CN105277217B - 具有环状磁体的磁性传感器设备 - Google Patents

Abstract

具有环状磁体的磁性传感器设备。一种磁性传感器设备包括环状磁体和布置在环状磁体的开口中的传感器芯片。

Description

具有环状磁体的磁性传感器设备

技术领域

本发明涉及磁性传感器设备和用于制造磁性传感器设备的方法。

背景技术

可以例如将磁性传感器设备配置成测量磁性齿轮的速度。此类磁性速度传感器通常包括具有多个磁性传感器元件的集成电路，所述磁性传感器元件诸如霍尔传感器元件或磁阻（XMR）元件，例如巨磁阻（GMR）传感器元件或各向异性磁阻（AMR）传感器元件。永磁体向传感器元件提供偏置磁场。随着轮子旋转，轮子的齿在传感器前面通过并生成小的场变化，其被传感器检测并被集成电路处理。检测的场包含关于轮子的角位置和旋转速度的信息。关于此类磁性传感器设备的制造，存在朝着减少或简化制造步骤，特别是减少拾取和放置步骤或模具步骤（mold step）的稳定的需求。另一稳定的需求涉及磁性传感器设备封装的尺寸和永磁体的形状的可变性，因为可能期望提供具有特定形状的永磁体，从而提供具有特定期望场分布的永久性磁场。

附图说明

包括附图是为了提供对实施例的进一步理解并将其结合在本说明书中且构成本说明书的一部分。附图图示出实施例并连同描述一起用于解释实施例的原理。将容易地认识到其它实施例和实施例的预定优点中的许多，因为通过参考以下详细描述它们变得更好理解。附图的元件不一定相对于彼此按比例。相似的参考数字指定对应的类似部分。

图1示出了示例性磁性传感器设备（上部）及其示例性环状磁体（下部）的示意性侧视图表示。

图2A和2B示出了具有圆形环状磁体的示例性磁性传感器设备（2A）和具有矩形环状磁体的示例性磁性传感器设备（2B）的顶视图表示。

图3A—D示出了示例性磁性传感器设备、特别是包括阶梯式引线框架的磁性传感器设备（3A）、包括扁平引线框架的磁性传感器设备（3B）、包括两个引线框架区段的磁性传感器设备（3C）以及包括两个环状磁体的磁性传感器设备的示意性截面侧视图表示。

图4示出了包括重新分布层的示例性磁性传感器设备的示意性截面侧视图表示。

图5示出了用于图示出用于制造磁性传感器设备的示例性方法的包括多个示例性磁性传感器设备的重新配置晶片的顶视图表示。

具体实施方式

现在参考附图来描述各方面和各实施例，其中，通常自始至终利用相似的参考数字来指代相似的元件。在以下描述中，出于说明的目的，阐述了许多特定细节以便提供对实施例的一个或多个方面的透彻理解。然而，对于本领域的技术人员而言可以显而易见的是可用较少程度的特定细节来实施实施例的一个或多个方面。在其它情况下，以示意性形式示出了已知结构和元件以便便于描述实施例的一个或多个方面。应理解的是在不脱离本发明的范围的情况下，可利用其它实施例，并且可进行结构或逻辑改变。此外应注意的是附图并未按比例或者不一定按比例。

另外，虽然可能仅相对于多个实施方式中的一个公开了实施例的特定特征或方面，但可将此类特征或方面与对于任何给定或特定应用而言可能期望且有利的其它实施方式的一个或多个其它特征或方面相组合。此外，在在详细描述或权利要求中使用术语“包括”、“具有”、“带有”或其其它变体的范围内，此类术语意图以与术语“包括”类似的方式是包括性的。可使用术语“耦合”和“连接”以及派生词。应理解的是可使用这些术语来指示两个元件相互合作或相互作用，而不管其是处于直接的物理或电气接触还是其并未相互直接接触。并且，术语“示例性”仅仅意图作为示例，而不是最好或最佳的。因此，不应在限制性意义上理解以下详细描述，并且由所附权利要求来定义本发明的范围。

在多个实施例中，将层或层堆叠相互施加，或者向层或其它衬底上施加或沉积材料。应认识到的是诸如“施加”或“沉积”之类的任何术语意图在字面上涵盖向衬底上施加层或材料的所有种类和技术。特别地，其意图涵盖其中将层或材料一次作为整体施加的技术，比如例如层压技术，以及其中以连续的方式沉积层或材料的技术，比如，例如溅射、电镀、成型、CVD等。

