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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Magnetsensor-Bauelement und ein Verfahren zur Herstellung eines Magnetsensor-Bauelements.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Magnetsensor-Bauelemente können zum Beispiel dafür konfiguriert werden, die Drehzahl eines magnetischen Zahnrades zu messen. Solche magnetischen Drehzahlsensoren enthalten in der Regel einen integrierten Schaltkreis mit mehreren Magnetsensorelementen, wie zum Beispiel Hall-Sensor-Elemente oder magnetoresistive (XMR-) Elemente, wie zum Beispiel Riesenmagnetowiderstands-(GMR)-Sensorelemente oder anisotrope magnetoresistive (AMR-) Sensorelemente. Ein Dauermagnet erzeugt ein Vorspannmagnetfeld zu den Sensor-Elementen. Wenn das Rad gedreht wird, so drehen sich die Zähne des Rades vor dem Sensor vorbei und erzeugen eine kleine Feldveränderung, die durch den Sensor detektiert und durch den integrierten Schaltkreis verarbeitet wird. Das detektierte Feld enthält Informationen über die Winkelposition und Drehzahl des Rades. In Bezug auf die Fertigung solcher Magnetsensor-Bauelemente besteht ein stetiger Bedarf an einer Reduzierung oder Vereinfachung der Fertigungsschritte, insbesondere der Aufnahme- und Ablege-Schritte oder Formungsschritte. Ein weiterer stetiger Bedarf betrifft die Größe des Magnetsensor-Bauelement-Gehäuses und die Variabilität der Form des Dauermagneten, da es wünschenswert sein kann, dem Dauermagnet eine bestimmte Form zu geben, um dem Dauermagnetfeld eine bestimmte gewünschte Feldverteilung zu geben.
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Die
US 2011 / 0 127 998 A1 beschreibt einen GMR („giant magnetoresistive“) Sensor, der in ein magnetisches Formmaterial eingebettet ist, wobei die Seiten des Sensors durch nicht-magnetisches Material von dem magnetischen Formmaterial beabstandet sind.
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Die
US 5 210 493 A beschreibt ein Verfahren zum Einbetten von Drähten in einen Pulvermetallkern und eine Sensoranordnung, die nach einem solchen Verfahren hergestellt ist.
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Die
US 2010 / 0 117 171 A1 beschreibt ein Sensor Package mit einem Magneten zur Erzeugung eines Vormagnetfeldes, einem magnetoresistiven Sensor, einem Kondensator und einer Verkapselung, wobei der Sensor an einer Endfläche eines elektrischen Drahtes angebracht ist und wobei die Verkapselung den Sensor und den Kondensator verkapselt.
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Die Veröffentlichung „HUNG, Y.C. [et al.] : Effects of Additives on the Orientation and Strength of Plastic Ferrite Magnet. In: IEEE Trans., Vol 25, No. 5, 1989“ beschreibt ein Herstellungsverfahren zum Bonden von Magneten aus Ferritpulver und Nylonharz.
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Die
US 2007 / 0 145 972 A1 beschreibt eine integrierte magnetische Sensorkomponente mit einer Mehrzahl von Drähten, einem Magneten zur Erzeugung eines Vormagnetfeldes, Kondensatoren und einem Sensor-Halbleiterchip, der an einer Endfläche von einem der Drähte angeordnet ist, wobei der Sensor-Halbleiterchip und die Kondensatoren von einem Formmaterial umgeben sind.
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Aus der
DE 10 2008 058 895 A1 ist ein Magnetsensor-Bauelement mit einem Magneten, der an einer Oberseite eine Vertiefung zur Formung des Magnetfelds aufweist, und einem Magnetsensor-Chip, der an der Endfläche eines elektrischen Drahtes angebracht ist, bekannt.
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Die
DE 10 2010 000 389 A1 zeigt ein Sensorelement, bei dem ein Magnetsensor-Chip mit einem Verkapselungsmaterial verkapselt ist.
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Die
US 6 107 793 A zeigt ebenfalls ein Magnetsensor-Bauelement mit einem Magneten, der eine Vertiefung zur Formung des Magnetfelds aufweist.
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Die
DE 10 2005 038 293 A1 zeigt eine verkapselte Sensor-Anordnung, bei der Kondensatoren auf der gleichen Seite des Back-Bias-Magneten liegen, wie der Magnetsensor-Chip, sowie Drähte, die in den Back-Bias-Magneten eingebettet sind.
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Die
US 2006 / 0 283 232 A1 zeigt ebenfalls eine verkapselte Sensor-Anordnung, bei der Kondensatoren auf der gleichen Seite des Back-Bias-Magneten liegen, wie der Magnetsensor-Chip.
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Figurenliste
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Die beiliegenden Zeichnungen dienen dem Zweck, das Verständnis von Ausführungsformen zu vertiefen, und sind in diese Spezifikation aufgenommen und bilden einen Teil von ihr. Die Zeichnungen veranschaulichen Ausführungsformen und dienen zusammen mit der Beschreibung der Erläuterung der Prinzipien von Ausführungsformen. Weitere Ausführungsformen und viele der vorgesehenen Vorteile von Ausführungsformen werden sofort deutlich, wenn sie anhand der folgenden detaillierten Beschreibung besser verstanden werden. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht unbedingt in Bezug aufeinander maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszahlen bezeichnen entsprechende ähnliche Teile.
