DE102019110570A1 - Magnetfeldsensorpackage mit integrierter passiver komponente - Google Patents

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Abstract

Ein Magnetfeldsensorpackage umfasst einen Chipträger, einen auf dem Chipträger angeordneten Magnetfeldsensor, der dazu ausgelegt ist, ein Magnetfeld zu erfassen, eine auf dem Chipträger angeordnete integrierte Schaltung, die dazu ausgelegt ist, von dem Magnetfeldsensor bereitgestellte Sensorsignale logisch zu verarbeiten, und mindestens eine integrierte passive Komponente, die mit mindestens einem von dem Magnetfeldsensor oder der integrierten Schaltung elektrisch gekoppelt ist.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen Sensorvorrichtungen. Insbesondere betrifft die Offenbarung Magnetfeldsensorpackages mit integrierten passiven Komponenten.
  • HINTERGRUND
  • Magnetfeldsensoren können beispielsweise zur Geschwindigkeits-, Positions- oder Winkelerfassung verwendet werden. Typische Anwendungen für solche Sensoren finden sich dabei insbesondere im automotiven Bereich. Die Magnetfeldsensoren können eine Sensorzelle zur Erfassung von Magnetfeldern aufweisen und mit einer Schaltung für die logische Verarbeitung erfasster Signale verbunden sein. Hersteller von Magnetfeldsensoren sind ständig bestrebt, ihre Produkte zu verbessern. Insbesondere kann es dabei wünschenswert sein, kostengünstigere Magnetfeldsensoren mit verbesserter Performance bereitzustellen.
  • KURZDARSTELLUNG
  • Verschiedene Aspekte betreffen ein Magnetfeldsensorpackage umfassend einen Chipträger, einen auf dem Chipträger angeordneten Magnetfeldsensor, der dazu ausgelegt ist, ein Magnetfeld zu erfassen, eine auf dem Chipträger angeordnete integrierte Schaltung, die dazu ausgelegt ist, von dem Magnetfeldsensor bereitgestellte Sensorsignale logisch zu verarbeiten, und mindestens eine integrierte passive Komponente, die mit mindestens einem von dem Magnetfeldsensor oder der integrierten Schaltung elektrisch gekoppelt ist.
  • Figurenliste
  • Magnetfeldsensorpackages gemäß der Offenbarung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Die in den Zeichnungen gezeigten Elemente sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu relativ zueinander wiedergegeben. Identische Bezugszeichen können identische Komponenten bezeichnen.
    • 1 zeigt schematisch eine Querschnittseitenansicht eines Magnetfeldsensorpackages 100 gemäß der Offenbarung.
    • 2A zeigt schematisch eine Querschnittseitenansicht eines Magnetfeldsensorpackages 200A gemäß der Offenbarung.
    • 2B zeigt schematisch eine Querschnittseitenansicht eines Magnetfeldsensorpackages 200B gemäß der Offenbarung.
    • 2C zeigt schematisch eine Querschnittseitenansicht eines Magnetfeldsensorpackages 200C gemäß der Offenbarung.
    • 3 zeigt schematisch eine Querschnittseitenansicht eines Magnetfeldsensorpackages 300 gemäß der Offenbarung.
    • 4 zeigt schematisch eine Draufsicht eines Magnetfeldsensorpackages 400 gemäß der Offenbarung.
    • 5 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht eines Magnetfeldsensorpackages 500 gemäß der Offenbarung. Das Magnetfeldsensorpackage 500 ist auf einem Back-Bias Magneten relativ zu einem ferromagnetischen Rad in einer Top-Read Konfiguration angeordnet.
    • 6 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht eines Magnetfeldsensorpackages 600 gemäß der Offenbarung. Das Magnetfeldsensorpackage 600 ist auf einem Back-Bias Magneten relativ zu einem ferromagnetischen Rad in einer Side-Read Konfiguration angeordnet.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • 1 zeigt schematisch eine Querschnittseitenansicht eines Magnetfeldsensorpackages 100 gemäß der Offenbarung. Das Magnetfeldsensorpackage 100 ist in einer allgemeinen Weise dargestellt, um Aspekte der Offenbarung qualitativ zu beschreiben. Das Magnetfeldsensorpackage 100 kann weitere Aspekte aufweisen, die in der 1 der Einfachheit halber nicht dargestellt sind.
  • Das Magnetfeldsensorpackage 100 kann einen Chipträger 2 aufweisen, bei dem es sich beispielsweise um einen Leiterrahmen oder ein keramisches Substrat mit optionalen elektrischen Umverteilungsschichten handeln kann. Das Magnetfeldsensorpackage 100 kann ferner eine auf dem Chipträger 2 angeordnete integrierte Schaltung 4 beinhalten. Im Beispiel der 1 kann ein Magnetfeldsensor 6 in die integrierte Schaltung 4 integriert sein. Alternativ dazu kann es sich bei dem Magnetfeldsensor 6 auch um einen diskreten Magnetfeldsensor handeln, d.h. der Magnetfeldsensor 6 kann als diskretes Bauelement ausgeführt sein. Der Magnetfeldsensor 6 kann dazu ausgelegt sein, ein Magnetfeld zu erfassen und auf dem erfassten Magnetfeld basierende elektrische Signale auszugeben. Die integrierte Schaltung 4 kann dazu ausgelegt sein, die von dem Magnetfeldsensor 6 bereitgestellten Sensorsignale logisch zu verarbeiten. Die integrierte Schaltung 4 kann beispielsweise einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC: Application Specific Integrated Circuit) beinhalten. Ist der Magnetfeldsensor 6 in der integrierten Schaltung 4 enthalten, kann man die integrierte Schaltung 4 auch als ASIC-Sensor bezeichnen.
