DE102010000389B4

DE102010000389B4 - Sensor und Verfahren zum Herstellen eines Sensors

Info

Publication number: DE102010000389B4
Application number: DE102010000389.1A
Authority: DE
Inventors: Klaus Elian; Adolf Koller
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2009-02-11
Filing date: 2010-02-11
Publication date: 2023-03-02
Anticipated expiration: 2030-02-12
Also published as: US20100201356A1; DE102010000389A1; US8289019B2

Abstract

Sensor, umfassend:ein Substrat (22), das eine primäre Hauptoberfläche (26) aufweist und mindestens zwei beabstandete ferromagnetische Schichten (40, 42) umfasst,magnetisches Material (24), das das Substrat (22) so einkapselt, dass das magnetische Material (24) an die primäre Hauptoberfläche (26) angrenzt, undein das Substrat (22) bedeckendes isolierendes Material (430), welches das Substrat (22) von dem magnetischen Material (24) isoliert.

Description

Die Erfindung betrifft einen Sensor und ein Verfahren zum Herstellen eines Sensors.
Typischerweise enthalten Magnetwiderstands-(XMR-) Sensoren ein oder mehrere XMR-Mess- oder -Sensorelemente zur Messung eines Magnetfelds. XMR-Sensorelemente umfassen Sensorelemente mit anisotropem Magnetwiderstand (AMR; anisotropic magneto-resistance), Sensorelemente mit Riesenmagnetwiderstand (GMR; giant magneto-resistance), Sensorelemente mit Tunnelungs-Magnetwiderstand (TMR; tunneling magneto-resistance) und Sensorelemente mit kolossalem Magnetwiderstand (CMR; colossal magneto-resistance) .
Manchmal wird in Geschwindigkeitssensoren ein Permanentmagnet an einen Magnetfeldsensor angebracht, der mehrere XMR-Sensorelemente enthält. Der Permanentmagnet stellt ein Hintergrund-Vormagnetfeld für die mehreren XMR-Sensorelemente bereit. Der Magnetfeldsensor wird vor einem magnetisch permeablen Zahnrad oder einer magnetisch permeablen Zahnscheibe angeordnet. Während sich die Scheibe dreht, laufen die Zähne vor dem Magnetfeldsensor vorbei und erzeugen kleine Feldschwankungen in dem Magnetfeld. Diese kleinen Feldschwankungen werden durch die XMR-Sensorelemente detektiert und enthalten Informationen über die Umdrehungsgeschwindigkeit und Winkelposition der rotierenden Scheibe.
Eine kleine Fehlplatzierung des Hintergrund-Vormagneten oder divergierende Magnetfeldlinien des Hintergrund-Vormagnetfelds können jedoch zu Magnetfeldkomponenten führen, die sich nachteilig auf die XMR-Sensorelemente auswirken. Diese Magnetfeldlinien können die XMR-Sensorelemente sättigen und die XMR-Sensorelemente für die Detektion von Schwankungen des Magnetfelds nutzlos machen.
Die nachveröffentlichte Druckschrift DE 10 2008 058 895 A1 offenbart eine Vorrichtung mit einem Magnetfeldsensor und einem Spritzgussmaterial, das zumindest einen Teil des Magnetfeldsensors umschließt. Eine elektrische Isolierung innerhalb eines Magnetfeldsensors kann verbessert werden, indem Bonddrähte und Bondanschlussflächen durch ein Isoliermaterial bedeckt werden.
Die Druckschrift GUO, Zhanhu [et al.]: Giant magnetoresistance behavior of an iron/carbonized polyurethane nanocomposite. In: Applied Physics Letters 90, 053111 (2007), S. 053111-1 bis 053111-3 beschreibt das magnetoresistive Verhalten eines Polyurethan-Verbundwerkstoffs, der durch Eisen-Nanopartikel verstärkt ist.
Die Druckschrift US 6 025 979 A1 offenbart eine Vorrichtung mit einem GMR-Element und einer Vorspannungsfeldquelle. Die Vorspannungsfeldquelle besteht aus einer Wechselstromquelle und einer Spule.
Die nachveröffentlichte Druckschrift DE 10 2009 012 896 A1 offenbart einen Magnetowiderstandssensor mit einem Sensorstapel. Eine Spannungsquelle ist mit einem leitfähigen Bauglied gekoppelt, um ein magnetisches Vorspannungsfeld bereitzustellen. Dabei ist das leitfähige Bauglied nahe, aber elektrisch getrennt von dem Sensorstapel angeordnet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Sensor zu schaffen, bei dem die vorstehend genannten Nachteile zumindest weniger stark ausgeprägt sind. Ferner soll ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Sensors angegeben werden.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabenstellung wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Verschiedene Aspekte betreffen einen Sensor, umfassend: ein Substrat, das eine primäre Hauptoberfläche aufweist und mindestens zwei beabstandete ferromagnetische Schichten umfasst, magnetisches Material, das das Substrat so einkapselt, dass das magnetische Material an die primäre Hauptoberfläche angrenzt, und ein das Substrat bedeckendes isolierendes Material, welches das Substrat von dem magnetischen Material isoliert.
Verschiedene Aspekte betreffen einen Sensor, umfassend: ein Substrat, das gegenüberliegende Hauptoberflächen aufweist und ein Riesenmagnetwiderstands-Messelement umfasst, magnetisches Material, das das Substrat einkapselt, wobei das magnetische Material im Wesentlichen parallel zu den gegenüberliegenden Hauptoberflächen an der Grenzfläche zwischen dem magnetischen Material und dem Substrat ist, und ein das Substrat bedeckendes isolierendes Material, welches das Substrat von dem magnetischen Material isoliert.
Verschiedene Aspekte betreffen ein Verfahren zum Herstellen eines Sensors, mit den folgenden Schritten: Bereitstellen eines Substrats, das eine primäre Hauptoberfläche aufweist und mindestens zwei beabstandete ferromagnetische Schichten umfasst; Aufbringen eines isolierenden Materials auf dem Substrat; und Einkapseln des Substrats mit magnetischem Material dergestalt, dass das magnetische Material an die primäre Hauptoberfläche angrenzt, wobei das isolierende Material das Substrat von dem magnetischen Material isoliert.
Verschiedene Aspekte betreffen ein Verfahren zum Herstellen eines Sensors, mit den folgenden Schritten: Bereitstellen eines Substrats, das gegenüberliegende Hauptoberflächen aufweist und ein Riesenmagnetwiderstands-Messelement umfasst; Aufbringen eines isolierenden Materials auf dem Substrat; und Einkapseln des Substrats mit magnetischem Material dergestalt, dass das magnetische Material im Wesentlichen parallel zu den gegenüberliegenden Hauptoberflächen an der Grenzfläche zwischen dem magnetischen Material und dem Substrat ist, wobei das isolierende Material das Substrat von dem magnetischen Material isoliert.
