magnetfeldsensor in dem Spalt angeordnet ist. Die Magnetflusskonzentratoren erfahren über die Länge vom ersten Endabschnitt zum gegenüberliegenden Endabschnitt eine Änderung ihrer Erstreckungsrichtung entlang der Längsachse der länglichen Magnetflusskonzentratoren, so dass die gegenüberliegenden Endabschnitte eines Paares von hintereinander angeordneten Magnetflusskonzentratoren in entgegengesetzte Richtungen weisen. An mindestens einer Stirnseiten- fläche der den ersten Endabschnitten gegenüberliegenden Endabschnitte ist mindestens ein weiterer Magnetfeldsensor angeordnet, d. h. mit der mindestens einen Stirnseitenfläche ist ein weiterer Magnetfeldsensor gekoppelt.

Unter dem Begriff„länglich" wird verstanden, dass die Länge der Magnetflusskon- zentratoren größer als die Breite und Höhe ist.

Durch die Änderung der Erstreckungsrichtung der Magnetflusskonzentratoren z. B. durch Krümmung oder Knicke so, dass die gegenüberliegenden Endabschnitte eines Paares von hintereinander angeordneten Magnetflusskonzentratoren in entgegengesetzte Richtungen weisen, wird der magnetische Fluss vollständig um 180° umgelenkt. Damit gelingt die Erfassung von Magnetfeldern aus jeglicher Raumrichtung in der Ebene der Gruppe von zwei Magnetflusskonzentratoren. Die Magnetfeldsensoren sind dann mit den Stirnseitenflächen an den Endabschnitten der Magnetflusskonzentratoren angeordnet und damit in einer gemeinsamen Hauptebene ausgerichtet. Bei einem senkrecht zu dieser Hauptebene gerichteten magnetischen Fluss werden alle Magnetfeldsensoren gleichermaßen beeinflusst. Wenn der magnetische Fluss hingegen schräg oder senkrecht zu dieser Hauptebene liegt, werden die an den verschiedenen Stirnseitenflächen angeordneten Magnetfeldsensoren hingegen unterschiedlich beeinflusst, so dass Größe und Richtung der Magnetfeldes hochgenau detektiert werden können.

Die Magnetfeld-Messanordnung nutzt damit aus, dass ein äußeres, zu messendes magnetisches Feld die Magnetflusskonzentratoren magnetisiert, so dass das zu messende Feld entlang der neutralen Faser der Magnetflusskonzentratoren einen magnetischen Fluss erzeugt. Dieser magnetische Fluss durchdringt am Ende eines Magnetflusskon- zentrators als Feld senkrecht den Magnetfeldsensor und tritt ggf. wieder in den angrenzenden weiteren Magnetflusskonzentrator ein. Dieser Effekt wird auch als Konzentration bezeichnet.

Durch die vollständige Umlenkung des Magnetfeldes aufgrund der ihrer Erstreckungsrichtung ändernden Magnetflusskonzentratoren so, dass die freien Endabschnitte der beiden hintereinander geschalteten Magnetflusskonzentratoren in entgegengesetzte Richtungen weisen, gelingt eine Selektion der Richtung, so dass die Richtung des wir- kenden Magnetfeldes festgestellt werden kann. Dies wird dadurch ermöglicht, dass die an den Stirnseiten der Magnetflusskonzentratoren angeordneten Magnetfeldsensoren eine Hauptebene aufspannen und aufgrund der vollständigen Umlenkung um 180° in Bezug auf die Erstreckungsrichtung des ersten Endabschnitts angrenzend an den Spalt entgegengesetzt zu dem mindestens einen Spalt befindlichen Magnetfeldsensor sensitiv auf den richtungsabhängigen magnetischen Fluss sind.

Vorzugsweise bilden jeweils mindestens zwei durch einen Spalt voneinander beabstan- dete Magnetflusskonzentratoren mitsamt den mit Stirnseitenflächen der

Magnetflusskonzentratoren gekoppelten Magnetfeldsensoren eine Raumrichtungs- Messgruppe. Zur Erfassung der Größe und der Richtung eines Magnetfeldes im Raum werden drei Raumrichtungs-Messgruppen jeweils in unterschiedliche Raumrichtungen X, Y, Z weisend nebeneinander angeordnet. Damit gelingt es, die Größe (d.h. den Betrag) und die Richtung eines Magnetfeldes bzw. des magnetischen Flusses im dreidimensionalen Raum hochgenau zu erfassen.

