推挽式芯片翻轉(zhuǎn)半橋磁阻開關(guān)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種推挽式半橋磁阻開關(guān)。該磁阻開關(guān)包括兩個磁傳感芯片，每個磁傳感芯片具有一個磁感應(yīng)電阻器以及磁感應(yīng)電阻器的電氣連接焊盤，其特征在于，所述兩個磁傳感芯片電氣互連，二者感應(yīng)方向反平行，構(gòu)成推挽式半橋電路，所述磁感應(yīng)電阻器包括一個或多個串聯(lián)連接的磁電阻元件，所述磁感應(yīng)電阻器的焊盤位于所述磁傳感芯片的相鄰邊，且每一焊盤能夠容納至少兩個焊線的焊接。根據(jù)本發(fā)明的磁阻開關(guān)能提高傳感器的靈敏度，減小輸出電壓的偏差以及輸出電壓隨溫度的漂移，有利于減小開關(guān)傳感器的體積并且提高開關(guān)傳感器的性能。
【專利說明】推挽式芯片翻轉(zhuǎn)半橋磁阻開關(guān)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種在單一封裝中含多個芯片的磁阻傳感器產(chǎn)品。更具體地，本發(fā)明 涉及一種推挽式芯片翻轉(zhuǎn)半橋磁阻開關(guān)。

【背景技術(shù)】
[0002] 磁性開關(guān)傳感器廣泛用于消費(fèi)電子、白色家電、三表（電表、水表、氣表)、汽車以及 工業(yè)應(yīng)用等領(lǐng)域。目前主流的磁性開關(guān)傳感器有霍爾傳感器和各向異性磁阻(AMR)傳感器。 在消費(fèi)電子和三表應(yīng)用領(lǐng)域，霍爾開關(guān)傳感器和AMR開關(guān)傳感器的功耗可達(dá)幾微安，這是 犧牲其工作頻率的情況下獲得的，其工作頻率為十幾赫茲，其開關(guān)點(diǎn)為幾十高斯；在汽車、 工業(yè)應(yīng)用等需要高工作頻率的環(huán)境，霍爾開關(guān)傳感器和AMR開關(guān)傳感器的功耗為毫安級， 其工作頻率為千赫茲級。
[0003] 以磁性隧道結(jié)（MTJ)元件為敏感元件的傳感器是近年來開始工業(yè)應(yīng)用的新型磁電 阻效應(yīng)傳感器，它利用的是磁性多層膜材料的隧道磁電阻效應(yīng)，主要表現(xiàn)在磁性多層膜材 料中隨著外磁場大小和方向的變化，磁性多層膜的電阻發(fā)生明顯變化。在消費(fèi)電子和三表 等低功耗應(yīng)用領(lǐng)域，以MTJ元件為敏感元件的開關(guān)傳感器在工作頻率為千赫茲時的功耗為 微安級，開關(guān)點(diǎn)為十幾高斯；在汽車、工業(yè)應(yīng)用等需要高工作頻率的環(huán)境，以MTJ元件為敏 感元件的開關(guān)傳感器的工作頻率可達(dá)兆赫茲，功耗僅為微安級別。
[0004] 由于現(xiàn)有開關(guān)傳感器無論在休眠或工作狀態(tài)功耗都較高，且工作頻率低，為此需 要一種高靈敏度，無論在休眠或工作狀態(tài)功耗低，響應(yīng)頻率高，體積小的開關(guān)傳感器。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 現(xiàn)有的開關(guān)傳感器無論在休眠或工作狀態(tài)功耗都較高，且工作頻率低，為此需要 一種高靈敏度，無論在休眠或工作狀態(tài)功耗低，響應(yīng)頻率高，體積小的開關(guān)傳感器。本發(fā)明 提出了一種推挽式芯片翻轉(zhuǎn)半橋磁阻傳感器，可以提高傳感的性能。
[0006] 為了是實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的方案是，推挽式半橋磁阻開關(guān)包括兩個磁感 應(yīng)電阻，每個磁感應(yīng)電阻在各自獨(dú)立的芯片上，構(gòu)成獨(dú)立的磁傳感芯片。磁傳感芯片之一相 對于另一個磁傳感芯片在感應(yīng)平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)了 180°，實(shí)現(xiàn)了半橋形式的輸出電路。這種半橋 電路外圍可以連接諸如電源調(diào)整電路、放大電路、數(shù)字開關(guān)控制電路等特定的驅(qū)動電路。這 兩個磁傳感芯片帶有用于引線鍵合的焊盤，磁阻磁傳感芯片和其他電路通過引線鍵合的方 式實(shí)現(xiàn)電氣連接。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明的推挽式半橋磁阻開關(guān)可以達(dá)到的有益效果有：推挽全橋的結(jié)構(gòu)能提 高傳感器的靈敏度；兩個傳感器芯片可以較好地匹配，減小輸出電壓的偏差，并且減小輸出 電壓隨溫度的漂移；新穎的封裝和引線鍵合方式有利于減小開關(guān)傳感器的體積并且提高開 關(guān)傳感器的性能。
