DE102017121524B4

DE102017121524B4 - Messanordnung

Info

Publication number: DE102017121524B4
Application number: DE102017121524.7A
Authority: DE
Inventors: Torsten Becker
Original assignee: Bogen Electronic GmbH
Current assignee: Bogen Magnetics GmbH
Priority date: 2017-09-15
Filing date: 2017-09-15
Publication date: 2019-12-24
Anticipated expiration: 2037-09-16
Also published as: WO2019053156A1; DE102017121524A1

Abstract

Messanordnung mit einem Gegenstand (14), der eine magnetische Skala (2) aufweist, und einem Chip (22), der in einem Abstand zu der magnetischen Skala (2) angeordnet ist und einen prozessierten Wafer (5) und mindestens eine Zeile (7, 8) von magnetoresistiven Sensorelementen (6) aufweist, wobei die magnetoresistiven Sensorelemente (6) an zwei flächigen Waferseiten (12) des prozessierten Wafers (5) angebracht sind und eingerichtet sind, ein von der magnetischen Skala (2) ausgehendes Magnetfeld zu detektieren, so dass die Messanordnung (1) eingerichtet ist, die Position des Gegenstands (14) zu messen, wobei eine der zwei flächigen Waferseiten (12), an denen die magnetoresistiven Sensorelemente (6) angebracht sind, der magnetischen Skala (2) zugewandt angeordnet ist und die andere der zwei flächigen Waferseiten, an denen die magnetoresistiven Sensorelemente (6) angebracht sind, der magnetischen Skala (2) abgewandt angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Messanordnung zum Messen der Position eines Gegenstands
Herkömmlich wird eine magnetische Skala ausgelesen, indem ein Sensor, mittels dem ein Magnetfeld detektierbar ist, auf eine Leiterplatte aufgebracht wird und diese Leiterplatte senkrecht zu der Oberfläche der magnetischen Skala angeordnet wird. Um ein hohes Messsignal mit dem Sensor detektieren zu können, ist es erforderlich die Leiterplatte möglichst nah an der magnetischen Skala anzuordnen. Dadurch kann erreicht werden, dass der Abstand des Sensors zu der magnetischen Skala möglichst kurz ist. Um den Abstand des Sensors zu der magnetischen Skala noch weiter zu verkürzen, wird herkömmlich der Sensor auf der Leiterplatte nah an dem der magnetischen Skala zugewandten Ende der Leiterplatte angeordnet. Dadurch ist nachteilig nur ein geringer Platz zwischen der magnetischen Skala und dem Sensor sowie auf dem Teil der Leiterplatte, der zwischen der magnetischen Skala und dem Sensor angeordnet ist, vorhanden.
In DE 42 37 540 A1 ist ein Verfahren zur Positionsmessung mit einem periodischen Maßstab und einem dagegen in Längsrichtung beweglichen Sensor offenbart. DE 33 08 404 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Erfassung bzw. Messung einer Relativverschiebung zwischen einem Magnet-Meßfühler mit vier Magnet-Widerstandselementen und einem magnetischen Aufzeichnungsträger mit mindestens einer Magnetspur. In DE 100 41 095 A1 wird eine Vorrichtung zur Messung eines Winkels und/oder eines Drehmomentes an einem drehbaren Körper vorgeschlagen, wobei der Drehwinkel mittels magnetischen oder optischen Sensoren erfasst wird. In DE 10 2009 026 429 A1 ist ein Verfahren zur diskreten Positionserfassung mittels Magnetsensoren offenbart. In DE 10 2005 059 551 A1 ist ein Messvorrichtung zum gleichzeitigen Erfassen eines Drehwinkels und einer Verschiebeposition eines Objekts offenbart. In DE 10 2011 080 679 A1 ist eine Felderzeugungseinheit offenbart.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Messanordnung zum Detektieren einer magnetischen Skala zu schaffen, bei der ein großer Platz zwischen der magnetischen Skala und einem Sensor der Messanordnung vorgesehen werden kann.
Die Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 2.