Vorteilhaft ist es dabei, wenn die Haupterstreckungsrichtung der Raumrichtungs- Messgruppen, die durch die gemeinsame Ebene der Magnetfeldsensoren einer Raum- richtungs-Messgruppe festgelegt ist, senkrecht zueinander stehen. Damit wird die Messung im kartesischen Koordinatensystem vorgenommen, was zu einem gut zu beherrschenden Design und demzufolge einer einfachen Fertigung der Sensoranordnung sowie zu einfach auszuwertenden Messergebnissen führt.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn sich an eine Gruppe von zwei durch einen Spalt voneinander beabstandet hintereinander angeordneten Magnetflusskonzentratoren mindestens ein weiterer Magnetflusskonzentrator anschließt. Dieser mindestens eine weitere Magnetflusskonzentrator grenzt dabei an einen zugeordneten freien zweiten Endabschnitt eines Magnetflusskonzentrators der (Basis-) Gruppe an, so dass die aufeinanderfolgenden Magnetflusskonzentratoren durch einen Spalt voneinander beabstandet sind. In dem jeweiligen Spalt ist ein Magnetfeldsensor angeordnet. Im Vergleich zu einem an einer freien Stirmseitenfläche angeordneten Magnetfeldsensor ohne einen nachfolgenden Magnetflusskonzentrator wird das magnetische Feld mit Hilfe der Aufeinanderfolge von Magnetflusskonzentratoren mit zwischenliegendem Spalt besser konzentriert. Zur einfachen und zuverlässigen Auswertung sind die einer Raumrichtungs- Messgruppe vorzugsweise mit einer Wheatstone-Brücke miteinander verschaltet. Die Brückenspannung ist dann als Maß für Größe und Richtung des Magnetfeldes einfach auswertbar.

Die Magnetflusskonzentratoren können gekrümmt oder abgewinkelt sein. Vorzugsweise sind sie gekrümmt, insbesondere halbkreisförmig gekrümmt, was zu einer kontinuierlichen Umlenkung des magnetischen Flusses führt.

Die Magnetflusskonzentratoren können aber auch z.B . L-fömig abgewinkelt sein, was ggf. Vorteile in der Fertigung und für besondere Einbaubedingungen mit sich bringt. Magnetflusskonzentratoren können aber auch derart rj-förrnig abgewinkelt sein, dass sie zwei voneinander beabstandete parallele gerade Endabschnitte und einen geraden Quersteg haben, wobei der Quersteg die Enden der geraden Endabschnitte, die den freien, an Magnetfeldsensoren angrenzenden Stirnseiten gegenüberliegen, miteinander verbinden.

Die Magnetfeld-Messanordnung ist zur einfachen und preiswerten Fertigung vorzugsweise auf einem Substrat zusammen mit einer Messwertelogik aufgebracht.

Die Magnetflusskonzentratoren sind bevorzugt aus einem weichmagnetischen Werkstoff gebildet.

Die Magnetfeldsensoren können beliebige magnetsensitive Sensoren, wie z.B. An- isotrop-magneto-resistive-Sensoren (AMR), Gigantisch-magneto-resistive-Sensoren (GMR), Tunnel- magneto-resistive-Sensoren (TMR) oder Hallsensoren sein.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es weiterhin, ein hierzu geeignetes verbessertes Verfahren zur Erfassung von Größe und Richtung eines auf eine solche Magnetfeld- Messanordnung wirkenden Magnetfeldes anzugeben.

Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 1 gelöst. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es weiterhin, ein Verfahren zum Herstellen einer oben beschriebenen Magnetfeld-Messanordnung zu schaffen.

Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst.

Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die Herstellung einer oben beschriebenen Magnetfeld-Messanordnung mit ihrem dreidimensionalen Aufbau könnte durch einen Sputtter-Prozess erfolgen. Dabei wird Schicht für Schicht magnetoresistives Material sowie ggf. auch die Magnetfeldsensoren auf der Oberfläche des Substrats abgeschieden. Damit ist eine präzise und vergleichsweise kostengünstige Fertigung mit wenigen Fertigungsschritten möglich. Die Dreidi- mensionalität wird dadurch erreicht, dass die Messanordnung Schicht für Schicht auf einem Substrat erzeugt wird.