[0008] 上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)方案， 并可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例并配合附圖詳細(xì)說明如后。 本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】由以下實(shí)施例詳細(xì)給出。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009] 此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本發(fā) 明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中： [0010] 圖1是連到電表的MTJ元件的橫截面示意圖。
[0011] 圖2是串聯(lián)的MTJ元件構(gòu)成的磁電阻元件串的橫截面示意圖。
[0012] 圖3是位于兩個永磁體之間的MTJ元件的透視圖。
[0013] 圖4是磁感應(yīng)電阻與外加磁場的關(guān)系圖。
[0014] 圖5是TMR元件構(gòu)成的半橋電路的電壓與外加磁場的關(guān)系圖。
[0015] 圖6是根據(jù)本發(fā)明中的包括磁傳感芯片和ASIC的推挽式半橋磁阻開關(guān)的電路框 圖
[0016] 圖7 (a)和（b)是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的磁傳感芯片的代表電路圖和頂視圖。
[0017] 圖8是圖7 (b)所示磁傳感芯片的部分細(xì)節(jié)圖。
[0018] 圖9是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的磁傳感芯片的頂視圖。
[0019] 圖10是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的磁阻傳感芯片的頂視圖。
[0020] 圖11是根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的磁阻傳感芯片的頂視圖。
[0021] 圖12是根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的磁阻傳感芯片的頂視圖。
[0022] 圖13 (a)和（b)是根據(jù)本發(fā)明第一類型和第二類型的半橋電路的電路原理圖。
[0023] 圖14根據(jù)本發(fā)明的另一種磁阻開關(guān)電路的電路框圖。
[0024] 圖15 (a)和（b)展示了 ASIC的焊盤的兩種分布方式。
[0025] 圖16顯示了根據(jù)本發(fā)明的第一種磁傳感芯片磁阻傳感器封裝形式。
[0026] 圖17顯示了第二磁阻傳感器磁傳感芯片封裝形式。
[0027] 圖18顯示了第三種磁阻傳感器磁傳感芯片封裝形式
[0028] 圖19顯示了第四種磁阻傳感器磁傳感芯片封裝形式

【具體實(shí)施方式】
[0029] 下面將參照附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行說明。
[0030] 圖1是連接到電表的MTJ元件的橫截面示意圖，其示出MTJ元件的結(jié)構(gòu)和電子測 量原理。MTJ1包括釘扎層2、隧道勢壘層5和鐵磁層6,也稱敏感層6。釘扎層2由鐵磁層 4,也稱被釘扎層4和反鐵磁層3構(gòu)成，鐵磁層4和反鐵磁層3之間的交換耦合作用決定了 鐵磁層4的磁化方向。隧道勢壘層5通常由MgO或A1 203構(gòu)成，位于鐵磁層4的上部。鐵磁 層6位于隧道勢壘層5的上部。箭頭8和箭頭7分別代表被釘扎層4和敏感層6的磁化矢 量。被釘扎層4的磁化矢量8在一定大小的磁場作用下是相對固定的，敏感層6的磁化矢 量7相對于被釘扎層4的磁化矢量8的是相對自由且可旋轉(zhuǎn)的。為了減小磁滯效應(yīng)，可以 添加一個垂直于感應(yīng)方向的磁場，交叉軸偏置場H bias(詳細(xì)描述見第34段)。對于減少磁滯 效應(yīng)，磁感應(yīng)層的磁化矢量7需要有一個平穩(wěn)的轉(zhuǎn)動。反鐵磁層3、鐵磁層4、隧道勢壘層5 和鐵磁層6各層的典型厚度為0· lnm到100nm之間。
