FR2564246A1 - FIXING DEVICE FOR MAINTAINING A HALL PLATE IN A MAGNETIC FIELD - Google Patents
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Abstract
L'INVENTION CONCERNE LES CAPTEURS A EFFET HALL. DEUX PLAQUETTES POLAIRES 11, 12 EN MATIERE FERROMAGNETIQUE SONT DISPOSEES FACE A FACE ET COMPORTENT DES SAILLIES 13, 14 DONT LES SURFACES EN REGARD SONT NOTABLEMENT PLUS PETITES QUE LES SURFACES DES PLAQUETTES POLAIRES. UN ENTREFER EST FORME ENTRE LES SAILLIES ET UNE PLAQUETTE DE HALL 15 EST PLACEE DANS L'ENTREFER. UN CHASSIS 10 EN MATIERE DIELECTRIQUE ENTOURE L'ENTREFER ET DETERMINE LA LARGEUR DE CE DERNIER. LA CONCENTRATION PAR LES SAILLIES 13, 14 DU CHAMP MAGNETIQUE DANS LEQUEL EST PLACE LE DISPOSITIF PERMET D'OBTENIR UN CHAMP ELEVE DANS L'ENTREFER. APPLICATION A LA MESURE DE L'INTENSITE D'UN COURANT ELECTRIQUE.THE INVENTION RELATES TO HALL-EFFECT SENSORS. TWO POLAR PLATES 11, 12 IN FERROMAGNETIC MATERIAL ARE ARRANGED FACE TO FACE AND HAVE PROJECTIONS 13, 14 OF WHICH THE LOOKING SURFACES ARE NOTABLY SMALLER THAN THE SURFACES OF THE POLAR PLATES. A GAP IS FORMED BETWEEN THE PROJECTIONS AND A HALL 15 PLATE IS PLACED IN THE GAP. A CHASSIS 10 IN DIELECTRIC MATERIAL SURROUND THE GAP AND DETERMINES THE WIDTH OF THE LATTER. THE CONCENTRATION THROUGH THE PROJECTIONS 13, 14 OF THE MAGNETIC FIELD IN WHICH THE DEVICE IS PLACED ALLOWS A HIGH FIELD IN THE GAP. APPLICATION TO MEASURING THE INTENSITY OF AN ELECTRIC CURRENT.
Description
I La présente invention concerne un dispositif de fixation destiné àThe present invention relates to a fastening device for
maintenir dans un champ magnétique une maintain in a magnetic field a
plaquette de Hall qui consiste en une plaquette de semicon- Hall plate consisting of a semicon-
ducteur avec une couche de surface dopée. driver with a doped surface layer.
Les dispositifs à effet Hall ou plaquettes de Hall en matière semiconductrice sont fragiles et on doit donc les maintenir à l'aide de moyens de fixation pour les Hall-effect devices or Hall pads made of semiconducting material are fragile and must therefore be maintained by means of fixing means for
utiliser dans des applications pratiques. Le brevet britan- use in practical applications. The British patent
nique n 2 106 710 décrit des moyens de fixation pour une No. 2,106,710 discloses fastening means for a
plaquette de Hall comprenant un bloc, par exemple en matiè- Hall plate comprising a block, for example
re plastique, dans lequel la plaquette est moulée, et dans lequel on peut également mouler des plaquettes polaires en matière ferromagnétique. La plaquette de semiconducteur est ici enveloppée des deux côtés par une matière diélectrique plastic, in which the wafer is molded, and in which one can also mold polar plates of ferromagnetic material. The semiconductor wafer is here wrapped on both sides by a dielectric material
et il existe un grand entrefer entre les plaquettes polai- and there is a large gap between the polar plates
res. Lorsqu'on mesure le champ magnétique dans l'entrefer res. When measuring the magnetic field in the gap
d'un circuit magnétique en fer, ceci a un effet d'affai- of an iron magnetic circuit, this has an effect of
blissement important sur le champ magnétique présent dans le circuit magnétique. On connaît également des dispositifs de fixation pour des plaquettes de Hall d'après le brevet This is important for the magnetic field present in the magnetic circuit. Fixing devices are also known for Hall plates according to the patent
des E.U.A. no 2 725 504 qui décrit des dispositifs consis- United States of America No. 2,725,504 which describes devices
tant en une couche isolante placée sur les faces supérieure both in an insulating layer placed on the upper faces
et inférieure du semiconducteur, avec des plaquettes polai- and lower semiconductor, with polar plates
res en matière ferromagnétique à l'extérieur de ces cou- in ferromagnetic material outside these areas.
