DE102004010126A1 - Magnetsensor und Verfahren zur Herstellung desselben - Google Patents
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Abstract
Ein Magnetsensor (1) wird so hergestellt, dass ein Magnetsensorchip (2), der eine Ein-Chipstruktur, in der eine MRE-Brücke und ein Vergleicher enthalten sind, besitzt, auf einem Leitungsrahmen (3) unter Verwendung eines Klebematerials (4) angebracht wird und der am Leitungsrahmen (3) angebrachte Magnetsensorchip (2) dann durch Ausformen in einem geformten Material eingekapselt wird. Der Magnetsensor (1) enthält einen Magnetfelderzeugungsabschnitt, der durch Magnetisieren mindestens des Chipanbringungselements, des Klebematerials (4) oder des Kapselmaterials ausgeformt wird.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft einen Magnetsensor und insbesondere einen Magnetsensor, der als Rotationssensor zur Bereitstellung einer Steuerung eines Fahrzeugmotors oder einer ABS-Steuerung in einem Fahrzeugbremsensystem verwendet wird. Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Magnetsensors.
-
10A zeigt einen Querschnitt des Aufbaus eines Magnetsensors, der in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. HEI 9-79865 (1997) beschrieben ist, während10B einen Querschnitt eines modifizierten Beispiels der10A zeigt. Wie es in10A gezeigt ist, wird ein Magnetsensor50 derart hergestellt, daß ein Magnetsensorchip51 mit einem Magneto-Widerstandselement (MRE) an einem Leitungsrahmen52 angebracht und durch Ausformen (molding) in einem ausgeformten Material (molded material)53 eines aushärtenden Harzes auf Epoxidbasis eingepackt wird. Zusätzlich ist ein Vorspannungsmagnet55 unter Verwendung eines Klebematerials54 fest in einem Einschnitt auf einer Oberfläche des ausgeformten Gehäuses gegenüber dem Magnetsensorchip51 , der auf dem Leitungsrahmen52 angebracht ist, eingebunden. Das in10B gezeigte modifizierte Beispiel ist so ausgelegt, daß es den Vorspannungsmagneten55 , der auf dem Leitungsrahmen52 befestigt ist, in dem ausgeformten Gehäuse enthält. - Die in
10A gezeigte herkömmliche Technik sieht jedoch den Vorspannungsmagneten55 außerhalb des ausgeformten Gehäuses vor, was zu dem Problem führt, daß der Magnetsensor50 durch die Dimensionen des Vorspannungs magneten55 vergrößert wird. Außerdem hängt die Erfassungsgenauigkeit des Magnetsensors50 von der Positionsbeziehung zwischen dem Vorspannungsmagneten55 und dem Magnetsensorchip51 ab. Beim Ausrichten und Befestigen des Vorspannungsmagneten55 unter Verwendung des Klebematerials54 kann der Vorspannungsmagnet55 während der Aushärtung des Klebematerials54 verschoben werden, wodurch das zusätzliche Problem entsteht, daß sich die Erfassungsgenauigkeit verringert. Andererseits kann der Vorspannungsmagnet55 auch in dem ausgeformten Gehäuse vorgesehen sein, wie es in dem modifizierten Beispiel der10B gezeigt ist. In diesem Fall kann die Größe des Magnetsensors50 verringert werden. Der Vorspannungsmagnet55 muß jedoch am Leitungsrahmen52 ausgerichtet und danach an diesem befestigt werden. Dieses verursacht das weitere Problem, dass der Herstellungsprozess verkompliziert und die Anzahl der benötigten Komponenten erhöht wird. - Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Magnetsensor und ein Verfahren zur Herstellung desselben bereitzustellen, wobei der Magnetsensor kleiner ist und seine Verschiebung geringer ist, um dadurch eine verbesserte Erfassungsgenauigkeit bereitzustellen, und wobei der Magnetsensor mit einer geringeren Anzahl von Mannstunden und Komponenten hergestellt werden kann.
- Die Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Abhängige Ansprüche sind auf bevorzugte' Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gerichtet.
- Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält ein Magnetsensor einen Magnetsensorchip, ein Chipanbringungselement, auf dem der Magnetsensorchip angebracht ist, ein Klebematerial zum Verbinden des Magnetsensorchips mit dem Chipanbringungselement, ein Kapselma terial zum Kapseln des Magnetsensorchips und einen Magnetfelderzeugungsabschnitt, der durch Magnetisieren zumindest des Chipanbringungselements, des Klebematerials oder des Kapselmaterials ausgebildet ist.
- Dieses Merkmal ermöglicht es, dass der Magnetfelderzeugungsabschnitt, der ansonsten außerhalb des ausgeformten Gehäuses vorgesehen ist, innerhalb des ausgeformten Gehäuses ausgebildet ist, wodurch die Größe des Sensors durch die Dimensionen des Magnetfelderzeugungsabschnitts verringert wird. Außerdem bildet, obwohl die herkömmliche Technik das Klebematerial zum Verbinden des Magnetfelderzeugungsabschnitts mit dem ausgeformten Material verwendet, die Erfindung den Magnetfelderzeugungsabschnitt durch direktes Magnetisieren zumindest des Chipanbringungselements, des Klebematerials oder des Kapselmaterials aus. Dieses ermöglicht es, Verschiebungen während der Aushärtung des Klebematerials zu eliminieren, wodurch eine verbesserte Erfassungsgenauigkeit ermöglicht wird. Da das Chipanbringungselement, das Klebematerial oder das Kapselmaterial den Vorspannungsmagneten bilden kann, kann die Anzahl der Komponenten im Vergleich zu dem Fall, in dem ein getrennt vorbereiteter Vorspannungsmagnet verwendet wird, verringert werden.