Der Sputter-Prozess ist aber noch zu aufwendig und erfordert spezielle Anlagen.

Um ein noch kostengünstigeres und gut verfügbares Fertigungsverfahren zur Herstellung einer Magnetfeld-Messanordnung bereitzustellen, wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgeschlagen, das zunächst auf einer Ebene sich erstreckende Substrat entlang einer Trennlinie zwischen dem ersten und zweiten Bereich unter Beibehaltung einer flexiblen Verbindungsschicht aufzutrennen und die beiden getrennten Substratbereiche dann gegeneinander zu klappen. Damit ist der erste Bereich in der Hauptebene und der zweite Bereich in der in einem definierten Winkel, vorzugsweise im kartesi- schen Koordinatensystem senkrecht, hierauf stehenden Z-Ebene ausgerichtet. Die Herstellung der Leiterbahnenstruktur auf dem ebenen metallbeschichteten Substrat und die Bestückung des so hergestellten Substrat kann somit im herkömmlichen Leiterb ahnher- stellungsprozess auf einer Ebene erfolgen. Die Dreidimensionalität des so hergestellten, vorzugsweise bereits bestückten Substrats wird dann durch den Schritt des Trennens und Umfaltens auf einfache und preiswerte Weise erreicht. Das umgefaltete und mit Bauelementen versehene strukturierte Substrat kann dann z. B. in Harz eingegossen werden, um eine kompakte und lagestabile Magnetfeld- Messanordnung zu erhalten.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 - Schematische Ansicht einer Magnetfeld-Messanordnung mit in drei Raumrichtungen ausgerichteten Raumrichtungs-Magnetfelderfassungsgruppen;

Figur 2 - Skizze eines Paares von Magnetflusskonzentratoren mit an den Stirnseiten angeordneten Magnetfeldsensoren und deren Verschaltung in einer Wheatstone-Brücke;

Figur 3 - Skizze einer Raumrichtungs-Magneterfassungsgruppe mit zwei hintereinander angeordneten, gekrümmten Magnetflusskonzentratoren und jeweils zwei weiteren Magnetflusskonzentratoren an den freien Enden sowie einer Wheatstone-Brücke bei einem senkrecht zur Hauptebene der Magnetfeldsensoren gerichteten magnetischen Fluss;

Figur 4 - Skizze einer Raumrichtungs-Magneterfassungsgruppe mit zwei hintereinander angeordneten, gekrümmten Magnetflusskonzentratoren und jeweils zwei weiteren Magnetflusskonzentratoren an den freien Enden sowie einer Wheatstone-Brücke bei einem parallel zur Hauptebene der Magnetfeldsensoren gerichteten magnetischen Fluss;

Figur 5 - Skizze von zwei L-fömig abgewinkelten Magnetflusskonzentratoren;

Figur 6 - Skizze von U-förmig abgewinkelten Magnetflusskonzentratoren;

Figur 7 - Skizze der Abfolge von Schritten zur Herstellung einer Magnetfeld- Messanordnung.

Figur 1 lässt eine Skizze einer Magnetfeld-Messanordnung erkennen, bei der drei

Raumrichtungs-Messgruppen la, lb, lc zur Erfassung des magnetischen Feldes M in den drei Hauptachsen X, Y und Z des dreidimensionalen Raumes vorgesehen sind. Die drei Raumrichtungs-Messgruppen la, lb, lc stehen jeweils mit ihren Hauptachsen senkrecht zueinander und sind auf eine jeweilige Raumachse X, Y, Z ausgerichtet. Die Hauptachse der jeweiligen Raumrichtungs-Messgruppen la, lb, lc wird durch die

Hauptebene gebildet, die durch die Stirnflächen S des Paares von Magnetflusskonzentratoren 2a, 2b aufgespannt sind. Die Magnetflusskonzentratoren sind aus einem weichmagnetischen Material in an sich bekannter Weise ausgebildet. Sie können z. B auf einem Substrat angeordnet oder vorzugsweise aufgesputtert sein. In einem solchen Sputterprozess wird Schicht für Schicht magnetoresistives Material oder Hall-Sensor- Elemente auf der Oberfläche des Substrats abgeschieden, so dass eine präzise und kostengünstige Fertigung mit wenigen Fertigungsschritten möglich wird.

