JP2016004918A - ホールセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】放熱性が高く、出力安定性が高いホールセンサを提供する。
【解決手段】基板上に設けられた感磁部１２と複数の電極部１３ａ〜１３ｄとを有するホール素子１０と、ホール素子１０の周囲に配置された複数のリード端子２２〜２５と、複数の電極部１３ａ〜１３ｄと複数のリード端子２２〜２５とをそれぞれ電気的に接続する金属細線３１〜３４と、ホール素子１０と複数のリード端子２２〜２５と金属細線３１〜３４をモールドするモールド部材５０と、を備える。基板が有する複数の面のうち、複数の電極部１３ａ〜１３ｄが設けられている面とは反対側の面を基板の第１面とし、複数のリード端子２２〜２５が有する複数の面のうち、金属細線３１〜３４と接続している面とは反対側の面を複数のリード端子２２〜２５の第１面としたときに、基板の第１面及び複数のリード端子２２〜２５の第１面は共に、モールド部材５０の同一の面から露出している。
【選択図】図１

Description

本発明は、ホールセンサに関する。

ホールセンサは、携帯電話の開閉スイッチやカメラレンズの位置検出等の様々な分野で使用されている。例えば特許文献１には、リードフレームと、リードフレームの上に設けられたホール素子チップと、リードフレームにホール素子チップを固定する接着剤と、ホール素子チップをモールドするモールド樹脂とを備えたホールセンサが開示されている。

特開平１１−８７７９７号公報

上記特許文献１のホールセンサにはその構造上、放熱性が悪く、パッケージ内部の温度が上昇しやすいという問題がある。ホール素子は温度によってその出力が変化するため、パッケージ内部の温度が上昇すると、ホールセンサの出力が変動してしまう。
そこで、本発明は、放熱性が高く、出力安定性が高いホールセンサを提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の一態様に係るホールセンサは、基板と、前記基板上に設けられた感磁部と、前記基板上に設けられた複数の電極部と、を有するホール素子と、前記ホール素子の周囲に配置された複数のリード端子と、前記複数の電極部と前記複数のリード端子とをそれぞれ電気的に接続する導電性接続部材と、前記ホール素子と前記複数のリード端子と前記導電性接続部材とをモールドするモールド部材と、を備え、前記基板が有する複数の面のうち、前記複数の電極部が設けられている面とは反対側の面を前記基板の第１面とし、前記複数のリード端子が有する複数の面のうち、前記導電性接続部材と接続している面とは反対側の面を前記複数のリード端子の第１面としたときに、前記基板の第１面及び前記複数のリード端子の第１面は共に、前記モールド部材の同一の面から露出していることを特徴とする。

本発明によれば、放熱性が高く、出力安定性が高いホールセンサを提供することが可能となる。

本発明の第１実施形態に係るホールセンサ１００の構成例を示す図。 ホールセンサ１００の製造方法を示す工程順に示す図。 ホールセンサ１００の製造方法を示す工程順に示す図。 本発明の第１実施形態に係るホールセンサ装置２００の構成例を示す図。 第２実施形態の効果を説明するための図。

本発明の実施形態に係るホールセンサは、基板と、基板上に設けられた感磁部と、基板上に設けられた複数の電極部と、を有するホール素子と、ホール素子の周囲に配置された複数のリード端子と、複数の電極部と複数のリード端子とをそれぞれ電気的に接続する導電性接続部材と、ホール素子と複数のリード端子と導電性接続部材とをモールドするモールド部材と、を備える。本発明の実施形態に係るホールセンサは、基板が有する複数の面のうち、複数の電極部が設けられている面とは反対側の面を基板の第１面とし、複数のリード端子が有する複数の面のうち導電性接続部材と接続している面とは反対側の面を複数のリード端子の第１面としたときに、基板の第１面及び複数のリード端子の第１面は共に、モールド部材の同一の面から露出している。
以下、本発明の実施形態を、図面を用いて説明する。なお、以下に説明する各図において、同一の構成を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合もある。