  • Das Magnetfeldsensorpackage 100 kann ferner mindestens eine integrierte passive Komponente aufweisen, die mit mindestens einem von dem Magnetfeldsensor 6 oder der integrierten Schaltung 4 elektrisch gekoppelt ist. In dem Beispiel der 1 kann die mindestens eine integrierte passive Komponente in einen auf dem Chipträger 2 angeordneten Halbleiterchip 8 integriert sein. Der Halbleiterchip 8 und die integrierte Schaltung 4 können elektrisch miteinander verbunden sein. Des Weiteren kann der Halbleiterchip 8 mit dem Chipträger 2 elektrisch verbunden sein. Im Beispiel der 1 können solche elektrischen Verbindungen durch einen oder mehrere Bonddrähten 10 und 12 verwirklicht sein. Eine detaillierte beispielhafte Darstellung solcher elektrischer Verbindungen ist in der 4 gezeigt und diskutiert.
  • Das Magnetfeldsensorpackage 100 kann ferner ein Einkapselungsmaterial 14 aufweisen, welches die integrierte Schaltung 4 und den Halbleiterchip 8 mindestens teilweise einkapselt. Das Einkapselungsmaterial kann beispielsweise aus einem Laminat, einem Epoxidharz, einem Thermoplast, oder einem wärmehärtenden Polymer gefertigt sein. Eine elektrische Kontaktierung der integrierten Schaltung 4 und des Halbleiterchips 8 von außerhalb des Einkapselungsmaterials 14 kann durch den Chipträger 2 bereitgestellt werden. Im Beispiel der 1 kann eine solche elektrische Kontaktierung durch einen oder mehrere Anschlussleiter eines Leiterrahmens bereitgestellt werden. Eine beispielhafte Ausbildung eines solchen Leiterrahmens ist in der 4 gezeigt und diskutiert.
  • In einem Beispiel kann der Magnetfeldsensor 6 ein Hall-Magnetfeldsensor sein. In weiteren Beispielen kann der Magnetfeldsensor 6 ein xMR-Sensor sein, insbesondere ein AMR-Sensor, ein GMR-Sensor, oder ein TMR-Sensor. Beispielsweise kann im Falle eines Hall-Sensors ein Hall-Element bzw. eine Hall-Sensorzelle in die integrierte Schaltung 4 integriert sein. In einem solchen Hall-IC kann eine Signalverstärkung, eine Analog-Digital-Umsetzung, eine digitale Signalverarbeitung, und/oder eine Offset- und Temperaturkompensation erfolgen.
  • Die in dem Halbleiterchip 8 integrierte passive Komponente kann mindestens einen Kondensator aufweisen. Bei einem solchen integrierten Kondensator kann es sich beispielsweise um einen „SilCap“ (für „silicon capacitor“) handeln. Der mindestens eine Kondensator kann für eine oder mehrere der folgenden Funktionen ausgelegt sein. In einem Beispiel kann der Kondensator eine Versorgungspannung des Magnetfeldsensorpackages 100 bereitstellen, insbesondere wenn eine eigentliche Versorgungsspannung des Magnetfeldsensorpackages 100 kurzzeitig ausfällt. Der Kondensator kann somit die Funktion eines Pufferkondensators bereitstellen, um eine Versorgungsspannung des Magnetfeldsensorpackages 100 zu überbrücken oder abzusichern. In einem weiteren Beispiel kann der Kondensator einen ESD (Electro Static Discharge)-Schutz für das Magnetfeldsensorpackage 100 bereitstellen. Der Kondensator kann also dazu ausgelegt sein, das Magnetfeldsensorpackage 100 gegen Spannungsdurchschläge zu schützen, die beispielsweise durch Betriebsspannungsspitzen oder Blitzschlag hervorgerufen werden können. In noch einem weiteren Beispiel kann der Kondensator eine elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) des Magnetfeldsensorpackages 100 bereitstellen, die beispielsweise gegeben sein sollte, wenn das Magnetfeldsensorpackage 100 auf eine Platine montiert wird. Der Kondensator kann dabei insbesondere eine Signalglättung bereitstellen und sich aufschaukelnde Resonanzen verhindern.
  • Der mindestens eine Kondensator kann eine Kapazität von größer als etwa 22nF aufweisen. Insbesondere kann die Kapazität dabei Werte von bis zu etwa 500nF annehmen. Bei der Integration des Kondensators in das Halbleitermaterial des Halbleiterchips 8 kann der Kapazitätswert des Kondensators relativ genau aus einem kontinuierlichen Bereich gewählt und eingestellt werden. Im Gegensatz hierzu stellen beispielsweise SMD (Surface Mount Device)-Kondensatoren nur ausgewählte diskrete Kapazitätswerte bereit.
  • Das Magnetfeldsensorpackage 100 muss nicht auf eine einzelne integrierte Komponente beschränkt sein, sondern kann mindestens eine weitere integrierte passive Komponente beinhalten, die beispielsweise in den Halbleiterchip 8 integriert sein kann. Die mehreren passiven Komponenten können dabei auf einfache Weise in das Halbleitermaterial integriert werden. In einem Beispiel kann der Halbleiterchip 8 mehrere Kondensatoren aufweisen. In weiteren Beispielen kann der Halbleiterchip 8 mindestens eines von einem Widerstand, einer Induktivität, einer Diode umfassen. Durch die Integration mehrerer passiver integrierter Komponenten in einen gleichen Halbleiterchip 8 kann eine Abmessung des Magnetfeldsensorpackages 100 verkleinert sein im Vergleich zu einem Magnetfeldsensorpackage, bei dem die passiven Komponenten durch SMD-Vorrichtungen verwirklicht sind.