Die beiliegenden Zeichnungen sind aufgenommen, um ein eingehenderes Verständnis von Ausführungsformen zu vermitteln. Die Zeichnungen veranschaulichen Ausführungsformen und dienen zusammen mit der Beschreibung der Erläuterung von Prinzipien von Ausführungsformen. Andere Ausführungsformen und viele der damit einhergehenden Vorteile von Ausführungsformen lassen sich ohne Weiteres verstehen, wenn sie durch Bezugnahme auf die folgende ausführliche Beschreibung besser verstanden werden. Die Elemente der Zeichnungen sind relativ zueinander nicht notwendigerweise maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszahlen bezeichnen entsprechende ähnliche Teile.

1 ist ein Diagramm einer Ausführungsform eines Magnetsensors.
2 ist ein Diagramm einer Ausführungsform eines Messelements.
3 ist ein Diagramm einer Ausführungsform eines Magnetsensors, der ein XMR-Sensor ist.
4 ist ein Diagramm einer Ausführungsform eines Drehzahlsensors.
5 ist ein Graph des Magnetfelds B als Funktion der Position auf einem Substrat.
6 enthält Graphen, die das Magnetfeld B als Funktion der Zahnradposition zeigen.
7 ist ein Diagramm einer Ausführungsform eines Substrats, das zur Herstellung eines Magnetsensors verwendet wird.
8 ist ein Diagramm einer Ausführungsform eines das Substrat von 7 einkapselnden magnetischen Materials.
9 ist ein Diagramm einer weiteren Ausführungsform eines Substrats, das zur Herstellung eines Magnetsensors verwendet wird.
10 ist ein Diagramm einer Ausführungsform einer an dem Substrat von 9 angebrachten Trägerstruktur.
11 ist ein Diagramm einer Ausführungsform eines Substrats, Kontaktelementen und eines Teils einer Trägerstruktur, die mit einer oder mehreren Schichten des isolierenden Materials beschichtet ist.
12 ist ein Diagramm einer Ausführung von magnetischem Material, das das Substrat, Kontaktelemente und einen Teil der Trägerstruktur einkapselt.
13 ist ein Diagramm einer Ausführungsform des Magnetisierens des magnetischen Materials.

In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil hiervon bilden und in denen als Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung praktiziert werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa „Oberseite“, „Unterseite“, „Vorderseite“, „Rückseite“, „vorderer“, „hinterer“ usw. unter Bezugnahme auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Weil Komponenten von Ausführungsformen in einer Reihe verschiedener Orientierungen positioniert sein können, wird die Richtungsterminologie zu Zwecken der Darstellung verwendet und ist in keinerlei Weise beschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einem beschränkenden Sinne zu verstehen, und der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung wird durch die beigefügten Ansprüche definiert.
Es versteht sich, dass die Merkmale der verschiedenen hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch etwas anderes angegeben ist.
1 ist ein Diagramm einer Ausführungsform eines Magnetsensors 20. Bei einer Ausführungsform ist der Magnetsensor 20 ein XMR-Sensor. Bei einer Ausführungsform ist der Magnetsensor 20 ein Drehzahlsensor (Geschwindigkeitssensor). Bei einer Ausführungsform wird der Magnetsensor 20 in einer Automobilanwendung verwendet. Bei einer Ausführungsform misst der Magnetsensor 20 die Bewegung in einer Komponente wie etwa einem Rad, einer Nockenwelle, einer Kurbelwelle oder einem Transmissionsteil. Bei anderen Ausführungsformen ist der Magnetsensor 20 ein Sensor wie etwa ein Proximitätssensor, ein Bewegungssensor oder ein Positionssensor, oder der Magnetsensor 20 wird in einer Anwendung wie etwa einer industriellen oder Verbraucheranwendung verwendet.
Der Magnetsensor 20 umfasst ein Substrat 22 und ein magnetisches Material 24. Das Substrat 22 besitzt eine primäre Hauptoberfläche 26, eine gegenüberliegende Hauptoberfläche 28 und Ränder 30. Die primäre Hauptoberfläche 26 und die gegenüberliegende Hauptoberfläche 28 sind gegenüberliegende Hauptoberflächen 26 und 28. Bei einer Ausführungsform ist das Substrat 22 ein Halbleiterchip. Bei einer Ausführungsform ist das Substrat 22 ein Halbleiterchip, der eine integrierte Schaltung enthält. Bei einer Ausführungsform ist das Substrat 22 ein Halbleiterchip, der Peripherieschaltkreise zur Evaluierung von Parametern in dem Magnetsensor 20 enthält.
Das Substrat 22 enthält ein Messelement 32, das mindestens zwei beabstandete ferromagnetische Schichten enthält (siehe 2). Bei einer Ausführungsform bilden die mindestens zwei beabstandeten ferromagnetischen Schichten einen Magnetwiderstand. Bei einer Ausführungsform sind die mindestens zwei beabstandeten ferromagnetischen Schichten Teil eines GMR-Messelements. Bei einer Ausführungsform ist das Substrat 22 ein Halbleiterchip, der eine integrierte Schaltung enthält, die mit den mindestens zwei beabstandeten ferromagnetischen Schichten gekoppelt ist. Bei einer Ausführungsform ist das Substrat 22 ein Halbleiterchip, der Peripherieschaltkreise zum Evaluieren des Widerstands der mindestens zwei beabstandeten ferromagnetischen Schichten enthält.
Das magnetische Material 24 kapselt das Substrat 22 so ein, dass das magnetische Material 24 an die primäre Hauptoberfläche 26 angrenzt. Das magnetische Material 24 ist im Wesentlichen parallel zu den gegenüberliegenden Hauptoberflächen 26 und 28 an der Grenzfläche zwischen dem magnetischen Material 24 und dem Substrat 22. Außerdem grenzt im vorliegenden Gebrauch das magnetische Material 24 an die primäre Hauptoberfläche 26 an, wenn das Substrat 22 mit einer oder mehreren Schichten aus Material beschichtet wird. Bei einer Ausführungsform ist das magnetische Material 24 ein Gussmaterial (Mold-Material) . Bei einer Ausführungsform ist das magnetische Material 24 ein Gussmaterial, das magnetische Partikel und ein Polymer enthält. Bei einer Ausführungsform wird das magnetische Material 24 über Spritzguss aufgebracht. Bei einer Ausführungsform wird das magnetische Material 24 über Druckpressen aufgebracht. Bei einer Ausführungsform wird das magnetische Material 24 über Spritzpressen aufgebracht.
Bei einer Ausführungsform wird das Substrat 22 mit einer oder mehreren Schichten aus isolierendem Material beschichtet, um das Substrat 22 einschließlich des Messelements 32 elektrisch von dem magnetischen Material 24 zu isolieren. Bei einer Ausführungsform wird die Hauptoberfläche 26 mit einer oder mehreren Schichten aus isolierendem Material beschichtet, um die Hauptoberfläche 26 einschließlich des Messelements 32 elektrisch von dem magnetischen Material 24 zu isolieren. Bei einer Ausführungsform wird das Substrat 22 und/oder die Hauptoberfläche 26 durch Eintauchen in Harz und Trocknen des Harzes isoliert. Bei einer Ausführungsform wird das Substrat 22 und/oder die Hauptoberfläche 26 über einen Sprühbeschichtungsprozess isoliert. Bei einer Ausführungsform wird das Substrat 22 und/oder die Hauptoberfläche 26 über einen Plasmaabscheidungsprozess mit einem Prozess wie etwa einem Prozess mit Organosiliziumchemie isoliert.
