CN110622020A

CN110622020A - 磁传感器

Info

Publication number: CN110622020A
Application number: CN201880032285.3A
Authority: CN
Inventors: 田边圭
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2017-05-16
Filing date: 2018-05-14
Publication date: 2019-12-27
Anticipated expiration: 2038-05-14
Also published as: US11269024B2; JP6941972B2; CN110622020B; WO2018212131A1; US20210003642A1; JP2018194393A

Abstract

本发明提供一种能够稳定地支撑磁性体块，并且能够使传感器芯片进一步小型化的磁传感器。其具有电路基板(20)所装载的传感器芯片(30)以及磁性体块(40)。传感器芯片(30)以使安装面(32)与装载面(21)相对的方式装载于电路基板(20)，并且磁性体块(40)以使第一表面(41)与元件形成面(31)相对，并且，使第二表面(42)与装载面(21)相对的方式装载于电路基板(20)。磁性体块(40)具有切口部，并且由切口部形成的空间(50)配置有端子电极(E11～E16)的一部分。根据本发明，可以稳定地支撑磁性体块。并且，由于在磁性体块中设置有切口部，因此可以使传感器芯片进一步小型化。

Description

磁传感器

技术领域

本发明涉及一种磁传感器，特别地，涉及一种具备用于将磁通集中于传感器芯片的磁性体块的磁传感器。

背景技术

使用了磁阻元件的磁传感器被广泛应用于电流计或磁编码器等。在磁传感器中，设置有用于将磁通集中于传感器芯片的磁性体块，在这种情况下，磁性体块被安装于传感器芯片的元件形成面(参考专利文献1)。

现有专利文献

专利文献

专利文献1：日本特开第2009-276159号公报

发明内容

发明想要解决的技术问题

但是，由于传感器芯片一般为小型的，因此在传感器芯片上不容易安装磁性体块，并且难以可靠地固定传感器芯片和磁性体块。特别地，在使用相对于元件形成面垂直方向的长度较长的磁性体块的情况下，传感器芯片上的支撑变得非常地不稳定，并且在某些情况下磁性体块也有脱落、折损的可能性。

另外，传感器芯片的元件形成面中，由于不能将端子电极配置于安装有磁性体块的部分，因此根据布局，必须避开磁性体块并且分散配置端子电极，并且还存在传感器芯片大型化的问题。

因此，本发明的目的在于提供一种能够稳定地支撑磁性体块，并且能够使传感器芯片更小型化的磁传感器。

用于解决技术问题的技术手段

根据本发明的磁传感器，其特征在于，具备：传感器芯片，其具有：元件形成面和安装面，其中，元件形成面形成有磁检测元件及多个端子电极，安装面与所述元件形成面大致正交；磁性体块，其具有：互相大致正交的第一及第二表面；以及电路基板，其具有：形成有多个焊盘图形(Land pattern)的装载面，所述传感器芯片以使所述安装面与所述电路基板的所述装载面相对的方式，装载于所述电路基板，所述磁性体块以使所述第一表面与所述传感器芯片的所述元件形成面相对，并且，使所述第二表面与所述电路基板的所述装载面相对的方式，装载于所述电路基板，所述磁性体块具有位于所述第一表面和所述第二表面之间的切口部，并且在由所述切口部形成的空间配置有所述多个端子电极的至少一部分。

根据本发明，由于在使传感器芯片以及磁性体块放平的状态下装载于电路基板上，因此可以稳定地支撑磁性体块。并且，由于切口部设置于磁性体块，因此无需为了避开磁性体块而分散配置端子电极。因此，可以进一步使传感器芯片小型化。

在本发明中，在空间还可以进一步配置有分别连接多个端子电极和多个焊盘图形的多个连接导体的至少一部分。由此，还防止了连接导体和磁性体块的干涉。在这种情况下，连接导体可以是焊料。由于焊料的熔点低，因此，存在因回流时的热量而引起的形状大幅变化，但是如果将焊料配置于上述空间，则即使形状变化，也可以防止磁性体块和焊料的干涉。