Die erfindungsgemäße Messanordnung weist einen Gegenstand, der eine magnetische Skala aufweist, und einen Chip auf, der in einem Abstand zu der magnetischen Skala angeordnet ist und einen prozessierten Wafer und mindestens eine Zeile von magnetoresistiven Sensorelementen aufweist, wobei die magnetoresistiven Sensorelemente an mindestens einer flächigen Waferseite des prozessierten Wafers angebracht sind und eingerichtet sind, ein von der magnetischen Skala ausgehendes Magnetfeld zu detektieren, so dass die Messanordnung eingerichtet ist, die Position des Gegenstands zu messen, wobei die flächige Waferseite, an der die magnetoresistiven Sensorelemente angebracht sind, der magnetischen Skala zugewandt und/oder abgewandt angeordnet ist. Überraschenderweise wurde gefunden, dass durch die Verwendung der Zeile der magnetoresistiven Sensorelemente und dem um 90° im Vergleich zu einer herkömmlichen Messanordnung gedrehten Chip ein Abstand zwischen der magnetischen Skala und den magnetoresistiven Sensorelementen viel größer als für die herkömmliche Messanordnung vorgesehen werden kann. Dadurch kann ein großer Platz zwischen der magnetischen Skala und der Messanordnung vorgesehen werden. Zudem ist es vorteilhaft möglich, eine größere Anzahl der magnetoresistiven Sensorelemente als bei der herkömmlichen Messanordnung vorzusehen, wodurch eine Messgenauigkeit zum Messen der Position des Gegenstands erhöhbar ist und/oder der Abstand zwischen der magnetischen Skala und den magnetoresistiven Sensorelementen noch weiter verlängerbar ist. Dabei können die magnetoresistiven Sensoren nur an der der Skala zugewandten flächigen Waferseite, nur an der der Skala abgewandten flächigen Waferseite oder erfindungsgemäß sowohl an der der Skala zugewandten flächigen Waferseite als auch an der der Skala abgewandten flächigen Waferseite angeordnet sein. Die Messgenauigkeit ist dabei besonders hoch, wenn die magnetoresistiven Sensorelemente sowohl an der der Skala zugewandten flächigen Waferseite als auch an der der Skala abgewandten flächigen Waferseite angeordnet sind.
Bei den magnetoresistiven Sensorelementen kann es sich beispielsweise um Sensorelementen handeln, die eingerichtet sind, das von der Skala ausgehende Magnetfeld unter Heranziehen des anisotropen magnetoresistiven Effekts, des Riesenmagnetowiderstand Effekts, des kolossalen magnetoresistiven Effekts, und des magnetischen Tunnelwiderstand Effekts zu detektieren. Es ist bevorzugt, dass die magnetoresistiven Sensorelemente in einer regelmäßigen Matrix oder einer unregelmäßigen Matrix angeordnet sind. Bei der magnetischen Skala kann es sich beispielsweise um ein Band handeln, insbesondere ist das Band flexibel und/oder wickelbar.
Unter dem prozessierten Wafer wird ein Wafer verstanden, auf den Schichten beispielhaft mittels Dünnschichttechnik oder Dickschichttechnik aufgebracht und strukturiert wurden. Der prozessierte Wafer kann abschnittsweise elektrisch modifizierte Eigenschaften aufweisen (Dotierung), um elektronische Bauelemente einer Signalverarbeitung zu bilden. Im Gegensatz dazu wird unter einem unprozessierten Wafer ein Wafer im Ursprungszustand zu Beginn eines Herstellungsprozesses verstanden.
Der prozessierte Wafer kann beispielhaft als Substrat fungieren. Die Sensorelemente werden auf den Wafer beispielhaft mittels eines Dünnschichtverfahrens und/oder Dickschichtverfahrens aufgebracht. Denkbar ist auch, dass zusätzliche elektronische Bauteile an dem Chip angeordnet sind. Es ist erfindungsgemäß, dass die mindestens eine Zeile in Längsrichtung der magnetischen Skala orientiert ist. Hierbei ist denkbar, dass in einem bestimmten Bereich in der Längsrichtung die Anzahl der magnetoresistiven Sensorelemente in jeder der Zeilen gleich der Anzahl der Inkremente der magnetischen Skala in dem bestimmten Bereich ist. Dadurch kann mit einer besonders hohen Genauigkeit bestimmt werden, wenn sich der Gegenstand um genau ein Inkrement oder ein Bruchteil des Inkrements in der Längsrichtung bewegt. Es ist auch denkbar, dass in einem bestimmten Bereich die Anzahl der magnetoresistiven Sensorelemente in jeder der Zeilen größer der Anzahl der Inkremente der magnetischen Skala in dem bestimmten Bereich ist. Vorteilhaft kann dadurch die Position des Gegenstands mit einer höheren Genauigkeit bestimmt werden. Es ist auch denkbar, dass in einem bestimmten Bereich in der Längsrichtung die Anzahl der magnetoresistiven Sensorelemente in jeder der Zeilen ungleich der Anzahl der Inkremente der magnetischen Skala in dem bestimmten Bereich ist. Hier ist es möglich, die Position des Gegenstands mit einer höheren Genauigkeit als dem Inkrement der magnetischen Skala zu bestimmen. Besonders bevorzugt ist es, eine der Zeilen mit der gleichen Anzahl der magnetoresistiven Sensorelemente und der Inkremente in dem bestimmten Bereich vorzusehen und eine andere der Zeilen mit der ungleichen Anzahl der magnetoresistiven Sensorelemente und der Inkremente in dem bestimmten Bereich vorzusehen, so dass Messanordnung eingerichtet ist, mit der einen Zeile zu bestimmen, wenn sich der Gegenstand um genau ein Inkrement bewegt, und mit der anderen Zeile die Position mit der höheren Genauigkeit als dem Inkrement zu bestimmen.
