DE3590792C2

DE3590792C2 -

Info

Publication number: DE3590792C2
Application number: DE3590792A
Authority: DE
Inventors: Shibasaki Ichiro; Kajino Fuji Shizuoka Jp Takashi
Original assignee: Asahi Kasei Kogyo KK
Current assignee: Asahi Kasei Corp
Priority date: 1985-05-10
Filing date: 1985-10-14
Publication date: 1991-05-23
Anticipated expiration: 2005-10-15
Also published as: WO1986006878A1; DE3590792T; NL188488B; KR910002313B1; KR870700275A; NL8520325A; NL188488C; US4908685A

Description

Die Erfindung betrifft einen magnetoelektrischen Wandler aus Verbindungshalbleitermaterial mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen und ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Bekannte magnetoelektrische Wandler dieser Art, vergl. die US-PS 42 96 424 und die US-PS 40 21 767, dienen in Form von Hallelementen oder Magnetwiderstandselementen zum Umsetzen eines Magnetfeldes oder eines magnetischen Flusses in elektrische Signale.

Üblicherweise wurde in einem magnetoelektrischen Wandler mit einem magnetischen Sensorelement aus III-V-Verbindungs-Halbleitern wie z. B. InSb oder GaAs auf einer Isolierschicht aus einem organischen Stoff, z. B. einem Polymer, ein Pb-Sn-Lot zum Bonden von Leitungsdrähten verwendet, und es war unmöglich, den magnetoelektrischen Wandler auf einer gedruckten Verdrahtungsplatine mit Hilfe eines Prozesses unterzubringen, der bei hohen Temperaturen durchgeführt wurde, die einen Schmelzpunkt des Lots überschreiten. In jüngeren Anwendungsfällen magnetoelektrischer Wandler bei modernen Vorrichtungen wie einem VTR oder einem CD-Spieler erfolgt die für die Massenproduktion vorteilhafte Einkapselung in der Umgebung hoher Temperaturen oberhalb des Lot-Schmelzpunkts. Deshalb ist es erforderlich, einen Prozeß vorzusehen, um die individuellen Elemente einzeln an einer gedruckten Schaltungsplatine zu verlöten. Es bestand also der Bedarf an einem magnetoelektrischen Wandler, der durch einen Hochtemperaturprozeß über 200°C nicht bricht.

Ein Verfahren, welches diesem Bedarf Rechnung trägt, besteht darin, daß auf einer Dünnschicht eines III-V-Verbindungs-Halbleiters auf einer organischen Isolierschicht Elektroden gebildet werden und das Drahtbonden unter Verwendung von Drähten aus beispielsweise Gold durchgeführt wird. Die praktische Realisierung dieses Verfahrens ist magnetoelektrischen Wandlern der eingangs genannten Art nicht ohne weiteres möglich.

Der Grund dafür wird im folgenden beschrieben. Es ist versucht worden, die Elektrode des einen III-V-Verbindungs-Halbleiter verwendenden magnetoelektrischen Wandlers nach einem Verfahren auszubilden, bei dem, nachdem eine ohmsche Kontaktschicht auf der Halbleiterschicht gebildet ist, eine Metallschicht aus Au, Al oder dergleichen, die sich gut für das Drahtbonden eignet, beispielsweise durch Aufdampfen gebildet wird und die Metallschicht auf etwa 300 bis 400°C erwärmt wird, so daß der dünne Draht aus Au, Al oder dergleichen durch Kompressionsbonden oder unter Verwendung von Ultraschall-Kompressions-Bonden in Kombination an die Metallschicht angeschlossen werden kann. Wendet man aber das obige Verfahren auf eine Verbindungs-Halbleiter-Schicht an, die auf einem Substrat ausgebildet ist, welches auf seiner Oberfläche eine organische Isolierschicht besitzt, ergeben sich folgende zwei Probleme.

Das erste Problem besteht darin, daß die Temperatur während des Bondens nicht ausreichend stark angehoben werden kann. Wenn die Temperatur des Elektrodenabschnitts auf 300 bis 400°C angehoben wird, wie es für gewöhnlich der Fall ist, so kommt es nicht nur zwischen der organischen Isolierschicht und der Halbleiterschicht zu einem Abblättern, sondern es kommt beispielsweise auch zu einer Verkohlung der organischen Isolierschicht. Das Abblättern geschieht aufgrund der Tatsache, daß die organische Isolierschicht und die Verbindungs-Halbleiter-Schicht unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzen und sich demzufolge thermische Spannung an der Grenzschicht zwischen der organischen Isolierschicht und der Verbindungs-Halbleiter-Schicht konzentriert, wenn die Temperatur des Elektrodenabschnitts über 300°C ansteigt.

Das zweite Problem besteht darin, daß, weil die organische Isolierschicht weich ist, es schwierig ist, das Kompressionsbonden mit Konzentration auf die Ultraschall-Energie im Bondbereich zu bewirken, verglichen mit einem Kristall wie Si. Beim Kompressionsbonden wird notwendigerweise die Aufbringung einer großen Menge an Ultraschall-Energie benötigt, mit dem Ergebnis, daß das Abblättern zwischen der organischen Isolierschicht und der Verbindungs-Halbleiter-Schicht erfolgt. Aus diesen Gründen führte das herkömmliche Drahtbonden, angewendet auf die Verbindungs-Halbleiter-Schicht auf der organischen Isolierschicht zu einer geringen Ausbeute. Derzeit besteht auch der Bedarf an einer Ultrahochtemperatur-Anbringung, die typischerweise in Form eines Fließ-Lötprozesses durchgeführt wird. Im vorliegenden Zusammenhang bedeutet der Begriff Hochtemperatur-Anbringung, daß das Element auf dem Verdrahtungssubstrat oder dergleichen bei etwa 180°C bis 230°C angebracht wird, während der Begriff Ultrahochtemperatur-Anbringung bedeutet, daß der Vorgang bei 230°C bis 260°C stattfindet.

Magnetoelektrischer Wandler, der eingangs genannten Art, wie z. B. InSb-Hallelements, die käuflich erworben werden können, um in elektrischen Haushaltsgeräten und dergleichen zum Einsatz kommen, besitzen hervorragende elektrische Eigenschaften und hohe Empfindlichkeit aufgrund magnetischer Verstärkung, weisen jedoch das Problem auf, daß es schwierig ist, sie auf einer gedruckten Verdrahtungsplatine mit Hilfe eines Ultrahochtemperaturverfahrens anzubringen, das bei etwa 260°C durchgeführt wird, wie es z. B. beim Fließlöten der Fall ist. Die Ausbildung des Magnetfeld-Sensorteils der Halbleiterschicht auf der organischen Isolierschicht schafft eine gute Verbindung zwischen den beiden Teilen, was den Vorteil hat, daß das Substrat frei ausgewählt werden kann und eine hohe Empfindlichkeit des Elements erzielbar ist. Deshalb wird es in großem Umfang bei der Herstellung von magnetoelektischen Wandlern eingesetzt.

Verfahren, eine Mehrschichtelektrode zu verwenden, um einen ohmschen Kontakt zu einer Halbleiterschicht sicherzustellen, eine Elektronenwanderung in dem Elektrodenmetall zu verhindern und die Halbleiter-Dünnschicht während des Lötbondens zu schützen, sind beispielsweise in der US-PS 40 81 601 beschrieben.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen magnetoelektrischen Wandler der eingangs genannten Art mit einer Elektrodenstruktur zu schaffen, die es ermöglicht, starres und in hohem Maße zuverlässiges Ultraschall-Drahtbonden bei hoher Ausbeute anzuwenden.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.