如这里所述的实施例包括磁性传感器芯片。该磁性传感器芯片可在其外表面中的一个或多个上包括接触元件或接触焊盘，其中，接触元件用于对磁性传感器芯片进行电接触。接触元件可具有任何期望的形式或形状。其可以例如具有陆地（land）的形式，即在半导体封装的外表面上的平坦接触层。接触元件或接触焊盘可由任何导电材料（例如诸如由诸如铝、金或铜之类的金属或金属合金或导电有机材料或者导电半导体材料）制成。

在权利要求中和在以下描述中，将用于制造磁性传感器设备的方法的不同实施例描述为过程或措施的特定序列，特别是在流程图中。应注意的是实施例不应局限于所描述的特定序列。还可以同时地或者按照任何其它有用和适当的序列进行不同过程或措施中的特定的一些或全部。

下面提出了其中使用磁性传感器芯片且其意图用于感测静态或动态磁场的多个实施例。应注意的是可以以不同的方式构造磁性传感器芯片且其可以根据不同的测量原理工作。磁性传感器芯片可以例如包括霍尔传感器元件。替换地，磁性传感器芯片可以包括磁阻（XMR）传感器元件。并且，技术人员可以采用磁性传感器芯片的其它实施方式。

参考图1，在上部中示出了根据示例的磁性传感器设备10的示意性截面侧视图表示，并且在下部中示出了根据示例的作为磁性传感器设备10的一部分的环状磁体。如图1中所示，磁性传感器设备10包括环状磁体1和布置在环状磁体1的开口中的传感器芯片2。该环状磁体用于生成磁偏置场且可包括永磁体。

图1图示出本公开的重要方面。由环状磁体1生成的磁偏置场被示为短划线。可以看到由于传感器芯片2在空间上相对于环状磁体1的布置，磁偏置场的磁场线至少在传感器芯片2的中心区域中垂直于传感器芯片2的主表面。这是重要的结果，因为在传感器设备的测量应用中，平行于主表面的偏置磁场的分量可导致测量误差。

如图1中所示，将环状磁体表示为具有北极和南极，其仅意图象征自上而下且平行于环状磁体1的圆筒轴的磁化方向。

图1的环状磁体1包括圆形环。然而，还可能使环状磁体1包括正方形环、矩形环以及多边形环中的一个或多个。还可能的是环的外轮廓不同于内轮廓，使得例如形成为正方形或矩形的磁体可包括圆形或椭圆形开口。

如图1中所示，环状磁体1包括封闭环。然而，还可能使环状磁体包括开放环，其意味着该环可在一个或多个位置处中断。环状磁体因此可包括开放环，其包括两个或更多环段。

如图1中所示，环状磁体1和传感器芯片2的布置使得环状磁体1的对称轴与传感器芯片2的对称轴相同。两者的对称轴是磁性传感器设备10的旋转或圆筒轴。这意味着传感器芯片2在水平方向上被设置在开口的中心上。如图1中所示，该布置还示出传感器芯片2在垂直方向上被布置在开口的中心上。

根据示例，磁性传感器设备还可包括载体，其中，环状磁体和传感器芯片中的一个或多个被设置在载体上。可以将载体配置为导电载体，比如例如引线框架。可借助于导线结合将传感器芯片电连接到该载体。还可借助于作为互连的焊球以倒装芯片配置将传感器芯片电连接到载体。

还可将载体配置为类似于印刷电路板（PCB）之类的板或者作为由陶瓷或层压件制造而成的板。

载体可以是平的，或者其可包括具有两个或更多不同平面的阶梯式配置。在后一种情况下，可将环状磁体和传感器芯片设置在不同的平面上。这将允许在垂直方向上将传感器芯片设置在环状磁体的开口的中心上。

根据示例，图1的磁性传感器设备还可包括被布置成密封环状磁体和传感器芯片的密封材料。该密封材料可包括树脂材料、尤其是环氧树脂材料、任何种类的基于聚合物的材料或任何种类的UV可固化材料中的一个或多个或者由其组成。在将载体用于支撑环状磁体和传感器芯片中的一个或多个的情况下，还可用密封材料将载体密封。如果使用引线框架作为载体，其各部分可延伸到密封材料主体外面以用于用作外部接触引脚以将磁性传感器设备连接到例如印刷电路板。

