JP2013513104A - 磁気センサの周波数応答を高める方法および装置 - Google Patents

Abstract

集積回路パッケージ・デバイスを設けるための方法および装置。集積回路パッケージ・デバイスは、導電性リードフレームと、このリードフレーム上に配置された磁気センサ・エレメントとを備えている。リードフレームは、磁気センサ周囲において渦電流の流れを低減するスロット構成を含む。このスロット構成は、第２スロットに対して概略的に垂直な第１スロットを含み、第１スロットはセンサ・エレメントの下を貫通する。
【選択図】図２Ａ

Description

[0001] 当技術分野では周知のように、磁気センサは、金属リードフレーム上に装着された集積回路の表面上にホール・セルを含むのが通例である。センサは、ワイヤによってリードフレームに接続されており、熱硬化性プラスチックでオーバーモールドされる。このような磁気センサは静止磁界を検知するには適していることもあるが、周波数が高くなるに連れて、磁界の変化に応答して、導電性のリードフレームに発生する渦電流が増加する。リードフレーム周囲の円方向における典型的な渦電流の流れを図１に示す。渦電流は、磁束ベクトルの方向に対して垂直な円ループ状に流れる。渦電流は、ホール・セルの直下に反対向きの磁界を作り、センサによって検出される磁界力に容認できない程の大きな誤差を発生させる可能性がある。

[0002] 先行技術では、渦電流の流れを減らすために、リードフレームにスロットを設けようとした試みがあるが、このようなスロットでは渦電流レベルに限られた低減が得られるに過ぎない。Hayat-Dawoodiの米国特許第６，８５３，１７８号は、リードフレームを横切る種々のスロット、および交差スロットを示す。しかしながら、’１７８特許のスロット構成は、もっと単純な周知のスロット構成、例えば、リードフレームの縁からの直線状スロットよりも劣ることが分かった。

[0003] 本発明は、渦電流の流れを低減し、ホール・セルのようなセンサ・エレメントの幅方向全域において均一な磁界力をするのに有効な、スロット構成を導電性リードフレームの中に有する磁気センサのための方法および装置を提供する。実施形態の一例では、このスロット構成は、第１スロットおよび第２スロットを含み、これらが一緒になってＴ−字形状を形成する。本発明の実施形態例は、特定の幾何学的形状、構成要素、および用途を有するように示し説明するが、本発明の実施形態は、渦電流の流れを低減することが望ましい磁気センサ一般にも適用できることは言うまでもない。

[0004] 本発明の一態様では、集積回路パッケージ・デバイスが、導電性リードフレームと、このリードフレーム上に配置された磁気センサ・エレメントとを含み、リードフレームは、磁気センサ周囲において渦電流の流れを低減するスロット構成を含み、このスロット構成は、概略的に第２スロットに対して垂直な第１スロットを含み、第１スロットはセンサ・エレメントの下を貫通する。

[0005] 更に、このデバイスは、以下の特徴の内１つ以上を含む。第２スロットは、センサ・エレメントの縁に対してほぼ平行である。第１スロットは、リードフレームの縁まで伸びている。第１スロットは第２スロットよりも長く、第２スロットはセンサ・エレメントの下にはない。第２スロットの一部はセンサ・エレメントの下にあり、第２スロットの両端は丸められている。本デバイスは、センサ・エレメントの幅方向全域にわたって概略的に均一な磁束強度が得られる。

[0006] 他の態様では、本発明の方法は、集積回路パッケージ・デバイスを提供することを含む。この方法は、導電性リードフレームを設けるステップと、このリードフレーム上に磁気センサ・エレメントを設けるステップとを含み、リードフレームは、磁気センサ周囲において渦電流の流れを低減するスロット構成を含み、このスロット構成は、概略的に第２スロットに対して垂直な第１スロットを含み、第１スロットはセンサ・エレメントの下を貫通する。

[0007] 更に、この方法は、以下の特徴の内１つ以上を含む。第２スロットは、センサ・エレメントの縁に対してほぼ平行である。第１スロットは、リードフレームの縁まで伸びている。第１スロットは第２スロットよりも長く、第２スロットはセンサ・エレメントの下にはない。第２スロットの一部はセンサ・エレメントの下にあり、第２スロットの両端は丸められている。本デバイスは、センサ・エレメントの幅方向全域にわたって概略的に均一な磁束強度が得られる。

[0008] 本発明の以上の特徴、および発明自体は、以下の図面の説明から一層深く理解することができよう。

図１は、先行技術の磁気センサにおける渦電流の流れを示す模式図である。 図２Ａは、本発明の実施形態例による、導電性リードフレームにスロット構成を有する磁気センサを示す模式図である。 図２Ｂは、本発明の実施形態例による、導電性リードフレームにスロット構成を有する磁気センサを示す模式図である。 図２Ｃは、本発明の実施形態例による、導電性リードフレームにスロット構成を有する磁気センサを示す模式図である。 図２Ｄは、本発明の実施形態例による、導電性リードフレームにスロット構成を有する磁気センサを示す模式図である。 図２Ｅは、代替スロット構成を示す模式図である。 図２Ｆは、代替スロット構成を示す模式図である。 図２Ｇは、代替スロット構成を示す模式図である。 図３は、磁気センサ・エレメントおよびスロット構成周囲における渦電流の流れを示す模式図である。 図４は、既知のスロット構成および本発明のスロット構成について磁束密度を示すグラフである。

