CN105185900A - 霍尔传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种即使在无岛构造的霍尔传感器中使GaAs霍尔元件小型化和薄型化的情况下也能够防止漏电流的增大的霍尔传感器。具备：GaAs霍尔元件(10)，其具备设置在GaAs衬底(11)上的感磁部(12)、电极部(13a～13d)、以及设置在GaAs衬底的与设置有电极的面相反一侧的面侧的保护层(40)；引线端子(22～25)，其配置在GaAs霍尔元件的周围；金属细线(31～34)，其将电极与引线端子分别电连接；以及模制构件(50)，其对上述部件进行模制。保护层和引线端子的第一面(即同与金属细线连接的面相反一侧的面)从模制构件(50)的同一面露出。GaAs衬底的电阻率为5.0×107Ω·cm以上。

Description

霍尔传感器
技术领域
本发明涉及一种霍尔传感器。
背景技术
霍尔传感器正使用于便携电话的开闭开关、照相机镜头的位置检测等各种领域中。其中，使用了GaAs霍尔元件的霍尔传感器作为温度依赖性极低的霍尔传感器在各种场景中被利用。例如，在专利文献1中，公开了一种具备引线框、GaAs霍尔元件以及金属细线的霍尔传感器。
专利文献1：日本特开2013-197386号公报
发明内容
发明要解决的问题
但是，近年来伴随着电子设备的薄型化，霍尔传感器的薄型化也在发展。例如，霍尔传感器的封装后的大小(即封装尺寸)实现了纵1.6mm、横0.8mm、厚0.38mm。另外，通过进一步使GaAs霍尔元件变薄，还能够将封装尺寸的厚度设为0.30mm。另外，为了使霍尔传感器的小型化和薄型化进一步发展，还考虑省略了岛的构造(即无岛构造)。
图7的(a)和(b)是本发明的比较方式所涉及的霍尔传感器400的结构例和用于说明问题的概念图。如图7的(a)所示，在无岛构造中，用模制构件350固定GaAs霍尔元件310。另外，在将无岛构造的GaAs霍尔元件310安装于布线基板450的情况下，通过焊料(Solder)370将引线框320的各引线端子中的从模制构件350露出的背面与布线基板450的布线图案451连接。
在此，在霍尔传感器400小型化、薄型化而其投影面积缩小时，引线框320的各引线端子之间的距离变短。由此，在将各引线端子的背面焊接到布线图案451时，焊料370从引线端子下溢出，到达GaAs霍尔元件310下的可能性变高。例如，如图7的(a)所示，从引线端子325下溢出的焊料370与GaAs霍尔元件310的背面接触的可能性变高。
在从引线端子325下溢出的焊料370与GaAs霍尔元件310的背面接触时，其接触面成为半导体与金属的肖特基结。另外，如图7的(b)所示，在引线端子325是被连接于电源的端子(即电源端子)的情况下，在从电源端子325下溢出的焊料370与GaAs霍尔元件310的背面接触时，上述肖特基结被施加正向偏压。在此，在如现有技术那样GaAs霍尔元件310厚时，即使向上述肖特基结施加正向偏压也几乎没有电流流过。
然而，在使GaAs霍尔元件310变薄时，电阻值与其厚度的减少量成比例地减少。因此，伴随着GaAs霍尔元件310的薄型化，在肖特基结的正向上容易流过电流，容易在电源端子325→焊料370→GaAs霍尔元件310→金属细线343→与接地电位连接的引线端子(即接地端子)327这样的路径中流过漏电流。
因此，本发明是鉴于如上述那样在使霍尔传感器的小型化和薄型化发展的过程中所显现的问题而形成的，其目的在于提供一种即使在无岛构造的霍尔传感器中使GaAs霍尔元件小型化和薄型化的情况下也能够防止漏电流的增大的霍尔传感器。
用于解决问题的方案
为了解决上述问题，本发明的一个方式所涉及的霍尔传感器的特征在于，具备：GaAs霍尔元件，其具备GaAs衬底、设置在上述GaAs衬底上的感磁部、设置在上述GaAs衬底上的多个电极部、以及设置在上述GaAs衬底的与设置有上述多个电极部的面相反一侧的面侧的保护层；多个引线端子，其配置在上述GaAs霍尔元件的周围；导电性连接构件，其将上述多个电极部与上述多个引线端子分别电连接；以及模制构件，其对上述GaAs霍尔元件、上述多个引线端子以及上述导电性连接构件进行模制，其中，在将上述多个引线端子所具有的多个面中的、同与上述导电性连接构件连接的面相反一侧的面作为上述多个引线端子的第一面时，上述保护层和上述多个引线端子的上述第一面从上述模制构件的同一面露出，上述GaAs衬底的电阻率为5.0×107Ω·cm以上。