2 ist ein Diagramm einer Ausführungsform des Messelements 32, das zwei beabstandete ferromagnetische Schichten 40 und 42 enthält. Die beiden beabstandeten ferromagnetischen Schichten 40 und 42 bilden einen Magnetwiderstand. Bei einer Ausführungsform sind die beiden beabstandeten ferromagnetischen Schichten 40 und 42 Teil eines GMR-Messelements. Bei einer Ausführungsform sind die beiden beabstandeten ferromagnetischen Schichten 40 und 42 Teil eines TMR-Messelements.
Das Messelement 32 enthält eine Abstandsschicht 44, die sich zwischen den beiden beabstandeten ferromagnetischen Schichten 40 und 42 befindet. Die Dicke T der Abstandsschicht 44 liegt in einem Bereich von mehr als 0, 1 Nanometer (nm) bis weniger als 10 nm, so dass die beiden beabstandeten ferromagnetischen Schichten um mehr als 0,1 Nanometer und weniger als 10 Nanometer beabstandet sind. Bei einer Ausführungsform ist die Abstandsschicht 44 eine nicht-ferromagnetische Schicht zwischen den beiden beabstandeten ferromagnetischen Schichten 40 und 42. Bei einer Ausführungsform ist die Abstandsschicht 44 eine isolierende Schicht zwischen den beiden beabstandeten ferromagnetischen Schichten 40 und 42.
GMR- und TMR-Messelemente sind empfindlich für die Richtung eines angelegten Magnetfelds und Änderungen der Richtung des angelegten Magnetfelds, im Gegensatz zu Hallsensoren, die für die Stärke des Magnetfelds empfindlich sind. GMR- und TMR-Messelemente zeigen einen Widerstand, wenn die ferromagnetischen Schichten parallel ausgerichtet sind, und einen anderen Widerstand, wenn die ferromagnetischen Schichten antiparallel ausgerichtet sind.
Bei einer Ausführungsform ist das Messelement 32 ein mehrschichtiges GMR-Messelement, das die beiden beabstandeten ferromagnetischen Schichten 40 und 42 enthält, die durch eine dünne nicht-ferromagnetische Abstandsschicht 44 getrennt werden. Bei bestimmten Dicken T der Abstandsschicht 44 wird die Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida-(RKKY-)Kopplung zwischen den beiden beabstandeten ferromagnetischen Schichten 40 und 42 antiferromagnetisch und die Magnetisierungen der beiden beabstandeten ferromagnetischen Schichten 40 und 42 richten sich antiparallel aus. Der elektrische Widerstand des Messelements 32 ist normalerweise im antiparallelen Fall höher, wobei die Differenz bei Zimmertemperatur mehr als 10% erreichen kann. Bei einer Ausführungsform besitzt die Abstandsschicht 44 eine Dicke T von etwa 1 nm. Bei einer Ausführungsform sind die beiden beabstandeten ferromagnetischen Schichten 40 und 42 Eisen (Fe) und die nicht-ferromagnetische Abstandsschicht 44 ist Chrom (Cr) .
Bei einer Ausführungsform ist das Messelement 32 ein Spinnventil-GMR-Messelement, das die zwei ferromagnetischen Schichten 40 und 42 enthält, die durch eine dünne nicht-ferromagnetische Abstandsschicht 44 getrennt werden, aber ohne RKKY-Kopplung. Wenn die koerzitiven Magnetfelder der beiden beabstandeten ferromagnetischen Schichten 40 und 42 verschieden sind, können die Magnetisierungen der beiden beabstandeten ferromagnetischen Schichten 40 und 42 unabhängig umgewechselt werden, um parallele und antiparallele Ausrichtung zu erzielen. Der elektrische Widerstand des Messelements 32 ist im antiparallelen Fall normalerweise höher. Bei einer Ausführungsform besitzt die Abstandsschicht 44 eine Dicke T von etwa 3 nm. Bei einer Ausführungsform sind die beiden beabstandeten ferromagnetischen Schichten 40 und 42 Eisen-Nickel (NiFe) und die nicht-ferromagnetische Abstandsschicht 44 ist Kupfer (Cu).
Bei einer Ausführungsform ist das Messelement 32 ein TMR-Messelement und die Abstandsschicht 44 ist ein Isolator. Der Widerstand des Tunnelungsstroms zwischen den beiden ferromagnetischen Schichten 40 und 42 ändert sich mit der relativen Orientierung der Magnetisierung der beiden ferromagnetischen Schichten 40 und 42. Der Widerstand ist im antiparallelen Fall normalerweise höher. Bei einer Ausführungsform besitzt die Abstandsschicht 44 eine Dicke T von etwa 1 nm. Bei einer Ausführungsform sind die beiden beabstandeten ferromagnetischen Schichten 40 und 42 Eisen (Fe) und die isolierende Abstandsschicht 44 ist Magnesiumoxid (MgO).
3 ist ein Diagramm einer Ausführungsform eines Magnetsensors 100, der ein XMR-Sensor ist. Der Magnetsensor 100 ist dem Magnetsensor 20 von 1 ähnlich. Bei einer Ausführungsform ist der Magnetsensor 100 ein GMR-Sensor. Bei einer Ausführungsform ist der Magnetsensor 100 ein TMR-Sensor. Bei einer Ausführungsform ist der Magnetsensor 100 ein Drehzahlsensor. Bei einer Ausführungsform befindet sich der Magnetsensor 100 in einer Automobilanwendung. Bei einer Ausführungsform misst der Magnetsensor 100 die Bewegung einer Komponente wie etwa einem Rad, einer Nockenwelle, einer Kurbelwelle oder einem Transmissionsteil. Bei anderen Ausführungsformen ist der Magnetsensor 100 ein Sensor, wie etwa ein Proximitätssensor, ein Bewegungssensor oder ein Positionssensor, oder der Magnetsensor 100 wird in einer Anwendung wie etwa einer industriellen oder Verbraucheranwendung verwendet.
Der Magnetsensor 100 enthält ein Substrat 102, eine Trägerstruktur 104 und ein magnetisches Material 106. Das Substrat 102 besitzt eine primäre Hauptoberfläche 108, eine gegenüberliegende Hauptoberfläche 110 und Ränder 112. Die primäre Hauptoberfläche 108 und die gegenüberliegende Hauptoberfläche 110 sind gegenüberliegende Hauptoberflächen 108 und 110. Das Substrat 102 wird über die gegenüberliegende Hauptoberfläche 110 an der Trägerstruktur 104 angebracht.
Das Substrat 102 ist ein Halbleiterchip, der Messelemente 114 und 116, eine integrierte Schaltung 118 und Substratkontakte 120 und 122 enthält. Jedes der Messelemente 114 und 116 enthält mindestens zwei beabstandete ferromagnetische Schichten, die einen Magnetwiderstand bilden. Jedes der Messelemente 114 und 116 ist dem Messelement 32 von 2 ähnlich. Bei einer Ausführungsform sind die mindestens zwei beabstandeten ferromagnetischen Schichten Teil eines GMR-Messelements. Bei einer Ausführungsform sind die mindestens zwei beabstandeten ferromagnetischen Schichten Teil eines TMR-Messelements.
