WO2017109007A1 - Geschwindigkeitssensor mit sensorchip - Google Patents

Geschwindigkeitssensor mit sensorchip Download PDF

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WO2017109007A1
WO2017109007A1 PCT/EP2016/082262 EP2016082262W WO2017109007A1 WO 2017109007 A1 WO2017109007 A1 WO 2017109007A1 EP 2016082262 W EP2016082262 W EP 2016082262W WO 2017109007 A1 WO2017109007 A1 WO 2017109007A1
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chip
sensitive surface
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PCT/EP2016/082262
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S. Orcun YAPICI
Marc Panis
Matthias Viering
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Continental Teves Ag & Co. Ohg
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    • G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
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    • G01P3/488—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals delivered by variable reluctance detectors

Definitions

  • the invention relates to a speed sensor according to the preamble of claim 1.
  • Speed sensor is suitable as a wheel speed sensor.
  • Adjust speed sensor and encoder Since the mounting position of the speed sensor is often not freely selectable, it can lead to the formation of the speed sensor is designed application-specific with respect to the positioning of the sensitive base. This is done, for example, by bending / bending an edge of a leadframe, which is connected to the sensor chip, so that the sensor chip, which carries the sensitive base, application-specifically aligned.
  • the invention is based on the object, a cost-effective and / or precisely detecting and / or flexible
  • Speed sensor according to claim 1.
  • the very close positioning of the sensitive surface of the at least one sensor element at an edge of the edge of the base surface of the sensor chip allows the very close proximity of the sensitive surface
  • Speed sensor can detect the magnetic field of a magnetic encoder from a large angular range and thus is relatively flexible in terms of its orientation to the encoder. This is particularly preferred if the at least one sensor element of the speed sensor is used as a field probe in low-field operation.
  • the sensor element is designed as an AMR sensor element, that is, as an anisotropic magnetoresistive sensor element.
  • the sensor chip has a plurality of sensor elements, each comprising at least one sensitive surface, wherein all sensitive surfaces of the sensor elements are arranged so that in each case the distance of the sensitive surface (2) of at least, in particular common, one edge of the edge Base area of the sensor chip is less than 160 microns.
  • the distance between the at least one sensitive surface or in each case all sensitive surfaces of at least one edge or the common edge of the edge of the base surface of the sensor chip is less than 50 micrometers, in particular less than 40 micrometers.
  • the distance of the sensitive area of all sensor elements of the sensor chip from a common or individual edge of the base area of the sensor chip is preferably less than 50 micrometers, in particular less than 40 micrometers.
  • Signal processing circuit makes up substantially all the signal processing of the speed sensor.
  • the sensor chip is preferably monolithic and / or formed as a single sensor chip, wherein the Speed sensor, in particular no further semiconductor elements outside the sensor chip comprises.
  • the at least one sensor element or at least one of the sensor elements is designed as a GMR element, that is, as a giant magnetoresistive sensor element or that the at least one sensor element is designed as a TMR element, ie as a tunnel magnetoresistive resistance or
  • the at least one sensor element or at least one additional sensor element is formed as an AMR element, ie as
  • the at least one AMR element or AMR sensor element is in particular designed and / or operated so that it as
  • Low-field sensor element is operated or that it is used as a field probe in low-field operation and is arranged according to the encoder accordingly.
  • the speed sensor has a first and a second sensor element, each having a sensitive base area.
  • the first sensor element as AMR element and the second sensor element as GMR or
  • both sensor elements may be designed as AMR elements, GMR or TMR elements or as mixing pairs with two different of the three element types.
  • At least one edge and / or the edge of the base surface of the sensor chip prefferably has a saw trench or a saw trench bank, and the sensitive surface of at least one sensor element or all sensitive surfaces of all
  • Sensor elements of the sensor chip with at least one edge or two or more edges of the sensitive surface, substantially directly adjacent, in particular in each case, to the saw trench or the Säreckgrabenufer are arranged.
  • the sawing trench or shegegrabenufer is particularly in the production of the
  • Sensor chips have been formed, particularly preferably in the separation of the sensor chips of a wafer or when separating the sensor chip from the rest of a wafer or the other sensor chips of a wafer.
  • Sensor elements of the sensor chip with two edges of the sensitive surface in each case from the edge of the base surface of the sensor chip has a distance of less than 160 microns or less than 50 microns or less than 40 microns.
  • the edge of the base surface of the sensor chip is preferably understood to mean the peripheral edge, comprising in particular four edges.
  • the speed sensor is preferably designed such that it detects by means of the at least one sensor element, a movable means, in particular a magnetic encoder, whereby the speed is sensed, wherein the
  • the sensor output signal is preferably provided at at least two terminals and / or an interface of the speed sensor.
  • Speed sensor expediently comprises at least one housing, which is designed so that it protects the sensor chip.
  • the movable means or the magnetic encoder is particularly preferably connected directly or indirectly to the wheel of a motor vehicle.
  • the invention also relates to a sensor arrangement comprising the speed sensor and a magnetic encoder whose magnetic field is detected by the speed sensor.
  • This sensor arrangement is preferred as
  • Wheel speed sensor arrangement formed.
  • the invention also relates to the use of the speed sensor in motor vehicles. It shows in a schematic representation
  • the sensor 1 is monolithic and comprises two magnetic sensor elements, each with a sensitive surface 2.
  • the sensor elements are exemplified as GMR sensor elements. Furthermore, on the sensor chip
  • Signal processing circuit 4 is arranged, which in
  • Base surface of the sensor chip and, for example, each have a distance d to an edge 5 of the edge of the base of the sensor chip or each opposite edges 5 of the edge of the base surface, wherein the distance d is less than 40 microns.
  • all sensitive surfaces 2 of the sensor chip are very close, less than 40 micrometers distance d, to the edge of the sensor chip 1.
  • the sensitive surfaces 2 are arranged as close as possible to a saw trench or to a saw trench bank, wherein the saw trench or the saw trench bank essentially circulates around the edge of the base surface of the saw trench
  • Saw-trench shore has arisen, for example, in the production of the sensor chip and thereby in the separation of the sensor chip from a wafer, which is part of the sensor chip in the