- Ein Magnetsensor gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ermöglicht es, das Kapselmaterial an einem Abschnitt gegenüber der Position, an der der Magnetsensorchip angebracht ist, zu magnetisieren. Gemäß diesem Merkmal ist der Magnetfelderzeugungsabschnitt in der Nähe des Magnetsensorchips ausgebildet, wodurch die vom Magneten benötigte Magnetkraft verringert werden kann.
- Ein Magnetsensor gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ermöglicht es, das Kapselmaterial an einem Abschnitt zu magnetisieren, der an der Anbringungsseite des Magnetsenorchips und an einer Seite des Magnetsensorchips angeordnet ist. Gemäß diesem Merkmal kann der Magnetfelderzeugungsabschnitt dichter beim Magnetsensorchip vorgesehen werden, wodurch die vom Magneten benötigte Magnetkraft weiter verringert werden kann.
- Ein Magnetsensor gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung ermöglicht es, das Chipanbringungselement an einem Abschnitt zu magnetisieren, auf dem der Magnetsensorchip angebracht ist. Gemäß diesem Merkmal kann, da das Chipanbringungselement als Magnetfelderzeugungsabschnitt verwendet wird, der herkömmlicherweise verwendete Leitungsrahmen auch verwendet werden, um den Magnetfelderzeugungsabschnitt auszubilden, wodurch die Herstellung erleichtert wird.
- Ein Magnetsensor gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung ermöglicht es, das Klebematerial auf einer Oberfläche auszubilden, auf dem der Magnetsensorchip angebracht ist, und dieses insgesamt zu magnetisieren. Gemäß diesem Merkmal kann der Magnetfelderzeugungsabschnitt dichter am Magnetsensorchip vorgesehen werden, wodurch die vom Magneten benötigte Magnetkraft verringert werden kann.
- Ein Magnetsensor gemäß einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält einen Magnetsensorchip, ein Chipanbringungselement zum daran Anbringen des Magnetsensorchips, mit einem magnetisierten Abschnitt, auf dem der Magnetsensorchip angebracht ist, ein magnetisiertes Klebematerial zum Verbinden des Magnetsensorchips mit dem Chipanbringungselement und ein Kapselmaterial zum darin Kapseln des Magnetsensorchips, wobei das Kapselmaterial, auf einer Oberfläche gegenüber der Anbringungsoberfläche des Magnetsensorchips auf dem Chipanbringungselement ei nen magnetisierten Abschnitt aufweist und wobei der magnetisierte Abschnitt des Kapselmaterials dem magnetisierten Abschnitt des Chipanbringungselements entspricht. Gemäß diesem Merkmal wird, da das auf der Rückseite des Magnetsensorchipanbringungsabschnitts ausgebildete Element als Magnetfelderzeugungsabschnitt dient, das Volumen des Magnetfelderzeugungsabschnitts erhöht, wodurch es ermöglicht wird, daß der Vorspannungsmagnet eine größere Magnetkraft erzeugt.
- Ein Verfahren zur Herstellung des Magnetsensors gemäß einem der ersten bis sechsten Aspekte entspricht einem der siebten bis dreizehnten Aspekte der vorliegenden Erfindung mit Ausnahme des unten beschriebenen zehnten Aspekts. Das Verfahren kann denselben Betrieb und dieselben Wirkungen wie die oben mit Bezug auf die ersten bis sechsten Aspekte beschriebenen bereitstellen, die nicht noch einmal erläutert werden.
- In einem Verfahren zur Herstellung eines Magnetsensors gemäß dem zehnten Aspekt der Erfindung ist der Magnetsensor mit einem Chipanbringungselement versehen, das einen vorbestimmten Abschnitt aufweist, der in seiner Gestalt in Bezug auf dessen Umfangsabschnitt verringert ist, damit der vorbestimmte Abschnitt hochohmig wird. Das Verfahren enthält außerdem den Schritt: Ermöglichen, dass ein großer Strom durch das Chipanbringungselement fließt, während extern ein Magnetfeld an den gekapselten Magnetsensorchip angelegt wird, wodurch Wärme an dem Abschnitt des Chipanbringungselements erzeugt wird, der in seiner Gestalt verringert ist, um die Nachbarschaft des in der Gestalt verringerten Abschnitts zu magnetisieren. Gemäß diesem Merkmal kann ein gewünschter Abschnitt innerhalb des Kapselmaterials magnetisiert werden.
- In einem Verfahren zur Herstellung eines Magnetsensors gemäß einem vierzehnten Aspekt der Erfindung wird der magnetisierte Abschnitt einmal entmagnetisiert und danach magnetisiert. Gemäß diesem Merkmal ermöglicht die Entmagnetisierung sogar dann eine erneute Ausrichtung, wenn eine Verschiebung auftritt, nachdem der gewünschte Abschnitt ausgerichtet und magnetisiert wurde.
- Weitere Bereiche der Anwendung der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung verdeutlicht. Die detaillierte Beschreibung und die beschriebenen Ausführungsformen sind nur beispielhaft und dienen nicht zur Beschränkung des Bereichs der Erfindung, wie er in den Ansprüchen definiert ist, nicht.
