一種具有初始化線圈封裝的磁電阻傳感器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開一種具有初始化線圈封裝的磁電阻傳感器，包括封裝結構、至少一組傳感器切片、螺旋初始化線圈、引線鍵合焊盤、ASIC專用集成電路和封裝層，其中螺旋初始化線圈設置在封裝結構的基板上，每組傳感器切片包括兩個傳感器切片，每個傳感器切片包括兩組磁電阻傳感單元串，且位于傳感器切片上的磁電阻傳感單元串連接成磁電阻傳感單元電橋，ASIC專用集成電路和磁電阻傳感單元電橋之間電連接，傳感器切片位于螺旋初始化線圈的上方，且分別布置在所述螺旋初始化線圈的周圍，引線鍵合焊盤與ASIC專用集成電路電連接；本實用新型減少了由于通量集中器磁疇產生的傳感器磁滯和偏移，成本低，易于制造。
【專利說明】
一種具有初始化線圈封裝的磁電阻傳感器
技術領域
[0001]本發明涉及磁場傳感器，尤其涉及一種具有初始化線圈封裝的磁電阻傳感器。
【背景技術】
[0002]對于磁電阻傳感器來說，磁滯是指鐵磁體在反復磁化的過程中，磁體的磁感應強度的變化總是滯后于磁體的磁場強度，磁滯是鐵磁性物質磁感應強度隨磁場強度變化時特有的現象。磁疇指磁性材料內部磁矩方向和大小各不相同的小區域，當鐵磁質達到磁飽和狀態后，如果減小磁化場，介質的磁化強度或者磁感應強度并不沿著起始磁化曲線減小，磁化強度或者磁感應強度滯后于磁化場的變化。所有的磁疇在初始化磁場中沿相同的方向排列，則會減少磁滯。
[0003]如附圖1所示，如果鐵磁物體的形狀設計不當或者沒有偏磁場以保持鐵磁體在一個單磁疇狀態，鐵磁材料可以分解成磁疇，這將產生磁滯。需要單結構磁疇或對齊的磁疇來減少磁滯，磁化方向必須垂直排列于敏感方向。
[0004]磁滯是由磁疇壁運動和磁化的不連續的旋轉造成的。
[0005]如附圖2和圖3中，描述了磁化作為應用磁場H用于相對于當H= O時的磁化方向的應用磁場的不同角度。需要注意的是，當H被施加平行于M的方向(H=O)，磁滯是高的。當H被施加于相對M(O)垂直的方向，磁滯是很小的。其中，在H施加到相對于M(O)成90度的情況下，磁化方向連續旋轉，而不是由疇壁運動。因此理想情況下，我們希望看到集中磁化方向垂直于傳感器的敏感方向。
[0006]如附圖4和5所示，10為傳感器元件，20為通量集中器，30為敏感軸，40為計劃的初始化磁場的方向，在暴露于高電場之后，集中器可能消磁成多磁疇狀態，并顯示出磁滯行為。因此，為了具有低磁滯，通量集中器需要有自己的垂直于敏感方向的磁化方向。然而，如果一個大的磁場施加在上面的曲線圖所示的初始化方向，磁疇可以對準并且傳感器可以再次顯示低的磁滯行為。一些公司通常將線圈應用到磁場來解決該問題。
[0007]封裝對于芯片來說是至關重要的。封裝技術的好壞還直接影響到芯片自身性能的發揮和與之連接的PCB的設計和制造。目前有多種半導體芯片封裝形式，包括LGA(LandGri dArray)、COB、Fi Ip ch ip等，它們的方法是兼容的，還存在著使用基板的其他的封裝方法，比如使用在航空和汽車上的混合封裝。LGA以其豐富的接口，良好的機械穩定性和散熱特性，得到越來越多的關注和使用。用COB技術封裝的裸芯片是芯片主體和I/O端子在晶體上方，在焊接時將裸芯片用導電/導熱膠粘接在PCB上，凝固后，用Bonder機將金屬絲在超聲、熱壓的作用下，分別連接在芯片的I/O端子焊區和PCB相對應的焊盤上，測試合格后，再封上樹脂膠。與COB相比，Filp chip的芯片結構和I/O端(錫球)方向朝下，由于I/O引出端分布于整個芯片表面，故在封裝密度和處理速度上Flip chip已達到頂峰，特別是它可以采用類似SMT技術的手段來加工，故是芯片封裝技術及高密度安裝的最終方向。
[0008]現有技術中，公開號為US5952825A的美國專利公開了一種集成磁場傳感裝置，具有磁場傳感元件，第一螺旋線圈提供設置和重置功能，第二和第三線圈用于攜帶電流和產生磁場，用于測試、補償、校準和反饋的應用中。然而，將重置線圈設置在傳感器芯片上，增加了傳感器芯片的尺寸，并且添加了一層，這會增加傳感器芯片的復雜性。
