DE3514059A1 - FASTENING DEVICE FOR HOLDING A HALL PLATE IN A MAGNETIC FIELD - Google Patents
FASTENING DEVICE FOR HOLDING A HALL PLATE IN A MAGNETIC FIELDInfo
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Description
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Befestigungsvorrichtung zum Halten einer Hall-Platte in einem MagnetfeldFixing device for holding a Hall plate in a magnetic field
Die Erfindung bezieht sich auf eine Befestigungsvorrichtung zum Halten einer Hall-Platte in einem Magnetfeld, wobei die Platte eine Halbleiterplatte mit einer gedopten Oberflächenschicht ist.The invention relates to a fastening device for holding a Hall plate in a magnetic field, the plate being a semiconductor plate with a doped Surface layer is.
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Hall-Effekt-Vorrichtungen oder sogenannte Hall-Platten aus Halbleitermaterial sind zerbrechlich und müssen mittels einer Befestigungseinrichtung gehalten werden, wenn sie in der Praxis eingesetzt werden. Die GB-PS 2 106 lehrt eine Befestigungseinrichtung für eine Hall-Platte mit einem Körper, beispielsweise aus Kunststoff, in den die Platte gegossen ist, und in den Polplatten aus ferromagnetischem Material ebenso eingegossen sein können. Die Halbleiterplatte ist hier auf beiden Seiten von einem dielektrischen Material umgeben, wobei ein großer Luftspalt zwischen den Polplatten vorgesehen ist. Wenn das Magnetfeld im Luftspalt eines Eisenkerns gemessen wird, so hat dies einen ernsthaften Schwächungseffekt auf das Magnetfeld im Kern. Befestigungsvorrichtungen für HaIl-Platten sind ebenso aus der US-PS 2 725 504 bekannt, wo diese so offenbart sind, daß sie an der Ober- und Unterseite des Halbleiters aus einer Isolierschicht bestehen, wobei Polplatten aus ferromagnetischem Material an der Außenseite dieser Schichten angebracht sind.Hall-effect devices or so-called Hall plates made of semiconductor material are fragile and must be means of a fastener when used in practice. GB-PS 2 106 teaches a fastening device for a Hall plate with a body, for example made of plastic, in the the plate is cast, and in the pole plates made of ferromagnetic Material can also be poured in. The semiconductor plate is here on both sides of one Surrounding dielectric material, with a large air gap is provided between the pole plates. If that Magnetic field is measured in the air gap of an iron core, this has a serious weakening effect on the Magnetic field in the core. Fastening devices for hal plates are also known from US Pat. No. 2,725,504, where these are disclosed in such a way that they consist of an insulating layer on the top and bottom of the semiconductor, pole plates made of ferromagnetic material are attached to the outside of these layers.
2525th
In diesem Fall ist die Halbleiterplatte aus dielektrischem Material ebenso an beiden Seiten eingehüllt, so daß der Luftspalt groß wird. Hall-Platten-Befestigungsvorrichtungen dieses Typs führen weiterhin zur Abgabe eines schwachen Ausgangssignals. Dies liegt daran, daß die Platte relativ dick ist. Hall-Platten mit einem starken Ausgangssignal, die demgemäß dünn sind, weisen ihre elektrischen Anschlüsse an der Oberseite der Halbleiterplatte auf und sind bei dieser Art der Befestigung somit schwierig zu isolieren.In this case, the dielectric material semiconductor plate is also wrapped on both sides, see above that the air gap becomes large. Hall plate fasteners of this type continue to deliver a weak output signal. This is because the plate is relatively thick. Hall plates with a strong Output signals, which are accordingly thin, have their electrical connections on the upper side of the semiconductor plate and are thus with this type of attachment difficult to isolate.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die vorgenannten Nachteile zu vermeiden, d.h. eine Befestigungsvorrichtung für eine sehr dünne Hall-Platte zu schaffen, welche einen kleinen Luftspalt gewährleistet, so daß das Magnetfeld im Kern nicht geschwächt, ein starkes Ausgangssignal abgegeben wird und ein einfacher Aufbau gewährleistet ist.The object of the invention is to avoid the aforementioned drawbacks, i.e. a fastening device for creating a very thin Hall plate, which ensures a small air gap so that the magnetic field the core is not weakened, a strong output signal is emitted and a simple structure is guaranteed.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich insbesondere aus den Merkmalen der beigefügten Patentansprüche.The solution to this problem results in particular from the features of the attached claims.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in den Zeichnungen rein schematisch dargestellten Ausführungs beispiele. Es zeigt:Further details, features and advantages of the invention emerge from the following description of the in the drawings purely schematically illustrated embodiment examples. It shows:
Fig. 1 das Messen eines Magnetfeldes in einem Eisenkern mit Hilfe einer Hall-Platte,Fig. 1 the measurement of a magnetic field in an iron core with the help of a Hall plate,
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer bekannten Hall Platte,Fig. 2 is a perspective view of a known Hall plate,
Fig. 3 eine Querschnittsansicht einer Befestigungsvorrichtung entsprechend der Erfindung zusammen mit einer Hall-Platte,3 is a cross-sectional view of a fastening device according to the invention together with a Hall plate,
' "-'-* 35H059'"-'- * 35H059
Fig. 4 schematisch ein Magnetfeld für die Befestigungsvorrichtung, wenn das Messen an einem Eisenkern vorgenommen wird, und4 schematically shows a magnetic field for the fastening device, if the measurement is made on an iron core, and
Fig. 5 eine alternative Ausführungsform der Erfindung mit einer auf einer Platte aufgebauten Befestigungsvorrichtung .5 shows an alternative embodiment of the invention with a fastening device built on a plate .
Fig. 1 zeigt die bekannte Verwendung von Hall-Platten für das Messen der elektrischen Stromstärke. Ein Eisenkern 1 ist mit einer Spule 2 versehen, durch die ein Strom I fließt, welcher gemessen werden soll. Ein Spalt 3 im Eisenkern nimmt eine Hall-Platte 4 auf, durch die ein Magnetfeld B verläuft. Die Feldstärke des Magnetfeldes hängt vom Strom I ab. Ein bekannter Strom I. wird derFig. 1 shows the known use of Hall plates for measuring electrical current. An iron core 1 is provided with a coil 2 through which a current I flows which is to be measured. A gap 3 in the iron core accommodates a Hall plate 4 through which a Magnetic field B runs. The field strength of the magnetic field depends on the current I. A known stream I. becomes the
m ηm η
Hall-Platte zugeführt, deren Ausgangssignal V. diesem Strom und dem Magnetfeld B entspricht. Das Ausgangssignal V. ist so ein Maß des Stromes I .Hall plate supplied, whose output signal V. This current and the magnetic field B corresponds. The output signal V. is such a measure of the current I.
Es ist häufig wünschenswert, daß das Ausgangssignal V.It is often desirable that the output signal V.
im Verhältnis zum zu messenden Strom I groß ist. Dasis large in relation to the current I to be measured. That
Ausgangssignal V. steht im umgekehrten Verhältnis zur Dicke der Hall-Platte, so daß es als eine wesentliche Bedingung anzusehen ist, die Hall-Platte dünn auszuführen. Fig. 2 zeigt eine bekannte derartige Hall-Platte 15. Eine Platte 5 aus Halbleitermaterial, beispielsweise Silizium- oder Galliumarsenid, hat auf ihrer Oberseite 6 eine aktive Schicht 7. Diese Schicht ist mit Anschlußflächen 8 für den Strom I. und Anschlußflächen 9 für dasOutput signal V. is inversely related to the thickness of the Hall plate, so it is considered an essential condition it is to be seen that the Hall plate is made thin. 2 shows a known Hall plate 15 of this type. A plate 5 made of semiconductor material, for example silicon or gallium arsenide, has 6 on its upper side an active layer 7. This layer is provided with pads 8 for the current I. and pads 9 for the
Messen des Ausgangssignals V, versehen. Die aktive Schicht 7 und die Anschlußflächen 8 und 9 werden dadurch erzielt, daß eine Doping-Substanz an der Oberseite der Platte in das Basismaterial verteilt wurde. Die Schicht 7 und die Anschlußflächen, deren Dicke nur ungefähr 1 pm beträgt,Measure the output signal V. The active layer 7 and the pads 8 and 9 are achieved by adding a doping substance to the top of the plate in the base material was distributed. The layer 7 and the connection surfaces, the thickness of which is only about 1 μm,
haben im Vergleich mit dem Basismaterial der Platte 5 einen niedrigen spezifischen Widerstand. Die Anschlußflächen befinden sich auf der Oberseite 6 der Platte 5, so daß die Anschlußdrähte mittels einer herkömmlichen Herstellungstechnik auf die Flächen angebracht werden können.have a low specific resistance compared with the base material of the plate 5. The pads are on the top 6 of the plate 5, so that the connecting wires by means of a conventional Manufacturing technology can be attached to the surfaces.
