KR20070087525A

KR20070087525A - 자기 센서, 자기 센서의 제조 방법, 회전 검출 장치 및위치 검출 장치

Info

Publication number: KR20070087525A
Application number: KR1020070018538A
Authority: KR
Inventors: 요시노리 다까하시; 나오끼 나까세
Original assignee: 닛본 덴끼 가부시끼가이샤
Priority date: 2006-02-23
Filing date: 2007-02-23
Publication date: 2007-08-28
Also published as: JP4977378B2; TWI333554B; KR100860648B1; US7642773B2; JP2007225421A; TW200801565A; US20070194787A1

Abstract

본 발명은 박막 이방성 자기저항 소자가 IC 기판 상에 형성되는 하나의 칩 형태의 자기 센서를 제공한다. 자기 센서에서, 인가된 자계는 수직 및 수평 방향으로 검출될 수 있고, 검출 감도는 인가된 자계의 방향에 대해 조절될 수 있고, 자계 감도 특성 상의 영향은 다른 자계가 다른 방향으로부터 인가되는 조건하에 억제될 수 있다. 자기 센서에서, 반도체 기판(67), 리드 프레임(60), 리드 프레임(61, 62)은 패키지(66) 내에 수용된다. 박막 자기저항 소자(11 내지 14)는 반도체 기판(67) 상에 형성되고, 반도체 기판(67)은 비교와 증폭 기능을 가진 전기 회로를 포함한다. 리드 프레임(60)은 그 위에 반도체 기판(67)을 장착하는데 사용된다. 리드 프레임(61, 62)은 반도체 기판(67)에 접속된다. 리드 프레임(60)은 반도체 부착면이 리드 프레임(60)을 만곡시킴으로써 패키지 표면에 대해 경사지는 구조를 갖고, 반도체 기판(67)은 반도체 부착면에 부착된다.

자기 센서, 리드 프레임, 자기저항 소자, 자기저항 소자 유닛, 반도체 기판, IC 회로 파형 처리 유닛

Description

자기 센서, 자기 센서의 제조 방법, 회전 검출 장치 및 위치 검출 장치 {MAGNETIC SENSOR, PRODUCTION METHOD THEREOF, ROTATION DETECTION DEVICE, AND POSITION DETECTION DEVICE}

도1은 제1 실시예에 따른 자기 센서의 개략적인 구성도.

도2는 제2 실시예에 따른 자기 센서의 개략적인 구성도.

도3은 제1 실시예에 따른 자기 센서에 있어서의 리드프레임의 구조도.

도4는 제2 실시예에 따른 자기 센서에 있어서의 리드프레임의 구조도.

도5는 종래의 자기 센서의 기본 회로 구성도.

도6은 종래의 자기 센서에 있어서의 자기저항 소자의 형상을 나타낸 도면.

도7은 종래의 자기 센서의 개략적인 구성도.

도8은 자기 저항체의 자기 검출 동작을 설명하기 위한 도면.

도9는 자기 저항체의 자기 검출 동작을 설명하기 위한 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 자기저항 소자 유닛

11 내지 14: 자기저항 소자

15, 18 : 접속 지점

20 : IC 회로 파형 처리 유닛

22 : 피드백 저항

32 : 출력 단자

33 : GND 단자

40 : 리드 프레임

[문헌 1]

일본 실용신안 등록 제2512435호

[문헌 2]

일본 특허 출원 공개(JP-A) 제8-338863호

[문헌 3]

JP-A 제2004-128474호

[문헌 4]

JP-A 제2004-354182호

본 발명은 자기 센서, 그 제조 방법, 회전 검출장치 및 위치 검출 장치에 관한 것으로, 특히 물체의 회전이나 위치를 검출하기 위한 장치에 합체되면서 자계를 검출하는 자기 센서 에 관한 것이다.

종래, 물체의 회전 또는 위치를 검출하는데 사용되는 자기 센서의 예는 홀 효과를 이용한 홀센서(Hall sensor), 거대 자기저항 효과를 이용한 GMR(Giant Magnetoresistance)센서, 이방성 자기저항 효과를 이용한 AMR(Anisotropic Magnetoresistance)센서를 포함한다. 홀 효과는 전류가 흐르고 있는 판에 대하여 수직으로 자계가 인가될 때 기전력이 자계와 전류 양쪽에 수직한 방향으로 발생하는 현상이다. 따라서, 원리상 홀센서는 기판(박막)에 평행한 자계를 감지할 수 없다.

GMR 효과는 3층 구조(강자성체, 비자성체, 강자성체)를 가진 박막에 전류가 흐를 때, 강자성체 층의 자화의 상대각에 따라 비자성체에 흐르는 전자의 산란 확률이 변화되고, 그 때문에 전기 저항이 변화되는 현상이다. AMR 효과는 자성막의 자화방향과 자성막을 통해 흐르는 전류 방향 사이에 형성된 각도에 따라 저항이 변화되는 현상이다. 자성막의 예는 Ni나 Fe막을 포함한다. AMR 막에서, 외부 자계에 대한 저항 변화는 GMR막과 비교될 때 크지 않는다. 그러나, GMR 막과 달리, AMR 자성막은 다층 구조를 갖지 않고 단층 구조를 갖는다.