Die Erfindung schafft einen in hohem Maße zuverlässigen und hochempfindlichen magnetoelektrischen Wandler, in welchem ein Magnetfeld-Sensorteil aus einer III-V-Verbindungshalbleiter-Schicht auf einem über einer organischen Isolierschicht liegenden Substrat eine hohe Wärmebeständigkeit besitzt, die ausreicht, Wärmewechseln zu widerstehen, die bei einer bei etwa 260°C durchgeführten Ultrahochtemperatur-Aufbringung zum automatischen Verkapseln entstehen.

Bei dem erfindungsgemäßen magnetoelektrischen Wandler ist die Mehrschicht-Elektrodenstruktur durch die Metallschicht mit oberhalb eines bestimmten Wertes liegenden mechanischen Festigkeit in der Lage ist, das Eindrücken der darunter liegenden organischen Isolierschicht aufgrund deren Elastizität oder Weichheit zu vermindern oder zu verhindern, wobei der magnetoelektrische Wandler hohe Zuverlässigkeit und starre Drahtbondelektroden aufweist, die sich eignen für das Ultraschall-Drahtbonden, und die mit Hilfe eines Hochtemperaturprozesses oberhalb von 220°C angebracht werden können.

Weiterbildungen der Erfindung und ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen magnetoelektrischen Wandlers sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Schnittansicht eines magnetoelektrischen Wandlers nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 einen Grundriß von Fig. 1,

Fig. 3A bis 3D Schnittansichten, die Beispiele einer Elektrodenstruktur zeigen, dargestellt entlang der Linie A-A′ nach Fig. 2,

Fig. 4 und 5 eine Schnittansicht bzw. einen Grundriß eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung,

Fig. 6 eine Schnittansicht eines Hallelements mit einer empfindlichkeitssteigernden Struktur gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 7 eine Schnittansicht, die ein Hallelement mit einem Magnetfeld-Sensorteil mit hitzebeständiger Struktur gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt,

Fig. 8 eine Schnittansicht eines Hallelements, das eine Modifizierung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 darstellt,

Fig. 9 eine Schnittansicht, die eine Abwandlung der Ausführungsform nach Fig. 7 zeigt, und

Fig. 10 eine Schnittansicht, die ein Beispiel zeigt, bei dem zu dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 9 eine empfindlichkeitsvergrößernde Struktur hinzugefügt ist.

Fig. 1 und 2 zeigen ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen magnetoelektrischen Wandlers mit einem Hallelement. In einer Schnittansicht nach Fig. 1 ist auf einem Substrat 12 eine organische Isolierschicht 13 gebildet, und auf dieser Schicht ist ein Hallelement, bestehend aus einer III-V-Verbindungshalbleiter-Dünnschicht 14, gebildet. Das Substrat 12 und die organische Isolierschicht 13 bilden ein Isoliersubstrat 11.

Elektroden 15 für das Drahtbonden sind auf Flächenbereichen der Verbindungshalbleiter-Dünnschicht 14 gebildet. Die Elektrode 15 umfaßt drei Schichten, darunter eine Metallschicht 16, die einen ohmschen Kontakt mit der Verbindungshalbleiter-Dünnschicht 14 herstellt, auf der eine Zwischen-Metallschicht 17 mit hoher mechanischer Festigkeit, ausgebildet ist, und eine Metallschicht 18, die eine Bondschicht auf der Zwischenschicht bildet. Der so laminierte Schichtbereich ist auf der gesamten Fläche der ohmschen Kontaktmetallschicht oder auf einer Teilfläche davon an benötigten Stellen gebildet. Ein zentraler Bereich der Verbindungshalbleiter-Dünnschicht 14 zwischen den Elektroden bildet einen Magnetfeld-Sensorteil 19 des Hallelements. Schutz-Silikonharz 41 ist aufgebracht, um den Magnetfeld-Sensorteil 19 abzudecken. In dem magnetoelektrischen Wandler des vorliegenden Ausführungsbeispiels mit den oben erwähnten Drahtbond-Elektroden sind die Elektroden 15 durch Drahtbonden über dünne Drähte 21 aus Au, Al, Cu oder deren Legierungen mit Leitungsrahmen 22 verbunden. Das Substrat 12 ist an einem Leitungsrahmen 22 mit Hilfe einer Klebstoff-Kunstharzschicht 50 verbunden. Weiterhin sind das Isoliersubstrat II, die dünnen Drähte 21 usw., ausgenommen die Kantenabschnitte der Leitungsrahmen 22, in einen Kunstharz-Formkörper 23 durch Pressen oder Formen eingebettet.

Fig. 2 zeigt das Hallelement nach Fig. 1 in der Ansicht von oben. Die Bondkissen-(Elektroden-)Zonen sind in Abschnitten 15 gebildet, der sich von jeder Kante eines Kreuzmusters des Magnetfeld-Sensorteils des Elements aus erstrecken und von denen jeder für gewöhnlich eine minimale Fläche mit 100 µm Quadrat-Seitenlänge und typischerweise eine Kissenfläche mit 150 µm bis 400 µm Seitenlänge besitzt.

Fig. 3A bis 3D zeigen, in Schnittansicht entlang der Linie A-A′ in Fig. 2, verschiedene Typen von laminierten Metallelektrodenstrukturen. Fig. 3A zeigt eine Struktur, bei der Zonen der ohmschen Kontaktmetallschicht 16, der Zwischenmetallschicht 17 und der Bondmetallschicht 18 nur in der Bondkissen-Zone laminiert sind, und Fig. 3B und 3C zeigen laminierte Strukturen, in denen sich gegenüber der Laminierung nach Fig. 3A die Zwischenschicht 17 bis zur Mitte einer Kantenkontaktfläche erstreckt bzw. sich soweit erstreckt, daß sie die gesamte Kantenkontaktfläche abdeckt. Fig. 3D zeigt eine Elektrodenstruktur, bei der drei Schichten 16, 17 und 18 mit dem gleichen Muster laminiert sind.

Fig. 4 und 5 zeigen ein Ausführungsbeispiel, bei dem gegenüber der Anordnung nach Fig. 1 und 2 ein Hallelement direkt auf eine gedruckte Verdrahtungsplatine montiert ist, ohne das Hilfsmittel der dazwischenliegenden Leitungsrahmen 22. Dünne Drähte 21 sind mit einem auf der gedruckten Verdrahtungsplatine 24 ausgebildeten Verdrahtungsmuster 25 verbunden.

Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen magnetoelektrischen Wandlers mit einem Hallelement, das eine Struktur besitzt, bei der der Magnetfeld-Sensorteil sandwichartig zwischen einem Ferritsubstrat 12′ und einem aus Ferrit bestehenden Magnetfeld-Konzentrierchip 42 liegt. Die Mehrschichtelektrodenstruktur ist die gleiche wie die nach Fig. 1.

Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel des den magnetoelektrischen Wandler nach der Erfindung bildenden Hallelements, bei dem eine anorganische dünne Isolierschicht 26 zwischen der Halbleiterschicht 14 und der organischen Isolierschicht 13 gebildet ist. Da die anorganische dünne Isolierschicht 26 äußere, auf die organische Isolierschicht 13 einwirkende Wärmewechsel unterbricht, läßt sich die Hitzebeständigkeit der organischen Isolierschicht so verbessern, daß sie Temperaturen im Bereich von 200°C bis 230°C widersteht.