发明的效果
根据本发明，由于在GaAs霍尔元件的衬底中使用了高电阻的GaAs衬底，因此即使在无岛构造的霍尔传感器中使GaAs霍尔元件薄型化的情况下，也能够防止漏电流的增大。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式所涉及的霍尔传感器100的结构例子的图。
图2是表示GaAs衬底的电阻值和GaAs衬底中的受主杂质的浓度之间的关系的图。
图3是按照表示霍尔传感器100的制造方法的工序顺序表示的图。
图4是按照表示霍尔传感器100的制造方法的工序顺序表示的图。
图5是表示本发明的实施方式所涉及的霍尔传感器装置200的结构例子的图。
图6是用于说明实施方式的效果的图。
图7是本发明的比较方式所涉及的霍尔传感器400的结构例子和用于说明问题的图。
附图标记说明
10：GaAs霍尔元件；11：GaAs衬底；12：感磁部；13a～13d：电极(多个电极部的一个例子)；20：引线端子；22：引线端子(例如电源端子)；23、25：引线端子；24：引线端子(例如接地端子)；31～34：金属细线；40：保护层；50：模制构件；60：镀层；70：焊料；80：耐热性膜；90：模制模具；91：下模具：92：上模具；93：切割胶带；100、200：霍尔传感器；120：引线框；250：布线基板；251：布线图案。
具体实施方式
本发明的实施方式所涉及的霍尔传感器具备：GaAs霍尔元件，其具备GaAs衬底、设置在GaAs衬底上的感磁部、设置在GaAs衬底上的多个电极部以及设置在GaAs衬底的与设置有多个电极部的面相反一侧的面侧的保护层；多个引线端子，其配置在GaAs霍尔元件的周围；导电性连接构件，其将多个电极部与多个引线端子分别电连接；模制构件，其对GaAs霍尔元件、多个引线端子以及导电性连接构件进行模制。本发明的实施方式所涉及的霍尔传感器将多个引线端子所具有的多个面中的、同与导电性连接构件连接的面相反一侧的面作为多个引线端子的第一面时，保护层和多个引线端子的第一面从模制构件的同一面露出，GaAs衬底的电阻率为5.0×107Ω·cm以上。
以下，使用附图说明本发明的实施方式。此外，在以下说明的各图中，对具有相同结构的部分附加相同附图标记，也有时省略其重复的说明。
(结构)
图1的(a)～(d)是表示本发明的实施方式所涉及的霍尔传感器100的结构例子的截面图、俯视图、仰视图以及外观图。图1的(a)表示用虚线A-A’切断图1的(b)所得的截面。另外，在图1的(b)中，为了避免附图的复杂化，省略了模制构件(树脂构件)来表示。
如图1的(a)～(d)所示，霍尔传感器100具备GaAs霍尔元件10、引线端子20、多个金属细线(导电性连接构件)31～34、保护层40、模制构件50、外壳镀层60。另外，引线端子20具有多个引线端子22～25。
GaAs霍尔元件10具备半绝缘性的砷化镓(GaAs)衬底11、包括形成在该GaAs衬底11上的半导体薄膜的感磁部12、与感磁部12电连接的电极13a～13d、设置在GaAs衬底11的与设置有电极13a～13d的面相反一侧的面侧的保护层40。感磁部12例如在俯视时是十字(Cross)型，在十字的4个前端部上分别设置有电极13a～13d。在俯视时相对的一对电极13a、13c是用于使电流流过霍尔元件的输入端子，在俯视时与连接电极13a、13c的线正交的方向上相对的另外的一对电极13b、13d是用于从霍尔元件输出电压的输出端子。
GaAs衬底11的电阻率为5.0×107Ω·cm以上。GaAs衬底11的电阻值的上限没有特别限制，但如果列举一个例子，可以为10×109Ω·cm以下。这样在本发明的实施方式中使用高电阻的GaAs衬底。