[0031] 下電極層16和上電極層17分別與反鐵磁層3和敏感層6連接。電極層16,17通 常采用非磁性導(dǎo)電材料，能夠攜帶電流輸入歐姆計18。歐姆計18在MTJ兩個電極層之間加 一固定的電勢或電流，并相應(yīng)產(chǎn)生出一電流值或電壓值，從而計算出MTJ的電阻值。通常情 況下，隧道勢壘層5提供了器件的大多數(shù)電阻，約為1000歐姆，而所有導(dǎo)體的阻值約為10 歐姆。底電極層16形成于絕緣基片9上方，絕緣基片9的邊緣要超過底電極層16的邊緣。 絕緣基片9形成在基底基片10的上方。基底基片的材料可以是例如，娃，也可以是石英、耐 熱玻璃、GaAs、AlTiC等可以集成晶圓的材料。硅由于其易于加工為集成電路，盡管磁傳感 器不總是需要這種電路，所以成為最好的選擇。
[0032] 圖2示出由串聯(lián)的MTJ元件形成的電阻臂的橫截面示意圖。
[0033] 由于尺寸小，MTJ元件能夠串聯(lián)連接成MTJ元件串以增加靈敏度，減少1/F(1/頻 率）噪聲，同時可以提高其靜電放電ESD性能，見圖2。MTJ元件40在底電極41和頂電極 42中間，三者形成三明治結(jié)構(gòu)。電流43垂直流過MTJ元件40,然后再水平流過底電極41 或頂電極42,繼而再垂直流過相鄰的MTJ元件，如此交替構(gòu)成了 MTJ元件串的電流通路。底 電極41在絕緣基片9的上方，如果有必要，絕緣基片下方可以增加一層基底基片10。在構(gòu) 成傳感器的橋式電路中，有參考臂和感應(yīng)臂，參考臂的電阻值不隨外加磁場的變化而變化， 而感應(yīng)臂的電阻值隨外加磁場的變化而變化。如果使參考臂和感應(yīng)臂的MTJ元件具有相同 的尺寸，可以使器件的性能不受制作工藝中刻蝕步驟的影響。同時，每一串上的MTJ元件數(shù) 量可以不同，這能使在參考臂和感應(yīng)臂上設(shè)置的電阻比值達(dá)到最佳。
[0034] 芯片上的永磁鐵設(shè)計
[0035] 接下來將介紹一種提供Hbias的方法，如圖3所示，MTJ元件70固定在兩個永磁鐵 71中間，兩個永磁鐵定位在芯片上?？紤]到清晰度，在圖中就沒有顯示出在半導(dǎo)體基片底部 上構(gòu)造的頂層。例如條形的永磁鐵71具有寬度（W) 73,厚度（t) 74和長度（Ly) 75,其間具 有間隙（Gap)72。條形永磁鐵用于提供在基片面內(nèi)、其方向垂直于敏感軸或者Y軸76的交 叉偏置場。這個方向被稱為交叉軸或直接稱為X軸78。磁電阻元件70被設(shè)計成具有短軸 1^82、長軸1*83的橢圓形狀。磁電阻元件的橫截面70,如圖3所示。條形永磁鐵首先用強(qiáng) 磁場進(jìn)行充磁，它們的剩余磁化強(qiáng)度M pm77能與MTJ元件的敏感軸或者Y軸76大致垂直，與 交叉軸或者X軸78大致平行，并位于X-Y面內(nèi)。此處X軸和Y軸是標(biāo)準(zhǔn)正交的笛卡爾坐標(biāo) 軸，Z軸是基片的法線方向。X-Y平面也稱作為感應(yīng)面。
[0036] 圖4是單個磁感應(yīng)電阻器的電阻值與外加磁場的關(guān)系圖。如圖4 (a)所示，當(dāng)外 加磁場20的方向與如虛線所示的釘扎層2的磁矩方向平行，且外加磁場的強(qiáng)度值大于H1 時，如實(shí)線所示的敏感層6的磁矩方向與外加磁場20的方向平行，進(jìn)而與釘扎層2的磁化 矢量方向平行，這時MTJ元件的電阻最小。當(dāng)外加磁場20的方向與釘扎層2的磁化矢量方 向反平行時，同時外加磁場的強(qiáng)度大于H2時，敏感層6的磁矩方向與外加磁場20的方向平 行，進(jìn)而與釘扎層2的磁化矢量方向反平行，這時MTJ的電阻最大。H1與H2之間的磁場范 圍就是MTJ元件的測量范圍。當(dāng)將圖4 (a)所對應(yīng)的磁感應(yīng)電阻在感應(yīng)平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)180° 而施加與圖4 (a)相同的外加磁場時，得到的關(guān)系曲線如圖4 (b)所示。
[0037] 若將兩個磁感應(yīng)電阻器串聯(lián)，形成一個半橋電路，把其中的一個磁感應(yīng)電阻器在 感應(yīng)平面內(nèi)進(jìn)行180°的旋轉(zhuǎn)，以使串聯(lián)連接的兩個磁感應(yīng)電阻器分別具有如圖4 (a)和 4 (b)的響應(yīng)曲線。該半橋電路的兩個磁感應(yīng)電阻器對相同的外加磁場具有相反的極性響 應(yīng)，并被稱為推挽式半橋，因?yàn)楫?dāng)一個磁感應(yīng)電阻器的電阻值增加時，另外一個磁感應(yīng)電阻 器的電阻值減小。這種推挽式芯片翻轉(zhuǎn)半橋磁阻傳感器的輸出如圖5中的曲線21所示。 這是一個推挽式半橋電路輸出電壓（V)與外加磁場的H20的曲線。對于數(shù)值大的正向磁場 +H，推挽式半橋電路的輸出電壓為最大值V max，25。對于數(shù)值大的負(fù)向磁場-H，推挽式半橋 電路的輸出電壓為最小值Vmin，23。在外加磁場為零時，推挽式半橋電路的輸出電壓為中間 值V mid，24, Vmid大約為Vmax和Vmin的平均值?？梢杂秒妷罕頊y量推挽式半橋電路的輸出，該 輸出可以作為信號處理電路如磁阻開關(guān)電路的輸入。
[0038] 圖6顯示根據(jù)本發(fā)明中的包括磁傳感芯片和ASIC的推挽式半橋磁阻開關(guān)的電路 框圖。其輸出特性如圖5所示的推挽式半橋電路可以用來構(gòu)成磁阻開關(guān)的"磁電阻傳感器 (MR Sensor) "87。該推挽式半橋電路有三個連接端子，分別是電源端子Vbias、接地端子GND 和半橋輸出端子。半橋輸出端子的輸出VMdge如圖5中的曲線21所示。圖6所示的 推挽式半橋磁阻開關(guān)除MR Sensor部分的電路均可以集成在一個用于將所述推挽式半橋電 路的輸出信號轉(zhuǎn)換成開關(guān)信號的ASIC中。該ASIC例如包括穩(wěn)壓電路83,內(nèi)部參考電路86， 多路復(fù)用器88,低通濾波器91，以及其后依次連接的比較電路61，數(shù)字控制電路92以及鎖 存和驅(qū)動電路93等。MR Sensor的具體結(jié)構(gòu)將在后面進(jìn)彳丁說明，圖14中顯不了在此開關(guān)電 路中的芯片與芯片的連接。下面將首先描述本發(fā)明的磁傳感芯片的物理布局。
[0039] 每一磁感應(yīng)電阻器由大量的MTJ兀件構(gòu)成。磁感應(yīng)電阻器位于基底基片10上，基 片材料通常是硅，也可以是玻璃、印刷電路板、氧化鋁、陶瓷等材料。通過光刻等制造工藝， 可以在例如硅晶圓上的某個長方形區(qū)域內(nèi)制造出大量相同的磁感應(yīng)電阻器，然后利用晶圓 切割、激光切割等不損壞芯片的方法，將這些位于同一晶圓上的大量的器件分離成單獨(dú)的 器件，分離后的每個器件稱為一個磁傳感芯片。切割工藝決定了磁傳感芯片的外形，通常情 況下，芯片的外形是矩形的。如果同一晶圓上生產(chǎn)的芯片種類較多，會加大芯片的生產(chǎn)、測 試和封裝的難度。因此，為了達(dá)到更好的經(jīng)濟(jì)效益，同一晶圓上生產(chǎn)的器件應(yīng)盡量相同。而 本發(fā)明中的推挽式半橋電路中的兩個磁傳感芯片優(yōu)選采用同樣的器件，由此來簡化生產(chǎn)步 驟，提高經(jīng)濟(jì)效益。然而在應(yīng)用時，需要解決下面兩個難點(diǎn)：如何與例如圖6所示的開關(guān)中 其他電路，如線性放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、電源電路、控制電路等匹配，以構(gòu)成正常工作的 開關(guān)；以及如何在MR Sensor中這兩個磁傳感芯片被布置為使得其具有相反的極性響應(yīng)。
[0040] 根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，將串聯(lián)的兩個磁傳感芯片之一進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，來構(gòu)成一個推 挽式半橋電路。圖7 (a)和（b)顯示了由磁感應(yīng)電阻器構(gòu)成的磁傳感芯片的代表電路圖和 頂視圖，磁感應(yīng)電阻器是由串聯(lián)連接的MTJ元件構(gòu)成的磁電阻元件串?？驁D102為磁傳感 芯片的磁學(xué)和電路示意圖，一個磁感應(yīng)電阻器108有兩個端子，例如，根據(jù)圖上的位置，釘 扎層的磁化矢量8所指向的端子被命名為"頂端" 1. 1，另一端被命名為"底端" 2. 1。每一 端有兩個電氣上互連的端子，頂端1. 1與電氣端子1. 2相連，底端2. 1與電氣端子2. 2相 連，各端以及電氣上互連的端子用正方形或者圓形表示，其中圓形電氣端子與頂端對應(yīng)，并 對應(yīng)于圓焊盤104,通過這個圓焊盤來辨別磁感應(yīng)電阻器的方向。黑色箭頭8代表釘扎層的 磁化矢量的方向，箭頭7是在某一外加磁場(如圖5中20)下敏感層磁化矢量的方向，感應(yīng) 軸76與釘扎層的磁化矢量8平行。