Die magnetische Skala weist bevorzugt eine flächige Skalenseite auf, die der flächigen Waferseite, an der die magnetoresistiven Sensorelemente angeordnet sind, zugewandt angeordnet ist. Hierdurch kann der Abstand zwischen der magnetischen Skala und den magnetoresistiven Sensorelementen noch weiter verlängert werden. Besonders bevorzugt ist die flächige Skalenseite parallel zu den flächigen Waferseiten angeordnet, an denen die magnetoresistiven Sensorelemente angeordnet sind.
Es ist bevorzugt, dass die magnetische Skala eine Mehrzahl an magnetischen Skalenstrichen aufweist, die in Längsrichtung der magnetischen Skala nebeneinander angeordnet sind. Weiterhin ist bevorzugt, dass die Skalenstriche in einem Abstand zueinander angeordnet sind. Zudem sind die Skalenstriche bevorzugt auf einen nicht magnetischen und nicht magnetisierbaren Teil des Gegenstands aufgebracht. Dadurch und durch den Abstand der Skalenstriche zueinander weist die magnetische Skala in der Längsrichtung abwechselnd magnetische und nicht magnetische Bereiche auf. Die magnetische Skala kann beispielhaft auch ein Multipolmagnetmaßstab sein. Die Skalenstriche können beispielhaft von einem Druckmittel gebildet sein. Das Druckmittel weist dazu magnetische Partikel auf. Bei dem Druckmittel kann es sich beispielsweise um eine Tinte handeln. Es ist auch bevorzugt, dass die magnetische Skala in Längsrichtung der magnetischen Skala nebeneinander angeordnete magnetische Bereiche aufweist, insbesondere sind die magnetischen Bereiche unmittelbar nebeneinander angeordnet, wobei jeweils zwei der Bereiche, die benachbart zueinander angeordnet sind, eine entgegengesetzte magnetische Polarisierung haben.
Bevorzugt ist die magnetische Skala der Messanordnung eingerichtet eine Sonderposition anzuzeigen, wie beispielsweise ein Längsende der magnetischen Skala und/oder eine Referenzposition, und die Messanordnung weist eine Sonderpositionsbestimmungseinrichtung auf, die an dem Chip angeordnet ist und eingerichtet ist die Sonderposition zu detektieren. Beispielhaft kann die Sonderpositionsbestimmungseinrichtung eingerichtet sein, ein oder beide der Längsenden der magnetischen Skala zu detektieren. Die Längsenden können beispielsweise von der magnetischen Skala durch eine abweichende Form des von der magnetischen Skala ausgehenden Magnetfelds im Vergleich zu dem Rest der magnetischen Skala markiert werden. Beispielsweise kann diese abweichende Form durch längere oder kürzere magnetische Bereiche in einer Richtung senkrecht zu der Längsrichtung der magnetischen Skala erreicht werden. Die Sonderpositionen können entlang der gesamten magnetischen Skala angeordnet sein. Zur Detektion von den Sonderpositionen kann die magnetische Skala beispielhaft zusätzliche Sensorelemente aufweisen. Dadurch, dass die flächige Chipseiten der magnetischen Skala zugewandt und/oder abgewandt angeordnet ist, lässt sich die Sonderpositionsbestimmungseinrichtung besonders einfach an dem Chip unterbringen. Bei der herkömmlichen Messanordnung ist dies nur eingeschränkt möglich oder sogar überhaupt nicht möglich, so dass bei der herkömmlichen Messanordnung die Sonderpositionsbestimmungseinrichtung auf einem weiteren Chip angeordnet werden muss. Denkbar ist beispielhaft auch, dass der Chip entweder einen Anschlag oder einen Endschalter aufweist, und der Anschlag eingerichtet ist, den Endschalter zu betätigen, sobald der Chip im Bereich eines der Längsenden der magnetischen Skala angeordnet ist, so dass die Sonderpositionsbestimmungseinrichtung von dem Anschlag und dem Endschalter gebildet ist. Besonders bevorzugt ist, dass der Endschalter an dem Chip angeordnet ist. Hier kann beispielweise eine Stromversorgung vorgesehen werden, die sowohl die magnetoresistiven Sensorelemente als auch den Endschalter mit Strom versorgt. Mit dem Begriff Endschalter ist sowohl ein Schalter als auch ein Taster gemeint.