ches. Dans ce cas également, la plaquette de semiconducteur en matière diélectrique est enveloppée des deux côtés, ce qui fait que l'entrefer est grand. En outre, les plaquettes ches. In this case also, the semiconductor wafer of dielectric material is wrapped on both sides, so that the air gap is large. In addition, platelets
de Hall ayant ce type de moyens de fixation donnent un si- Hall having this type of fastening means
gnal de sortie faible du fait que la plaquette est épaisse. low output signal because the wafer is thick.
Les plaquettes de Hall ayant un signal de sortie de niveau élevé, qui sont minces, ont leurs connexions électriques sur la surface supérieure de la plaquette de semiconducteur Hall pads having a high level output signal, which are thin, have their electrical connections on the upper surface of the semiconductor wafer
et sont difficiles à isoler avec ce type de fixation. and are difficult to isolate with this type of fixation.
Conformément à l'invention, les difficultés men- In accordance with the invention, the difficulties
tionnées ci-dessus sont éliminées par un dispositif de fi- above are eliminated by means of a
xation pour une plaquette de Hall très mince qui présente xation for a very thin Hall pad that presents
un très faible entrefer.a very small gap.
Un aspect préféré de l'invention porte sur un dispositif de fixation destiné à maintenir une plaquette de Hall sur une plaquette de circuit dans un champ magnétique, caracté- risé en ce que la plaquette de circuit est percée d'un trou, une plaquette polaire en matière ferromagnétique est A preferred aspect of the invention is a fastener for holding a Hall wafer on a circuit board in a magnetic field, characterized in that the circuit board is pierced with a hole, a polar wafer in ferromagnetic material is
fixée sur une face de la plaquette de circuit, cette pla- attached to one side of the circuit board, this board
quette polaire comporte une saillie qui est introduite dans polar shell has a projection which is introduced into
le trou et sur la surface d'extrémité de laquelle est dis- the hole and on the end surface of which is
posée la plaquette de Hall, et en ce qu'une seconde pla- Hall's plate, and that a second
quette polaire en matière ferromagnétique est fixée par polar shell of ferromagnetic material is fixed by
l'intermédiaire d'une entretoise à l'autre côté de la pla- through a spacer to the other side of the pla-
quette de circuit, exactement face au trou, de façon à circuit board, exactly opposite the hole, so that
établir un entrefer défini entre la seconde plaquette po- establish a defined air gap between the second plate
laire et la saillie qui se trouve sur la première plaquette polaire. L'invention sera mieux comprise à la lecture de and the projection on the first polar plate. The invention will be better understood when reading
la description qui va suivre de modes de réalisation et en the following description of embodiments and in
se référant aux dessins annexés sur lesquels: referring to the accompanying drawings in which:
la figure 1 montre la mesure d'un champ magnéti- Figure 1 shows the measurement of a magnetic field
que dans un circuit magnétique en fer à l'aide d'une pla- than in an iron magnetic circuit using a
quette de Hall; la figure 2 est une représentation en perspective d'une plaquette de Hall de type connu; Hall's quest; Figure 2 is a perspective representation of a known type Hall plate;
la figure 3 est une coupe d'un dispositif de fi- FIG. 3 is a section of a filtering device
xation conforme à l'invention, en compagnie d'une plaquette de Hall; la figure 4 représente schématiquement un champ magnétique intéressant le dispositif de fixation, pendant une mesure dans un circuit magnétique en fer; et xation according to the invention, in the company of a Hall plate; FIG. 4 diagrammatically represents a magnetic field of interest to the fixing device during a measurement in an iron magnetic circuit; and
la figure 5 représente un autre mode de réalisa- FIG. 5 represents another embodiment of
tion de l'invention, avec un dispositif de fixation formé of the invention, with a fastening device formed
sur une plaquette.on a wafer.