GMR은 다음의 점에서 AMR과 상이하다. (1) GMR은 현격하게 큰 자기저항비를 갖고, (2) GMR은 저항 측정 동안 전류와 자계의 방향 사이에 형성된 각도에 의존하지 않고, (3) GMR은 복잡한 층구조를 갖는다. 따라서, GMR 센서가 AMR 센서와 동일한 목적의 자기 검출을 갖지만, GMR 센서는 그 구조와 작용에서 AMR 센서와 완전히 상이하다.

이 종류의 강자성체 금속으로 형성된 자기저항소자를 가진 자기 센서는 강자성체에 의해 소유된 자기저항 효과를 이용한다. 즉, 자기 센서는 자계에 의해 전 자 분포가 왜곡될 때 전기 저항에서의 변화를 이용하고 전자는 에너지적으로 안정화되고 그 왜곡을 보충한다. 자기 센서는 인가된 자계 방향과 자기저항소자를 통해 흐르는 전류방향 사이에 형성된 각도가 90°인 절첩 구조(meandering structure)를 가진 자기저항소자와, 인가된 자계 방향과 자기저항소자를 통해 흐르는 전류방향 사이에 형성된 각도가 O°인 절첩 구조를 가진 자기저항소자를 구비한다. 이 자기저항소자들은 직렬로 접속되고, 자기저항소자의 접속 지점은 직렬저항 구조의 중점에서의 차전압을 식별하고 자기 검출을 위해 이를 증폭하기 위해 비교기 회로의 입력에 접속된다.

자기 센서는 인가된 자계의 수평 성분을 수신하고, 기판 상에 형성된 박막 자기 저항체의 저항의 변화를 검출한다. 자기 센서는 기판에 수직한 방향(Z축 방향)으로부터 인가된 외부 자계에 반응하지 않는다. 상이한 각도로 배열된 4개의 저항 소자는 브릿지 형상으로 형성되고, 자계는 저항 소자들 사이의 전위차에 의해 검출되고, 자기 감도 특성은 인가된 자계의 방향(X-Y축 방향)에 의존한다.

자계는 자계가 자기저항소자를 통해 흐르는 전류의 방향으로 90°의 각도에서 인가될 때 작동 자계로 정의된다. 반면, 자계는 자계가 자기저항소자를 통해 흐르는 전류의 방향으로 0°의 각도에서 인가될 때 캔슬 자계로 정의된다. 자기 센서의 기본 작동은 도5 및 도6을 참조하여 간략하게 설명된다.

도5는 종래의 자기 센서에 있어서의 기본적인 회로 구성을 도시한다. 도5를 참조하면, 자기저항소자(11 내지 14)는 자기저항소자 유닛(10)에 브릿지 형상으로 형성되고, 비교기(21) 및 피드백 저항(22)은 비교 및 증폭 기능을 갖도록 lC 회로 파형 처리 유닛(20)으로 배열된다.

도6은 자기저항 소자 유닛(10)을 도시한다. 자기저항 소자(11, 13)는 수직 스트라이프처럼 보이는 연속적인 절첩 구조를 갖고 기판 상에 형성된다. 자기저항 소자(12, 14)는 수평 스트라이프처럼 보이는 연속적인 절첩 구조를 갖고 기판 상에 형성된다. 4개의 자기저항 소자(11 내지 14) 중에서, 상이한 방향의 스트라이프를 가진 자기저항 소자는 브릿지를 형성하도록 서로 접속된다.

이러한 경우에, 자기저항 소자(11, 13)는 작동 자계와 반응하는 저항기이고, 자기저항 소자(12, 14)는 캔슬 자계와 반응하는 저항기이다. 자계가 도6의 좌측 방향으로부터 인가될 때, 자기저항 소자(11, 13)의 저항은 자기저항 효과에 의해 변하고, 이는 자기저항 소자(11, 14) 사이의 중간 지점(16)에서의 전위의 변화를 초래한다. 유사하게, 전위는 자기저항 소자(12, 14) 사이의 중간 지점(17)에서 변한다. 중간 지점(16, 17) 사이의 상이한 전압을 사용함으로써, 비교기(21) 및 IC 회로 파형 처리 유닛(20)에서의 피드백 저항(22)은 자계의 변화를 검출하도록 비교 및 증폭을 수행한다.

종래 패키지 구조가 도7을 참조하여 설명된다. 도7은 종래 자기 센서의 개략적 구조를 도시하고, 도7의 (a)는 상부도이고 도7의 (b)는 측면도이다. 도5에 도시된 회로는 반도체 기판(47) 상에 배열되고, 그 회로는 도6에 도시된 자기저항 소자를 구비한다. 박막 자기저항 소자가 IC 기판 상에 형성된 반도체 기판(47)은 리드 프레임(40) 상에 장착되고, 반도체 기판(47)은 와이어(43, 45)(와이어 접합)에 의해 리드 프레임(40 내지 42)에 접속된다. 리드 프레임(40 내지 42)은 몰드 밀봉식 패키지(46)의 외측에 접속 단자로서 작용한다. 반도체 기판(47)은 패키지(46)의 표면과 평행하게 장착된다.