Es ist bevorzugt, dass der Chip ortsfest angeordnet ist und der Gegenstand beweglich angeordnet ist. Zudem ist es bevorzugt, dass der Gegenstand ortsfest angeordnet ist und der Chip beweglich angeordnet ist. Weiterhin ist bevorzugt, dass der Gegenstand eine Welle ist und die magnetische Skala in Umfangsrichtung der Welle an der Welle angeordnet ist, so dass die Längsrichtung der magnetischen Skala mit der Umfangsrichtung der Welle zusammenfällt. Dadurch, dass die Messanordnung die magnetoresistiven Sensorelemente aufweist, die an den flächigen Chipseiten angebracht sind, die der magnetischen Skala zugewandt und/oder abgewandt angeordnet sind, kann vorteilhaft einfach erreicht werden, dass alle magnetoresistiven Sensorelemente der Zeile das von der magnetischen Skala ausgehende Magnetfeld mit einer hohen Genauigkeit detektieren. Dadurch, dass die magnetische Skala in Umfangsrichtung an der Welle angebracht ist und nicht etwa an einem Längsende der Welle, kann eine Bestimmung der Position, insbesondere eines Drehwinkels der Welle, an einer beliebigen Position der Welle stattfinden. Denkbar ist beispielsweise, dass die magnetische Skala im Bereich einer Kupplung und/oder im Bereich eines Getriebes angeordnet ist. Es ist hier besonders vorteilhaft, wenn es sich bei der magnetischen Skala um das flexible und/oder wickelbare Band handelt. Das flexible und/oder wickelbare Band ist besonders einfach auf die Welle aufbringbar. Es ist bevorzugt, dass die magnetische Skala auf eine radial außenliegende Oberfläche der Welle aufgebracht und der Chip radial außerhalb der Welle angeordnet ist und/oder wobei die Welle eine Hohlwelle ist, die magnetische Skala auf eine radial innenliegende Oberfläche der Hohlwelle aufgebracht und der Chip radial innerhalb der Hohlwelle angeordnet ist. Wenn die magnetische Skala und der Chip innerhalb der Hohlwelle angeordnet sind, sind sie vorteilhaft vor einer Verschmutzung, beispielsweise durch ein Schmieröl, geschützt. Beispielhaft kann die magnetische Skala auch auf einem Flansch angeordnet sein.
Es ist erfindungsgemäß, dass der Chip mindestens zwei der Zeilen der magnetoresistiven Sensorelemente aufweist, die in einer Richtung senkrecht zu der Längsrichtung der magnetischen Skala nebeneinander angeordnet sind. Weiterhin ist erfindungsgemäß, dass die magnetische Skala mehrere Spuren aufweist, die in der Richtung senkrecht zu der Längsrichtung der magnetischen Skala nebeneinander angeordnet sind und die Messanordnung eingerichtet ist, die von jeder der Spuren ausgehenden Magnetfelder von mehreren der Zeilen zu detektieren. Dabei kann die Messanordnung eingerichtet sein, durch Detektieren der Magnetfelder einer ersten der Spuren mittels einer ersten der Zeilen die Position des Gegenstands relativ zu bestimmen und durch Detektieren der Magnetfelder einer zweiten der Spuren mittels einer zweiten der Zeilen die Position des Gegenstands absolut zu bestimmen. Dazu können die magnetischen Bereiche und/oder die Skalenstriche der zweiten Spur eine unterschiedliche Form haben. Beispielsweise kann die zweite Spur unterschiedlich lange und/oder unterschiedlich breite magnetische Bereiche und/oder unterschiedlich lange und/oder unterschiedlich breite Skalenstriche aufweisen. Es ist auch möglich, dass die Sonderpositionsbestimmungseinrichtung von der zweiten Spur und der zweiten Zeile gebildet ist, wobei die zweite Spur eingerichtet ist, die Referenzposition anzuzeigen, und die zweite Zeile eingerichtet ist, das von der zweiten Spur ausgehende Magnetfeld zu detektieren. Zum Anzeigen der Referenzposition kann die zweite Spur einen einzelnen der Skalenstriche oder einen einzelnen der magnetischen Bereiche aufweisen.
Die Messanordnung weist bevorzugt eine Wheatstone'sche Brückenschaltung auf und mindestens zwei der magnetoresistiven Sensorelemente sind als Widerstände in der Wheatstone'schen Brückenschaltung verschaltet. Dadurch lässt sich ein Verhältnis von den Widerständen in der Brückenschaltung mit einer hohen Genauigkeit bestimmen. Zudem sind bevorzugt die zwei als Widerstände in der Wheatstone'schen Brückenschaltung verschalteten magnetoresistiven Sensorelemente in einer Richtung senkrecht zu der Längsrichtung der magnetischen Skala nebeneinander angeordnet. Dadurch lässt sich vorteilhaft bestimmen, wenn die beiden magnetoresistiven Sensorelemente nicht ein gleich starkes Magnetfeld detektieren und somit nicht symmetrisch zu der magnetischen Skala angeordnet sind.
Der prozessierte Wafer kann beispielsweise gebondet oder in einem SMD Bauelement eingehaust sein.
Im Folgenden wird anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen die Erfindung näher erläutert.

1 zeigt einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messanordnung.
2 zeigt eine Draufsicht auf die erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messanordnung.