Angrenzend an die Stirnflächen S, mindestens in dem Spalt zwischen den zwei angrenzenden Magnetflusskonzentratoren 2a und 2b und an mindestens einem freien Ende eines der Magnetflusskonzentratoren 2a, 2b sind Magnetfeldsensoren angebracht. Diese Magnetfeldsensoren (nicht dargestellt), können an sich bekannte xMR-Sensoren in Form von magnetempfindlichen Widerständen sein. Der Term "x" steht für eine beliebige Technologie wie z. B . AMR-Sensoren (Anisotrop-magneto-resistive-Sensoren), GMR (Gigantisch-magneto-resistive-Sensoren) oder TMR (Tunnel- magneto-resistive- Sensoren). Gleichermaßen können aber auch Hall-Sensoren eingesetzt werden, wenngleich die xMR-Sensoren aufgrund ihrer preiswerteren Fertigung, leichten Auswertbarkeit und ggf. höheren Empfindlichkeit bevorzugt sind.

Erkennbar ist, dass jede Raumrichtungs-Messgruppe la, lb, lc jeweils ein Paar von hintereinander angeordneten und durch einen Spalt voneinander beabstandeten

Magnetflusskonzentratoren 2a, 2b hat. Mit Hilfe dieser Magnetflusskonzentratoren 2a, 2b aus weichmagnetischem Material wird der magnetische Fluss des Magnetfeldes M in eine Richtung senkrecht zur Ebene der Stirnseitenflächen S und der daran angrenzenden Magnetfeldsensoren umgelenkt. Hierdurch passiert der magnetische Fluss die Stirnseitenflächen S der Magnetflusskonzentratoren 2a, 2b senkrecht. Bei den im Spalt angeordneten Magnetfeldsensoren tritt das Magnetfeld wieder in die zweiten, angrenzenden Magnetflusskonzentratoren 2a, 2b ein, was zu einer Konzentration des zu messenden magnetischen Feldes führt. Ein äußeres, zu messendes magnetisches Feld M magnetisiert die Magnetflusskonzentratoren 2a, 2b. Dies führt dazu, dass die

Magnetflusskonzentratoren 2a, 2b entlang der neutralen Faser der Magnetflusskonzentratoren 2a, 2b einen magnetischen Fluss erzeugen.

Durch die dargestellte Krümmung der Magnetflusskonzentratoren 2a, 2b wird erreicht, dass das Magnetfeld vollständig in Bezug auf die beiden an den gegenüberliegenden Endabschnitten befindlichen freien Stirnseitenflächen S eines Magnetfeldkonzentrators 2a, 2b jeweils um 180° zu einander umgelenkt ist. Damit werden die Magnetfelder so gelenkt, dass sie im Hinblick auf ihre Richtung selektiert werden können. Mit Hilfe der Magnetflusskonzentratoren 2a, 2b werden kleinste Magnetfelder durch die

Magnetflusskonzentratoren zudem gebündelt bzw. konzentriert und dadurch verstärkt, so dass sie messbar werden.

Durch die Verwendung von drei Raumrichtungs-Messgruppen la, lb, lc ist es dann möglich, die genaue Richtung und auch die genaue Größe des Magnetfeldes zu bestimmen.

Die in der Figur 1 dargestellten Magnetflusskonzentratoren zusammen mit den nicht dargestellten Magnetfeldsensoren können z. B. in ein Substrat 3 eingehaust sein. Als Einbettungsmaterial eignet sich z. B . Epoxydharz oder Polymid bzw. ein anderes nichtmagnetisches und die Magnetflusskonzentratoren 2a, 2b abstützendes Material.

Figur 2 lässt eine Skizze einer Raumrichtungs-Messgruppe 1 erkennen, die mindestens zwei Magnetflusskonzentratoren 2a, 2b hat. Diese Magnetflusskonzentratoren 2a, 2b sind länglich und erstrecken sich hintereinander. Jeweils erste Endabschnitte 4 der beiden Magnetflusskonzentratoren 2a, 2b sind unter Belassung eines Spalts 5 angrenzend zueinander angeordnet. Der Spalt 5 wird durch aufeinander zuweisenden und parallel zueinander ausgerichteten Stirnflächen S der ersten Endabschnitte 4 begrenzt.