根据示例，磁性传感器设备还可包括一个另外的环状磁体。可与实际环状磁体相同地形成此另外的环状磁体。除此之外，此另外的环状磁体的对称轴可与传感器芯片的对称轴且可能还与实际环状磁体相同。包括传感器芯片和两个环状磁体的整个布置可以相对于一个公共对称轴圆筒对称。在使用载体的情况下，可向载体的一个主面施加一个环状磁体，并且可向载体的另一相对主面施加另一环状磁体。可将传感器芯片施加于载体的主面中的一个。可将传感器芯片导线结合到载体或者（在引线框架的情况下）引线框架的特定部分。

根据磁性传感器设备的示例，传感器芯片包括霍尔传感器和磁阻、特别是巨磁阻（GMX）传感器中的一个。

根据示例，磁性传感器设备还包括重新分布层，其中，环状磁体和传感器芯片中的一个或多个设置在重新分布层上，并且在重新分布层上设置有多个接触元件。可以以其引起传感器芯片的电接触的扇出（fan-out）的这样的方式来配置该重新分布层，这意味着传感器芯片的电接触焊盘与位于传感器芯片的边界外面的外部接触元件连接。该外部接触元件可具有焊球或平的接触区域的形式。

参考图2A和2B，示出了磁性传感器设备的示例的顶视图表示。图2A示出了包括环状磁体21和布置在环状磁体21的开口中的传感器设备22的磁性传感器设备20。环状磁体21包括圆形或略微椭圆形环状。就水平方向而言，传感器芯片22被示为设置在环状磁体21的开口的中心上。这意味着环状磁体21的圆筒对称轴和传感器芯片22的圆筒对称轴落在一起或者彼此相同。关于垂直方向，还可以将传感器芯片22设置在环状磁体21的开口的中心上，或者还可以将其从中心位置移位，如将进一步在以下的示例中示出的。磁性传感器设备20还可包括被形成并布置成密封环状磁体21和传感器芯片22的密封材料23。可将密封材料23形成为具有正方形或矩形主面的主体，其中，该主体可包括立方体或立方体的形式或者将进一步在以下的示例中示出的其它形式。

图2B示出了包括环状磁体31和布置在环状磁体31的开口中的传感器芯片32的磁性传感器设备30。环状磁体31包括矩形轮廓（contour），其中，环的外轮廓以及内轮廓在形状方面是矩形的，这意味着磁体31的开口在截面方面是矩形的。并且，在磁性传感器设备30的本示例中，将传感器芯片32设置在磁体31的开口的中心上，至少在水平方向上且可能还在垂直方向上。磁性传感器设备30还可包括被布置成密封环状磁体31和传感器芯片32的密封材料33。可以以与结合图2A的示例关于密封材料23对其进行描述的相同方式将密封材料33形成到材料主体。

根据磁性传感器设备的示例，环状磁体可包括沿着环的整个周界具有相等直径的环。如图2A和B中所示的磁性传感器设备的示例示出了沿着其整个周界具有相等直径的环状磁体21和31。然而，还可能具有沿着其周界具有可变或变化直径的环状磁体。这可例如在其中环的外轮廓如上文已经解释的那样不同于环的内轮廓的情况下发生。

参考图3A—D，示出了磁性传感器设备的示例的示意性截面侧视图表示。

图3A示出了包括环状磁体41、传感器芯片42、密封材料43、引线框架44以及导线结合45的磁性传感器设备40。引线框架44包括阶梯式配置，其包括设置在不同平面中且被扭结或锐弯分离的两个部分。可以将环状磁体41设置在引线框架44的下部上，并且可以将传感器设备42设置在引线框架44的上部上。可以由导线结合45将传感器设备42连接到引线框架44，特别是引线框架44的下部。引线框架44的下部延伸到设备的外面并可充当外部接触引脚。由于环状磁体41和传感器设备42在引线框架44的不同平面上的布置，可能相对于垂直方向将传感器设备42定位于环状磁体41的开口的中心位置上。密封材料43被以如图3A中所示在截面中材料块具有梯形形状的这样的方式形成到材料块。