Zum Erzielen eines großen Ausgangssignals V. ist es eine wesentliche Bedingung, daß die Magnetfeldstärke an der Hall-Platte groß ist. Wie bereits erwähnt worden ist, ist eine Bedingung hierfür ein kleiner Luftspalt, obwohl die Feldstärke dadurch beeinträchtigt werden kann, daß das Magnetfeld an der Hall-Platte konzentriert wird.To achieve a large output signal V. it is an essential condition that the magnetic field strength at the Hall plate is great. As has already been mentioned, a condition for this is a small air gap, though the field strength can be affected by the fact that the magnetic field is concentrated on the Hall plate.
in Fig. 3 ist eine Ausführungsform einer Befestigungsvorrichtung gemäß der Erfindung dargestellt, bei der diese Anforderungen realisiert sind. Zwei Polplatten 11 und 12 aus ferromagnetischem Material haben jeweils Vorsprünge 13 und 14, welche einander gegenüberliegen und deren gegenüberliegende Flächen parallel sind. Ein Luftspalt ist zwischen den Vorsprüngen ausgebildet. Die gegenüberliegenden Flächen der Vorsprünge sind beträchtlich kleiner als die der Polplatten. Die zuvor beschriebene Hall-Platte 15 ist im Luftspalt angeordnet. Ein Rahmen 10 aus dielektrischem Material zwischen den Polplatten, der die Vorsprünge umgibt, bestimmt den Abstand zwischen den Polplatten und dadurch die Breite des Luftspaltes. Die Polplatten sind mit Hilfe eines Klebstoffes am Rahmen angebracht. Der Rahmen ist durch ein unteres Teil 10a und ein oberes Teil 10b zusammengesetzt. Mit ihrer Unterseite ist die Hall-Platte am Vorsprung 14 angebracht, d.h. mit Hilfe eines Klebstoffes, wobei ihre Oberseite 6 in einem geringen Abstand vom Vorsprung 13 sich befindet. Das Basismaterial der Platte 5 bildet eine Isolierschicht zwischen der aktiven Schicht 7 undin Fig. 3 is an embodiment of a fastening device according to the invention in which these requirements are realized. Two pole plates 11 and 12 made of ferromagnetic material have protrusions 13 and 14, respectively, which face each other and whose opposite faces are parallel. An air gap is formed between the protrusions. The opposite Areas of the projections are considerably smaller than those of the pole plates. The previously described Hall plate 15 is arranged in the air gap. A frame 10 made of dielectric material between the pole plates, which surrounds the projections, determines the distance between the pole plates and thereby the width of the air gap. The pole plates are attached to the frame with the help of an adhesive. The frame is through a lower one Part 10a and an upper part 10b assembled. With its underside, the Hall plate is attached to the projection 14, i.e. with the aid of an adhesive, with its upper side 6 at a small distance from the projection 13 located. The base material of the plate 5 forms an insulating layer between the active layer 7 and
dem Vorsprung 14. Die elektrischen Verbindungsdrähte 16 verbinden die Anschlußflächen 8 und 9 mit den Anschlußflächen 1.7 am unteren Teil 10a des Rahmens. Andererseits sind diese elektrisch mit den äußeren Anschlußflächen 18 an der Außenseite des Rahmens mit Hilfe von Stromleitern 19 verbunden. Die Anschlußflächen 17 und sind zusammen mit den Stromleitern 19 am unteren Teil 10 des Rahmens durch ein Verfahren angebracht, durch welches gedruckte Schaltkreise hergestellt werden, bevor das obere Teil 10b des Rahmens auf das untere Teil aufgebracht wird.the projection 14. The electrical connection wires 16 connect the pads 8 and 9 to the pads 1.7 on the lower part 10a of the frame. On the other hand, these are electrical with the outer pads 18 connected to the outside of the frame with the aid of electrical conductors 19. The pads 17 and are attached together with the conductors 19 to the lower part 10 of the frame by a method by which printed circuits are made before the upper part 10b of the frame on the lower part is applied.