Deutlich wird, dass an die Stirnflächen S zwei Magnetfeldsensoren R ₂ , R ₃ gekoppelt sind. Hierzu sind die Magnetfeldsensoren R ₂ und R ₃ in den Spalt eingebracht und parallel zu den Stirnflächen S ausgerichtet.

Die Magnetflusskonzentratoren 2a, 2b ändern ihre Erstreckungsrichtung in Längsrichtung ausgehend von dem ersten Endabschnitt 4 zu dem gegenüberliegenden freien Endabschnitt 6. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die länglichen Magnetfeld- konzentratoren 2a, 2b halbkreisförmig gekrümmt. Wesentlich ist, dass die gegenüberliegenden Endabschnitte 6 eine Erstreckungsrichtung derart haben, dass die Stirnseitenflächen S an der ersten und zweiten Endabschnitt 4, 6 parallel zueinander ausgerichtet sind und eine gemeinsame Hauptebene aufspannen. Das Magnetfeld wird durch die Magnetflusskonzentratoren 2a, 2b somit so umgelenkt, dass der magnetische Fluss vollständig, d .h. um 180° umgelenkt wird.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind an den beiden Stirnseitenflächen S der zweiten Endabschnitte 6 jeweils Magnetfeldsensoren Ri und R ₄ vorgesehen. Prinzipiell ist denkbar, dass nur an einer Stirnseitenfläche S ein Magnetfeldsensor vorhanden ist.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt die Messung des Magnetfeldes mit Hilfe einer Wheatstone-Brücke, die in der Figur 2 skizziert ist. Deutlich wird, dass die Magnetfeldsensoren Ri und R ₂ sowie die Magnetfeldsensoren R ₃ und R ₄ jeweils in Reihe zueinander und die beiden Paare Ri und R ₂ sowie R ₃ und R ₄ parallel zueinander geschaltet sind. Die Brückenspannung U _B in der Verbindung zwischen den in Reihe geschalteten Magnetfeldsensoren Ri, R ₂ sowie R ₃ und R ₄ wird gemessen und stellt ein Maß für Größe und Richtung des Magnetfeldes dar. An den äußeren Anschlüssen Ui _, U ₂ wird ein Spannungspotential angelegt. Es ergibt sich die Messspannung U _B -

Figur 3 lässt eine Ausführungsform einer Raumrichtungs-Messgruppe 1 erkennen, bei der zusätzlich zu dem Paar von Magnetflusskonzentratoren 2a, 2b angrenzend an die zweiten Endabschnitte 6 der Magnetflusskonzentratoren 2a, 2b unter Belassung jeweils wiederum eines Spaltes 5 weitere Magnetflusskonzentratoren 2c, 2d angeordnet sind. Eine Raumrichtungs-Messgruppe 1 besteht somit aus vier Magnetflusskonzentratoren 2a, 2b, 2c, 2d und mit jeweils Magnetfeldsensoren Ri, R ₂ , R ₃ , R ₄ in den durch die Stirnseitenflächen S begrenzten Spalt 5.

Durch die weiteren, die Raumrichtungs-Messgruppe 1 an den freien Enden abschließende Magnetflusskonzentratoren 2c, 2d wird der Magnetfluss auch im Bereich der zweiten Endabschnitte 6 und den damit gekoppelten Magnetfeldsensoren Ri und R ₄ besser als in den Ausführungsformbeispiel in Figur 2 konzentriert. Damit kann die Empfindlichkeit der Magnetfeld-Messanordnung weiter gesteigert werden. Deutlich wird in dem Beispiel aus Figur 3, dass der magnetische Fluss M senkrecht zur Hauptebene verläuft, der durch die Stirnseitenflächen S und die Ebenen der Magnetfeldsensoren Ri, R ₂ , R ₃ und R ₄ aufgespannt wird. Dies hat zusammen mit der vollständigen Um- lenkung des Magnetfeldes durch die gekrümmten Magnetflusskonzentratoren 2a, 2b zur Folge, dass die Magnetfeldsensoren Ri, R ₂ , R ₃ und R ₄ alle gleichermaßen eine senkrecht auf diese Magnetfeldsensoren Ri, R ₂ , R ₃ und R ₄ wirkendes Magnetfeld detektie- ren. Dies ist anhand des Blockdiagramms der Wheatstone-Brückenschaltung der Magnetfeldsensoren Ri, R ₂ , R ₃ und R ₄ dargestellten Pfeile ersichtlich. Dies führt dazu, dass die Brückspannung U _B gleich Null ist.

