Für Industrie- und Consumer-Anwendungen 3D-Magnetsensor im WLB-5-Gehäuse

Der 3D-Magnetsensor TLI493D-W2BW kombiniert eine präzise Positionsmessung mit einem extrem kompakten und energieeffizienten Design
Der 3D-Magnetsensor TLI493D-W2BW kombiniert eine präzise Positionsmessung mit einem extrem kompakten und energieeffizienten Design

Für extrem verbrauchs- und platzkritische Anwendungen hat Infineon den 3D-Magnetfeldsensor TLI493D-W2BW entwickelt. Das winzige Wafer-Level-Gehäuse, eine minimale Leistungsaufnahme und die integrierte Wake-up-Funktion eröffnen ganz neue Designmöglichkeiten.

Von: Jürgen Mann, Dominik Schorr, Infineon Technologies

Der Trend zur Miniaturisierung betrifft auch die Sensorik: Anwendungen in Mobiltelefonen oder Joysticks für Industrie, Medizin oder Consumer-Elektronik verwenden Sensoren in immer größerem Umfang bei oftmals limitiertem Einbauraum. Hier erlaubt die Miniaturisierung der Sensorik einerseits eine kompaktere Bauweise oder andererseits die Integration weiterer Funktionen auf gleichem Bauraum. Der Einsatz von Magnetsensoren verbessert dabei die Robustheit, Anfälligkeit gegen Umwelteinflüsse wie Schmutz und Feuchtigkeit und verlängert die Produktlebensdauer und Zuverlässigkeit des jeweiligen Produkts. Vor diesem Hintergrund hat Infineon den 3D-Magnetsensor TLI493D-W2BW entwickelt, der im extrem kleinen Wafer-Level-Gehäuse völlig neue Design-Optionen eröffnet und im Sommer 2020 auf den Markt kommen wird.

Mit der 3D-Magnetsensor-Familie TLx493D bietet Infineon eine präzise dreidimensionale Sensorik mit äußerst geringer Stromaufnahme in sehr kompakten Gehäusen. Innerhalb der Familie stehen Ausführungen für den Consumer (TLV)-, Industrie (TLI)- und den Automobil (TLE)-Bereich zur Verfügung. Durch die Magnetfelderkennung in x-, y- und z-Richtung messen die Sensoren dreidimensionale, lineare und rotierende 360-Grad-Bewegungen. Zu den typischen Anwendungen zählen Gangwahlhebel im Fahrzeug, Joysticks, Bedienelemente (Haushaltsgeräte, Multifunktionsknöpfe), Stromzähler, Robotik und andere Anwendungen, bei denen Kompaktheit, präzise Winkel-/Positionsmessungen und eine geringe Stromaufnahme wesentliche Kriterien sind. 

Das jüngste Familienmitglied ist der TLI493D-W2BW. Er ist für industrielle und Consumer-Anwendungen ausgelegt und bietet einen 3D-Hall-Sensor der neuesten Generation im ultrakleinen Wafer-Level-Gehäuse (WLB) mit Stromspar- und Wake-up-Funktion sowie I2C-Interface.

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Winzig, genügsam und vielseitig einsetzbar

Der neue 3D-Magnetsensor TLI493D-W2BW von Infineon stellt sich mit seinen technischen Daten und Blockschaltbildern vor.

Ganzheitliches 3D-Bild vom Magnetfeld 

Während konventionelle lineare Hall-Sensoren, optische Lösungen und Winkelsensoren nur Magnetfeldkomponenten erkennen, die senkrecht zur Oberfläche des Chips stehen, sind 3D-Magnetsensoren wie der TLI493D-W2BW in der Lage, gleichzeitig die x-, y- und z-Koordinaten des Magnetfelds zu bestimmen. Durch die Erkennung der Magnetfeldkomponenten aller drei Achsen erhält man ein ganzheitliches, dreidimensionales Bild vom Magnetfeld am Sensor und benötigt weniger Bauteile. Jede Bewegung durch den Magnet führt zur Änderung von mindestens einer Magnetfeldkomponente, die vom 3D-Sensor erkannt wird. Ermöglicht wird die dreidimensionale Sensorik durch die Integration von vertikalen und horizontalen Hall-Platten auf dem Sensorchip. Die vertikalen Hall-Platten erfassen die planar ausgerichteten Feldkomponenten der x- und y-Richtung. Die horizontale Hall-Platte ermittelt die senkrecht ausgerichtete Feldkomponente (z-Richtung).

Aufgrund der sehr kleinen Gehäuse und der geringen Stromaufnahme eignen sich die TLx493D-Sensoren auch für den Einsatz in Anwendungen, die bisher noch keine Magnetsensorik nutzten, z.B. als Ersatz für Potenziometer und optische Lösungen. Durch die kontaktlose Positionsbestimmungen und eine hohe Temperaturstabilität der magnetischen Ansprechwerte lassen sich kleinere, präzisere und robustere Systemkonzepte realisieren. Eine zweiadrige I2C-Standardschnittstelle ermöglicht eine schnelle Kommunikation, die Nutzung des Bus-Modus und eine bidirektionale Kommunikation zwischen Sensor und Mikrocontroller. 

Gegenüber widerstandsbasierten und optischen Lösungen bieten Magnetsensoren zahlreiche Vorteile wie hohe Genauigkeit (über die gesamte Lebenszeit und Temperaturänderungen), Robustheit und hohe Zuverlässigkeit gegenüber Staub und Feuchtigkeit in rauen Umgebungen sowie Redundanz (mehrere 3D-Sensoren) falls erforderlich. Darüber hinaus sind Magnetsensoren einfacher zu bestücken und bieten mehr Design-Freiheiten für einen haptischen Betrieb.