  • Da die integrierte Schaltung 4, der Magnetfeldsensor 6 und die integrierte passive Komponente alle in einem Halbleitermaterial integriert sein können, besteht die Möglichkeit diese Komponenten bzw. ihre Funktionalitäten auf einen oder mehrere Halbleiterchips flexibel und beliebig zu verteilen. Im Beispiel der 1 sind die integrierte Schaltung 4 und der Magnetfeldsensor 6 gemeinsam in einen zweiten Halbleiterchip integriert, der von dem ersten Halbleiterchip 8 getrennt ist. Alternativ zum Beispiel der 1 können sich beispielsweise die folgenden weiteren Konstellationen ergeben. In einem ersten Beispiel können die integrierte Schaltung 4 und die integrierte passive Komponente gemeinsam in dem ersten Halbleiterchip 8 integriert sein. In einem zweiten Beispiel können der Magnetfeldsensor 6 und die integrierte passive Komponente gemeinsam in dem ersten Halbleiterchip 8 integriert sein, während die integrierte Schaltung 4 in einem von dem ersten Halbleiterchip 8 getrennten zweiten Halbleiterchip integriert sein kann. In einem dritten Beispiel können der Magnetfeldsensor 6, die integrierte Schaltung 4 und die integrierte passive Komponente gemeinsam in dem ersten Halbleiterchip 8 integriert sein. In einem solchen Fall kann die integrierte passive Komponente insbesondere einen Kondensator mit einer Kapazität von mehr als 1nF oder mehr als 2nF oder mehr als 3nF oder mehr als 4nF aufweisen, beispielsweise um eine EMV Funktionalität bereitzustellen.
  • Die integrierte Schaltung 4 und der Halbleiterchip 8 können mittels einer gleichen Montagetechnik auf dem Chipträger 2 befestigt sein. Hierdurch kann eine Anwendung weiterer Befestigungstechniken verhindert und somit weitere Kosten vermieden werden. In einem Beispiel können beide Komponenten durch einen Kleber auf dem Chipträger 2 befestigt sein, wobei der Kleber insbesondere elektrisch isolierend sein kann. Im Gegensatz hierzu würde eine Befestigung passiver SMD-Komponenten einen Lötprozess oder die Anwendung eines leitfähigen Klebers nötig machen. Bei einem solchen leitfähigen Kleber kann es sich beispielsweise um einen Silberleitkleber handeln, der anfällig gegenüber elektrochemischen Migrationsprozessen sein kann, die zu ungewünschten Kurzschlüssen führen können. Derartige elektrochemische Migrationsprozesse können somit in Magnetfeldsensorpackages gemäß der Offenbarung vermieden werden.
  • Die integrierte Schaltung 4 und der Halbleiterchip 8 können auf eine gleich Weise elektrisch kontaktiert werden. Im Beispiel der 1 sind die elektrischen Kontakte auf den Oberseiten der integrierten Schaltung 4 und des Halbleiterchips 8 über die Bonddrähte 10 und 12 kontaktiert. Wie bereits oben erwähnt würde im Gegensatz hierzu eine Verwendung passiver SMD-Komponenten mindestens einen zusätzlichen Prozess für die elektrische Kontaktierung der SMD-Komponenten erforderlich machen. Die Flächen zur elektrischen Kontaktierung des Chipträgers 2 können gemäß der Offenbarung also eine Beschaffenheit aufweisen, die für eine Kontaktierung mittels eines Drahtbondprozesses, aber nicht notwendigerweise für eine Kontaktierung mittels eines Lötprozesses ausgelegt sind. Eine Komplexität der Oberflächenstruktur des Chipträgers 2 kann somit bei einer Verwendung eines Magnetfeldsensorpackages gemäß der Offenbarung verringert werden.
  • Im Beispiel der 1 sind die integrierte Schaltung 4 und der erste Halbleiterchip 8 beide in dem gleichen Einkapselungsmaterial 14 eingekapselt. Alternativ hierzu kann das Magnetfeldsensorpackage mehr als ein Einkapselungsmaterial aufweisen. Zum Beispiel kann die integrierte Schaltung 4 in ein erstes Einkapselungsmaterial eingekapselt sein, und der Halbleiterchip 8 kann in ein von dem ersten Einkapselungsmaterial getrenntes zweites Einkapselungsmaterial eingekapselt sein. Das erste und das zweite Einkapselungsmaterial können dabei insbesondere aus einem gleichen Material gefertigt sein.
  • Durch die Verwendung integrierter passiver Komponenten kann die Größe des Magnetfeldsensorpackages 100 verringert werden. Insbesondere kann eine Abmessung „d“ des Magnetfeldsensorpackages 100 bzw. des Einkapselungsmaterials 14 in einer Richtung senkrecht zum Chipträger 2 kleiner als etwa 1,2mm sein. In einem konkreten Beispiel kann die Abmessung „d“ einen Wert von etwa 1,1mm haben. Im Vergleich hierzu kann eine analoge Abmessung eines herkömmlichen Magnetfeldsensorpackages mit passiven SMD-Komponenten aufgrund der Größe der SMD-Komponenten einen Wert von deutlich mehr als 1,2mm aufweisen. In einem konkreten Beispiel kann eine solche Abmessung eines herkömmlichen Magnetfeldsensorpackages einen Wert von etwa 1.56mm haben. Eine Verwendung integrierter passiver Komponenten gemäß der Offenbarung kann in einem solchen Fall die Abmessung „d“ um einen Wert von etwa 460 Mikrometer verringern.