图2是表示GaAs衬底的电阻值与GaAs衬底中的受主杂质(即P型杂质)的浓度之间的关系的图。如图2所示，GaAs衬底的电阻值根据GaAs衬底中的受主杂质的浓度(例如碳：C的浓度)不同而产生很大变化。为了提高GaAs衬底的电阻值，只要提高GaAs衬底中的受主杂质的浓度(例如C的浓度)即可。例如，为了将GaAs衬底11的电阻率设为5.0×107Ω·cm以上，只要将GaAs衬底11中的C的浓度设为1.5×1015atoms·cm-3以上即可。GaAs衬底11中的C的浓度的上限例如为1.0×1016atoms·cm-3以下。
霍尔传感器100是无岛构造，具有用于获得与外部的电连接的多个引线端子22～25。如图1的(b)所示，引线端子22～25被配置在GaAs霍尔元件10的周围(例如霍尔传感器100的四角附近)。例如，以夹持GaAs霍尔元件10相对的方式配置引线端子22和引线端子24。另外，以夹持GaAs霍尔元件10相对的方式配置引线端子23和引线端子25。并且，以将引线端子22和引线端子24连接起来的直线(虚拟线)与将引线端子23和引线端子25连接起来的直线(虚拟线)在俯视时交叉的方式分别配置引线端子22～25。引线端子20(引线端子22～25)例如含有铜(Cu)等金属。另外，也可以对引线端子20的表面侧或背面的一部分进行蚀刻(即半蚀刻)。
此外，虽然没有图示，但从电连接的观点出发，优选在引线端子20的表面(图1的(a)中的上表面侧)，在被金属细线31～34连接的引线端子22～25的表面镀Ag。
另外，在其它方式中，也可以是，在引线端子20的至少表面和背面，代替外壳镀层60而实施镍(Ni)-钯(Pd)-金(Au)等的镀处理。虽然是霍尔传感器，但由于无岛而难以受到作为磁性体的Ni镀膜的影响，因此能够实施。
金属细线31～34是将GaAs霍尔元件10所具有的电极13a～13d与引线端子22～25分别电连接的导线，例如含有金(Au)。如图1的(b)所示，金属细线31连接引线端子22和电极13a，金属细线32连接引线端子23和电极13b。另外，金属细线33连接引线端子24和电极13c，金属细线34连接引线端子25和电极13d。
保护层40覆盖GaAs衬底11的与设置有电极13a～13d的面相反一侧的面侧。保护层40只要能够保护GaAs衬底11则没有特别限定，可以含有导体、绝缘体和半导体中的至少一个。即，保护层40既可以是含有导体、绝缘体和半导体中的任一个的膜，也可以是含有它们中的两个以上的膜。作为导体，例如可以考虑银膏等导电性树脂等。作为绝缘体，例如可以考虑环氧系的热固化型树脂、包含氧化硅(SiO2)作为填料的绝缘膏、氮化硅、二氧化硅等。作为半导体，例如可以考虑粘合Si衬底、Ge衬底等。但是，从防止漏电流的观点出发，优选保护层40是绝缘体。通过将保护层40设为包含绝缘体的膜，能够在保护层40和GaAs衬底11的双方中防止漏电流。另外，保护层40也可以是层叠构造。但是，引线框等用于支承GaAs霍尔元件10的金属制的岛不包含在保护层40中。
模制构件50对GaAs霍尔元件10、引线端子20以及金属细线31～34进行模制。换言之，模制构件50覆盖并保护(即树脂密封)GaAs霍尔元件10、引线端子20的至少表面侧(即与金属细线连接的一侧的面)以及金属细线31～34。模制构件50例如含有环氧系的热固化型树脂，耐受回流焊时的高热。
如图1的(a)和(c)所示，在霍尔传感器100的底面侧(即安装在布线基板的一侧)，各引线端子22～25的第一面(例如背面)的至少一部分和保护层40的至少一部分分别从模制构件50的同一面(例如背面)露出。在此，各引线端子22～25的第一面是各引线端子22～25分别具有的多个面中的、同与金属细线31～34连接的面相反一侧的面。
另外，外壳镀层60形成在从模制构件50露出的引线端子22～25的背面。外壳镀层60例如含有锡(Sn)等。
(动作)
在使用上述霍尔传感器100检测磁(磁场)的情况下，例如将引线端子22与电源电位(+)连接，并且将引线端子24与接地电位(GND)连接，电流从引线端子22流向引线端子24。而且，测量引线端子23、25之间的电位差V1-V2(＝霍尔输出电压VH)。根据霍尔输出电压VH的大小检测磁场的大小，根据霍尔输出电压VH的正负检测磁场的方向。
