专利名称：磁致电阻传感器设备以及制造这样的磁致电阻传感器设备的方法
技术领域：
本发明涉及磁致电阻传感器设备，所述磁致电阻传感器设备包
括
-至少一块基板或晶片，特别是，至少一个硅晶片，以及 -至少一个传感元件，特别是
-至少一个AMR (各向异性磁致电阻)传感元件和/或 -至少一个GMR (巨磁电阻)传感元件，比如至少一个多层GMR (巨磁电阻)传感元件，
所述传感元件安置于基板或晶片的上方和/或下方。 本发明还涉及用于测量所要测量的磁场的场强，特别是用于测量 所要测量的磁场的时间梯度的，梯度计、磁力计或传感器。 本发明还涉及制造这样的磁致电阻传感器设备的方法。
背景技术：
磁致电阻传感器特别用于电磁场的测量。通常，利用所谓的barber 极将各向异性磁致电阻传感器的特性进行线性化。在这种情况下，偏 磁场必须使磁致电阻传感器稳定。另一方面，对于基于(多层)GMR
(巨磁电阻)效应的传感器，偏磁场必须在线性范围内移动工作点。 认识这点的最简单方法就是，将外部磁体放在磁致电阻层(通常位于 封装内)的附近。
这种方法隐含着某些主要缺陷对于磁致电阻转速传感器或者 (在使用标准集成电路(IC)封装的情况下)当用户确定磁体尺寸并 安装磁体时，存在使用专用封装的必要。
此外，存在诸如磁体在装配期间的错放或损坏等、众所周知的质 量和产量问题。另外，不能将外部磁体的体积縮小至特定最小值以下。
换言之，各向异性磁致电阻(AMR)传感器和(多层)巨^电阻
(GMR)传感器需要额外的偏磁场对传感器进行预置。通常，用外部
设备，如利用永磁体或利用场发生器)提供此偏磁场。
原则上，磁体薄层的制造已经成为一种已知技术(参见例如
S.tumanski, Thin Film Magnetoresistive Sensors,第45至52页,Institute of Physics Publishing, 2001， Bristol,以及其中的参考文献)。
现有技术文档JP 04-15 26 88提出使用磁浆(magnetic paste)形成 置于芯片安装引线框上的永磁体。
现有技术文档US 2004/013 0323 A1公开了包括自由层(free layer ) 和栓层(pinned layer)的(自旋阀(spin valve))巨磁电阻(GMR) 传感器的制造；偏磁场层在期望方向上得到磁化。
然而，现有技术文档US 2004/0130323 Al并未提及多层巨磁电阻 (GMR)传感器，也未提及所使用的材料或磁层的实际制造；此外， 现有技术文档US 2004/0130323 Al仅公开了用于在晶片级提供各种磁 化方向的磁化过程中的、特殊的磁配置。
最后，关于本发明的背景技术，可进一步参考
-现有技术文档US 6 118 624，其中，将附加硬磁层安置在磁致电 阻元件的巨磁电阻(GMR)层之间，以提供偏磁场；然而，所述磁层 不是丝网印刷在磁致电阻传感器上的，并且不能在已被装配于磁致电
阻传感器上之后得到磁化；
-现有技术文档US 6 426 620B1，公开了一种同电路一起合并在 同一载体之上的巨磁电阻(GMR)传感器。
-现有技术文档WO 99/13519 Al，公开了一种用于磁致电阻设备
的蚀刻凹槽中的永磁体材料；以及
-现有技术文档WO 02/099451 A2，提出在磁致电阻传感器的制
造过程中提供并确定各种磁化方向。
发明内容
从上述缺点和缺陷出发，并根据所讨论的现有技术，本发明的目
的在于，进一步改进在以上背景技术中所说明的该类磁致电阻传感 器设备；在以上背景技术中所说明的该类梯度计、磁力计或传感器；
以及以上背景技术中所说明的该类方法，使得无需使用用于对传感元 件和/或磁致电阻传感器设备进行预置的外部或额外的偏磁场。
可以通过包括权利要求l的特征在内的磁致电阻传感器设备，通 过包括权利要求5的特征在内的梯度计、磁力计以及传感器，以及通过 包括权利要求7的特征在内的方法，实现本发明的目的。在各独立权利 要求中公开了本发明的优势实施例和有益改进。
本发明在原理上基于这一思想，目卩，将至少一"固有，，偏磁体集成 在磁致电阻传感器的至少一半导体封装或传感器封装中；更特别地， 出于小型化目的，提出通过添加至少一个具有永磁场特性的附加或额 外的硬磁层的方式，将偏磁场集成在磁致电阻传感器上；从而，无需
