DE102005027766A1

DE102005027766A1 - Integriertes magnetisches Sensorbauteil

Info

Publication number: DE102005027766A1
Application number: DE200510027766
Authority: DE
Inventors: Horst Dr. Theuss; Jochen Dipl -Ing. Dangelmaier
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2005-06-15
Filing date: 2005-06-15
Publication date: 2006-12-28

Abstract

Ein Sensorbauteil dient zum Messen einer magnetischen Feldstärke. Es enthält einen Magneten (2) und einen Sensorhalbleiterchip (3), der die magnetische Feldstärke misst. Der Sensorhalbleiterchip (3) weist Kontaktflächen (13) auf seiner aktiven Oberseite auf und ist auf einer Oberseite des Magneten (2) angeordnet. Das Sensorbauteil enthält auch elektrische Außenanschlüsse (6), die von außerhalb des Sensorbauteils (1) zugänglich sind, und Innenverbindungselemente (5), über die die Außenanschlüsse (6) mit den Kontaktflächen (13) des Sensorhalbleiterchips (3) elektrisch in Verbindung stehen. Die Innenverbindungselemente (5) weisen auf der Oberfläche des Magneten (2) verlaufende Leiterbahnen auf. Das Sensorbauteil weist eine erste Moldmasse (4) auf, die eine gemeinsame Grenze mit dem Sensorhalbleiterchip (3) hat und den Sensorhalbleiterchip (3), den Magneten (2) und die Innenverbindungselemente (5) umgibt.

Description

Magnetische Sensoren messen magnetische Feldstärken und die Veränderungen von magnetischen Feldstärken. Typische magnetische Sensoren verwenden Sensorchips mit Hall- oder GMR (Gigant Magnetic Resistance) Elementen. Ein Sensorbauteil mit Hallelementen zeigt die US 6,366,194 . Ein Sensorchip, der Hallelemente enthält, befindet sich in einem Gehäuse und ist mit elektrisch leitenden Verbindungsstiften, die aus dem Gehäuse ragen, elektrisch verbunden. Das Sensorbauteil wird zur Ermittlung einer Rotorposition verwendet, indem er an einem Rotor angebracht wird, der Magnete an dem Sensorbauteil vorbeiführt.

Es ist auch bekannt, ein oben beschriebenen Sensorbauteil mit einem Dauermagneten in ein entsprechend geformtes Kunststoffteil einzulegen. Ein Kabel wird an die Verbindungsstifte angebracht und anschließend wird die Baugruppe aus Sensor, Magnet und Verbindungsstifte vergossen. Die Drehrate wird dadurch ermittelt, dass ein Rotor durch seine Drehung das magnetische Feld in der Nähe des Sensors verändert, indem er beispielsweise einen elektrischen Leiter, ein sogenanntes Geberrad, an dem Sensor vorbeiführt.

Entscheidend für Sensoren zur Messung der magnetischen Feldstärke ist die Empfindlichkeit. Die Empfindlichkeit beschreibt, welche Abweichungen des Magnetfelds zuverlässig gemessen werden können. Bei herkömmlichen Sensorbauteilen führt eine geringe Empfindlichkeit zu falschen Messergebnissen oder zu verminderten Ausbeuten bei der Herstellung der Sensorbauteile.

Es ist demnach Aufgabe de vorliegendenr Erfindung, ein Sensorbauteil zur Messung der magnetischen Feldstärke bereitzustellen, das eine hohe Empfindlichkeit aufweist. Es ist ferner Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Sensorbauteils zur Verfügung zu stellen.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.

Gemäß der Erfindung wird ein Sensorbauteil zum Messen der magnetischen Feldstärke bereitgestellt. Das Sensorbauteil weist einen Magneten und einen Sensorhalbleiterchip auf. Dieser Sensorhalbleiterchip misst die magnetische Feldstärke und ist über Kontaktflächen an seiner aktiven Oberseite elektrisch anschließbar. Der Sensorhalbleiterchip ist auf einer Oberseite des Magneten angeordnet.

Das Sensorbauteil weist zudem elektrische Außenanschlüsse, die von außerhalb des Sensorbauteils zugänglich sind, und Innenverbindungselemente auf. Die Außenanschlüsse sind über die Innenverbindungselemente mit den Kontaktflächen des Sensorhalbleiterchips elektrisch verbunden. Die Innenverbindungselemente verlaufen dabei auf der Oberfläche des Magneten.