[0014] 本発明は、リードフレームにスロット構成も設けることによって、磁気センサにおける渦電流を低減する方法および装置を提供するものである。実施形態の一例では、スロットの形成は第１スロットおよび第２スロットを含み、これらが組み合わされてＴ−字形状を形成する。尚、これらのスロットは、渦電流の流れを防止するようにリードフレームを貫通して形成されることは言うまでもない。この配置によって、先行技術のスロット構成と比較して、渦電流が低減する。

[0015] 図２Ａから図２Ｃは、導電性リードフレーム１０２を含み、このリードフレームによって支持されている磁気センサ・エレメント１０４を有する磁気センサ１００の一例を示す。一実施形態では、磁気センサ・エレメント１０４は、ホール・エレメントとして設けられている。センサ１０４は、ワイヤを介して、リードフレームに結合することができる。このアセンブリを熱硬化性プラスチック又は他の材料でオーバーモールドして、当技術分野では周知のように集積回路パッケージを形成することができる。

[0016] センサ１００は、磁気センサ・エレメント１０４の周囲を流れる渦電流を低減するために、スロット構成１５０を含む。実施形態の一例では、スロット構成１５０は、第１スロット１５２および第２スロット１５４を含み、これらが一緒になって概略的に「Ｔ−字形状」を形成する。即ち、第１スロット１５２は概略的に第２スロット１５４に対して直交する。尚、本明細書において用いる場合、「概略的に直交する」という文言は、第２スロット１５４の第１スロット１５２に対する角度が、９０度±２０度であることを意味することは暗黙に理解されよう。

[0017] 実施形態の一例では、第１スロット１５２は、リードフレームの縁まで、ホール・エレメント１０４の下を貫通する。一実施形態では、第１スロット１５２の長手方向軸１７０がホール・エレメントの中心と一直線上に合わされている。一般に、第１スロット１５２は、センサ１０４直下における渦電流の流れを防止し、誤差を低減する。

[0018] 一実施形態では、第２スロット１５４の長手方向軸１６０は、正方形または矩形のホール・エレメントの縁１８０に対して概略的に平行になっている。図示した実施形態では、第２スロット１５４はホール・エレメント１０４の下にはない。他の実施形態では、第２スロット１５４の少なくとも一部が、図２Ｄに示すように、ホール・エレメントの下を通る。実施形態例では、第２スロット１５４の両端が丸められて、角をなくしている。

[0019] 第１および第２スロットは直線状の辺を有するように示されているが、スロットを円弧状の辺によっても画成できることは言うまでもない。即ち、スロットは、図２Ｅおよび図２Ｆに示すように、凹および凸曲面を含むことができる。

[0020] 加えて、別の実施形態では、第１および／または第２スロットの幅を変化させることができる。例えば、図２Ｇに示す実施形態では、第１スロット１５２’が第２スロット内に移るに連れて広がることができる。

[0021] 尚、デバイスの構造的保全性を維持するためには、ある種の構造的制限を満たす必要がある場合もあることが理解されよう。特定的な一実施形態では、第１スロット１５２は、ＧａＡｓホール・エレメントが第１スロット１５２を跨ぎつつリードフレーム上に固着することを可能にするために、約１２ミルの最大幅を有する。加えて、第２スロット１５４の位置にトレードオフがあってもよい。例えば、渦電流をホール・セルから遠ざけるために、第２スロット１５４をリードフレームよりももっと上に配置する（第１スロット１５２を長くする）ことが望ましいこともあるが、このアセンブリの機械的処理のために、第２スロットの配置が、リードフレームの遠い方の縁１７５から所定の距離に制限される。例えば、単独切断プロセス(singulation process)中にリードフレーム上のタイ・バー１７７を除去するときに構造的保全性を維持するために、縁１７５からこの距離が必要となる場合がある。

[0022] 図３に示すように、スロット構成１５０は、リードフレーム１０２（図１参照）の周囲で円形路を中断し、センサ全体の周囲に円形路で渦電流５０を流させるのではなく、センサ１０４の上縁１５８の上方を通るように渦電流５０を流させる。これによって、渦電流５０によって発生する反対方向の磁界を大幅に低減し、これによって同時に高周波数におけるセンサ出力誤差を大幅に低減する。例えば、図１の先行技術の構成では、１ｋＨｚ程度の周波数において１０％よりも多い誤差が生ずる。