- Die vorliegende Erfindung wird im folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
-
1 einen Querschnitt der Anordnung eines Magnetsensors und eines Magnetrotors gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, -
2A eine Draufsicht eines Magnetsensorchips gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, -
2B ein Schaltungsdiagramm der Anordnung von MRE-Brücken gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, -
3A ein Kennliniendiagramm der Kennlinie der MRE-Brücken, die in richtiger Ausrichtung zu einem Vorspannungsmagneten gemäß der vorliegenden Erfindung angeordnet sind, -
3B ein Kennliniendiagramm der Kennlinie der MRE-Brücken, die in ungenauer Ausrichtung zum Vorspannungsmagneten angeordnet sind, -
4A einen Querschnitt einer Ein-Chipstruktur eines MRE-Formationsbereichs und eines Verarbeitungs-Schaltungsformationsbereichs aus einem MOSFET oder ähnlichem im Magnetsensorchip gemäß der vorliegenden Erfindung, -
4B einen Querschnitt einer Ein-Chipstruktur des MRE-Formationsbereichs und eines Verarbeitungs-Schaltungsformationsbereichs aus einem Bipolartransistor oder ähnlichem im Magnetsensorchip, -
5 ein Diagramm der Kennlinien der Beziehung zwischen der Magnetkraft und der Widerstandsänderung eines MRE-Vorspannungsmagneten, -
6 einen Querschnitt der Struktur eines Magnetsensors gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, -
7 einen Querschnitt der Struktur eines Magnetsensors gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, -
8 einen Querschnitt der Struktur eines Magnetsensors gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, -
9 einen Querschnitt der Struktur eines Magnetsensors gemäß einer 'fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, -
10A einen Querschnitt der Struktur eines Magnetsensors gemäß dem Stand der Technik, und -
10B einen Querschnitt eines modifizierten Beispiels der10A des Stands der Technik. - (Erste Ausführungsform)
- Im folgenden wird die vorliegende Erfindung mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen anhand eines Magnetsensors gemäß einer ersten Ausführungsform beschrieben.
1 zeigt einen Querschnitt eines Magnetsensors und eines Magnetrotors (ein zu erfassendes Objekt) gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.2A ist eine Draufsicht des Magnetsensorchips gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, während2B ein Schaltungsdiagramm des Schaltungsaufbaus eines Magneto-Widerstandsmusters gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. - Diese Ausführungsform stellt einen Magnetsensor
1 bereit, der als Rotationsdetektor zum Erfassen der Rotation eines zu erfassenden rotierenden Objekts (einschließlich Zahnrädern) wie z.B. als ein Motorrotationssensor, ein Kurbelwinkelsensor, ein Nockenwinkelsensor, ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor, ein AT-Sensor oder ein Radgeschwindigkeitssensor verwendet werden kann. In1 ist an der rechten Seite eines als Zahnrad ausgebildeten (dessen Zähne nicht gezeigt sind) Magnetrotors (ein zu erfassendes Objekt)8 der Magnetsensor1 in einem bestimmten Abstand gegenüber dem Magnetrotor8 angeordnet. Der Magnetrotor8 ist über eine Drehwelle7 mit einem schnell rotierenden Rotationskörper (nicht gezeigt) (spinning body) gekoppelt. Der Magnetsensor1 enthält einen Magnetsensorchip2 , einen Leitungsrahmen3 , und ein ausgeformtes Material5 . Ein Abschnitt des ausgeformten Materials5 ist magnetisiert, um als Vorspannungsmagnet6 zur Erzeugung eines Vorspannungsmagnetfelds zu dienen. - Wie es in
2A gezeigt ist, besitzt der Magnetsensorchip2 eine Ein-Chipstruktur, die ein Substrat9 enthält, auf den MRE-Brücken10 ,11 und eine Verarbeitungsschaltung17 ausgebildet sind. Die MRE-Brücken10 ,11 enthalten MREs12 –15 , während die Verarbeitungsschaltung17 einen Differenzverstärker18 , einen Vergleicher19 und ähnliches enthält, die im Stand der Technik bekannt sind. Die Mittellinie2a des Magnetsensorchips2 liegt auf der magnetischen Mitte2b eines Magnetfelds, das vom Vorspannungsmagneten6 erzeugt wird. Die MRE-Brücken10 ,11 sind symmetrisch um die Chip-Mittellinie2a angeordnet. Außerdem besitzen die MRE-Brücken10 ,11 jeweils eine Kammstruktur, die durch aufeinanderfolgendes Zurückfalten einer Leiterbahn bzw. -spur ausgebildet wird, um abwechselnd mehrere längere und kürzere Seiten für die Verbindung zu definieren. - Die MREs
12 –15 sind so aufgebaut, daß die MREs12 ,13 in Serie geschaltet sind, die MREs14 ,15 auch in Serie geschaltet sind und die MREs12 ,14 an der Energieversorgungsseite und die MREs13 ,15 an der Masseseite symmetrisch um die Mittellinie2a des Magnetsensorchips2 angeordnet sind. Die MREs12 ,13 und MREs14 ,15 , die jeweils in Serie geschaltet sind, sind so angeordnet, daß ihre Erfassungsachsen einen jeweiligen Winkel von 45 und –45° zur magnetischen Mitte2b des vom Vorspannungsmagneten6 erzeugten Magnetfeldes aufweisen, d.h. die Erfassungsachsen bilden wie bei Gestalt eines japanischen Zeichens "HA" einen Winkel von 90 Grad zueinander. Dieses ermöglicht eine vektorielle Änderung des Vorspannungsmagnetfeldes, was zu vergrößerten Potentialänderungen an den beiden Mittelpunkten zwischen den seriell geschalteten MREs12 und13 und den seriell geschalteten MREs14 und15 führt. - Wie es in der