  • Der Halbleiterchip 8 bzw. die darin integrierte passive Komponente kann dazu ausgelegt sein, bei einer Temperatur von über 160°C zu arbeiten. Im Vergleich hierzu können Magnetfeldsensorpackages mit SMD-Vorrichtungen, wie z.B. Keramikkondensatoren, nur bei Betriebstemperaturen bis zu etwa 150°C eingesetzt werden. In bestimmten Anwendungen kann somit bei einem Einsatz des Magnetfeldsensorpackages 100 auf eine zusätzliche Kühlung verzichtet werden. Beispielsweise können in der Umgebung der Bremsen eines Lastkraftwagens Temperaturen von bis zu 200°C auftreten. Bei einer Verwendung von Magnetfeldsensorpackages mit SMD-Vorrichtungen muss eine Kühlung bereitgestellt werden, um die Temperatur unter 150°C zu drücken. Im Gegensatz hierzu kann bei einem Einsatz eines Magnetfeldsensorpackages gemäß der Offenbarung auf eine solche Kühlung verzichtet werden.
  • Das Magnetfeldsensorpackage 100 kann insbesondere frei von passiven SMD-Komponenten sein. In herkömmlichen Magnetfeldsensorpackages kann ein Großteil der passiven Komponenten durch SMD-Komponenten verwirklicht sein. Im Gegensatz hierzu kann bei einem Magnetfeldsensorpackage gemäß der Offenbarung die Funktionalität dieser SMD-Komponenten in dem Halbleiterchip 8 zusammengefasst sein.
  • 2A zeigt schematisch eine Querschnittseitenansicht eines Magnetfeldsensorpackages 200A gemäß der Offenbarung. Das Magnetfeldsensorpackage 200A kann dem Magnetfeldsensorpackage 100 der 1 mindestens teilweise ähnlich sein, so dass Ausführungen zur 1 auch für die 2A gelten können.
  • Im Gegensatz zur 1 sind in der 2A die integrierte Schaltung 4 und der Halbleiterchip 8 übereinander gestapelt auf einer gleichen Montagefläche des Chipträgers 2 angeordnet. Der Magnetfeldsensor 6 aus der 1 ist der Einfachheit halber nicht explizit dargestellt. Im Beispiel der 2A wird eine elektrische Verbindung zwischen der integrierten Schaltung 4, dem Halbleiterchip 8 und dem Chipträger 2 über eine oder mehrere Bonddrähte 10 und 12 bereitgestellt.
  • Alternativ zu dem in der 2A gezeigten Beispiel kann es sich bei dem Halbleiterchip 8 um einen auf der integrierten Schaltung 4 angeordneten Flip-Chip handeln. Ein beispielhaftes Magnetfeldsensorpackage 200B gemäß der Offenbarung ist schematisch in der Querschnittseitenansicht der 2B gezeigt. Eine elektrische Verbindung zwischen dem Halbleiterchip 8 und der integrierten Schaltung 4 kann über Lotdepots bzw. Lotkugeln 9 auf der Unterseite des Halbleiterchips 8 bereitgestellt werden. Die unter dem Halbleiterchip 8 angeordnete integrierte Schaltung 4 kann über einen oder mehrere Bonddrähte 12 mit dem Chipträger 2 elektrisch verbunden sein.
  • 2C zeigt schematisch eine Querschnittseitenansicht eines Magnetfeldsensorpackages 200C gemäß der Offenbarung. Das Magnetfeldsensorpackage 200C kann dem Magnetfeldsensorpackage 200A der 2A mindestens teilweise ähnlich sein. Im Gegensatz zur 2A kann der Halbleiterchip 8 im Beispiel der 2C über eine Durchkontaktierung 11, wie zum Beispiel ein oder mehrere „Through Silicon Vias“ (TSV), elektrisch mit der integrierten Schaltung 4 verbunden sein. Durch die Verwendung der Durchkontaktierung 11 anstelle des Bonddrahts 10 (siehe 2A) kann ein Luftspalt zwischen dem Magnetfeldsensorpackage 200C und einem Geberelement (siehe hierzu die 5 und 6) verkleinert werden. Gleichzeitig kann ein Einfluss der Induktivität des Bonddrahts 10 vermieden werden.
  • 3 zeigt schematisch eine Querschnittseitenansicht eines Magnetfeldsensorpackages 300 gemäß der Offenbarung. Das Magnetfeldsensorpackage 300 kann dem Magnetfeldsensorpackage 100 der 1 mindestens teilweise ähnlich sein, so dass Ausführungen zur 1 auch für die 3 gelten können.
  • Im Gegensatz zur 1 sind in der 3 die integrierte Schaltung 4 und der erste Halbleiterchip 8 auf gegenüberliegenden Montageflächen des Chipträgers 2 angeordnet. Der Magnetfeldsensor 6 aus der 1 ist der Einfachheit halber nicht explizit dargestellt. Eine elektrische Verbindung zwischen der integrierten Schaltung 4 und dem Halbleiterchip 8 kann zum Beispiel über den Chipträger 2 bereitgestellt werden. Beispielsweise kann es sich bei dem Chipträger um ein keramisches Substrat mit einer elektrischen Umverteilungsschicht handeln, durch die eine solche elektrische Verbindung verwirklicht sein kann.
  • 4 zeigt schematisch eine Draufsicht eines Magnetfeldsensorpackages 400 gemäß der Offenbarung. Das Magnetfeldsensorpackage 400 kann dem Magnetfeldsensorpackage 100 der 1 mindestens teilweise ähnlich sein oder diesem entsprechen, so dass Ausführungen zur 1 auch für die 4 gelten können.