박막 자기저항 소자(11, 13)는 패키지 표면에 평행한 수평 방향(X-Y축 방향)으로 자계, 즉, 패키지 표면(46a, 46b)을 통해 인가된 자계와 반응하지만, 자기저항 소자(11, 13)는 패키지 표면(46c, 46d)을 통해 인가된 자계와 반응하지 않는다. 즉, 자기저항 소자(11, 13)는 수평 방향으로 자계를 감지하지만, 수직 방향으로 자게를 감지할 수 없다.

종래 자기 센서에서, 패키지 표면(46e, 46f)을 통해 인가된 자계는 캔슬 자계로 인식되고, 자기저항 소자(12, 14)의 저항값은 변한다. 따라서, 자기 센서는 검출이 캔슬되는 방향으로 작동한다. 자계에서 자기 센서의 검출 감도는 캔슬 방향에서 자계가 존재하는지 아닌지에 따라 변한다. 따라서, 종래 자기 센서에서, 캔슬 자계가 존재하는 경우에, 캔슬 자계의 영향은 캔슬 자계 이상인 자계가 자기 센서 작동 방향으로 인가되지 않으면 보충될 수 없다.

자기저항의 저항값과 인가된 자계의 삽입 각도 사이의 관계는 도8 및 도9를 참조하여 설명된다. 도8은 자기 저항체의 표면에 평행하게(X-Y축 방향) 자계가 인가될 때 자기 저항체의 정면도이다. 도9는 자기 저항체의 표면에 대해 각도를 가지면서 자계가 인가될 때 자기 저항체의 상부도이다.

종래에, 강자성체로 형성된 자기 저항체(53)에서, 저항 변화량은 인가된 자계(52)의 방향에 의해 형성된 삽입 각도(50)(다음의 식(1)에서의 θ) 및 자기 저항체(53)를 통해 흐르는 전류에 의존하고, 식(1)에 의해 표현된다.

ρ=ρ0ㆍΔρㆍsin2θ (1)

여기서, ρ는 자기 저항체(53)가 변한 후 저항값이고, ρ0는 자기 저항체(53)의 초기값이고, Δρ는 자기 저항체(53)의 저항 변화량이다.

도8에 도시된 바와 같이, 인가된 자계에 의해 야기된 저항 변화량은 삽입 강도(50)의 θ가 90°로 설정될 때 자계에 대한 저항의 변화로서 직접 나타난다. 반면, Δρ는 θ가 0°인 경우 인가되는 자계에 대해 0이 되고, 어떤 변화도 생기지 않는다. 즉, 90°의 θ에서 인가된 자계는 자계가 작동 방향으로 인가된 것을 의미하고, 0°의 θ에서 인가된 자계는 자계가 캔슬 방향에서 인가된 것을 의미한다.

인가된 자계(53)의 방향이 자기 저항체의 표면에 대해 (Z축 방향으로) 일정 각도를 갖고 삽입 각도(50)의 θ가 X-Y축 평면에서 90°로 유지되는 경우가 후술된다. 도9에 도시된 바와 같이, θ가 X-Y축 평면에서 90°로 유지되면서 자기 저항체(53)가 Z축 방향을 향해 45°만큼 경사질 때(경사(56, 54)는 예를 들어 45°로 설정된다), 자기 저항체(53)에 수평한 X-Y축 방향으로 자계 성분(55)은 자계(52) 값의 1/√2배이다. 자계(58)가 상기 자기 저항체(53)로부터 인가될 때, 자기 저항체(53)에 수평한 X-Y축 방향으로 자계 성분(57)은 자계(58) 값의 1/√2배이다. 자기 저항체(53)는 자계(55 또는 57)를 검출하고 식(1)을 기초로 작동한다.

일본 실용신안 등록 제2512435호(문헌1)는 홀소자가 주연부에 대향한 모터의 기판 상에 장착되고 홀소자의 자기 감도 유닛의 표면이 자석에 의해 발생되는 주 자기 플럭스를 교차하도록 자석에 대해 경사지면서 배열되는 것을 개시한다. 따라서, 자계는 장치의 성능을 향상시키도록 용이하게 감지된다. 그러나, 문헌1은 강 자성체로 형성된 저항 소자를 개시하지 않고, 단지 홀소자에 관한 것이다. 더욱이, 문헌1은 자계 검출의 방향을 증가시키는 것을 목적으로 하지 않고, 단지 자계가 용이하게 검출되도록 홀소자를 기울인다. 따라서, 자계가 다른 방향으로부터 인가될 때, 자계 감도 특성 상의 자계의 영향을 억제하는 기능이 없다.

일본 특허 출원 공개(JP-A) 제8-338863호(문헌2)는 회전 위치 또는 회전체의 회전 속도를 검출하도록 다양한 모터에 인접하게 배열된 자기 검출 장치에 자기저항 소자를 위치시키도록 리세스가 내부면에 형성된 것을 개시한다. 문헌2는 저항 소자가 대향 영구 자석을 포함하는 회전체의 시계 방향 또는 반시계 방향 회전을 검출하도록 경사지는 정확한 측정을 강조한다. 그러나, 그 목적 및 그 효과는 본 발명과 상이하다.

