CN103529406A

CN103529406A - 磁场传感器

Info

Publication number: CN103529406A
Application number: CN201310280921.3A
Authority: CN
Inventors: M.格罗泽
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-07-06
Filing date: 2013-07-05
Publication date: 2014-01-22
Anticipated expiration: 2033-07-05
Also published as: DE102012211843A1; CN103529406B; EP2682770A3; EP2682770A2

Abstract

一种磁场传感器（20）包括：具有至少一个磁场传感器元件的至少一个集成电路（26）、至少一个磁导体（28）和壳体（22），所述集成电路（26）和所述磁导体（28）容纳在所述壳体中。所述磁导体（28）被实现用于，将磁场引导到所述集成电路（26）上。所述磁导体（28）在聚合物材料（12）内具有软磁颗粒（16）。

Description

磁场传感器

技术领域

本发明涉及一种磁场传感器。

背景技术

磁场传感器被用于许多应用，例如用于转速传感器、行程传感器和位置传感器。在磁场传感器中可以使用基于不同的物理效应—例如霍尔效应、AMR、GMR等等能够探测磁场的ASIC或传感器元件。传感器元件组以下同样被称作ASIC。ASIC通常被加壳。

待监视的磁场源（在解释的范畴内也称作磁铁，与形状和场产生无关）和磁场传感器的ASIC之间经常存在待桥接的间隙，所述待桥接的间隙降低了传感器元件处的磁场强度。造成该空气间隙的原因可能是壳体壁、尤其是磁场传感器的壳体和空气间隙。永久磁铁或电磁铁的磁场的强度根据几何形状和周围环境大约以距离的平方下降。

因此，在宽的间隙的情况下，磁场传感器的灵敏度急剧下降。

为了集中磁场，软磁材料以例如软磁圆盘（Scheibe）的形式放置在传感器后面的磁场源的对面。这负责使磁场集中并且可以用于桥接比在不使用软磁圆盘情况下可能出现的更宽的间隙。

发明内容

本发明的任务是，以简单的方式提高磁场传感器的灵敏度。

所述任务通过独立权利要求的主题解决。本发明的其他实施方式从从属权利要求和从以下的描述中得出。

根据本发明的实施方式，磁场传感器包括具有至少一个磁场传感器元件的至少一个集成电路、至少一个磁导体和壳体，集成电路和磁导体被容纳在所述壳体中。磁导体被实现用于将磁场引导到集成电路上。此外，磁导体在聚合物材料内具有软磁颗粒。

因此，传统传感器的由软磁材料制成的磁导体可以被其中容纳有软磁颗粒的、可自由成形的聚合物取代。这种经过填充的聚合物材料的使用可以降低通过待测量的磁铁和传感器元件之间的间隙产生的磁场下降。

软磁材料在此是能够在磁场中相对较容易地被磁化和消磁或重新磁化的铁磁材料。软磁材料的例子是基于铁、钴和镍的合金或例如以铁氧体形式的陶瓷材料。

经过填充的聚合物材料的使用允许建立可自由成形的磁场放大器或磁导体，因为聚合物通常比软磁材料更容易成形。

集成电路例如可以是ASIC（专用集成电路）。磁场传感器元件可以是集成在集成电路中的霍尔（Hall）传感器元件。

壳体可以是集成电路的包装或塑料外壳。

这类磁场传感器例如可以用作转速传感器或位置传感器以及在其他基于磁工作的传感器系统中使用。

根据本发明的一种实施方式，软磁颗粒被注入聚合物材料中。软磁材料例如以球体或其他成形的颗粒的形式在注射工艺之前或期间添加到聚合物中并且因此可以用作用于磁场的导体。例如热固塑料可以用作聚合物。

在软磁颗粒相应分布在聚合物内的情况下，对于经过填充的聚合物可以得到与针对变压器中的层压的芯类似的特性。这些颗粒是电绝缘的，但传导磁场。通过这种方式可以防止涡流。

因此，根据渗流（也即这些颗粒在聚合物中的分布）、这些颗粒的填充粒度（Füllkorngr??e）和这些颗粒的软磁材料，可以制造具有不同特性的非导电的磁导体。

如果软磁颗粒具有足够的剩余磁化，则这些颗粒在磁场中的定向是可行的。

根据本发明的一种实施方式，壳体由与磁导体相同的或类似的聚合物材料制造。通过这种方式，可以实现磁导体到壳体材料的良好的机械和材料连接。同时，可以根据所使用的材料实现高的液体密封性。在相同或类似的聚合物材料情况下，可以减少不同的热膨胀，由此可以降低对集成电路的机械应力。