＜第１実施形態＞
（構成）
図１（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第１実施形態に係るホールセンサ１００の構成例を示す断面図と平面図と底面図、及び外観図である。図１（ａ）は、図１（ｂ）を破線Ａ−Ａ´で切断した断面を示している。また、図１（ｂ）では、図面の複雑化を回避するために、モールド部材を省略して示している。
図１（ａ）〜（ｄ）に示すように、ホールセンサ１００は、ホール素子１０と、リード端子２０と、複数の金属細線（導電性接続部材）３１〜３４と、モールド部材５０と、外装めっき層６０とを備える。また、リード端子２０は、複数のリード端子２２〜２５を有する。

ホール素子１０は、例えば半絶縁性のガリウムヒ素（ＧａＡｓ）基板１１と、このＧａＡｓ基板１１上に形成された半導体薄膜からなる感磁部（即ち、活性層）１２と、感磁部１２に電気的に接続する電極１３ａ〜１３ｄとを有する。感磁部１２は、例えば平面視で十字（クロス）型であり、クロスの４つの先端部上にそれぞれ電極１３ａ〜１３ｄが設けられている。平面視で向かい合う一対の電極１３ａ、１３ｃがホール素子に電流を流すための入力端子であり、電極１３ａ、１３ｃを結ぶ線と平面視で直交する方向で向かい合う他の一対の電極１３ｂ、１３ｄがホール素子から電圧を出力するための出力端子である。ホール素子１０の厚さは、例えば０．１０ｍｍ以下である。

ホールセンサ１００は、アイランドレス構造であり、外部との電気的接続を得るための複数のリード端子２２〜２５を有する。図１（ｂ）に示すように、リード端子２２〜２５は、ホール素子１０の周囲（例えば、ホールセンサ１００の四隅近傍）に配置されている。例えば、リード端子２２とリード端子２４とがホール素子１０を挟んで対向するように配置されている。また、リード端子２３とリード端子２５とがホール素子１０を挟んで対向するように配置されている。さらに、リード端子２２とリード端子２４とを結ぶ直線（仮想線）と、リード端子２３とリード端子２５とを結ぶ直線（仮想線）とが平面視で交差するように、リード端子２２〜２５はそれぞれ配置されている。リード端子２０（リード端子２２〜２５）は、例えば銅（Ｃｕ）等の金属からなる。また、リード端子２０は、その面側又は裏面の一部がエッチング（即ち、ハーフエッチング）されていてもよい。

なお、図示しないが、リード端子２０の表面で（図１（ａ）における上面側）、金属細線３１〜３４で接続されるリード端子２２〜２５の表面には、Ａｇめっきが施されていることが電気的接続の観点から好ましい。
また、別の態様で、リード端子２０の少なくとも表面及び裏面には、外装めっき層６０に代えて、ニッケル（Ｎｉ）−パラジウム（Ｐｄ）−金（Ａｕ）等のめっきが施されていてもよい。磁気センサであるが、アイランドレスのため、磁性体であるＮｉめっき膜の影響を受けにくいため実施が可能となる。

金属細線３１〜３４は、ホール素子１０が有する電極１３ａ〜１３ｄと、リード端子２２〜２５をそれぞれ電気的に接続する導線であり、例えば金（Ａｕ）からなる。図１（ｂ）に示すように、金属細線３１はリード端子２２と電極１３ａとを接続し、金属細線３２はリード端子２３と電極１３ｂとを接続している。また、金属細線３３はリード端子２４と電極１３ｃとを接続し、金属細線３４はリード端子２５と電極１３ｄとを接続している。

モールド部材５０は、ホール素子１０と、リード端子２０と、金属細線３１〜３４とをモールドしている。言いかえると、モールド部材５０は、ホール素子１０と、リード端子２０の少なくとも表面側（即ち、金属細線と接続する側の面）と、金属細線３１〜３４とを覆って保護（即ち、樹脂封止）している。モールド部材５０は、例えばエポキシ系の熱硬化型樹脂からなり、リフロー時の高熱に耐えられるようになっている。