Eine erste Moldmasse umgibt den Sensorhalbleiterchip, den Magneten und die Innenverbindungselemente. Die erste Moldmasse enthält zum Beispiel ein Epoxydharz. Die Kontaktflächen des Sensorhalbleiterchips sind somit von außen nur über die Außenanschlüsse zugänglich. Die erste Moldmasse hat eine gemeinsame Grenze mit dem Sensorhalbleiterchip. Dies bedeutet, dass die gleiche Moldmasse, die den Sensorhalbleiterchip umgibt, auch den Magneten und die Innenverbindungselemente umgibt. Unter dem Sensorhalbleiterchip wird in diesem Zusammenhang ein Chip ohne eine ihn umgebende Moldmasse verstanden.

Das Sensorbauteil bildet ein sogenanntes Modul aus Magnet, Sensorhalbleiterchip und den weiteren genannten Komponenten, die von der ersten Moldmasse umschlossen sind.

Dadurch, dass es nur eine gemeinsame Moldmasse für den Sensorhalbleiterchip und den Magneten gibt, kann der Sensorhalbleiterchip sehr nah an den Magneten angebracht werden. Dies bewirkt, dass das Magnetfeld im Sensorhalbleiterchip groß ist. Zudem kann der Abstand zwischen dem Sensorhalbleiterchip und dem Geberrad verringert werden. Im Gegensatz zu einem herkömmlichen Sensorbauteil bedarf es nur einer Moldmasse, die den Sensorhalbleiterchip umgibt. Eine zweite Moldmasse, die zusätzlich den Magneten umschließt und dabei aber den Abstand zwischen dem Sensorhalbleiterchip und der Oberfläche des Sensorhalbleiterbauteils vergrößert, ist hier nicht notwendig. Der kleine Luftspalt zwischen dem Sensorhalbleiterchip und dem Geberrad bewirkt, dass die Bewegung des Geberrads einen großen Einfluss auf das Magnetfeld im Sensorhalbleiterchip hat.

Durch das Verwenden nur einer Moldmasse bedarf es keines weiteren Kunststoffteils und keiner weiteren Moldmasse, was die Materialkosten für das Sensorbauteil verringert. Die kleineren Abstände zwischen dem Magneten und dem Sensorhalbleiterbauteil, sowie zwischen dem Sensorhalbleiterbauteil und dem Ge berrad bewirken zudem, dass der Einbau des Sensorhalbleiterbauteils in die Anwendung, z. B. als Drehratensensor an einem Rotor, leichter wird. Dies rührt daher, dass die Empfindlichkeit des Sensorbauteils nicht mehr so stark von dem Abstand zwischen Sensorhalbleiterbauteil und dem Geberrad abhängt. Dadurch wird das Prozessfenster beim Einbau des Sensorbauteils größer.

Der Sensorhalbleiterchip wird somit direkt auf dem Magneten gebondet, wodurch ein metallischer Chipträger, wie z. B. ein Flachleiterrahmen, entfällt.

Vorzugsweise ist der Magnet als ein Permanentmagnet ausgebildet. Ein solcher kann ein genügend starkes Magnetfeld erzeugen, das für die Empfindlichkeit des Sensors ausreicht.

Ein solcher Magnet kann aus einer Legierung, wie z. B. aus einer Al/Ni/Co-Legierung bestehen. Solche Legierungen haben sehr gute thermische Eigenschaften und zeigen eine gute mechanische Stabilität. Die Legierung Nd₂Fe₁₄B ermöglicht sehr hohe Feldstärken, hat einen hohen Energiewert sowie eine gute mechanische Widerstandsfähigkeit.

Die Legierungen aus Seltenerd-Kobalt, wie SmCo₅ und Sm₂Co₁₇, haben eine hohe magnetische Feldstärke, eine gute Langzeitstabilität und decken einen relativ hohen Temperaturbereich ab.

In einer weiteren Ausführungsform besteht der Magnet aus einem Hartferrit, beispielsweise aus einem Eisenoxyd mit Bariumoxyd oder Strontiumkarbonat. Ein solches hat einen günstigen Preis, oxidiert nicht und weist eine hohe Koerzitivfeldstärke auf.

