JP2010019781A

JP2010019781A - 磁気センサデバイス

Info

Publication number: JP2010019781A
Application number: JP2008182533A
Authority: JP
Inventors: Yuki Narita; 友樹成田; Yoshihiko Sato; 嘉彦佐藤
Original assignee: Tokai Rika Co Ltd
Current assignee: Tokai Rika Co Ltd
Priority date: 2008-07-14
Filing date: 2008-07-14
Publication date: 2010-01-28

Abstract

【課題】入力信号が不定になることがなく、また、増幅ばらつきが少なく、温度特性に優れる磁気センサデバイスを提供する。
【解決手段】印加される磁界の方向に応じて抵抗値が変化する複数のＭＲ素子をブリッジ状に接続し、抵抗値の変化に応じた検出信号を出力パッド１１１等から出力する検出回路１０と、検出信号が入力される入力パッド２２１等を有し、入力された検出信号を増幅して出力する増幅回路２０と、を有し、出力パッド１１１等と入力パッド２２１等がダブルワイヤボンディングで接続された構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁気センサデバイスに関する。

従来の技術として、磁界の変化を検出する磁気抵抗素子からなる検出回路、増幅回路、配線パターン（グランドパターン、電源パターン、出力パターン、増幅回路パターン）を、基板上に積層して形成した磁気センサデバイスがある（例えば、特許文献１）。この磁気センサデバイスによれば、基板上に上記の各要素を半導体技術により作製するので、全体厚みが薄く、小型化された磁気センサデバイスが可能とされている。

また、増幅回路に入力される入力信号がオープン状態になった場合でも入力信号が不定にならないように、プルアップ抵抗で増幅回路の入力端子をプルアップしたセンサ装置がある（例えば、特許文献２）。このセンサ装置によれば、増幅回路の入力側がプルアップされているので入力信号が不定にならず、出力信号が不安定になることもない。
特開平９−１８０６８号公報特開平６−２５９１４０号公報

しかし、特許文献１の磁気センサデバイスによれば、検出回路と増幅回路がそれぞれ検出回路チップと増幅回路チップの場合には、各チップ間をワイヤボンディングで接続して一体的にモールドしてＩＣデバイスとする必要があり、各チップ間においてはんだクラック等により増幅回路への入力信号が不定になる場合がある。この対策として、特許文献２に示されるようなプルアップ抵抗を回路に付加すると、増幅回路での増幅ばらつきが増大し、また、温度特性が低下する。

従って、本発明の目的は、入力信号が不定になることがなく、また、増幅ばらつきが少なく、温度特性に優れる磁気センサデバイスを提供することにある。

［１］本発明は、上記目的を達成するため、印加される磁界の方向に応じて抵抗値が変化する複数の磁気抵抗素子をブリッジ状に接続し、前記抵抗値の変化に応じた検出信号を出力パッドから出力する検出回路と、前記検出信号が入力される入力パッドを有し、前記入力パッドに入力された前記検出信号を増幅して出力する増幅回路と、を有し、前記出力パッドと前記入力パッドがダブルワイヤボンディングで接続されたことを特徴とする磁気センサデバイスを提供する。

［２］前記検出回路が実装されたＭＲチップと、前記増幅回路が実装されたアンプチップが一体的にモールドされてＩＣパッケージとして形成されたことを特徴とする上記［１］に記載の磁気センサデバイスであってもよい。

［３］また、前記検出回路は、前記検出回路は、前記磁気抵抗素子の前記ブリッジ接続の第１及び第２の中点電圧をそれぞれ並列して出力する２つの第１出力パッド及び２つの第２出力パッドを有し、前記増幅回路は、オペアンプ回路で構成され前記オペアンプ回路のプラス入力端子に並列して接続される２つのプラス入力パッドとマイナス入力端子に並列して接続される２つマイナス入力パッドを有し、前記２つの第１出力パッドは前記２つマイナス入力パッドに２本のワイヤにより、また、前記２つの第２出力パッドは前記２つプラス入力パッドに２本のワイヤにより、それぞれダブルワイヤボンディングで接続されたことを特徴とする上記［１］又は［２］に記載の磁気センサデバイスであってもよい。

本発明によれば、入力信号が不定になることがなく、また、増幅ばらつきが少なく、温度特性に優れる磁気センサデバイスを提供することができる。

[本発明の実施の形態]
図１は、本発明の実施の形態に係る磁気センサデバイス１の回路図である。図２は、本発明の実施の形態に係るＩＣパッケージされた磁気センサデバイス１の断面図である。図３は、磁気センサデバイス１の出力信号の一例である。