- 1 zeigt eine schematische seitliche Querschnittsansicht eines Magnetsensor-Bauelements gemäß Teilaspekten einer Ausführungsform;
- 2 zeigt eine schematische seitliche Querschnittsansicht eines Magnetsensor-Bauelements gemäß Teilaspekten einer Ausführungsform;
- 3A und 3B zeigen schematische seitliche Querschnittsansichten von Magnetsensor-Bauelementen gemäß Teilaspekten von Ausführungsformen; 3C zeigt eine schematische seitliche Querschnittsansicht eines nicht erfindungsgemäßen Magnetsensor-Bauelements;
- 4A-4C zeigen schematische seitliche Querschnittsansichten von Magnetsensor-Bauelementen gemäß Teilaspekten von Ausführungsformen;
- 5A zeigt eine schematische seitliche Querschnittsansicht eines nicht erfindungsgemäßen Magnetsensor-Bauelements; 5B und 5C zeigen schematische seitliche Querschnittsansichten von Magnetsensor-Bauelementen gemäß erfindungsgemäßen Ausführungsformen;
- 6 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines Magnetsensor-Bauelements gemäß Teilaspekten einer Ausführungsform;
- 7 zeigt ein Flussdiagramm zum Veranschaulichen eines Verfahrens zur Herstellung eines Magnetsensor-Bauelements gemäß Teilaspekten einer Ausführungsform;
- 8 zeigt ein Flussdiagramm zum Veranschaulichen eines Verfahrens zur Herstellung eines Magnetsensor-Bauelements gemäß Teilaspekten einer Ausführungsform;
- 9A-9G zeigen schematische Drauf- und Seitenansichten zum Veranschaulichen eines Verfahrens zur Herstellung eines Magnetsensor-Bauelements gemäß Teilaspekten einer Ausführungsform; und
- 10A-10E zeigen schematische seitliche Querschnittsansichten eines Verfahrensschrittes zum Erhalten eines Zwischenprodukts, wie in 9C gezeigt, gemäß Teilaspekten einer Ausführungsform.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VERANSCHAULICHENDER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die Aspekte und Ausführungsformen werden nun anhand der Zeichnungen beschrieben, wobei im gesamten Text allgemein gleiche Bezugszahlen zum Bezeichnen gleicher Elemente verwendet werden. In der folgenden Beschreibung werden zum Zweck der Erläuterung zahlreiche konkrete Details dargelegt, um ein gründliches Verständnis eines oder mehrerer Aspekte der Ausführungsformen zu ermöglichen. Es ist des Weiteren zu beachten, dass die Zeichnungen nicht maßstabsgerecht oder nicht unbedingt maßstabsgerecht sind.
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Des Weiteren ist es möglich, dass ein bestimmtes Merkmal oder ein bestimmter Aspekt einer Ausführungsform zwar nur in Bezug auf eine von mehreren Implementierungen offenbart wird, dass aber ein solches Merkmal oder ein solcher Aspekt auch mit einem oder mehreren anderen Merkmalen oder Aspekten der anderen Implementierungen kombiniert werden kann, wenn dies für eine bestimmte oder konkrete Anwendung gewünscht und von Vorteil ist. Darüber hinaus sind die Begriffe „enthalten“, „aufweisen“, „mit“ oder andere Varianten davon, wenn sie in der detaillierten Beschreibung oder den Ansprüchen verwendet werden, so zu verstehen, dass sie in ähnlicher Weise inkludierend sind wie der Begriff „umfassen“. Es können die Begriffe „gekoppelt“ und „verbunden“, zusammen mit Ableitungen, verwendet werden. Es versteht sich, dass diese Begriffe verwendet werden können, um anzuzeigen, dass zwei Elemente miteinander zusammenwirken oder interagieren, unabhängig davon, ob sie in einem direkten körperlichen oder elektrischen Kontakt stehen oder in keinem direkten Kontakt miteinander stehen. Des Weiteren bezeichnet der Begriff „beispielhaft“ lediglich ein Beispiel und meint nicht das Beste oder Optimale.
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In verschiedenen Ausführungsformen werden Schichten oder Schichtstapel aufeinander aufgebracht, oder Materialien werden auf Schichten oder andere Substrate aufgebracht oder abgeschieden. Es versteht sich, dass solche Begriffe wie „aufgebracht“ oder „abgeschieden“ ausnahmslos sämtliche Arten und Techniken des Aufbringens von Schichten oder Materialien auf Substrate beinhalten. Insbesondere erstrecken sie sich auf Techniken, bei denen Schichten oder Materialien mit einem Mal im Ganzen aufgebracht werden, wie zum Beispiel Laminierungstechniken sowie Techniken, bei denen Schichten oder Materialien der Reihe nach abgeschieden werden, wie zum Beispiel Sputtern, Plattieren, Formen, CVD usw.