図１（ａ）及び（ｃ）に示すように、ホールセンサ１００の底面側（即ち、配線基板に実装する側）では、各リード端子２２〜２５の第１面（例えば、裏面）の少なくとも一部と、ＧａＡｓ基板１１の第１面（例えば、裏面）の少なくとも一部とが、モールド部材５０の同一の面（例えば、裏面）からそれぞれ露出している。ここで、各リード端子２２〜２５の第１面は、各リード端子２２〜２５がそれぞれ有する複数の面のうち、金属細線３１〜３４と接続している面とは反対側の面である。ＧａＡｓ基板１１の第１面は、ＧａＡｓ基板１１が有する複数の面のうち、複数の電極部１３ａ〜１３ｄが設けられている面とは反対側の面である。
また、外装めっき層６０は、モールド部材５０から露出しているリード端子２２〜２５の裏面に形成されている。外装めっき層６０は、例えばスズ（Ｓｎ）等からなる。

（動作）
上記のホールセンサ１００を用いて磁気（磁界）を検出する場合は、例えば、リード端子２２を電源電位（＋）に接続すると共に、リード端子２４を接地電位（ＧＮＤ）に接続して、リード端子２２からリード端子２４に電流を流す。そして、リード端子２３、２５間の電位差Ｖ１−Ｖ２（＝ホール出力電圧ＶＨ）を測定する。ホール出力電圧ＶＨの大きさから磁界の大きさを検出し、ホール出力電圧ＶＨの正負から磁界の向きを検出する。
即ち、リード端子２２は、ホール素子１０に所定電圧を供給する電源用リード端子である。リード端子２４は、ホール素子１０に接地電位を供給する接地用リード端子である。リード端子２３、２５は、ホール素子１０のホール起電力信号を取り出す信号取出用リード端子である。

（製造方法）
本発明の実施形態に係るホールセンサの製造方法は、基材の一方の面に複数のリード端子が形成されたリードフレームを準備する工程と、基材の一方の面の複数のリード端子で囲まれる領域にホール素子を載置する工程と、ホール素子が有する複数の電極部と複数のリード端子とを複数の導線でそれぞれ電気的に接続する工程と、基材のホール素子が載置された面側をモールド部材でモールドする工程と、モールド部材から基材を分離してホール素子の基板と複数のリード端子とをモールド部材から露出させる工程と、を含む。

図２（ａ）〜（ｅ）及び図３（ａ）〜（ｄ）は、ホールセンサ１００の製造方法を示す工程順に示す平面図と断面図である。なお、図２（ａ）〜（ｅ）において、ダイシングのブレード幅（即ち、カーフ幅）の図示は省略している。
図２（ａ）に示すように、まず、前述のリード端子が形成されたリードフレーム１２０を用意する。このリードフレーム１２０は、図１（ｂ）に示したリード端子２０が平面視で縦方向及び横方向に複数繋がっている基板である。

次に、図２（ｂ）に示すように、リードフレーム１２０の裏面側に、例えば、基材として耐熱性フィルム８０の一方の面を貼付する。この耐熱性フィルム８０の一方の面には例えば絶縁性の粘着層が塗布されている。粘着層は、その成分として、例えばシリコーン樹脂がベースとなっている。この粘着層によって、耐熱性フィルム８０にリードフレーム１２０を貼付し易くなっている。リードフレーム１２０の裏面側に耐熱性フィルム８０を貼付することによって、リードフレーム１２０の貫通している貫通領域を、裏面側から耐熱性フィルム８０で塞いだ状態となる。
なお、基材である耐熱性フィルム８０としては、粘着性を有すると共に、耐熱性を有する樹脂製のテープが用いられることが好ましい。