  • Das Magnetfeldsensorpackage 400 beinhaltet eine integrierte Schaltung 4 und einen Halbleiterchip 8 mit mindestens einer integrierten passiven Komponente, die auf einem Chipträger 2 angeordnet sind. Der Magnetfeldsensor 6 aus der 1 ist der Einfachheit halber nicht explizit dargestellt. Im Beispiel der 4 kann der Chipträger 2 in Form eines Leiterrahmens ausgebildet sein, der zum Beispiel aus Kupfer, Nickel, Aluminium, oder Edelstahl gefertigt sein kann. Der Leiterrahmen kann ein Diepad 16 und beispielsweise drei Anschlussleitern 18A, 18B und 18C aufweisen. Das Diepad 16 und der mittleren Anschlussleiter 18B können dabei einstückig ausgebildet sein. Bei dem oberen Anschlussleiter 18A kann es sich um einen Eingabe/Ausgabe-Kontakt (siehe „I/0“) handeln. Der mittlere Anschlussleiter 18B kann mit einem Erdpotential (siehe „GND“) verbunden sein. Der untere Anschlussleiter 18C kann eine Versorgungsspannung (siehe „VDD“) bereitstellen. Die in der 4 gezeigte Anordnung der Anschlussleiter 18A, 18B und 18C relativ zueinander ist beispielhaft.
  • Die integrierte Schaltung 4 kann mit dem Halbleiterchip 8 über Bonddrähte 10 elektrisch verbunden sein. Der Halbleiterchip 8 kann über einen ersten Bonddraht 12A mit dem I/O-Anschlussleiter 18A elektrisch verbunden sein. Ferner kann der Halbleiterchip 8 über einen zweiten Bonddraht 12B und über den Anschlussleiter 18C mit der Versorgungsspannung verbunden sein. Des Weiteren kann der Halbleiterchip 8 über einen dritten Bonddraht 12C mit dem Diepad 16 verbunden, d.h. geerdet sein. Im Beispiel der 4 sind die integrierte Schaltung 4 und der Halbleiterchip 8 in ein Einkapselungsmaterial 14 eingebettet. Eine elektrische Kontaktierung der eingebetteten Komponenten von außerhalb des Einkapselungsmaterials 14 kann über die Anschlussleiter 18A-18B erfolgen.
  • Die integrierte Schaltung 4 und der Halbleiterchip 8 können auf dem Diepad 16, d.h. auf einer gleichen Montagefläche des Chipträgers 2 angeordnet sein. Dabei können die integrierte Schaltung 4 und der erste Halbleiterchip 8 auf einem gleichen Potential (siehe „GND“) liegen. In herkömmlichen Magnetfeldsensorpackages müssen passive SMD-Komponenten, die beispielsweise eine EMV- oder ESD-Funktionalität bereitstellen sollen, oft so angeordnet werden, dass sie zwischen verschiedenen Anschlussleitern des Leiterrahmens ausgebildete Spalten oder Öffnungen überbrücken. Bei mehreren derart anzuordnenden passiven SMD-Komponenten sind die Möglichkeiten einer Anordnung der integrierten Schaltung aufgrund der erforderlichen komplexen Chipträgerstruktur stark eingeschränkt. Im Gegensatz hierzu können die passiven Komponenten eines Magnetfeldsensorpackages gemäß der Offenbarung in einen oder mehrere Halbleiterchips 8 integriert sein, die mit der integrierten Schaltung 4 auf einer gemeinsamen Fläche des Chipträgers 2 auf gleichem Potential angeordnet sein können. Ein Ausbilden von Spalten oder Öffnungen im Chipträger 2 für eine Anordnung von passiven SMD-Komponenten ist daher bei einem Magnetfeldsensorpackage gemäß der Offenbarung nicht erforderlich. Es können vielmehr Chipträger mit einer weniger komplexen geometrischen Gestalt verwendet werden.
  • 5 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht eines Magnetfeldsensorpackages 500 gemäß der Offenbarung. Das Magnetfeldsensorpackage 500 kann beispielsweise einem der Magnetfeldsensorpackages der 1 bis 4 ähnlich sein. In der 5 ist der Einfachheit halber nur ein Halbleiterchip 8 des Magnetfeldsensorpackages 500 gezeigt. In einem Beispiel können in dem Halbleiterchip 8 ein Magnetfeldsensor 6, eine Schaltung zur Verarbeitung von elektrischen Signalen des Magnetfeldsensors 6 und mindestens eine passive Komponente integriert sein. In weiteren Beispielen kann das Magnetfeldsensorpackage 500 mehrere Halbleiterchips aufweisen, auf welche die Funktionalitäten der genannten Komponenten in verschiedenen Konstellationen verteilt sein können, wie bereits im Zusammenhang mit der 1 diskutiert.
  • Das Magnetfeldsensorpackage 500 kann auf einem Back-Bias Magneten 20 und relativ zu einem ferromagnetischen Rad 22 angeordnet sein. Das Magnetfeldsensorpackage 500 und das ferromagnetische Rad 22 können dabei durch einen Luftspalt 24 voneinander getrennt sein. Das Magnetfeldsensorpackage 500 und der Back-Bias Magnet 20 können mindestens teilweise in einem zweiten Einkapselungsmaterial 26 eingebettet sein. Der Chipträger 2 bzw. Anschlussleiter des Chipträgers 2 können mindestens teilweise aus dem zweiten Einkapselungsmaterial 26 herausstehen, so dass die elektrischen Komponenten des Magnetfeldsensorpackages 500 auch von außerhalb des zweiten Einkapselungsmaterials 26 elektrisch kontaktiert werden können. Das zweite Einkapselungsmaterial 26 kann beispielsweise aus einem Laminat, einem Epoxidharz, einem Thermoplast, oder einem wärmehärtenden Polymer gefertigt sein.