3 zeigt eine Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messanordnung.
4 zeigt ein Schaltbild.

1 bis 3 zeigen eine Messanordnung 1 zum Bestimmen einer Position eines Gegenstands 14. Dazu weist die Messanordnung 1 den Gegenstand 14 auf, der eine magnetische Skala 2 aufweist, die an dem Gegenstand 14 angebracht ist und eingerichtet ist die Positionen des Gegenstands 14 durch ein von der magnetischen Skala 2 ausgehendem Magnetfeld zu kennzeichnen. Bei der Skala 2 kann es sich beispielsweise um ein Band handeln, welches flexibel und/oder wickelbar ist, so dass es auch auf krumme Oberflächen des Gegenstands aufbringbar ist. Die Messanordnung 1 weist weiterhin einen Chip 22 auf, der in einem Abstand zu der magnetischen Skala 2 angeordnet ist und einen prozessierten Wafer 5 und mindestens eine Zeile 7 oder 8 von magnetoresistiven Sensorelementen 6 aufweist. Bei den magnetoresistiven Sensorelementen 6 kann es sich beispielsweise um Sensorelemente handeln, die eingerichtet sind, das von der Skala ausgehende Magnetfeld unter Heranziehen des anisotropen magnetoresistiven Effekts, des Riesenmagnetowiderstand Effekts, des kolossalen magnetoresistiven Effekts und/oder des magnetischen Tunnelwiderstand Effekts. Der prozessierte Wafer 5 weist eine flächige Waferseite 12 auf, an der die magnetoresistiven Sensorelemente 6 angebracht sind und die der magnetischen Skala 2 zugewandt angeordnet ist. Zudem ist erfindungsgemäß, dass die magnetoresistiven Sensorelemente auch auf der der magnetischen Skala 2 abgewandten Waferseite angeordnet sind. Weiterhin weist der prozessierte Wafer 5 eine schmale Waferseite 13 auf, die eine kleinere Fläche als die flächige Waferseite 12 hat, an die flächige Chipseite 12 angrenzt und in einem rechten Winkel zu der flächigen Waferseite 12 angeordnet ist. Die magnetoresistiven Sensorelemente 6 sind eingerichtet, das von der magnetischen Skala 2 ausgehende Magnetfeld zu detektieren, so dass die Messanordnung 1 eingerichtet ist, die Position des Gegenstands 14 zu messen.
Dazu ist es denkbar, dass der Chip 22 ortsfest angeordnet ist und der Gegenstand 14 beweglich angeordnet ist. Außerdem ist denkbar, dass der Gegenstand 14 ortsfest angeordnet ist und der Chip 22 beweglich angeordnet ist.
Wie es aus 1 ersichtlich ist, weist die magnetische Skala 2 eine flächige Skalenseite 15 auf, die eine Oberfläche des Gegenstands 14 bildet. Die flächige Skalenseite 15 ist der flächigen Waferseite 12, an der die magnetoresistiven Sensorelemente 6 angeordnet sind, zugewandt angeordnet und parallel zu der der flächigen Waferseite 12, an der die magnetoresistiven Sensorelemente 6 angeordnet sind, angeordnet. Der Raum zwischen der flächigen Waferseite 12 und der flächigen Skalenseite 15 ist frei, so dass das von der magnetischen Skala 12 ausgehende Magnetfeld möglichst ungestört von den magnetoresistiven Sensorelementen 6 detektierbar ist.
1 bis 3 zeigen, dass die magnetische Skala 2 eine Längsrichtung 11 hat und eingerichtet ist, die Positionen des Gegenstands 14 zumindest in der Längsrichtung mittels des Magnetfelds zu kennzeichnen. Die mindestens eine Zeile 7 oder 8 der magnetoresistiven Sensorelemente 6 ist in der Längsrichtung 11 der magnetischen Skala 2 orientiert, d.h. die Richtung der Zeile 7 oder 8 ist parallel zu der Längsrichtung 11. 1 und 2 zeigen eine erste Ausführungsform für die Messanordnung 1, bei der die magnetische Skala 2 in der Längsrichtung 11 der magnetischen Skala 2 unmittelbar nebeneinander angeordnete magnetische Bereiche 3, 4 aufweist. Jeweils zwei der Bereiche 3, 4, die benachbart zueinander angeordnet sind, haben eine entgegengesetzte magnetische Polarisierung, wobei die magnetische Polarisierung senkrecht zu der Längsrichtung 11 und parallel zu der flächigen Skalenseite 15 ist. Ein Inkrement der magnetischen Skala 2 ist dabei der Abstand der Schwerpunkte von zwei benachbart zueinander angeordneten magnetischen Bereichen 3, 4. 1 und 2 zeigen, dass in einem bestimmten Bereich in der Längsrichtung 11 die Anzahl der magnetoresistiven Sensorelemente 6 in jeder der Zeilen 7, 8 höher als die Anzahl der Inkremente der magnetischen Skala 2 in dem bestimmten Bereich ist. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform für die Messanordnung 1, bei der die magnetische Skala 2 eine Mehrzahl an magnetischen Skalenstrichen 17 aufweist, die in der Längsrichtung 11 der magnetischen Skala 2 nebeneinander angeordnet sind. Die Skalenstriche 17 sind in einem Abstand zueinander angeordnet und können auf einen nicht magnetischen und nicht magnetisierbaren Teil des Gegenstands 14 aufgebracht sein. Die Skalenstriche 17 können beispielhaft von einem Druckmittel gebildet sein, das magnetische Partikel aufweist. Bei dem Druckmittel kann es sich beispielsweise um eine Tinte handeln. Ein Inkrement der magnetischen Skala 2 ist dabei der Abstand von zwei benachbart zueinander angeordneten Skalenstrichen 17 zuzüglich der Erstreckung eines der Skalenstriche 17 in der Längsrichtung. 3 zeigt, dass in einem bestimmten Bereich in der Längsrichtung 11 die Anzahl der magnetoresistiven Sensorelemente 6 in jeder der Zeilen 7, 8 gleich der Anzahl der Inkremente der magnetischen Skala 2 in dem bestimmten Bereich ist.