可以通过提供引线框架44、使引线框架44弯曲使得其包括设置在不同平面中的两个部分、例如通过用胶合剂或焊料固定将环状磁体41放置在引线框架44的下部上并将传感器芯片42放置在引线框架44的上部上、通过导线结合45的使用而实现传感器芯片42与引线框架44之间的电连接、以及最后用密封材料43对结构进行二次成型（over-molding）来制造如图3A中所示的磁性传感器设备40。这样，可能制造单个磁性传感器设备。

图3B示出了包括环状磁体51、传感器芯片52、密封材料53、引线框架54、以及导线结合55的磁性传感器设备50的示例。关于图3A的磁性传感器设备40的唯一差别是引线框架54是平的，使得其不提供不同的平面以设置磁体51和传感器芯片52。因此，传感器芯片52在水平方向上被设置在环状磁体51的开口的中心位置上，但是在垂直方向上略微从中心位置移位，然后其没有显著的影响，因为磁偏置场的场线仍垂直于传感器芯片52的主表面。

图3C示出了包括第一环状磁体61、传感器芯片62、密封材料63、引线框架64、导线结合65、以及第二环状磁体66的磁性传感器设备60的示例。相对于图3B的磁体传感器设备50的唯一差别是以与第一环状磁体61相对的关系提供了被施加于引线框架64的第二环状磁体66。磁体61和66两者因此被相互对称地布置，以引线框架64作为对称平面。提供第二环状磁体66可增强磁性传感器设备的灵敏度，因为其使传感器芯片62的主表面处的磁场强度加倍。

图3D示出了包括环状磁体71、传感器芯片72、密封材料73、包括第一引线框架部分74.1和第二引线框架部分74.2的引线框架74以及被用于将传感器芯片72电连接到引线框架74的焊球75的磁性传感器设备70的示例。图3B的磁性传感器设备50和磁性传感器设备70之间的唯一差别是引线框架74包括两个部分，即第一部分74.1和第二部分74.2，其中，两个部分74.1和74.2延伸到外面以充当外部接触引脚，并且传感器芯片72用一个接触元件75电连接到第一部分74.1且用第二接触元件75电连接到第二部分74.2。

如图3A—C中所示的磁性传感器设备的示例包括传感器芯片42、52和62，其被以这样的方式设置，即两个相对主面的其上主面是活性表面，使得由导线结合实现上表面与相应的引线框架之间的电接触。与此相反，如图3D中所示的磁性传感器设备以倒装芯片布置包括传感器芯片72，其中，活性表面是传感器芯片72的两个相对主面的下主面，使得由焊球75实现引线框架74和传感器芯片72的活性表面的电接触焊盘之间的电接触。

参考图4，示出了根据示例的磁性传感器设备的示意性截面侧视图表示。图4的磁性传感器设备80包括环状磁体81、传感器芯片82、密封材料83、重新分布层84以及多个焊球85。传感器芯片82被以这样的方式设置，即其活性表面是两个相对主面的下主面，使得传感器芯片82的电接触元件面朝重新分布层84。重新分布层84主要包括嵌入其中并用外部焊球85连接传感器芯片82的活性表面的电接触焊盘的电介质层84.1和电迹线84.2。可以以其提供电连接的扇出的这样的方式来配置重新分布层84，这意味着电连接分布在比传感器设备82的活性表面的面积或者覆盖活性表面上的电接触焊盘的面积更大的面积上。

本公开还涉及一种用于制造磁性传感器设备的方法。该方法包括制造多个传感器芯片、将传感器芯片放置在载体上、将环状磁体放置在传感器芯片中的每一个周围、将密封层附着到传感器芯片上、去除载体、以及单体化成多个磁性传感器设备。

以上方法对应于扩展晶片级（EWL）技术，其包括制造本质上包括载体和施加在其上面的多个磁性传感器设备的重新配置晶片，并且其允许并行地制造多个封装磁性传感器设备。

参考图5，示出了重新配置晶片的顶视图表示，其包括载体100和多个封装磁性传感器设备90。该图示出了在将密封层附着到传感器芯片和磁体的步骤之后的方法的阶段。此后，将去除载体，并且将把面板单体化成单个磁性传感器设备。

根据用于制造磁性传感器设备的方法的示例，在去除载体之后向传感器芯片施加重新分布层，并且此后向重新分布层施加多个接触元件，如例如焊球。该重新分布层可以看起来像图4的示例中所示和上文更详细地描述的那个。这种重新分布层将被施加到完整的面板，其包括覆盖每个被环状磁体围绕的多个传感器芯片的密封层。在将所述多个接触元件施加于重新分布层之后，可以将面板单体化成诸如图4中所示的磁性传感器设备的多个磁性传感器设备。