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Im vorliegenden Text beschriebene Ausführungsformen umfassen Magnetsensor-Chips. Die Magnetsensor-Chips können Kontaktelemente oder Kontakthügel auf einer oder mehreren ihrer Außenflächen umfassen, wobei die Kontaktelemente dazu dienen, einen elektrischen Kontakt zu den Magnetsensor-Chips herzustellen. Die Kontaktelemente können jede gewünschte Form oder Gestalt aufweisen. Sie können zum Beispiel die Form von Absätzen aufweisen, d.h. flache Kontaktschichten auf einer Außenfläche des Halbleitergehäuses. Die Kontaktelemente oder Kontakthügel können aus einem beliebigen elektrisch leitenden Material bestehen, z.B. aus einem Metall wie zum Beispiel Aluminium, Gold oder Kupfer oder einer Metalllegierung, oder einem elektrisch leitenden organischen Material, oder einem elektrisch leitenden Halbleitermaterial.
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In den Ansprüchen und in der folgenden Beschreibung werden verschiedene Ausführungsformen eines Verfahrens zur Herstellung eines Magnetsensor-Bauelements als eine bestimmte Abfolge von Prozessen oder Maßnahmen beschrieben, insbesondere in den Flussdiagrammen. Es ist anzumerken, dass die Ausführungsformen nicht auf die konkret beschriebene Abfolge beschränkt werden dürfen. Bestimmte oder alle der verschiedenen Prozesse oder Maßnahmen können auch gleichzeitig oder in jeder sonstigen nutzbringenden und zweckmäßigen Abfolge ausgeführt werden.
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Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsformen vorgestellt, in denen ein Magnetsensor-Chip verwendet wird und dafür vorgesehen ist, ein statisches oder dynamisches Magnetfeld zu detektieren. Es ist anzumerken, dass der Magnetsensor-Chip auf unterschiedliche Weise aufgebaut sein und nach unterschiedlichen Messprinzipien arbeiten kann. Der Magnetsensor-Chip kann zum Beispiel ein Hall-Sensorelement umfassen. Alternativ kann der Magnetsensor-Chip ein magnetoresistives (XMR-) Sensorelement umfassen. Der Fachmann kann auch andere Implementierungen eines Magnetsensor-Chips verwenden.
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In 1 ist eine schematische seitliche Querschnittsansicht eines Magnetsensor-Bauelements gemäß Teilaspekten einer erfindungsgemäßen Ausführungsform gezeigt. Das Magnetsensor-Bauelement 10 umfasst einen Magneten 1, der dafür konfiguriert ist, ein Vorspannmagnetfeld zu erzeugen, mehrere elektrische Drähte 2, von denen einer als erster elektrischer Draht 2.1 bezeichnet wird. Das Magnetsensor-Bauelement umfasst des Weiteren einen Magnetsensor-Chip 3, der an einer Stirnseite 2.1A eines ersten elektrischen Drahts 2.1 der mehreren elektrischen Drähte 2 angebracht ist. Die elektrischen Drähte erstrecken sich durch den Magneten 1.
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Gemäß einer Ausführungsform des Magnetsensor-Bauelements 10 werden die elektrischen Drähte 2 aus einem Leiterrahmen hergestellt, insbesondere einem auf Kupfer basierenden Leiterrahmen. Insbesondere können, wie später noch gezeigt und erläutert wird, die elektrischen Drähte 2 am Beginn eines Fertigungsprozesses Teil eines aneinandergrenzenden großen Leiterrahmens sein, der mehrere einzelne Leiterrahmen mit elektrischen Drähten 2 enthält und der während des Fertigungsprozesses in einzelne Leiterrahmen vereinzelt wird, die jeweils ein Magnetsensor-Bauelement umfassen. Gemäß einer Ausführungsform des Magnetsensor-Bauelements 10 umfasst der Magnetsensor-Chip 3 ein Hall-Sensorelement oder ein magnetoresistives (XMR-) Sensorelement.
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Gemäß einer Ausführungsform des Magnetsensor-Bauelements 10 erstrecken sich die mehreren elektrischen Drähte 2 derart durch den Magneten 1, dass sie entlang eines bestimmten Leitungsabschnitts der elektrischen Drähte 2 vollständig in dem Magneten 1 eingebettet sind.
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Gemäß einer Ausführungsform des Magnetsensor-Bauelements 10 kann der Magnet 1 eine Materialzusammensetzung aus einem Polymer und Magnetpartikeln aufweisen. Die Materialzusammensetzung kann zum Beispiel ein Epoxidharz oder ein anderes Material, das durch Formen oder Gießen in jede gewünschte Form gebracht werden kann, umfassen oder daraus bestehen. Gemäß einer Ausführungsform kann die Materialzusammensetzung so konfiguriert sein, dass Magnetpartikel mit einem Polymer oder Polymer-basierten Material beschichtet sind, insbesondere mit einem wärmeaushärtenden Polymermaterial, und insbesondere so, dass der Füllungsgrad der Magnetteilchen »90%, insbesondere >95% oder >98% beträgt. Gemäß einer Ausführungsform kann die Materialzusammensetzung so konfiguriert sein, dass ein Polymer oder Polymer-basiertes Material, insbesondere ein Thermoplastmaterial, mit Magnetpartikeln gefüllt ist, insbesondere dergestalt, dass der Füllungsgrad der Magnetteilchen <90%, bevorzugt 80-90% beträgt.
