ITTO20111072A1 - Sensore di campo magnetico includente un sensore magnetico magnetoresistivo anisotropo ed un sensore magnetico hall - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

“SENSORE DI CAMPO MAGNETICO INCLUDENTE UN SENSORE MAGNETICO MAGNETORESISTIVO ANISOTROPO ED UN SENSORE MAGNETICO HALLâ€

La presente invenzione à ̈ relativa ad un sensore di campo magnetico; in particolare, la presente invenzione à ̈ relativa ad un sensore di campo magnetico includente un sensore magnetico magnetoresistivo anisotropo ed un sensore magnetico Hall.

Come à ̈ noto, sono oggi disponibili numerosi sensori di campo magnetico, anche noti, brevemente, come sensori magnetici.

I sensori di campo magnetico consentono di rilevare campi magnetici naturali (ad esempio, il campo magnetico terrestre) e campi magnetici generati da componenti elettrici (quali dispositivi elettrici o elettronici e linee percorse da corrente elettrica), cioà ̈ generano segnali di uscita indicativi di tali campi magnetici.

I sensori di campo magnetico trovano largo impiego nelle più diverse applicazioni; in particolare, i sensori di campo magnetico sono oggi utilizzati all’interno di numerosi sistemi, quali ad esempio bussole, sistemi di rilevamento di materiali ferrosi, sistemi di rilevamento di correnti, ecc.

In dettaglio, esistono svariati tipi di sensori di campo magnetico. Ad esempio, sono oggi largamente diffusi sensori di campo magnetico basati sull’effetto Hall, ai quali à ̈ comune riferirsi come ai sensori magnetici Hall oppure, più brevemente, come ai sensori Hall.

Come mostrato in figura 1, un sensore Hall 1 à ̈ formato in genere da una sacca 2 (“well†) di materiale semiconduttore, formata all’interno di una piastrina (“die†) 4 ed avente tipicamente un drogaggio di tipo N. In maggior dettaglio, in vista dall’alto, la sacca 2 può avere forma, ad esempio, quadrata o rettangolare. Inoltre, in uso, la piastrina 4 viene polarizzata in modo che la sacca 2 sia percorsa da una corrente I, la quale fluisce in modo sostanzialmente parallelo ad una superficie principale della piastrina 4, indicata con S.

In particolare, la sacca 2 à ̈ in contatto elettrico con un primo ed un secondo terminale di polarizzazione, indicati rispettivamente con 6 ed 8 e formati, ad esempio, di materiale metallico, nonché con un primo ed un secondo terminale di lettura, indicati rispettivamente con 10 e 12 e formati anch’essi, ad esempio, di materiale metallico. Generalmente, il primo ed il secondo terminale di polarizzazione 6, 8 ed il primo ed il secondo terminale di lettura 10, 12 sono formati al di sopra della superficie principale S della piastrina 4, in modo da contattare la sacca 2.

All’interno della piastrina 4 sono inoltre formati un circuito di polarizzazione 14 ed un circuito di lettura 16.

Il circuito di polarizzazione 14 à ̈ collegato elettricamente al primo ed al secondo terminale di polarizzazione 6, 8, ed à ̈ atto a generare la corrente I in modo che essa scorra tra il primo ed il secondo terminale di polarizzazione 6, 8. In pratica, la corrente I fluisce tra due lati opposti della sacca 2, e perpendicolarmente rispetto ad essi, cioà ̈ parallelamente rispetto agli altri due lati della sacca 2. Invece, il circuito di lettura 16 à ̈ collegato elettricamente al primo ed al secondo terminale di lettura 10, 12.

In presenza di un campo magnetico esterno B diretto perpendicolarmente rispetto alla superficie principale S della piastrina 4, e dunque ortogonale alla sacca 2, per effetto Hall si genera una tensione tra i due lati della sacca 2 disposti parallelamente rispetto alla corrente I, e dunque tra il primo ed il secondo terminale di lettura 10, 12; tale tensione à ̈ funzione del campo magnetico esterno. Il sensore Hall 1, ed in particolare il circuito di lettura 16, à ̈ atto ad elaborare tale tensione, in maniera tale da fornire una grandezza, alternativamente analogica o digitale, indicativa del campo magnetico esterno.

Ai fini pratici, il sensore Hall 1 rileva campi magnetici diretti lungo una direzione perpendicolare alla superficie principale S della piastrina 4. Più in dettaglio, assumendo un sistema di riferimento ortogonale xyz in cui gli assi x e y giacciono in un piano parallelo alla superficie principale S della piastrina 4, e in cui l’asse z à ̈ perpendicolare alla superficie principale S della piastrina 4, il sensore Hall 1 à ̈ in grado di rilevare e determinare campi magnetici diretti lungo l’asse z. Inoltre, il sensore Hall 1 può essere fabbricato formando la rispettiva sacca 2 di materiale semiconduttore mediante processi cosiddetti a semiconduttore ad ossido di metallo complementare (“complementary metal – oxide semiconductor†, CMOS) di tipo tradizionale.