  • Der Magnetfeldsensor 6 kann dazu ausgelegt sein, eine Geschwindigkeit des ferromagnetischen Rads 22 zu erfassen. Im Beispiel der 5 weist das ferromagnetische Rad 22 einen Nord- und Südpol auf (siehe „N“ und „S“), wie in der Zeichnung dargestellt. In einem weiteren Beispiel kann es sich bei dem ferromagnetischen Rad 22 um ein ferromagnetisches Zahnrad handeln. Der Back-Bias Magnet 20 kann ein Stützfeld für den Magnetfeldsensor 6 erzeugen. Aufgrund der magnetischen Polung des ferromagnetischen Rads 22 in der 5 (oder aufgrund der ungleichmäßigen Form eines Zahnrads in einem weiteren Beispiel) ändert sich während einer Rotation des ferromagnetischen Rads 22 das von dem Magnetfeldsensor 6 erfasste magnetische Feld und der Magnetfeldsensor 6 kann Ausgabeimpulse erzeugen. Die Ausgabeimpulse können an die logische integrierte Schaltung (z.B. einen ASIC) weitergegeben werden, welche die Ausgabeimpulse zählen und die Geschwindigkeit des rotierenden ferromagnetischen Rads 22 berechnen kann. Die Anordnung der 5 kann beispielsweise in automotiven Anwendungen zur Bestimmung von Radgeschwindigkeiten verwendet werden, insbesondere in sicherheitsrelevanten Anwendungen, wie z.B. ABS (Antiblockiersystem), Motoren, oder Getrieben.
  • 6 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht eines Magnetfeldsensorpackages 600 gemäß der Offenbarung. Das Magnetfeldsensorpackage 600 kann dem Magnetfeldsensorpackage 500 der 5 mindestens teilweise ähnlich sein, so dass Ausführungen zur 5 auch für die 6 gelten können. Im Gegensatz zur 5 sind das Magnetfeldsensorpackage 600 und der Back-Bias Magnet 20 relativ zueinander auf eine andere Weise angeordnet. Der Chipträger 2 kann dabei insbesondere um den Back-Bias Magneten 20 gebogen sein. Die relative Anordnung des Magnetfeldsensorpackages 500 und des Back-Bias Magneten 20 in der 5 kann als Top-Read Konfiguration bezeichnet werden. Die relative Anordnung des Magnetfeldsensorpackages 600 und des Back-Bias Magneten 20 in der 6 kann als Side-Read Konfiguration bezeichnet werden.
  • In den Beispielen der 5 und 6 fungiert das ferromagnetische Rad 22 als Geberelement. In weiteren Beispielen können andere Komponenten die Funktion eines Geberelements aufweisen, wie zum Beispiel Multipolmagnete. Dabei sind beispielsweise Konfigurationen ohne Back-Bias Magnet, dafür aber mit magnetischem Target, wie etwa einem Multipolrad, denkbar.
  • Wie bereits oben in Verbindung mit der 1 diskutiert, kann durch die Verwendung von in einem Halbleiterchip integrierten passiven Komponenten im Vergleich zu einer Verwendung von passiven SMD-Komponenten insbesondere eine Abmessung des Magnetfeldsensorpackages reduziert werden. Aus diesem Grund können Magnetfeldsensorpackages gemäß der Offenbarung insbesondere dazu ausgelegt sein, relativ zu einem Back-Bias Magneten sowohl in einer Top-Read Konfiguration als auch in einer Side-Read Konfiguration angeordnet zu werden. Wie bereits oben erläutert, kann bei herkömmlichen Magnetfeldsensorpackages die Verwendung von mehreren passiven SMD-Komponenten die Anordnung der integrierten Schaltung aufgrund einer komplexen Chipträgerstruktur stark einschränken. Eine Anordnung solcher herkömmlicher Magnetfeldsensorpackages in einer Top-Read Konfiguration kann dadurch erschwert sein und schlimmstenfalls unmöglich werden.
  • BEISPIELE
  • Im Folgenden werden Magnetfeldsensorpackages anhand von Beispielen erläutert.
  • Beispiel 1 ist eine Magnetfeldsensorpackage, umfassend: einen Chipträger; einen auf dem Chipträger angeordneten Magnetfeldsensor, der dazu ausgelegt ist, ein Magnetfeld zu erfassen; eine auf dem Chipträger angeordnete integrierte Schaltung, die dazu ausgelegt ist, von dem Magnetfeldsensor bereitgestellte Sensorsignale logisch zu verarbeiten; und mindestens eine integrierte passive Komponente, die mit mindestens einem von dem Magnetfeldsensor oder der integrierten Schaltung elektrisch gekoppelt ist.
  • Beispiel 2 ist ein Magnetfeldsensorpackage nach Beispiel 1, ferner umfassend: einen auf dem Chipträger angeordneten ersten Halbleiterchip, wobei die mindestens eine integrierte passive Komponente in den ersten Halbleiterchip integriert ist.
  • Beispiel 3 ist ein Magnetfeldsensorpackage nach Beispiel 1 oder 2, wobei die integrierte passive Komponente mindestens einen Kondensator umfasst, wobei der mindestens eine Kondensator für mindestens eines von folgendem ausgelegt ist: eine Versorgungspannung des Magnetfeldsensorpackage bereitzustellen; einen ESD-Schutz für das Magnetfeldsensorpackage bereitzustellen; und eine elektromagnetische Verträglichkeit des Magnetfeldsensorpackage bereitzustellen.