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Das Magnetsensor-Bauelement 10 umfasst des Weiteren ein Verkapselungsmaterial, das den Magnetsensor-Chip 3 verkapselt. Ausführungen, die das Bauelement mit dem Verkapselungsmaterial zeigen, werden später gezeigt und erläutert. Gemäß einer Ausführungsform davon bedeckt das Verkapselungsmaterial auch Endflächen der elektrischen Drähte 2, bei denen es sich nicht um den ersten elektrischen Draht 2.1 handelt. Gemäß einer Ausführungsform bedeckt das Verkapselungsmaterial mindestens eine der Hauptflächen des Magneten 1.
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Gemäß einer Ausführungsform des Magnetsensor-Bauelements 10 liegt die Endfläche 2.1A des ersten elektrischen Drahts 2.1 in einer Ebene, die senkrecht zu einer Längsachse eines Abschnitts des ersten elektrischen Drahts 2 neben der Endfläche 2.1A orientiert ist. Die Endfläche 2.1A des ersten elektrischen Drahts 2.1 kann größere Abmessungen als die Querschnittsabmessungen des ersten elektrischen Drahts 2.1 aufweisen, insbesondere derart, dass die Endfläche 2.1A entlang mindestens einer Richtung größer als ein Querschnitt des ersten elektrischen Drahts 2.1 ist. Die Endfläche 2.1A kann in ihren Abmessungen auch den Querschnittsabmessungen des ersten elektrischen Drahts 2.1 gleich sein.
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Gemäß einer Ausführungsform des Magnetsensor-Bauelements 10 ist eine Hauptebene des Magnetsensor-Chips 3 senkrecht zu einer Längsachse eines Abschnitts des ersten elektrischen Drahts 2.1 neben der Endfläche 2.1A orientiert.
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Gemäß einer Ausführungsform des Magnetsensor-Bauelements 10 umfasst der erste elektrische Draht 2.1 einen Endabschnitt, der zur Bereitstellung der Endfläche 2.1A gebildet ist. Insbesondere ist der Endabschnitt so gebildet, dass eine Endfläche bereitgestellt wird, die einen Flächenbereich umfasst, der mindestens entlang einer Richtung größer ist als ein Querschnittsbereich eines beliebigen anderen Abschnitts des ersten elektrischen Drahts 2.1. Gemäß einer Ausführungsform davon wird der Endabschnitt durch Schmieden und/oder Biegen gebildet.
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Gemäß einer Ausführungsform des Magnetsensor-Bauelements 10 umfasst das Bauelement des Weiteren elektrische Drähte 2, die entlang jeweiliger Abschnitte in dem Magneten 1 von einer Isolierschicht bedeckt sind. Eine Ausführungsform davon wird später gezeigt und erläutert. Gemäß einer Ausführungsform davon kann die Isolierschicht galvanisch abgeschiedenes Zinkoxid und/oder Chromoxid umfassen oder daraus bestehen. Gemäß einer anderen Ausführungsform besteht die Isolierschicht aus einer oxidierten Oberfläche des elektrischen Drahts selbst.
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Gemäß einer Ausführungsform des Magnetsensor-Bauelements 10 umfasst das Bauelement des Weiteren einen oder mehrere Kondensatoren, wobei jeder der Kondensatoren jeweils zwischen zwei elektrischen Drähten 2 oder zwischen einem Anschluss des Magnetsensor-Chips 3 und einem elektrischen Draht 2 angeschlossen ist. Insbesondere sind die Kondensatoren dafür konfiguriert, angemessenen Schutz vor elektrostatischer Entladung (ESD) zu bieten. Insbesondere umfassen die Kondensatoren gemäß einer Ausführungsform jeweils Kapazitätswerte in einem Bereich von 0,5 nF bis 100 nF, besonders bevorzugt 1 nF bis 50 nF. Ausführungsformen eines Magnetsensor-Bauelements, das solche Kondensatoren umfasst, werden später gezeigt und erläutert.
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Gemäß einer Ausführungsform kann der Magnetsensor-Chip 3 einen Siliziumchip aufweisen. Jedoch kann der Magnetsensor-Chip 3 auch aus einem Gehäuse bestehen, wie zum Beispiel einem PSSO-Gehäuse, das den Siliziumchip umschließt.
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In 2 ist eine schematische seitliche Querschnittsansicht eines Magnetsensor-Bauelements gemäß Teilaspekten einer erfindungsgemäßen Ausführungsform gezeigt. Das Magnetsensor-Bauelement 20 umfasst eine Struktur ähnlich der des Magnetsensor-Bauelements 10 von 1. Insofern die gleichen Bezugszeichen, die in 1 für die verschiedenen Strukturelemente verwendet werden, auch in 2 verwendet werden, wird ihre Beschreibung hier nicht wiederholt. Im Folgenden werden nur jene Strukturelemente des Magnetsensor-Bauelements 20 beschrieben, die zu der Ausführungsform eines Magnetsensor-Bauelements, die in 1 gezeigt ist, hinzukommen.