使用用于对磁致电阻磁致电阻传感器进行预置的外部或额外的磁场。 理论上，偏磁体的集成可以用利用薄膜技术置于磁致电阻传感器 上方或下方的至少一各向异性硬磁层予以实现。然而，采甩这样的各 向异性磁层，放置后将再也不能改变磁场的方向。因此，无法对磁偏 移进行补偿。此外，通常不得不在放置后通过蚀刻处理构造这样的各 向异性磁层。
由于上述原因，根据本发明的优势实施例，可以使用至少一种各
向同性磁浆和/或可磁化浆，后者基于，比如
-(各向异性)铁氧体粉末，如钡六方铁氧体粉末或锶六方铁氧体 粉末，或
-任何其它(各向异性)硬磁粉末，如稀土金属化合物。 可以利用玻璃晶化等技术生产钡六方铁氧体或锶六方铁氧体的
这样的粉末。各向异性粉末的随机混合提供了浆的(整体上的)各向
同性行为。
有利地，为了获得丝网印刷浆，随后可以将铁氧体粉末混如适当 的聚合物或玻璃焊剂。
根据本发明的特定发明方案，可以将可磁化浆丝网印刷到带有传 感器的硅晶片上；在此上下文中，可以将可磁化浆印刷到传感器晶片 的正面和/或背面上。本领域技术人员应理解的是，不必进一步对浆加 以构造。
当浆退火之后，可以进一步加工磁致电阻传感器。具体而言，可 以将磁致电阻传感器进行切块、成型以及磁化。有利地，由于能够在 传感器平面内任意选择磁场方向，并且能够通过交变磁化改变磁场方 向，因而能够对磁偏移进行补偿。封装后，可以在传感器平面内以任 意方向将可磁化浆磁化。
同现有技术文档JP 04-15 26 88相比，可以将可磁化将直接印刷在 传感器晶体的正面；因此，与现有技术文档JP 04-15 26 88中的磁膜相 比，该磁膜到传感器的距离要近两个数量级以上。
和现有技术文档US 2004/0130323 Al有所不同，在US 2004/0130323 Al中仅公开了对用于在晶片级提供各种磁化方向的(自 旋阀)巨磁电阻(GMR)传感器进行磁化的过程中的磁配置，本发明 公开了一种方法或过程，其中，能够分别以任一方向在现成产品上而 不是在基板级也不在晶片级而是进行磁化。
一般而言，本发明可用于，在并未配备一个或多个的外部磁体或 额外磁体的标准IC (集成电路)封装中，制造"现成的"梯度计和域磁 力计和/或传感器。
此外，可以将ASIC (专用集成电路)以及带有磁体的(MR)磁 致电阻传感器集成在一个标准IC (集成电路)封装中。
最后，本发明涉及，对上述至少一梯度计、磁力计或传感器，使 用上述至少一种磁致电阻传感器设备和/或上述方法，特别是
-用于至少一种通用梯度计、磁力计或传感器，后者基于
--AMR (各向异性磁致电阻)技术，特别是不含栓层，或
—巨磁电阻(GMR)技术，例如多层巨磁电阻(GMR)技术， 特别是不含栓层，
-用于至少一线性位移传感器，和/或
-用于至少一转速传感器。
根据将传感器布置成与所要测量的测量场的场强位置上的、测量 场的场线成预先确定的直线的原则，用于对所要测量的磁场(以下称 测量场)的场强进行测量的这样的传感器能够受到磁力的影响。
如以上己讨论过的，存在以有益方式实现并改进本发明教义的若
干选择。为此，参考分别从属于权利要求l、权利要求5以及权利要求7 的权利要求；以下以举例的方式参考三个优选实施例并参考附图，更 加详细地对本发明的进一步的改进、特征以及优点加以阐释，附图中.-图l示意性地示出了带有两个磁致电阻传感元件的基板或晶片的 一部分的第一实施例的剖面图，其中在传感元件的整个正面上印刷了 可磁化浆；
图2示意性地示出了带有两个磁致电阻传感元件的基板或晶片的 一部分的第二实施例的剖面图，其中在传感元件正面的各部分或局部 上印刷了可磁化浆；以及
图3示意性地示出了带有两个磁致电阻传感元件的基板或晶片的 一部分的第三实施例的剖面图，其中在传感元件的整个正面上印刷了 可磁化浆，还在基板或晶片的背面上印刷了可磁化浆。
用相同的参考数字表示图1至图3中的相应部分。
具体实施例方式
为避免不必要的重复，(除非另做声明)以下关于本发明的实施 例、特征以及优势的说明涉及
-依照本发明的磁致电阻传感器ioo的第一实施例(参见图l)以
及
-依照本发明的磁致电阻传感器100，的第二实施例(参见图2)以
及