La figure I représente une utilisation connue de plaquettes de Hall pour la mesure de l'intensité d'un courant électrique. Un circuit magnétique en fer 1 est équipé d'une bobine 2 dans laquelle circule un courant I m Figure I shows a known use of Hall wafers for measuring the intensity of an electric current. An iron magnetic circuit 1 is equipped with a coil 2 in which a current I m flows.
qu'on désire mesurer. Un entrefer 3 dans le circuit magné- we want to measure. An air gap 3 in the magnetic circuit
tique en fer contient une plaquette de Hall 4 qui est tra- versée par un champ magnétique B dont l'intensité dépend iron tick contains a Hall plate 4 which is crossed by a magnetic field B whose intensity depends on
du courant Im. On applique un courant connu Ih à la pla- of the current Im. A known current Ih is applied to the plane
quette de Hall, et le signal de sortie Vh de celle-ci réa- Hall, and the Vh output signal from Hall
git à ce courant et au champ magnétique B. Le signal de to this current and to the magnetic field B. The signal of
sortie Vh fournit ainsi une mesure du courant Im- output Vh thus provides a measure of the current Im-
On désire souvent que le signal de sortie Vh soit grand par rapport au courant Im à mesurer. Le signal de sortie Vh varie en proportion inverse de l'épaisseur de la plaquette de Hall, et une condition essentielle est donc que la plaquette de Hall soit mince. La figure 2 montre une telle plaquette de Hall 15 de type connu. Une plaquette 5 en matière semiconductrice, par exemple en silicium ou en arséniure de gallium, comporte une couche It is often desired that the output signal Vh be large relative to the current Im to be measured. The output signal Vh varies in inverse proportion to the thickness of the Hall wafer, and an essential condition is therefore that the Hall wafer is thin. Figure 2 shows such a Hall plate 15 of known type. A wafer 5 of semiconductor material, for example silicon or gallium arsenide, has a layer
active 7 sur sa surface supérieure 6. Cette couche com- active 7 on its upper surface 6. This layer
porte des surfaces de connexion 8 pour le courant Ih et door connection surfaces 8 for current Ih and
des surfaces de connexion 9 pour mesurer le signal de sor- connection surfaces 9 for measuring the output signal.
tie Vh. On forme la couche active 7 et les surfaces de tie Vh. The active layer 7 and the surfaces of
connexion 8 et 9 au moyen d'une substance de dopage diffu- connection 8 and 9 by means of a diffuse doping substance
sée dans la matière de base au niveau de la surface de la plaquette. La couche 7 et les surfaces de connexion, dont in the base material at the surface of the wafer. Layer 7 and connection surfaces, of which
l'épaisseur est seulement d'environ I nm, ont une résisti- the thickness is only about 1 nm, have a resis-
vité faible comparée à celle de la matière de base dans la plaquette 5. Les surfaces de connexion sont situées sur la surface supérieure 6 de la plaquette 5, ce qui fait qu'on peut fixer des fils de connexion aux surfaces avec des The connecting surfaces are located on the upper surface 6 of the wafer 5, so that connection wires can be fixed to the surfaces with
techniques de fabrication classiques. classical manufacturing techniques.