[0041] 圖7 (b)中的矩形芯片101是磁傳感芯片，圖7 (b)具有根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1的物 理布局。該芯片具有四個焊盤103-106,對應(yīng)7 (a)中的端子1.1，1.2,2.1，2. 2。焊盤104 是圓形的，而其他三個焊盤是正方形的。這樣的布局可以起到識別芯片方向、辨別感應(yīng)軸的 符號和方向的作用。永磁鐵71提供交叉軸偏置場Hbias。一個磁感應(yīng)電阻108由許多串聯(lián) 的MTJ元件40構(gòu)成。頂電極42用來實(shí)現(xiàn)焊盤和磁電阻元件串之間、磁電阻元件串和磁電 阻元件串之間的電氣連接。
[0042] 圖8是圖7(b)的局部放大示意圖。橢圓形的實(shí)線40是MTJ元件，長方形41是底 電極，長方形42是頂電極。圖7和圖8 -起構(gòu)成了本發(fā)明實(shí)施例1磁傳感芯片的頂視圖。 下面的各實(shí)施例均采取這種電氣互聯(lián)方式，后面將不再贅述。圖9-12分別示出了根據(jù)本發(fā) 明實(shí)施例2至實(shí)施例5的磁傳感芯片的布局，其中磁電阻串的個數(shù)可不同，MTJ元件尺寸可 不同，焊盤的大小和位置可不同。
[0043] 圖9中的矩形芯片101是磁傳感芯片，具有根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例2的物理布局。該 芯片具有四個焊盤103-106,是電氣連接點(diǎn)的物理實(shí)施例。例如，焊盤104,對應(yīng)端子1. 2， 具有圓形的形狀，而其他三個焊盤是正方形的。永磁體71提供交叉軸偏置場Hbias。一個磁 感應(yīng)電阻108由許多串聯(lián)的MTJ元件40構(gòu)成。頂電極42用來實(shí)現(xiàn)焊盤和磁電阻元件串之 間、磁電阻元件串和磁電阻元件串之間的電氣連接。
[0044] 圖10中的矩形芯片101是磁傳感芯片，具有根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例3的物理布局。該 芯片具有四個焊盤103-106,是電氣連接點(diǎn)的物理實(shí)施例。例如，焊盤104,對應(yīng)端子1. 2,有 圓形的形狀，而其他三個焊盤是正方形的。永磁體71提供交叉軸偏置場Hbias。一個磁感應(yīng) 電阻108由許多串聯(lián)的MTJ元件40構(gòu)成。頂電極42用來實(shí)現(xiàn)焊盤和磁電阻元件串之間、 磁電阻元件串和磁電阻元件串之間的電氣連接。
[0045] 圖11中的矩形芯片101是磁傳感芯片，具有根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例4的物理布局。該 芯片具有四個焊盤103-106,是電氣連接點(diǎn)的物理實(shí)施例。例如，焊盤104,對應(yīng)端子1. 2， 具有圓形的形狀，而其他三個焊盤是正方形的。永磁體71提供交叉軸偏置磁Hbias。一個磁 感應(yīng)電阻108由許多串聯(lián)的MTJ元件40構(gòu)成。頂電極42用來實(shí)現(xiàn)焊盤和磁電阻元件串之 間、磁電阻元件串和磁電阻元件串之間的電氣連接。
[0046] 圖12中的矩形芯片101是磁傳感芯片，具有根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例5的物理布局。該 芯片101具有兩個焊盤，相對于以上的各實(shí)施例，該實(shí)施例5芯片的每個焊盤被拉長，以容 納兩個電氣連接點(diǎn)。例如，焊盤109包含端子1. 1和1. 2對應(yīng)的焊接點(diǎn)，焊盤110包含端子 2. 1和2. 2對應(yīng)的焊接點(diǎn)。永磁體71提供交叉軸偏置場Hbias。一個磁感應(yīng)電阻108由許多 串聯(lián)的MTJ元件40構(gòu)成。頂電極42用來實(shí)現(xiàn)焊盤和磁電阻元件串之間、磁電阻元件串和 磁電阻元件串之間的電氣連接。
[0047] 圖13 (a)和13 (b)是根據(jù)本發(fā)明第一類型和第二類型的"芯片翻轉(zhuǎn)形成的半橋 電路"的電路原理圖，顯示了兩個磁傳感芯片101和10Γ在感應(yīng)平面內(nèi)進(jìn)行180度旋轉(zhuǎn)和 放置的兩種方法的電學(xué)和磁學(xué)的示意圖。這兩種配置由芯片的中心點(diǎn)矢量方向和感應(yīng)軸之 間的關(guān)系來描述。配置118中，兩磁傳感芯片的感應(yīng)軸與磁傳感芯片中心之間的連線互相 平行。配置119中，兩磁傳感芯片的感應(yīng)軸與磁傳感芯片中心之間的連線互相垂直。像上 面所述一樣，感應(yīng)軸76與每個磁傳感芯片上的黑箭頭平行。
[0048] 配置118和配置119分別有三個電氣終端：GND111，Vfcidge112, Vbias113。另外，還 有一些電氣連接線114-117,這些線也可稱為焊線，可以作為芯片內(nèi)部焊盤到器件外部焊 盤的電氣連接線。通過連接線117,兩個芯片101和10Γ構(gòu)成了串聯(lián)結(jié)構(gòu)，位于半橋電路低 端的磁傳感芯片通過連接線114連接到GND。位于半橋電路高端的磁傳感芯片通過連接線 116連接到電源Vbias，半橋電路的輸出通過連接線115連接到輸出端VMdge。
[0049] 圖14是圖6改進(jìn)的推挽式半橋磁阻開關(guān)的電路方框圖，其中添加了圖13中的芯 片翻轉(zhuǎn)形成的半橋電路。圖14中框線87是芯片翻轉(zhuǎn)形成的半橋電路的電路框圖，框線130 是圖6所示的ASIC電路框圖，將ASIC電路圖中的連接點(diǎn)GND111，V fcidge112和Vbias113分 別與半橋電路對應(yīng)端子相連，即可完成半橋電路和ASIC電路的互連。ASIC的外部端子有： Vcc81、Vwt85以及GND111'，位于圖右側(cè)。GND111和GND111'可以通過一根集成在芯片上的 長的鍵合線相連，或者在一個大焊盤上實(shí)現(xiàn)GND111和GND11Γ兩個接地點(diǎn)。
[0050] 圖15是圖14中ASIC焊盤的兩種分布方式的頂視圖。圖15 (a)是第一種方式形 成的 ASIC130,它具有以下焊盤：Vcc81，ν_85, GND111 和 11Γ，Vfcidge112 和 Vbias113。圖 15 (b)是第二種方式形成的ASIC130'。它具有以下的焊盤：V。。81、V。ut85、GNDlll和llΓ(兩 個獨(dú)立的焊盤)，V Mdge (2個）112和Vbias113。這兩種芯片具有相似的功能，但每個版本支 持不同的互連布局。
[0051] 要形成一個完整的磁阻開關(guān)，需要將例如ASIC的集成電路和兩個磁阻傳感芯片 封裝為一個單一的三端封裝件。下面參照圖16-19來描述根據(jù)本發(fā)明的一些可能的封裝方 法。
[0052] 圖16左側(cè)所示為芯片引線框架和引線鍵合圖。矩形框143是芯片引線框架的基 島，由銅或者其他導(dǎo)電材料制作而成，基島143與傳感器的接地端140相連。磁傳感芯片 101和10Γ位于基島143的上部，ASIC130位于基島143的下部，芯片與基島的粘結(jié)可以用 環(huán)氧樹脂等具有粘合性能的膠。磁阻傳感芯片101和10Γ被布置為使得對于相同的外加 磁場二者具有彼此相反的極性響應(yīng)，例如釘扎層的磁化矢量相對彼此旋轉(zhuǎn)180度，并像圖 所示方向那樣放置，以使器件的感應(yīng)方向平行于感應(yīng)軸76。除了連接磁芯片101、101'和 ASIC130這樣的互連線114-117外，還有另外三根互連線：互連線118連接ASIC的GND111' 到基島143的GND端140,形成GND端；互連線119連接ASIC上的乂_到內(nèi)引腳141，形成 輸出端OUTPUT?；ミB線120連接V cc到內(nèi)引腳142上，形成^端。當(dāng)焊線完成時，基島和 內(nèi)引腳都是封在塑料殼里，在而外部引腳位于塑料殼外部，作為整個器件的引出腳。右圖中 145為磁阻開關(guān)產(chǎn)品的封裝外形。
[0053] 圖17左側(cè)所示為芯片引線框架和引線鍵合圖。矩形框143是芯片引線框架的基 島，由銅或者其他導(dǎo)電材料制作而成，基島143與傳感器的接地端140相連。磁傳感芯片 101和10Γ位于基島143的上部，ASIC130位于基島143的下部，芯片與基島的粘結(jié)可以用 環(huán)氧樹脂等具有粘合性能的膠。磁傳感芯片101和10Γ被布置為使得對于相同的外加磁 場二者具有彼此相反的極性響應(yīng)，例如釘扎層的磁化矢量相對彼此旋轉(zhuǎn)180度，并像圖所 示方向那樣放置，以使器件的感應(yīng)方向平行于感應(yīng)軸76。除了連接磁傳感芯片101、101'和 ASIC130這樣的互連線114-117外，還有另外三根互連線：互連線118連接ASIC的GND111' 到基島143的GND端140,形成GND端；互連線119連接ASIC上的乂_到內(nèi)引腳141，形成 OUTPUT端?；ミB線120連接^到內(nèi)引腳142上，形成Vcc端。當(dāng)焊線完成時，基島和內(nèi)引 腳都是封在塑料殼里，在而外部引腳位于塑料殼外部，作為整個器件的引出腳。右圖中146 為推挽式半橋磁阻開關(guān)的封裝外形。
[0054] 圖18左側(cè)所示為芯片引線框架和引線鍵合圖。矩形框143是芯片引線框架的基 島，由銅或者其他導(dǎo)電材料制作而成，基島143與傳感器的接地端140相連。磁傳感芯片 101和10Γ位于基島143的上部，ASIC130位于基島143的下部，芯片與基島的粘結(jié)可以用 環(huán)氧樹脂等具有粘合性能的膠。磁傳感芯片101和10Γ被布置為使得對于相同的外加磁 場二者具有彼此相反的極性響應(yīng)，例如釘扎層的磁化矢量相對彼此旋轉(zhuǎn)180度，并像圖所 示方向那樣放置，以使器件的感應(yīng)方向平行于圖中的感應(yīng)軸76。除了連接磁傳感芯片101、 10Γ和ASIC130這樣的互連線114-117外，還有另外三根互連線：互連線118連接ASIC的 GND111'到基島143的GND端140,形成GND端；互連線119連接ASIC上的V-到內(nèi)引腳 141，形成OUTPUT端?；ミB線120連接\^到內(nèi)引腳142上，形成端。當(dāng)焊線完成時，基 島和內(nèi)引腳都是封在塑料殼里，在而外部引腳位于塑料殼外部，作為整個器件的引出腳。右 圖中145為推挽式半橋磁阻開關(guān)的封裝外形。
[0055] 圖19左側(cè)所示為芯片引線框架和引線鍵合圖。矩形框143是芯片引線框架的基 島，由銅或者其他導(dǎo)電材料制作而成，基島143與傳感器的接地端140相連。磁傳感芯片 101和10Γ位于基島143的上部，ASIC130位于基島143的下部，芯片與基島的粘結(jié)可以用 環(huán)氧樹脂等具有粘合性能的膠。磁傳感芯片101和10Γ被布置為使得對于相同的外加磁 場二者具有彼此相反的極性響應(yīng)，例如釘扎層的磁化矢量相對彼此旋轉(zhuǎn)180度，并像圖所 示方向那樣放置，以使器件的感應(yīng)方向平行于圖中的感應(yīng)軸76。除了連接磁傳感芯片101、 10Γ和ASIC130這樣的互連線114-117外，還有另外三根互連線：互連線118連接ASIC的 GND111'到基島143的GND端140,形成GND端；互連線119連接ASIC上的￥_到內(nèi)引腳 141，形成OUTPUT端?；ミB線120連接\^到內(nèi)引腳142上，形成端。當(dāng)焊線完成時，基 島和內(nèi)引腳都是封在塑料殼里，在而外部引腳位于塑料殼外部，作為整個器件的引出腳。右 圖中146為推挽式半橋磁阻開關(guān)的封裝外形。
[0056] 以上借助優(yōu)選實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，但是本發(fā)明不限于此。本技術(shù)領(lǐng) 域技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明的原理進(jìn)行各種修改。因此，凡按照本發(fā)明原理所作的修改，都 應(yīng)當(dāng)理解為落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種推挽式半橋磁阻開關(guān)，包括兩個磁傳感芯片，每個磁傳感芯片具有一個磁感應(yīng) 電阻器以及磁感應(yīng)電阻器的電氣連接焊盤，其特征在于 ： 所述兩個磁傳感芯片電氣互連，二者感應(yīng)方向反平行，構(gòu)成推挽式半橋電路， 所述磁感應(yīng)電阻器包括一個或多個串聯(lián)連接的磁電阻元件， 所述磁感應(yīng)電阻器的焊盤位于所述磁傳感芯片的相鄰邊，且每一焊盤能夠容納至少兩 個焊線的焊接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的推挽式半橋磁阻開關(guān)，其特征在于：該開關(guān)還包括至少一個 用于將所述推挽式半橋電路的輸出信號轉(zhuǎn)換成開關(guān)信號的ASIC。