[0023] 図４は、一連の異なるスロット構成について、磁気センサに作用する磁束密度の比較グラフを示す。磁束密度の第１プロット４００は、８ミル幅の直線状スロットについてである。第２プロット４０２は、８ミル幅で第１プロットのスロットよりも長い線形スロットについてである。第３プロット４０４は、１２ミル幅の直線状スロットについてである。第４プロット４０６は、本発明の実施形態例によるＴ−字状スロットについてである。

[0024] ホール・セルを横切る磁界強度の誤差は、Ｔ−字状設計４０６、および第１の８ミリ幅のスロット設計４００で最低になることが分かる。第１の８ミル設計４００の方がＴ−字状４０６よりも多少誤差が小さいと言えるが、範囲が広いためであり、ランダムなセンサ位置分布を考えると、パラメータ散乱(parameteric scatter)がより多く発生する。加えて、第１の８ミル・スロット４００では、本発明のＴ−字状スロット構成４０６と比較すると、ホール・セルを横切る磁束勾配が遙かに多い。容易に認められるであろうが、勾配はセンサ出力の精度を低下させる。少なくとも３つの理由によって、本発明の「Ｔ−字状」スロット構成が直線状スロット構成よりも勝ることは容易に分かる。

[0025] 実施形態の一例では、第１スロットは、幅が約８ミルで長さが約４３ミルであり、第２スロットは、幅が約８ミルで長さが３５ミルである。これらのスロットは、リードフレーム製造技術（スタンピングおよびエッチング）が許容できる程に狭くすることができる。これらのスロットは、渦電流がダイの下で周回するのを防止できる程に長くなければならないが、リードフレームの構造的保全性を悪化させない程に短くなければならない。実施形態の一例では、渦電流から誤差を判定する電磁分析、およびアセンブリの強度が処理およびエンド・ユーザの要件に対して十分であることを検証する構造分析によって、所望のトレードオフが決定される。

[0026] 尚、センサに垂直な磁界を検出するのに適した磁気センサ・エレメントであればいずれでも、本デバイスに用いることができることは言うまでもない。エレメントの例には、ホール・セル、ＧａＡｓセル等が含まれる。

[0027] 以上本発明の実施形態例について説明したが、その概念を組み込んだ他の実施形態も用いることができることは、今や当業者には明白であろう。本願に含まれる実施形態は、開示された実施形態に限定されるのではなく、添付した請求項の主旨および範囲によってのみ限定されてしかるべきである。本明細書において引用した全ての刊行物および参考文献は、引用したことにより、その内容全体が本明細書に含まれるものとする。

Claims (16)

1. 集積回路パッケージ・デバイスであって、
   導電性リードフレームと、
   前記リードフレーム上に配置された磁気センサ・エレメントと、
   を備えており、前記リードフレームが、前記磁気センサ周囲の渦電流の流れを低減するスロット構成を含み、前記スロット構成が、第２スロットに対して概略的に垂直な第１スロットを含み、前記第１スロットが前記センサ・エレメントの下を貫通する、集積回路パッケージ・デバイス。
2. 請求項１記載のデバイスにおいて、前記第２スロットが前記センサ・エレメントの縁に対して概略的に平行である、デバイス。
3. 請求項１記載のデバイスにおいて、前記第１スロットが前記リードフレームの縁まで伸びている、デバイス。
4. 請求項１記載のデバイスにおいて、前記第１スロットが前記第２スロットよりも長い、デバイス。
5. 請求項１記載のデバイスにおいて、前記第２スロットが前記センサ・エレメントの下にはない、デバイス。
6. 請求項１記載のデバイスにおいて、前記第２スロットの一部が前記センサ・エレメントの下にある、デバイス。
7. 請求項１記載のデバイスにおいて、前記第２スロットの両端が丸められている、デバイス。
8. 請求項１記載のデバイスにおいて、前記センサ・エレメントの幅にわたって概略的に均一な磁束強度を供給する、デバイス。
9. 集積回路パッケージ・デバイスを設けるステップを有する方法であって、
   導電性フレームを設けるステップと、
   磁気センサ・エレメントを設け、前記リードフレーム上に配置するステップと、
   を備えており、前記リードフレームが、前記磁気センサ周囲の渦電流の流れを低減するスロット構成を含み、前記スロット構成が、第２スロットに対して概略的に垂直な第１スロットを含み、前記第１スロットが前記センサ・エレメントの下を貫通する、方法。
10. 請求項９記載の方法において、前記第２スロットが前記センサ・エレメントの縁に対して概略的に平行である、方法。
11. 請求項９記載の方法において、前記第１スロットが前記リードフレームの縁まで伸びている、方法。
12. 請求項９記載の方法において、前記第１スロットが前記第２スロットよりも長い、方法。
13. 請求項９記載の方法において、前記第２スロットが前記センサ・エレメントの下にはない、方法。
14. 請求項９記載の方法において、前記第２スロットの一部が前記センサ・エレメントの下にある、方法。
15. 請求項９記載の方法において、前記第２スロットの両端が丸められている、方法。
16. 請求項９記載の方法において、前記デバイスが、前記センサ・エレメントの幅にわたって概略的に均一な磁束強度を提供する、方法。

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