Une autre condition essentielle pour obtenir un signal de sortie Vh de niveau élevé est que l'intensité du champ magnétique appliqué à la plaquette de Hall soit élevée. Comme on l'a indiqué, ceci exige que l'entrefer Another essential condition for obtaining a high level Vh output signal is that the intensity of the magnetic field applied to the Hall wafer is high. As noted, this requires the air gap
soit petit, bien que l'intensité du champ puisse être affec- small, although the intensity of the field can be
tée par la concentration du champ magnétique dans la pla- by the concentration of the magnetic field in the
quette de Hall. La figure 2 montre un mode de réalisation Hall. Figure 2 shows an embodiment
d'un dispositif de fixation conforme à l'invention dans le- of a fixing device according to the invention in the-
quel ces objectifs sont atteints. Deux plaquettes polaires 11 et 12 en matière ferromagnétique comportent des saillies respectives 13 et 14 qui sont placées face à face et dont les surfaces en regard sont parallèles. Un entrefer est formé entre les saillies dont les surfaces sont notablement what these goals are achieved. Two polar plates 11 and 12 of ferromagnetic material comprise respective projections 13 and 14 which are placed face to face and whose facing surfaces are parallel. An air gap is formed between the projections whose surfaces are notably
plus petites que celles des plaquettes polaires, et la pla- smaller than those of polar platelets, and the
quette de Hall 15, décrite ci-dessus, est placée dans l'en- Hall 15, described above, is placed in the
trefer. Un châssis 10 en matière diélectrique situé entre les plaquettes polaires, qui entoure les saillies, détermine la distance entre les plaquettes polaires et donc la largeur trefer. A frame 10 of dielectric material located between the polar plates, which surrounds the projections, determines the distance between the polar plates and therefore the width
de l'entrefer. Les plaquettes polaires sont fixées au chas- of the gap. Polar plates are attached to
sis à l'aide de colle et le châssis est formé par la combi- glue and the frame is formed by the combination of
naison d'une partie inférieure 10a et d'une partie supérieu- part of a lower part 10a and a higher part
re 10b. ia plaquette de Hall est fixée par sa surface infé- re 10b. The Hall plate is fixed by its inferior surface.
rieure à la saillie 14, par exemple & l'aide de colle, et sa surface supérieure 6 se trouve à une faible distance de than the protrusion 14, for example by glue, and its upper surface 6 is at a short distance from
la saillie 13. li matière de base de la plaquette 5 consti- the protrusion of the basic material of the
tue une couche isolante entre la couche active 7 et la saillie 14. Des fils de connexion électriques 16 connectent les surfaces de connexion 8 et 9 aux surfaces de connexion 17 sur la partie inférieure 10a du châssis. Ces surfaces sont à leur tour connectées électriquement aux surfaces de connexion extérieures 18 à l'extérieur du châssis, au moyen de conducteurs 19. Les surfaces de connexion 17 et 18, ainsi que les conducteurs 19, sont appliqués sur la partie inférieure 10a du châssis par un procédé tel que celui qu'on utilise pour les circuits imprimés, avant de fixer kills an insulating layer between the active layer 7 and the projection 14. Electrical connection wires 16 connect the connection surfaces 8 and 9 to the connection surfaces 17 on the lower part 10a of the frame. These surfaces are in turn electrically connected to external connection surfaces 18 outside the frame, by means of conductors 19. The connecting surfaces 17 and 18, and the conductors 19, are applied to the lower portion 10a of the frame by a process such as that used for printed circuits, before fixing
la partie supérieure 10b du châssis sur la partie inférieu- the upper part 10b of the frame on the lower part
re. L'entrefer du dispositif de fixation décrit peut être petit, du fait qu'il n'y a pas de matière isolante autour de la plaquette de Hall, et que la distance entre les saillies 13 et 14 doit seulement être suffisamment grande pour loger entre ces saillies la plaquette 5, avec re. The air gap of the fixing device described may be small, since there is no insulating material around the Hall plate, and the distance between the projections 13 and 14 must only be large enough to accommodate between these projections the plate 5, with
de la place pour les fils de connexion 16. La figure 4 re- space for the connection wires 16. Figure 4 shows
présente schématiquement le champ magnétique dans la pla- quette de Hall. Les surfaces dirigées vers l'extérieur des plaquettes polaires 11 et 12 portent contre les pôles du circuit magnétique en fer 1, et du fait que la plus faible distance entre les plaquettes polaires se trouve au niveau des saillies 13 et 14, le champ magnétique B est concentré schematically shows the magnetic field in the Hall plate. The outwardly directed surfaces of the polar plates 11 and 12 bear against the poles of the iron magnetic circuit 1, and since the smallest distance between the polar plates is at the projections 13 and 14, the magnetic field B is concentrated
dans ces dernières.in these last ones.
Dans le mode de réalisation, le ch&ssis comprend deux parties 10a et 0lob, mais on peut évidemment le former In the embodiment, the chsis comprises two parts 10a and 0lob, but it can obviously be formed
en une seule pièce, avec des ouvertures pour des conduc- in one piece, with openings for conductors
teurs électriques allant vers la plaquette de Hall. Comme electric motors going to the Hall pad. As
on peut le voir, le dispositif de fixation décrit en rela- it can be seen, the fixing device described in relation to
tion avec le mode de réalisation consiste en une capsule qui peut être fermée hermétiquement et qui est susceptible de satisfaire des exigences très élevées en ce qui concerne l'étanchéité. Le ch&ssis 10 est dans ce cas en une matière imperméable, par exemple en céramique, et les plaquettes polaires sont fixées au ch&ssis par une matière telle que du verre ou de la soudure. Dans ce dernier cas, le châssis comporte un revêtement de métal au niveau des plaquettes The embodiment with the embodiment consists of a hermetically sealed capsule which is capable of meeting very high sealing requirements. The sheath 10 is in this case an impermeable material, for example ceramic, and the polar plates are fixed to the chs by a material such as glass or solder. In the latter case, the frame has a metal coating at the level of the pads
polaires, pour que la soudure puisse y adhérer. polar so that the solder can adhere to it.
La figure 5 représente un autre mode de réalisa- Figure 5 represents another embodiment of
tion de l'invention dans lequel un dispositif de fixation est formé sur une plaquette de circuit 21 portant des circuits électriques 22, et la plaquette de circuit fait partie du dispositif de fixation. La plaquette polaire 12 est fixée à la face inférieure de la plaquette de circuit, avec sa saillie 14 logée dans un trou dans la plaquette de circuit. Du côté supérieur de la plaquette de circuit, se trouve un élément de châssis 24 qui est fixé de façon à entourer ce trou, et la plaquette polaire 11 est fixée au According to the invention, a fixing device is formed on a circuit board 21 carrying electrical circuits 22, and the circuit board is part of the fixing device. Polar wafer 12 is attached to the underside of the circuit board, with its protrusion 14 accommodated in a hole in the circuit board. On the upper side of the circuit board, there is a frame member 24 which is fixed to surround this hole, and the polar plate 11 is attached to the
châssis avec la saillie 13 dirigée vers la saillie 14. frame with the projection 13 directed towards the projection 14.
Ia plaquette de Hall 15 qui se trouve sur la saillie 14 est Hall plate 15 on projection 14 is
connectée aixcircuits électriques 22 présents sur la pla- connected to the electrical circuits 22 present on the
quette de circuit par l'intermédiaire de fils de connexion 16 et de conducteurs 23 qui sont imprimés sur la surface circuit board via connection wires 16 and conductors 23 which are printed on the surface
de la plaquette de circuit.of the circuit board.
Il va de soi que de nombreuses modifications peu- It goes without saying that many modifications can
vent être apportées au dispositif décrit et représenté, can be made to the device described and represented,
sans sortir du cadre de l'invention. without departing from the scope of the invention.
Claims (4)
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