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Das Magnetsensor-Bauelement 20 von 2 umfasst des Weiteren ein Verkapselungsmaterial 4, das den Magnetsensor-Chip 3 verkapselt und Endflächen von elektrischen Drähten 2 mit Ausnahme des ersten elektrischen Drahtes 2.1 und einer Oberseite des Magneten 1 bedeckt. Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verkapselungsmaterial 4 ein oder mehrere von Folgendem (oder besteht daraus): ein Harzmaterial, insbesondere ein Epoxidharzmaterial, jede Art von polymerbasiertem Material oder jede Art von UV-aushärtbarem Material. Gemäß einer Ausführungsform kann das Verkapselungsmaterial 4 zum Beispiel durch Tauchbeschichtung aufgebracht werden. Gemäß einer Ausführungsform wird das Verkapselungsmaterial 4 nur auf eine Oberseite des Magneten 1 aufgebracht, wodurch der Magnetsensor-Chip 3 eingebettet wird und die Endflächen der elektrischen Drähte 2, mit Ausnahme des ersten elektrischen Drahtes 2.1, bedeckt werden, wie in der Ausführungsform von 2 gezeigt. Jedoch ist es auch möglich, dass das Verkapselungsmaterial 4 gemäß einer Ausführungsform, die später noch gezeigt und erläutert wird, auch vollständig den Magneten 1 verkapselt.
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Gemäß einer Ausführungsform des Magnetsensor-Bauelements 20 ist der Magnetsensor-Chip 3, wie in 2 gezeigt, an dem ersten elektrischen Draht 2.1 angebracht und außerdem elektrisch mit einem oder mehreren der anderen elektrischen Drähte 2 durch Bonddrähte 5 verbunden. Die Bonddrähte 5 sind ebenfalls in das Verkapselungsmaterial 4 eingebettet. Dies ist eine Ausführungsform, in der der Magnetsensor-Chip 3 selbst einen Siliziumchip aufweist oder daraus besteht. Wenn jedoch der Magnetsensor-Chip 3 ein Gehäuse aufweist, so kann das Gehäuse externe elektrische Kontaktbereiche umfassen, und das Gehäuse kann sich auf allen drei elektrischen Drähten 2 befinden, wodurch ein elektrischer Kontakt zwischen den elektrischen Drähten und den elektrischen Kontaktbereichen des Gehäuses hergestellt wird.
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Gemäß einer Ausführungsform des Magnetsensor-Bauelements 20 sind, wie in 2 gezeigt, die elektrischen Drähte 2 mit einem elektrisch isolierenden Material entlang jeweiliger Leitungsabschnitte (als schraffierte Bereiche gezeigt) innerhalb des Magneten 1 beschichtet oder bedeckt, um einen elektrischen Kurzschluss zu vermeiden, der durch eine mögliche elektrische Leitfähigkeit der Magnetpartikel der Materialzusammensetzung des Magneten 1 hervorgerufen wird. Das elektrisch isolierende Material kann zum Beispiel Zinkoxid und/oder Chromoxid umfassen, das auf den Oberflächen der elektrischen Drähte 2 entlang der erwähnten Leitungsabschnitte galvanisch abgeschieden werden kann. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das elektrisch isolierende Material aus einem beliebigen elektrisch isolierenden Polymer-basierten Material bestehen, wie einer beliebigen Harzart, insbesondere Epoxidharz, oder einer beliebigen Art von dielektrischem isolierendem Material. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das elektrisch isolierende Material durch ein elektrisch isolierendes Bandmaterial gebildet werden, das um die elektrischen Drähte 2 entlang der erwähnten Leitungsabschnitte innerhalb des Magneten 1 herum gewickelt wird. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das elektrisch isolierende Material aus einer oxidierten Oberfläche der elektrischen Drähte bestehen.
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Weitere Ausführungsformen des Magnetsensor-Bauelements 20 von 2 können zusammen mit beliebigen der Merkmale und Ausführungsformen gebildet werden, die oben in Verbindung mit dem Magnetsensor-Bauelement 10 von 1 beschrieben wurden.
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In den 3A und 3B sind schematische seitliche Querschnittsansichten gemäß weiterer Teilaspekte von erfindungsgemäßen Ausführungsformen von Magnetsensor-Bauelementen gezeigt. 3C zeigt eine schematische seitliche Querschnittsansicht eines nicht erfindungsgemäßen Magnetsensor-Bauelements. Auch hier wird im Folgenden nur auf Ergänzungen und Änderungen im Vergleich zu den in den 1 und 2 gezeigten Magnetsensor-Bauelementen eingegangen. 3A zeigt ein Magnetsensor-Bauelement 30.1, bei dem im Vergleich zu dem Magnetsensor-Bauelement 20 von 2 das Verkapselungsmaterial 4 in einer solchen Weise angeordnet ist, dass der gesamte Magnet 1 zusammen mit dem Magnetsensor-Chip 3 und den oberen Endflächen der elektrischen Drähte 2 in das Verkapselungsmaterial 4 eingebettet ist. 3B zeigt ein Magnetsensor-Bauelement 30.2 mit elektrischen Drähten 2, die in einer Position, unmittelbar bevor sie in den Magneten 1 eindringen, in einem rechten Winkel gebogen sind. Die elektrischen Drähte 2 sind in einer Seitenansicht auf einer Reihe der elektrischen Drähte 2 dergestalt gezeigt, dass nur einer der elektrischen Drähte 2 zu sehen ist. 3C zeigt ein Magnetsensor-Bauelement 30.3, bei dem die elektrischen Drähte 2 den Magneten 1 von einer Seitenwand her dergestalt durchdringen, dass die elektrischen Drähte 2 im Inneren des Magneten 1 in einem rechten Winkel in Richtung des Magnetsensor-Chips 3 und des Verkapselungsmaterials 4 gebogen sind.
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4A-4C zeigen schematische seitliche Querschnittsansichten gemäß weiterer Teilaspekte von erfindungsgemäßen Ausführungsformen von Magnetsensor-Bauelementen. Diese weiteren Ausführungsformen sollen die verschiedenen Möglichkeiten des Formens des durch den Magneten 1 erzeugten Dauermagnetfeldes veranschaulichen. 4A zeigt ein Magnetsensor-Bauelement 40.1, das in der gleichen Weise gebildet ist wie das Magnetsensor-Bauelement 20 von 2. Außerdem zeigen die Strichlinien die Feldlinien des durch den Magneten 1 erzeugten Magnetfeldes. Der Magnet 1 hat die Form eines Quaders mit einem rechteckigen Querschnitt mit Seitenflächen a und b und einer Höhe c, die senkrecht zur Ebene des Blattes verläuft. 4B zeigt ein Magnetsensor-Bauelement 40.2, bei dem der Magnet 1 im Prinzip in der gleichen Weise gebildet ist wie in 4A, aber wobei eine Vertiefung mit einem rechteckigen Querschnitt von der Oberseite her in dem Magneten 1 ausgebildet ist, so dass in dieser Region nur Seitenwände des Magneten 1 übrig bleiben. Es ist zu erkennen, dass sich die Feldlinien des Magnetfeldes deutlich von denen von 4 unterscheiden. Genauer gesagt, divergieren die Feldlinien im Fall von 4A und sind im Fall von 4B mehr oder weniger konvergent. 4C zeigt ein Magnetsensor-Bauelement 40.3, bei dem der Magnet 1 ebenfalls im Prinzip in der gleichen Weise wie in 4A gebildet ist, aber wobei eine Vertiefung von der Oberseite her in dem Magneten 1 ausgebildet ist, wobei die Vertiefung einen dreieckigen Querschnitt hat. Auch hier ist zu erkennen, dass sich die Feldlinien des Magnetfeldes von denen der Ausführungsformen von 4A und 4B unterscheiden.
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5A zeigt eine schematische seitliche Querschnittsansicht eines nicht erfindungsgemäßen Magnetsensor-Bauelements. In den 5B und 5C sind schematische seitliche Querschnittsansichten erfindungsgemäßer Ausführungsformen von Magnetsensor-Bauelementen gezeigt. Diese erfindungsgemäßen Ausführungsformen sollen zeigen, wie eine elektrostatische Entladung (ESD) effizient in einem Magnetsensor-Bauelement verhindert werden kann. Auch hier werden im Folgenden nur Ergänzungen und Änderungen im Vergleich zu dem Magnetsensor-Bauelement 20 in 2 erläutert. 5A zeigt ein Magnetsensor-Bauelement 50.1, das zwei Kondensatoren 6 umfasst, die jeweils zwischen zwei elektrischen Drähten 2 angeschlossen sind. Die Kondensatoren 6 können zum Beispiel Keramikkondensatoren wie zum Beispiel jene vom Typ X8R aufweisen, die dem Fachmann bekannt sind. Diese Arten von Kondensatoren sind in der Regel als SMD-Bauelemente (oberflächenmontierte Bauelemente) konfiguriert, die zum Beispiel an den elektrischen Drähten 2 mittels eines elektrisch leitfähigen Klebstoffs montiert werden können. Die Kapazitätswerte der Kondensatoren 6 liegen in der Regel in einem Bereich von 0, 5 nF bis 100 nF, besonders bevorzugt 1 nF bis 50 nF. Wie in 5A gezeigt, ist einer der zwei Kondensatoren 6 zwischen dem ersten elektrischen Draht 2.1 und dem linken elektrischen Draht 2 angeschlossen, und der zweite der Kondensatoren 6 ist zwischen dem ersten elektrischen Draht 2.1 und dem rechten elektrischen Draht 2 angeschlossen. Die Kondensatoren 6 sind so an den elektrischen Drähten 2 angeschlossen, dass sich der Magnet 1 zwischen dem Magnetsensor-Chip 3 und den Kondensatoren 6 befindet. 5B zeigt ein Magnetsensor-Bauelement 50.2, das der Ausführungsform von 5A ähnelt, wobei jedoch die Kondensatoren 6 an den elektrischen Drähten 2 an einer solchen Position angeschlossen sind, dass sie sich zwischen dem Magneten 1 und dem Magnetsensor-Chip 3 befinden. Die Kondensatoren 6 sind somit ebenfalls durch das Verkapselungsmaterial 4 bedeckt. 5C zeigt ein Magnetsensor-Bauelement 50.3, bei dem die Kondensatoren 6 jeweils zwischen einem elektrischen Anschluss des Magnetsensor-Chips 3 und einem der linken oder rechten elektrischen Drähte 2 angeschlossen sind. Jeder der Kondensatoren 6 ist außerdem auf einer Oberseite eines der linken oder rechten elektrischen Drähte 2 angebracht.