Figur 4 lässt dieselbe Anordnung einer Raumrichtungs-Messgruppe 1 vergleichbar mit Figur 3 erkennen. Im Unterschied zur Darstellung in Figur 3 ist der magnetische Fluss jedoch parallel zur Hauptebene gerichtet, der durch die Stirnseitenflächen S und die Ebene der Magnetfeldsensoren Ri, R ₂ , R ₃ , R ₄ aufgespannt ist. Dies hat zur Folge, dass aufgrund der vollständigen Umlenkung des Magnetfeldes durch die gekrümmten Magnetflusskonzentratoren 2a, 2b die Magnetfeldsensoren im Spalt 5 zwischen dem Hauptpaar von Magnetflusskonzentratoren 2a, 2b aufgrund der Umlenkung des Magnetflusses in den Magnetflusskonzentratoren 2a, 2b ein senkrecht nach rechts zum tatsächlichen magnetischen Fluss gerichtetes Magnetfeld detektieren.

Durch die entgegengesetzte Umlenkung, d. h. die Krümmung der Magnetflusskonzentratoren 2a, 2b jeweils um 180° wird hingegen durch die Magnetfeldsensoren Ri und R ₄ angrenzend an den Stirnseitenflächen S der zweiten Endabschnitte 6 ein um 180° hierzu gedrehter, senkrecht nach links zum tatsächlichen magnetischen verlaufendes Magnetfeld gemessen.

Dies führt zu der in der Figur 4 anhand der Wheatstone-Brücke und den Pfeilen in den Magnetfeldsensoren Ri, R ₂ , R ₃ , R ₄ verursachten Verstimmung der Wheatstone-Brücke und zu einer Brückenspannung U _B -

Die Brückenspannung U _B ist somit ein Maß für die Richtung des magnetischen Flusses M und auch der Größe des magnetischen Flusses M.

Durch die entsprechende Erfassung der Brückspannungen für Raumrichtungs- Messgruppen la, lb, lc in alle drei Raumrichtungen stehen dann ausreichend Informationen zur Verfügung, um dann die Richtung des magnetischen Flusses M bezogen auf alle drei Raumrichtungen und zugleich auch die genaue Größe des magnetischen Flusses M zu bestimmen.

Der Betrag des Magnetfeldes IMI kann im kartesischen Koordinatensystem nach der Formel: berechnet werden, wobei sich Μχ, Μγ und Mz jeweils als Funktion der entsprechenden Brückenspannung Ux, Uy, Uz für die Raumrichtungen X, Y, Z ergeben (z.B .

M _x = f(U ).

Figur 5 lässt eine Skizze einer alternativen Ausführungsform von zwei länglichen Magnetflusskonzentratoren 2a, 2b erkennen mit sich an den Stirnseitenflächen S an den zweiten Endabschnitten 6 anschließenden Magnetfeldsensoren Ri, R ₄ erkennen. Deutlich wird, dass die ersten Endabschnitte 4 der beiden länglichen Magnetnusskonzentratoren 2a, 2b wiederum durch einen Spalt 5 voneinander beabstandet sind. In den Spalt 5 sind zwei Magnetfeldsensoren R ₂ , R ₃ eingebracht, die mit den Stirnseitenflächen S der ersten Endabschnitte 4 gekoppelt sind.

Deutlich wird, dass bei dieser Ausführungsform die Magnetflusskonzentratoren 2a, 2b jeweils L-förmig ausgerichtet sind. Wiederum erfahren die Magnetflusskonzentratoren 2a, 2b über die Länge vom ersten Endabschnitt zum gegenüberliegenden zweiten Endabschnitt 6 eine Änderung ihrer Erstreckungsrichtung entlang der Längsachse der länglichen Magnetflusskonzentratoren 2a, 2b, was zum vollständigen Umlenken des magnetischen Feldes M führt.