Gemäß 1 bis 3 weist der Chip 22 mindestens zwei der Zeilen der magnetoresistiven Sensorelemente 6 auf, nämlich eine erste Zeile 7 und eine zweite Zeile 8. Die Zeilen 7, 8 sind in einer Richtung senkrecht zu der Längsrichtung 11 der magnetischen Skala 2 nebeneinander angeordnet. Dadurch, dass die flächige Waferseite 12, an der die magnetoresistiven Sensorelemente 6 angeordnet sind, und die flächige Skalenseite 15 parallel zueinander angeordnet sind, haben alle der magnetoresistiven Sensorelement 6 den gleichen Abstand zu der magnetischen Skala 2. Die magnetoresistiven Sensorelemente 6 gemäß 1 bis 3 sind in einer regelmäßigen Matrix angeordnet. Dadurch, dass der Chip 22 mindestens zwei der Zeilen 7, 8 aufweist, weist der Chip 22 auch mehrere Spalten der magnetoresistiven Sensorelemente 6 auf, wobei in 2 und 3 das Bezugszeichen 9 eine erste Spalte und das Bezugszeichen 10 eine zweite Spalte bezeichnet. Es ist ebenso denkbar, dass die magnetoresistiven Sensoreelemente 6 in einer unregelmäßigen Matrix angeordnet sind. Beispielsweise können verschiedene Zeilen versetzt zueinander angeordnet sein.
Dadurch kann die Messanordnung 1 eingerichtet sein, die Position des Gegenstands 14 mit einer höheren Auflösung als dem Inkrement der magnetischen Skala 2 zu bestimmen, indem die Messanordnung 1 eingerichtet ist die Widerstände der magnetoresistiven Sensorelemente 6 der verschiedenen Zeilen miteinander zu vergleichen.
Wie es aus 3 ersichtlich ist, weist die magnetische Skala 2 gemäß der zweiten Ausführungsform eine erste Spur 17 und eine zweite Spur 18 auf, die in der Richtung senkrecht zu der Längsrichtung 11 der magnetischen Skala 2 nebeneinander angeordnet sind. Die Messanordnung 1 ist eingerichtet, das von der ersten Spur 18 ausgehende Magnetfeld von der ersten Zeile 7 zu detektieren und das von der zweiten Spur 19 ausgehende Magnetfeld von der zweiten Zeile 8 zu detektieren. Die zweite Spur 19 der magnetischen Skala 2 ist eingerichtet eine Sonderposition 20 anzuzeigen. Die Messanordnung 1 weist eine Sonderpositionsbestimmungseinrichtung auf, die an dem Chip 22 angeordnet ist, von der zweiten Zeile 8 gebildet ist und eingerichtet ist die Sonderposition 20 zu detektieren. Die Messanordnung 1 kann eingerichtet sein, durch Detektieren des von der ersten Spur ausgehenden Magnetfelds die Position des Gegenstands 14 relativ zu bestimmen. Dies kann insbesondere durch ein Zählen der Skalenstriche 17 ausgehend von der Sonderposition 20 erfolgen. Gemäß der zweiten Ausführungsform aus 3 weist die erste Spur 18 eine Mehrzahl der Skalenstriche 17 auf und die zweite Spur 19 weist lediglich einen einzelnen der Skalenstriche 17 auf. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass einer der Skalenstriche 17 sich ausgehend von ersten Spur 18 bis zu der zweiten Spur 19 erstreckt, während alle anderen der Skalenstriche 17 sich lediglich innerhalb der ersten Spur 18 erstrecken.