Weist der Magnet kunststoffgebundene Permanentmagnete auf, lässt er sich in einer Vielzahl von Formen herstellen. Der Magnet besteht dabei aus einem Verbundmaterial aus Kunststoff und permanentmagnetischen Teilchen aus Legierungen oder Hartferriten Der Magnet kann in 3D Formteile verarbeitet werden, in die Aussparungen für Leiterbahnen vorgesehen werden. Solche Leiterbahnen können mittels der MID Technologie hergestellt werden. MID-Technologie bezeichnet ein Verfahren, bei dem Leiterbahnen und elektrische Bauteile unmittelbar und ohne zusätzliche Trägermaterialien auf einem Schaltungsträger montiert sind. Das Formteil kann so gestaltet werden, dass es sich gut in die Anwendung, z. B. eine Baugruppe mit Rotoren, einbauen lässt. Somit kann auch dort Platz gespart werden.

Besteht der Magnet aus einer Legierung, wird dieser in einer Ausführungsform der Erfindung mit einem Kunststoff beschichtet, auf dem die Leiterbahnen der Innenverbindungselemente angebracht werden, um die Legierung von den Innenverbindungselementen elektrisch zu isolieren.

Falls der Sensorhalbleiterchip mit seiner aktiven Oberseite zu dem Magneten gerichtet ist und die Kontaktflächen über Flip-Chip-Kontakte mit den Innenverbindungselementen elektrisch verbunden sind, vergrößert sich zwar der Spalt zwischen der aktiven Oberfläche des Sensorhalbleiterchips zu dem Geberrad. Allerdings wird ein Bonddraht, der über den Sensorhalbleiterchip ragt, eingespart. Bei geringen Chipdicken, z. B. bei Chipdicken kleiner als 150 μm, wird dadurch der Luftspalt weiter verringert.

Alternativ zeigt der Sensorhalbleiterchip mit seiner aktiven Oberseite vom Magneten weg und die Kontaktflächen werden über Bonddrähte mit den Innenverbindungselementen elektrisch verbunden. Dies empfiehlt sich besonders bei größeren Dicken des Sensorhalbleiterchips, um den Spalt zwischen dem Sensorhalbleiterchip und dem Magneten gering zu halten.

Weitere passive Bauteile, insbesondere Kondensatoren, können in das Sensorbauteil integriert sein, wobei diese weiteren Bauteile auch von der ersten Moldmasse umgeben sind. Dadurch können vorteilhafter Weise die passiven Bauteile nah an dem Sensorhalbleiterchip angebracht werden, was die Gesamtgröße des Sensorbauteils verkleinert. Falls der Magnet aus einem Formteil aus kunststoffgebundenen Permanentmagneten besteht, können in das Formteil Aussparungen für die weiteren passiven Bauteile vorgesehen werden. Zudem besteht eine hohe Flexibilität in Bezug auf die Gestaltung der Leiterbahnanordnung. Je nach Anwendung kann die Form des Magneten und somit des gesamten Sensorbauteils an die Anwendung angepasst werden.

Falls die erste Moldmasse aus einem Duroplast besteht, ist das Sensorbauteil besonders temperaturstabil, denn Duroplaste lassen sich nicht aufschmelzen und sind bis zur Zersetzungstemperatur starr.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist ein nach außen führendes Kabel mit den Außenanschlüssen verbunden. Die erste Moldmasse mit Sensorhalbleiterchip, Magnet, Innenverbindungselementen sowie die elektrischen Außenanschlüsse sind von einer weiteren Moldmasse aus einem Thermoplast umgeben. Eine solche lässt sich leicht mittels eines Umspritzprozesses herstellen.

Ein weichmagnetisches Homogenisierungsplättchen, das zwischen dem Sensorhalbleiterchip und dem Magneten angebracht ist, hat einen geringen magnetischen Widerstand und sorgt dafür, dass räumliche Inhomogenitäten, die sich aus der Struktur des Magneten ergeben, ausgeglichen werden. Dadurch befindet sich der Sensorheiterchip in einem homogenen Magnetfeld und verhält sich unabhängig davon, dass verschiedene Magneten unterschiedliche Inhomogenitäten haben. Dadurch kann der Sensorhalbleiterchip das Magnetfeld zuverlässiger dedektieren.