（磁気センサデバイスの構成）
図１に示すように、本発明の実施の形態に係る磁気センサデバイス１は、検出回路１０と増幅回路２０を有して構成されている。

検出回路１０は、第１〜第４の磁気抵抗素子（以下、ＭＲ素子という）Ｒａ,Ｒｂ,Ｒｃ,Ｒｄがブリッジ状に接続され、第１のＭＲ素子Ｒａ及び第３のＭＲ素子Ｒｃには電源電圧Ｖｃｃが供給され、第２のＭＲ素子Ｒｂ及び第４のＭＲ素子Ｒｄはグランドに接続されている。また、第１のＭＲ素子Ｒａと第２のＭＲ素子Ｒｂの接続点は第１の中点電圧Ｖ１として出力され、第３のＭＲ素子Ｒｃと第４のＭＲ素子Ｒｄの接続点は第２の中点電圧Ｖ２として出力される。

増幅回路２０は、オペアンプ２１を有し、オペアンプ２１のプラス入力端子に接続される抵抗Ｒ１、マイナス入力端子に接続される抵抗Ｒｉ、マイナス入力端子と出力端子Ｖｏｕｔ間に接続される抵抗Ｒｆを有する。また、プラス入力端子の基準電圧を設定するための抵抗Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４を有している。

検出回路１０の中点電圧Ｖ１の出力端子１１は、増幅回路２０のマイナス入力端子２２に電気的に接続される。また、検出回路１０の中点電圧Ｖ２の出力端子１２は、増幅回路２０のプラス入力端子２３に電気的に接続される。

実装状態では、検出回路１０の中点電圧Ｖ１の出力端子１１は、第１の中点電圧Ｖ１をそれぞれ並列して出力する２つの第１出力パッド１１１，１１２として形成されている。また、中点電圧Ｖ２の出力端子１２は、第２の中点電圧Ｖ２をそれぞれ並列して出力する２つの第２出力パッド１２１，１２２として形成されている。一方、増幅回路２０のマイナス入力端子２２は、オペアンプ２１のマイナス入力端子に並列して接続される2つマイナス入力パッド２２１，２２２として形成されている。また、プラス入力端子２３は、オペアンプ２１のプラス入力端子に並列して接続される2つのプラス入力パッド２３１，２３２として形成されている。そして、２つの第１出力パッド１１１，１１２は2つのマイナス入力パッド２２１，２２２に２本のワイヤによりそれぞれワイヤボンディングで接続されている。すなわち、ダブルワイヤボンディングで接続されている。同様に、２つの第２出力パッド１２１，１２２は2つのプラス入力パッド２３１，２３２に２本のワイヤによりそれぞれワイヤボンディングで接続されている。すなわち、ダブルワイヤボンディングで接続されている。

上記示した図１の磁気センサデバイス１は、ＩＣパッケージされた状態では、例えば、図２に示すような形態となっている。

検出回路１０は、半導体基板３００上に第１〜第４のＭＲ素子Ｒａ,Ｒｂ,Ｒｃ,Ｒｄ、第１出力パッド１１１，１１２、第２出力パッド１２１，１２２等が半導体製造プロセスにより形成され、ＭＲチップ１００として搭載されている。ここで、それぞれのＭＲセンサは、例えば、ＮｉＦｅパーマロイ、ＮｉＣｏ及びＦｅＣｏ合金等の強磁性金属を主成分とした薄膜で形成される。

増幅回路２０は、半導体基板３００上にオペアンプ２１と共に抵抗Ｒｉ，Ｒｆ，Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４、マイナス入力パッド２２１，２２２、プラス入力パッド２３１，２３２等が半導体製造プロセスにより形成され、アンプチップ２００として搭載されている。

それぞれのベアチップ（ＭＲチップ１００、アンプチップ２００）は、２つの第１出力パッド１１１，１１２と2つのマイナス入力パッド２２１，２２２が２本のワイヤ３０１でそれぞれワイヤボンディングされている。また、図２は断面図のため図示はされないが、２つの第２出力パッド１２１，１２２と2つのプラス入力パッド２３１，２３２が２本のワイヤ３０１でそれぞれワイヤボンディングされている。また、図１で示した出力端子Ｖｏｕｔ、電源電圧Ｖｃｃの接続のためリード３０２とワイヤボンディングで接続されている。