粘着性については、粘着層の糊厚がより薄いほうが好ましい。また、耐熱性については、約１５０℃〜２００℃の温度に耐えることが必要とされる。このような耐熱性フィルム８０として、例えばポリイミドテープを用いていることができる。ポリイミドテープは、約２８０℃に耐える耐熱性を有している。このような高い耐熱性を有するポリイミドテープは、後のモールドやワイヤーボンディング時に加わる高熱にも耐えることが可能である。また、耐熱性フィルム８０としては、ポリイミドテープの他に、以下のテープを用いることも可能である。
・ポリエステルテープ 耐熱温度、約１３０℃（但し使用条件次第で耐熱温度は約２００℃にまで達する）。
・テフロン（登録商標）テープ 耐熱温度：約１８０℃
・ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド） 耐熱温度：約１６０℃
・ガラスクロス 耐熱温度：約２００℃
・ノーメックペーパー 耐熱温度：約１５０〜２００℃
・他に、アラミド、クレープ紙が耐熱性フィルム８０として利用し得る。

次に、図２（ｃ）に示すように、耐熱性フィルム８０の粘着層を有する面のうち、リード端子２２〜２５で囲まれた領域にホール素子１０を載置する（即ち、ダイボンディングを行う。）。ここでは、ＧａＡｓ基板１１の第１面を耐熱性フィルム８０の粘着層を有する面に対向させてダイボンディングを行う。
次に、図２（ｄ）に示すように、金属細線３１〜３４の一端を各リード端子２２〜２５にそれぞれ接続し、金属細線３１〜３４の他端を電極１３ａ〜１３ｄにそれぞれ接続する（即ち、ワイヤーボンディングを行う。）。そして、図２（ｅ）に示すように、モールド部材５０を形成する（即ち、樹脂モールドを行う。）。この樹脂モールドは、例えばトランスファーモールド技術を用いて行う。

例えば図３（ａ）に示すように、下金型９１と上金型９２とを備えるモールド金型９０を用意し、このモールド金型９０のキャビティ内にワイヤーボンディング後のリードフレーム１２０を配置する。次に、キャビティ内であって、耐熱性フィルム８０の粘着層を有する面（即ち、リードフレーム１２０と接着している面）の側に加熱し溶融したモールド部材５０を注入し、充填する。これにより、ホール素子１０と、リードフレーム１２０と、金属細線３１〜３４とをモールドする。即ち、ホール素子１０と、リードフレーム１２０の少なくとも表面側と、金属細線３１〜３４とをモールド部材５０で覆って保護する。モールド部材５０がさらに加熱し硬化したら、該モールド部材５０をモールド金型から取り出す。なお、モールド後は任意の工程で、モールド部材５０の表面に例えば符号等（図示せず）をマーキングしてもよい。

次に、図３（ｂ）に示すように、モールド部材５０から耐熱性フィルム８０を剥離する。これにより、モールド部材５０からホール素子１０の基板を露出させる。そして、図３（ｃ）に示すように、リードフレーム１２０のモールド部材５０から露出している面（少なくとも、各リード端子２２〜２５のモールド部材５０から露出している裏面）に外装めっきを施して、外装めっき層６０を形成する。

次に、図３（ｄ）に示すように、モールド部材５０の上面（即ち、ホールセンサ１００の外装めっき層６０を有する面の反対側の面）にダイシングテープ９３を貼付する。そして、例えば図２（ｅ）に示した仮想の２点鎖線に沿って、リードフレーム１２０に対してブレードを相対的に移動させて、モールド部材５０及びリードフレーム１２０を切断する（即ち、ダイシングを行う。）。つまり、モールド部材５０及びリードフレーム１２０を複数のホール素子１０の各々ごとにダイシングして個片化する。図３（ｄ）に示すように、ダイシングされたリードフレームは、リード端子２０となる。
以上の工程を経て、図１（ａ）〜（ｄ）に示したホールセンサ１００が完成する。