2B gezeigt ist, bilden die ersten und zweiten MRE-Brücken10 ,11 eine Brückenschaltung16 , bei der die erste MRE-Brücke10 einen Stromfluß vom MRE12 in Richtung des MRE13 ermöglicht und die zweite MRE-Brücke11 einen Stromfluß vom MRE14 in Richtung des MRE15 ermöglicht. Die Brückenschaltung16 verwendet ein Mittelpunktpotential Va zwischen den MREs12 und13 als Ausgang der MRE-Brücke10 und ein Mittelpunktpotential Vb zwischen den MREs14 und15 als Ausgang der MRE-Brücke11 . - Der wie oben beschrieben aufgebaute Magnetsensor
1 wird wie folgt betrieben. Zunächst bewirkt der sich in einer gegebenen Richtung drehende Magnetrotor8 , daß sich seine Umfangsköpfe (vorstehende Abschnitte) und -täler (Einschnittsabschnitte) dem Vorspannungsmagnet6 abwechselnd nähern. Dieses bewirkt, daß ein vom Vorspannungsmagneten6 erzeugtes Vorspannungsmagnetfeld durch den vorstehenden Abschnitt angezogen und dadurch verändert wird. Gleichzeitig wird der durch die MREs12 –15 laufende Magnetvektor in Richtung der Drehung des Magnetrotors8 abgelenkt, wodurch aufgrund der Änderung der Richtung des Magnetvektors Widerstandsänderungen der MREs12 –15 verursacht werden. Dieses führt zu Änderungen der Ausgänge Va, Vb der beiden MRE-Brückenpaare10 und11 . - Diese Ausgänge Va, Vb werden dem Differenzverstärker
18 , der in der Verarbeitungsschaltung17 angeordnet ist, zugeführt. Der Differenzverstärker18 verstärkt die Mittelpunktpotentiale Va, Vb der beiden MRE-Brücken10 ,11 differentiell und gibt das Ergebnis aus. Ein vom Differenzverstärker18 verstärktes und danach dem Vergleicher19 zugeführtes Signal wird durch einen Größenvergleich mit einer vorbestimmten Schwellenspannung binär kodiert. Dieses ermöglicht es, den Ausgang der Verarbeitungsschaltung17 als Ausgang des Magnetsensors1 zu verwenden, wodurch der Drehzustand des Magnetrotors8 erfaßt wird. - Die im Differenzverstärker
18 oder ähnlichem durchgeführte binäre Kodierung von Sensorausgängen zur Bereitstellung des binären Ausgangs wirft ein Problem hinsichtlich der Größe der Verschiebung der Anstiegs- und Abfall-Flanken des binären Ausgangs auf, da die Größe der Verschiebung der Flanken die Erfassungsgenauigkeit der Sensoren beeinflusst. Einer der Faktoren, die einen Einfluss auf die Verschiebung der Kanten haben, ist die Positionsbeziehung zwischen den MRE-Brücken10 ,11 und dem Vorspannungsmagneten6 .3A ist ein Kennliniendiagramm der MRE-Brücken10 ,11 , die in richtiger Ausrichtung zum Vorspannungsmagneten6 angeordnet sind.3B ist ein Kennliniendiagramm der MRE-Brücken10 ,11 , die in ungenauer Ausrichtung zum Vorspannungsmagneten6 angeordnet sind. - Wie es in den
3A und3B gezeigt ist, verändert sich der Sensorausgang aufgrund einer Verschiebung des Vorspannungsmagneten6 in Bezug auf die MRE-Brücken10 ,11 , wenn ein sinusförmiges Sensorausgangssignal (verstärktes Signal) in ein unter Verwendung des vorbestimmten Schwellenwerts binär kodiertes Signal umgewandelt wird. Diese Veränderung des Sensorausgangs kann dazu führen, daß ein tatsächlicher Schwellenwert vom wahren Schwellenwert z.B. um eine vorbestimmte Potentialdifferenz ΔV (mV) (ein fehlerhafter Schwellenwert) abweicht. Diese Abweichung des Schwellenwerts verursacht im Vergleich zu dem Fall einer binären Kodierung, die den wahren Schwellenwert verwendet, eine Verschiebung der Position der Anstiegs- und Abfall-Flanken. - Wie es in
3A gezeigt ist, besitzt der Sensorausgang unter Einhaltung einer richtigen Ausrichtung der MRE-Brücken 10, 11 zum Vorspannungsmagneten6 einen großen Betrag zum Ablenken des Magnetvektors, wobei das Ausgangssignal einen steilen Gradienten aufweist. Dementsprechend wird der Betrages der Verschiebung eines binär kodierten Signal (gepulstes Signal) an seiner Flankenposition verringert, wodurch ein gewünschter Pegel einer Erfassungsempfindlichkeit bereitgestellt wird. Wie es in3B gezeigt ist, besitzt der Sensorausgang jedoch bei einer ungenauen Ausrichtung der MRE-Brücken10 ,11 zum Vorspannungsmagneten6 eine kleine Größe zum Ablenken des Magnetvektors, wobei das Ausgangssignal einen schrägen bzw. flacheren Gradienten aufweist. Dieses verursacht sogar dann eine Erhöhung des Betrags der Kantenverschiebung und einen Abfall des Pegels der Erfassungsempfindlichkeit, wenn der Betrag der Schwellenwertverschiebung ΔV der gleiche wie im Falle der3A ist. - Im folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung des Magnetsensors