Falls die Außenanschlüsse an festen Metallstreben, die aus dem Sensorbauteil herausragen, angebracht sind, kann das Sensorbauteil in solche Produkte eingebaut werden, die bisher herkömmliche Sensorbauteile verwenden.

Das erfindungsgemäße Sensorbauteil lässt sich für eine Vielzahl von Anwendungen, wie z. B. Quer- und Längsbeschleunigungsmessungen, einsetzen, eignet sich aber besonders für Drehratensensoren. Diese müssen wegen des Luftspalts zwischen dem Sensorhalbleiterchip und dem Geberrad besonders empfindlich sein.

Die Erfindung betrifft auch Verfahren zum Herstellen eines Sensorbauteils, das zum Messen einer magnetischen Feldstärke verwendet wird. Zunächst wird in einem Schritt a) ein Magnet bereitgestellt, der Innenverbindungselemente enthält, die ihrerseits Innenleiterbahnen auf der Oberfläche des Magneten enthalten. Zudem wird in einem Schritt b) ein Sensorhalbleiterchip bereitgestellt, der die magnetische Feldstärke misst. Der Sensorhalbleiterchip hat eine aktive Oberfläche mit Kontaktflächen. Die Kontaktflächen dienen zur Verbindung der internen Schaltungen des Sensorhalbleiterchips mit externen An schlüssen. Zudem werden in einem Schritt c) elektrische Außenanschlüsse in elektrischem Kontakt mit den Innenleiterbahnen bereitgestellt. Der Sensorhalbleiterchip wird in einem Schritt d) auf einer Oberseite des Magneten angeordnet und in einem folgenden Schritt e) werden die Kontaktflächen des Sensorhalbleiterbauelements mit den Innenverbindungselementen elektrisch verbunden. Der Schritt e) muss nach dem Schritt d) erfolgen, denn das Sensorhalbleiterbauteil muss zuerst räumlich positioniert sein, bevor es mit den Innenverbindungselementen elektrisch verbunden wird.

In einem Schritt f) wird der Magnet, der Sensorhalbleiterchip und die Innenverbindungselemente gemeinsam mit einer ersten Moldmasse verbunden. Dies erfolgt so, dass die erste Moldmasse und der Sensorhalbleiterchip eine gemeinsame Grenze haben. Dies bedeutet, dass die Moldmasse, die den Sensorhalbleiterchip umgibt, auch den Magneten und die Innenverbindungselemente umschließt.

Durch das angegebene Verfahren ist nur ein einmaliges Umspritzen des Sensorbauteils notwendig. Die Abstände zwischen der aktiver Oberseite des Sensorhalbleitrchips und dem Geberrad, sowie zwischen dem Magneten und der aktiven Oberseite werden somit klein. Die Materialkosten für das zweimalige Spritzen und eventuelle Kunststoffteile werden eingespart.

Der bereitgestellte Magnet enthält in einer Ausführungsform einen Kern aus einer Legierung und eine Kunststoffbeschichtung, die die Innenleiterbahnen von dem elektrisch leitenden Material des Magneten trennt. Dadurch wird ein Kurzschluss zwischen dem Legierungsmaterial und den Innenleiterbahnen vermieden.

Falls der bereitgestellte Magnet kunststoffgebundene Permanantmagnete enthält und sich in dem Verbundmaterial Aussparungen für Leiterbahnen befinden, kann der Magnet so geformt werden, dass er für bestimmte Anwendungen optimiert wird.

Die Innenleiterbahnen können mittels der MID-Technik auf der Oberseite des Magneten aufgebracht sein. Dies verringert die Kosten des Bauteils, weil zusätzliche Trägermaterialien für die Innenleiterbahnen nicht verwendet werden.

Beim Anordnen des Sensorhalbleiterchips auf der Oberseite des Magneten kann die aktive Oberseite des Sensorhalbleiterchips zu den Magneten ausgerichtet und die Kontaktflächen des Sensorhalbleiterchips über Flip-Chip-Kontakte mit den Innenleiterbahnen elektrisch verbunden werden. Mittels der Flip-Chip-Kontakte können so alle Kontaktflächen gleichzeitig verbunden werden, was die Zeit für das Bonden verringert.