JP-A 제2004-128474호(문헌3)는 3차원 방향으로부터 자계를 검출하도록 특정 리드 프레임의 스테이지 상에 두 개의 자기 센서칩이 장착되는 두 개의 칩 설치식 자기 센서를 제조하는 방법을 개시한다. 이러한 제조 방법에서, 자기 센서는 두 개의 자기 센서칩이 기판에 대해 경사지는 동안 제조된다. 하나의 자기 센서칩은 수평 방향(X-Y 방향)으로 자계를 검출하고, 다른 자기 센서칩은 수직 방향(Z축 방향)으로 자계를 검출한다. 문헌3은 제조 방법을 개시하고 자기 센서가 수평 및 수직 방향 각각에 대해 자기 센서 칩을 요구한다는 점에서 본원 발명과 상이하다. 더욱이, 문헌3이 제조 비용의 감소와 방향의 정확한 측정을 요구하기 때문에, 그 목적은 본 출원과 상이하다.

JP-A 제2004-354182호(문헌4)는 박막 자기 센서 및 그 제조 방법을 개시한 다. 박막 자기 센서는 절연 기판의 표면에 수직 방향으로 외부 자계를 검출할 수 있다. 불규칙(범피) 부분과 한 쌍의 박막 요크(자기 회로를 구성하는 철 등의 집합적 이름)는 절연 기판 상에 형성되고, GMR 필름은 박막 요크 사이의 간극에 형성된다. 더욱이, 두 개의 센서 유닛이 구비된다. 즉, 하나의 센서 유닛은 수평 방향으로 외부 자계를 검출하고, 불규칙 부분은 GMR 필름을 경사지도록 기판 상에 형성되고, 이는 다른 센서 유닛이 수직 방향으로 외부 자계를 검출하게 한다. GMR 효과가 이 기술에 이용되기 때문에, 그 기술은 그 기본 효과 및 두 개의 칩 구성에서 본 발명과 상이하다.

종래 자기 센서가 가진 제1 문제점은 자기 센서가 수직으로 인가된 자계와 반응할 수 없으면서 수평으로 인가된 자계와 반응한다는 것이다. 이는 자기저항 소자의 특성에 기여한다. 보통, IC 기판 상에 형성된 박막 자기 저항체는 패키지 측면을 통해 수평으로 인가되는 자계와만 반응한다.

제2 문제점은 수직 스트라이프 자기 저항체와 수평 스트라이프 자기 저항체가 교번되도록 연속적으로 절첩된 구조를 각각 가진 자기 저항체가 배열되는 종래 자기 센서의 구조로부터 발생한다. 자기저항 소자를 통해 전류가 흐르면서 90°의 각도를 형성하는 자기 센서의 작동 방향으로 자계가 인가되고 캔슬 방향(0°의 각도)의 자계가 동시에 인가될 때, 캔슬 자계 상의 영향은 캔슬 자계와 동일한 강도의 자계가 자기 센서 작동 방향으로 인가되지 않으면 보충될 수 없다.

그 이유는 연속적으로 절첩된 구조를 가진 자기 저항체의 방향때문에, 인가된 자계의 삽입 각도가 몇몇 자기 저항체에 대해 0°가 되어도, 다른 자기 저항체 에 대한 삽입 각도가 캔슬 방향으로 인가된 자계와 반응하도록 90°가 되기 때문이다. 따라서, 전위는 자기 저항체가 직렬로 접속되는 접속 지점에서 변동하고 비교기 회로의 입력 전위는 역으로 변한다. 작동 자계가 인가되는 동안 자계가 캔슬 방향으로 인가될 때, 그 감도는 변하고 자기 센서의 원래의 자기 감도 특성이 달성될 수 없다. 이러한 문제점은 센서의 구조 때문에 방지될 수 없다. 캔슬 자계가 인가되는 조건하에, 캔슬 자계 이상의 자계는 캔슬 자계의 영향이 보충되는 방향으로 인가되어야 한다.

상술된 것으로부터, 본 실시예의 목적은 박막 이방성 자기저항 소자가 IC 기판 상에 형성된 하나의 칩 형태의 자기 센서를 제공하는 것이다. 자기 센서는 수직 및 수평 방향으로 자계를 검출하고, 검출 감도는 인가된 자계의 방향에 대해 조절될 수 있다. 더욱이, 자기 감도 특성 상의 영향은 상이한 방향의 자계가 인가되어도 억제될 수 있다.

본 실시예의 제1 태양에 따르면, 인가된 자계를 검출하고 자계를 전기 출력으로 변환하는 자기 센서는 절첩 자기저항 소자를 구비한 자기저항 소자 유닛과, 비교기 회로 및 피드백 저항을 구비한 IC 회로 파형 처리 유닛을 포함한다. 자기저항 소자 유닛 및 IC 회로 파형 처리 유닛은 기판 상에 제공된다. 자기저항 소자는 이방성 자기저항 효과를 갖는다. 자기 센서는 자기저항 소자 유닛과 IC 회로 파형 처리 유닛에 접속된 반도체 기판과, 반도체 기판이 장착된 리드 프레임을 더 포함한다. 반도체 기판과 리드 프레임은 패키지에 수용된다. 자기저항 소자 유닛 은 상이한 방향으로 절첩되는 자기저항 소자를 포함하고 휘스톤 브릿지를 형성하고, 반도체 기판은 패키지의 표면에 대해 경사진 리드 프레임 상에 부착된다.