经过填充的聚合物材料现在可以通过不同的方式成形，以便因此实现磁导体的聚焦和集中的特性。

根据本发明的一种实施方式，磁导体包括由以软磁颗粒填充的聚合物材料制成的导体元件。该导体元件邻近集成电路的一侧。换言之，集成电路的一侧可以被经过填充的聚合物材料覆盖。

根据本发明的一种实施方式，磁导体包括由以软磁颗粒填充的聚合物材料制成的、邻近集成电路的相对置的侧的导体元件。集成电路的两侧也可以被经过填充的聚合物材料覆盖。

根据本发明的一种实施方式，至少一个导体元件被实现为磁场透镜。为此，例如圆盘状的导体元件的与该集成电路相对置的面可以成形为凸状的或凹状的。

根据本发明的一种实施方式，磁导体包括由以软磁颗粒填充的聚合物材料制成的、邻近壳体的外表面的导体元件。因此，通过利用壳体作为磁导体可以减小磁铁和传感器元件之间的间隙的有效宽度。

借助经过填充的聚合物材料还能够影响磁场的方向。

根据本发明的一种实施方式，磁导体包括由以软磁颗粒填充的聚合物材料制成的、邻近集成电路的一侧的结构化导体元件，并且该导体元件被实现用于将磁场朝着该导体元件的方向偏转。磁导体的任意形状允许使用成形的磁场来改善磁信息的质量。

根据本发明的一种实施方式，该结构化导体元件包括弯折的伸长体。因为经过填充的聚合物材料容易成形并且可以被浇铸为几乎任何任意的形状，所以该经过填充的聚合物材料例如可以具有膝盖的形状。

根据本发明的一种实施方式，磁场传感器包括至少两个具有磁场传感器元件的单独的集成电路。也就是说，磁场传感器可以包含至少两个分别包括至少一个传感器元件的单独的芯片。

借助经过填充的聚合物材料，现在可以使磁场聚焦在至少两个芯片上。

根据本发明的一种实施方式，磁导体包括由以软磁颗粒填充的聚合物材料制成的、邻近两个集成电路的导体元件。磁场传感器可以包括用于任意数量的集成电路的导体元件，该导体元件邻近这些集成电路并且可以提供这些集成电路之间的磁线路。

根据本发明的一种实施方式，对于每个集成电路，磁导体都包括一个由以软磁颗粒填充的聚合物材料制成的、邻近相应集成电路的导体元件，和/或针对每个集成电路，磁导体都包括两个由以软磁颗粒填充的聚合物材料制成的、分别邻近所属集成电路的相对置的侧的导体元件。还可能的是，这些集成电路邻近单独的导体元件的一侧或两侧。

根据本发明的一种实施方式，磁导体或导体元件不是直接邻近参与部件的分界面之一，而是与参与部件的分界面、尤其与集成电路和/或传感器元件具有间距。与实施方式的位置描述无关地，磁导体不一定必须邻近传感器元件，而是也可以与参与部件的分界面具有定义的间距。

附图说明

以下参考附图详细描述本发明的实施例。

图1示出根据本发明的一种实施方式的经过填充的聚合物材料的示意性横截面。

图2示出根据本发明的一种实施方式的磁场传感器的示意性横截面。

图3示出根据本发明的另一种实施方式的磁场传感器的示意性横截面。

图4示出根据本发明的另一种实施方式的磁场传感器的示意性横截面。

图5示出根据本发明的另一种实施方式的磁场传感器的示意性横截面。

图6A示出具有两个集成电路的磁场传感器的示意性横截面。

图6B示出表示来自图6A的磁场传感器中的磁场强度的图形。

图7A示出根据本发明的另一种实施方式的磁场传感器的示意性横截面。

图7B示出表示来自图6B的磁场传感器中的磁场强度的图形。

图8A示出根据本发明的另一种实施方式的磁场传感器的示意性横截面。

图8B示出表示来自图8B的磁场传感器中的磁场强度的图形。

图9A示出根据本发明的另一种实施方式的磁场传感器的示意性横截面。

图9B示出表示来自图9B的磁场传感器中的磁场强度的图形。

基本上相同的或类似的部分配备有相同的参考标记。

具体实施方式

图1示出经过填充的聚合物材料10，其包括（纯）聚合物材料12和软磁材料14。软磁材料14包括很多例如球形的颗粒16，其中大多不被触碰，从而如果聚合物是绝缘的，则经过填充的聚合物材料10整体上基本是非电导体。