Alternativ wird der Sensorhalbleiterchip so ausgerichtet, dass diejenige Seite zum Magneten zeigt, die der aktiven Oberseite gegenüberliegt. Die Kontaktflächen werden dann über Bonddrähte mit den Innenleiterbahnen verbunden. Dies eignet sich besonders für Chips mit einer großen Dicke. Hierbei wird der Abstand zwischen dem Sensorhalbleiterchip und dem Magneten verringert. Dies vergrößert den Abstand zwischen dem Sensorhalbleiterchip und dem Geberrad nur geringfügig. Falls weitere elektrische Bauteile, insbesondere Kondensatoren, von der ersten Moldmasse in Schritt f) umschlossen werden, verringert sich zudem die Packungsdichte des Sensorbauteils inklusive der Kondensatoren.

Durch das Anbringen eines weichmagnetischen Homogenisierungsplättchens vor dem Verfahrensschritt f) zwischen dem Sensorhalbleiterchip und dem Magneten wird die Empfindlichkeit des Sensorbauteils weiter erhöht, denn das Homogenisierungsplättchen wird im Verfahrensschritt f) ebenfalls von der ersten Moldmasse umschlossen. Es liegt somit nahe dem Sensorhalbleiterchip, wo das Homogenisierungsplättchen am effektivsten ist.

Durch Umgießen des Sensorbauteils mit einer weiteren Moldmasse aus Thermoplast nach dem Verfahrensschritt f) werden auch Verbindungen der Außenanschlüsse mit externen Leitungen, z. B. Kabeln, geschützt.

Falls vor dem Verfahrensschritt f) ein Kabel mit den Außenanschlüssen verbunden werden und das Kabel, nach dem Umspritzen mit einer ersten Moldmasse von außen zugänglich ist, genügt ein einziger Spritzprozess zur Fertigstellung des finalen Sensorbauteils. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der empfindliche magnetische Sensor unter Verwendung eines Bias-Permanentmagneten als Substrat für den Sensorchip realisiert wird.