Sono altresì disponibili sensori di campo magnetico generalmente noti come sensori magnetici magnetoresistivi anisotropi (“Anisotropic Magneto-Resistive sensor†, AMR sensor), i quali si basano sul fenomeno della magnetoresistività anisotropa.

In dettaglio, il fenomeno della magnetoresistività anisotropa si verifica all’interno di materiali cosiddetti magnetoresistivi, cioà ̈ all’interno di particolari materiali ferrosi che, quando sottoposti ad un campo magnetico esterno, subiscono una variazione di resistività in funzione delle caratteristiche del campo magnetico esterno.

In particolare, dato un elemento magnetoresistivo formato di un materiale magnetoresistivo e percorso da una corrente, ed indicando con Î ̧ l’angolo che si forma tra la direzione di magnetizzazione dell’elemento magnetoresistivo e la direzione della corrente, il valore effettivo di resistività dell’elemento magnetoresistivo dipende dall’angolo Î ̧. Pertanto, al variare del valore dell’angolo Î ̧, varia il valore di resistenza elettrica dell’elemento magnetoresistivo. In particolare, quando l’angolo Î ̧ à ̈ nullo, cioà ̈ quando la direzione di magnetizzazione à ̈ parallela alla direzione della corrente, l’elemento magnetoresistivo ha resistenza massima; al contrario, quando l’angolo Î ̧ à ̈ pari a 90°, cioà ̈ quando la direzione di magnetizzazione à ̈ perpendicolare alla direzione della corrente, l’elemento magnetoresistivo ha resistenza minima.

In altre parole, assumendo che la corrente sia costante, ai capi dell’elemento magnetoresistivo si genera una tensione che varia in funzione dell’angolo Î ̧. Dal momento che la direzione di magnetizzazione dell’elemento magnetoresistivo dipende da un eventuale campo magnetico esterno presente in prossimità dell’elemento magnetoresistivo, la tensione che si stabilisce ai capi dell’elemento magnetoresistivo à ̈ indicativa di tale campo magnetico esterno. Tale tensione può quindi essere misurata ed utilizzata per determinare la direzione e l’intensità del campo magnetico esterno.

I sensori AMR includono dunque al loro interno almeno un elemento magnetoresistivo, il quale à ̈ tipicamente formato da un film sottile. Inoltre, al fine di migliorare la sensibilità, sono note tecniche che consentono di allineare, prima dell’utilizzo, i domini magnetici presenti all’interno dell’elemento magnetoresistivo, definendo una direzione di orientamento preferita, anche nota come asse facile (“easy axis†). Assumendo che l’elemento magnetoresistivo abbia una dimensione prevalente, tipicamente la direzione di orientamento preferita à ̈ imposta in modo che sia parallela alla dimensione prevalente dell’elemento magnetoresistivo.

Sono altresì note tecniche che consentono di polarizzare i sensori AMR in modo che, in assenza di campi magnetici esterni, la direzione della corrente e la direzione di magnetizzazione formino un angolo sostanzialmente pari a 45° o 135°, in modo da ottimizzare la sensibilità e la linearità.

In aggiunta, sono altresì noti sensori AMR che comprendono, ciascuno, quattro elementi magnetoresistivi, i quali sono disposti in modo da formare una struttura a ponte, ad esempio a ponte di Wheatstone. In particolare, come mostrato a livello di circuito equivalente elettrico in figura 2, in cui à ̈ mostrato un ponte di Wheatstone 19, gli elementi magnetoresistivi (indicati con 20) del ponte di Wheatstone 19 hanno idealmente un medesimo valore di resistenza e sono tali da formare due coppie diagonali di elementi uguali, gli elementi magnetici dell’una e dell’altra coppia reagendo in maniera opposta ai campi magnetici esterni. In particolare, in figura 2, I indica la corrente che fluisce negli elementi magnetoresistivi 20, mentre R indica il valore comune di resistenza.