Die integrierte Schaltung 118 wird über Messelementpfade 124 und 126 elektrisch mit jedem der Messelemente 114 und 116 gekoppelt. Die integrierte Schaltung 118 wird über den Messelementpfad 124 elektrisch mit dem Messelement 114 gekoppelt, und die integrierte Schaltung 118 wird über den Messelementpfad 126 elektrisch mit dem Messelement 116 gekoppelt. Die integrierte Schaltung 118 wird elektrisch mit den mindestens zwei beabstandeten ferromagnetischen Schichten in jedem der Messelemente 114 und 116 gekoppelt und enthält Peripherieschaltkreise zum Evaluieren von Parametern in dem Magnetsensor 100, wie zum Beispiel des Widerstands der mindestens zwei beabstandeten ferromagnetischen Schichten in jedem der Messelemente 114 und 116.
Das Substrat 102 wird über Substratkontakte 120 und 122 und Kontaktelemente 128 und 130 elektrisch mit der Trägerstruktur 104 gekoppelt. Der Substratkontakt 120 wird über das Kontaktelement 128 elektrisch mit der Trägerstruktur 104 gekoppelt, und der Substratkontakt 122 wird über das Kontaktelement 130 elektrisch mit der Trägerstruktur 104 gekoppelt. Über die Substratkontakte 120 und 122, die Kontaktelemente 128 und 130 und die Trägerstruktur 104 übermittelt das Substrat 102 gemessene Ergebnisse zu anderen Schaltungen. Bei einer Ausführungsform sind die Kontaktelemente 128 und 130 Drähte. Bei einer Ausführungsform ist die Trägerstruktur 106 eine Systemträgerstruktur (Leadframe-Struktur).
Das magnetische Material 106 kapselt das Substrat 102, die Kontaktelemente 128 und 130 und einen Teil der Trägerstruktur 104 ein. Das magnetische Material 106 kapselt das Substrat 102 so ein, dass das magnetische Material 106 an die primäre Hauptoberfläche 108 angrenzt und im Wesentlichen parallel zu den gegenüberliegenden Hauptoberflächen 108 und 110 an der Grenzfläche zwischen dem magnetischen Material 106 und dem Substrat 102 ist, wo die Trägerstruktur 104 Teil der Grenzfläche zwischen dem magnetischen Material 106 und dem Substrat 102 ist. Außerdem grenzt das magnetische Material 106 auch dann an die primäre Hauptoberfläche 108 an, wenn das Substrat 102 mit einer oder mehreren Schichten aus Material beschichtet ist.
Bei einer Ausführungsform werden das Substrat 102, die Kontaktelemente 128 und 130 und ein Teil der Trägerstruktur 104 mit einer oder mehreren Schichten aus isolierendem Material beschichtet, um sie einschließlich der Messelemente 114 und 116 elektrisch von dem magnetischen Material 106 zu isolieren. Bei einer Ausführungsform werden die Hauptoberfläche 108, die Kontaktelemente 128 und 130 und ein Teil der Trägerstruktur 104 mit einer oder mehreren Schichten aus isolierendem Material beschichtet, um diese einschließlich der Messelemente 114 und 116 elektrisch von dem magnetischen Material 106 zu isolieren. Bei einer Ausführungsform werden das Substrat 102 und/oder die Hauptoberfläche 108, die Kontaktelemente 128 und 130 und ein Teil der Trägerstruktur 104 durch Eintauchen in Harz und Trocknen des Harzes isoliert. Bei einer Ausführungsform werden das Substrat 102 und/oder die Hauptoberfläche 108, die Kontaktelemente 128 und 130 und ein Teil der Trägerstruktur 104 über einen Sprühbeschichtungsprozess isoliert. Bei einer Ausführungsform werden das Substrat 102 und/oder die Hauptoberfläche 108, die Kontaktelemente 128 und 130 und ein Teil der Trägerstruktur 104 über einen Plasmaabscheidungsprozess mit einem Prozess wie etwa einem Prozess mit Organosiliziumchemie isoliert.
Das magnetische Material 106 ist ein Gussmaterial, das magnetische Partikel und ein Polymer enthält. Die magnetischen Partikel sind ein ferromagnetisches Material. Bei einer Ausführungsform ist das magnetische Material 106 ein Gussmaterial, das Nylon enthält. Bei einer Ausführungsform ist das magnetische Material 106 ein Gussmaterial, das Epoxidharz enthält. Bei einer Ausführungsform wird das magnetische Material 106 über Spritzguss aufgebracht. Bei einer Ausführungsform wird das magnetische Material 106 über Formpressen aufgebracht. Bei einer Ausführungsform wird das magnetische Material 106 über Spritzpressen aufgebracht.
Das magnetische Material 106 wird magnetisiert, um ein Hintergrund-Vormagnetfeld für die Messelemente 114 und 116 bereitzustellen. Bei einer Ausführungsform wird das magnetische Material 106 in der y-Richtung magnetisiert und die Messelemente 114 und 116 messen das Magnetfeld und Änderungen des Magnetfelds in der x-Richtung.
Bei einer Ausführungsform ist der Magnetsensor 100 ein GMR-Sensor, und die Messelemente 114 und 116 sind GMR-Messelemente, die für Magnetfelder in der x-Richtung empfindlich sind. Das magnetische Material 106 wird in der y-Richtung magnetisiert und stellt ein Hintergrund-Vormagnetfeld für die GMR-Messelemente 114 und 116 bereit. Das statische Magnetfeld besitzt eine Magnetfeldkomponente in der x-Richtung von 0 +/- 2 Millitesla (mT), die durch das magnetische Material 106 bereitgestellt wird. Die GMR-Messelemente 114 und 116 messen Änderungen der Magnetfeldkomponente in der x-Richtung. Bei einer Ausführungsform werden die GMR-Messelemente 114 und 116 mit einer Magnetfeldkomponente der x-Richtung von sogar nur +/- 5 mT gesättigt.
4 ist ein Diagramm einer Ausführungsform eines Drehzahlsensors 200 zur Messung der Drehzahl eines Zahnrads 202. Der Drehzahlsensor 200 enthält einen Magnetsensor 100 und ein Zahnrad 202. Der Magnetsensor 100 wird um eine Luftspaltdistanz D von dem Zahnrad 202 getrennt. Bei einer Ausführungsform beträgt die Luftspaltdistanz D 4,5 Millimeter (mm).
Die Messelemente 114 und 116 sind GMR-Messelemente, die um eine Distanz D1 getrennt sind und sich über der Mittellinie C des magnetischen Materials 106 befinden. Bei einer Ausführungsform beträgt die Distanz D1 2,5 mm. Bei einer Ausführungsform befinden sich die Messelemente 114 und 116 etwa 50 Mikrometer (µm) über der Mittellinie C des magnetischen Materials 106. Bei einer Ausführungsform befinden sich die Messelemente 114 und 116 etwa 100 µm über der Mittellinie C des magnetischen Materials 106. Bei einer Ausführungsform befinden sich die Messelemente 114 und 116 etwa 200 µm über der Mittellinie C des magnetischen Materials 106.