제1 실시예의 태양에 따른 자기 센서에서, 자기저항 소자 유닛과 IC 회로 파형 처리 유닛을 포함하는 반도체 기판과 리드 프레임은 하나의 패키지에 수용된다. 박막 자기저항 소자는 자기저항 소자 유닛 상에 형성된다. 자기저항 소자는 이방성 자기저항 효과를 갖고, 자기저항 소자는 자기저항 소자가 연속적으로 절첩되는 스트라이프로 보이는 구조를 갖는다. 두 종류의 자기저항 소자, 즉, 수직 자기저항 소자와 수평 자기저항 소자가 있다. 수직 자기저항 소자가 90°만큼 회전될 때, 수직 소자는 수평 자기저항 소자와 일치한다. 자기저항 소자 유닛에서, 수직 자기저항 소자와 수평 자기저항 소자는 교번식으로 접속되고, 휘스톤 브릿지는 4개의 자기저항 소자에 의해 형성된다. IC 회로 파형 처리 유닛은 휘스톤 브릿지 상의 수직 자기저항 소자와 수평 자기저항 소자 사이의 두 개의 접속 지점으로부터 상이한 전위차를 얻고, 비교기 회로와 피드백 저항은 자계의 변화를 검출하기 위해 비교 및 증폭을 수행한다.

반도체 기판은 리드 프레임 상에 장착되고, 리드 프레임은 패키지에 정렬된다. 이 때, 리드 프레임이 패키지 표면에 대해 각도를 갖고 경사지기 때문에, 반도체 기판은 또한 패키지 표면에 대해 경사진다. 반도체 기판의 경사는 리드 프레임으로부터 제공되고, 즉, 리드 프레임이 만곡되고 경사가 제공된다. 반도체 기판은 리드 프레임이 만곡되기 전 또는 후에 부착된다. 어느 경우에, 패키지 표면에 대한 반도체 기판의 각도는 리드 프레임 상에 경사를 제공함으로써 보장되고 조절 된다. 예를 들어, 원하는 각도를 제공하는 V자형 홈은 리드 프레임이 만곡되는 부분 상에 절단된다. 이는 정확성을 향상시킨다.

상기 구조에 따라서, 자기 센서는 패키지 표면에 대해 수평 방향으로 인가된 자계와 패키지 표면에 대해 수직 방향으로 인가된 자계를 검출할 수 있다. 이는 기판 상의 자기저항 소자가 수직으로 인가된 자계를 반도체 기판의 수평 방향의 자계 성분으로 변환함으로써 수평 방향의 자계 성분을 검출하기 때문이다. 검출 감도는 자계가 인가되는 방향으로 조절될 수 있다. 이는 이전에 원하는 각도를 한정하는 리드 프레임을 만곡시킴으로써 원하는 각도가 리드 프레임 상에 장착된 반도체 기판에 제공될 수 있거나 그 각도가 조절될 수 있기 때문이다. 더욱이, 다른 자계가 다른 방향으로부터 인가될 때, 자계 감도 특성 상의 영향이 억제될 수 있다. 이는 각도를 제공함으로써 다른 방향으로부터의 자계 성분이 반도체 기판의 수평 방향의 자계 성분으로 변환되고, 수평 방향에서의 자계 성분이 검출되기 때문이다. 즉, 반도체 기판의 경우, 수평 방향의 자계로 변환된 자계 성분은 전체 자계보다 작다. 각도가 조절될 수 있기 때문에, 인가된 것 이외의 자계에 상응하는 각도가 준비될 수 있다. 자계 감도 특성 상의 영향이 억제될 수 있다. 본 실시예는 하나의 칩 형태의 반도체 기판에 의해 상기 효과가 달성될 수 있다.

본 발명에 따른 제2 태양은 인가된 자계를 검출하고 그 자계를 전기 출력으로 변환시킴으로써 자기 검출을 수행하기 위한 자기 센서를 제조하는 방법에 관한 것이고, 자기저항 소자 유닛과 IC 회로 파형 처리 유닛은 기판 상에 제공되고, 스트라이프 형태의 연속적으로 절첩된 박막 자기저항 소자는 자기저항 소자 유닛에 형성되고, 자기저항 소자는 이방성 자기저항 효과를 갖고, IC 회로 파형 처리 유닛은 비교 및 증폭 기능을 갖도록 비교기 회로와 피드백 저항을 포함한다. 반도체 기판과 리드 프레임은 하나의 패키지 안에 수용된다. 자기저항 소자 유닛과 IC 회로 파형 처리 유닛은 반도체 기판에 접속되고, 반도체 기판은 리드 프레임 상에 장착된다. 이 방법은 스테이지부의 기판 부착면의 각도가 패키지의 표면에 대해 조절되면서 프레임부를 만곡시킴으로써 리드 프레임을 형성하는 단계와, 상기 형성하는 단계를 통해 형성된 리드 프레임의 스테이지부의 기판 부착면에 반도체 기판을 부착하는 단계를 포함한다.

본 실시예에 따른 제3 태양은 제1 태양의 자기 센서를 포함하는 회전 검출 장치를 제공하는 것이다.