  • Beispiel 4 ist ein Magnetfeldsensorpackage nach Beispiel 3, wobei der mindestens eine Kondensator eine Kapazität von größer als 22nF aufweist.
  • Beispiel 5 ist ein Magnetfeldsensorpackage nach einem der vorhergehenden Beispiele, ferner umfassend: mindestens eine weitere integrierte passive Komponente, wobei die mindestens eine weitere integrierte passive Komponente mindestens eines von einem Widerstand, einer Induktivität, einem Kondensator, einer Diode umfasst.
  • Beispiel 6 ist ein Magnetfeldsensorpackage nach einem der vorhergehenden Beispiele, wobei die integrierte Schaltung und die integrierte passive Komponente gemeinsam in einem Halbleiterchip integriert sind.
  • Beispiel 7 ist ein Magnetfeldsensorpackage nach einem der Beispiele 2 bis 5, wobei der Magnetfeldsensor und die integrierte Schaltung gemeinsam in einem von dem ersten Halbleiterchip getrennten zweiten Halbleiterchip integriert sind.
  • Beispiel 8 ist ein Magnetfeldsensorpackage nach einem der Beispiele 2 bis 5, wobei der Magnetfeldsensor und die integrierte passive Komponente gemeinsam in dem ersten Halbleiterchip integriert sind, und die integrierte Schaltung in einem von dem ersten Halbleiterchip getrennten zweiten Halbleiterchip integriert ist.
  • Beispiel 9 ist ein Magnetfeldsensorpackage nach einem der Beispiele 2 bis 5, wobei der Magnetfeldsensor, die integrierte Schaltung und die integrierte passive Komponente gemeinsam in dem ersten Halbleiterchip integriert sind, wobei die integrierte passive Komponente mindestens einen Kondensator mit einer Kapazität von mehr als 1nF umfasst.
  • Beispiel 10 ist ein Magnetfeldsensorpackage nach einem der Beispiele 2 bis 9, wobei der erste Halbleiterchip und die integrierte Schaltung auf einer gleichen Montagefläche des Chipträgers angeordnet sind.
  • Beispiel 11 ist ein Magnetfeldsensorpackage nach einem der Beispiele 2 bis 9, wobei der erste Halbleiterchip und die integrierte Schaltung auf gegenüberliegenden Montageflächen des Chipträgers angeordnet sind.
  • Beispiel 12 ist ein Magnetfeldsensorpackage nach einem der Beispiele 2 bis 9, wobei der erste Halbleiterchip und die integrierte Schaltung übereinander gestapelt auf einer gleichen Montagefläche des Chipträgers angeordnet sind.
  • Beispiel 13 ist ein Magnetfeldsensorpackage nach einem der Beispiele 2 bis 12, ferner umfassend: ein Einkapselungsmaterial, wobei der erste Halbleiterchip und die integrierte Schaltung beide in dem gleichen Einkapselungsmaterial eingekapselt sind.
  • Beispiel 14 ist ein Magnetfeldsensorpackage nach Beispiel 13, wobei eine Abmessung des Einkapselungsmaterials in einer Richtung senkrecht zum Chipträger kleiner als 1,2mm ist.
  • Beispiel 15 ist ein Magnetfeldsensorpackage nach einem der Beispiele 2 bis 12, ferner umfassend: ein erstes Einkapselungsmaterial, wobei der erste Halbleiterchip in dem ersten Einkapselungsmaterial eingekapselt ist; und ein von dem ersten Einkapselungsmaterial getrenntes zweites Einkapselungsmaterial, wobei die integrierte Schaltung in dem zweiten Einkapselungsmaterial eingekapselt ist.
  • Beispiel 16 ist ein Magnetfeldsensorpackage nach einem der vorhergehenden Beispiele, wobei das Magnetfeldsensorpackage dazu ausgelegt ist, relativ zu einem Back-Bias Magneten sowohl in einer Top-Read Konfiguration als auch in einer Side-Read Konfiguration angeordnet zu werden.
  • Beispiel 17 ist ein Magnetfeldsensorpackage nach einem der vorhergehenden Beispiele, wobei das Magnetfeldsensorpackage auf einem Back-Bias Magneten angeordnet ist, der Magnetfeldsensor relativ zu einem Geberelement angeordnet ist, der Magnetfeldsensor dazu ausgelegt sind, eine Geschwindigkeit des Geberelements zu erfassen, und das Magnetfeldsensorpackage und das Geberelement durch einen Luftspalt getrennt sind.
  • Beispiel 18 ist ein Magnetfeldsensorpackage nach einem der Beispiele 2 bis 17, wobei die elektrischen Kontakte des ersten Halbleiterchips und der integrierten Schaltung über Bonddrähte kontaktiert sind.
  • Beispiel 19 ist ein Magnetfeldsensorpackage nach einem der vorhergehenden Beispiele, wobei die integrierte passive Komponente dazu ausgelegt ist, bei einer Temperatur von über 160°C zu arbeiten.
  • Beispiel 20 ist ein Magnetfeldsensorpackage nach einem der vorhergehenden Beispiele, wobei das Magnetfeldsensorpackage frei von passiven SMD-Komponenten ist.
  • Obwohl hierin spezifische Ausführungsformen dargestellt und beschrieben wurden, ist es für den Durchschnittsfachmann offensichtlich, dass eine Vielzahl alternativer und/oder äquivalenter Umsetzungen die gezeigten und beschriebenen spezifischen Ausführungsformen ersetzen kann, ohne vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Diese Anmeldung soll alle Anpassungen oder Variationen der hierin diskutierten spezifischen Ausführungsformen abdecken. Daher ist beabsichtigt, dass diese Offenbarung nur durch die Ansprüche und deren Äquivalente beschränkt ist.