In presenza di un campo magnetico esterno He, applicando una tensione di alimentazione Vsal ponte di Wheatstone 19, ed in particolare ai primi due terminali del ponte di Wheatstone 19 (indicati con 22 e 24), che fungono da primo e da secondo terminale di ingresso, si verifica una variazione di resistenza ΔR (in valore assoluto) degli elementi magnetoresistivi 20 ed una corrispondente variazione del valore di caduta di tensione (“voltage drop†) sugli stessi elementi magnetoresistivi 20. Infatti, il campo magnetico esterno Hedetermina una variazione della direzione di magnetizzazione degli elementi magnetoresistivi 20, con conseguente sbilanciamento del ponte di Wheatstone 19. Tale sbilanciamento si manifesta come una variazione di tensione ΔV all’uscita del ponte di Wheatstone 19, ed in particolare tra i restanti due terminali del ponte di Wheatstone 19 (indicati con 26 e 28), che fungono da primo e secondo terminale di uscita. Sulla base di tale variazione di tensione ΔV à ̈ quindi possibile determinare il campo magnetico esterno He.

In dettaglio, la variazione di tensione ΔV à ̈ ricevuta ed elaborata, al fine di determinare una grandezza indicativa del campo magnetico esterno, da un circuito di lettura (non mostrato). Generalmente, mentre il ponte di Wheatstone 19, e quindi gli elementi magnetoresistivi 20, sono formati in una prima piastrina, il circuito di lettura à ̈ formato all’interno di una seconda piastrina, eventualmente insieme a un opportuno circuito atto a generare la tensione di alimentazione Vs. Ciò si deve al fatto che l’inclusione, all’interno di una medesima piastrina, degli elementi magnetoresistivi 20 e del circuito di lettura può risultare tecnologicamente difficoltoso, richiedendo operazioni non standard.

In maggior dettaglio, riferendosi ad un trasduttore AMR per indicare una porzione del sensore AMR includente gli elementi magnetoresistivi, ma priva del circuito di lettura e del circuito atto a generare la tensione di alimentazione Vs, il trasduttore AMR à ̈ di solito formato nella prima piastrina, la quale à ̈ collegata alla seconda piastrina, ad esempio mediante saldatura a filo (“wire bonding†), oppure mediante tecniche note come “flip chip†. Inoltre, gli elementi magnetoresistivi del trasduttore AMR, e quindi anche il sensore AMR, sono disposti in maniera tale per cui esso risulta sensibile a campi magnetici diretti parallelamente rispetto alla superficie principale della prima piastrina.

Sono altresì noti sensori magnetici a più assi, quali ad esempio i sensori magnetici a tre assi (anche noti come sensori magnetici triassiali), i quali consentono di rilevare campi magnetici diretti lungo uno qualsiasi tra tre differenti assi, perpendicolari tra loro.

In generale, esistono sostanzialmente due famiglie di sensori triassiali: i sensori triassiali di tipo Hall ed i sensori triassiali di tipo AMR.

Per quanto concerne, in particolare, i sensori triassiali di tipo Hall, sono noti i cosiddetti sensori a concentratore, descritti ad esempio in “CMOS Three Axis Hall Sensor and Joystick Application†, Proceedings of Sensors 2004, IEEE, vol. 2, pagg. 977-980.

In dettaglio, un sensore a concentratore à ̈ formato all’interno di una rispettiva piastrina e comprende un rispettivo concentratore magnetico, formato nella fattispecie da uno strato di materiale ferromagnetico.

Inoltre, all’interno della piastrina sono formate almeno quattro strutture Hall di tipo tradizionale, le quali sono disposte al di sotto del concentratore, ed in particolare in prossimità del bordo del concentratore ed ai vertici di un rombo, cioà ̈ a croce. In dettaglio, ciascuna delle quattro strutture Hall include una rispettiva sacca di materiale semiconduttore, nonché una rispettiva coppia di terminali di polarizzazione ed una rispettiva coppia di terminali di lettura, e consente, analogamente a quanto descritto in precedenza a proposito dei sensori Hall, di determinare una corrispondente tensione indicativa di eventuali campo magnetici.

Il sensore a concentratore comprende inoltre un rispettivo circuito elettronico, integrato nella piastrina e collegato alle quattro strutture Hall, il quale consente di determinare i campi magnetici diretti sia parallelamente che perpendicolarmente rispetto alla superficie principale della piastrina, sulla base delle tensioni fornite dalle quattro strutture Hall.

In maggior dettaglio, il funzionamento dei sensori a concentratore si basa sul fatto che, nel caso in cui il sensore a concentratore si trovi in presenza di un campo magnetico diretto parallelamente rispetto alla superficie principale della propria piastrina, le linee di campo di tale campo magnetico si incurvano in corrispondenza del concentratore magnetico, attraversando le strutture Hall. Più in particolare, a distanza dal concentratore magnetico, le linee di campo sono parallele alla superficie principale della piastrina; viceversa, in prossimità del concentratore magnetico, le linee di campo si incurvano in modo da attraversare il concentratore magnetico e, di conseguenza, anche le strutture Hall, grazie alla disposizione assunta dalle strutture Hall rispetto al concentratore magnetico. In pratica, in prossimità del concentratore magnetico le linee di campo sono sostanzialmente ortogonali alla superficie principale della piastrina, dunque sono rilevabili dalle strutture Hall.