Das magnetische Material 106 stellt ein Vormagnetfeld B für die Messelemente 114 und 116 bereit. Bei diesem Beispiel liegt das Vormagnetfeld B in der y-Richtung, die senkrecht zu der Ebene der Messelemente 114 und 116 und des Substrats 102 steht. Die Messelemente 114 und 116 sind für Änderungen des Magnetfelds B in der x-Richtung empfindlich.
Das Zahnrad 202 ist ein ferromagnetisches Material, und die Zähne des Zahnrads 202 laufen vor den Messelementen 114 und 116 vorbei, während das Zahnrad 202 in der Richtung des Pfeils 204 rotiert. Dies erzeugt Magnetfeldschwankungen in der x-Richtung des Magnetfelds B, die durch die Messelemente 114 und 116 detektiert werden. Die detektierten Magnetfeldschwankungen enthalten Informationen über die Winkelstellung und die Rotationsgeschwindigkeit des Zahnrads 202. Die Schwankungen des Magnetfelds B treten auf, während das Zahnrad 202 zwischen der Situation eines zwischen den Messelementen 114 und 116 zentrierten Zahns wie in 4 gezeigt und eines zwischen den Messelementen 114 und 116 zentrierten Leerraums, wie etwa des Leerraums 206, rotiert. Die zentrierte Position des Zahns wird als Mittenposition bezeichnet, und die zentrierte Position des Zwischenraums wird als Außermittenposition bezeichnet.
5 ist ein Graph des Magnetfelds B bei 220 als Funktion der Position auf dem Substrat 102 bei 222. Der Graph wurde über Simulationen entwickelt, wobei das Magnetfeld B bei 220 in mT und die Position auf dem Substrat 102 bei 222 in mm aufgetragen sind.
Der Graph enthält zwei Mengen gemittelter Daten, eine erste Menge von Daten bei 224 und eine zweite Menge von Daten bei 226. Die erste Menge von Daten bei 224 wurde mit den Messelementen 114 und 116 50 µm über der Mittellinie C des magnetischen Materials 106 befindlich erhalten. Die zweite Menge von Daten bei 226 wurde mit den Messelementen 114 und 116 100 µm über der Mittellinie C des magnetischen Materials 106 befindlich erhalten.
Bei 50 µm über der Mittellinie C und mit dem Zahnrad 202 in der Mittenposition ist das Magnetfeld B an der Oberfläche des Substrats 102 über die Linie 228 aufgetragen. Bei 50 µm über der Mittellinie C und mit dem Zahnrad 202 in der Außermittenposition ist das Magnetfeld B an der Oberfläche des Substrats 102 über die Linie 230 aufgetragen. Das Messelement 114 befindet sich in der 0,0-mm-Position auf dem Substrat 102 und das Messelement 116 befindet sich in der 2,5-mm-Position auf dem Substrat 102. Die Differenz zwischen den Linien 228 und 230 in der 0, 0-mm-Position wird über das Messelement 114 detektiert, und die Differenz zwischen den Linien 228 und 230 in der 2, 5-mm-Position wird über das Messelement 116 detektiert. Die detektierten Differenzen werden verwendet, um die Winkelposition und Rotationsgeschwindigkeit des Zahnrads 202 zu erhalten.
Bei 100 µm über der Mittellinie C und mit dem Zahnrad 202 in der Mittenposition ist das Magnetfeld B an der Oberfläche des Substrats 102 über die Linie 232 aufgetragen. Bei 100 µm über der Mittellinie C und mit dem Zahnrad 202 in der Außermittenposition ist das Magnetfeld B an der Oberfläche des Substrats 102 über die Linie 234 aufgetragen. Die Differenz zwischen den Linien 232 und 234 in der 0,0-mm-Position wird über das Messelement 114 detektiert, und die Differenz zwischen den Linien 232 und 234 in der 2,5-mm-Position wird über das Messelement 116 detektiert. Die detektierten Differenzen werden verwendet, um die Winkelposition und Rotationsgeschwindigkeit des Zahnrads 202 zu erhalten.
6 enthält drei Graphen des Magnetfelds B bei 240 als Funktion der Zahnradposition bei 242. Der erste Graph bei 244 wurde mit den Messelementen 114 und 116 200 µm über der Mittellinie C des magnetischen Materials 106 befindlich erhalten. Der zweite Graph bei 246 wurde mit den Messelementen 114 und 116 100 µm über der Mittellinie C des magnetischen Materials 106 befindlich erhalten. Der dritte Graph bei 248 wurde mit den Messelementen 114 und 116 50 µm über der Mittellinie C des magnetischen Materials 106 befindlich erhalten. In jedem der Graphen 244, 246 und 248 bewegt sich die Zahnradposition bei 242 zwischen der Außermittenposition auf der linken Seite und der Mittenposition auf der rechten Seite.
In dem ersten Graph bei 244 ist das Magnetfeld B auf der Oberfläche des Substrats 102 bei 0, 0 mm über die Linie 250 aufgetragen, und das Magnetfeld B auf der Oberfläche des Substrats 102 bei 2,5 mm ist über die Linie 252 aufgetragen. Das über die Linie 250 aufgetragene Magnetfeld B nimmt von der Außermittenposition auf der linken Seite zur Mittenposition auf der rechten Seite etwas zu, und das über die Linie 252 aufgetragene Magnetfeld B nimmt von der Außermittenposition auf der linken Seite zu der Mittenposition auf der rechten Seite etwas zu. Die Linie 254 kombiniert die Linien 250 und 252 und kann verwendet werden, um die Winkelposition und Rotationsgeschwindigkeit des Zahnrads 202 zu erhalten. Bei einer Ausführungsform misst das Messelement 114 das Magnetfeld B bei 0,0 mm und das Messelement 116 misst das Magnetfeld B bei 2,5 mm. Die gemessenen Werte werden der integrierten Schaltung 118 zugeführt, die das Magnetfeld-Delta erhält, das verwendet wird, um die Winkelposition und Rotationsgeschwindigkeit des Zahnrads 202 zu erhalten.
In dem zweiten Graph bei 246 ist das Magnetfeld B auf der Oberfläche des Substrats 102 bei 0,0 mm über die Linie 256 aufgetragen, und das Magnetfeld B auf der Oberfläche des Substrats 102 bei 2,5 mm ist über die Linie 258 aufgetragen. Das über die Linie 256 aufgetragene Magnetfeld B nimmt von der Außermittenposition auf der linken Seite zu der Mittenposition auf der rechten Seite etwas zu, und das über die Linie 258 aufgetragene Magnetfeld B nimmt von der Außermittenposition auf der linken Seite zu der Mittenposition auf der rechten Seite etwas zu. Die Linie 260 kombiniert die Linien 256 und 258 und liefert ein Magnetfeld-Delta von 1,62 mT, das verwendet werden kann, um die Winkelposition und Rotationsgeschwindigkeit des Zahnrads 202 zu erhalten. Bei einer Ausführungsform misst das Messelement 114 das Magnetfeld B bei 0,0 mm und das Messelement 116 misst das Magnetfeld B bei 2,5 mm. Die gemessenen Werte werden der integrierten Schaltung 118 zugeführt, die das Magnetfeld-Delta von 1, 62 mT erhält, das verwendet wird, um die Winkelposition und Rotationsgeschwindigkeit des Zahnrads 202 zu erhalten.
In dem dritten Graphen bei 248 ist das Magnetfeld B auf der Oberfläche des Substrats 102 bei 0,0 mm über die Linie 262 aufgetragen, und das Magnetfeld B auf der Oberfläche des Substrats 102 bei 2,5 mm ist über die Linie 264 aufgetragen. Das über die Linie 262 aufgetragene Magnetfeld B nimmt von der Außermittenposition auf der linken Seite zu der Mittenposition auf der rechten Seite etwas zu, und das über die Linie 264 aufgetragene Magnetfeld B nimmt von der Außermittenposition auf der linken Seite zu der Mittenposition auf der rechten Seite etwas zu. Die Linie 266 kombiniert die Linien 262 und 264 und liefert ein Magnetfeld-Delta von 0,98 mT, das verwendet werden kann, um die Winkelposition und Rotationsgeschwindigkeit des Zahnrads 202 zu erhalten. Bei einer Ausführungsform misst das Messelement 114 das Magnetfeld B bei 0,0 mm und das Messelement 116 misst das Magnetfeld B bei 2,5 mm. Die gemessenen Werte werden der integrierten Schaltung 118 zugeführt, die das Magnetfeld-Delta von 0,98 mT erhält, das verwendet wird, um die Winkelposition und Rotationsgeschwindigkeit des Zahnrads 202 zu erhalten.
Das auf dem Substrat 102 auftretende statische Magnetfeld beträgt weniger als +/- 10 mT, wenn sich die Messelemente 114 und 116 200 µm über der Mittellinie C des magnetischen Materials 106 befinden, weniger als +/- 4 mT, wenn sich die Messelemente 114 und 116 100 µm über der Mittellinie C des magnetischen Materials 106 befinden, und weniger als +/- 2 mT, wenn sich die Messelemente 114 und 116 50 µm über der Mittellinie C des magnetischen Materials 106 befinden. Bei anderen Ausführungsformen kann das statische Magnetfeld bis zu +/- 20 mT betragen.
7 und 8 sind Diagramme einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen eines Magnetsensors, wie etwa des Magnetsensors 20 von 1.
7 ist ein Diagramm einer Ausführungsform eines Substrats 300, das zur Herstellung des Magnetsensors verwendet wird. Das Substrat 300 besitzt eine primäre Hauptoberfläche 302, eine gegenüberliegende Hauptoberfläche 304 und Ränder 306. Die primäre Hauptoberfläche 302 und die gegenüberliegende Hauptoberfläche 304 sind gegenüberliegende Hauptoberflächen 302 und 304. Bei einer Ausführungsform ist das Substrat 300 ein Halbleiterchip.
Bei einer Ausführungsform ist das Substrat 300 ein Halbleiterchip, der eine integrierte Schaltung enthält. Bei einer Ausführungsform ist das Substrat 300 ein Halbleiterchip, der Peripherieschaltkreise zum Evaluieren von Parametern in dem Magnetsensor enthält.
Das Substrat 300 enthält ein Messelement 308, das mindestens zwei beabstandete ferromagnetische Schichten (siehe 2) enthält. Bei einer Ausführungsform bilden die mindestens zwei beabstandeten ferromagnetischen Schichten einen Magnetwiderstand. Bei einer Ausführungsform ist eine nicht-ferromagnetische Schicht zwischen den mindestens zwei beabstandeten ferromagnetischen Schichten vorgesehen. Bei einer Ausführungsform ist eine isolierende Schicht zwischen den mindestens zwei beabstandeten ferromagnetischen Schichten vorgesehen. Bei einer Ausführungsform sind die mindestens zwei beabstandeten ferromagnetischen Schichten Teil eines GMR-Messelements. Bei einer Ausführungsform sind die mindestens zwei beabstandeten ferromagnetischen Schichten Teil eines TMR-Messelements. Bei einer Ausführungsform ist das Substrat 300 ein Halbleiterchip, der eine integrierte Schaltung enthält, die mit den mindestens zwei beabstandeten ferromagnetischen Schichten gekoppelt ist. Bei einer Ausführungsform ist das Substrat 300 ein Halbleiterchip, der Peripherieschaltkreise zum Evaluieren des Widerstands der mindestens zwei beabstandeten ferromagnetischen Schichten enthält.
Bei einer Ausführungsform wird das Substrat 300 mit einer oder mehreren Schichten aus isolierendem Material beschichtet, um das Substrat 300 einschließlich des Messelements 308 elektrisch von dem magnetischen Material 310 (siehe 8) zu isolieren. Bei einer Ausführungsform wird die primäre Hauptoberfläche 302 mit einer oder mehreren Schichten aus isolierendem Material beschichtet, um die primäre Hauptoberfläche 302 einschließlich des Messelements 308 elektrisch von dem magnetischen Material 310 zu isolieren. Bei einer Ausführungsform werden das Substrat 300 und/oder die primäre Hauptoberfläche 302 durch Eintauchen in Harz und Trocknen des Harzes isoliert. Bei einer Ausführungsform werden das Substrat 300 und/oder die primäre Hauptoberfläche 302 über einen Sprühbeschichtungsprozess isoliert. Bei einer Ausführungsform werden das Substrat 300 und/oder die primäre Hauptoberfläche 302 über einen Plasmaabscheidungsprozess mit einem Prozess wie etwa einem Prozess mit Organosiliziumchemie isoliert.
8 ist ein Diagramm einer Ausführungsform des das Substrat 300 einkapselnden magnetischen Materials 310. Das magnetische Material 310 grenzt an die primäre Hauptoberfläche 302 an und das magnetische Material 310 ist im Wesentlichen parallel zu den gegenüberliegenden Hauptoberflächen 302 und 304 an der Grenzfläche zwischen dem magnetischen Material 310 und dem Substrat 300. Außerdem grenzt im vorliegenden Gebrauch das magnetische Material 310 an die primäre Hauptoberfläche 302 an, wenn das Substrat 300 mit einer oder mehreren Schichten aus Material beschichtet wird.
Bei einer Ausführungsform ist das magnetische Material 310 ein Gussmaterial. Bei einer Ausführungsform ist das magnetische Material 310 ein Gussmaterial, das magnetische Partikel und ein Polymer enthält. Bei einer Ausführungsform ist das magnetische Material 310 ein Gussmaterial, das ferromagnetische Partikel enthält. Bei einer Ausführungsform ist das magnetische Material 310 ein Gussmaterial, das Nylon enthält. Bei einer Ausführungsform ist das magnetische Material 310 ein Gussmaterial, das Epoxidharz enthält. Bei einer Ausführungsform wird das magnetische Material 310 über Spritzguss aufgebracht. Bei einer Ausführungsform wird das magnetische Material 310 über Formpressen aufgebracht. Bei einer Ausführungsform wird das magnetische Material 310 über Spritzpressen aufgebracht.
9-12 sind Diagramme einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen eines Magnetsensors, wie etwa des Magnetsensors 100 von 3.
9 ist ein Diagramm einer Ausführungsform eines Substrats 400, das zur Herstellung des Magnetsensors verwendet wird. Das Substrat 400 besitzt eine primäre Hauptoberfläche 402, eine gegenüberliegende Hauptoberfläche 404 und Ränder 406. Die primäre Hauptoberfläche 402 und die gegenüberliegende Hauptoberfläche 404 sind gegenüberliegende Hauptoberflächen 402 und 404.
Das Substrat 400 ist ein Halbleiterchip, der Messelemente 408 und 410, eine integrierte Schaltung 412 und Substratkontakte 414 und 416 enthält. Jedes der Messelemente 408 und 410 enthält mindestens zwei beabstandete ferromagnetische Schichten, die einen Magnetwiderstand bilden. Jedes der Messelemente 408 und 410 ist dem Messelement 32 von 2 ähnlich. Bei einer Ausführungsform sind die mindestens zwei beabstandeten ferromagnetischen Schichten Teil eines GMR-Messelements. Bei einer Ausführungsform sind die mindestens zwei beabstandeten ferromagnetischen Schichten Teil eines TMR-Messelements.
Die integrierte Schaltung 412 wird über die Messelementpfade 418 und 420 elektrisch mit jedem der Messelemente 408 und 410 gekoppelt. Die integrierte Schaltung 412 wird über den Messelementpfad 418 elektrisch mit dem Messelement 408 gekoppelt, und die integrierte Schaltung 412 wird über den Messelementpfad 420 elektrisch mit dem Messelement 410 gekoppelt. Die integrierte Schaltung 412 ist elektrisch mit den mindestens zwei beabstandeten ferromagnetischen Schichten in jedem der Messelemente 408 und 410 gekoppelt und enthält Peripherieschaltkreise zum Evaluieren des Widerstands der mindestens zwei beabstandeten ferromagnetischen Schichten in jedem der Messelemente 408 und 410.
10 ist ein Diagramm einer Ausführungsform einer an dem Substrat 400 angebrachten Trägerstruktur 422. Das Substrat 400 wird über die gegenüberliegende Hauptoberfläche 404 an der Trägerstruktur 422 angebracht. Das Substrat 400 wird über Substratkontakte 414 und 416 und Kontaktelemente 424 und 426 elektrisch mit der Trägerstruktur 422 gekoppelt. Der Substratkontakt 414 wird über das Kontaktelement 424 elektrisch mit der Trägerstruktur 422 gekoppelt, und der Substratkontakt 416 wird über das Kontaktelement 426 elektrisch mit der Trägerstruktur 422 gekoppelt. Das Substrat 400 übermittelt gemessene Ergebnisse über die Substratkontakte 414 und 416, die Kontaktelemente 424 und 426 und die Trägerstruktur 422 zu anderen Schaltungen. Bei einer Ausführungsform sind die Kontaktelemente 424 und 426 Drähte. Bei einer Ausführungsform ist die Trägerstruktur 422 eine Systemträgerstruktur.
11 ist ein Diagramm einer Ausführungsform des Substrats 400, der Kontaktelemente 424 und 426 und eines Teils der Trägerstruktur 422, die mit einer oder mehreren Schichten aus isolierendem Material 430 beschichtet werden. Dies isoliert elektrisch das Substrat 400, die Kontaktelemente 424 und 426 und einen Teil der Trägerstruktur 422 einschließlich der Messelemente 408 und 410 von dem magnetischen Material 428 (siehe 12). Bei anderen Ausführungsformen werden die primäre Hauptoberfläche 402, die Kontaktelemente 424 und 426 und ein Teil der Trägerstruktur 422 mit einer oder mehreren Schichten aus dem isolierenden Material 430 ähnlichem isolierendem Material beschichtet, um diese einschließlich der Messelemente 408 und 410 elektrisch von dem magnetischen Material 428 zu isolieren.
Bei einer Ausführungsform werden das Substrat 400 und/oder die primäre Hauptoberfläche 402, die Kontaktelemente 424 und 426 und ein Teil der Trägerstruktur 422 durch Eintauchen in Harz und Trocknen des Harzes, um isolierendes Material 430 zu bilden, isoliert. Bei einer Ausführungsform werden das Substrat 400 und/oder die primäre Hauptoberfläche 402, die Kontaktelemente 424 und 426 und ein Teil der Trägerstruktur 422 über einen Sprühbeschichtungsprozess, um isolierendes Material 430 zu bilden, isoliert. Bei einer Ausführungsform werden das Substrat 400 und/oder die primäre Hauptoberfläche 402, die Kontaktelemente 424 und 426 und ein Teil der Trägerstruktur 422 über einen Plasmaabscheidungsprozess mit einem Prozess wie etwa einem Prozess mit Organosiliziumchemie, um isolierendes Material 430 zu bilden, isoliert.
12 ist ein Diagramm einer Ausführungsform des magnetischen Materials 428, das das Substrat 400, die Kontaktelemente 424 und 426 und einen Teil der Trägerstruktur 422 einkapselt. Das magnetische Material 428 kapselt das Substrat 400 so ein, dass das magnetische Material 428 an die primäre Hauptoberfläche 402 angrenzt und im Wesentlichen parallel zu den gegenüberliegenden Hauptoberflächen 402 und 404 an der Grenzfläche zwischen dem magnetischen Material 428 und dem Substrat 400 ist, wobei die Trägerstruktur 422 Teil der Grenzfläche zwischen dem magnetischen Material 428 und dem Substrat 400 ist. Außerdem grenzt das magnetische Material 428 an die primäre Hauptoberfläche 402 an, wobei das Substrat 400 mit einer oder mehreren Schichten aus isolierendem Material 430 beschichtet wird.
Das magnetische Material 428 ist ein Gussmaterial, das magnetische Partikel und ein Polymer enthält, wobei die magnetischen Partikel ein ferromagnetisches Material sind. Bei einer Ausführungsform ist das magnetische Material 428 ein Gussmaterial, das Nylon enthält. Bei einer Ausführungsform ist das magnetische Material 428 ein Gussmaterial, das Epoxidharz enthält. Bei einer Ausführungsform wird das magnetische Material 428 über Spritzguss aufgebracht. Bei einer Ausführungsform wird das magnetische Material 428 über Formpressen aufgebracht. Bei einer Ausführungsform wird das magnetische Material 428 über Spritzpressen aufgebracht.
13 ist ein Diagramm einer Ausführungsform der Magnetisierung des magnetischen Materials 428 dergestalt, dass das magnetische Material 428 ein Hintergrund-Vormagnetfeld für die Messelemente 408 und 410 bereitstellt. Über das Magnetfeld BM wird das magnetische Material 428 in der y-Richtung magnetisiert.
Bei einer Ausführungsform ist der Magnetsensor von 13 ein GMR-Sensor und die Messelemente 408 und 410 sind GMR-Messelemente, die für Magnetfelder in der x-Richtung empfindlich sind, wobei das magnetische Material 428 ein Hintergrund-Vormagnetfeld in der y-Richtung für die GMR-Messelemente 408 und 410 bereitstellt. Bei einer Ausführungsform besitzt das über das magnetische Material 428 bereitgestellte statische Magnetfeld eine Magnetfeldkomponente der x-Richtung von weniger als 0 +/- 2 mT. Bei einer Ausführungsform besitzt das über das magnetische Material 428 bereitgestellte statische Magnetfeld eine Magnetfeldkomponente der x-Richtung von weniger als 0 +/- 5 mT. Bei einer Ausführungsform besitzt das über das magnetische Material 428 bereitgestellte statische Magnetfeld eine Magnetfeldkomponente der x-Richtung von weniger als 0 +/- 20 mT.
Die Herstellung des Magnetsensors über die Einkapselung des Substrats 400 und eines Teils der Trägerstruktur 422 mit magnetischem Material 428 verringert die Anzahl der Herstellungsprozessschritte und Komplexität des Herstellungsprozesse, wodurch die Kosten des Magnetsensors verringert werden. Außerdem kann die Größe des Magnetsensors durch Verwendung des magnetischen Materials 428 zur Bereitstellung des Hintergrund-Vormagnetfelds verringert werden. Zusätzlich wird die Empfindlichkeit der Messelemente 408 und 410 mit dem über das magnetische Material 428 bereitgestellten Hintergrund-Vormagnetfeld nicht verringert.
Wenngleich hierin spezifische Ausführungsformen dargestellt und beschrieben worden sind, versteht der Durchschnittsfachmann, dass eine Vielzahl alternativer und/oder äquivalenter Implementierungen für die gezeigten und beschriebenen spezifischen Ausführungsformen substituiert werden können, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die vorliegende Anmeldung soll alle Adaptationen oder Variationen der hierin erörterten spezifischen Ausführungsformen abdecken. Deshalb soll die vorliegende Erfindung nur durch die Ansprüche und die Äquivalente davon beschränkt werden.

Claims

Sensor, umfassend: ein Substrat (22), das eine primäre Hauptoberfläche (26) aufweist und mindestens zwei beabstandete ferromagnetische Schichten (40, 42) umfasst, magnetisches Material (24), das das Substrat (22) so einkapselt, dass das magnetische Material (24) an die primäre Hauptoberfläche (26) angrenzt, und ein das Substrat (22) bedeckendes isolierendes Material (430), welches das Substrat (22) von dem magnetischen Material (24) isoliert.
Sensor nach Anspruch 1, wobei die mindestens zwei beabstandeten ferromagnetischen Schichten (40, 42) um mehr als 0,1 Nanometer und weniger als 10 Nanometer beabstandet sind.
Sensor nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Substrat (22) eine nicht-ferromagnetische Schicht (44) zwischen den mindestens zwei beabstandeten ferromagnetischen Schichten (40, 42) umfasst.
Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Substrat (22) eine isolierende Schicht (44) zwischen den mindestens zwei beabstandeten ferromagnetischen Schichten (40, 42) umfasst.
Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens zwei beabstandeten ferromagnetischen Schichten (40, 42) einen Magnetwiderstand bilden.
Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens zwei beabstandeten ferromagnetischen Schichten (40, 42) Teil eines Riesenmagnetwiderstands-Messelements sind.
Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Sensor mindestens zwei elektrisch mit dem Substrat gekoppelte Kontaktelemente (128, 130) aufweist.
Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Substrat (22) ein Halbleiterchip ist.
Sensor nach Anspruch 8, wobei der Halbleiterchip eine mit den mindestens zwei beabstandeten ferromagnetischen Schichten (40, 42) gekoppelte integrierte Schaltung umfasst.
Sensor nach Anspruch 8 oder 9, wobei der Halbleiterchip Peripherieschaltkreise zum Evaluieren des Widerstands der mindestens zwei beabstandeten ferromagnetischen Schichten (40, 42) umfasst.
Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Sensor dafür ausgelegt ist, in einer Automobilanwendung verwendet zu werden und Bewegungen eines Rads oder einer Nockenwelle oder einer Kurbelwelle oder eines Transmissionsteils zu messen.
Sensor, umfassend: ein Substrat (22), das gegenüberliegende Hauptoberflächen (26, 28) aufweist und ein Riesenmagnetwiderstands-Messelement umfasst, magnetisches Material (24), das das Substrat (22) einkapselt, wobei das magnetische Material (24) im Wesentlichen parallel zu den gegenüberliegenden Hauptoberflächen (26, 28) an der Grenzfläche zwischen dem magnetischen Material (24) und dem Substrat (22) ist, und ein das Substrat (22) bedeckendes isolierendes Material (430), welches das Substrat (22) von dem magnetischen Material (24) isoliert.
Sensor nach Anspruch 12, wobei das magnetische Material (24) magnetische Partikel und ein Polymer enthält.
Sensor nach Anspruch 12 oder 13, wobei das magnetische Material (24) über Spritzguss oder Formpressen oder Spritzpressen aufgebracht ist.
Verfahren zum Herstellen eines Sensors, mit den folgenden Schritten: Bereitstellen eines Substrats (22), das eine primäre Hauptoberfläche (26) aufweist und mindestens zwei beabstandete ferromagnetische Schichten (40, 42) umfasst; Aufbringen eines isolierenden Materials (430) auf dem Substrat (22); und Einkapseln des Substrats (22) mit magnetischem Material (24) dergestalt, dass das magnetische Material (24) an die primäre Hauptoberfläche (26) angrenzt, wobei das isolierende Material (430) das Substrat (22) von dem magnetischen Material (24) isoliert.
Verfahren nach Anspruch 15, mit den folgenden Schritten: Anbringen des Substrats (22) an einer Trägerstruktur (104) ; und elektrisches Koppeln des Substrats (22) mit der Trägerstruktur (104) über Kontaktelemente (128, 130).
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Einkapseln des Substrats (22) Folgendes umfasst: Einkapseln der Kontaktelemente (128, 130).
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, mit dem folgenden Schritt: Magnetisieren des magnetischen Materials (24) in einer Richtung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei das Bereitstellen des Substrats (22) Folgendes umfasst: Bereitstellen einer nicht-ferromagnetischen Schicht (44) zwischen den mindestens zwei beabstandeten ferromagnetischen (40, 42) Schichten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, wobei das Bereitstellen des Substrats (22) Folgendes umfasst: Bereitstellen einer isolierenden Schicht (44) zwischen den mindestens zwei beabstandeten ferromagnetischen Schichten (40, 42).
Verfahren zum Herstellen eines Sensors, mit den folgenden Schritten: Bereitstellen eines Substrats (22), das gegenüberliegende Hauptoberflächen (26, 28) aufweist und ein Riesenmagnetwiderstands-Messelement umfasst; Aufbringen eines isolierenden Materials (430) auf dem Substrat (22); und Einkapseln des Substrats (22) mit magnetischem Material (24) dergestalt, dass das magnetische Material (24) im Wesentlichen parallel zu den gegenüberliegenden Hauptoberflächen (26, 28) an der Grenzfläche zwischen dem magnetischen Material (24) und dem Substrat (22) ist, wobei das isolierende Material (430) das Substrat (22) von dem magnetischen Material (24) isoliert.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei das Einkapseln des Substrats (22) Folgendes umfasst: Vergießen über Spritzguss oder Formpressen oder Spritzpressen.
Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, wobei das magnetische Material (24) magnetische Partikel und ein Polymer enthält.