4 zeigt ein Schaltbild, bei der die Messanordnung 1 eine Wheatstone'sche Brückenschaltung 16 aufweist und zwei der magnetoresistiven Sensorelemente 6 als Widerstände in der Wheatstone'schen Brückenschaltung 16 verschaltet sind. Die zwei als Widerstände in der Wheatstone'schen Brückenschaltung 16 verschalteten magnetoresistiven Sensorelemente 6 in einer Richtung senkrecht zu der Längsrichtung 11 der magnetischen Skala 2 nebeneinander angeordnet sind. Somit sind die als Widerstände in der Wheatstone'schen Brückenschaltung 16 verschalteten magnetoresistiven Sensorelemente 6 in der gleichen Spalte angeordnet. Weiterhin weist die Wheatstone'schen Brückenschaltung 16 eine Spannungsquelle Uo, die eingerichtet ist eine elektrische Spannung des Werts Uo zu erzeugen, ein Spannungsmessgerät U, das eingerichtet ist eine an der Brücke der Wheatstone'sehen Brückenschaltung anliegende elektrische Spannung U zu messen, einen ersten Widerstand R₁ , der einen ohmschen Widerstand R₁ hat, und einen zweiten Widerstand R₂ aufweist, der einen ohmschen Widerstand R₂ hat. Die zwei magnetoresistiven Sensorelemente 6 sind dabei derart in der Wheatstone'schen Brückenschaltung 16 verschaltet, dass anhand der mittels des Spannungsmessgeräts U gemessenen Spannung U sowie unter Kenntnis der Spannung Uo und unter Kenntnis der Widerstände R₁ und R₂ das Verhältnis der Widerstände der zwei in der Wheatstone'schen Brückenschaltung 16 verschalteten magnetoresistiven Sensorelemente 6 bestimmbar ist. Wenn die zwei ohmschen Widerstände R₁ und R₂ gleich groß gewählt werden, lässt sich das Verhältnis dadurch besonders genau bestimmen.
Durch Bestimmen des Verhältnisses der Widerstände der zwei in der Wheatstone'schen Brückenschaltung 16 verschalteten magnetoresistiven Sensorelemente 6 können Asymmetrien des von der magnetischen Skala 2 ausgehenden Magnetfelds mit einer besonders hohen Genauigkeit bestimmt werden. Dies ist beispielsweise relevant, wenn wie im ersten Ausführungsbeispiel die magnetische Skala 2 nur eine einzelne der Spuren aufweist und die zwei in der Wheatstone'schen Brückenschaltung 16 verschalteten magnetoresistiven Sensorelementen 6 symmetrisch zu der magnetischen Skala 2 angeordnet sind. Hier ist die Messanordnung 1 eingerichtet, einen Versatz der magnetischen Skala 2 in der Richtung senkrecht zu der Längsrichtung 11 und parallel zu der flächigen Skalenseite 15 mit einer hohen Genauigkeit zu bestimmen. Auch ist die Messanordnung 1 eingerichtet, ein Abweichen der Parallelität der flächigen Skalenseite 15 und der flächigen Waferseite 12 mit einer hohen Genauigkeit zu bestimmen.
Die Messanordnung 1 kann eine Sonderpositionsbestimmungseinrichtung aufweisen, die zumindest teilweise an dem Chip 22 angeordnet ist und beispielhaft eingerichtet ist, eine Sonderposition 20, wie beispielsweise ein oder beide der Längsenden 21 der magnetischen Skala 2, zu detektieren.
Bezugszeichenliste

1: Messanordnung
2: magnetische Skala
3: magnetischer Bereich mit erster Polarisierung
4: magnetischer Bereich mit zweiter Polarisierung
5: prozessierter Wafer
6: magnetoresistives Sensorelement
7: erste Zeile
8: zweite Zeile
9: erste Spalte
10: zweite Spalte
11: Längsrichtung
12: flächige Waferseite
13: schmale Waferseite
14: Gegenstand
15: flächige Skalenseite
16: Wheatstone'sche Brückenschaltung
17: Skalenstrich
18: erste Spur
19: zweite Spur
20: Referenzposition
21: Längsende der magnetischen Skala
22: Chip
U₀: Spannungsquelle
U: Spannungsmessgerät
R₁: erster Widerstand

Claims

Messanordnung mit einem Gegenstand (14), der eine magnetische Skala (2) aufweist, und einem Chip (22), der in einem Abstand zu der magnetischen Skala (2) angeordnet ist und einen prozessierten Wafer (5) und mindestens eine Zeile (7, 8) von magnetoresistiven Sensorelementen (6) aufweist, wobei die magnetoresistiven Sensorelemente (6) an zwei flächigen Waferseiten (12) des prozessierten Wafers (5) angebracht sind und eingerichtet sind, ein von der magnetischen Skala (2) ausgehendes Magnetfeld zu detektieren, so dass die Messanordnung (1) eingerichtet ist, die Position des Gegenstands (14) zu messen, wobei eine der zwei flächigen Waferseiten (12), an denen die magnetoresistiven Sensorelemente (6) angebracht sind, der magnetischen Skala (2) zugewandt angeordnet ist und die andere der zwei flächigen Waferseiten, an denen die magnetoresistiven Sensorelemente (6) angebracht sind, der magnetischen Skala (2) abgewandt angeordnet ist.
