JP2015200546A - センサ構造 - Google Patents

Abstract

【課題】集積回路に流れる電流によって発生する磁界の影響を受けないセンサ構造を提供する。
【解決手段】センサ素子３と、センサ素子からの出力信号を電気的に処理する回路を有するＩＣチップ２とが積層され、ＩＣチップ２及びセンサ素子３の間には、ＩＣチップ２に電流が流れる際に発生する磁界の影響を低減させる磁性体８が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば物理的な変化を検出するセンサ装置に適用されるセンサ構造に関する。

集積回路のチップ上に磁気センサを設けた集積化磁気センサが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

上記特許文献１に記載された従来の集積化磁気センサは、集積回路の外部より磁力を与えて磁気センサの出力を変化させることにより、集積回路主回路のモード設定を行うものとなっている。

特開平６−７７４０８号公報

ところで、集積回路に流れる電流により磁界が発生するが、この磁界がノイズとなり、磁気センサのセンサ精度に影響を及ぼすことがある。上記特許文献１記載の従来の集積化磁気センサには、集積回路に流れる電流により発生する磁界の影響を受けない対策が必要となるが、集積回路に流れる電流に起因する磁界の発生については講じられていない。

従って、本発明の目的は、集積回路に流れる電流によって発生する磁界の影響を受けないセンサ構造を提供することにある。

［１］本発明は、センサ素子と、前記センサ素子からの出力信号を電気的に処理する回路を有するＩＣチップとが積層され、前記ＩＣチップ及び前記センサ素子の間には、前記ＩＣチップに電流が流れる際に発生する磁界の影響を低減させる磁性体が設けられてなることを特徴とするセンサ構造にある。

［２］上記［１］記載の前記磁性体は、前記センサ素子の搭載領域に配置されてなることを特徴とする。

［３］上記［１］又は［２］記載の前記磁性体は、強磁性体であることを特徴とする。

本発明によると、ＩＣチップに流れる電流によって発生する磁界の影響を受けないセンサ構造が効果的に得られる。

本発明に好適な第１の実施の形態に係るセンサ構造を備えたセンサ装置を模式的に示す斜視図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線矢視の要部断面拡大図である。 第２の実施の形態におけるセンサ構造を備えたセンサ装置を模式的に示す斜視図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線矢視の要部断面拡大図である。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて具体的に説明する。なお、この実施の形態に係る図においては、本発明の特徴を理解し易くするため、センサ構造を構成する部分における寸法の縦横比は実際のものとは異なり、誇張して示している。

［第１の実施の形態］
（センサ構造の全体構成）
図１において、全体を示す符号１は、この第１の実施の形態に係る典型的なセンサ構造を備えたセンサ装置を例示している。このセンサ装置１は、チップ化された集積回路基板であるＩＣチップ２と、測定対象物の物理量に応じた検出信号を発生するセンサ素子３とを備えている。

このセンサ装置１は、図１及び図２に示すように、ＩＣチップ２の上面にセンサ素子３を積層したスタック実装構造を備えており、そのスタック実装構造がモールド樹脂をモールド成形したパッケージ４により封止されている。モールド樹脂の材質としては、例えば絶縁性、耐食性や耐熱性等に優れるエポキシ系樹脂等の熱硬化性樹脂などが用いられる。

このＩＣチップ２は、センサ素子３の種類等に応じて適宜に設計することができるものであり、例えばセンサ素子３から出力された検出信号に増幅処理を行う増幅回路、センサ素子３の出力信号を信号処理する信号処理回路、及び回路全体の動作を制御する制御回路等の電子回路を同一のシリコン面上に集積一体化したシリコン基板からなる。

一方のセンサ素子３としては、例えば磁場の変化を検出する磁気センサ素子がある。この磁気センサ素子には、ＭＲ素子、ホール素子又はホールＩＣなどの磁気抵抗素子がある。図示例のセンサ素子３は、例えばエポキシ樹脂等のモールド樹脂によりモールドした樹脂部材に封止されている。

このＩＣチップ２の上面には、図１及び図２に示すように、接着剤を介してセンサ素子３がダイボンディングされている。このセンサ素子３の入力電極、出力電極及び接地電極等の電極パッド３ａと、ＩＣチップ２の入力端子、出力端子及び接地端子等のボンディングパッド２ａとがボンディングワイヤ６を介してボンディング接続されている。上記接着剤としては、例えばシリコン系ペースト等の絶縁性接着剤又は銀系ペースト等の導電性接着剤などが用いられる。

このＩＣチップ２は、図１及び図２に示すように、リードフレーム５の上面に上記接着剤を介してダイボンディングされている。ＩＣチップ２のボンディングパッド２ｂとリードフレーム５とは、ボンディングワイヤ７によりボンディング接続されている。

このリードフレーム５は、センサ素子３の種類等に応じて配置個数、配置位置や配置形態などを適宜に選択すればよく、センサ素子３の検出結果を外部装置の制御装置などへ出力する外部リードとされている。リードフレーム５の材質は、例えばアルミニウム、銅や銅合金等の導電性金属材料などからなる。リードフレーム５の表面には、例えば錫、ニッケル、金や銀等の金属材料によりメッキ処理が施されてもよい。