例如可以通过将颗粒16注入聚合物材料12—例如热固塑料中来产生经过填充的聚合物材料10。经过填充的材料10的材料特性可以通过聚合物12、软磁材料14、颗粒16的颗粒大小和颗粒16在聚合物材料12中的平均间距的选择来调整。

图2示出磁场传感器20，所述磁场传感器包括由其他聚合物材料24制成的包装或壳体22。该其他聚合物材料22可以是用于经过填充的聚合物材料10的相同的聚合物材料12。

壳体22包围集成电路26和由经过填充的聚合物材料10制成的磁导体28。集成电路26可以是包含一个或多个传感器元件的ASIC。

磁导体28具有导体元件30，该导体元件邻近集成电路26的、与应由磁场传感器元件20检测的磁铁32相对置的一侧。

间隙34位于磁场32和集成电路26上的传感器元件之间，所述间隙包括空气间隙34a和壳体22的位于空气间隙34a与集成电路26之间的部分34b。

由经过填充的聚合物材料10制成的导体元件30可以与集成电路26齐平地被使用并且例如在进一步包装—也即例如注入到所述其他聚合物材料24中之前被喷射。这可以提高定位精度并且因此允许比在传统变型方案中更高的磁场强度。

图3示出磁场传感器20的另一种实施方式，其中磁导体28此外包括由经过填充的聚合物10制成的磁场导体36或导体元件36，所述磁场导体或导体元件邻近集成电路26的朝向磁铁32的一侧。附加地，磁场导体36直接邻近壳体22的外表面。

通过这种方式，通过磁场导体36或磁导体26的使用，使间隙34减小了壳体22的厚度34b。这能够提高磁场传感器20的灵敏度或表示安全性好处。

磁场导体36可以是圆盘状的、不具有进一步结构化的导体元件。

与此不同，图4示出具有结构化的磁场导体36'的磁场传感器20。在图4的磁场传感器20中，基本上与磁铁32和磁场传感器20之间的连接线正交地设置集成电路26。结构化的磁场导体36'（与磁场导体36类似地邻近壳体22的外表面并且邻近集成电路26的一侧）是弯曲的并且被实现用于，将磁场引导到集成电路26上。

通过这种方式，例如通过使用经过填充的聚合物20，可以使该磁场在难以接近的位置上朝集成电路偏转。磁场导体36'可以被任意成形。

与图4类似，图5示出具有结构化的磁场导体36'和导体元件30'的磁场传感器20，所述导体元件在相对置的侧上邻近集成电路26。与导体元件30不同，导体元件30'被结构化并且被作为磁场透镜实现，其方式是，例如导体元件30'具有凹状的形状。凸状的形状也是可以的。

导体元件30'的结构化允许平衡磁场的边缘效应。通过使用可容易成形的经过填充的聚合物材料10，可以容易和高效地实现结构化。

图6A示出磁场传感器20，其包括两个分别具有至少一个传感器元件的集成电路26、26'（例如ASIC）。借助磁场传感器20例如可以检测磁铁32的位置，所述磁铁在一个方向上具有极过渡，在所述方向上集成电路26、26'也设置在磁场传感器20的壳体22中。

为了与以下实施方式比较，在图6A中所示的磁场传感器20不包括磁导体28。图6A中也示出磁铁32的磁场38，该磁场可能由于集成电路26、26'的部件而已经稍微变形。

图6B示出表示在平面40内的磁场38的强度的图形，所述平面延伸通过两个集成电路26、26'。

在该图形中，向右绘出长度单位。集成电路26、26'位于约0.5和7.5处。向上绘出平面40内磁场38的法线分量42的值。这些值以特斯拉为单位给出。

如由图6B中看出，该磁场在集成电路26、26'的附近具有约0.03特斯拉的强度。

图7A示出与图6A类似的磁场传感器20，其附加地具有由经过填充的聚合物材料10制成的、以导体元件30"的形式的磁导体28，所述导体元件邻近两个集成电路26、26'。导体元件30"在此被施加在集成电路26、26'的远离磁铁32的侧上。