虽然已关于一个或多个实施方式图示出并描述了本发明，但在不脱离所附权利要求的精神和范围的情况下可对所示示例进行变更和/或修改。特别地关于由上述部件或结构（组件、设备、电路、系统等）执行的各种功能，除非另外指明，用来描述此类部件的术语（包括对“装置”的参考）意图对应于执行所述部件的指定功能的任何部件或结构（例如，其是在功能上等价的），即使其并未在结构上等价于执行本发明的本文所示示例性实施方式中的功能的公开结构。

Claims (20)

1.一种磁性传感器设备，包括：

环状磁体；以及

传感器芯片，其包括第一主面和与所述第一主面相对的第二主面，其中第一和第二主面被布置在环状磁体的开口中，

其中所述环状磁体包括磁化，使得磁场的场线垂直于传感器芯片的主面的中心部分，并且所述环状磁体的对称轴与传感器芯片的对称轴相同。

2.根据权利要求1所述的磁性传感器设备，其中

所述环状磁体包括圆形环以及多边形环中的一个或多个。

3.根据权利要求1所述的磁性传感器设备，其中

所述环状磁体包括封闭环或开放环。

4.根据权利要求3所述的磁性传感器设备，其中

所述环状磁体包括开放环，其包括两个或更多环段。

5.根据权利要求1所述的磁性传感器设备，还包括：

载体，其中将环状磁体和传感器芯片中的一个或多个设置在载体上。

6.根据权利要求5所述的磁性传感器设备，其中

所述载体包括引线框架。

7.根据权利要求5所述的磁性传感器设备，其中

所述载体是平的，或者包括具有两个或更多不同平面的阶梯式配置。

8.根据权利要求7所述的磁性传感器设备，其中

所述载体包括阶梯式配置，并且所述环状磁体和所述传感器芯片被设置在不同的平面上。

9.根据权利要求1所述的磁性传感器设备，还包括：

密封材料，被布置成密封所述环状磁体和所述传感器芯片。

10.根据权利要求1所述的磁性传感器设备，还包括：

一个另外的环状磁体。

11.根据权利要求10所述的磁性传感器设备，其中：

所述另外的环状磁体的对称轴与传感器芯片的对称轴相同。

12.根据权利要求2所述的磁性传感器设备，其中所述多边形环是矩形环。

13.根据权利要求12所述的磁性传感器设备，其中所述矩形环是正方形环。

14.一种传感器设备，包括：

磁偏置场发生器，包括通孔；以及

传感器芯片，其包括第一主面和与所述第一主面相对的第二主面，其中第一和第二主面被布置在磁偏置场发生器的通孔中，

其中所述磁偏置场发生器包括磁化，使得磁场的场线垂直于传感器芯片的主面的中心部分，并且所述磁偏置场发生器的对称轴与传感器芯片的对称轴相同。

15.根据权利要求14所述的传感器设备，其中

所述磁偏置场发生器包括环状永磁体。

16.根据权利要求14所述的传感器设备，其中

所述传感器芯片包括霍尔传感器和磁阻传感器中的一个。

17.根据权利要求14所述的传感器设备，还包括：

导电载体，其中所述磁偏置场发生器和所述传感器芯片中的一个或多个被设置在载体上。

18.根据权利要求14所述的传感器设备，还包括：

重新分布层，其中所述磁偏置场发生器和所述传感器芯片中的一个或多个被设置在该重新分布层上；以及

多个接触元件，设置在所述重新分布层上。

19.一种用于制造磁性传感器设备的方法，该方法包括：

制造多个传感器芯片，所述传感器芯片包括第一主面和与所述第一主面相对的第二主面；

将传感器芯片放置在载体上；

将环状磁体放置在传感器芯片中的每一个周围，使得第一和第二主面被布置在环状磁体的开口中，其中所述环状磁体包括磁化，使得磁场的场线垂直于传感器芯片的主面的中心部分，并且所述环状磁体的对称轴与传感器芯片的对称轴相同；

将密封层附着到传感器芯片上；

去除载体；以及

单体化成多个磁性传感器设备。

20.根据权利要求19所述的方法，还包括：

在去除载体之后，向传感器芯片施加重新分布层；以及

向重新分布层施加多个接触元件。