Fig. 8 zeigt eine Modifizierung des Hallelements nach Fig. 1, bei dem die Dicke einer ohmschen Kontaktschicht dem zwei- oder mehrfachen der normalen Dicke entspricht, so daß die ohmsche Kontaktschicht auch als die Zwischenschicht nach Fig. 1 dient, um eine mechanische Festigkeit zu schaffen, die vergleichbar ist mit der der Zwischenschicht. In diesem Fall hat die Drahtbondelektrode (-Kissen) eine Zweischichtstruktur.

Fig. 9 zeigt einen grundlegenden Aufbau eines erfindungsgemäßen magnetoelektrischen Wandlers mit einem Hallelement, das Wärmewechseln aufgrund von Ultrahochtemperatur-Aufbringprozessen standzuhalten vermag und anorganische dünne Isolierschichten 26 und 27 aufweist. Der Oberflächenabschnitt des Hallelements außerhalb der Hallelement-Elektrode 15 ist überall mit der anorganischen dünnen Isolierschicht 27 bedeckt. Selbstverständlich kann die anorganische dünne Isolierschicht 27 auch lediglich über dem Magnetfeld-Sensorteil 14 liegen. Der Magnetfeld-Sensorteil 14 entspricht hier einem Teil, welches im wesentlichen einen magnetoelektrischen Umwandlungseffekt liefert, was normalerweise entweder lediglich einen Halbleiter-Dünnschicht-Abschnitt oder einen Halbleiter-Dünnschichtabschnitt mit Hilfselektroden wie kurzen Stiften bedeutet, der vorgesehen ist, um den magnetoelektrischen Umwandlungseffekt zu verstärken. Die Silikonharzschicht 41 kann in einigen Fällen fortgelassen werden.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 9 eignet sich besonders für die Verwendung in dem Fall, daß ein magnetoelektrischer Wandler mit einem Magnetfeld-Sensorteil aus einer III-V-Verbindungshalbleiter-Dünnschicht, die As enthält, automatisch auf eine gedruckte Verdrahtungsplatine aufgebracht wird, z. B. durch Fließlöten bei 260°C, da die Kennlinien des Wandlers nicht beeinflußt werden und bei einem solchen Aufbringprozeß kein thermischer Bruch in dem Wandler auftritt. Im Vergleich zu dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 ist das vorliegende Ausführungsbeispiel also besonders vorteilhaft bei Aufbringprozessen, die bei 230°C oder darüber durchgeführt werden. Bei beiden Ausführungsbeispielen dient die eingefügte anorganische Isolierschicht als gewünschte Wärmeisolierungs-Schutzschicht für die organische Isolierschicht und die Halbleiterschicht des Magnetfeld-Sensorteils, aufgrund der geringen Dicke jedoch beeinflußt sie das Haftvermögen nicht nennenswert.

Fig. 10 zeigt eine Modifizierung der in Fig. 9 gezeigten Hallelementstruktur, bei der zusätzlich ein Magnetfeld-Konzentrierchip 42 auf der Silikonharzschicht 41 angeordnet ist, um eine magnetische Verstärkung zu bewirken und dadurch die Empfindlichkeit des Elements weiter zu verbessern. In diesem Fall wird für das Substrat 12 vorzugsweise ein weichmagnetisches Material wie z. B. Weichferrit verwendet.

Die Magnetfeld-Sensor-III-V-Halbleiterschicht 14 kann vorzugsweise eine III-V-Verbindungshalbleiter-Schicht hoher Beweglichkeit sein, wie sie typischerweise für magnetoelektrische Wandler eingesetzt wird. Vorzugsweise wird die Schicht gebildet aus einem binären oder ternären Halbleitermaterial eines III-V-Verbindungshalbleiters, der entweder In oder As oder beides enthält. Vorzugsweise wird wegen der hohen Beweglichkeit InSb, InAs oder InAsP verwendet. Die verwendete Halbleiterschicht besitzt eine Elektronenbeweglichkeit in der Größenordnung zwischen 2000 bis 80 000 cm²/V · sec, und sie ist eine einkristalline oder polykristalline Dünnschicht.

Zur Bildung der Halbleiterschicht läßt sich ein gewöhnlicher Halbleiter-Dünnschicht-Herstellungsprozeß verwenden wie z. B. LPE, CVD, MOCVD, Dampfniederschlagung oder MBE. Insbesondere wird der MBE-Prozeß bevorzugt, da er eine Halbleiterschicht guter Kristallisation zu schaffen vermag, um eine hohe Elektronenbeweglichkeit in der Dünnschicht zu gewährleisten und er außerdem in der Lage ist, die Schichtdicke in erwünschter Weise zu steuern, die einen Faktor darstellt, der extrem großen Einfluß auf die Empfindlichkeit des magnetoelektrischen Wandlers hat.

Zur Bildung individueller Metallschichten der Mehrschichtelektroden können Prozesse eingesetzt werden, wie sie üblicherweise zur Bildung von Elektroden von Halbleiterbauelementen verwendet werden, z. B. stromloses Galvanisieren, elektrolytisches Galvanisieren oder ein Abhebeverfahren durch Dampfniederschlagung oder Zerstäubung. Die Dicke der Bondschicht 18, der Zwischenschicht 17 und der ohmschen Kontaktschicht 16 sind keinen besonderen Grenzen unterworfen, normalerweise liegen sie jedoch bei 0,1 bis 30µm, vorzugsweise 0,1 bis 10µm. Beispielsweise kann in einer laminierten Elektrode mit einer Cu-Schicht 16, einer Ni-Schicht 17 und einer Au-Schicht 18 die Dicke jeder Schicht vorzugsweise 2-5µm betragen.

Ein Material für die ohmsche Kontaktmetallschicht 16 wird ausgewählt aus der Gruppe, die Cu, Au, Au-Legierungen, Al und Au-Ge-Legierungen umfaßt, und ein Material der Zwischenschicht 17, das mechanische Festigkeit liefert, wird ausgewählt aus der Gruppe, die im wesentlichen besteht aus Ni, Cu, Cr, Co, Ti, W, Mo oder deren Legierungen, und ein Material der Bondschicht 18 wird ausgewählt aus der Gruppe, die im wesentlichen aus Au, Al und Al-Si-Legierungen besteht.

Als das Substrat 12 wird ein üblicherweise für magnetoelektrische Wandler verwendetes Substrat eingesetzt, darunter ein einkristallines oder gesintertes Ferrit-Substrat, ein Keramiksubstrat, ein Glassubstrat, ein Siliciumsubstrat, ein Saphirsubtrat, ein aus hitzebeständigem Kunstharz bestehendes Substrat und ein Substrat aus einem ferromagnetischem Material wie z. B. Eisen oder Permalloy.

Als organische Isolierschicht 13 auf der Substratoberfläche wird vorzugsweise eine Isolierschicht aus Harz, bestehend aus einer organischen Substanz, verwendet.

Typischerweise wird die Kunstharz-Isolierschicht 13 vorzugsweise als Klebstoffschicht verwendet, die auf das Substrat 12 und die eine hohe Beweglichkeit aufweisende Halbleiterschicht 14 verbindet, und sie kann aus üblicherweise verwendetem Kunstharz gebildet sein, z. B. aus wärmeerhärtbarem Epoxyharz, Phenolepoxyharz oder TVB-Harz. Die Dicke der Isolierschicht 13 ist geringer als 60 µm, vorzugsweise geringer als 10 µm.

In dem magnetoelektrischen Wandler, wie er in Fig. 7 gezeigt ist, kann die anorganische dünne Isolierschicht 26 auch zwischen der Halbleiterschicht des Magnetfeld-Sensorteils und der organischen Isolierschicht liegen, um zu verhindern, daß Verunreinigungsstoffe in die Halbleiterschicht eindringen. In diesem Fall enthält die anorganische Isolierschicht eine dünne Beschichtung aus SiO₂, SiO, Al₂O₃ oder Si₃N₄, und ihre Dicke beträgt typischerweise weniger als 2 µm, vorzugsweise liegt sie im Bereich von 50 nm bis 1000 nm.