図４は、本発明の第１実施形態に係るホールセンサ装置２００の構成例を示す断面図である。ホールセンサ１００が完成した後は、例えば図４に示すように配線基板２５０を用意し、この配線基板２５０の一方の面にホールセンサ１００を実装する。この実装工程では、例えば、各リード端子２２〜２５のうち、モールド部材５０から露出し且つ外装めっき層６０で覆われている裏面を、ハンダ７０を介して配線基板２５０の配線パターン２５１に接続する。このハンダ付けは、例えばリフロー方式で行うことができる。

リフロー方式は、配線パターン２５１上にハンダペーストを塗布（即ち、印刷）し、その上に外装めっき層６０が重なるように配線基板２５０上にホールセンサ１００を配置し、この状態でハンダペーストに熱を加えてハンダを溶かす方法である。実装工程を経て、図４に示すように、ホールセンサ１００と、ホールセンサ１００が取り付けられる配線基板２５０と、ホールセンサ１００の各リード端子２２〜２５を配線基板２５０の配線パターン２５１に電気的に接続するハンダ７０と、を備えたホールセンサ装置２００が完成する。

（第１実施形態の効果）
本発明の第１実施形態は、以下の効果を奏する。
本発明の第１実施形態に係るホールセンサ１００は、ホール素子１０の基板１１がモールド部材５０から露出しており、ホール素子１０の放熱性が高い。このため、ホール素子１０の温度上昇が抑えられ、出力が安定している。この他、第１実施形態に係るホールセンサ１００は、ホール素子１０を支持するリードフレームが無いため、極めて薄い。
（第１実施形態の変形例）
上記第１実施形態では、ホール素子１０の基板としてＧａＡｓ基板を用いる場合を例として説明したが、ホール素子１０の基板はこれに限定されることはなく、ＳｉやＧｅ等の単元素半導体基板や、ＧａＡｓ以外の化合物半導体基板を用いてもよい。

＜第２実施形態＞
（構成）
本発明の第２実施形態に係るホールセンサ１００は、ホール素子１０の基板１１に抵抗率が５．０×１０^７Ω・ｃｍ以上のＧａＡｓ基板を用いている点のみが異なる。その他の点については第１実施形態と同じである。

（第２実施形態の効果）
本発明の第２実施形態は、以下の効果を奏する。
ホールセンサ１００を配線基板２５０に取り付ける際に、例えば、電源電位に接続されるリード端子（即ち、電源端子）２２下からホール素子１０の下方までハンダ７０がはみ出してしまう場合がある。ホール素子１０の下方までハンダ７０がはみ出すと、ホール素子１０（半導体）とハンダ７０（金属）との間でショットキー接合が形成される。リード端子２２が電源端子であるので、上記のショットキー接合には順バイアスが印加されることになる。ここで、ホール素子１０を構成する基板が従来のように厚いときは、上記のショットキー接合に順バイアスを印加しても電流はほとんど流れなかった。

しかしながら、ホール素子１０を薄くしていくと、その厚みの減少分に比例して抵抗値が減少し、ショットキー接合の順方向に電流が流れ易くなる。つまり、例えば図５に示すように、電源端子２２→金属細線３１→電極１３ａ→感磁部１２→電極１３ｃ→金属細線３３→リード端子２４の方向に電流を流した場合に、ホール素子１０の厚みが薄い場合は、電源端子２２→ハンダ７０→ホール素子１０→金属細線３３→リード端子２４の経路でリーク電流が流れやすくなる。

本発明の第２実施形態は、ホール素子の基板に抵抗率が５．０×１０^７Ω・ｃｍ以上の高抵抗のＧａＡｓ基板を用いているので、リーク電流の増大を防止することができる。この効果は、例えば、基板の厚みが０．１ｍｍ以下といった薄いホール素子で顕著である。ＧａＡｓ基板１１の抵抗値の上限は特に制限はないが、一例を挙げると、１．０×１０^９Ω・ｃｍ以下である。ＧａＡｓ基板の抵抗値を高くするためには、ＧａＡｓ基板中のアクセプタ型不純物の濃度（例えばＣの濃度）を高くすればよい。例えば、ＧａＡｓ基板１１の抵抗率を５．０×１０^７Ω・ｃｍ以上とするためには、ＧａＡｓ基板１１中のＣの濃度を１．５×１０^１５ａｔｏｍｓ・ｃｍ^−３以上にすればよい。ＧａＡｓ基板１１中のＣの濃度の上限は、例えば、１．０×１０^１６ａｔｏｍｓ・ｃｍ^−３以下である。