即，引线端子22是用于向GaAs霍尔元件10供给规定电压的电源用引线端子。引线端子24是用于向GaAs霍尔元件10供给接地电位的接地用引线端子。引线端子23、25是用于取出GaAs霍尔元件10的霍尔电动势信号的信号取出用引线端子。
(制造方法)
本发明的实施方式所涉及的霍尔传感器的制造方法具备以下工序：准备在基材的一个面形成有多个引线端子的引线框；在基材的一个面的被多个引线端子包围的区域载置具有保护层的GaAs霍尔元件；用多个导电性连接构件将GaAs霍尔元件所具有的多个电极部与多个引线端子分别电连接；用模制构件对基材的载置了GaAs霍尔元件的面侧进行模制；以及从模制构件和保护层分离基材，其中，在分离基材的工序中，使保护层和多个引线端子从模制构件露出。此外，具有保护层的GaAs霍尔元件是在GaAs衬底的与设置有多个电极部的面相反一侧的面侧设置有保护层的GaAs霍尔元件。
图3的(a)～(e)和图4的(a)～(d)是按照表示霍尔传感器100的制造方法的工序顺序表示的俯视图和截面图。此外，在图3的(a)～(e)中，省略了切割的刀片宽度(即切口宽度)的图示。
如图3的(a)所示，首先准备上述的形成有引线端子的引线框120。该引线框120是俯视时如图1的(b)所示的引线端子20在纵方向和横方向上排列多个的基板。
接着，如图3的(b)所示，在引线框120的背面侧，例如作为基材而粘贴耐热性膜80的一个面。在该耐热性膜80的一个面例如涂布绝缘性的粘接层。粘接层的成分例如以硅树脂为基础。通过该粘接层容易将引线框120粘贴于耐热性膜80。通过将耐热性膜80粘贴在引线框120的背面侧，成为从背面侧用耐热性膜80堵塞引线框120的贯通的贯通区域的状态。
此外，作为基材的耐热性膜80，优选使用具有粘接性并且具有耐热性的树脂制的胶带。
关于粘接性，优选粘接层的胶厚度更薄。另外，关于耐热性，需要耐受约150℃～200℃的温度。作为这样的耐热性膜80，例如能够使用聚酰亚胺胶带。聚酰亚胺胶带具有耐受约280℃高温的耐热性。具有这样的高耐热性的聚酰亚胺胶带还能够耐受在之后的模制、引线接合时所施加的高热。另外，作为耐热性膜80，除了聚酰亚胺胶带以外，还能够使用以下的胶带。
聚酯胶带耐热温度：约130℃(但是，根据使用条件，耐热温度达到约200℃)。
特氟龙(注册商标)胶带耐热温度：约180℃
PPS(聚苯硫醚)耐热温度：约160℃
玻璃布耐热温度：约200℃
Nomex(注册商标)纸耐热温度：约150℃～200℃
除此以外，还能够利用芳纶、绉纹纸作为耐热性膜80。
接着，如图3的(c)所示，在耐热性膜80的具有粘接层的面中的、被引线端子22～25包围的区域载置具有保护层40的GaAs霍尔元件10(即进行小片接合)。在此，以使保护层40与耐热性膜80的具有粘接层的面相对的方式进行小片接合。
接着，如图3的(d)所示，将金属细线31～34的一端分别与各引线端子22～25连接，将金属细线31～34的另一端分别与电极13a～13d连接(即进行引线接合)。并且，如图3的(e)所示，形成模制构件50(即进行树脂模制)。例如使用传递模塑技术进行该树脂模制。
例如如图4的(a)所示，准备具备下模具91和上模具92的模制模具90，将引线接合后的引线框120配置在该模制模具90的模腔内。接着，向模腔内且耐热性膜80的具有粘接层的面(即与引线框120粘接的面)的一侧注入加热熔融的模制构件50来填充。由此，对GaAs霍尔元件10、引线框120以及金属细线31～34进行模制。即，用模制构件50覆盖并保护GaAs霍尔元件10、引线框120的至少表面侧以及金属细线31～34。如果模制构件50进一步加热并固化，则从模制模具取出该模制构件50。此外，也可以在树脂密封后任意的工序中在模制构件50的表面例如标记符号等(未图示)。
接着，如图4的(b)所示，从模制构件50剥离耐热性膜80。由此，使GaAs霍尔元件10的保护层40从模制构件50露出。然后，如图4的(c)所示，对引线框120的从模制构件50露出的面(至少各引线端子22～25的从模制构件50露出的背面)实施外壳镀处理，来形成外壳镀层60。