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract

Geschwindigkeitssensor, der einen Sensorchip (1) aufweist, umfassend wenigstens ein Sensorelement sowie zumindest eine Signalverarbeitungsschaltung (4), wobei das wenigstens eine Sensorelement eine auf dem Sensorchip angeordnete sensitive Fläche (2) aufweist, wobei diese sensitive Fläche (2) hinsichtlich der Grundfläche des Sensorchips (1) so angeordnet ist, dass der Abstand (d) der zumindest einen sensitiven Fläche (2) von wenigstens einer einer Kante (3) des Rands der Grundfläche des Sensorchips (1) geringer ist als 160 Mikrometer. Als Sensorelement können magnetoresistive Sensoren, beispielsweise AMR, GMR oder TMR eingesetzt werden. Eine Signalverarbeitungsschaltung kann ebenfalls auf dem Sensorchip angeordnet sein und die gesamte Signalverarbeitungselektronik umfassen.

Description

GESCHWINDIGKEITSSENSOR MIT SENSORCHIP
Die Erfindung betrifft einen Geschwindigkeitsensor gemäß Oberbegriff von Anspruch 1.
Druckschrift DE 10 2008 015 861 AI beschreibt einen
Geschwindigkeitssensor, der auf einem Sensorchip ein
Sensorelement mit einer sensitiven Grundfläche und eine
Signalverarbeitungsschaltung aufweist. Dieser
Geschwindigkeitssensor ist als Raddrehzahlsensor geeignet.
Bei Raddrehzahlsensoren ist es erforderlich, die Ausrichtung zwischen der sensitiven Grundfläche und dem zu erfassenden Encoder, meist einem magnetischen Encoder, zu berücksichtigen. Dabei ist es üblich, die Position der sensitiven Grundfläche innerhalb des Geschwindigkeitssensors sowie die relative Einbaulage zu dem magnetischen Encoder an die
Gesamtkonstellation der jeweiligen Sensoranordnung aus
Geschwindigkeitssensor und Encoder anzupassen. Da die Einbaulage des Geschwindigkeitssensors oftmals nicht frei wählbar ist, kann es dazu führen, dass die Ausbildung des Geschwindigkeitssensors hinsichtlich der Positionierung der sensitiven Grundfläche applikationsspezifisch ausgebildet wird. Die geschieht beispielsweise durch Biegen/ Anwinkeln eines Leadframes, der mit dem Sensorchip verbunden ist, damit der Sensorchip, welcher die sensitive Grundfläche trägt, applikationsspezifisch passend ausgerichtet ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen kostengünstigen und/oder präzise erfassenden und/oder flexibel einsetzbaren
Geschwindigkeitssensor vorzuschlagen, welcher insbesondere zum Einsatz in Raddrehzahlsensoranordnungen mit einem zu erfassenden magnetischen Encoder geeignet ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch den
Geschwindigkeitssensor nach Anspruch 1. Bevorzugt ermöglicht die sehr nahe Positionierung der sensitiven Fläche des wenigstens einen Sensorelements an einer Kante des Rands der Grundfläche des Sensorchips, dass der
Geschwindigkeitssensor das Magnetfeld eines magnetischen Encoders aus einem großen Winkelbereich erfassen kann und somit relativ flexibel ist, was seine Ausrichtung zum Encoder betrifft . Dies ist besonders bevorzugt gegeben, wenn das wenigstens eine Sensorelement des Geschwindigkeitssensors als Feldsonde in Schwachfeldbetrieb eingesetzt wird. Ganz besonders bevorzugt ist das Sensorelement dabei als AMR-Sensorelement ausgebildet, also als Anisotrop-Magnetoresistives Sensorelement.