Messanordnung mit einem Gegenstand (14), der eine magnetische Skala (2) aufweist, und einem Chip (22), der in einem Abstand zu der magnetischen Skala (2) angeordnet ist und einen prozessierten Wafer (5) und mindestens vier Zeilen (7, 8) von magnetoresistiven Sensorelementen (6) aufweist, wobei jede der Zeilen eine Mehrzahl der magnetoresistiven Sensorelemente (6) aufweist und die magnetoresistiven Sensorelemente (6) an mindestens einer flächigen Waferseite (12) des prozessierten Wafers (5) angebracht sind und eingerichtet sind, ein von der magnetischen Skala (2) ausgehendes Magnetfeld zu detektieren, so dass die Messanordnung (1) eingerichtet ist, die Position des Gegenstands (14) zu messen, wobei die mindestens eine flächige Waferseite (12), an der die magnetoresistiven Sensorelemente (6) angebracht sind, der magnetischen Skala (2) zugewandt und/oder abgewandt angeordnet ist, wobei die Zeilen (7, 8) in Längsrichtung (11) der magnetischen Skala (2) orientiert sind und in einer Richtung senkrecht zu der Längsrichtung (11) der magnetischen Skala (2) nebeneinander angeordnet sind, wobei die magnetische Skala (2) mehrere Spuren (18, 19) aufweist, die in der Richtung senkrecht zu der Längsrichtung (11) der magnetischen Skala (2) nebeneinander angeordnet sind und die Messanordnung (1) eingerichtet ist, die von jeder der Spuren (18, 19) ausgehenden Magnetfelder mittels mehrerer der Zeilen (7, 8) zu detektieren.
Messanordnung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die magnetische Skala (2) eine flächige Skalenseite (15) aufweist, die parallel zu der mindestens einen flächigen Waferseite (12), an der die magnetoresistiven Sensorelemente (6) angeordnet sind, angeordnet ist.
Messanordnung gemäß einem Ansprüche 1 bis 3, wobei die magnetische Skala (2) nebeneinander angeordnete magnetische Bereiche (3, 4) aufweist, wobei jeweils zwei der Bereiche (3, 4), die benachbart zueinander angeordnet sind, eine entgegengesetzte magnetische Polarisierung haben.
Messanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die magnetische Skala (2) eingerichtet ist eine Sonderposition (20) bereitzustellen und die Messanordnung (1) eine Sonderpositionsbestimmungseinrichtung aufweist, die an dem Chip (22) angeordnet ist und eingerichtet ist die Sonderposition (20) zu detektieren.
Messanordnung gemäß Anspruch 5, wobei die Messanordnung (1) die Sonderpositionsbestimmungseinrichtung aufweist, die teilweise an dem Chip (22) und teilweise an der magnetischen Skala (2) angeordnet ist und eingerichtet ist, die Sonderposition oder mehrere der Sonderpositionen der magnetischen Skala (2) zu detektieren.
Messanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Chip (22) ortsfest angeordnet ist und der Gegenstand (14) beweglich angeordnet ist.
Messanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Gegenstand (14) ortsfest angeordnet ist und der Chip (22) beweglich angeordnet ist.
Messanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Gegenstand eine Welle ist und die magnetische Skala (2) in Umfangsrichtung der Welle an der Welle angeordnet ist, so dass die Längsrichtung (11) der magnetischen Skala (2) mit der Umfangsrichtung der Welle zusammenfällt.
Messanordnung gemäß Anspruch 9, wobei die magnetische Skala (2) auf eine radial außenliegende Oberfläche der Welle aufgebracht ist und/oder wobei die Welle eine Hohlwelle ist und die magnetische Skala (2) auf eine radial innenliegende Oberfläche der Hohlwelle aufgebracht ist.
Messanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die magnetoresistiven Sensorelemente (6) in einer regelmäßigen Matrix oder einer unregelmäßigen Matrix angeordnet sind.
Messanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Messanordnung (1) eine Wheatstone'sche Brückenschaltung (16) aufweist und mindestens zwei der magnetoresistiven Sensorelemente (6) als Widerstände in der Wheatstone'schen Brückenschaltung (16) verschaltet sind.
Messanordnung gemäß Anspruch 12, wobei die zwei als Widerstände in der Wheatstone'schen Brückenschaltung (16) verschalteten magnetoresistiven Sensorelemente (6) in einer Richtung senkrecht zu der Längsrichtung der magnetischen Skala (2) nebeneinander angeordnet sind.