[0009]低成本的線圈可以布置在PCB上或者封裝基板上，而不是布置在硅基板上。首先，這不會明顯地增加封裝的尺寸;其次，使得硅芯片盡可能的小。這兩個因素啟發了一個新的技術，就是通過帶有初始化線圈封裝的高性能的傳感器產品實現一種低成本的方法。
【實用新型內容】
[0010]為了解決上述問題，本實用新型提供一種低成本的磁場傳感器封裝技術，為傳感器提供一種初始化線圈，初始化線圈用于減少傳感器的磁滯和漂移。此外，本發明的封裝還可以與其他普通的半導體生產封裝技術共存。
[0011]具體地，本實用新型提供一種具有初始化線圈封裝的磁電阻傳感器，包括封裝結構、至少一組傳感器切片、螺旋初始化線圈、引線鍵合焊盤和封裝層，其中，所述的封裝結構包括基板，在所述的基板上導電體被圖形化;所述的螺旋初始化線圈設置在所述的基板上，每組傳感器切片包括兩個傳感器切片，每個所述的傳感器切片包括兩組磁電阻傳感單元串，位于所述傳感器切片上的所述磁電阻傳感單元串連接成磁電阻傳感單元電橋，所述的傳感器切片位于螺旋初始化線圈的上方，且分別布置在所述螺旋初始化線圈的周圍，所述的螺旋初始化線圈產生的磁場垂直于所述傳感器切片的感應軸方向。
[0012]所述的封裝結構的基板為PCB。
[0013]優選地，所述的螺旋初始化線圈為矩形，所述的傳感器切片數量為一組，包括2個傳感器切片，所述的傳感器切片分別位于所述螺旋初始化線圈的對稱的兩側，形成單感應軸。
[0014]優選地，所述的螺旋初始化線圈為正方形，所述的傳感器切片數量為兩組，包括4個傳感器切片，所述的傳感器切片分別對稱位于所述螺旋初始化線圈的周圍，形成雙感應軸。
[0015]所述螺旋初始化線圈的寬度相同，且線圈之間的間距相同。
[0016]所述螺旋初始化線圈的寬度為0.12mm，所述線圈之間的間距為0.1mm。
[0017]還包括ASIC專用集成電路，所述ASIC專用集成電路和所述磁電阻傳感單元電橋之間電連接，所述的引線鍵合焊盤與所述的ASIC專用集成電路電連接。
[0018]所述ASIC專用集成電路包括ESD防靜電保護電路。
[0019]所述ASIC專用集成電路包括ESD防靜電保護電路和用于對所述磁電阻傳感單元電橋的輸出進行計算以使得其以數字形式輸出的處理電路。
[0020]所述的封裝結構為LGA封裝。
[0021]所述的封裝層的材料為非磁性材料，所述磁電阻傳感單元電橋被密封在封裝層中以形成標準的半導體封裝。
[0022]所述的非磁性材料為塑膠或陶瓷。
[0023]所述的磁電阻傳感器切片利用磁性層或者永磁體提供與傳感器芯片中的傳感器元件自由層垂直的偏置場，初始化線圈產生的磁場與傳感器芯片中的傳感器元件自由層的偏置場的方向平行。
[0024]所述的螺旋初始化線圈的材料包括銅或招。
[0025]所述的導電體的材料包括銀、銅或招。
[0026]所述的導電體的寬度范圍為50-300微米，導電體之間的間距為50-150微米，所述導電體的厚度為10-200微米。
[0027]本發明的有益效果在于:本發明的磁電阻傳感器，可以通過使用快速電流脈沖初始化磁場，使初始化的磁場與傳感器的敏感方向垂直。本發明的基板是PCB，可以降低制作成本，并且易于制造，并且使得磁電阻傳感器的尺寸變小。
【附圖說明】
[0028]為了更清楚地說明本發明實施例技術中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0029]圖1為多磁疇產生磁滯的示意圖；
[0030]圖2為應用磁場與磁化方向的夾角示意圖；
[0031 ]圖3為圖2中的夾角與磁滯大小關系示意圖；
[0032]圖4為施加了大磁場后產生的小的磁滯對應磁疇的示意圖；
[0033]圖5為非理想情況下的磁滯對應磁疇的示意圖；
[0034]圖6為本發明的磁場感測裝置的框圖；
[0035]圖7為本發明的磁場感測裝置的電流通過線圈產生磁場的示意圖；
[0036]圖8為本發明的磁場感測裝置的磁場分布示意圖；
[0037]圖9為本發明的雙軸感應軸的磁場感測裝置的示意圖；
[0038]圖10為本發明的磁場感測裝置的封裝示意圖；
[0039]圖11為本發明的磁場感測裝置的基板線路示意圖。
【具體實施方式】
[0040]下面結合附圖分別對本發明的較佳實施例進行詳細闡述，以使本發明的優點和特征能更易于被本領域的技術人員理解，從而對本發明的保護范圍作出更為清楚明確的界定。
[0041]請參閱附圖6，圖6顯示了本發明的磁場感測裝置的俯視平面圖，可以看到其集成電路的布局，包括封裝結構、一組傳感器切片、螺旋初始化線圈4、引線鍵合焊盤2、封裝層等，其中，所述的封裝結構包括PCB基板1，在所述的PCB基板上導電體被圖形化;所述的螺旋初始化線圈4設置在所述的PCB基板上，每組傳感器切片包括兩個傳感器切片5，每個所述的傳感器切片包括兩組磁電阻傳感單元串，且位于所述兩個切片上的所述磁電阻傳感單元串電連接成磁電阻傳感單元電橋，所述的傳感器切片5位于螺旋初始化線圈4的上方，且分別布置在所述螺旋初始化線圈的周圍，所述的螺旋初始化線圈4產生的磁場垂直于所述傳感器切片5的感應軸方向。
[0042]所述的導電體的寬度范圍為50-300微米，導電體之間的間距為50-150微米，所述導電體的厚度為10-200微米。所述的導電體的材料包括銀、銅或鋁。
[0043]所述螺旋初始化線圈的寬度相同，且線圈之間的間距相同。所述螺旋初始化線圈的寬度為0.12mm，所述線圈之間的間距為0.1mm。所述的螺旋初始化線圈的材料包括銅或鋁。所述的螺旋初始化線圈的電阻和電感值很小，使得電流脈沖寬度不會產生延時。
[0044]所述的磁電阻傳感器切片利用磁性層或者永磁體提供與傳感器芯片中的傳感器元件自由層垂直的偏置場，初始化線圈產生的磁場與傳感器芯片中的傳感器元件自由層的偏置場的方向平行。
[0045]由于使用PCB作為基板，螺旋初始化線圈可以設置在PCB板的上方，而不是在傳感器芯片上，傳感器切片形成在螺旋初始化線圈之上。圖6中還包括有四個引線鍵合焊盤2，每一個引線鍵合焊盤與ASIC專用集成電路3的引腳相連，ASIC專用集成電路3的引腳與磁阻元件的磁阻條的引腳相連，釘扎層的方向如圖6所標識。
[0046]在圖6中，傳感器切片數量為2個，螺旋初始化線圈4為矩形，傳感器切片分別位于所述螺旋初始化線圈4的對稱的兩側，形成單感應軸。
[0047]在螺旋初始化線圈中通電流，如圖7所示，電流以逆時針的形式流過螺旋初始化線圈，這樣會在螺旋初始化線圈中產生方向相反的磁場。圖8為本發明的磁場感測裝置的磁場分布示意圖，沿著圖7虛線方向檢測磁場分布，然而，由于快速電流脈沖以及螺旋初始化線圈的間隔分布，該磁場分布還需要完善。
[0048]圖9為本發明的雙軸感應軸的磁場感測裝置的示意圖，傳感器切片5數量為4個，螺旋初始化線圈4為正方形，傳感器切片分別對稱位于所述螺旋初始化線圈的周圍，形成雙感應軸。
[0049]圖10為本發明的磁場感測裝置的封裝示意圖，圖6和圖9兩種不同的設計結構采用相同的封裝。封裝體尺寸是6x6mm的結構，焊盤等間距的分布在封裝體上，其中焊盤的長度為1.25mm，焊盤的寬度為0.75mm，焊盤之間的距離為0.5mm。
[0050]圖11為本發明的磁場感測裝置的基板示意圖，其中該基板分為兩層，螺旋初始化線圈在頂層，焊盤在底層。
[0051]所述的ASIC專用集成電路和所述磁電阻傳感單元電橋之間電連接，所述的引線鍵合焊盤與所述的ASIC專用集成電路電連接。
[0052]優選地，所述ASIC專用集成電路包括ESD防靜電保護電路。
[0053]優選地，所述ASIC專用集成電路包括ESD防靜電保護電路和用于對所述磁電阻傳感單元電橋的輸出進行計算以使得其以數字形式輸出的處理電路。
[0054]所述的封裝結構為LGA封裝。
[0055]所述的封裝層的材料為非磁性材料，所述磁電阻傳感單元電橋被密封在封裝層中以形成標準的半導體封裝，所述的非磁性材料為塑膠或陶瓷。
