JPH1051046A

JPH1051046A - 小型ホール素子

Info

Publication number: JPH1051046A
Application number: JP8205940A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Fukunaka; 敏昭福中; Kazuhiro Tanaka; 和弘田中; Takeki Matsui; 雄毅松居
Original assignee: Asahi Kasei Electronics Co Ltd
Current assignee: Asahi Kasei Electronics Co Ltd
Priority date: 1996-08-05
Filing date: 1996-08-05
Publication date: 1998-02-20

Abstract

(57)【要約】【課題】極めて小型で、かつ高感度のホール素子を実
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、裏面電極金属層および表裏両面の電
極金属層を電気的に接続するスルーホールメッキ層から
なる電極金属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つの電極は表面電
極金属層の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、裏面電極金属
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集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】本発明はホール素子に関し、
特に小型で高感度の小型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、ほぼ直方体の磁気集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２．５ｍｍ×１．５ｍｍの投
影寸法で、高さが０．６ｍｍである。この素子は高さが
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の比較的小出力となっている。同じ
条件でほぼ同じ出力が得られる他の小型の素子として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２．１ｍｍ×２．１ｍｍの投
影寸法で、高さが約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４ｍｍ
２を大幅に下回ることはできていない。

【０００３】最大出力が２００ｍＶ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
として知られている素子がある。この素子の外形寸法は
リードフレームを含めて２．１ｍｍ×２．１ｍｍの投影
寸法で、高さが約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、感度の増加のために高さは大きくならざる
を得ない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】現状のホール素子は、
入出力のための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、リードフレームの
アイランドと呼ばれる部分に樹脂によって固着し、リー
ドフレームと４つの電極を金属細線で結線し、次いで半
導体装置を覆うリードフレームの一部を含めた部分を樹
脂によりモールドし、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高感度かつ小型のホール素子の
外形寸法図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦方向の
側面図、（ｃ）は横方向の側面図である。モールド部の
幅ｂは１．２５ｍｍであるが、リードフレームを含めた
幅ｗは２．１ｍｍ、長さは２．１ｍｍ、高さｈは０．
８ｍｍである。このように、モールド寸法自体は１．５
ｍｍ×１．５ｍｍ程度にできても、そこから突出するリ
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、その突出部が小型化の障害となっている。さらに、
リードフレームの厚さを薄くするにも限界があり、また
リードフレームの表裏をモールドで覆う必要があること
などの理由で高さの減少にも限界がある。

【０００５】本発明はこのような従来の問題を解決し、
極めて小型で、かつ高感度の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】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。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。

【０００７】即ち、本発明は、有機ポリマーからなる絶
縁シートと、該絶縁シートの４隅に設けられ、それぞれ
表面電極金属層、裏面電極金属層および該表面電極金属
層と裏面電極金属層を電気的に接続するスルーホールメ
ッキ層からなる電極金属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隅の裏面電極金属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。

【０００８】このような構造にすることによって、例え
ば、前述のような比較的感度の低い素子で１．２ｍｍ×
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、現状の最小の素子の約１／５程度とすることができ
た。

【０００９】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金属層を有し、かつこの
４隅の表裏両面の電極金属層がスルーホールメッキ層に
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、例えば特開昭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
するのは場合によっては、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用金属層を形成するに
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
を絶縁性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
両面の金属層を導通させ、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金属層の不要
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で所定のパタ
ーニングを行って、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得る本発明用の基板の
作成方法である。

【００１０】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
によって固着されている。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
脂等の熱可塑性ポリマー等、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
板の表面の電極とは金、アルミニウム等の金属細線によ
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。例えば、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
形成する形態をとることができる。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。

【００１１】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薄膜あるい
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。

【００１２】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からなる構造をな
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樹脂等の接着剤を用
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。

【００１３】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-xＶ_x（Ｖは燐、砒素から選ばれ
た１種の元素、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が当然必
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、これらの方法によって作製した半導体
薄膜を本発明に好適に適用できる。（特公平１−１３２
１１号公報、特公平１−１５１３５号公報、特公平２−
４７８４９号公報、特公平２−４７８５０号公報、特公
平３−５９５７１号公報等参照）。