Claims (20)

  1. Magnetfeldsensorpackage, umfassend: einen Chipträger; einen auf dem Chipträger angeordneten Magnetfeldsensor, der dazu ausgelegt ist, ein Magnetfeld zu erfassen; eine auf dem Chipträger angeordnete integrierte Schaltung, die dazu ausgelegt ist, von dem Magnetfeldsensor bereitgestellte Sensorsignale logisch zu verarbeiten; und mindestens eine integrierte passive Komponente, die mit mindestens einem von dem Magnetfeldsensor oder der integrierten Schaltung elektrisch gekoppelt ist.
  2. Magnetfeldsensorpackage nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen auf dem Chipträger angeordneten ersten Halbleiterchip, wobei die mindestens eine integrierte passive Komponente in den ersten Halbleiterchip integriert ist.
  3. Magnetfeldsensorpackage nach Anspruch 1 oder 2, wobei die integrierte passive Komponente mindestens einen Kondensator umfasst, wobei der mindestens eine Kondensator für mindestens eines von folgendem ausgelegt ist: eine Versorgungspannung des Magnetfeldsensorpackages bereitzustellen; einen ESD-Schutz für das Magnetfeldsensorpackage bereitzustellen; und eine elektromagnetische Verträglichkeit des Magnetfeldsensorpackages bereitzustellen.
  4. Magnetfeldsensorpackage nach Anspruch 3, wobei der mindestens eine Kondensator eine Kapazität von größer als 22nF aufweist.
  5. Magnetfeldsensorpackage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: mindestens eine weitere integrierte passive Komponente, wobei die mindestens eine weitere integrierte passive Komponente mindestens eines von einem Widerstand, einer Induktivität, einem Kondensator, einer Diode umfasst.
  6. Magnetfeldsensorpackage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die integrierte Schaltung und die integrierte passive Komponente gemeinsam in einem Halbleiterchip integriert sind.
  7. Magnetfeldsensorpackage nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei der Magnetfeldsensor und die integrierte Schaltung gemeinsam in einem von dem ersten Halbleiterchip getrennten zweiten Halbleiterchip integriert sind.
  8. Magnetfeldsensorpackage nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei der Magnetfeldsensor und die integrierte passive Komponente gemeinsam in dem ersten Halbleiterchip integriert sind, und die integrierte Schaltung in einem von dem ersten Halbleiterchip getrennten zweiten Halbleiterchip integriert ist.
  9. Magnetfeldsensorpackage nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei der Magnetfeldsensor, die integrierte Schaltung und die integrierte passive Komponente gemeinsam in dem ersten Halbleiterchip integriert sind, wobei die integrierte passive Komponente mindestens einen Kondensator mit einer Kapazität von mehr als 1nF umfasst.
  10. Magnetfeldsensorpackage nach einem der Ansprüche 2 bis 9, wobei der erste Halbleiterchip und die integrierte Schaltung auf einer gleichen Montagefläche des Chipträgers angeordnet sind.
  11. Magnetfeldsensorpackage nach einem der Ansprüche 2 bis 9, wobei der erste Halbleiterchip und die integrierte Schaltung auf gegenüberliegenden Montageflächen des Chipträgers angeordnet sind.
  12. Magnetfeldsensorpackage nach einem der Ansprüche 2 bis 9, wobei der erste Halbleiterchip und die integrierte Schaltung übereinander gestapelt auf einer gleichen Montagefläche des Chipträgers angeordnet sind.
  13. Magnetfeldsensorpackage nach einem der Ansprüche 2 bis 12, ferner umfassend: ein Einkapselungsmaterial, wobei der erste Halbleiterchip und die integrierte Schaltung beide in dem gleichen Einkapselungsmaterial eingekapselt sind.
  14. Magnetfeldsensorpackage nach Anspruch 13, wobei eine Abmessung des Einkapselungsmaterials in einer Richtung senkrecht zum Chipträger kleiner als 1,2mm ist.
  15. Magnetfeldsensorpackage nach einem der Ansprüche 2 bis 12, ferner umfassend: ein erstes Einkapselungsmaterial, wobei der erste Halbleiterchip in dem ersten Einkapselungsmaterial eingekapselt ist; und ein von dem ersten Einkapselungsmaterial getrenntes zweites Einkapselungsmaterial, wobei die integrierte Schaltung in dem zweiten Einkapselungsmaterial eingekapselt ist.
  16. Magnetfeldsensorpackage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Magnetfeldsensorpackage dazu ausgelegt ist, relativ zu einem Back-Bias Magneten sowohl in einer Top-Read Konfiguration als auch in einer Side-Read Konfiguration angeordnet zu werden.
  17. Magnetfeldsensorpackage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Magnetfeldsensorpackage auf einem Back-Bias Magneten angeordnet ist, der Magnetfeldsensor relativ zu einem Geberelement angeordnet ist, der Magnetfeldsensor dazu ausgelegt sind, eine Geschwindigkeit des Geberelements zu erfassen, und das Magnetfeldsensorpackage und das Geberelement durch einen Luftspalt getrennt sind.
  18. Magnetfeldsensorpackage nach einem der Ansprüche 2 bis 17, wobei die elektrischen Kontakte des ersten Halbleiterchips und der integrierten Schaltung über Bonddrähte kontaktiert sind.
  19. Magnetfeldsensorpackage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die integrierte passive Komponente dazu ausgelegt ist, bei einer Temperatur von über 160°C zu arbeiten.
  20. Magnetfeldsensorpackage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Magnetfeldsensorpackage frei von passiven SMD-Komponenten ist.
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