Wie Fig. 9 zeigt, können in dem magnetoelektrischen Wandler anorganische dünne Isolierschichten angrenzend an beide Flächen der Halbleiterschicht 14 gebildet werden. In diesem Fall wird die obere anorganische Isolierschicht 27 aus einem Überzug des gleichen Materials und in dem gleichen Dickenbereich wie die untere Schicht 26 gebildet.

Das Vorhandensein solcher Isolierschichten 26 und 27 verbessert drastisch die Stabilität des magnetoelektrischen Wandlers während des Hochtemperaturprozesses. Dies ist vermutlich auf die Tatsache zurückzuführen, daß die anorganischen dünnen Isolierschichten 26 und 27 das Eindringen von Verunreinigungen in die Halbleiterschicht von der organischen Isolierschicht 13 oder dem Substrat 12 aus verhindern und nebenbei die Wärmebeanspruchung reduzieren.

Die anorganischen dünnen Isolierschichten 26 und 27 verbessern beträchtlich die Wärmestabilität des magnetoelektrischen Wandlers während des Ultrahochtemperatur-Aufbringprozesses, der bei etwa 260°C durchgeführt wird, um dadurch eine Hochtemperaturaufbringung zu ermöglichen, deren Realisierung im Stand der Technik nicht möglich war. Zusätzlich kann jede der anorganischen dünnen Isolierschichten 26 und 27 aus mehreren Schichten zusammengesetzt sein. Vorzugsweise kann man, anstatt eine anorganische dünne Isolierschicht aus lediglich Al₂O₃ auszubilden, beispielsweise aus einer Al₂O₃-Schicht von 200 nm eine SiO₂-Schicht mit 400 nm bilden, um eine Zweischichtstruktur zu erhalten, welche die obere anorganische dünne Isolierschicht 27 bildet, um dadurch das Ätzverhalten zu verbessern, das benötigt wird, um diese Isolierschicht mit Fenstern zu versehen.

Beide Isolierschichten 26 und 27 müssen nicht immer bezüglich Material, Zusammensetzung, Schichtstruktur und Dicke identisch sein. Zur Bildung der anorganischen dünnen Isolierschichten 26 und 27 können verschiedene Arten von Niederschlagungsprozessen verwendet werden, darunter die Dampfniederschlagung, das Aufstäuben, das reaktive Zerstäuben, das CVD-Niederschlagen und das Molekularstrahl-Dampfniederschlagen.

Die Elektrode 18 des magnetoelektrischen Wandlers ist mit dem Leiterrahmen 22 oder dem auf der gedruckten Verdrahtungsplatine gebildeten Verdrahtungsmuster 25 elektrisch verbunden durch einen dünnen Draht 21 aus Au, Al, Cu oder Al-Si-Legierungen, wie sie beim herkömmlichen Drahtbonden eingesetzt werden.

Dort, wo eine Verbindung zu der gedruckten Verdrahtungsplatine 24 hergestellt werden muß, kann als Platine 24 eine gedruckte Verdrahtungsplatine verwendet werden, wie sie üblicherweise zum Verdrahten und Anbringen elektronischer Bauteile verwendet wird. Vorzugsweise kann auf die Verdrahtungsleiter eine dünne Schicht aus Au oder Ag mit guter Bondeigenschaft aufgebracht werden.

Die Kunstharzform 23 kann aus einem Kunstharz bestehen, wie es allgemein zum Vergießen von elektronischen Bauteilen verwendet wird. Vorzugsweise wird wärmeerhärtbares Harz wie ein Epoxyharz oder Phenolepoxyharz verwendet.

Das Formen geschieht mit Hilfe eines Formprozesses, wie er üblicherweise für elektronische Bauteile verwendet wird, darunter Gießformen, Transferformen und ein Verfahren, bei dem ein festes Pellet auf dem Element angeordnet wird und zum Schmelzen erwärmt wird, bevor es zur Formung erhärtet wird.

Da in dem beschriebenen magnetoelektrischen Wandler die Drahtbondelektrode eine Mehrschichtstruktur aufweist, die es ermöglicht, daß die Schicht unterhalb der Bondmetallschicht eine geforderte mechanische Festigkeit besitzt, ist es möglich, einen in hohem Maße zuverlässigen Drahtbond-Übergang in der Magnetfeldsensor-Halbleiter-Dünnschicht auf dem isolierenden Substrat zu bilden, indem Ultraschallenergie niedriger Leistung bei niedrigen Temperaturen von etwa 200°C aufgebracht wird.

Die Ausbeute bei dem Drahtbonden überschreitet 99%, so daß vom industriellen Fertigungsstandpunkt aus ein hoher Wert erzielt wird, der die Massenproduktion gestattet. Zusätzlich gewährleistet die Wärmebeständigkeit für 230°C oder mehr während des Aufbringens, daß das Anbringen des Elements an der gedruckten Verdrahtungsplatine mit Hilfe des Hochtemperaturaufbringprozesses durchgeführt werden kann.

Darüber hinaus läßt sich dadurch, daß die anorganischen Isolierschichten benachbart zu beiden Seitenflächen der Halbleiter-Dünnschicht gebildet werden, wie es bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 9 oder Fig. 10 gezeigt ist, die Hitzebeständigkeit des Elements zu einem hohen Ausmaß verbessern, mit dem Ergebnis, daß die Zuverlässigkeit gegenüber Wärmeschocks, verursacht durch den Ultrahochtemperatur-Aufbringprozess wie z. B. dem Fließlötprozeß bei 230°C bis 260°C, gewährleistet werden kann, um dadurch Anwendungen für den Ultrahochtemperatur-Aufbringprozeß zu ermöglichen. Das heißt: Das Bonden des magnetoelektrischen Wandlers in einem auf 260°C gehaltenen Lötbad kann gestattet werden, was zu einer automatischen Aufbringung des magnetoelektrischen Wandlers mit Hilfe eines automatischen Fertigungsprozesses, der für VTR oder dergleichen geeignet ist, führt.

Obschon die obigen Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen magnetoelektrischen Wandlers anhand des Hallelements beschrieben wurden, versteht es sich, daß die vorliegende Erfindung wirksam anwendbar ist bei sämtlichen Typen von magnetoelektrischen Halbleiter-Wandlern, wie z. B. Halbleiter-Magnetwiderstands-Elementen, die magnetische Signale erfassen und sie umsetzen, um elektrische Signale zu erzeugen und die den Halleffekt, den Magnetwiderstandseffekt, Kombination hiervon und mit anderen Effekten, ausnutzen.

Das Magnetwiderstandselement beispielsweise unterscheidet sich von dem Hallelement in der Elektrodenkonfiguration, der Anzahl von Anschlußelektroden und dem Magnetfeld-Sensorteil-Muster, es besitzt aber Elektroden, die in exakt der gleichen Weise gebildet werden können wie bei dem Hallelement, und es ist in seinem grundsätzlichen Aufbau identisch mit dem Hallelement.

Im folgenden werden spezielle Beispiele der Erfindung beschrieben.