I sensori a concentratore hanno il vantaggio di consentire la misura di campi magnetici diretti lungo tre assi differenti, impiegando una sola piastrina. Tuttavia, la realizzazione del concentratore richiede l’esecuzione di processi tecnologici non standard rispetto ai processi CMOS tradizionali. Inoltre, le quattro strutture Hall, le quali sono fondamentalmente quattro sensori Hall, hanno sensibilità non particolarmente elevate, dunque non sono adatte per applicazioni di tipo bussola (“compass†). Ancora, à ̈ possibile che, in uso, i concentratori magnetici si magnetizzino in modo permanente, ad esempio a causa di campi magnetici particolarmente intensi, nel qual caso si determina una variazione di sensibilità e/o un aumento di non linearità.

Per quanto concerne, invece, i sensori triassiali di tipo AMR, ciascuno di essi à ̈ formato in genere da tre piastrine, solidali tra loro e disposte all’interno di un medesimo incapsulamento. Un esempio di sensore triassiale di tipo AMR à ̈ mostrato in figura 3, dove à ̈ indicato con 30.

Il sensore triassiale di tipo AMR mostrato in figura 3 à ̈ racchiuso in un rispettivo incapsulamento (non mostrato) e comprende una prima, una seconda ed una terza piastrina, rispettivamente indicate con 32, 34, e 36, nonché un supporto 38, generalmente noto come substrato, formato ad esempio di resina organica ed includente vie e piste di materiale conduttore (non mostrate). Il supporto 38 assolve la funzione di portare la prima, la seconda e la terza piastrina 32-34-36, nonché di consentire il collegamento elettrico del sensore triassiale di tipo AMR 30 con il mondo esterno; a tal fine, la superficie inferiore del supporto 38 presenta una pluralità di piazzole (“pad†), non mostrate.

In dettaglio, all’interno della prima piastrina 32 sono formati un primo ed un secondo trasduttore AMR 40, 41, cioà ̈ un primo ed un secondo circuito elettronico includenti, ciascuno, almeno un elemento magnetoresistivo (non mostrato), ed atti a fornire su una rispettiva coppia di terminali di uscita una rispettiva tensione indicativa di un campo magnetico. Similmente, all’interno della seconda piastrina 34 à ̈ formato un terzo trasduttore AMR 42. Inoltre, all’interno della terza piastrina 36 à ̈ formata una circuiteria elettronica di lettura e polarizzazione 44.

In maggior dettaglio, il supporto 38 porta la seconda e la terza piastrina 34, 36, alle quali à ̈ elettricamente collegato, rispettivamente, mediante una pluralità di contatti 48, formati di una pasta saldante, ed una prima pluralità di saldature a filo 50 (“wire bonding†). Inoltre, la terza piastrina 36 porta la prima piastrina 32, alla quale à ̈ elettronicamente collegata mediante una seconda pluralità di saldature a filo 52; in aggiunta, la terza piastrina 36 à ̈ elettricamente collegata alla seconda piastrina 34 attraverso la prima pluralità di saldature a filo 50, il supporto 38 e la pluralità di contatti 48.

In tal modo, la circuiteria elettronica di lettura e polarizzazione 44 Ã ̈ collegata al primo, al secondo ed al terzo trasduttore AMR 40-42. Inoltre, la circuiteria elettronica di lettura e polarizzazione 44 alimenta il primo, il secondo ed il terzo trasduttore AMR 40-42 e riceve le tensioni da essi generate. Mediante elaborazione di tali tensioni, la circuiteria elettronica di lettura e polarizzazione 44 Ã ̈ in grado di fornire un segnale analogico o digitale indicativo dei campi magnetici presenti in corrispondenza del primo, del secondo e del terzo trasduttore AMR 40-42.

Ancora in maggior dettaglio, assumendo che il sistema di riferimento xyz sia solidale con il supporto 38 e che sia tale per cui il piano xy à ̈ parallelo ad una superficie principale del supporto 38 stesso, la disposizione della prima e della seconda piastrina 32-34, nonché la disposizione del primo, del secondo e del terzo trasduttore AMR 40-42, o meglio la disposizione degli elementi magnetoresistivi del primo, del secondo e del terzo trasduttore AMR 40-42 à ̈ tale per cui le tensioni fornite dal primo, dal secondo e dal terzo trasduttore AMR 40-42 sono funzione di campi magnetici diretti, rispettivamente, lungo l’asse x, l’asse y e l’asse z. Ai fini pratici, la prima e la seconda piastrina 32, 34 sono disposte tra loro perpendicolari, cioà ̈ le rispettive superficie principali sono tra loro perpendicolari.

Il sensore triassiale di tipo AMR 30 si caratterizza per elevate sensibilità, tuttavia, stante la disposizione a 90° della prima e della seconda piastrina 32, 34, esso presenta un’elevata complessità di assemblaggio, ed inoltre necessita di un incapsulamento avente un ingombro di una certa rilevanza.

Scopo della presente invenzione à ̈ pertanto quello di fornire un sensore di campo magnetico che risolva almeno in parte gli inconvenienti dell’arte nota.

Secondo la presente invenzione viene fornito un sensore di campo magnetico come definito nella rivendicazione 1.

Per una migliore comprensione della presente invenzione, ne vengono ora descritte forme di realizzazione preferite, a puro titolo di esempio non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, nei quali:

- la figura 1 mostra schematicamente una vista prospettica di un sensore Hall di tipo noto;

- la figura 2 mostra un circuito elettrico equivalente di un sensore magnetico AMR a ponte di Wheatstone;

- la figura 3 mostra schematicamente una vista prospettica di un sensore magnetico triassiale di tipo AMR; e

- la figure 4, 5 e 6 mostrano in modo schematico viste prospettiche di forme di realizzazione del presente sensore di campo magnetico.

La figura 4 mostra un sensore di campo magnetico 60, il quale comprende un incapsulamento (non mostrato), al cui interno sono presenti una prima piastrina 62, una seconda piastrina 64 ed un supporto 68.

Il supporto 68, generalmente noto come substrato, presenta una superficie superiore 68a ed una superficie inferiore 68b, Ã ̈ formato ad esempio di resina organica ed include vie e piste di materiale conduttore (non mostrate).

In pratica, il supporto 68 assolve la funzione di portare la prima e la seconda piastrina 62, 64, nonché la funzione di consentire il collegamento elettrico del sensore di campo magnetico 60 con il mondo esterno; a tal fine, la superficie inferiore 68b presenta una pluralità di piazzole (“pad†) di materiale conduttore, non mostrate.

In maggior dettaglio, all’interno della prima piastrina 62 sono formati un circuito elettronico di alimentazione 70 ed un circuito elettronico di lettura 72, nonché un trasduttore Hall 74, cioà ̈ una prima struttura elettronica di per sé nota ed atta a fornire, quando alimentata, una prima grandezza elettrica che à ̈ funzione di un eventuale primo campo magnetico esterno presente in prossimità della prima struttura elettronica stessa.

In modo di per sé noto, il trasduttore Hall 74 à ̈ formato da una sacca di materiale semiconduttore 76, nonché da un primo ed un secondo terminale di polarizzazione 78a, 78b, e da un primo ed un secondo terminale di lettura 80a, 80b. Inoltre, la summenzionata prima grandezza elettrica può essere una tensione presente tra il primo ed il secondo terminale di lettura 80a, 80b. Inoltre, sebbene non mostrato in figura 4, il circuito elettronico di alimentazione 70 à ̈ collegato elettricamente al primo ed al secondo terminale di polarizzazione 78a, 78b, dunque à ̈ in grado di alimentare il trasduttore Hall 74. In aggiunta, sebbene non mostrato in figura 4, il circuito elettronico di lettura 72 à ̈ collegato elettricamente al primo ed al secondo terminale di lettura 80a, 80b, ed à ̈ dunque in grado di ricevere la summenzionata prima grandezza elettrica, al fine di elaborarla come descritto in seguito.

La seconda piastrina 64 à ̈ disposta al di sopra della prima piastrina 62, con cui à ̈ in contatto diretto. Inoltre, la prima piastrina 62 à ̈ collegata elettricamente al supporto 68 mediante una pluralità di prime saldature a filo 84. Similmente, la seconda piastrina 64 à ̈ collegata elettricamente alla prima piastrina 62 mediante una pluralità di seconde saldature a filo 86.

In maggior dettaglio, all’interno della seconda piastrina 64 à ̈ formato un primo trasduttore AMR 90, cioà ̈ una seconda struttura elettronica di per sé nota ed atta a fornire, quando alimentata, una seconda grandezza elettrica che à ̈ funzione di un eventuale secondo campo magnetico esterno presente in prossimità della seconda struttura elettronica stessa.

In particolare, il primo trasduttore AMR 90 può contenere, in modo di per sé noto, quattro primi elementi magnetoresistivi 92, collegati elettricamente in modo da formare un ponte di Wheatstone. Inoltre, il primo trasduttore AMR 90 comprende un terzo ed un quarto terminale di polarizzazione 94a, 94b ed un terzo ed un quarto terminale di lettura 96a, 96b. In aggiunta, la summenzionata seconda grandezza elettrica può essere una tensione presente tra il terzo ed il quarto terminale di lettura 96a, 96b.

Sebbene non mostrato in figura 4, il circuito elettronico di alimentazione 70 à ̈ inoltre collegato elettricamente al terzo ed al quarto terminale di polarizzazione 94a, 94b, ad esempio mediante le seconde saldature a filo 86, ed à ̈ dunque in grado di alimentare il primo trasduttore AMR 90. In aggiunta, sebbene non mostrato in figura 4, il circuito elettronico di lettura 72 à ̈ collegato elettricamente al terzo ed al quarto terminale di lettura 96a, 96b, ad esempio mediante le seconde saldature a filo 86, ed à ̈ dunque in grado di ricevere la summenzionata seconda grandezza elettrica, al fine di elaborarla come descritto in seguito.

Più in dettaglio, il circuito elettronico di lettura 72 à ̈ atto ad elaborare, in modo di per sé noto, la prima e la seconda grandezza elettrica, al fine di generare un primo ed un secondo segnale elettrico (analogici o digitali) indicativi, rispettivamente, di una misura del primo campo magnetico esterno e di una misura del secondo campo magnetico esterno. In altre parole, il circuito elettronico di alimentazione 70, il circuito elettronico di lettura 72 ed il trasduttore Hall 74 formano un sensore Hall atto a rilevare il primo campo magnetico esterno; inoltre, il circuito elettronico di alimentazione 70, il circuito elettronico di lettura 72 ed il primo trasduttore AMR 90 formano un primo sensore AMR atto a rilevare il secondo campo magnetico esterno.

Ancora in maggior dettaglio, la prima e la seconda piastrina 62, 64 ed il supporto 68 hanno forma (in prima approssimazione) di parallelepipedo e presentano, ciascuna, due superfici principali, parallele tra loro; inoltre, le superfici principali della prima e della seconda piastrina 62, 64 sono parallele alle superfici principali del supporto 68.

Assumendo un sistema di riferimento xyz i cui assi x e y, perpendicolari tra loro, giacciono in un piano parallelo alle superfici principali della prima e della seconda piastrina 62, 64, ed il cui asse z à ̈ perpendicolare agli assi x e y, si verifica che il primo campo magnetico esterno, cui à ̈ sensibile il trasduttore Hall 74, à ̈ diretto lungo l’asse z. Inoltre, i primi elementi magnetoresistivi 92 del primo trasduttore AMR 90 sono disposti in maniera tale per cui il secondo campo magnetico esterno, cui à ̈ sensibile il primo trasduttore AMR 90, à ̈ diretto alternativamente lungo l’asse x oppure l’asse y, quindi à ̈ perpendicolare al primo campo magnetico esterno.

In altre parole, il sensore Hall formato dal circuito elettronico di alimentazione 70, dal circuito elettronico di lettura 72 e dal trasduttore Hall 74 rileva campi magnetici diretti perpendicolarmente rispetto alla superficie principale della prima piastrina 62. Inoltre, il primo sensore AMR formato dal circuito elettronico di alimentazione 70, dal circuito elettronico di lettura 72 e dal primo trasduttore AMR 90 rileva campi magnetici diretti parallelamente alla superficie principale della seconda piastrina 64.

Come mostrato in figura 5, à ̈ altresì possibile che, all’interno della seconda piastrina 64, sia formato un secondo trasduttore AMR 100, il quale include, ad esempio, quattro secondi elementi magnetoresistivi 102, collegati in modo da formare un ulteriore ponte di Wheatstone. In modo di per sé noto, il secondo trasduttore AMR 100 può dunque presentare un quinto ed un sesto terminale di polarizzazione 104a, 104b, nonché un quinto ed un sesto terminale di lettura 106a, 106b. In particolare, sebbene non mostrato in figura 5, il quinto ed il sesto terminale di polarizzazione 104a, 104b sono collegati, ad esempio mediante le seconde saldature a filo 86, al circuito elettronico di alimentazione 70; inoltre, il quinto ed il sesto terminale di lettura 106a, 106b sono collegati al circuito elettronico di lettura 72, ad esempio mediante le seconde saldature a filo 86.

In tale forma di realizzazione, il circuito elettronico di alimentazione 70, il circuito elettronico di lettura 72 ed il secondo trasduttore AMR 100 formano un secondo sensore AMR atto a rilevare un terzo campo magnetico esterno. Inoltre, i primi ed i secondi elementi magnetoresistivi 92, 102, e di conseguenza il terzo, il quarto, il quinto ed il sesto terminale di polarizzazione 94a, 94b, 104a, 104b ed il terzo, il quarto, il quinto ed il sesto terminale di lettura 96a, 96b, 106a, 106b, sono disposti in maniera tale per cui il secondo ed il terzo campo magnetico esterno sono diretti, rispettivamente, lungo l’asse x e l’asse y, o viceversa.

A titolo puramente esemplificativo, Ã ̈ dunque possibile che il terzo ed il quarto terminale di polarizzazione 94a, 94b giacciano lungo una direzione i) perpendicolare alla direzione lungo la quale giacciono il quinto ed il sesto terminale di polarizzazione 104a, 104b e ii) parallela alla direzione lungo la quale giacciono il quinto ed il sesto terminale di lettura 106a, 106b. Analogamente, e sempre a titolo puramente esemplificativo, Ã ̈ possibile che il terzo ed il quarto terminale di lettura 96a, 96b giacciano lungo una direzione iii) perpendicolare alla direzione lungo la quale giacciono il quinto ed il sesto terminale di lettura 106a, 106b e iiii) parallela alla direzione lungo la quale giacciono il quinto ed il sesto terminale di polarizzazione 104a, 104b.

Indipendentemente dai dettagli realizzativi, il primo ed il secondo sensore AMR rilevano campi magnetici diretti parallelamente alla superficie principale della seconda piastrina 64, ma tra loro perpendicolari.

In pratica, nella forma di realizzazione mostrata in figura 5, il sensore di campo magnetico 60 Ã ̈ un sensore magnetico di tipo triassiale.

Come illustrato in figura 6, à ̈ altresì possibile una differente forma di realizzazione, in cui il sensore di campo magnetico 60 comprende inoltre una terza piastrina 110, ed in cui il secondo trasduttore AMR 100 à ̈ formato all’interno della terza piastrina 110. In particolare, la terza piastrina 110 à ̈ portata dalla prima piastrina 62, alla quale à ̈ elettricamente collegata mediante una pluralità di terze saldature a filo 112.

I vantaggi del presente sensore di campo magnetico 60 emergono in maniera evidente dalla descrizione precedente.

In particolare, grazie all’impiego congiunto di un sensore Hall e di uno o più sensori AMR, si ottiene un sensore magnetico sensibile lungo due o più assi, dall’ingombro contenuto e con un’elevata sensibilità. Inoltre, il presente sensore magnetico à ̈ di facile fabbricazione ed industrializzazione.

Inoltre, il sensore Hall à ̈ integrato insieme al circuito elettronico di lettura in un'unica piastrina, la quale può essere realizzata con tecnologie di tipo noto, quali ad esempio tecnologie CMOS o bipolare-CMOS-DMOS (“double-diffused metal-oxide-semiconductor†, DMOS), queste ultime essendo generalmente note come tecnologie BCD.

Risulta infine chiaro che a quanto qui descritto ed illustrato possono essere apportate modifiche e varianti, senza per questo uscire dall’ambito di protezione della presente invenzione, come definito nelle rivendicazioni allegate.

In particolare, la seconda ed eventualmente anche la terza piastrina 64, 110 possono essere disposte in modo differente; ad esempio, invece di essere sovrapposte alla prima piastrina 62, esse possono essere affiancate alla prima piastrina 62. Inoltre, i collegamenti elettrici tra il supporto 68, la prima, la seconda ed eventualmente la terza piastrina 62, 64, 110 possono essere differenti da quanto mostrato e descritto. Lo stesso supporto 68 può essere differente da quanto descritto, ed eventualmente può persino essere assente. In aggiunta, la prima, la seconda ed eventualmente la terza piastrina 62, 64, 110 possono essere collegate mediante la cosiddetta tecnica di “flip chip†.

Per quanto concerne, invece, il trasduttore Hall 74, esso può essere differente da quanto descritto. Inoltre, esso può presentare terminali differenti rispetto ai summenzionati primo e secondo terminale di polarizzazione 78a, 78b, e primo e secondo terminale di lettura 80a, 80b. Ancora, esso può essere formato da una pluralità di sacche di materiale semiconduttore, disposte in modo da ridurre l’offset ed aumentare la sensibilità del sensore Hall.

Analogamente, anche il primo ed il secondo trasduttore AMR 90, 100 possono essere differenti da quanto descritto; ad esempio, essi possono includere, ciascuno, un solo elemento magnetoresistivo, oppure possono includere, ciascuno, un numero di elementi magnetoresistivi diverso da quattro. Ancora, gli elementi magnetoresistivi di ciascuno tra il primo ed il secondo trasduttore AMR 90, 100 possono essere collegati in modo da formare circuiti differenti da un ponte di Wheatstone. Di conseguenza, il primo ed il secondo trasduttore AMR 90, 100 possono presentare terminali differenti rispetto al terzo e quarto terminale di polarizzazione 94a, 94b, al terzo e quarto terminale di lettura 96a, 96b, nonché al quinto e sesto terminale di polarizzazione 104a, 104b ed al quinto ed al sesto terminale di lettura 106a, 106b. Lo stesso orientamento dei primi e dei secondi elementi magnetoresistivi 92, 102 all’interno della seconda piastrina 64, ed eventualmente all’interno della terza piastrina 110 (se presente), può essere differente, in maniera tale per cui il primo ed il secondo trasduttore AMR 90, 100 risultano sensibili a campi magnetici diretti in modo differente rispetto a quanto descritto.