Denkbar ist, dass sich an die freien zweiten Endabschnitte 6 der Magnetflusskonzentratoren 2a, 2b durch einen Spalt mit zwischenliegenden Magnetfeldsensor Ri, R ₄ ein weiterer Magnetflusskonzentrator (nicht dargestellt) anschließt. Dieser muss nicht notwendigerweise abgewickelt oder gekrümmt sein. Figur 6 lässt eine andere Ausführungsform einer Magnetfeld-Messanordnung erkennen, bei der zwei längliche Magnetflusskonzentratoren 2a, 2b U-förmig abgewinkelt sind. Dabei sind die beiden ersten und zweiten Endabschnitte 4, 6 jeweils geradlinig und parallel zueinander ausgerichtet. Die den freien Stirnseitenflächen S gegenüberliegenden Enden der beiden parallelen Endabschnitte 4, 6 sind über einen Quersteg 7 miteinander verbunden, der sich senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Endabschnitte 4, 6 erstreckt.

Wiederum kann sich durch einen Spalt beabstandet an die freien zweiten Endabschnitte 6 und den daran angrenzenden Magnetfeldsensoren Ri , R ₄ ein weiterer

Magnetflusskonzentrator (nicht dargestellt) anschließen.

Der Querschnitt der Magnetflusskonzentratoren 2a, 2b, 2c, 2d kann beliebig sein. Bevorzugt ist der Querschnitt rund, kann aber auch halbkreisförmig, halb-eliptisch oder rechteckig, insbesondere quadratisch sein.

Die Erstreckungsreichtung der Magnetflusskonzentratoren 2a, 2b, 2c, 2d ändert sich entlang der Längsachse der sich vom ersten zum zweiten Endabschnitt 4, 6 erstreckenden länglichen Magnetflusskonzentratoren 2a, 2b, 2c, 2d. So können die

Magnetflusskonzentratoren 2a, 2b, 2c, 2d beispielsweise kontinuierlich gekrümmt, insbesondere halbkreisförmig gekrümmt, oder an mindestens einer Stelle abgewinkelt und ansonsten insbesondere im Bereich der Endabschnitte 4, 6 geradlinig sein. Auch Kombinationen von gekrümmten und abgewinkelten Magnetflusskonzentratoren 2a, 2b, 2c, 2d sind denkbar und für besondere Einbau- und Messsituationen unter Umständen vorteilhaft.

Figur 7 lässt eine Skizze der Abfolge von Schritten zur Herstellung einer Magnetfeld- Messanordnung erkennen.

Im Schritt al) wird zunächst in an sich bekannter Weise z. B . im Fotolithografieprozess eine Leiterbahnstruktur aus einer Metallschicht eines ebenen metallbeschichteten Substrats 8 hergestellt. Das Substrat 8 kann beispielsweise mit einer Kupferlegierung kaschiert sein. Die Leiterbahnenstruktur 9 wird beispielsweise im bekannten Fotolitho- grafieprozess mit den Schritten des Belichtens einer fotosensitiven Schicht auf der Metallschicht und anschließendem Ätzens der Metallschicht mit einem Ätzmittel erzeugt.

Das im Schritt al) noch ebene metallbeschichtete Substrat 8 wird derart mit einer Leiterbahnstruktur 9 versehen, dass ein erster Bereich 10a für zwei in einer Hauptebene HE zur Messung des Magnetfeldes in zwei senkrecht zueinander stehenden Raumrichtungen X, Y angeordneten Magnetfeldsensoren Ri, R ₂ , R ₃ , R ₄ mit zugehörigem

Magnetflusskonzentratoren 2a, 2b und ein zweiter Bereich 10b für eine senkrecht zur Hauptebene HE stehende Z-Ebene ZE zur Messung des Magnetfeldes in einer senkrecht zu der Hauptebene HE stehenden Hauptrichtung Z angeordnete Magnetfeldsensoren Ri, R ₂ , R ₃ , R ₄ mit zugehörigen Magnetflusskonzentratoren 2a, 2b vorgesehen ist.

Im Schritt a2) erfolgt dann die Bestückung des noch ebenen strukturierten Substrats 1 mit Bauelementen 1 1, die die Magnetfeldsensoren Ri, R ₂ , R ₃ , R ₄ sowie die zugehörigen Magnetflusskonzentratoren 2a, 2b umfassen.