Beispiel 1

Auf einem einkristallinen Glimmersubstrat mit geglätteter Oberfläche wurde durch Vakuumaufdampfung eine InSb-Dünnschicht einer Dicke von 1 µm und einer Elektronenbeweglichkeit von 30 000 cm²/V · sec gebildet, um eine Halbleiterschicht 14 zu bilden (Fig. 1). Auf der Oberfläche der InSb-Dünnschicht wurde bis zu einer Dicke von 10 µm Epoxyharz aufgeschichtet, und die beschichtete Oberfläche wurde auf ein quadratisches Keramiksubstrat 12 einer Dicke von 0,3 mm und einer Kantenlänge von 45 mm geklebt. Anschließend wurde der Glimmer entfernt. Danach wurde mit Hilfe von Fotoresist eine Fotoresistschicht auf der Oberfläche eines Magnetfeld-Sensorabschnitts der InSb-Dünnschicht in üblicher Weise ausgebildet. Dann wurde Kupfer zu einer Dicke von 0,3 µm auf lediglich einem Abschnitt oder einer Fläche, die für die gewünschten Elektroden vorgesehen war, durch stromloses Galvanisieren gebildet. Um die Dicke des Cu zu erhöhen, wurde eine elektrolytische Kupfergalvanisierung durchgeführt, was zu einer Cu-Schicht 16 von 2 µm Dicke führte. Anschließend wurde erneut das Fotoresist dazu verwendet, eine 2 µm dicke Ni-Schicht 17 auf lediglich einem Elektrodenabschnitt der Cu-Schicht durch elektrolytisches Galvanisieren zu bilden. Weiterhin wurde durch elektrolytisches Galvanisieren auf der Ni-Schicht 17 eine 2 µm dicke Au-Schicht 18 gebildet. Danach wurde wiederum das Fotoresist dazu benutzt, die nicht gewünschte In Sb-Dünnschicht und einen nicht gewünschten Teil des Cu mit Hilfe einer Hydrochlorsäurelösung aus ferrischem Chlorid mit Hilfe von Fotolithographieverfahren wegzuätzen, um so ein Muster für mehrere Einheits-Hallelemente zu bilden, die jeweils einen Magnetfeld-Sensorteil und vier Elektrodenabschnitte besaßen (Fig. 2). Jede laminierte Bondelektrode besaß eine Fläche von 150 µm×150 µm. Dann wurde der Magnetfeld-Sensorteil direkt mit Silikonharz beschichtet, um eine Schutzschicht 41 zu bilden. Danach wurde das hergestellte Bauteil mit Hilfe eines Würfelschneiders geschnitten, um mehrere Hallelement-Pellets in Form eines 1,1 mm×1,1 mm-Quadrats zu erhalten. Jedes Pellet wurde auf eine Insel 51 eines Leiterrahmens 22 geklebt, indem eine Harzschicht 50 verwendet wurde. Die Elektroden 15 des Pellets wurden dann mit Leiterrahmen 22 durch dünne Au-Drähte 21 mit einem Durchmesser von 25-30 µm in einer Umgebung von 200°C bei Beaufschlagung einer Ultraschall-Ausgangsspannung von 26 bis 34 V verbunden, wozu ein automatischer Hochgeschwindigkeitsultraschall-Wärmekompressions-Drahtbonder verwendet wurde. Danach wurde die Elementgruppe durch Transferformen mit Epoxyharz gekapselt, wobei die Leiter teilweise nach außen vorstanden.

Das so hergestellte Hallelement wurde getestet, um zu zeigen, daß die Oberflächentemperatur des Au-Elektrodenteils eine untere Grenze von 100°C für das Bonden sein konnte, und unter dieser Bedingung betrug der Prozentsatz defekter Drahtbohrungen 0,13%.

Die einen normalen Pegel aufweisende Ultraschallenergie konnte zugeführt werden, ohne irgendeine Unannehmlichkeit oder Schwierigkeit zu verursachen. In anderen Worten: Es wurde herausgefunden, daß selbst mit der organischen Isolierschicht 13 das Drahtbonden unter der Standardbedingung für automatisches Bonden mit ausreichend hoher Ausbeute durchgeführt werden konnte, was zeigte, daß die vorliegende Erfindung anwendbar ist für Methoden der industriellen Massenfertigung. Nach dem Bonden wurde der gebondete Draht hinsichtlich der Bondstärke unter der Bedingung geprüft, daß die Bondfestigkeit 2 g oder mehr pro Draht für eine akzeptierbare Bondung beträgt.

Das so der Drahtbohrung unterzogene Hallelement wurde durch Transferformer eingeformt, ohne daß irgendwelche Defekte aufgrund unzureichender Bondstärke der Au-Drähte verursacht wurden. Als das so hergestellte Hallelement als magnetoelektrischer Wandler drei Minuten lang in einer Atmosphäre bei 230°C Wärmeschocks ausgesetzt wurde, blieben die Kennwerte des Elements fast unverändert, ausgenommen lediglich eine Änderung des elektrischen Widerstands um -2,1%, was zeigte, daß das Element selbst mit der organischen Isolierschicht in der Lage war, beträchtlichen Wärmeschocks bei der Anbringung zu widerstehen, im Gegensatz zu der Tatsache, daß sämtliche durch Lötbonden hergestellte Elektroden herkömmlicher Hallelemente ein Lösen und Abbrechen der Drähte verursachten.

Beispiel 2

Auf einem Glimmersubstrat mit einer durch einen MBE-Prozeß (Molekularstrahl-Epitaxie-Prozeß) geglätteten Oberfläche wurde eine InAS-Schicht von 1,2µm Dicke und einer Elektronenbeweglichkeit von 10 000 cm²/V · sec gebildet.

Anschließend wurde die Oberfläche der InAs-Schicht mit Epoxyharz überzogen, und wie im ersten Beispiel wurde an einem quadratischen Keramiksubstrat 12 mit einer Dicke von 0,3 mm und einer Seitenlänge von 45 mm eine InAs-Dünnschicht 14 angebracht. Anschließend wurde genau wie im ersten Beispiel ein Hallelement fertiggestellt. In diesem Fall war der Prozentsatz der durch den automatischen Drahtbonder hergestellten defekten Drahtbohrungen genauso groß wie im ersten Beispiel, nämlich 0,13%. Während des Transferformens erfolgte kein Bruch an den Verbindungsstellen der Au-Drähte.

Wie im ersten Beispiel erwies sich, daß das Element gemäß diesem Beispiel seine Kennwerte über einen drei Minuten in einer Atmosphäre bei 230°C ausgeführten Wärmeschock-Test hinweg beibehielt und sich selbst bei 230°C gegenüber der Anbringung auf der gedruckten Schaltungsplatine ausreichend beständig erwies.