본 실시예에 따른 제4 태양은 제1 태양의 자기 센서를 포함하는 위치 검출 장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 박막 이방성 자기저항 소자가 IC 기판 상에 형성되는 하나의 칩 형태의 자기 센서가 실현된다. 인가된 자계는 수직 및 수평 방향으로 검출될 수 있고, 그 검출 감도는 인가된 자계의 방향에 대해 조절될 수 있고, 그 자기 감도 특성의 영향은 자계가 다른 방향으로부터 인가되어도 억제될 수 있다.

양호한 실시예가 도면을 참조하여 후술된다.

(제1 실시예)

도1은 제1 실시예에 따른 자기 센서의 개략적 구성을 도시한다. 도1의 (a) 는 상부도이고, 도1의 (b)는 측면도이다. 4개의 박막 자기저항 소자(11 내지 14)는 반도체 기판(67) 상에 제조되고, 반도체 기판(67)은 와이어에 의해(와이어 접합) 리드 프레임(60)에 접속되고 리드 프레임(60) 상에 장착된다. 반도체 기판(67)이 장착되지 않은 리드 프레임(61, 62)은 와이어(64, 65)에 의해 반도체 기판(67)에 접속된다.

제1 실시예의 자기 센서는 종래의 자기 센서의 구성과 유사한 회로 구성을 갖는다. 도5에 도시된 바와 같이, 제1 실시예의 자기 센서는 자기저항 소자 유닛(10) 및 IC 회로 파형 처리 유닛(20)을 포함한다. 자기저항 소자 유닛(10)은 저항 브릿지를 형성하고, 중간 지점(16, 17)은 비교기 회로(21)의 입력에 접속된다. IC 회로 파형 처리 유닛(20)은 비교기(21)와 피드백 저항(22)을 포함한다.

자기저항 소자는 종래 자기저항 소자와 같은 자기저항 소자 유닛(10)으로 구성된다. 도6에 도시된 바와 같이, 자기저항 소자(11, 14)는 직렬로 접속되고, 자기저항 소자(12, 14)는 직렬로 접속된다. 직렬식(cascaded) 자기저항 소자(11, 14)와 자기저항 소자(12, 13)는 저항 브릿지(휘트스톤 브릿지)를 형성하도록 접속 지점(15)과 전력 공급 단자(31), 및 접속 지점(18)과 GND 단자(33)에 병렬로 접속된다. 자기저항 소자(11, 13)와 자기저항 소자(12, 14)의 경우, 그 배열은 자계와 반응하는 자기저항 소자의 방향이 서로 직각이 되도록 설계된다. 자기저항 소자(11 내지 14)는 연속적으로 절첩된(절첩식) 구조를 갖는다. 즉, 자기저항 소자(11, 13)는 동일한 방향으로 배열되고, 자기저항 소자(12, 14)는 자기저항 소자(11, 13)에 직각 방향으로 배향된다.

리드 프레임(60 내지 62)은 리드 프레임(60)의 기판 부착면을 지지하는 프레임부에 평행한 축(68) 주위로 회전되고, 리드 프레임(60 내지 62)은 패키지의 바닥면인 패키지 표면(66d) 또는 패키지의 상부면인 패키지 표면(66c)에 대해 경사진다. 자기저항 소자(11 내지 14)를 포함하는 반도체 기판(67)은 경사진 리드 프레임(60) 상에 장착되고, 이는 반도체 기판(67)이 소정의 각도로 패키지에 배열되게 한다. 리드 프레임(60 내지 62)이 패키지(66) 내측으로 경사져도, 각각의 리드 프레임(60 내지 62)의 일 단부는 패키지의 외측에서 패키지 표면(66c) 또는 패키지 표면(66d)에 평행하다.

자계 검출은 도9를 참조하여 설명된다. 도1의 패키지 표면(66c)에 수직한 자계, 즉, 패키지 표면(66c) 또는 패키지 표면(66d)을 통해 인가되는 자계는 도9의 자계(58)에 상응하고, 자기저항 소자는 반도체 기판의 표면에 평행한 자계 성분(67)을 검출한다. 자기저항 소자(11, 13)는 자계에 반응한다. 예를 들어, 리드 프레임(60 내지 62)이 45°의 각도로 경사질 때, 자계 성분(57)은 자계(58)의 1/√2배가 된다. 이는 1/√2 절첩된 자계가 자기저항 소자(11, 13)의 수평 방향으로 인가되는 것을 의미한다.

비교기(21)는 중간 지점(16, 17) 사이의 전위차를 비교하고 증폭시키고, 이는 자기저항 소자(11, 13)의 저항 변화로부터 발생되고, 비교기(21)는 전기 신호의 변화를 출력 단자(32)에 전송한다. 따라서, 자기 검출은 패키지 상부면 위로부터 인가된 수직 자계에 작동된다.

반면, 도1의 패키지 표면(66c)에 수평으로 인가된 자계, 즉, 패키지 측면인 패키지 표면(66c) 또는 패키지 표면(66d)을 통해 인가된 자계는 도9의 자계(52)에 상응하고, 자기저항 소자는 반도체 기판 표면에 평행한 자계 성분(55)을 검출한다. 리드 프레임(60 내지 62)이 45°의 각도로 경사지는 경우에, 자계 성분(55)은 자계(52)의 1/√2배가 된다. 이는 1/√2 절철된 자계가 자기저항 소자(11, 13)의 수평 방향으로 인가되는 것을 의미한다. 저항 변화로부터 발생된 전위차에 비교 및 증폭이 수행되고, 상술된 바와 같이 신호가 출력된다. 이러한 방식으로, 패키지 측면을 통해 인가된 수평 자계가 검출된다.