Im Schritt b) wird das Substrat 8 dann entlang einer Trennlinie T zwischen dem ersten Bereich 10a und zweiten Bereich 10b aufgetrennt, wobei die Leiterbahnstruktur 9 als Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Bereich 10b erhalten bleibt.

Im Schritt c) wird das Substrat 8 dann an der Trennlinie T derart umgefaltet, dass der erste Bereich 10a senkrecht zum zweiten Bereich 10b steht und der erste und zweite Bereich 10a, 10b über die beibehaltene Leiterbahnstruktur elektrisch leitend und mechanisch in Verbindung miteinander bleiben.

Das derart umgefaltete und mit Bauelementen 1 1 bestückte strukturierte Substrat 8 wird dann im Schritt d) z. B. mit Harz vergossen, um eine lagestabile Einheit als Magnetfeld-Messanordnung zu schaffen, bei der der erste Bereich 10a und zweite Bereich 10b zur Messung der X und Y-Magnetfeldkomponenten und der senkrecht hierzu stehenden Z-Komponente senkrecht zueinander stehen. Ein Anschlusskabel (nicht dargestellt) für die auf dem Substrat angeordnete Elektronik kann dann aus dem aus elektrisch isolierendem Material bestehenden Vergussblock herausgeführt werden.

Bei dem Herstellungsverfahren wird somit ein mit einer leitfähigen strukturierbaren Schicht kaschiertes Substrat 8 genutzt, das entsprechend der gewünschten Messanordnung strukturiert wird, wahlweise kann auf diesem Substrat 8 eine weitere flexible Schicht vorgesehen werden. Vorzugsweise wird hierbei eine Schicht aus Polymid vorgesehen.

Anschließend werden auf der Waver-Ebene Sensor- und Messelement, das heißt die Bauelemente 1 1 aufgebracht. Wahlweise können auch neben den Sensor- und Messelementen weitere Funktionsbauelemente auf dem Substrat 8 positioniert werden.

Durch die Herstellung der Leiterbahnstruktur 9 werden die Messelemente miteinander elektrisch leitend verbunden. Dabei werden verschiedene Bereiche 10a, 10b des Substrats 8 geschaffen. Der erste Bereich 10a ist zur Messung der X- und Y-Komponente und der zweite Bereich 10b zur Messung der Z-Komponente vorgesehen.

Nach Schaffung dieser beiden Bereiche 10a, 10b wird ein zwischen den beiden Bereichen 10a, 10b sich befindlicher Bereich (vorzugsweise die Trennlinie) geätzt oder eingeschliffen, so dass nur noch ein schmaler Steg aus der Metallschicht, wie z. B. (Walz- ) Kupfer oder alternativ aus auf der Polymid-Schicht abgeschiedenen Metallschicht (z. B. Kupfer) übrig bleibt, welcher dann umgebogen werden kann. Der Winkel zwischen den beiden Bereichen 10a, 10b kann durch ein Referenzelement eingestellt werden. Referenzelemente können dabei auch durch Form- oder Füllelemente gebildet werden. Es ist daher nicht zwingend notwendig, das umgefaltete und mit Bauelementen versehene Substrat 8 zu vergießen.

Vorzugsweise wird bei dem Umfalten ein Winkel von genau 90° eingestellt.

Gegenüber dem konventionellen Sputter-Prozess hat das beschriebene Fertigungsverfahren den Vorteil, dass es einer einfachen und zeitsparenden Massenfertigung zugäng- lieh ist. Während beim Sputtern die dritte Dimension Schicht für Schicht erzeugt werden muss, sind bei dem vorliegenden Verfahren lediglich zwei, wahlweise bei Verwendung der Polymid-Schicht drei Schichten zu erzeugen. Der Rest des Bauteils wird durch einen einfachen Trenn-, Falt- und Gießprozess geschaffen. Durch die Möglichkeit der Leiterbahnstrukturierung und Bestückung zunächst auf einer Ebene des Substrats 8 können benachbarte Sensoren identisch ausgeführt werden. Es ist lediglich notwendig, dass die Bauelemente 11 so angeordnet werden, dass die Bauelemente zur Erfassung der Z-Komponente des Magnetfeldes separat von den Bauelementen zur Erfassung der X und Y-Komponente des Magnetfeldes in einem eigenen zweiten Bereich 10b angeordnet werden.

Damit sind auch L-förmige„platzsparende" Konstruktionen ausführbar.