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In 6 ist eine perspektivische Darstellung eines Magnetsensor-Bauelements gemäß Teilaspekten einer erfindungsgemäßen Ausführungsform gezeigt. Das Magnetsensor-Bauelement 60 von 6 umfasst einen ersten elektrischen Draht 2.1 und weitere elektrische Drähte 2. Der erste elektrische Draht 2.1 umfasst einen Endabschnitt 2.11, der durch Biegen gebildet wird, wie später noch gezeigt wird. Der Endabschnitt 2.11 umfasst eine obere flache Fläche 2.11A, auf der ein Magnetsensor-Chip 3 montiert ist. Die Oberseite 2.11A des Endabschnitts 2.11 umfasst eine Oberfläche, die hinreichend groß ist, damit der Magnetsensor-Chip 3 sicher darauf angeordnet werden kann. Das bedeutet, dass in der Praxis die Oberfläche der Fläche 2.11A geringfügig größer ist als die Unterseite des Magnetsensor-Chips 3. Der Magnetsensor-Chip 3 umfasst an seiner Oberseite elektrische Kontakthügel, von denen jeder mittels eines Bonddrahtes 5 mit einem der anderen elektrischen Drähte 2 verbunden ist.
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In 7 ist ein Flussdiagramm zum Veranschaulichen eines Verfahrens zur Herstellung eines Magnetsensor-Bauelements gemäß Teilaspekten einer erfindungsgemäßen Ausführungsform gezeigt. Das Verfahren 70 von 7 umfasst das Bereitstellen mehrerer elektrischer Drähte (71), das Bereitstellen eines Magneten, so dass sich die elektrischen Drähte durch den Magneten erstrecken (72) und das Anbringen eines Sensor-Chips an einer Endfläche eines ersten elektrischen Drahts der mehreren elektrischen Drähte (73).
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Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens 70 umfasst das Bereitstellen eines Magneten das Anbringen oder Formen einer Materialzusammensetzung aus einem Polymer und magnetischen oder magnetisierbaren Teilchen an den oder um die elektrischen Drähte. Insbesondere wird die Materialzusammensetzung entlang eines zuvor festgelegten Leitungsabschnitts der parallelen elektrischen Drähte in einer solchen Weise an den elektrischen Drähten geformt, dass die elektrischen Drähte vollständig in die Materialzusammensetzung entlang den zuvor festgelegten Leitungsabschnitten der Drähte eingebettet sind. Danach können die magnetisierbaren Teilchen der Materialzusammensetzung in einem Magnetisierungsschritt auf eine dem Fachmann bekannte Weise magnetisiert werden.
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Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens 70 umfasst das Verfahren des Weiteren das Verkapseln des Magnetsensor-Chips mit einem Verkapselungsmaterial. Gemäß einer Ausführungsform davon kann das Verkapseln mit einem Verkapselungsmaterial ausgeführt werden, indem man die Anordnung, die den Magnetsensor-Chip enthält, in ein Bad taucht, welches das Verkapselungsmaterial in einer flüssigen Form enthält. Gemäß einer Ausführungsform kann das Verkapselungsmaterial aus einem UV-aushärtbaren Material hergestellt werden, so dass das Verkapselungsmaterial in einem folgenden Schritt einer UV-Bestrahlung ausgesetzt wird, um ausgehärtet zu werden.
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Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens 70 von 7 umfasst das Bereitstellen mehrerer elektrischer Drähte das Bereitstellen eines ersten elektrischen Drahts derart, dass der erste elektrische Draht einen Endabschnitt umfasst, der sich von Endabschnitten der anderen elektrischen Drähte unterscheidet. Der Endabschnitt des ersten elektrischen Drahts umfasst die Endfläche zur Anbringung des Magnetsensor-Chips darauf. Während der Herstellung des Magnetsensor-Bauelements wird der Endabschnitt aus einer gemeinsamen Ebene der elektrischen Drähte herausgebogen, bis seine Endfläche senkrecht zu ihr steht. Dies wird im Folgenden näher gezeigt und erläutert.
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Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens 70 von 7 sind die mehreren elektrischen Drähte in der Form eines Leiterrahmens ausgebildet.
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Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens 70 ist der Magnetsensor-Chip an einer Endfläche von mindestens einem der elektrischen Drähte angebracht.
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Weitere Ausführungsformen des Verfahrens 70 von 7 können mit beliebigen der Merkmale oder Ausführungsformen ausgebildet werden, die oben in Verbindung mit den Ausführungsformen der 1 bis 6 beschrieben wurden.
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In 8 ist ein Flussdiagramm zum Veranschaulichen eines Verfahrens zur Herstellung eines Magnetsensor-Bauelements gemäß Teilaspekten einer erfindungsgemäßen Ausführungsform gezeigt. Das Verfahren 80 umfasst das Bereitstellen eines Leiterrahmens, der mehrere Anschlussfinger (81) umfasst, das Formen eines polymerbasierten Materials, enthaltend magnetische oder magnetisierbare Teilchen auf oder um die Anschlussfinger, so dass sich die Anschlussfinger durch das geformte polymerbasierte Material erstrecken (82) und Anbringen eines Sensor-Chips an einer Endfläche eines ersten Anschlussfingers der mehreren Anschlussfinger (83).
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Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens 80 von 8 umfasst das Verfahren des Weiteren das Verkapseln des Magnetsensor-Chips mit einem Verkapselungsmaterial. Gemäß einer weiteren Ausführungsform davon umfasst das Verfahren des Weiteren das Bedecken der Endflächen der Anschlussfinger mit dem Verkapselungsmaterial. Weitere Ausführungsformen davon wurden oben im Zusammenhang mit 7 beschrieben.