Es ist bevorzugt, dass der Sensorchip mehrere Sensorelemente aufweist, die jeweils zumindest eine sensitive Fläche umfassen, wobei sämtliche sensitive Flächen der Sensorelemente so angeordnet sind, dass jeweils der Abstand der sensitiven Fläche (2) von wenigstens, insbesondere gemeinsamen, einer Kante des Rands der Grundfläche des Sensorchips geringer ist als 160 Mikrometer .
Es ist zweckmäßig, dass der Abstand der zumindest einen sensitiven Fläche oder jeweils sämtlicher sensitiver Flächen von wenigstens einer Kante bzw. der gemeinsamen Kante des Rands der Grundfläche des Sensorchips geringer ist als 50 Mikrometer, insbesondere geringer ist als 40 Mikrometer.
Bevorzugt ist dabei jeweils der Abstand der sensitiven Fläche aller Sensorelemente des Sensorchips von einer gemeinsamen bzw. einzelnen Kante des Rands der Grundfläche des Sensorchips geringer ist als 50 Mikrometer, insbesondere geringer als 40 Mikrometer .
Es ist bevorzugt, dass die von dem Sensorchip umfasste
Signalverarbeitungsschaltung im Wesentlichen die gesamte Signalverarbeitung des Geschwindigkeitssensors ausmacht.
Der Sensorchip ist vorzugsweise monolithisch und/oder als ein einziger Sensorchip ausgebildet, wobei der Geschwindigkeitssensor insbesondere keine weiteren Halbleiterelemente außerhalb des Sensorchips umfasst.
Es ist zweckmäßig, dass das wenigstens eine Sensorelement oder zumindest eines des Sensorelemente als GMR-Element ausgebildet ist, also als Gigant magnetoresistives Sensorelement oder dass das wenigstens eine Sensorelement als TMR-Element ausgebildet ist, also als tunnel magnetoresistives Widerstands- bzw.
Sensorelement .
Alternativ vorzugsweise oder zusätzlich bevorzugt ist das wenigstens eine Sensorelement oder zumindest ein zusätzliches Sensorelement als AMR-Element ausgebildet, also als
Anisotrop-Magnetoresistives Sensorelement. Das wenigstens eine AMR-Element bzw. AMR-Sensorelement ist dabei insbesondere so ausgebildet und/oder wird so betrieben, dass es als
Schwachfeldsensorelement betrieben wird bzw. dass es als Feldsonde im Schwachfeldbetrieb eingesetzt wird und bezüglich des Encoders entsprechend angeordnet ist.
Es ist zweckmäßig, dass der Geschwindigkeitssensor ein erstes und ein zweites Sensorelement aufweist mit jeweils einer sensitiven Grundfläche. Dabei ist insbesondere das erste Sensorelement als AMR-Element und das zweite Sensorelement als GMR- oder
TMR-Element ausgebildet. Alternativ bevorzugt sind alle
Kombinationen hinsichtlich des ersten und zweiten Sensorelements und dieser drei Element-Typen, also AMR, GMR und TMR.
Beispielsweise keine zweckmäßigerweise beide Sensorelemente als AMR-Elemente, GMR- oder TMR-Element ausgebildet sein oder als Mischpaare mit zwei verschiedenen der drei Element-Typen.
Es ist zweckmäßig, dass wenigstens eine Kante und/oder der Rand der Grundfläche des Sensorchips einen Sägegraben oder ein Sägegrabenufer aufweist, und die sensitive Fläche wenigstens eines Sensorelements oder sämtliche sensitive Flächen aller
Sensorelemente des Sensorchips mit wenigstens einer Kante oder zwei oder mehr Kanten der sensitiven Fläche, im Wesentlichen direkt angrenzend, insbesondere jeweils, an den Sägegraben oder das Sägegrabenufer angeordnet sind. Dabei ist der Sägegraben bzw. das Sägegrabenufer insbesondere bei der Herstellung des
Sensorchips ausgebildet worden, besonders bevorzugt bei der Vereinzelung der Sensorchips eines Wafers bzw. beim Trennen des Sensorchips vom Rest eines Wafers bzw. den anderen Sensorchips eines Wafers.