1 erläutert. Die4A und4B sind Querschnitte des Magnetsensorchips2 , der eine Ein-Chipstruktur aufweist. Zunächst wird, wie es in4A gezeigt ist, ein Fall beschrieben, bei dem ein MRE-Formationsbereich20 und ein Verarbeitungs-Schaltungsformationsbereich21 einschließlich einem MOSFET und ähnlichem in einer Ein-Chipstruktur ausgebildet werden. In dem Magnetsensorchip2 besteht das Substrat9 aus Silizium. Der MRE-Formationsbereich 20 im Magnetsensorchip2 besitzt einen auf dem Siliziumsubstrat vom N-Typ9 abgeschiedenen LOGOS-Oxidfilm22 mit einem ferromagnetischen dünnen Film23 , der aus einer Ni-Co-Legierung oder Ni-Fe-Legierung ausgebildet und als MRE auf dem LOGOS-Oxidfilm22 durch ein bekanntes Vakuumabscheidungsverfahren abgeschieden wird. Auf dem ferromagnetischen dünnen Film23 ist ein Siliziumoxidfilm24 aus gebildet. Der ferromagnetische dünne Film23 ist durch Kontaktlöcher25a ,25b mit Aluminiumleiterbahnmaterialien26a ,26b verbunden. - Der Verarbeitungs-Schaltungsformationsbereich
21 besitzt einen P-Wannenbereich27 , der an einem Oberflächenschichtabschnitt des Siliziumsubstrats vom N-Typ9 ausgebildet ist. Oben auf dem P-Wannenbereich27 ist nicht der LOCOS-Oxidfilm22 , sondern ein dünner Gate-Siliziumoxidfilm29 ausgebildet. Auf dem Gate-Siliziumoxidfilm29 ist eine Polysilizium-Gateelektrode32 ausgebildet. Auf einem Oberflächenschichtabschnitt des P-Wannenbereichs27 an beiden Seiten der Polysilizium-Gateelektrode22 sind ein Sourcebereich vom N-Typ30 und ein Drainbereich vom N-Typ31 ausgebildet, die durch Kontaktlöcher33a ,33b mit Aluminiumleiterbahnenmaterialien34 ,35 verbunden sind. Auf diese Weise wird ein N-Kanal-MOS-Transistor Tr ausgebildet, der in Verbindung mit einem Widerstand (nicht gezeigt) oder ähnlichem einen Operationsverstärker (den Verstärker18 ) bildet. Es ist auch möglich, im MOS-Prozess einen Verstärkungsbestimmungsrückführwiderstand, einen Verstärkungsbestimmungseingangswiderstand oder ähnliches auszubilden. - Im folgenden wird, wie es in
4B gezeigt ist, ein Fall beschrieben, bei dem der MRE-Formationsbereich20 und der Verarbeitungs-Schaltungsformationsbereich21 einschließlich einem Bipolartransistor oder ähnlichem in einer Ein-Chipstruktur ausgebildet sind. Für den Verarbeitungs-Schaltungsformationsbereich21 sind eine eingebettete N+-Schicht40 und eine epitaktische N–-Schicht41 auf der Hauptoberfläche des Siliziumsubstrats9 ausgebildet. Auf der Hauptoberfläche der epitaktischen N–-Schicht41 wird ein Siliziumoxidfilm42 unter Verwendung eines CVD-Verfahrens abgeschieden. Danach wird der Siliziumoxidfilm42 unter Verwendung eines gewünschten Schal tungsmusters einem Foto-Ätzverfahren unterzogen und danach dotiert, um einen P+-Vorrichtungsisolierbereich43 , einen P+-Diffusionsbereich44 und N+-Diffusionsbereiche45 ,46 zu bilden. Auf diese Weise wird ein NPN-Bipolartransistor aus der eingebetteten N+-Schicht40 , der epitaktischen N–-Schicht41 , dem P+-Bereich44 und den N+-Diffusionsbereichen45 ,46 ausgebildet. - Danach wird ein Kontaktabschnitt auf dem Siliziumoxidfilm
42 im MRE-Formationsbereich20 ausgebildet. Ein Dünnfilm-Aluminiumleiterbahnmaterial47 wird auf die Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats vom P-Typ9 aufgedampft und danach zur Bemusterung einem Foto-Ätzverfahren unterzogen. Zusätzlich wird auf dem Siliziumoxidfilm42 mit dem Aluminiumleiterbahnmaterial47 ein ferromagnetischer Dünnfilm48 , der z.B. aus einer Ni-Co-Legierung oder einer Ni-Fe-Legierung ausgebildet ist, als MRE mittels eines bekannten Vakuumabscheideverfahrens abgeschieden. Der NPN-Transistor, der auf der Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats vom P-Typ9 ausgebildet ist, und Schaltungskomponenten (nicht gezeigt) wie z.B. ein PNP-Transistor, ein Diffusionswiderstand und eine Kapazität sind unter Verwendung des Aluminiumleiterbahnmaterials47 elektrisch verbunden, um als elektrische Schaltung zu dienen. - Der auf diese Weise ausgebildete Magnetsensorchip
2 wird an einer gewünschten Position am Leitungsrahmen3 angeordnet, mit einem Klebematerial4 daran befestigt und danach mit dem Leitungsrahmen3 mittels eines Leitungsdrahtes L elektrisch verbunden. Der Leitungsrahmen3 mit dem daran befestigten Magnetsensorchip2 wird dann innerhalb einer Form (mold) angeordnet, die eine vorbestimmte Gestalt aufweist, und durch Ausformen (molding) im ausgeformten Material5 eingekapselt. Danach wird ein vorbestimmter Abschnitt des ausgeformten Materials5 magneti siert, um den Vorspannungsmagneten6 zu bilden. Hier wird ein warmfestes Harz wie z.B. PPS (Polyphenylensulfid) mit einem magnetischen Puder wie z.B. einem Ferrit gemischt als ausgeformtes Material5 verwendet. - Im folgenden wird der Vorspannungsmagnet
6 genauer beschrieben. Das ausgeformte Material5 wird unter Verwendung eines großen Stroms magnetisiert, wobei der Magnetsensor1 in einer vorbestimmten Lücke des Magnetjoches, der in der Gestalt eines Ringspulenkernes ausgebildet ist, angeordnet wird, um sofort ein Magnetfeld zu errichten, das in der Lücke ist größer als oder gleich 1 × 106 (A/m). Wie oben beschrieben ist, bildet andererseits die Positionsbeziehung zwischen dem Vorspannungsmagneten6 und den MRE-Brücken10 ,11 einen der Faktoren, die einen Einfluss auf die Erfassungsgenauigkeit des Sensors haben. Dementsprechend ist es notwendig, den Vorspannungsmagneten6 in optimaler Ausrichtung zu den MRE-Brücken10 ,11 zu magnetisieren. - Die optimale Ausrichtung kann wie folgt erreicht werden. Die Magnetkennlinien der MREs