Beispiel 3

Zur Bildung einer Halbleiterschicht 14 wurde auf einem einkristallinen Glimmersubstrat mit durch Vakuumdampfniederschlagung geglätteter Oberfläche eine InSb-Dünnschicht von 1 µm Dicke und einer Elektronenbeweglichkeit von 30 000 cm²/V · sec gebildet. Die Oberfläche der InSb-Dünnschicht wurde mit Epoxyharz überzogen, und die mit Epoxyharz überzogene Oberfläche wurde auf ein quadratisches Ferritsubstrat 12 mit einer Dicke von 0,3 mm und einer Seitenlänge von 45 mm aufgeklebt. Anschließend wurde der Glimmer entfernt. Danach wurde Fotoresistmaterial dazu verwendet, auf der Oberfläche eines Magnetfeld-Sensorteils der InSb-Dünnschicht in herkömmlicher Weise eine Fotoresistschicht zu bilden. Dann wurde Kupfer mit einer Dicke von 0,3 µm auf lediglich einem benötigten Flächenbereich durch stromfreies Galvanisieren aufgebracht. Um die Dicke des Cu zu erhöhen, wurde eine elektrolytische Kupfergalvanisierung durchgeführt, wodurch eine Cu-Schicht 16 von 2 µm Dicke gebildet wurde. Anschließend wurde erneut Fotoresistmaterial verwendet, so daß eine 2 µm dicke Ni-Schicht 17 durch elektrolytisches Galvanisieren auf lediglich einem Drahtbond-Elektrodenabschnitt gebildet wurde. Weiterhin wurde eine 2 µm dicke Au-Schicht 18 durch elektrolytisches Galvanisieren auf der Ni-Schicht gebildet. Danach wurde erneut das Fotoresistmaterial verwendet, so daß nicht benötigte InSb-Dünnschicht und ein unerwünschter Teil des Cu unter Verwendung von Fotolithographieverfahren mit Salzsäurelösung aus Eisenchlorid fortgeätzt wurden, um so ein Muster für mehrere Einheits-Hallelemente zu bilden, von denen sich jedes zusammensetzte aus einem Magnetfeld-Sensorteil und vier Elektrodenabschnitten. Dann wurde mit Hilfe von Silikonharz 41 direkt auf den Magnetfeld-Sensorteil ein Magnetfeld-Konzentrierchip 42 aus Ferrit aufgeklebt (Fig. 6). Danach wurde dieses Bauteil mit Hilfe des Schneiders geschnitten, um mehrere Hallelement-Pellets zu bilden, jedes in Form eines 1,1 mm×1,1 mm-Quadrats. Jedes Pellet wurde dann auf eine Insel 51 eines Leiterrahmens 22 geklebt, anschließend wurden die Elektroden 15 des Pellets durch dünne Au-Drähte 21 in gleicher Weise wie beim ersten Beispiel unter Verwendung eines automatischen Hochgeschwindigkeits-Ultraschall-Drahtbonders mit Leiterrahmen 22 verbunden. Das so gebildete Element wurde durch Transferformen mit Epoxyharz eingekapselt.

Der Prozentsatz der defekten Drahtbondungen der so hergestellten Hallelemente blieb im Vergleich zum ersten Beispiel unverändert. Die durch Wärmeschocks über drei Minuten in einer Atmosphäre von 230°C getestete Wärmebeständigkeit erwies sich als vergleichbar mit der des ersten Beispiels.

Beispiel 4

Auf einem Glimmersubstrat mit einer durch einen MBE-Prozeß (Molekularstrahl-Epitaxie-Prozeß) geglätteten Oberfläche wurde eine InAs-Dünnschicht von 1,2 µm Dicke und einer Elektronenbeweglichkeit von 10 000 cm²/V · sec gebildet. Die Oberfläche der InAs-Schicht wurde mit Epoxyharz zu einer Dicke von 5 µm beschichtet, und auf ein quadratisches Ferritsubstrat 12′ mit einer Dicke von 0,3 mm und einer Seitenlänge von 45 mm wurde eine InAs-Dünnschicht geklebt. Danach wurde genau wie im dritten Beispiel ein Hallelement hergestellt (Fig. 6). Als das so hergestellte Hallelement unter Verwendung des automatischen Hochgeschwindigkeits-Ultraschall-Drahtbonders einer Drahtbondung mit Au-Drähten unterzogen wurde, blieb der Prozentsatz der defekten Drahtbohrungen gegenüber dem ersten Beispiel unverändert und betrug 0,13%. Ein drei Minuten lang bei 230°C durchgeführter Wärmeschocktest zeigte, daß die Wärmebeständigkeit mit derjenigen beim zweiten Beispiel vergleichbar war.

Beispiel 5

Auf einem einkristallinen Glimmersubstrat mit einer durch Vakuumdampfniederschlagung geglätteten Oberfläche wurde zur Herstellung einer Halbleiterschicht 14 eine InSb-Dünnschicht von 1 µm Dicke und einer Elektronenbeweglichkeit von 30 000 cm²/V · sec gebildet. Anschließend wurde durch Vakuumaufdampfung auf der InSb-Dünnschicht eine 300 nm Dicke Al₂O₃-Schicht gebildet. Die Oberfläche der Al₂O₃-Dünnschicht wurde mit Epoxyharz überzogen, und die überzogene Fläche wurde aufgeklebt auf ein quadratisches Ferritsubstrat 12′ einer Dicke von 0,3 mm und einer Kantenlänge von 45 mm. Anschließend wurde der Glimmer entfernt. Danach wurde ein Fotoresistmaterial dazu verwendet, auf der Oberfläche eines Magnetfeld-Sensorteils der InSb-Dünnschicht in herkömmlicher Weise einen Fotoresistüberzug zu bilden. Dann wurde durch stromfreies Galvanisieren Kupfer mit einer Dicke von 0,3 µm in einem erforderlichen Muster aufgebracht. Um die Dicke des Cu zu erhöhen, wurde eine elektrolytische Kupfergalvanisierung durchgeführt, wodurch eine Cu-Schicht 16 von 2 µm Dicke gebildet wurde. Anschließend wurde erneut das Fotoresistmaterial verwendet, um durch elektrolytisches Galvanisieren lediglich auf einem Drahtbond-Elektrodenabschnitt eine 2 µm dicke Ni-Schicht 17 zu bilden. Weiterhin wurde durch elektrolytisches Galvanisieren eine 2 µm dicke Au-Schicht 18 auf der Ni-Schicht gebildet. Danach wurde erneut das Fotoresistmaterial verwendet, um unter Anwendung von Fotolithographieverfahren unerwünschte InSb-Dünnschicht und einen unerwünschten Teil des Cu mit Salzsäurelösung aus Eisenchlorid fortzuätzen und so ein Muster für mehrere Einheits-Hallelemente zu bilden, die sich jeweils zusammensetzten aus einem Magnetfeld-Sensorteil und vier Elektrodenabschnitten. Dann wurde direkt auf den Magnetfeld-Sensorteil mit Silikonharz ein Magnetfeld-Konzentrierchip 42 aus Ferrit aufgeklebt (Fig. 7). Anschließend wurde dieses Bauteil von dem Dicing-Schneider geschnitten, um mehrere Hallelement-Pellets zu erhalten, jedes mit quadratischer Gestalt von 1,1 mm×1,1 mm. Jedes Pellet wurde dann über eine Kunstharzschicht 50 auf eine Insel 51 eines Leiterrahmens 22 geklebt. Anschließend wurden die Elektroden 15 des Pellets genau wie im ersten Beispiel unter Verwendung des Hochgeschwindigkeits-Drahtbonders durch dünne Au-Drähte 21 mit Leiterrahmen 22 verbunden. Das so gebildete Element wurde durch Transferformen mit Epoxyharz verkapselt.

Als das so hergestellte Hallelement unter Verwendung des automatischen Bonders dem Ultraschall-Wärmekopressions-Drahtbonden ausgesetzt wurde, blieb der Prozentsatz von Defekten im Vergleich zum ersten Beispiel unverändert. Er betrug 0,13%. Ein drei Minuten lang bei 230°C durchgeführter Wärmeschocktest zeigte, daß die Kennlinien der Elemente nach diesem Beispiel fast unverändert blieben. In diesem Zusammenhang erwies sich das Element nach diesem Beispiel stärker verbessert als das Element nach dem ersten Beispiel. Es zeigte außerdem, daß das Element ohne Schwierigkeiten bei 230°C verkapselt werden konnte.