Die Erfindung ist in Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen näher erläutert.
1 zeigt im Querschnitt ein erfindungsgemäßes Sensorbauteil mit einem beschichteten Magneten und Bonddrähten.
2 zeigt ein erfindungsgemäßes Sensorbauteil mit einem beschichteten Magneten und Flip-Chip-Kontakten.
3 zeigt ein erfindungsgemäßes Sensorbauteil mit einem Magneten aus einem Verbundmaterial.
4 zeigt das Sensorbauteil aus 3 in einer anderen Ansicht.
5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sensorbauteils.
1 zeigt ein erfindungsgemäßes Sensorbauteil. Das Sensorbauteil 1 enthält einen Magneten 2, einen Sensorhalbleiterchip 3, Innenverbindungselemente 5, die als Leiterbahnen ausgeprägt sind, Kondensatoren 7 und Bonddrähte 8. Der Magnet 2, der Sensorhalbleiterchip 3, die Innenverbindungselemente 5, die Kondensatoren 7, sowie die Bonddrähte 8 sind von einer ersten Moldmasse 4 aus einem Kunststoff umgeben. Die Pole des Magneten 2 in 1 sind durch N und S gekennzeichnet, wobei N den Nordpol und S den Südpol bezeichnet.
Die Kontaktflächen 13 des Sensorhalbleiterchips 3 sind über die Bonddrähte 8 und die Innenverbindungselemente 5 mit den Außenanschlüssen 6 elektrisch verbunden und über diese Außenanschlüsse 6 von außerhalb des Sensorbauteils 1 zugänglich. Bei Hall-Sensoren gibt es üblicherweise drei Außenanschlüsse, niedrige Versorgungsspannung, hohe Versorgungsspannung und Ausgangssignal.
Ein Hall-Sensor enthält einen langgestreckten elektrischen Leiter aus geeignetem Material der Dicke d, der in Längsrichtung von einem Strom durchflossen wird. Senkrecht zur Fläche wird er vom einem Magnetfeld durchsetzt. Bei gleichzeitiger Einwirkung dieser beiden Steuergrößen, Strom und Magnetfeld, entsteht entlang der Breite des Leiters eine Potentialdifferenz, die von der Stärke des Stroms und des Magnetfeldes abhängt. Durch Messung dieser Potentialdifferenz kann die Stärke des Magnetfelds abgelesen werden. GMR-Elemente nutzen dagegen Quanteneffekte der Elektronen aus, um die magnetische Feldstärke zu messen.
Das Sensorbauteil wird hergestellt, indem zunächst der Magnet 2 mit einer Kunststoffbeschichtung 11 versehen wird, auf die die Innenverbindungselemente 5 aufgebracht werden. Anschließend wird der Sensorhalbleiterchip 3 auf die Oberseite des Magneten 2, die an dem Nordpol N liegt, aufgebracht. Die Kontaktflächen 13 des Sensorhalbleiterchips 3 werden mit den Innenverbindungselementen 5 über einen Bonddraht 8 verbunden. Die Kondensatoren 7 werden ebenfalls mit den Innenverbindungselementen 5 elektrisch verbunden. Das Aufbringen der Kondensatoren 7 kann auch vor dem Aufbringen des Sensorhalbleiterchips 3 erfolgen. Die Außenanschlüsse 6 werden mit den Innenverbindungselementen 5 verbunden, bevor eine erste Moldmasse 4 die Baugruppe aus Magnet 2, Halbleitersensor 3, Innenverbindungselemente 5 und Kondensatoren 7 umschließt. Die erste Moldmasse 4 besteht aus einem Duroplast und kann durch Pressen oder Spritzgießen hergestellt werden.
Durch die gemeinsame Moldmasse von Magnet 2 und Sensorhalbleiterchip 3 liegen diese nah beieinander. Dadurch ist die magnetische Feldstärke im Sensorhalbleiterchip 3 groß. Dies verbessert die Empfindlichkeit des Sensorbauteils 1. Zudem gibt es keine zweite Moldmasse oberhalb des Sensorhalbleiterchips 3, wodurch auch der Abstand zwischen dem Sensorhalbleiterchip 3 und einem Geberrad verringert wird.