E’ inoltre possibile che il primo e/o il secondo trasduttore AMR 90, 100 presentino componenti aggiuntivi rispetto a quelli descritti, quali ad esempio bobine cosiddette di offset e di set/reset (“offset strap†, “set/reset strap†), le quali possono essere controllate elettronicamente dal rispettivo circuito elettronico di alimentazione e/o dal rispettivo circuito elettronico di lettura.

In generale, Ã ̈ inoltre possibile che il circuito elettronico di alimentazione 70 ed il circuito elettronico di lettura 72 siano disposti in modo differente rispetto a quanto descritto.

Infine, ciascuno tra il trasduttore Hall 74, il primo trasduttore AMR 90 ed il secondo trasduttore AMR 100 (se presente) può essere collegato ad un rispettivo circuito elettronico di alimentazione e ad un rispettivo circuito elettronico di lettura, non necessariamente formati all’interno della prima piastrina 62.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Sensore di campo magnetico, comprendente un sensore magnetico Hall (70,72,74), formato all’interno di una prima piastrina (62) e configurato per rilevare un primo campo magnetico, ed un primo sensore magnetico magnetoresistivo anisotropo (70,72,90) includente: - un primo trasduttore magnetoresistivo anisotropo (90), formato all’interno di una seconda piastrina (64) e configurato per generare una grandezza elettrica di misurazione in funzione di un secondo campo magnetico; e - un circuito elettronico di lettura (72), formato all’interno della prima piastrina, collegato elettricamente al primo trasduttore magnetoresistivo anisotropo e configurato per fornire una prima misura indicativa del secondo campo magnetico, sulla base di detta grandezza elettrica di misurazione; e in cui la prima e la seconda piastrina sono solidali tra loro ed hanno superfici principali parallele ad un medesimo piano di riferimento (xy), detto primo campo magnetico essendo diretto lungo una prima direzione (z) perpendicolare a detto piano di riferimento, detto secondo campo magnetico essendo diretto lungo una seconda direzione (x) parallela a detto piano di riferimento.
2. 2. Sensore di campo magnetico secondo la rivendicazione 1, in cui la seconda piastrina (64) Ã ̈ sovrapposta alla prima piastrina (62).
3. 3. Sensore di campo magnetico secondo la rivendicazione 1 o 2, comprendente inoltre un secondo sensore magnetico magnetoresistivo anisotropo (70,72,100) includente un secondo trasduttore magnetoresistivo anisotropo (100) configurato per generare una grandezza elettrica di rilevamento in funzione di un terzo campo magnetico diretto lungo una terza direzione (y) parallela a detto piano di riferimento (xy) e perpendicolare a detta seconda direzione (x).
4. 4. Sensore di campo magnetico secondo la rivendicazione 3, in cui il circuito elettronico di lettura (72) à ̈ collegato elettricamente al secondo trasduttore magnetoresistivo anisotropo (100) ed à ̈ inoltre configurato per fornire una seconda misura indicativa del terzo campo magnetico, sulla base di detta grandezza elettrica di rilevamento.
5. 5. Sensore di campo magnetico secondo la rivendicazione 3 o 4, in cui il secondo trasduttore magnetoresistivo anisotropo (100) à ̈ formato all’interno della seconda piastrina (64).
6. 6. Sensore di campo magnetico secondo la rivendicazione 3 o 4, in cui il secondo trasduttore magnetoresistivo anisotropo (100) à ̈ formato all’interno di una terza piastrina (110).
7. 7. Sensore di campo magnetico secondo la rivendicazione 6, in cui detta terza piastrina (110) ha una rispettiva superficie principale parallela a detto piano di riferimento (xy).
8. 8. Sensore di campo magnetico secondo la rivendicazione 7, in cui la terza piastrina (110) Ã ̈ sovrapposta alla prima piastrina (62).
9. 9. Sensore di campo magnetico secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre un supporto (68), il quale porta la prima piastrina (62).
10. 10. Sensore di campo magnetico secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il primo trasduttore magnetoresistivo anisotropo (90) comprende una pluralità di elementi magnetoresistivi anisotropi (92) collegati elettricamente in modo da formare un circuito a ponte di Wheatstone.