＜その他＞
本発明は、以上に記載した各実施形態に限定されうるものではない。当業者の知識に基づいて各実施形態に設計の変更等を加えることが可能であり、そのような変更等を加えた態様も本発明の範囲に含まれる。

１０ ホール素子
１１ ＧａＡｓ基板
１２ 感磁部
１３ａ〜１３ｄ 電極（複数の電極部の一例）
２０ リード端子
２２ リード端子（例えば、電源端子）
２３、２５ リード端子
２４ リード端子（例えば、接地端子）
３１〜３４ 金属細線（導電性接続部材の一例）
１３ａ〜１３ｄ 電極
５０ モールド部材
６０ めっき層
７０ ハンダ
８０ 耐熱性フィルム
９０ モールド金型
９１ 下金型
９２ 上金型
９３ ダイシングテープ
１００ ホールセンサ
２００ ホールセンサ装置
１２０ リードフレーム
２５０ 配線基板
２５１ 配線パターン

Claims (11)

1. 基板と、前記基板上に設けられた感磁部と、前記基板上に設けられた複数の電極部と、を有するホール素子と、
   前記ホール素子の周囲に配置された複数のリード端子と、
   前記複数の電極部と前記複数のリード端子とをそれぞれ電気的に接続する導電性接続部材と、
   前記ホール素子と前記複数のリード端子と前記導電性接続部材とをモールドするモールド部材と、を備え、
   前記基板が有する複数の面のうち、前記複数の電極部が設けられている面とは反対側の面を前記基板の第１面とし、
   前記複数のリード端子が有する複数の面のうち、前記導電性接続部材と接続している面とは反対側の面を前記複数のリード端子の第１面としたときに、
   前記基板の第１面及び前記複数のリード端子の第１面は共に、前記モールド部材の同一の面から露出しているホールセンサ。
2. 前記基板は単元素半導体基板である請求項１に記載のホールセンサ。
3. 前記基板はＳｉ基板又はＧｅ基板である請求項２に記載のホールセンサ。
4. 前記基板は化合物半導体基板である請求項１に記載のホールセンサ。
5. 前記基板は、ＧａＡｓ基板である請求項４に記載のホールセンサ。
6. 前記ＧａＡｓ基板の抵抗率は５．０×１０^７Ω・ｃｍ以上である請求項５に記載のホールセンサ。
7. 前記ＧａＡｓ基板の抵抗率は１．０×１０^９Ω・ｃｍ以下である請求項６に記載のホールセンサ。
8. 前記複数のリード端子は、第一のリード端子と、前記ホール素子を挟んで前記第一のリード端子と対向する第二のリード端子と、第三のリード端子と、前記ホール素子を挟んで前記第三のリード端子と対向する第四のリード端子と、を有する請求項１から７の何れか１項に記載のホールセンサ。
9. 前記第一のリード端子は、前記ホール素子に所定電圧を供給する電源用リード端子であり、
   前記第二のリード端子は、前記ホール素子に接地電位を供給する接地用リード端子であり、
   前記第三のリード端子と前記第四のリード端子は、前記ホール素子のホール起電力信号を取り出す信号取出用リード端子である請求項８に記載のホールセンサ。
10. 前記リード端子の少なくとも一部は、ニッケルでめっきされている請求項１から９の何れか１項に記載のホールセンサ。
11. 前記リード端子の少なくとも一部は、ニッケル、パラジウム、金の順でめっきされている請求項１から１０の何れか１項に記載のホールセンサ。

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