Beispiel 6

Das sechste Beispiel soll anhand von Fig. 9 erläutert werden. Zur Herstellung einer Halbleiterschicht 14 wurde auf einem Glimmersubstrat mit einer durch einen MBE-Prozeß (Molekulargewicht-Epitaxie-Prozeß) geglätteten Oberfläche eine InAs-Schicht mit einer Dicke von 1,2 µm, einer Elektronenbeweglichkeit von 8500 cm²/V · sec bei Zimmertemperatur und einer Elektronenkonzentration von 3×10¹⁶ cm^-3 gebildet. Anschließend wurde durch Vakuumaufdampfen auf der Halbleiterschicht eine 400 nm dicke Al₂O₃-Schicht gebildet, um eine anorganische dünne Isolierschicht 26 zu erhalten. Dann wurde die Oberfläche der Dünnschicht mit Epoxyharz überzogen, und die überzogene Oberfläche wurde auf ein quadratisches Aluminiumoxid-Substrat 12 mit 0,3 mm Dicke und 50 mm Kantenlänge geklebt, wodurch eine organische Isolierschicht 13 aus Epoxyharz gebildet wurde. Anschließend wurde der Glimmer entfernt. Danach wurde Fotoresistmaterial verwendet, um in herkömmlicher Weise eine Fotoresist-Schicht auf der Oberfläche eines Magnetfeld-Sensorteils der InAs-Dünnschicht zu bilden. Dann wurde auf lediglich einem benötigten Bereich Kupfer zu einer Dicke von 0,3 µm niedergeschlagen. Um die Dicke des Cu zu erhöhen, wurde eine elektrolytische Kupfergalvanisierung durchgeführt, um eine Cu-Schicht 16 von 2 µm Dicke zu bilden. Anschließend wurde erneut das Fotoresistmaterial verwendet, um durch elektrolytisches Galvanisieren eine 2 µm dicke Ni-Schicht 16 auf lediglich einem Elektrodenabschnitt zu bilden. Weiterhin wurde durch elektrolytisches Galvanisieren eine 2 µm dicke Au-Schicht 18 auf der Ni-Schicht gebildet. Danach wurde erneut das Fotoresistmaterial verwendet, um unter Anwendung von Fotolithographiemethoden unerwünschte InAs-Dünnschicht und einen unerwünschten Teil des Cu mit Salzsäurelösung aus Eisenchlorid fortzuätzen und daurch ein Muster für mehrere Einheits-Hallelemente zu bilden, die jeweils einen Magnetfeld-Sensorteil 19 und vier Elektrodenabschnitte besaßen. Dann wurde durch Vakuumaufdampfen eine 200 nm dicke Al₂O₃-Schicht gebildet, um eine anorganische dünne Isolierschicht 27 zu bilden. Danach wurde mit Hilfe von Fotolithographieverfahren unerwünschtes Al₂O₃ auf den Elektroden 15 des Hallelements mit Ammoniumfluoridlösung fortgeätzt.

Danach wurde das so hergestellte Bauteil mit Hilfe des Dicing-Schneiders in quadratische Hallelement-Pellets geschnitten. Jedes Pellet wurde dann auf eine Insel 51 eines Leiterrahmens 22 geklebt. Danach wurden die Elektroden 15, insbesondere Bondmetallschichten 18 des Hallelements unter Verwendung des automatischen Hochgeschwindigkeits-Ultraschall-Drahtbonders wie beim ersten Beispiel durch dünne Au-Drähte 21 mit Leiterrahmen 22 verbunden, und das Element wurde durch Transferformen mit Epoxyharz verkapselt. Nachdem das so hergestellte Hallelement unter einer Ultrahochtemperatur-Verkapselungbedingung (fünf Minuten in einem Lötbad bei 260°C) getestet wurde, hatte sich der Eingangswiderstand mit einem Betrag von -2,7% geändert, was bedeutete, daß der Änderungswert im praktischen Einsatz keine Schwierigkeiten verursachte. Erst nach ausreichender Abkühlung im Anschluß an den Test wurde der Widerstandswert im Anschluß an den Wärmetest gemessen. Die Kennlinien des Elements blieben mit Ausnahme des Widerstands fast unverändert. Es wurde mithin gefunden, daß die Wärmebeständigkeit des Hallelements drastisch verbessert wird, wenn man die Halbleiterschicht 14 zwischen die dünnen Isolierschichten aus Al₂O₃ einschließt. Es wurde dadurch herausgefunden, daß man das Element mit Hilfe eines Fließlötprozesses bei 260°C verkapseln kann.

Beispiel 7

Das siebte Beispiel wird anhand der Fig. 10 erläutert. Auf dem gleichen Glimmersubstrat wie im sechsten Beispiel wurde genau wie im sechsten Beispiel eine anorganische dünne Isolierschicht 26 auf der InAs-Schicht gebildet. Anschließend wurde die Oberfläche der Dünnschicht mit Epoxyharz überzogen, und die überzogene Oberfläche wurde unter Bildung einer organischen Isolierschicht 13 auf ein quadratisches Ferritsubstrat 12′ von 0,3 mm Dicke und 50 mm Kantenlänge aufgeklebt. Dann wurde der Glimmer entfernt. Danach wurden wie im sechsten Beispiel ein Magnetfeld-Sensorteil 19 und vier Elektrodenabschnitte 15 jedes Hallelements auf dem Substrat 12′ gebildet. Als nächstes wurde auf der Oberfläche eine anorganische dünne Isolierschicht 27 erzeugt, ausgenommen die Elektroden 15 des Hallelements, und zwar ebenso wie im sechsten Beispiel. Danach wurde mit Hilfe von Silikonharz direkt auf den Magnetfeld-Sensorteil 19 ein Magnetfeld-Konzentrierchip 42 aus Ferrit aufgeklebt.

Dann wurde das Element wie im sechsten Beispiel zusammengebaut. Nachdem das so hergestellte Hallelement unter einer Ultrahochtemperatur-Verkapselungsbedingung (fünf Minuten in einer Atmosphäre bei 260°C) getestet war, hat sich der Eingangswiderstand um -1,9% geändert, was bedeutete, daß das Ausmaß der Änderung im praktischen Einsatz keinerlei Schwierigkeiten verursachte. Nach ausreichender Abkühlung im Anschluß an das Testen wurde der elektrische Widerstandswert nach dem Wärmetest gemessen. Die Kennwerte des Elements blieben mit Ausnahme des elektrischen Widerstands fast unverändert. Dadurch wurde herausgefunden, daß die Wärmebeständigkeit des Hallelements dadurch drastisch verbessert werden kann, daß die Magnetfeld-Sensor-Halbleiterschicht 14 von den dünnen Isolierschichten 26 und 27 aus Al₂O₃ eingeschlossen wird. Es wurde also ein in hohem Maße zuverlässiger magnetoelektrischer Wandler geschaffen, der sich für die industrielle Massenfertigung eignet, beispielsweise für einen Fließlötprozeß, und der dem Hochtemperatur-Verkapselungsprozeß hinreichend standzuhalten vermag.

Beispiel 8

Das achte Beispiel wird unter Bezugnahme auf Fig. 8 erläutert. Auf einem einkristallinen Glimmersubstrat mit einer geglätteten Oberfläche wurde zur Herstellung einer Halbleiterschicht 14 eine InSb-Dünnschicht von 1 µm Dicke und einer Elektronenbeweglichkeit von 30 000 cm²/V · sec gebildet. Anschließend wurde durch Vakuumaufdampfung auf der Schicht 14 eine 300 nm dicke Al₂O₃-Schicht gebildet (nicht dargestellt). Die Oberfläche der Al₂O₃-Dünnschicht wurde mit Epoxyharz überzogen, und die beschichtete Oberfläche wurde auf ein quadratisches Ferritsubstrat 12′ von 0,3 mm Dicke und 45 mm Kantenlänge, welches das Keramiksubstrat 12 ersetzte, aufgeklebt. Dann wurde der Glimmer entfernt. Danach wurde Fotoresistmaterial verwendet, um auf der Oberfläche eines Magnetfeld-Sensorteils der InSb-Dünnschicht in herkömmlicher Weise einen Fotoresistüberzug zu bilden. Dann wurde lediglich auf einem benötigten Abschnitt durch stromloses Galvanisieren Kupfer mit einer Dicke von 0,3 mm aufgebracht. Um die Dicke des Cu zu erhöhen, wurde eine elektrolytische Kupfergalvanisierung durchgeführt, um eine Cu-Schicht 16 von 5 µm Dicke zu bilden.