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Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens 80 ist der Magnetsensor-Chip an einer Endfläche von mindestens einem der Anschlussfinger angebracht.
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Weitere Ausführungsformen des Verfahrens von 8 können mit beliebigen der Merkmale oder Ausführungsform ausgebildet werden, die oben in Verbindung mit 7 beschrieben wurden.
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In den 9A-9G sind schematische Drauf- und Seitenansichten zum Veranschaulichen eines Verfahrens zur Herstellung eines Magnetsensor-Bauelements gemäß Teilaspekten der Erfindung gezeigt. 9A zeigt eine Draufsicht eines großen Leiterrahmens 100, der in sechs Sektionen unterteilt ist, die jeweils einen einzelnen Leiterrahmen enthalten, der zu einem einzelnen Magnetsensor-Bauelement verarbeitet werden soll. Die einzelnen Leiterrahmen 90 sind identisch ausgebildet und umfassen elektrische Drähte 91 und darunter einen ersten elektrischen Draht 91.1, der zum späteren Tragen eines Magnetsensor-Chips vorgesehen ist. Der erste elektrische Draht 91.1 umfasst einen Endabschnitt 91.11, der dazu vorgesehen ist, dass er als Substrat zum Tragen des Magnetsensor-Chips dient. Die einzelnen Leiterrahmen 90 sind in dem großen Leiterrahmen 100 in einer solchen Weise montiert, dass die elektrischen Drähte 91 jeweils zweigeteilt sind, wobei ein Teil, der mit der Bezugszahl 91a (schraffiert) bezeichnet ist, mit einer Isolierschicht versehen wird und der andere Teil, der mit Bezugszahl 91b bezeichnet ist, unbehandelt bleibt. Die Isolierschicht kann in der oben beschriebenen Weise hergestellt werden.
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9B zeigt die gleiche Anordnung nach dem Pressen einer Materialzusammensetzung 92, insbesondere eines epoxidbeschichteten Magnetmaterials, im Wesentlichen auf die Abschnitte 91a eines jeden der einzelnen Leiterrahmen 90. In die Materialzusammensetzung 92 sind magnetisierbare Teilchen eingebettet, die in einem späteren Schritt des Fertigungsverfahrens magnetisiert werden sollen. Das Pressen kann durch jeden Standardprozess ausgeführt werden, der dem Fachmann bekannt ist.
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9C zeigt eine Seitenansicht einer Hälfte des großen Leiterrahmens, wie in 9B gezeigt, nach dem Herabbiegen der Endabschnitte 91.11 jedes der ersten elektrischen Drähte 91. 1 der einzelnen Leiterrahmen 90 . Details dieses Prozesses sind ausführlicher in den 10A-10E gezeigt. 10A zeigt eine Seitenansicht auf eine Reihe von einzelnen Leiterrahmen 90 von 9B. 10B zeigt die Anordnung nach Anbringung eines speziellen Werkzeugs 95 an die Materialzusammensetzung 92 der einzelnen Leiterrahmen 90 durch Einklemmen des Werkzeugs zwischen ihrer jeweiligen Ober- und Unterfläche, wobei der gestrichelte gebogene Pfeil die Richtung des Biegens der Endabschnitte 91.11 zeigt. 10C zeigt die Anordnung nach dem Biegen der Endabschnitte 91.11 dergestalt, dass sie auf einer Oberseite des Werkzeugs 95 aufliegen. 10D zeigt die Anordnung nach dem Anbringen von Magnetsensor-Chips 93 an die jeweiligen Endflächen 91.11A der einzelnen Leiterrahmen 90 und dem elektrischen Verbinden der Chips 93 durch Verbindungsdrähte 96. 10E zeigt die Anordnung nach Entfernung des Werkzeugs 95.
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9D zeigt die Anordnung von 10E in einer Darstellung, die alle drei Leiterrahmen noch miteinander verbunden zeigt. Die Magnetsensor-Chips 93 sind über Verbindungsdrähte 96 mit linken und rechten elektrischen Drähten 91 verbunden. Zu diesem Zeitpunkt können wie oben beschrieben auch ESD-Kondensatoren zwischen die Magnetsensor-Chips 93 und die linken und rechten elektrischen Drähte 91 angeschlossen werden.
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9E zeigt die Anordnung von 9D in einer umgekehrten Konfiguration nach dem Eintauchen der Anordnung in ein Harzbad, um die Magnetsensor-Chips 93 mit einem aus einem Epoxidharz bestehenden Verkapselungsmaterial 94 zu verkapseln. Daraufhin wird das Verkapselungsmaterial UV-Strahlung ausgesetzt, um ausgehärtet zu werden (was durch die Glühbirne symbolisiert wird).
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9F veranschaulicht die Anwendung eines Außenmagnetfelds zur Magnetisierung der magnetisierbaren Teilchen, die in der Materialzusammensetzung 92 eingebettet sind.
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9G zeigt ein Magnetsensor-Bauelement nach Vereinzelung der Anordnung wie in 9E gezeigt in drei getrennte Magnetsensor-Bauelemente.