图7B示出与图6B类似的图形，其具有在平面40内磁场38的强度，所述磁场由于导体元件30"而变形。在集成电路26、26'的区域内场强度增加到约0.05特斯拉。

图8A示出与图6A类似的磁场传感器20，其附加地具有磁导体28，所述磁导体具有与图2类似的两个导体元件30。给每个集成电路26、26'分配了一个单独的导体元件30。

图8B示出与图6B类似的图形，其具有在平面40内磁场38的强度，所述磁场由于两个导体元件30而变形。在集成电路26、26'的区域内发生局部的场增加。

图9A示出与图6A类似的磁场传感器20，其附加地具有包括与图3类似的导体元件30和磁场导体36的磁导体28。给每个集成电路26、26'分配了一个单独的导体元件30、36。

图9B示出与图6B类似的图形，其具有在平面40内磁场38的强度，所述磁场由于两个导体元件30和两个磁场导体36而变形。在集成电路26、26'的区域内发生局部的场过高（Feldueberhoehung）和普遍的场强增加。局部的场过高具有约0.07特斯拉的值。

应补充地指出，“包括”不排除其他元件或步骤并且“一个”不排除多个。此外，还应指出，已经参照上述实施例中的一个描述的特征或步骤也可以与上述其他实施例的其他特征或步骤组合地使用。权利要求中的参考标记不应被视为限制。

Claims

1.磁场传感器(20)，包括：

具有磁场传感器元件的集成电路(26)；

磁导体(28)；

壳体(22)，所述集成电路(26)和所述磁导体(28)被容纳在所述壳体中；

其中所述磁导体(28)被实现用于，将磁场引导到所述集成电路(26)上；

其特征在于，所述磁导体(28)在聚合物材料(12)内具有软磁颗粒(16)。

2.根据权利要求1所述的磁场传感器(20)，其中所述软磁颗粒(16)被注入、喷入或引入所述聚合物材料(12)中。

3.根据权利要求1或2所述的磁场传感器(20)，其中所述壳体(22)由与所述磁导体(28)相同的聚合物材料(12)制造。

4.根据以上权利要求中任一项所述的磁场传感器(20)，其中所述磁导体(28)包括由以软磁颗粒填充的聚合物材料制成的导体元件(30,30',30",36)，所述导体元件邻近所述集成电路(26)的一侧。

5.根据以上权利要求中任一项所述的磁场传感器(20)，其中所述磁导体(28)包括由以软磁颗粒填充的聚合物材料制成的、邻近所述集成电路(26)的相对置的侧的导体元件（30,36）。

6.根据权利要求4或5中任一项所述的磁场传感器(20)，其中至少一个导体元件(30')被实现为磁场透镜。

7.根据以上权利要求中任一项所述的磁场传感器(20)，其中所述磁导体(28)包括由以软磁颗粒填充的聚合物材料制成的、邻近所述壳体(22)的外表面的导体元件(36,36')。

8.根据以上权利要求中任一项所述的磁场传感器(20)，其中所述磁导体(28)包括由以软磁颗粒填充的聚合物材料制成的结构化的导体元件(36')，该结构化的导体元件邻近所述集成电路(26)的一侧并且被实现用于使磁场朝着该导体元件的方向偏转。

9.根据权利要求8所述的磁场传感器(20)，其中所述结构化的导体元件(36')包括弯折的伸长体。

10.根据以上权利要求中任一项所述的磁场传感器(20)，其中所述磁场传感器包括两个具有磁场传感器元件的单独的集成电路(26,26')。

11.根据权利要求10所述的磁场传感器(20)，其中所述磁导体(28)包括由以软磁颗粒填充的聚合物材料制成的、邻近两个集成电路的导体元件（30''）。

12.根据权利要求10或11的磁场传感器(20)，其中对于每个集成电路(26,26')，所述磁导体(28)包括一个由以软磁颗粒填充的聚合物材料制成的、邻近相应集成电路的导体元件(30)。

13.根据权利要求10至12中任一项所述的磁场传感器(20)，其中对于每个集成电路(26,26')，所述磁导体(28)包括两个由以软磁颗粒填充的聚合物材料制成的、分别邻近所属集成电路的相对置的侧的导体元件(30,36)。

14.根据以上权利要求中任一项所述的磁场传感器(20)，其中所述磁导体(28)与所述集成电路(26,26')具有间距。