Der Luftspalt der zuvor beschriebenen Befestigungsvorrichtung kann klein sein, da sich um die Hall-Platte kein Isolationsmaterial befindet. Der Abstand zwischen den Vorsprüngen 13 und 14 muß nur groß genug sein, damit die Platte 5 dazwischen mit Raum für die Anschlußdrähte 16 aufgenommen werden kann. Das Magnetfeld der Hall-Platte ist schematisch in Fig. 4 dargestellt. Die Polplatten 11 und 12 stoßen mit ihren nach außen gerichteten Flächen gegen die Pole des Eisenkerns 1. Durch die Polplatten, deren Mindestabstand voneinander an den Vorsprüngen 13 und 14 vorherrscht, wird das Magnetfeld B dort konzentriert.The air gap of the fastening device described above can be small because it is around the Hall plate there is no insulation material. The distance between the projections 13 and 14 just needs to be large enough so that the plate 5 can be accommodated in between with space for the connecting wires 16. The magnetic field of the Hall plate is shown schematically in FIG. The pole plates 11 and 12 butt with their outwardly directed Surfaces against the poles of the iron core 1. Through the pole plates, their minimum distance from each other at the projections 13 and 14 prevail, the magnetic field B is concentrated there.
Der Rahmen umfaßt bei dieser Ausführungsform zwei Teile 10a und 10b. Natürlich kann der Rahmen auch einstückig ausgebildet sein, und zwar mit Öffnungen für die elektrischen Stromleiter an die Hall-Platte. Die Befestigungsvorrichtung der im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel beschriebenen Art ist, wie aus den Zeichnungen ersichtlich ist, eine Kapsel, welche abgedichtet sein kann und sehr hohen Anforderungen an Impermeabilität standhalten kann. Der Rahmen 10 besteht in solch einem FallIn this embodiment, the frame comprises two parts 10a and 10b. Of course, the frame can also be made in one piece be formed, with openings for the electrical current conductors to the Hall plate. The fastening device of the type described in connection with the exemplary embodiment, as can be seen from the drawings is, a capsule that can be sealed and withstand very high impermeability requirements can. The frame 10 exists in such a case
·"■·■' '■- : ■·■·-' 35H059· "■ · ■ '' ■ - : ■ · ■ · - '35H059
aus undurchlässigem Material, beispielsweise Keramikmaterial, und die Polplatten sind durch Glasmaterial oder Lötmaterial am Rahmen angebracht. Im letzteren Fall ist der Rahmen an den Polplatten mit einer Metallbeschichtung versehen, so daß das Lötmaterial daran haften kann.made of impermeable material, for example ceramic material, and the pole plates are made of glass material or solder attached to the frame. In the latter case, the frame on the pole plates is coated with metal provided so that the solder material can adhere to it.
Eine alternative Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 5 dargestellt, wo eine Befestigungsvorrichtung 20 auf einer Stromkreisplatte 21 aufgebaut ist, die elektrische Stromkreise 22 trägt, wobei die Stromkreisplatte ein Teil der Befestigungsvorrichtung ist. Die Polplatte ist an die Unterseite der Stromkreisplatte angebracht, wobei ihr Vorsprung 14 in ein Loch der Stromkreisplatte ragt. An der Oberseite der Stromkreisplatte befindet sich ein Rahmenteil 24, welches so angebracht ist, daß es dieses Loch umgibt. Die Polplatte 11 ist so auf dem Rahmen angebracht, daß ihr Vorsprung 13 dem Vorsprung 14 direkt gegenüberliegt. Die Hall-Platte 15 am Vorsprung 14 ist mit den elektrischen Stromkreisen 22 der Stromkreisplatte verbunden, und zwar über Verbindungsdrähte 16 und Verbindungsleitungen 23, die auf der Oberfläche der Stromkreisplatte aufgedruckt sind.An alternative embodiment of the invention is shown in FIG. 5, where a fastening device 20 is constructed on a circuit board 21, which carries electrical circuits 22, the circuit board is part of the fastening device. The pole plate is attached to the underside of the circuit board, its projection 14 protruding into a hole in the circuit board. Located at the top of the circuit board is a frame part 24 which is mounted so that it surrounds this hole. The pole plate 11 is so on the frame attached that their projection 13 is the projection 14 directly opposite. The Hall plate 15 on the projection 14 is connected to the electrical circuits 22 of the circuit board, via connecting wires 16 and connecting lines 23 printed on the surface of the circuit board.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |