JPH10190091A

JPH10190091A - 小型ホール素子

Info

Publication number: JPH10190091A
Application number: JP8341127A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Fukunaka; 敏昭福中; Kazuhiro Tanaka; 和弘田中; Takeki Matsui; 雄毅松居; Hideki Araki; 秀輝荒木
Original assignee: Asahi Kasei Electronics Co Ltd
Current assignee: Asahi Kasei Electronics Co Ltd
Priority date: 1996-12-20
Filing date: 1996-12-20
Publication date: 1998-07-21

Abstract

(57)【要約】【課題】極めて小型で、かつ、熱による表面実装可能
なホール素子を実現する。【解決手段】有機ポリマーからなる絶縁シートの４隅
に表面電極金属層、少なくとも表層が導電性熱可塑性樹
脂で構成されている裏面電極層および表裏両面の電極層
を電気的に接続するスルーホールメッキ層を設けて絶縁
性基板とし、絶縁性基板上に磁気に感ずる半導体薄膜と
４つの電極部を有する半導体装置を固着する。半導体装
置の４つの電極は表面電極金属層の異なる１つと金属細
線で結線され、半導体装置および金属細線は樹脂によっ
てモールドされ、裏面の導電性熱可塑性樹脂の電極層が
実装用電極となる。好ましくは、半導体装置は、高透磁
率強磁性体上にパターニングされた感磁部と入出力用の
４つの電極部を持つ半導体薄膜が形成され、感磁部上に
はほぼ直方体の磁気収束用磁性体チップが載せられた構
造である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、極めて小型で、か
つ、熱による表面実装可能なホール素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】ホール素子は、ＶＴＲ、フロッピーディ
スクやＣＤ−ＲＯＭ等のドライブモータ用の回転位置検
出センサとして広く用いられている。モータの小型化に
伴って、より小型のホール素子の要求が益々強まってい
る。高感度ホール素子のペレットは、一般に、強磁性体
基板上に移動度の高い半導体薄膜が配置され、さらにそ
の上に、ほぼ直方体の磁気収束用磁性体チップが載せら
れている構造をなしている。現在、最も小型のホール素
子としては、旭化成電子（株）のＨＷ１０６Ｃとして知
られる素子があるが、その外形寸法は実装用の電極であ
るリードフレームを含めて、２. ５×１. ５ｍｍの投影
寸法で、高さが０. ６ｍｍである。この素子は高さの低
いことが特徴となっているが、感度である定電圧駆動時
の出力電圧は、０. ０５Ｔの磁界下、１Ｖの入力電圧の
際に最大７４ｍＶの比較的小出力になっている。同じ条
件でほぼ同じ出力のでる素子で小型の素子としては、Ｈ
Ｗ１０５Ｃとして知られる素子があるが、その外形寸法
はリードフレームを含めて２. １×２. １ｍｍの投影寸
法で、高さが０. ５５ｍｍである。このように、現状で
の最も小型の素子のいわゆる投影面積は約４ｍｍ² を大
幅に下回ることは出来ていない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】最大出力電圧が２００
ｍＶを超え、かつ比較的小型の素子としては旭化成電子
（株）のＨＷ１０８Ａとして知られる素子がある。この
素子の外形寸法は２. １×２. １ｍｍの投影寸法で、高
さが０. ８ｍｍとなっている。この素子はＨＷ１０５Ｃ
の感度を増加させた素子として位置づけられているが、
感度増加のために高さは大きくならざるを得ない。

【０００４】一方、このようないわゆる表面実装タイプ
の素子は、その表面実装の際、半田を使用しなければな
らなかった。半田無しへの動きも始まっている。

【０００５】本発明はこのような従来の問題を解決し、
極めて小型高感度で、かつ半田を使用しないで熱により
表面実装できるホール素子を提供することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】現状のホール素子は、リ
ードフレームのアイランドと呼ぶ部分に、４つの電極を
有する磁気に感ずる半導体薄膜から本質的になる半導体
装置を樹脂により固着し、リードフレームとその４つの
電極を金属細線で結線し、次いで樹脂により半導体装置
を覆うリードフレームの一部を含めた部分をモールド
し、バリ取り、フォーミング、電磁気的検査等の工程を
経て製造されている。図２は、このようにして製造され
ている、感度も高く、かつ小型の旭化成電子（株）のＨ
Ｗ１０８Ａの外形寸法図であり、（ａ）は上面図、
（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。図２におい
て、上述したように、高さｈは０．８ｍｍであり、モー
ルド１１の幅ｂは１．２ｍｍであるが、長さｌおよびリ
ードフレーム１２を含む幅ｗは約２．１ｍｍである。

【０００７】本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、現
状のようなリードフレームを用いている限り小型化には
自ずと限界があるという結論に達した。問題は、素子は
モールドされるのであるが、モールド寸法自体は１. ５
ｍｍ×１. ５ｍｍ程度にはできても、そこからはみでた
リードフレームを実装のためにフォーミングする必要が
あり、そのはみだし分が小型化の足かせになっているこ
とである。また、リードフレームの厚みに限界があるこ
と、リードフレームをその表裏からモールド樹脂で覆う
必要があること等で高さにも限界がある。先述のように
感度を高くするためには更に高さも大きくなる。

【０００８】本発明は、その結論から出発し、ホール素
子全体の寸法を、実装用電極も含めて現状のモールドの
寸法程度とする工夫からなされたものである。

【０００９】即ち、本発明は、有機ポリマーからなる絶
縁性シートと、該絶縁性シートの４隅に設けられ、それ
ぞれ表面電極金属層、少なくとも表層が導電性熱可塑性
樹脂で構成されている裏面電極層および該表面電極金属
層と裏面電極層を電気的に接続するスルーホールメッキ
層を有する絶縁性基板、および該絶縁性基板上に固着さ
れた、４つの電極部を有する磁気に感ずる半導体薄膜を
有する半導体装置を具え、前記半導体装置の４つの電極
部はそれぞれ前記４隅の表面電極金属層の異なる１つと
金属細線で結線され、前記半導体装置および前記金属細
線は樹脂によってモールドされ、前記４隅の裏面の導電
性熱可塑性樹脂の電極層が実装用電極であることを特徴
とする小型ホール素子である。

【００１０】このような構造にすることで、例えば、前
述のような比較的感度の低い素子で１. ２×１. ２ｍｍ
の投影寸法で、高さが０. ３ｍｍ、感度の高い素子でも
同程度の投影寸法で、高さが０. ５ｍｍのホール素子を
実現することが可能になった。体積で言えば、現状の最
小のものの約１／５程度とすることができた。

【００１１】有機ポリマーからなる絶縁シートの４隅の
表裏両面に銅を主体とする電極層を有し、かつこの４隅
の表裏両面の電極層がスルーホールメッキによって電気
的に接続されている構成の絶縁性基板は、フレキシブル
・プリント・サーキット（以下ＦＰＣという）と類似の
ものである。ＦＰＣは、例えば特開平６−２２４２５６
号公報に記載されているように、半導体装置と外部との
配線用に広く使われている。基板を構成する有機ポリマ
ーはポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエステルなど
からなる絶縁性材料である。一般に使用されている外部
配線用ＦＰＣの場合、このポリマー層の厚みは、５０〜
１００μｍが一般的であるが、本発明に使用する基板は
場合によっては、１０μｍ程度の薄さにもできる。それ
は、その表面に載せる半導体装置の剛性によって全体の
剛性を保証することができるからである。このような絶
縁性材料の両面に電極層を形成するには、まず、絶縁性
材料の表裏両面に銅等の金属膜を無電解メッキあるいは
蒸着等によって形成するか、銅等の箔を絶縁材料の両面
に張り付け、次いで、表裏両面の所望部分に貫通孔を開
け、スルーホールメッキによって表裏両面の電極層を導
通させ、その後、感光性レジストを塗布し、フォトリソ
グラフィーでパターニングし、このパターニングされた
レジストをマスクとして電極層の不要部分をエッチング
して取り除く。さらに、同様に感光性レジストを塗布
し、フォトリソグラフィーを行って、ニッケル、銀、
金、パラジウム等の材料を用い、メッキや蒸着等の手法
でボンディング用の電極を形成するのが一般的に取りう
る本発明用の基板の作成方法である。裏面側には金属層
を介さず、導電性熱可塑性樹脂を所望部分に付与した形
態も取りうる。