【００１４】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、価格の安いことなど理由から高透磁率フェライトが
好適なものとして使用できる。

【００１５】

【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シートを使用
し、この絶縁シートの４隅のそれぞれに表面電極金属
層、裏面電極金属層および該表面電極金属層と裏面電極
金属層を電気的に接続するスルーホールメッキ層からな
る電極金属層を設けて絶縁性基板とする。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隅の裏面電極金属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、さらに感磁部上には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している。

【００１６】

【実施例】図１に本発明による小型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、裏面電極金属層１ｃ、および表裏両
面の電極金属層１ｂ、１ｃを電気的に接続するスルーホ
ールメッキ層１ｄからなっている。２は高透磁率磁性体
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
感ず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への入出のた
めのボンディング電極５が形成されている。絶縁性基板
の表面電極金属層１ｂとボンディング用電極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集束
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。裏面金属電極層１
ｃは外部接続用（実装用）のボンディング電極となる。

【００１７】絶縁性基板１は以下のようにして作った。
絶縁性有機ポリマーシート１ａとしてポリイミドシート
を用いた。詳しくは、厚さ１２．２μｍ、一辺が５０ｍ
ｍの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
の格子点に）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と銅箔との電気的
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、パラジウムを
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１
ａ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金属層１ｂ、１ｃとなる部
分を除く銅箔部分をエッチング除去した。メッキ用レジ
ストを除去することによって、本発明の絶縁性基板が完
成する。本実施例のホール素子の場合、上述したよう
に、縦、横の寸法はそれぞれ１．２ｍｍおよび１．５ｍ
ｍであり、このようにして形成した基板は約１３００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ことはもち
ろんである。

【００１８】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、雲母を矧ぎ取って高透磁率フェライト２上に
ＩｎＳｂ薄膜４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は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
０．８ｍｍ角であった。

【００１９】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。

【００２０】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得る
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
体の高さをより低くすることができる。

【００２１】次に組立の一形態を説明する。まず、パタ
ーニングされた半導体薄膜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、テクノ社製
の熱可塑性樹脂α９０８ＳＴＡＹＨＯＬＤを塗布し、溶
剤を飛ばして乾燥させた。乾燥時の樹脂の膜厚は平均で
７μｍであった。次いで、ダイシングにより個別のペレ
ットに切断した後、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
面電極金属層１ｂの１つと結線した。

【００２２】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できる。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得る。

【００２３】次に、トランスファーモールドにより高透
磁率フェライト２、半導体薄膜４、磁気集束用フェライ
トチップ７および金線６を覆うようにエポキシ樹脂８で
モールドした。

【００２４】次いで、レーザービームにより各素子を分
離して図１に示したホール素子が完成した。基板の裏面
電極金属層１ｃは外部接続用電極（実装用電極）とな
る。この素子の形状寸法は長さ１．５ｍｍ、幅１．２ｍ
ｍ、高さ０．５ｍｍと極めて小さい素子であった。

【００２５】また、このホール素子の平均感度は、入力
電圧１Ｖ、磁界０．０５Ｔで、出力電圧３５０ｍＶと非
常に高感度のものであった。

【００２６】

【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ｗはそれぞれ２．１ｍｍ、高さｈは
０．８ｍｍであり、これ以上小さくすることはできなか
った。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば極
めて小さく、しかも感度の高い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（外部接続用電極）１ｄスルーホールメッキ層２高透磁率フェライト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磁気集束用フェライトチップ８モールド樹脂

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】有機ポリマーからなる絶縁シートと、該
絶縁シートの４隅に設けられ、それぞれ表面電極金属
層、裏面電極金属層および該表面電極金属層と裏面電極
金属層を電気的に接続するスルーホールメッキ層からな
る電極金属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隅の裏面電極金属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隅の表裏両面の電極金属層および
前記半導体薄膜の４つの電極部は銅を主体としてなり、
前記電極金属層および前記電極部の表層が銀、金および
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集束
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。