12 –15 , die die MRE-Brücken10 ,11 bilden, geben den maximalen Widerstand an, wenn ein Magnetfeld in Richtung der längeren Seiten des kammförmigen MRE-Musters angelegt wird, und den minimalen Widerstand, wenn ein Magnetfeld in Richtung der kürzeren Seiten angelegt wird. Dieses bedeutet, daß beim rotierenden Magnetfeld eine große Änderung des MRE-Widerstandes auf sehr wirksame Weise bei einem Winkel von 45° zwischen der Richtung des Vorspannungsmagnetfeldes und des MRE-Musters erhalten wird. Daher wird der Vorspannungsmagnet6 so angeordnet, daß das Vorspannungsmagnetfeld zum Vorspannen in einem Winkel von 45° zu den MREs12 –15 geneigt ist. Die Erfassungsvorrichtung ist nicht auf die Anwendung eines MRE begrenzt, sondern es kann auch ein Magneto-Widerstandskopf verwendet werden. - Außerdem zeigt
5 die Magnetfeldstärke des Vorspannungsmagneten6 betreffend ein Kennliniendiagramm der Beziehung zwischen der Magnetfeldstärke und der Änderung des Widerstands des MRE-Vorspannungsmagneten. Wie es in5 gezeigt ist, besitzt das MRE einen Ausgangswiderstand mit einer Hysterese. Dementsprechend, um es als den Magnetsensor zu verwenden, eine Magnetfeldstärke im Bereich, in dem der Ausgangswiderstand gesättigt ist (etwa 100 Gauss oder mehr) unter Berücksichtigung der Reproduzierbarkeit. Andererseits ist die Magnetfeldstärke bei größeren Abständen zwischen den S- und N-Polen und mit einer größeren Permeanz des Magneten größer. - Wie oben beschrieben ist, ermöglicht es diese Ausführungsform, daß der Magnetfelderzeugungsabschnitt, der herkömmlicherweise außerhalb des Ausformgehäuses vorgesehen ist, innerhalb des Ausformgehäuses ausgebildet werden kann, wodurch die Größe des Sensors durch die Dimensionen des Magnetfelderzeugungsabschnitts verringert wird. Obwohl der Magnetfelderzeugungsabschnitt im Stand der Technik mittels eines Klebematerials mit dem ausgeformten Material verbunden wird, ermöglicht es diese Ausführungsform außerdem, daß der Magnetfelderzeugungsabschnitt durch direktes Magnetisieren zumindest des Chipanbringungselements, des Klebematerials oder des Kapselmaterials ausgebildet werden kann. Dieses eliminiert Verschiebungen, die ansonsten beim Aushärten des Klebematerials auftreten würden, wodurch eine verbesserte Erfassungsgenauigkeit bereitgestellt werden kann. Da der Vorspannungsmagnet außerdem aus dem Chipanbringungselement, dem Klebematerial oder dem Kapselmaterial besteht, ist es möglich, die Anzahl der Komponenten im Vergleich zu dem Fall, in dem ein getrennt vorbereiteter Vorspannungsmagnet verwendet wird, zu verringern.
- (Zweite Ausführungsform)
- Im folgenden wird die vorliegende Erfindung mit Bezug auf
6 entsprechend einer zweiten Ausführungsform beschrieben. Die Abschnitte der zweiten Ausführungsform, die denjenigen der ersten Ausführungsform entsprechen, werden nicht genau erläutert. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform darin, daß der Vorspannungsmagnet6 an einem Abschnitt an einer Seite des Magnetsensorchips2 ausgebildet ist. - Ein Verfahren gemäß dieser Ausführungsform nutzt die Eigenschaft aus, daß ein Magnetmaterial weniger magnetisiert wird, wenn seine Curie-Temperatur erreicht ist, wodurch es leicht von außen beeinflußt wird. Zum Erreichen der Curie-Temperatur ist der Leitungsrahmen
3 mit einem Wärmeerzeugungsabschnitt versehen, der einen Teil des Leitungsrahmens3 bildet und in seiner Gestalt verringert ist, damit er einen erhöhten Widerstand aufweist und durch einen großen hindurch fließenden Strom Wärme erzeugt. Dieser Wärmeerzeugungsabschnitt wird innerhalb des Leitungsrahmens3 in der Nähe der optimalen Position, an der der zuvor genannten Vorspannungsmagnet6 wünschenswerterweise ausgebildet wird, ausgebildet. - Zunächst wird der Magnetsensorchip
2 wie in der ersten Ausführungsform an einer gewünschten Position am Leitungsrahmen3 angeordnet und mit dem Klebematerial4 daran angebracht und danach mit dem Leitungsrahmen3 mittels des Leitungsdrahtes L elektrisch verbunden. Der am Leitungsrahmen3 angebrachte Magnetsensorchip2 wird dann durch Ausformen im ausgeformten Material5 eines warmfesten Harzes wie z.B. PPS (Polyphenylensulfid) mit einem Magnetpuder wie z.B. Ferrit gemischt eingekapselt. Danach wird ein großer Stromfluss durch den Leitungsrahmen3 ermöglicht, während ein Magnetfeld an den Magnetsensor1 , der durch Ausformen eingekapselt wurde, angelegt wird. Dieses bewirkt, daß der Wärmeerzeugungsabschnitt des Leitungsrahmens3 Wärme erzeugt und daß sich die Temperatur des ausgeformten Materials5 in der Nähe des Wärmeerzeugungsabschnitts erhöht. Dieses bewirkt weiterhin, dass das ausgeformte Material5 in der Nähe des Wärmeerzeugungsabschnitts magnetisiert wird, wodurch der Vorspannungsmagnet6 ausgebildet wird. - Wie oben beschrieben ist, ermöglicht es diese Ausführungsform, daß der Vorspannungsmagnet