Es ist bevorzugt, dass die sensitive Fläche wenigstens eines Sensorelements oder sämtliche sensitive Flächen aller
Sensorelemente des Sensorchips mit zwei Kanten der sensitiven Fläche jeweils vom Rand der Grundfläche des Sensorchips einen Abstand von weniger als 160 Mikrometer oder weniger als 50 Mikrometer oder weniger als 40 Mikrometer aufweist. Unter dem Rand der Grundfläche des Sensorchips wird vorzugsweise der umlaufende Rand, umfassend insbesondere vier Kanten, verstanden .
Der Geschwindigkeitssensor ist vorzugsweise so ausgebildet, dass er mittels des wenigstens einen Sensorelements ein bewegliches Mittel, wie insbesondere einen magnetischen Encoder, erfasst, wodurch dessen Geschwindigkeit sensiert wird, wobei die
Signalverarbeitungsschaltung ein Sensorausgangssignal
bereitstellt, dass von der Geschwindigkeit des beweglichen Mittels abhängt. Das Sensorausgangssignal wird bevorzugt an zumindest zwei Anschlüssen und/oder einer Schnittstelle des Geschwindigkeitssensors bereitgestellt. Der
Geschwindigkeitssensor umfasst zweckmäßigerweise mindestens ein Gehäuse, welches so ausgebildet ist, dass es den Sensorchip schützt. Das bewegliche Mittel bzw. der magnetische Encoder ist besonders bevorzugt mit dem Rad eines Kraftfahrzeugs direkt oder indirekt verbunden.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Sensoranordnung umfassend den Geschwindigkeitssensor sowie einen magnetischen Encoder, dessen Magnetfeld mit dem Geschwindigkeitssensor erfasst wird. Diese Sensoranordnung dabei ist bevorzugt als
Raddrehzahlsensoranordnung ausgebildet . Die Erfindung betrifft außerdem die Verwendung des Geschwindigkeitssensors in Kraftfahrzeugen. Es zeigt in schematischer Darstellung
Fig. 1 einen beispielhaften Sensorchip des
Geschwindigkeitssensors . Anhand von Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines Sensorchips 1 eines Geschwindigkeitssensors veranschaulicht. Der Sensorchip
1 ist monolithisch ausgebildet und umfasst zwei magnetische Sensorelemente mit jeweils einer sensitiven Fläche 2. Die Sensorelemente sind dabei beispielhaft als GMR-Sensorelemente ausgebildet. Des Weiteren ist auf dem Sensorchip
Signalverarbeitungsschaltung 4 angeordnet, welche im
Wesentlichen die gesamte Signalverarbeitungselektronik des Geschwindigkeitssensors umfasst. Die beiden sensitiven Flächen
2 des Sensorchips 1 sind dabei so angeordnet, dass sie jeweils einen Abstand d zu einer gemeinsamen Kante 3 des Rands der
Grundfläche des Sensorchips aufweisen und beispielgemäß jeweils einen Abstand d zu einer Kante 5 des Rands der Grundfläche des Sensorchips bzw. zu jeweils gegenüberliegenden Kanten 5 des Rands der Grundfläche aufweisen, wobei der Abstand d jeweils geringer ist als 40 Mikrometer. Es sind beispielhaft sämtliche sensitive Flächen 2 des Sensorchips sehr nah, geringer als 40 Mikrometer Abstand d, an dem Rand des Sensorchips 1 angeordnet.
Beispielgemäß sind die sensitiven Flächen 2 dabei so nah wie möglich an einen Sägegraben bzw. an ein Sägegrabenufer angeordnet, wobei der Sägegraben bzw. das Sägegrabenufer im Wesentlichen umlaufend an dem Rand der Grundfläche des
Sensorchips 1 ausgebildet ist. Der Sägegraben bzw. das
Sägegrabenufer ist beispielgemäß bei der Herstellung des Sensorchips entstanden und dabei bei der Trennung des Sensorchips von einem Wafer, dessen Teil der Sensorchip im
Herstellungsprozess war.