（磁性体の配置構造）
上記のように構成されたセンサ構造においては、ＩＣチップ２に流れる電流により発生する磁界がセンサ素子３のセンサ精度を低下させることを防止することが肝要である。

このセンサ構造において最も主要な構成とするところは、センサ素子３がＩＣチップ２に流れる電流によって発生する磁界の影響を受けないように積層配置されたことにある。従って、ＩＣチップ２自体の構造及びセンサ素子３自体の構造については、特に限定されるものではない。

このＩＣチップ２とセンサ素子３との間の少なくともセンサ素子３の占有面積領域には、図１及び図２に示すように、磁性体８が配置されている。この磁性体８は、ＩＣチップ２に電流が流れる際に発生する磁界の磁路を形成することで磁界を収束させ、磁気シールド効果を持たせてノイズを低減させるものである。従って、磁性体８は、ＩＣチップ２からセンサ素子３の表面におけるセンサ部分へ放射される磁界の影響を低減させることで、その磁界によりセンサ素子３に与えるノイズの影響を抑制している。

この磁性体８は、強磁性体層として形成されている。この強磁性体層は、磁気ヒステリシスループの小さい強磁性材料からなる。この強磁性材料は、例えば真空蒸着又はスパッタリング等の一般的な方法により、センサ素子３やＩＣチップ２に成膜してもよいが、ＩＣチップ２やセンサ素子３に電磁鋼や軟鉄等からなる板状の磁性体８を接着層により接着して取り付ける構造であってもよい。

（第１の実施の形態の効果）
以上のように構成された第１の実施の形態に係るセンサ構造は、上記効果に加えて、次の効果を有する。

（１）磁性体８の内部にＩＣチップ２のノイズを吸収することでセンサ装置１を高精度化することができる。
（２）ＩＣチップ２の上面にセンサ素子３をスタック実装配置していることから、センサ素子３からＩＣチップ２へ信号を伝送するための配線距離を短くすることが可能となり、センサ装置１を高速動作させることが可能となる。
（３）配線距離を短縮することが可能であり、製造コストの低減を図ることができる。

［第２の実施の形態］
図３及び図４を参照すると、これらの図には、第２の実施の形態に係るセンサ構造の一例が模式的に例示されている。この第２の実施の形態にあっては、センサ構造の電気接続を除いて、他の構成は上記第１の実施の形態と同様の構成を備えている。従って、図３及び図４において、上記第１の実施の形態と実質的に同じ部材には同一の部材名と符号を付すことで、それらの部材に関する詳細な説明は省略する。

このＩＣチップ２は、図３及び図４に示すように、パッケージ基板９の上面に接着剤を介してダイボンディングされている。パッケージ基板９としては、例えばガラスエポキシ樹脂等からなる配線基板が用いられる。

このＩＣチップ２は、図３及び図４に示すように、パッケージ基板９に形成された図示しない配線パターン及びスルーホール等を介してフリップチップ実装されている。ＩＣチップ２の上面には、センサ素子３がフリップチップ実装されており、高さ方向に積層したスタック実装構造が得られる。

このＩＣチップ２がリードフレーム５の上面に接着剤を介してダイボンディングされた第１の実施の形態に係るセンサ構造は、センサ装置全体がパッケージ４により封止される構成となっているが、この第２の実施の形態に係るセンサ構造は、パッケージ基板９の側面及び裏面が外部に露出した構成となる。

（第２の実施の形態の効果）
この第２の実施の形態にあっても、上記第１の実施の形態と同様の効果が得られることに加えて、例えば溶接又は半田付けなどの固着手段を介してＩＣチップ２及びセンサ素子３の接合が可能となるため、簡単なセンサ構造を製造することができる。

［変形例］
本発明におけるセンサ構造の代表的な構成例を上記各実施の形態、変形例及び図示例を挙げて説明したが、本発明の技術思想の範囲内において種々の構成が可能であり、次に示すような変形例も可能である。

ＩＣチップ２やセンサ素子３は、使用目的などに応じて配置個数、配置位置や配置形態などを適宜に選択すればよく、本発明の初期の目的を達成することができることは勿論である。

上記センサ構造としては、磁気、静電容量、電流や電圧等の物理的な変化を検出する各種のセンサ装置に適用することができることは勿論である。

以上の説明からも明らかなように、本発明に係る代表的な各実施の形態、変形例及び図示例を例示したが、上記各実施の形態、変形例及び図示例は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。従って、上記各実施の形態、変形例及び図示例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

１…センサ装置、２…ＩＣチップ、２ａ，２ｂ…ボンディングパッド、３…センサ素子、３ａ…電極パッド、４…パッケージ、５…リードフレーム、６，７…ボンディングワイヤ、８…磁性体、９…パッケージ基板

Claims (3)

1. センサ素子と、前記センサ素子からの出力信号を電気的に処理する回路を有するＩＣチップとが積層され、前記ＩＣチップ及び前記センサ素子の間には、前記ＩＣチップに電流が流れる際に発生する磁界の影響を低減させる磁性体が設けられてなることを特徴とするセンサ構造。
2. 前記磁性体は、前記センサ素子の搭載領域に配置されてなることを特徴とする請求項１記載のセンサ構造。
3. 前記磁性体は、強磁性体層であることを特徴とする請求項１又は２記載のセンサ構造。

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