上記示したような接続がなされた後、樹脂４００あるいはセラミックにより一体的にモールドされて、ＩＣパッケージとしての磁気センサデバイス１が形成される。

図３は、出力端子Ｖｏｕｔでの出力信号の一例である。図１において、検出回路１０からの出力Ｖ１、Ｖ２の差がオペアンプ２１に入力信号Ｖｉｎ（＝Ｖ１―Ｖ２）として入力される。出力端子Ｖｏｕｔには、ＤＣ成分としてＶｄｃ（＝（Ｒ３／（Ｒ２＋Ｒ３））に反転増幅された増幅信号が重畳したものとして出力され、出力信号Ｖｏｕｔは、Ｖｏｕｔ＝―Ｒｆ・Ｖｉｎ／Ｒｉと表される。

[本発明の実施の形態の効果]
上記示した本発明の実施の形態によれば以下のような効果を有する。
（１）ＭＲチップ１００、アンプチップ２００は、２つの第１出力パッド１１１，１１２と2つマイナス入力パッド２２１，２２２が２本のワイヤ３０１でそれぞれワイヤボンディングされ、また、２つの第２出力パッド１２１，１２２と2つのプラス入力パッド２３１，２３２が２本のワイヤ３０１でそれぞれワイヤボンディングされている。従って、はんだクラック等により、１つのワイヤ３０１部で端子オープンの故障（一重故障）が生じても、もう一方のワイヤ３０１部で接続状態が保持されているので、増幅回路２０への入力が不定にならず、信頼性の高い磁気センサデバイス１が可能となる。
（２）上記示したように、増幅回路２０への入力が不定にならないので、従来用いられていたプルアップ抵抗を必要としない増幅回路２０が可能となる。ここで、図４は、従来用いられていた入力信号をプルアップする場合の回路図である。基本構成は、本発明の実施の形態と同様に、検出回路５１０、増幅回路５２０で構成されるが、増幅回路５２０の入力端子５０１，５０２にそれぞれプルアップ抵抗５０３，５０４が付加されて、増幅回路５２０の入力がそれぞれプルアップされている。これにより、入力端子がオープン故障しても増幅回路５２０の入力は不定にならない。しかし、プルアップ抵抗５０３，５０４により、増幅率のばらつきが増大し、また、温度特性が低下する。これに対して、本発明の実施の形態に係る磁気センサデバイス１は、プルアップ抵抗を必要としないので、これによる増幅率のばらつきは発生せず、また、温度特性が低下することもないという効果を有する。

なお、本発明は、上記した実施の形態に限定されず、本発明の技術思想を逸脱あるいは変更しない範囲内で種々の変形が可能である。

図１は、本発明の実施の形態に係る磁気センサデバイス１の回路図である。図２は、本発明の実施の形態に係るＩＣパッケージされた磁気センサデバイス１の断面図である。図３は、磁気センサデバイス１の出力信号の一例である。図４は、従来用いられていた入力信号をプルアップする場合の回路図である。

符号の説明

１…磁気センサデバイス、１０…検出回路、１１、１２…出力端子、２０…増幅回路、２１…オペアンプ、２２…マイナス入力端子、２３…プラス入力端子、１００…ＭＲチップ、１１１，１１２…出力パッド、１２１，１２２…出力パッド、２００…アンプチップ、２２１，２２２…マイナス入力パッド、２３１，２３２…プラス入力パッド、３００…半導体基板、３０１…ワイヤ、３０２…リード、４００…樹脂、５０１，５０２…入力端子、５０３，５０４…プルアップ抵抗、５１０…検出回路、５２０…増幅回路

Claims

印加される磁界の方向に応じて抵抗値が変化する複数の磁気抵抗素子をブリッジ状に接続し、前記抵抗値の変化に応じた検出信号を出力パッドから出力する検出回路と、
前記検出信号が入力される入力パッドを有し、前記入力パッドに入力された前記検出信号を増幅して出力する増幅回路と、を有し、
前記出力パッドと前記入力パッドがダブルワイヤボンディングで接続されたことを特徴とする磁気センサデバイス。
前記検出回路が実装されたＭＲチップと、前記増幅回路が実装されたアンプチップが一体的にモールドされてＩＣパッケージとして形成されたことを特徴とする請求項１に記載の磁気センサデバイス。
前記検出回路は、前記磁気抵抗素子の前記ブリッジ接続の第１及び第２の中点電圧をそれぞれ並列して出力する２つの第１出力パッド及び２つの第２出力パッドを有し、前記増幅回路は、オペアンプ回路で構成され前記オペアンプ回路のプラス入力端子に並列して接続される２つのプラス入力パッドとマイナス入力端子に並列して接続される２つマイナス入力パッドを有し、
前記２つの第１出力パッドは前記２つマイナス入力パッドに２本のワイヤにより、また、前記２つの第２出力パッドは前記２つプラス入力パッドに２本のワイヤにより、それぞれダブルワイヤボンディングで接続されたことを特徴とする請求項１または２に記載の磁気センサデバイス。