6 in der Nähe des Magnetsensorchips2 ausgebildet werden kann, wodurch die vom Magneten benötigte Magnetkraft verringert werden kann. Außerdem es ermöglicht der Leitungsrahmen3 mit dem Wärmeerzeugungsabschnitt gemäß dieser Ausführungsform, daß der Vorspannungsmagnet6 an einer gewünschten Position innerhalb des ausgeformten Materials ausgebildet werden kann. - (Dritte Ausführungsform)
- Im folgenden wird die vorliegende Erfindung mit Bezug auf
7 gemäß einer dritten Ausführungsform beschrieben. Die Abschnitte der dritten Ausführungsform, die denen der zuvor genannten Ausführungsformen entsprechen, werden nicht genauer beschrieben. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von den zuvor genannten Ausführungsformen darin, daß der Vorspannungsmagnet6 im Leitungsrahmen3 ausgebildet ist. - Ein Verfahren gemäß dieser Ausführungsform enthält den Schritt: Verwenden eines Magnetjochs zum Magnetisieren der optimalen Position, die zum Ausbilden des zuvor genannten Vorspannungsmagneten 6 im Leitungsrahmen
3 , der aus bekanntem Kupfer oder 42NiFe oder ähnlichem besteht, gewünscht ist, wodurch der Vorspannungsmagnet6 ausgebil det wird. Auf diese Weise wird der Leitungsrahmen3 als Vorspannungsmagnet6 verwendet. Somit kann ein herkömmlich verfügbarer Leitungsrahmen3 verwendet werden, um den Vorspannungsmagneten6 ohne Mischung mit Magnetpuder im ausgeformten Material5 auszubilden, wodurch die Herstellung erleichtert wird. - (Vierte Ausführungsform)
- Im folgenden wird die vorliegende Erfindung mit Bezug auf
8 gemäß einer vierten Ausführungsform beschrieben. Die Abschnitte der vierten Ausführungsform, die denen der zuvor genannten Ausführungsformen entsprechen, werden nicht genauer erläutert. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von den zuvor genannten Ausführungsformen darin, daß der Vorspannungsmagnet6 im Klebematerial4 ausgebildet ist. Ein Verfahren gemäß dieser Ausführungsform enthält die Schritte: Mischen von Magnetpuder wie z.B. Ferrit in ein Klebematerial auf Epoxidbasis, Silikonbasis oder Polyimidbasis, und Verwenden eines Magnetjochs zum Magnetisieren der optimalen Position, die zum Formen des zuvor genannten Vorspannungsmagneten 6 im Klebematerial4 gewünscht ist, wodurch der Vorspannungsmagnet6 ausgebildet wird. Auf diese Weise wird das Klebematerial4 als Vorspannungsmagnet6 verwendet. Dieses ermöglicht es, den Vorspannungsmagneten6 dicht am Magnetsensorchip2 auszubilden, wodurch es möglich wird, die vom Magneten benötigte Magnetkraft zu verringern. - (Fünfte Ausführungsform)
- Im folgenden wird die vorliegende Erfindung mit Bezug auf
9 gemäß einer fünften Ausführungsform beschrieben. Diejenigen Abschnitte der fünften Ausführungsform, die denen der zuvor genannten Ausführungsformen entsprechen, werden nicht genauer erläutert. Diese Ausführungs form unterscheidet sich von vorgenannten Ausführungsformen darin, daß der Vorspannungsmagnet6 in dem Klebematerial4 , dem Leitungsrahmen3 und dem ausgeformten Material5 ausgebildet ist. - Ein Verfahren gemäß dieser Ausführungsform ist wie folgt ausgelegt: Zunächst wird das wie in der vierten Ausführungsform vorbereitete Klebematerial
4 auf den Leitungsrahmen3 aufgetragen, der wie in der dritten Ausführungsform ausgebildet ist, und dann wird der Magnetsensorchip2 unter Verwendung des Klebematerials4 darauf angebracht. Dann wird der am Leitungsrahmen3 angebrachte Magnetsensorchip2 durch Ausformen im ausgeformten Material5 wie in der ersten Ausführungsform beschrieben eingekapselt. Zusätzlich wird, wie es in der ersten Ausführungsform beschrieben ist, das Magnetjoch verwendet, um den gewünschten Abschnitt zu magnetisieren, wodurch der Vorspannungsmagnet ausgebildet wird. - Auf diese Weise dient der vorbestimmte Abschnitt im Klebematerial
4 , dem Leitungsrahmen3 und dem ausgeformten Material5 , die an der anderen Seite des Magnetsensorchips2 vorgesehen sind, als Vorspannungsmagnet6 . Dieses ermöglicht es, das Volumen des Vorspannungsmagneten6 zu erhöhen, wodurch es möglich wird, daß der Vorspannungsmagnet6 ein höheres Magnetfeld bereitstellt. - Die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt, wie oben beschrieben den Leitungsrahmen
3 , das Klebematerial4 und das ausgeformte Material5 zu magnetisieren. Einige dieser Komponenten können z.B. auch zum Magnetisieren derart kombiniert werden, daß der Leitungsrahmen3 und das Klebematerial4 oder das Klebematerial4 und das ausgeformte Material5 magnetisiert werden. Als ein modifiziertes Beispiel kann der Vorspannungsmagnet6 , der wie oben beschrieben einmal magnetisiert wurde, ent magnetisiert werden. Diese Entmagnetisierung ermöglicht es, daß der Vorspannungsmagnet6 sogar dann erneut positioniert werden kann, wenn er verschoben ist, nachdem er für die Magnetisierung ausgerichtet wurde. - Die Beschreibung der Erfindung ist nur beispielhaft, und Änderungen, die innerhalb des Bereichs der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen definiert ist, liegen, sind denkbar.