【００１２】導電性熱可塑性樹脂の使用は、半田を使用
しないでも表面実装が可能になる点で有用である。この
ような樹脂は、一般の熱可塑性樹脂、即ち、フェノキシ
樹脂、ポリアミド樹脂、ポリベンツイミダゾール樹脂、
ポリスチレン、ポリサルホン系樹脂、ポリウレタン系樹
脂、ポリビニールアセタール、ポリ酢酸ビニル、ポリビ
ニルアルコールやそれらをブレンドしたアロイ樹脂等の
中から選ばれる樹脂に、銀、金、パラジウム等の導電性
のフレークや粉末を混練したものである。

【００１３】上述した基板の表面に、４つの電極を有す
る磁気に感ずる半導体薄膜を有する半導体装置が接着剤
により固着されている。この時に用いる接着剤として
は、エポキシ樹脂等の熱硬化性ポリマーやフェノキシ樹
脂等の熱可塑性樹脂等一般に接着剤として使用されてい
るものから選択できる。半導体薄膜上の電極と基板の表
面電極は、金やアルミニウムの金属細線によって結線さ
れている。従って、これらの電極は金属細線で結線でき
る材質のものでなければならない。そのような材質とし
て銀、金、パラジウムの１種が少なくとも表層にあるこ
とが好ましい。例ば、基板の電極の結線部分には、銅の
上にニッケルを付け、さらにその上に金を形成する形態
を取ることが出来る。もちろん、半導体薄膜上の電極に
も金属細線で結線できる材質を選択しなければならな
い。例えば、アルミニウムあるいは金、パラジウム等が
少なくとも表層にあることが好ましい。

【００１４】本発明の半導体装置を構成する、磁気に感
ずる半導体薄膜としてはインジウムアンチモン、ガリウ
ム砒素、インジウム砒素等の化合物半導体あるいは（イ
ンジウム、ガリウム）−（アンチモン、砒素）の３元系
または４元系化合物半導体薄膜から選択できる。いわゆ
る量子効果素子も使用できる。

【００１５】より高い感度の半導体装置は、高透磁率強
磁性体、その上に形成されパターニングされた感磁部と
電極部を有する半導体薄膜、さらにその上に載せられた
ほぼ直方体の磁気集束用磁性体チップが載せられた構造
をなしている。例えば、特公昭５１−４５２３４号公報
には、移動度の高い半導体薄膜をこの構造体の装置にす
るための方法が示されている。即ち、雲母等の結晶性基
板上に化合物半導体薄膜を形成し、所望のパターニング
を施した後、この半導体薄膜をエポキシ等の接着剤を用
いて高透磁率強磁性体に接着し、その後結晶性基板を除
去する。次いで、半導体薄膜の感磁部の上に磁気集束用
磁性体を載せることによって上記の積層構造の半導体装
置を形成する方法である。このような半導体装置は、本
発明の小型で高感度のホール素子を作るのに好適であ
る。

【００１６】非常に高い感度のホール素子を構成する半
導体薄膜としては、移動度の高いインジウムアンチモン
系薄膜がある。ここで、インジウムアンチモン系薄膜と
は、一般式ＩｎＳｂ_1-x Ｖ_x （Ｖは燐、砒素から選ばれ
た一種の元素で、ｘは０〜０. ５）で表される化合物半
導体である。高感度を確保するために高い移動度も当然
必要である。本発明者らは、この高移動度化の方法を種
々提案してきたが、これらの方法により作製した半導体
薄膜を本発明で好適に適用できる（特公平１−１３２１
１号公報、特公平１−１５１３５号公報、特公平２−４
７８４９号公報、特公平２−４７８５０号公報、特公平
３−５９５７１号公報参照）。

【００１７】高透磁率強磁性体、磁気集束用チップの材
料としては、パーマロイ、鉄珪素合金、ＭｎＺｎフェラ
イト等の高透磁率フェライト、あるいはその他の高透磁
率材料を用いることができる。そのうち、切断のし易さ
や、価格の安いことなどの理由から高透磁率フェライト
が好適なものとして利用できる。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明においてはリードフレーム
を使用せず、有機ポリマーからなる絶縁性シートを使用
し、この絶縁性シートの４隅のそれぞれに表面電極金属
層、少なくとも表層が導電性熱可塑性樹脂で構成されて
いる裏面電極層および該表面電極金属層と裏面電極層を
電気的に接続するスルーホールメッキ層を設け絶縁性基
板とする。そしてこの絶縁性基板上に磁気に感ずる半導
体薄膜と該半導体薄膜上に設けられた入出力電極となる
４つの電極部とを有する半導体装置を固着する。半導体
装置の４つの電極はそれぞれ４隅の表面電極金属層の異
なる１つと金属細線で結線され、半導体装置および金属
細線は樹脂によってモールドされ、４隅の裏面の導電性
熱可塑性樹脂の電極層が実装用電極となる。好ましく
は、半導体装置は、ＭｎＺｎフェライト等の高透磁率強
磁性体上に半導体薄膜が形成され、この半導体薄膜はパ
ターニングされた感磁部と入出力用の４つの電極部を持
ち、さらに感磁部上にほぼ直方体の磁気収束用磁性体チ
ップが載せられた構造をしている。

【００１９】

【実施例】図１に本発明による小型、高感度で、かつ、
熱により表面実装可能なホール素子の一実施例を示す。
図１（ａ）は上面図、図１（ｂ）は側面図である。ただ
し、便宜上モールド樹脂を透明なものとして描いてあ
る。図１において、１は半導体装置を載せ、かつ、電極
部を有する絶縁性基板であり、絶縁性有機ポリマーシー
ト１ａ、その４隅に設けられた表面電極金属層１ｂとそ
のそれぞれの部分に設けられたボンディング用電極層１
ｄ、裏面電極層１ｃとその表面に付与された導電性熱可
塑性樹脂層１ｆ、および表裏両面の電極層１ｂ、１ｃを
電気的に接続するスルーホールメッキ層１ｅからなって
いる。２は高透磁率強磁性体であり、接着剤３によって
ポリマーシート１ａに固着されている。４は高透磁率強
磁性体上に形成された磁気に感じる半導体薄膜であり、
ホール素子として動作するための感磁部４ａがパターニ
ングされ、半導体薄膜の感磁部に通じる部分の上には配
線部としての金属層４ｂが形成され、配線部４ｂの端部
には感磁部４ａの入出力のためのボンディング用電極５
が形成されている。絶縁性基板の表面電極金層１ｂとボ
ンディング電極５は金線６で結線されている。半導体薄
膜の感磁部上には磁気収束用の高透磁率フェライトチッ
プ７が載せられ、そのほぼ全体をモールド樹脂８が覆っ
ている。裏面電極の導電性熱可塑性樹脂層１ｆは外部接
続用（実装用）のボンディング電極となる。

【００２０】絶縁性基板１は次のようにして作った。絶
縁性有機ポリマー１ａとしてポリイミドを用いた。詳し
くは、厚さ１２μｍ、一辺が５０ｍｍ正方形のポリイミ
ドシートの両面に厚さ１８μｍの銅箔を貼り付けた。ス
ルーホールを形成するために多数の格子点に（具体的に
は各辺が１. ２ｍｍと１. ５ｍｍの格子点）孔を開け、
無電解銅メッキによってスルーホール内面に銅層を付着
して表裏両面の銅箔との電気的な導通部分を形成した。
次にメッキ用のレジストをポリイミドシート１ａの表裏
全面に塗布し、所定のマスクを用いて露光現像処理を行
い、レジストのスルーホール周辺部のみを開口した。そ
してこのレジストをマスクとして電気メッキを行い、ニ
ッケルを３μｍ、Ｐｄを０. １μｍ銅箔上に積層した。
次いで、メッキ用レジストを除去し、エッチング用レジ
ストをポリイミドシート１ａの表裏全面に塗布し、上記
とは別の所定のマスクを用いてレジストをパターニング
し、このレジストをマスクとして４隅の表裏両面の電極
層１ｂ、１ｃとなる部分を除く銅箔部分をエッチング除
去して、電極層１ｂ、１ｃを形成した。次いで、メッキ
用レジストを除去し、裏面の電極金属層１ｃ上にスクリ
ーン印刷により、テクノアルファ社製の商品名ＳＴＡＹ
ＳＴＩＫ１８１の導電性熱可性樹脂を乾燥時の厚みの平
均が７μｍになるように塗布した後乾燥することによっ
て、本発明の基板を作った。図１のホール素子の場合の
縦、横の寸法は各々１. ２ｍｍ、１.５ｍｍであり、上
記により形成した基板は約１，３００個のホール素子の
組立用の基板となる。上記の実施形態は一例であって、
他にも種々の形態をとり得る。例えば、裏面には銅箔を
貼り付けずに、導電性熱可塑性樹脂のみで裏面電極層を
形成するといった形態である。

【００２１】高透磁率フェライト２上に半導体薄膜によ
るホール素子パターンを形成するには以下のような方法
で行った。まず、劈開した雲母を蒸着基板にして、初め
にＩｎ過剰のＩｎＳｂ薄膜を蒸着により形成し、次い
で、過剰のＩｎと化合物を形成するＳｂを過剰に蒸着す
る方法によって移動度４３，０００ｃｍ² ／Ｖ／ｓｅｃ
のＩｎＳｂ薄膜４を形成した。次に、５０ｍｍ角で厚み
０. ２５ｍｍの例えばＭｎＺｎフェライトからなる高透
磁率フェライトを準備し、上記のＩｎＳｂ薄膜上にポリ
イミド樹脂を滴下し、高透磁率フェライトをその上に重
ね、重しを置いて２００℃で１２時間放置した。次に室
温に戻し、雲母を剥ぎ取って高透磁率フェライト２上に
ＩｎＳｂ薄膜が担持された構造体を作製した。次いで、
このＩｎＳｂ薄膜４にフォトリソグラフィーの手法で多
数のホール素子パターンを同時に形成した。それぞれの
感磁部４ａの長さは３５０μｍ、幅は１７０μｍであっ
た。感磁部への配線部４ｂとして銅を半導体薄膜上に積
層し、ボンディングのための電極部５はその上にニッケ
ルおよび金を積層した構造とした。一つのペレットの大
きさ（一つのホール素子パターンおよび４つの電極部が
担持されている高透磁率フェライトの寸法）は０. ８ｍ
ｍ角であった。

【００２２】次に、特公平７−１３９８７号公報に記載
の方法によって、厚みが０. １５ｍｍで、一辺の長さが
３５０μｍの直方体の高透磁率フェライトチップ７を半
導体薄膜の感磁部４ａの上に、シリコーン樹脂を接着剤
として載せた。

【００２３】以上のようにして、本発明の半導体装置が
できあがったが、上述した以外の種々の形態をとりうる
ことはもちろんである。例えば、フェライトチップ７を
載せない形態、半導体薄膜を形成するのにＳｉやＧａＡ
ｓの基板を使う形態等々である。このような場合には、
磁気集束効果がない分感度が低くなるが、ホール素子自
体の高さはより低くすることができる。

【００２４】次に組み立ての一形態を説明する。まず、
パターニングした半導体薄膜４およびフェライトチップ
７を担持した高透磁率フェライト２の裏面に、テクノア
ルファ社製の商品名ＳＴＡＹＳＴＩＫ９０８の熱可塑性
樹脂を塗布し、溶剤を飛ばして乾燥させた。乾燥時の膜
厚は平均で７μｍであった。次いで、ダイシングにより
個別のペレットにした後、１５０℃に設定したダイボン
ダーに固定した上記基板の所望の箇所に多数のペレット
を同時に押しつけ、熱可塑性樹脂を接着剤３として基板
に固着した。このようにして多数個のペレットのダイボ
ンディングの終了後、ワイヤーボンダーに基板を送り、
金線６で半導体薄膜４上の４つの電極部５のそれぞれを
基板の表面電極層１ｂの異なる１つと結線した。