接着，如图4的(d)所示，将切割胶带93粘贴在模制构件50的上表面(即霍尔传感器100的具有外壳镀层60的面的相反侧的面)。并且，使刀片例如沿着图3的(e)所示的虚拟的双点划线相对于引线框120相对地移动，来切断模制构件50和引线框120(即进行切割)。也就是说，将模制构件50和引线框120按多个GaAs霍尔元件10的每一个来进行切割而单片化。如图4的(d)所示，切割后的引线框成为引线端子20。
经过以上的工序，完成图1的(a)～(d)所示的霍尔传感器100。
图5是表示本发明的实施方式所涉及的霍尔传感器装置200的结构例子的截面图。在完成霍尔传感器100后，例如如图5所示准备布线基板250，将霍尔传感器100安装在该布线基板250的一个面。在该安装工序中，例如通过焊料70将各引线端子22～25中的从模制构件50露出并且被外壳镀层60覆盖的背面与布线基板250的布线图案251连接。该焊接例如能够以回流焊方式进行。
回流焊方式是如下的一种方法：在布线图案251上涂布(即印刷)焊料膏，以使外壳镀层60重叠在该焊料膏上的方式将霍尔传感器100配置在布线基板250上，在该状态下对焊料膏加热来熔化焊料。经过安装工序，如图5所示，完成霍尔传感器装置200，该霍尔传感器装置200具备霍尔传感器100、安装有霍尔传感器100的布线基板250、以及将霍尔传感器100的各引线端子22～25与布线基板250的布线图案251电连接的焊料70。
(实施方式的效果)
本发明的实施方式起到以下的效果。
在无岛构造的霍尔传感器100中，在GaAs霍尔元件的衬底中使用电阻率为5.0×107Ω·cm以上的高电阻的GaAs衬底。由此，在将霍尔传感器100安装在布线基板250时，例如能够抑制在焊料70从连接于电源电位的引线端子(即电源端子)22下溢出到GaAs霍尔元件10的下方的情况下流过的漏电流增大。也就是说，例如如图6所示，在电流沿电源端子22→金属细线31→电极13a→感磁部12→电极13c→金属细线33→引线端子24的方向流过的情况下，如果霍尔元件10的厚度薄，则在电源端子22→焊料70→霍尔元件10→金属细线33→引线端子24的路径上容易流过漏电流。但是，本发明的实施方式在GaAs霍尔元件的衬底中使用高电阻的GaAs衬底，因此能够防止该漏电流的增大。
本发明的实施方式能够特别地应用于漏电流容易流过的GaAs霍尔元件的衬底为0.1mm以下的情况。即使在无岛构造的霍尔传感器中使GaAs霍尔元件小型化和薄型化的情况下，也能够防止漏电流的增大。
<其它>
本发明并不限于以上记载的各实施方式。根据本领域技术人员的知识能够对各实施方式施加设计上的变更等，施加了这样的变更后的方式也包含在本发明的范围中。

Claims (6)

1.一种霍尔传感器，具备：
GaAs霍尔元件，其具备GaAs衬底、设置在上述GaAs衬底上的感磁部、设置在上述GaAs衬底上的多个电极部、以及设置在上述GaAs衬底的与设置有上述多个电极部的面相反一侧的面侧的保护层；
多个引线端子，其配置在上述GaAs霍尔元件的周围；
导电性连接构件，其将上述多个电极部与上述多个引线端子分别电连接；以及
模制构件，其对上述GaAs霍尔元件、上述多个引线端子以及上述导电性连接构件进行模制，
其中，在将上述多个引线端子所具有的多个面中的、同与上述导电性连接构件连接的面相反一侧的面作为上述多个引线端子的第一面时，上述保护层和上述多个引线端子的上述第一面从上述模制构件的同一面露出，
上述GaAs衬底的电阻率为5.0×107Ω·cm以上。
2.根据权利要求1所述的霍尔传感器，其特征在于，
上述GaAs衬底中的受主杂质的浓度为1.5×1015atoms·cm-3以上且1.0×1016atoms·cm-3以下。
3.根据权利要求2所述的霍尔传感器，其特征在于，
上述受主杂质是碳。
4.根据权利要求1～3中的任一项所述的霍尔传感器，其特征在于，
上述保护层包含绝缘体。
5.根据权利要求1～3中的任一项所述的霍尔传感器，其特征在于，
上述GaAs衬底的厚度为0.1mm以下。
6.根据权利要求1～3中的任一项所述的霍尔传感器，其特征在于，
上述GaAs衬底的电阻率为1.0×109Ω·cm以下。
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