-依照本发明的磁致电阻传感器100"的第三实施例(参见图3)， 实施例100， 100，， 200"均是根据本发明的方法制成的。 在图l、 2、 3中，利用各向同性硬磁层20t (参见图l， 2， 3)和/ 或20b (参见图3)实现偏磁场的集成，其中，能够利用薄膜技术或通 过丝网印刷方法将各向同性硬磁层20t (参见图l， 2， 3)和/或^b (参 见图3)置于基板或晶片10的 -上方(参见图l， 2， 3)或
-下方(参见图3)
其中传感元件30 (例如AMR (各向异性磁致电阻传感元件)置于 基板或晶片10上。
各向同性磁浆20t、 20b的原料是诸如铁氧体或稀土金属化合物等 可磁化粉末。然后，将该粉末混入适当的聚合物或玻璃焊剂，以获得 丝网印刷浆20t、 20b。将所述丝网印刷浆20t、 20b丝网印刷在带有传 感器30的基板晶片10上。
各向异性磁浆20t， 20b可印刷在
-晶片10的正面(+参考数字20t)，
-覆盖整个正面(参见依照图1的第一实施例和依照图3的第三实 施例)或
-部分或局部覆盖(参见根据图2的第二实施例)传感元件30结 构和/或
-覆盖在与传感元件30结构相对的，晶片10的背面(》参考数字 20b)(参见依照图3的第三实施例)。
不必进一歩对浆20t， 20b加以构造。
当浆退火形成磁层20t， 20b之后，可以进一步加工传感器IOO， 100'， 100"。具体而言，可以将传感器IOO， 100'， IOO"进行切块、成 型以及磁化。因为能够在传感器100， 100'， IOO"的平面内任意选择 由各向同性硬磁层20t， 20b提供的偏磁场方向，并且能够通过交变磁 化(remagnetization)改变所述偏磁场方向，因而可以对磁偏移进行补 偿。
在此上下文中，仅仅
-在传感器晶片或基板10的正面上部分或局部印刷(参见根据图2 的第二实施例)各向同性磁浆20t和/或
-在传感器晶片或基板10背面上部分或局部印刷各向同性磁浆
20b
能够有利于支持改变偏磁场方向的过程和/或有利于支持交变磁 化的过程。
本发明使得能够
-在标准IC (集成电路)封装中，制造现成的多功能梯度计、磁 力计或传感器，
-将专用集成电路(ASIC)以及带有偏磁体的MR (磁致电阻) 传感器集成在标准IC (集成电路)封装中，以及 -显著縮小现有的速度传感器封装的尺寸。
参考数字列表
100磁致电阻传感器设备，特别是，作为梯度计、磁力计或者传
感器的一部分的磁致电阻传感器设备，和/或作为梯度计、作为磁力计
或作为传感器予以实现的磁致电阻传感器设备O依照图l的第一实施
例)
100'磁致电阻传感器设备，特别是，作为梯度计、磁力计或者传
感器的一部分的磁致电阻传感器设备，和/或作为梯度计、作为磁力计
或作为传感器予以实现的磁致电阻传感器设备(=依照图2的第二实施 例)
100"磁致电阻传感器设备，特别是，作为梯度计、磁力计或者 传感器的一部分的磁致电阻传感器设备，和/或作为梯度计、作为磁力 计或作为传感器予以实现的磁致电阻传感器设备(=依照图3的第三实 施例)
10基板或晶片，特别是硅晶片
20b位于基板或晶片10背面的各向同性硬磁层或磁浆(=根据图3
的第三实施例)
20t位于基板或晶片正面的各向同性硬磁层或磁浆
30传感元件，特别是AMR (各向异性磁致电阻)传感元件
权利要求
1、一种磁致电阻传感器设备(100；100’；100”)，包括-至少一块基板或晶片(10)，特别是至少一块硅晶片，以及-至少一个传感元件(30)，特别是--至少一个各向异性磁致电阻(AMR)传感元件和/或--至少一个巨磁电阻(GMR)传感元件，比如至少一个多层巨磁电阻(GMR)传感元件，所述传感元件(30)安置于基板或晶片(10)的上方和/或下方，其特征在于至少一磁层(20t，20b)-安置于基板或晶片(10)的上方(20t)和/或下方(20b)，以及-至少部分安置于传感元件(30)的上方(20t)和/或下方(20b)，所述磁层(20t，20b)提供至少一个偏置磁场。
2、 根据权利要求l所述的传感器设备，其特征在于，所述磁层(20t， 20b):-是由至少一种各向异性磁浆和/或可磁化浆形成的，以及 -含有永磁场特性。
3、 根据权利要求2所述的传感器设备，其中，所述的浆基于可磁 化粉末，特别是，基于铁氧体和/或至少一种稀土化合物。