[0056]以上對本發明的特定實施例結合圖示進行了說明，很明顯，在不離開本發明的范圍和精神的基礎上，可以對現有技術和方法進行很多修改。在本發明的所屬技術領域中，只要掌握通常知識，就可以在本發明的技術要旨范圍內，進行多種多樣的變更。
【主權項】
1.一種具有初始化線圈封裝的磁電阻傳感器，其特征在于，包括封裝結構、至少一組傳感器切片、螺旋初始化線圈、引線鍵合焊盤和封裝層，其中，所述的封裝結構包括基板，在所述的基板上導電體被圖形化;所述的螺旋初始化線圈設置在所述的基板上，每組傳感器切片包括兩個傳感器切片，每個所述的傳感器切片包括兩組磁電阻傳感單元串，位于所述傳感器切片上的所述磁電阻傳感單元串連接成磁電阻傳感單元電橋，所述的傳感器切片位于螺旋初始化線圈的上方，且分別布置在所述螺旋初始化線圈的周圍，所述的螺旋初始化線圈產生的磁場垂直于所述傳感器切片的感應軸方向。2.根據權利要求1所述的一種具有初始化線圈封裝的磁電阻傳感器，其特征在于，所述的封裝結構的基板為PCB。3.根據權利要求1所述的一種具有初始化線圈封裝的磁電阻傳感器，其特征在于，所述的螺旋初始化線圈為矩形，所述的傳感器切片數量為一組，包括2個傳感器切片，所述的傳感器切片分別位于所述螺旋初始化線圈的對稱的兩側，形成單感應軸。4.根據權利要求1所述的一種具有初始化線圈封裝的磁電阻傳感器，其特征在于，所述的螺旋初始化線圈為正方形，所述的傳感器切片數量為兩組，包括4個傳感器切片，所述的傳感器切片分別對稱位于所述螺旋初始化線圈的周圍，形成雙感應軸。5.根據權利要求1所述的一種具有初始化線圈封裝的磁電阻傳感器，其特征在于，所述螺旋初始化線圈的寬度相同，且線圈之間的間距相同。6.根據權利要求5所述的一種具有初始化線圈封裝的磁電阻傳感器，其特征在于，所述螺旋初始化線圈的寬度為0.12_，所述線圈之間的間距為0.1_。7.根據權利要求1所述的一種具有初始化線圈封裝的磁電阻傳感器，其特征在于，還包括ASIC專用集成電路，所述ASIC專用集成電路和所述磁電阻傳感單元電橋之間電連接，所述的引線鍵合焊盤與所述的ASIC專用集成電路電連接。8.根據權利要求7所述的一種具有初始化線圈封裝的磁電阻傳感器，其特征在于，所述AS IC專用集成電路包括ESD防靜電保護電路。9.根據權利要求7所述的一種具有初始化線圈封裝的磁電阻傳感器，其特征在于，所述ASIC專用集成電路包括ESD防靜電保護電路和用于對所述磁電阻傳感單元電橋的輸出進行計算以使得其以數字形式輸出的處理電路。10.根據權利要求1所述的一種具有初始化線圈封裝的磁電阻傳感器，其特征在于，所述的封裝結構為LGA封裝。11.根據權利要求1所述的一種具有初始化線圈封裝的磁電阻傳感器，其特征在于，所述的封裝層的材料為非磁性材料，所述磁電阻傳感單元電橋被密封在封裝層中以形成標準的半導體封裝。12.根據權利要求11所述的一種具有初始化線圈封裝的磁電阻傳感器，其特征在于，所述的非磁性材料為塑膠或陶瓷。13.根據權利要求1所述的一種具有初始化線圈封裝的磁電阻傳感器，其特征在于，所述的磁電阻傳感器切片利用磁性層或者永磁體提供與傳感器芯片中的傳感器元件自由層垂直的偏置場，初始化線圈產生的磁場與傳感器芯片中的傳感器元件自由層的偏置場的方向平行。14.根據權利要求1所述的一種具有初始化線圈封裝的磁電阻傳感器，其特征在于，所述的螺旋初始化線圈的材料包括銅或招。15.根據權利要求1所述的一種具有初始化線圈封裝的磁電阻傳感器，其特征在于，所述的導電體的材料包括銀、銅或鋁。16.根據權利要求1所述的一種具有初始化線圈封裝的磁電阻傳感器，其特征在于，所述的導電體的寬度范圍為50-300微米，導電體之間的間距為50-150微米，所述導電體的厚度為10-200微米。
【文檔編號】G01R33/09GK205581283SQ201620296367
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年4月11日
【發明人】詹姆斯·G·迪克, 張小軍
【申請人】江蘇多維科技有限公司