In 2 wird ein erfindungsgemäßes Sensorbauteil gezeigt, das im Gegensatz zu 1 mit Flip-Chip-Kontakten 9 ausgebildet ist. Elemente mit gleichen Funktionen werden mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet und nicht extra erläutert. Im Gegensatz zu 1 ist die aktive Oberseite des Sensorhalbleiterchips 3 so angeordnet, dass auf ihr befindliche Kontaktflächen 13 zum Magneten 2 gerichtet sind. Die Kontaktflächen 13 sind über Flip-Chip-Kontakte 9 elektrisch verbunden, die ihrerseits in elektrischer Verbindung mit den Innenverbindungselementen 5 und somit mit den Außenanschlüssen 6 stehen.
Der Abstand zwischen dem Nordpol des Magneten 2 und dem Sensorhalbleiterchip 3 hat sich zwar um die Höhe der Flip-Chip-Kontakte 9 erhöht, allerdings verringert sich der Abstand zwischen dem Sensorhalbleiterchip 3 und der Oberseite der ersten Moldmasse 4, da die erste Moldmasse 4 keine Bonddrähte 8 zu bedecken braucht. Das Vorsehen von Flip-Chip-Kontakten eignet sich besonders bei geringen Dicken des Sensorhalbleiterchips 3.
3 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Sensorbauteils, bei dem der Magnet aus einem Verbundmaterial aus Kunststoff und permanentmagnetischen Teilchen besteht. Der Magnet 2 ist so dargestellt, dass sein Nordpol oben und sein Südpol unten liegt. Etwa in der Mitte zwischen Nord- und Südpol sind Aussparungen angebracht, in die die Kondensatoren 7 eingefügt werden. Dadurch, dass der Magnet 2 aus dem genannten Verbundmaterial besteht, kann er als Formteil, d. h. in einer Vielzahl von Formen, realisiert werden.
Der Sensorhalbleiterchip 3 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel über Bonddrähte 8 verbunden, wobei allerdings zwi schen dem Magneten 2 und dem Sensorhalbleiterchip 3 ein weichmagnetisches Homogenisierungsplättchen 12 angebracht ist, das die Eigenschaften des magnetischen Feldes im Sensorhalbleiterchip 3 verbessert.
In 4 werden die Bauelemente Magnet 2, Sensorhalbleiterchip 3, Innenverbindungselemente 5, Kondensatoren 7 und Außenanschlüsse 6 in einer Perspektivdarstellung gezeigt. Dabei zeigt sich, wie die Innenverbindungselemente 5 als Leiterbahnen über die Oberfläche des Magneten 2 verlaufen.
5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Sensorhalbleiterbauteils. Die erste Moldmasse 4 weist eine Verlängerung nach rechts auf, an der eine Schraubverbindung 15 angebracht ist. Über diese Schraubverbindung 15 kann das Sensorbauteil an einem Rotor, bspw. in einer Maschine, befestigt werden. Die Außenanschlüsse 6 sind in einem Kabel 10 realisiert, das mit den Innenverbindungselementen 5 verbunden ist. Die Anschlüsse des Kabels 10 mit den Innenverbindungselementen 5 befinden sich, wie auch der Magnet 2 und der Sensorhalbleiterchip 3, in der ersten Moldmasse. Dadurch werden diese Verbindungen mechanisch geschützt, auch wenn an dem Kabel 10 gezogen wird.
6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Sensorbauteils. In 6 ist das Sensorbauteil so gezeigt, dass der Magnet 2 liegt und sein Nordpol nach rechts und sein Südpol nach links zeigt. Der Magnet ist in einer Kunststoffhalterung 14 befestigt. Diese Kunststoffhalterung 14 ist nach dem Spritzgießen der ersten Moldmasse 4 ebenfalls von dieser ersten Moldmasse 4 umgeben. Optional kann auch ein Flussleitplättchen in die Kunststoffhalterung 14 mit eingespritzt werden.