상기 구성에서, 캔슬 방향으로 자계의 인가에 반응하는 자기저항 소자(12, 14)에 가해진 자계의 방향은 캔슬 방향에서 자계의 인가에 대한 영향을 억제할 수 있는 자기 센서를 실현하기 위해 변화된다.

도3은 제1 실시예에서 리드 프레임(60)의 구조와 리드 프레임(60)이 만곡되기 전의 상태를 도시한다. 도3은 프레임부와 기판 부착면을 포함하는 리드 프레임(60)의 상부도이다. 프레임부는 점선 아래의 사다리꼴 부분과 마름모 부분을 포함하고, 기판 부착면은 점선 위의 직사각형 부분을 포함한다. 만곡 각도(69)는 프레임부에 제공된다. 만곡 각도(69)를 형성하는 위한 처리는 다음과 같이 요약된다. 만곡 각도(69)가 구비되는 부분은 내향으로 만곡되고, 프레임부와 기판 부착면 사이의 경계부는 외향으로 만곡된다. 이는 기판 부착면이 프레임부의 표면(마름모 부분)에 대해 경사지도록 리드 프레임이 형성될 수 있게 한다.

만곡 각도(69)의 각도와 V형상 홈은 기판의 기울기를 한정하도록 프레임 기판의 경사 각도와 동일화된다. 예를 들어, 리드 프레임(60)이 수평 자계를 수직 자계의 1/√2배에서 설정되도록 45°로 경사질 때, 만곡 각도(69)의 각도와 V형상 홈은 45°로 설정된다. 따라서, V형상 홈이 형성되고 만곡 각도가 결정되어, 거의 되돌아감이 없이 안정한 경사 각도가 달성되게 한다.

그 후, 패키지를 제조하는 몰드를 사용하여 수지가 주입된다. 도1에 도시된 구성의 경우, 수지는 패키지 측면, 패키지 표면(66e, 66f)으로부터 주입되고, 형성된 프레임 각도를 유지하는 기술이 수지 주입의 영향을 감소시키도록 동시에 수행된다.

(제2 실시예)

도2는 제2 실시예에 따른 자기 센서의 개략적 구조를 도시한다. 도2의 (a)는 상부도이고 도2의 (b)는 측면도이다. 제2 실시예는 리드 프레임(70 내지 72)이 리드 프레임(70)의 프레임부에 직각인 축(78)을 기초로 패키지 표면(76c 또는 76d)에 대해 경사지기 때문에 반도체 기판 상의 자기저항 소자의 기울기에서 제1 실시예와 상이하다. 제1 실시예에서, 기울기는 자기저항 소자(11, 14)가 높게 위치되고, 자기저항 소자(12, 13)가 낮게 위치되도록 제공된다. 제2 실시예에서, 기울기는 자기저항 소자(11, 12)가 낮게 위치되고 자기저항 소자(13, 14)가 높게 위치되도록 제공된다. 따라서, 제2 실시예는 리드 프레임의 형상에서 제1 실시예와 상이하다. 제2 실시예의 다른 구조는 제1 실시예의 구조와 유사하다.

자계 검출은 도9를 참조하여 다시 설명된다. 예를 들어, 도2에서, 자계가 패키지 표면(76a 또는 76b)을 통해 인가될 때, 패키지 표면(76e 또는 76f)을 통해 인가된 자계는 "캔슬" 자계이고 도9의 자계(58)에 상응한다. 작동 자계를 보충하 기 위해 패키지 측면을 통해 인가되는 자계는 자기저항 소자(12, 14) 상에 작용하고, 이는 자기저항 소자에 대해 수평 방향으로 인가된 1/√2 절첩된 자계에 상응한다.

자계가 패키지 표면(76a 또는 76b)을 통해 자기저항 소자(11, 13)에 인가될 때, 캔슬 방향에서의 자계가 그 검출 작동을 차단하기 위해 패키지 표면(76e 또는 76f)을 통해 인가되어도, 캔슬 방향에서의 자계의 영향은 자기저항 소자와 반도체 기판이 경사지기 때문에 억제될 수 있다.

제1 실시예와 같이 패키지 표면(76c 또는 76d)에 수직으로 인가된 자계의 경우, 자기저항 소자(11, 13)는 반도체 기판 표면에 평행한 자계 성분을 검출한다.

도4는 제2 실시예의 리드 프레임(70)의 구조를 도시한다. 도4의 (a)는 상부도이고, 도4의 (b)는 측면도이다. 좌측 상의 길이방향의 긴 직사각형은 기판 부착면이고, 우측 상의 횡단방향의 긴 직사각형은 프레임부이다. 도4의 (b)에 도시된 바와 같이, 프레임부는 계단형 형상으로 형성되고, 기판 부착면은 기판 부착면과 프레임부 사이의 경계부를 만곡시킴으로써 경사진다. V자형 홈은 경계부에 제공된다.