4、 根据权利要求2或3所述的传感器设备，其特征在于，至少部 分和/或至少局部地将所述的浆印刷，特别是丝网印刷在基板级或晶片 级，特别是，基板或晶片(10)的正面和/或背面。
5、 一种用于对所要测量的磁场的场强进行测量，特别是用于对 所要测量的磁场的时间梯度进行测量的梯度计、磁力计或传感器，其特征在于根据权利要求1至4中至少一项所述的至少一种磁致电阻传感器设备(100; 100，； 100")。
6、 根据权利要求5所述的梯度计、磁力计或传感器，其特征在于将所述的梯度计、磁力计或传感器实现为 -至少一通用梯度计、磁力计或传感器，所述通用梯度计、磁力 计或传感器基于-各向异性磁致电阻(AMR)技术，特别是不含栓层，或—巨磁电阻(GMR)技术，例如多层巨磁电阻(GMR)技术， 特别是不含栓层，-至少一线性位移传感器，和/或 -至少一转速传感器。
7、 一种制造磁致电阻传感器设备(100; 100，； 100")的方法，包括-至少一块基板或晶片(10)，特别是，至少一块硅晶片，以及-至少一个传感元件(30)，特别是 --至少一个各向异性磁致电阻(AMR)传感元件和/或 —至少一个巨磁电阻(GMR)传感元件，比如至少一个多层巨 磁电阻(GMR)传感元件，将所述传感元件(30)安置在基板或晶片(10)的上方和/或下方， 其特征在于将至少一磁层(20t， 20b):-安置在基板或晶片(10)上方(20t)和/或下方(20b)，以及 -至少部分安置在传感元件(30)的上方(20t)和/或下方(20b)， 所述磁层(20t， 20b)提供至少一个偏置磁场。
8、 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，-将可磁化粉末，如铁氧体粉和/或稀土化合物粉末混入适当的聚 合物或玻璃焊剂，以提供浆，特别是可丝网印刷的浆，-特别地，为了形成磁层(20t， 20b)，至少部分和/或至少局部地 将所述的浆印刷在，特别是丝网印刷在，基板级或晶片级，特别是基 板或晶片(10)的正面和/或背面，以及-为了形成传感器设备(100; 100，； 100")，对带有磁层(20t， 20b)并且带有传感元件(30)的基板或晶片(10)进行进一步加工，特别是，切块、成型和/或磁化。
9、 对根据权利要求5或6所述的至少一梯度计、磁力计以及传感 器，使用根据根据权利要求1至4中至少一项所述的至少一磁致电阻传感器设备(ioo; ioo'; ioo")禾n/或根据权利要求7或8所述的方法，特别是-用于至少一种通用梯度计、磁力计或传感器，所述通用梯度计、 磁力计或传感器基于-各向异性磁致电阻(AMR)技术，特别是不含栓层，或 —巨磁电阻(GMR)技术，比如多层巨磁电阻(GMR)技术， 特别是不含栓层，-用于至少一线性位移传感器，和/或 -用于至少一转速传感器。
10、根据权利要求9所述的使用，其特征在于，在至少一标准集 成电路(IC)封装中集成至少一专用集成电路(ASIC)禾口/或带有至 少一偏置磁场的至少一磁致电阻(MR)传感器。
全文摘要
为了进一步改进包括至少一块晶片(10)，特别是至少一块硅晶片；以及至少一个传感元件(30)，特别是至少一个各向异性磁致电阻传感元件和/或至少一个巨磁电阻(GMR)传感元件，比如至少一个多层巨磁电阻(GMR)传感元件；其中所述传感元件(30)安置于基板和/或晶片(10)的上方和/或下方的磁致电阻传感器设备(100；100’；100”)，以及制造这样的磁致电阻传感器设备(100；100’；100”)的相应方法，使得无需使用用于对传感元件(10)和/或磁致电阻传感器设备(100；100’；100”)进行预置的外部或额外的偏磁场，提出将至少一个磁层(20t，20b)安置在基板或晶片(10)的上方(20t)和/或下方(20b)，并至少部分安置在传感元件(30)上方(20t)和/或下方(20b)，所述磁层(20t，20b)提供至少一个偏磁场。
文档编号G01R33/09GK101389972SQ200780006264
公开日2009年3月18日 申请日期2007年2月13日 优先权日2006年2月23日
发明者莱恩哈德·布赫霍德, 阿恩·克莱默 申请人:Nxp股份有限公司