Weiterhin wurde durch elektrolytisches Galvanisieren auf der Cu-Schicht eine 2 µm dicke Au-Schicht 18 gebildet (Elektrodenstruktur in Fig. 8). Danach wurde erneut das Fotoresistmaterial verwendet, so daß mit Hilfe von Fotolithographiemethoden eine unerwünschte InSb-Dünnschicht und ein unerwünschter Teil des Kupfers mit Salzsäurelösung aus Eisenchlorid fortgeätzt wurden, um so ein Muster für mehrere Einheits-Hallelemente zu bilden, die jeweils einen Magnetfeld-Sensorteil und vier Elektrodenabschnitte besaßen. Dann wurde direkt auf dem Magnetfeld-Sensorteil Silikonharz aufgetragen, um eine Schutzschicht 41 zu erzeugen. Danach wurde dieses Bauteil mit dem Dicing-Schneider in mehrere Hallelement-Pellets jeweils quadratischer Form von 1,1 mm×1,1 mm geschnitten. Jedes Pellet wurde dann auf eine Insel 51 eines Leiterrahmens 22 geklebt. Anschließend wurden die Elektroden 15 des Hallelements unter Verwendung des Hochgeschwindigkeits-Drahtbonders wie im ersten Beispiel durch dünne Au-Drähte 21 mit Leiterrahmen 22 verbunden. Das Element wurde durch Transferformen mit Epoxyharz verkapselt.

Der Prozentsatz der auf das Drahtbonden der so hergestellten Hallelemente zurückzuführenden Defekte betrug 0,16%, was etwa dem Wert nach dem ersten Beispiel gleich kommt. In diesem Beispiel konnte der Fabrikationsprozeß in vorteilhafter Weise dadurch verkürzt werden, daß die Nickel-Galvanisierung fortgelassen wurde und die Zeit für das elektrolytische Kupfer-Galvanisieren verlängert wurde. Die Wärmebeständigkeit des diesem Beispiel entsprechenden Elements war die gleiche wie die beim dritten Beispiel.

Industrielle Anwendbarkeit

Wie oben beschrieben wurde, ist der erfindungsgemäße magnetoelektrische Wandler brauchbar für den Einsatz in verschiedenen Motordrehzahl-Steuerschaltungen und für Stellungssensoren, und er ist besonders geeignet für die Verwendung als kontaktlos arbeitende Miniatur-Detektoreinrichtung für die Drehzahlregelung von VTR-Motoren, hartmagnetischen Plattenantriebsmotoren, CD-Spieler-Motoren, Microcassetten-Bandrecorder-Motoren und Floppy-Disc-Antriebsmotoren.

Claims

1. Magnetoelektrischer Wandler aus Verbindungshalbleitermaterial, umfassend:
ein Substrat (12), das auf einer Oberfläche mit einer organischen Isolierschicht (13) versehen ist;
eine III-V-Verbindungshalbleiter-Schicht (14) von 0,1 bis 10 µm Dicke, die auf der organischen Isolierschicht angeordnet ist und ein vorbestimmtes Muster zur Schaffung eines Magnetfeld-Sensorteils aufweist; und
mehrere Elektroden (15) angrenzend an einen vorbestimmten Flächenabschnitt der Verbindungshalbleiter-Schicht und in ohmschem Kontakt mit dieser,
dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden aus einer mehrere Metallschichten (16, 17, 18) umfassenden laminierten, für das Drahtbonden geeignete Schicht bestehen und daß die laminierte Schicht unterhalb einer eine Bondfläche bildenden Metallschicht (18) eine eine oberhalb eines bestimmten Wertes liegende mechanische Festigkeit aufweisende Metallschicht (16, 17) aufweist.

2. Magnetoelektrischer Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die mechanische Festigkeit schaffende Metallschicht eine Hartmetallschicht (17) ist, die auf einer Metallschicht ausgebildet ist, die in ohmschem Kontakt mit der Verbindungshalbleiter-Schicht (14) steht.

3. Magnetoelektrischer Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die mechanische Festigkeit schaffende Metallschicht eine Metallschicht (16) ist, die ohmschen Kontakt mit der Verbindungshalbleiter-Schicht (14) herstellt und sich mit einer solchen Dicke zu der Bondfläche erstreckt, die zumindest einer Ultraschall-Bondkraft widersteht (Fig. 8).

4. Magnetoelektrischer Wandler nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine anorganische dünne Isolierschicht (26) zwischen der Verbindungshalbleiter-Schicht (14) und der organischen Isolierschicht (13) (Fig. 7, 9, 10).

5. Magnetoelektrischer Wandler nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch organische dünne Isolierschichten (26, 27), die beiden Schichtflächen der Verbindungshalbleiter-Schicht benachbart sind und diese abdecken (Fig. 9).

6. Magnetoelektrischer Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungshalbleiter-Schicht (14) aus einem Arsen enthaltenden III-V-Verbindungshalbleiter hoher Elektronenbeweglichkeit gebildet ist.

7. Magnetoelektrischer Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die laminierte Schicht enthält: eine ohmsche Kontaktschicht (16) aus einem Material, das ausgewählt ist aus der Cu, Au, Au-Legierung, Al- und Au-Ge-Legierungen umfassende Gruppe, eine Zwischenschicht (17) aus einem Material, das ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus Ni, Cu, Cr, Co, Ti, W, Mo und deren Legierungen besteht, und einer Bondschicht (18) aus einem Material, das ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus Au, Al und Al-Si-Legierungen besteht.

8. Magnetoelektrischer Wandler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die ohmsche Kontaktschicht, die Zwischenschicht und die Bondschicht jeweils eine Dicke von 2 µm bis 5 µm besitzen und die Zwischenschicht eine Biegefestigkeit aufweist, die dem Drahtbonden wiedersteht.

9. Magnetoelektrischer Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungshalbleiter-Schicht mindestens einen der Stoffe InSb, InAs und InAsP enthält.

10. Magnetoelektrischer Wandler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die anorganische Isolierschicht eine Dicke von 50 nm bis 2 µm besitzt.

11. Magnetoelektrischer Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat aus Ferrit oder Keramiken besteht.

12. Verfahren zum Herstellen eines magnetoelektrischen Wandlers nach Anspruch 6, umfassend folgende Schritte:
Bilden einer III-V-Verbindungshalbleiter-Dünnschicht von 0,1 µm bis 10 µm, die zumindest Arsen enthält;
Ankleben der Halbleiter-Dünnschicht an ein Substrat über eine organische Isolierschicht;
Bilden einer Bondelektrode durch Herstellen einer Metallschicht mit einem vorbestimmten Muster, die ohmschen Kontakt mit der auf der organischen Isolierschicht gebildeten Halbleiter-Dünnschicht herstellt, durch Laminieren von Metall einer hohen mechanischen Festigkeit auf die Metallschicht und durch anschließendes Bilden einer Drahtbond-Metallschicht auf der so laminierten Schicht; und
Bonden von Drähten an die Bondelektrode durch Ultraschall-Wärmekompressions-Bonden.