Claims (14)
- Magnetsensor (
1 ), der aufweist: einen Magnetsensorchip (2 ), ein Magnetanbringungselement, auf dem der Magnetsensorchip (2 ) angebracht ist, ein Klebematerial (4 ) zum Verbinden des Magnetsensorchips (2 ) mit dem Chipanbringungselement, ein Kapselmaterial zum Kapseln des Magnetsensorchips (2 ), und einen Magnetfelderzeugungsabschnitt, der durch Magnetisieren zumindest des Chipanbringungselements, des Klebematerials (4 ) oder des Kapselmaterials ausgebildet ist. - Magnetsensor (
1 ) nach Anspruch 1, wobei das Kapselmaterial an einem Abschnitt gegenüber der Position, an der der Magnetsensorchip (2 ) angebracht ist, magnetisiert wird. - Magnetsensor (
1 ) nach Anspruch 1, wobei das Kapselmaterial an einem Abschnitt, der an einer Seite des Magnetsensorchips (2 ) angeordnet ist, magnetisiert wird. - Magnetsensor (
1 ) nach Anspruch 1, wobei das Chipanbringungselement an einem Abschnitt, an dem der Magnetsensorchip (2 ) angebracht ist, magnetisiert wird. - Magnetsensor (
1 ) nach Anspruch 1, wobei das Klebematerial an einer Oberfläche, an der der Magnetsensorchip (2 ) angebracht ist, ausgebildet und vollständig magnetisiert wird. - Magnetsensor (
1 ), der aufweist: einen Magnetsensorchip (2 ), ein Magnetanbringungselement zum darauf Anbringen des Magnetsensorchips (2 ), mit einem magnetisierten Abschnitt, an dem der Magnetsensorchip (2 ) angebracht ist, ein magnetisiertes Klebematerial (4 ) zum Verbinden des Magnetsensorchips (2 ) mit dem Chipanbringungselement, und ein Kapselmaterial zum Kapseln des Magnetsensorchips (2 ) darin, wobei das Kapselmaterial einen magnetisierten Abschnitt an einer Oberfläche gegenüber der Anbringungsoberfläche des Magnetsensorchips (2 ) auf dem Chipanbringungselement aufweist und wobei der magnetisierte Abschnitt des Kapselmaterials dem magnetisierten Abschnitt des Chipanbringungselements entspricht. - Verfahren zur Herstellung eines Magnetsensors (
1 ), das aufweist: Anbringen eines Magnetsensorchips (2 ) an einem Chipanbringungselement unter Verwendung eines Klebematerials (4 ) zum Verbinden, Einkapseln des Chipanbringungselements und des daran angebrachten Magnetsensorchips (2 ) unter Verwendung eines Kapselmaterials, und Ausbilden eines Magnetfelderzeugungsabschnitts durch Magnetisieren mindestens des Chipanbringungselements, des Klebematerials oder des Kapselmaterials. - Verfahren zur Herstellung eines Magnetsensors (
1 ) nach Anspruch 7, wobei das Kapselmaterial an einem Abschnitt gegenüber der Position, an der der Magnetsensorchip (2 ) angebracht ist, magnetisiert wird. - Verfahren zur Herstellung eines Magnetsensors (
1 ) nach Anspruch 7, wobei das Kapselmaterial an einem Abschnitt, der an einer Seite des Magnetsensorchips (2 ) angeordnet ist, magnetisiert wird. - Verfahren zur Herstellung eines Magnetsensors (
1 ) nach Anspruch 9, wobei das Chipanbringungselement einen vorbestimmten Abschnitt aufweist, der in seiner Gestalt in Bezug auf seinen Umfangsabschnitt verringert ist, damit der vorbestimmte Abschnitt hochohmig wird, wobei das Verfahren außerdem aufweist: Ermöglichen eines großen Stromflusses durch das Chipanbringungselement, während extern ein Magnetfeld an den gekapselten Magnetsensorchip (2 ) angelegt wird, wodurch Wärme am in der Gestalt verringerten Abschnitt des Chipanbringungselements erzeugt wird, um die Nachbarschaft des in der Gestalt verringerten Abschnitts zu magnetisieren. - Verfahren zur Herstellung eines Magnetsensors (
1 ) nach Anspruch 7, wobei das Chipanbringungselement an einem Abschnitt, an dem der Magnetsensorchip (2 ) angebracht ist, magnetisiert wird. - Verfahren zur Herstellung eines Magnetsensors (
1 ) nach Anspruch 7, wobei das Klebematerial (4 ) an einer Oberfläche, an der der Magnetsensorchip (2 ) angebracht ist, ausgebildet und vollständig magnetisiert wird. - Verfahren zur Herstellung eines Magnetsensors (
1 ), das aufweist: Magnetisieren eines Abschnitts eines Chipanbringungselements, an dem ein Magnetsensorchip (2 ) angebracht ist, Magnetisieren eines Klebematerials (4 ) zum Verbinden des Magnetsensorchips (2 ) mit dem Chipanbringungselement, Anbringen des Magnetsensorchips (2 ) an dem Chipanbringungselement unter Verwendung des Klebematerials (4 ), Einkapseln des Chipanbringungselements und des darauf angebrachten Magnetsensorchips (2 ) unter Verwendung eines Kapselmaterials, und Magnetisieren eines Abschnitts des Kapselmaterials an einer Oberfläche gegenüber der Anbringungsoberfläche des Magnetsensorchips (2 ) am Chipanbringungselement, wobei der Abschnitt des Kapselmaterials dem magnetisierten Abschnitt des Chipanbringungselements entspricht. - Verfahren zur Herstellung eines Magnetsensors (
1 ) nach einem der Ansprüche 7 bis 13, wobei der magnetisierte Abschnitt einmal entmagnetisiert und dann wieder magnetisiert wird.
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