【００２５】ダイボンディングにはエポキシ等の熱硬化
性樹脂も使うことが出来る。その場合には、フェライト
３の裏面に樹脂を塗布せず、基板の所望の位置に熱硬化
性樹脂を滴下し、その上に個々のペレットを載せ、次い
で熱硬化する形態が一般に取られうる。

【００２６】次に、ポッティングと硬化によりエポキシ
樹脂８でモールドした。

【００２７】次いで、レーザーにより各素子を分離して
図１に示したホール素子が完成した。基板の裏面電極層
の表面を覆う導電性熱可塑性樹脂１ｆは外部接続用電極
（実装用電極）となる。外部接続のためには半田を使用
せず、例えば外部リード線を導電性熱可塑性樹脂１ｆに
熱圧着すればよい。そのために外部接続の工程が簡単に
なり、また、半田の分だけ高さを低くすることができ
る。

【００２８】この素子の形状寸法は長さ１. ５ｍｍ、幅
１. ２ｍｍ、高さが０. ５ｍｍと極めて小さい素子であ
った。また、これらホール素子の平均感度は、入力電圧
１Ｖ、磁界０. ０５Ｔで、出力３５０ｍＶと非常に高感
度のものであった。

【００２９】

【比較例】上記実施例と同じペレットを用いて、一般に
使用されているリードフレームを用いて組み立てたホー
ル素子の寸法は、図２に示したように、リードフレーム
を含めた長さと幅はそれぞれ２. １ｍｍ、高さは０. ８
ｍｍであり、これ以上小さくすることはできなかった。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
裏面電極層として導電性熱可塑性樹脂を用い、それを外
部接続用の電極とするので、極めて小さく高感度、か
つ、半田を使用せずに表面実装可能なホール素子を得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるホール素子の一実施例の構造を示
す図である。

【図２】従来のホール素子の外形を示す図である。

【符号の説明】

１絶縁性基板１ａ有機ポリマーシート１ｂ表面電極金属層（ボンディング用電極）１ｃ裏面電極金属層１ｆ導電性熱可塑性樹脂層（外部接続用電極）２高透磁率フエライト３接着剤４半導体薄膜４ａ感磁部４ｂ配線部５ボンディング用電極６金属細線７磁気収束用フェライトチップ８モールド樹脂１１モールド１２リードフレーム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者荒木秀輝宮崎県延岡市旭町６丁目4100番地旭化成電子株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】有機ポリマーからなる絶縁性シートと、
該絶縁性シートの４隅に設けられ、それぞれ表面電極金
属層、少なくとも表層が導電性熱可塑性樹脂で構成され
ている裏面電極層および該表面電極金属層と裏面電極層
を電気的に接続するスルーホールメッキ層を有する絶縁
性基板、および該絶縁性基板上に固着された、４つの電
極部を有する磁気に感ずる半導体薄膜を有する半導体装
置を具え、前記半導体装置の４つの電極部はそれぞれ前
記４隅の表面電極金属層の異なる１つと金属細線で結線
され、前記半導体装置および前記金属細線は樹脂によっ
てモールドされ、前記４隅の裏面の導電性熱可塑性樹脂
の電極層が実装用電極であることを特徴とする小型ホー
ル素子。
【請求項２】前記４隅の表面電極金属層の表層が銀、
金、パラジウムから選ばれた貴金属からなることを特徴
とする請求項１に記載の小型ホール素子。
【請求項３】前記半導体装置が、前記半導体薄膜が高
透磁率磁性体の上に形成されかつパターニングされた感
磁部と前記４つの電極部とを有し、該半導体薄膜上に直
方体状の磁気集束用磁性体チップが載置された構造を有
することを特徴とする請求項１または２に記載の小型ホ
ール素子。
【請求項４】前記半導体薄膜がインジウムアンチモン
系化合物半導体薄膜であることを特徴とする請求項１か
ら３のいずれかに記載の小型ホール素子。
【請求項５】前記高透磁率磁性体および前記磁気収束
用磁性体チップが高透磁率フェライトであることを特徴
とする請求項１から４のいずれかに記載の小型ホール素
子。