Claims

Patentansprüche
1. Geschwindigkeitssensor, der einen Sensorchip (1)
aufweist, umfassend wenigstens ein Sensorelement sowie zumindest eine Signalverarbeitungsschaltung (4), dadurch gekennzeichnet,
dass
das wenigstens eine Sensorelement eine auf dem Sensorchip angeordnete sensitive Fläche (2) aufweist, wobei diese sensitive Fläche (2) hinsichtlich der Grundfläche des
Sensorchips (1) so angeordnet ist, dass der Abstand (d) der zumindest einen sensitiven Fläche (2) von wenigstens einer Kante (3) des Rands der Grundfläche des Sensorchips (1) geringer ist als 160 Mikrometer.
2. Geschwindigkeitssensor nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet,
dass
der Sensorchip (1) mehrere Sensorelemente aufweist, die jeweils zumindest eine sensitive Fläche (2) umfassen, wobei sämtliche sensitive Flächen (2) der Sensorelemente so angeordnet sind, dass jeweils der Abstand (d) der sensitiven Fläche (2) von wenigstens einer Kante oder von einer gemeinsamen Kante (3) des Rands der Grundfläche des Sensorchips (1) geringer ist als 160 Mikrometer.
3. Geschwindigkeitssensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
dass
der Abstand (d) der zumindest einen sensitiven Fläche (2) von wenigstens einer Kante (3) des Rands der Grundfläche des Sensorchips geringer ist als 50 Mikrometer,
insbesondere geringer ist als 40 Mikrometer.
4. Geschwindigkeitssensor nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass
jeweils der Abstand (d) der sensitiven Flächen (2) aller Sensorelemente des Sensorchips (1) von einer gemeinsamen Kante (3) des Rands der Grundfläche des Sensorchips geringer ist als 50 Mikrometer, insbesondere geringer als 40 Mikrometer.
Geschwindigkeitssensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass
die von dem Sensorchip (1) umfasste
Signalverarbeitungsschaltung (4) im Wesentlichen die gesamte Signalverarbeitung des Geschwindigkeitssensors ausmacht .
Geschwindigkeitssensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass
der Sensorchip (1) monolithisch und/oder als ein einziger Sensorchip (1) ausgebildet ist, wobei der
Geschwindigkeitssensor insbesondere keine weiteren Halbleiterelemente außerhalb des Sensorchips (1) umfasst.
Geschwindigkeitssensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass das wenigstens eine Sensorelement als GMR-Element oder als TMR-Element ausgebildet ist.
Geschwindigkeitssensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass das wenigstens eine Sensorelement als AMR-Element ausgebildet ist und insbesondere so ausgebildet und/oder betrieben wird, dass es als Schwachfeldsensorelement betrieben wird.
Geschwindigkeitssensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass wenigstens eine Kante (3) und/oder der Rand der Grundfläche des Sensorchips (1) einen Sägegraben oder ein Sägegrabenufer aufweist, und die sensitive Fläche (2) wenigstens eines Sensorelements oder sämtliche sensitive Flächen (2) aller Sensorelemente des Sensorchips mit wenigstens einer Kante oder zwei oder mehr Kanten der sensitiven Fläche, im Wesentlichen direkt angrenzend, insbesondere jeweils, an den Sägegraben oder das
Sägegrabenufer angeordnet sind.
Geschwindigkeitssensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass die sensitive Fläche (2) wenigstens eines
Sensorelements oder sämtliche sensitive Flächen (2) aller Sensorelemente des Sensorchips mit zwei Kanten der sensitiven Fläche jeweils vom Rand der Grundfläche des Sensorchips einen Abstand von weniger als 160 Mikrometer oder weniger als 50 Mikrometer oder weniger als 40 Mikrometer aufweist.
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