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的推挽式半橋磁阻開關(guān)，其特征在于：每個磁傳感芯片包括至 少三個電氣連接點(diǎn)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的推挽式半橋磁阻開關(guān)，其特征在于：該開關(guān)至少包括電源端 子，接地端子和輸出端子，通過導(dǎo)電的引線框架上的鍵合點(diǎn)、引線框架上的鍵合引線，實(shí)現(xiàn) 各端子與所述磁傳感芯片以及ASIC的連接。
5. -種推挽式半橋磁阻開關(guān)，包括兩個磁傳感芯片，每個磁傳感芯片具有一個磁感應(yīng) 電阻器以及磁感應(yīng)電阻器的電氣連接焊盤，其特征在于 ： 所述兩個磁傳感芯片電氣互連，二者感應(yīng)方向反平行，構(gòu)成推挽式半橋電路， 所述磁感應(yīng)電阻器包括一個或多個串聯(lián)連接的磁電阻元件， 所述磁感應(yīng)電阻器的焊盤位于所述磁傳感芯片角落處，且位于對角的焊盤與磁感應(yīng)電 阻器的同一端子電氣連接。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的推挽式半橋磁阻開關(guān)，其特征在于：該開關(guān)還包括至少一個 用于將所述推挽式半橋電路的輸出信號轉(zhuǎn)換成開關(guān)信號的ASIC。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的推挽式半橋磁阻開關(guān)，其特征在于：每個磁傳感芯片至少有 三個電氣連接點(diǎn)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的推挽式半橋磁阻開關(guān)，其特征在于：該開關(guān)至少包括電源端 子，接地端子和輸出端子，通過導(dǎo)電的引線框架以及引線框架上的引線，實(shí)現(xiàn)端子與所述磁 傳感芯片以及ASIC的連接。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的推挽式半橋磁阻開關(guān)，其特征在于：所述磁電阻元件是 MTJ元件。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的推挽式半橋磁阻開關(guān)，其特征在于：所述磁電阻元件是 GMR元件。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的推挽式半橋磁阻開關(guān)，其特征在于：所述磁電阻元件是 AMR元件。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的推挽式半橋磁阻開關(guān)，其特征在于：所述磁電阻元件利 用片上永磁體進(jìn)行磁偏置。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的推挽式半橋磁阻開關(guān)，其特征在于：所述磁電阻元件利 用堆棧進(jìn)行磁偏置。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的推挽式半橋磁阻開關(guān)，其特征在于：所述磁電阻元件利 用形狀各向異性進(jìn)行磁偏置。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的推挽式半橋磁阻開關(guān)，其特征在于：所述兩個磁傳感芯 片被布置為感應(yīng)軸方向相同，并且感應(yīng)軸的方向與兩個磁傳感芯片中心之間的連線平行或 垂直。
【文檔編號】H03K17/97GK104104376SQ201310111100
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2013年4月1日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月1日
【發(fā)明者】白建民, 沈衛(wèi)鋒, 雷嘯風(fēng), 張小軍, 鐘小軍 申請人:江蘇多維科技有限公司