1: Sensorbauteil
2: Magnet
3: Sensorhalbleiterchip
4: erste Moldmasse
5: Innenverbindungselement
6: Außenanschluss
7: Kondensator
8: Bonddraht
9: Flip-Chip-Kontakt
10: Kabel
11: Kunststoffbeschichtung
12: Homogenisierungsplättchen
13: Kontaktfläche
14: Kunststoffhalterung
15: Schraubverbindung

Claims

Sensorbauteil zum Messen einer magnetischen Feldstärke, wobei das Sensorbauteil (1) folgende Merkmale enthält: – einen Magneten (2), – einen Sensorhalbleiterchip (3), der die magnetische Feldstärke misst, wobei der Sensorhalbleiterchip (3) Kontaktflächen (13) auf seiner aktiven Oberseite aufweist und der Sensorhalbleiterchip (3) auf einer Oberseite des Magneten (2) angeordnet ist, – elektrische Außenanschlüsse (6), die von außerhalb des Sensorbauteils (1) zugänglich sind, – Innenverbindungselemente (5), über die die Außenanschlüsse (6) mit den Kontaktflächen (13) des Sensorhalbleiterchips (3) elektrisch in Verbindung stehen, wobei die Innenverbindungselemente (5) auf der Oberfläche des Magneten (2) verlaufende Leiterbahnen aufweisen, – eine erste Moldmasse (4), die eine gemeinsame Grenze mit dem Sensorhalbleiterchip (3) hat und den Sensorhalbleiterchip (3), den Magneten (2) und die Innenverbindungselemente (5) umgibt.
Sensorbauteil nach Anspruch 1, bei dem es sich bei dem Magneten (2) um einen Permanentmagneten handelt.
Sensorbauteil nach Anspruch 2, bei dem der Magnet (2) eine Legierung enthält.
Sensorbauteil nach Anspruch 2, bei dem der Magnet (2) aus einem Hartferrit besteht.
Sensorbauteil nach Anspruch 2, bei dem der Magnet (2) als kunststoffgebundenen Permanentmagnet, ausgeführt ist.
Sensorbauteil nach Anspruch 3, bei dem der Magnet (2) eine Kunststoffbeschichtung aufweist, auf der die Leiterbahnen der Innenverbindungselemente (5) angebracht sind.
Sensorbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Leiterbahnen der Innenverbindungselemente (5) mittels der MID (Molded Interconnect Device)-Technik aufgebracht sind.
Sensorbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die aktive Oberseite des Sensorhalbleiterchips (3) zu dem Magneten (2) gerichtet ist und die Kontaktflächen (13) über Flip-Chip-Kontakte (9) mit den Innenverbindungselementen (5) elektrisch verbunden sind.
Sensorbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem der Sensorhalbleiterchip (3) so ausgerichtet ist, dass er mit der der aktiven Oberseite entgegengesetzten Seite zum Magneten (2) zeigt und die Kontaktflächen (13) über Bonddrähte (8) mit den Innenverbindungselementen (5) elektrisch verbunden sind.
Sensorbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem weitere passive Bauteile (7), insbesondere Kondensatoren, von der ersten Moldmasse (4) umschlossen sind.
Sensorbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem die erste Moldmasse (4) aus einem Duroplast besteht.
Sensorbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem die erste Moldmasse (4) von einer weiteren Moldmasse aus einem Thermoplast umgeben ist.
Sensorbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem zwischen dem Sensorhalbleiterchip (3) und dem Magneten (2) ein weichmagnetisches Homogenisierungsplättchen (12) angebracht ist.
Sensorbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem die Außenanschlüsse (6) an festen Metallstreben angebracht sind.
Sensorbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem es sich um einen Drehratensensor handelt.
Verfahren zum Herstellen eines Sensorbauteils, das eine magnetische Feldstärke misst, mit folgenden Schritten: a) Bereitstellen eines Magneten, wobei der Magnet Innenverbindungselemente (5) enthält, die auf der Oberfläche des Magneten (2) verlaufende Leiterbahnen aufweisen, b) Bereitstellen eines Sensorhalbleiterchips (3), der die magnetische Feldstärke misst, wobei der Sensorhalbleiterchip (3) Kontaktflächen (13) auf seiner aktiven Oberseite aufweist, c) Bereitstellen von elektrischen Außenanschlüssen (6) in elektrischem Kontakt mit den Innenverbindungselementen (5), d) Anordnen des Sensorhalbleiterchips (3) auf einer Oberseite des Magneten (2), e) elektrisches Verbinden der Kontaktflächen (13) des Sensorhalbleiterchips mit den Innenverbindungselementen (5), f) Umschließen des Magneten (2), des Sensorhalbleiterchips (3) und der Innenverbindungselemente (5) mit einer ersten Moldmasse (4), sodass die erste Moldmasse (4) eine gemeinsame Grenze mit dem Sensorhalbleiterchip (3) hat.
Verfahren nach Anspruch 16, bei dem der in Schritt a) bereitgestellte Magnet (2) aus einer Legierung besteht und eine Kunststoffbeschichtung (11) aufweist, und bei dem die Leiterbahnen der Innenverbindungselemente (5) auf der Kunststoffbeschichtung (11) aufgebracht sind.
Verfahren nach Anspruch 16, bei dem der im Schritt a) bereitgestellte Magnet kunststoffgebundene Permanentmagnete enthält und der Magnet so geformt ist, dass die Form Aussparungen für Leiterbahnen enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, bei dem die Innenverbindungselemente (5) auf der Oberseite des Magneten (2) mittels der MID (Molded Interconnect Device)-Technik aufgebracht sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, bei dem im Schritt d) die aktive Oberseite des Sensorhalbleiterchips (3) zu dem Magneten (2) ausgerichtet wird und die Kontaktflächen (13) über Flip-Chip-Kontakte (9) mit den Innenverbindungselementen (5) elektrisch verbunden werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, bei dem im Schritt d) der Sensorhalbleiterchip (2) so ausgerichtet wird, dass er mit der Seite, die der aktiven Oberseite gegenüberliegt, zum Magneten (2) zeigt und die Kontaktflächen (13) über Bonddrähte (8) mit den Innenverbindungselementen (5) elektrisch verbunden werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 21, bei dem weitere elektrische Bauteile (7), insbesondere Kondensatoren, bereitgestellt werden, die im Schritt f) ebenfalls von der ersten Moldmasse (4) umschlossen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 22, bei dem vor dem Schritt f) zwischen dem Sensorhalbleiterchip (3) und dem Magneten (2) ein weichmagnetisches Homogenisierungsplättchen (12) angebracht wird, das im Schritt f) ebenfalls von der ersten Moldmasse (4) umschlossen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 23, bei dem nach Schritt f) das Sensorbauteil (1) mit einer weiteren Moldmasse aus einem Thermoplast umgossen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 24, bei dem vor dem Schritt f) ein Kabel (10) mit den Außenanschlüssen (6) verbunden wird und das Kabel (10) nach Schritt f) von außen zugänglich ist.