리드 프레임(70)과 경계부의 V자형 홈 각도(79)를 만곡시키는 각도는 프레임 기판의 경사 각도와 동일하다. 이는 기판 부착면의 경사를 한정한다. 리드 프레임(70)이 수평으로 인가된 자계를 수직으로 인가된 자계의 1/√2배로 설정하도록 45°로 경사질 때, 만곡 각도 및 V자형 홈(79)은 45°로 설정된다. 45°의 각도를 가진 V자형 홈은 리드 프레임(70) 상에서 절단되고 리드 프레임(70)은 만곡된 리드 프레임(70)으로 거의 되돌림없이 안정적인 경사 각도를 달성하도록 만곡된다.

수지는 패키지를 제조하기 위한 몰드를 사용하여 주입된다. 제2 실시예에서, 수지는 패키지 표면(76a 또는 76b)으로부터 주입되고, 동시에, 형성된 프레임 각도를 유지시키는 기술이 수지 주입의 영향을 감소시키도록 사용된다.

예시적 방식으로 양호한 실시예가 상술되었지만, 본 발명은 실시예에 제한되지 않는다. 다양한 변경 및 변화가 본 발명의 기술사상 및 범위 내에서 형성될 수 있다.

상기 실시예에 따라, 박막 자기저항 소자가 형성된 반도체 기판이 리드 프레임에 장착되면서 패키지의 상부면과 하부면에 대해 경사지고, 이에 따라 자기 센서가 패키지 측면을 통해 인가된 수평 자계와 패키지의 상부면과 하부면을 통해 인가된 수직 자계 모두를 검출할 수 있다. 따라서, 자기 검출의 작동 방향에서의 자유도가 증가되고 센서의 성능은 자계를 검출하는 것에서 향상될 수 있다.

상기 실시예에 따라, 박막 자기저항 소자가 형성된 반도체 기판이 리드 프레임에 장착되면서 패키지의 상부면과 하부면에 대해 경사지고, 이에 따라 자기저항 소자의 검출 감도가 감지 작동을 차단하는 캔슬 방향으로 인가된 자계에 대해 제어될 수 있다. 따라서, 자기 센서가 주위 자계에 의해 거의 영향을 받지 않기 때문에, 자기 센서의 특정 감도 특성이 유지되면서 성능이 향상될 수 있다.

상기 실시예에 따라서, V자형 홈은 만곡 각도를 특정화하도록 리드 프레임의 만곡부에 구비되고, 이에 따라 리드 프레임을 만곡한 후 복귀량은 만곡을 안정적으 로 실현시키도록 감소될 수 있다. 따라서, 만곡 정확성이 리드 프레임을 만곡할 때 보장되기 때문에, 검출 감도가 조절될 수 있고 자기 검출 특성이 향상될 수 있다.

Claims

자기 센서이며,

절첩 박막 자기저항 소자를 구비한 자기저항 소자 유닛과,

비교기 회로와 피드백 저항을 구비한 IC 회로 파형 처리 유닛과,

자기저항 소자 유닛과 IC 회로 파형 처리 유닛 모두에 접속된 반도체 기판과,

반도체 기판이 장착된 리드 프레임을 포함하고,

상기 자기저항 소자 유닛과 IC 회로 파형 처리 유닛은 기판 위에 있고,

상기 반도체 기판과 리드 프레임은 패키지에 포함되고,

상기 자기저항 소자 유닛은 상이한 방향으로 절첩되는 자기저항 소자를 포함하고 휘스톤 브릿지를 형성하고,

상기 반도체 기판은 패키지의 표면에 대해 경사진 리드 프레임 상에 장착되는 자기 센서.
제1항에 있어서, 상기 반도체 기판은 리드 프레임 상에 장착되고, 상기 반도체 기판은 휘스톤 브릿지를 포함하는 자기저항 소자 유닛을 구비하는 자기 센서.
제1항에 있어서, 리드 프레임은 반도체 기판이 부착된 스테이지부와 상기 스테이지부를 지지하는 프레임부를 포함하고, 상기 프레임부는 패키지의 표면에 대해 스테이지부의 표면의 각도를 조절하도록 만곡되는 자기 센서.
제3항에 있어서, V자형 홈은 프레임부 상에 절단되는 자기 센서.
제3항에 있어서, 상기 반도체 기판은 프레임부에 평행한 축에 각도를 이룬 스테이지부에 부착되는 자기 센서.
제3항에 있어서, 상기 반도체 기판은 프레임부에 직각인 축에 각도를 이룬 스테이지부에 부착되는 자기 센서.
반도체 기판 상에 IC 회로 파형 처리 유닛과 자기저항 소자 유닛을 구비한 자기 센서를 제조하기 위한 방법이며, 상기 반도체 기판은 프레임부와 스테이지부를 구비한 리드 프레임 상에 장착되고, 상기 방법은,

프레임부를 만곡시키는 단계와,

패키지의 표면에 대해 스테이지부의 각도를 조절하는 단계와,

상기 스테이지부의 표면에 상기 반도체 기판을 부착시키는 단계를 포함하는 자기 센서를 제조하기 위한 방법.
제7항에 있어서, V자형 홈은 스테이지부의 각도를 조절하도록 프레임부 상에 절단되는 자기 센서를 제조하기 위한 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 자기 센서를 포함하는 회전 검출 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 자기 센서를 포함하는 위치 검출 장치.