在本发明中，多个端子电极可以沿元件形成面的边缘以等间隔配置。由此，与在避开磁性体块并分散配置端子电极的情况相比，可以进一步使传感器芯片小型化。

在本发明中，磁性体块的切口部可以包含大致平行于第一表面的第三表面和大致平行于第二表面的第四表面，所述空间可以是被第三表面、第四表面、装载面以及元件形成面包围的空间。或者，磁性体块的切口部可以包含相对于第一及第二表面成钝角的第五表面，所述空间可以是被第五表面、装载面以及元件形成面包围的空间。再者，磁性体块的切口部可以包含凹型的曲面，所述空间可以是被曲面、装载面以及元件形成面包围的空间。如此，由切口部形成的空间的形状不受特别限制。

在本发明中，磁检测元件可以包含第一至第四磁检测元件，第一和第二磁检测元件可以位于从磁性体块的第一表面观察的一方侧，第三和第四磁检测元件可以位于从磁性体块的第一表面观察的另一方侧。由此，通过形成使用了4个磁检测元件的桥电路能够进行高灵敏度的磁检测。

发明的效果

如此，根据本发明，能够提供一种可以稳定地支撑磁性体块，并且能够进一步使传感器芯片小型化的磁传感器。

附图说明

图1是示出本发明的优选的实施方式所涉及的磁传感器10的外观的大致立体图。

图2是磁传感器10的大致侧视图。

图3是磁传感器10的大致正视图。

图4是磁传感器10的大致分解立体图。

图5是电路基板20的装载面21的部分扩大图。

图6是是磁传感器10的部分扩大图。

图7是用于说明端子电极E11～E16和磁检测元件R1～R4的连接关系的电路图。

图8是磁传感器芯片30的模式截面图。

图9是示出第一变形例所涉及的磁传感器10A的结构的图，其中，图9(a)是大致立体图；图9(b)是大致侧视图。

图10是示出第二变形例所涉及的磁传感器10B的结构的图，其中，图10(a)是大致立体图；图10(b)是大致侧视图。

符号说明

10、10A、10B 磁传感器

20 电路基板

21 装载面

22 阻焊剂

22a 阻焊剂的开口部

30 传感器芯片

30a 装载区域

31 元件形成面

31a 相对区域

32 安装面

33 基板

34、35 绝缘层

40 磁性体块

41 第一表面

42 第二表面

43 第三表面

44 第四表面

45 第五表面

46 曲面

50 空间

60 差动放大器

70 检测电路

C 补偿线圈

E11～E16 端子电极

E21～E26 焊盘图形

G 粘合剂

L1～L6 配线图形

R1～R4 磁检测元件

S 焊料

具体实施方式

在下文中，一边参照附图，一边对本发明的优选实施方式进行详细地说明。

图1是示出本发明的优选的实施方式所涉及的磁传感器10的外观的大致立体图。另外，图2是磁传感器10的大致侧视图、图3是磁传感器10的大致正视图、图4是磁传感器10的大致分解立体图。

如图1～图4所示，本发明所涉及的磁传感器10由电路基板20、装载于电路基板20的装载面21的传感器芯片30以及磁性体块40构成。

电路基板20是在树脂等的绝缘性基体形成有配线图形的基板，可以使用一般的印刷基板或插入(interposer)基板等。电路基板20的装载面21构成xy面，该装载面21装载有传感器芯片30以及磁性体块40。电路基板20的装载面21设置有6个焊盘图形E21～E26。

更详细地，如图5所示，电路基板20的装载面21的大部分被阻焊剂22覆盖，传感器芯片30的装载区域30a被定义为阻焊剂22的开口部22a。阻焊剂22覆盖多个配线图形L1～L6，露出于阻焊剂22的开口部22a的配线图形L1～L6的端部分别用作焊盘图形E21～E26。配线图形L1～L6连接有电源或后述的差动放大器等。

传感器芯片30具有大致长方体形状，元件形成面31形成有4个磁检测元件R1～R4。元件形成面31构成xz面，为使与元件形成面31大致正交的安装面32与电路基板20的装载面21相对，电路基板20装载有传感器芯片30。即，传感器芯片30以使元件形成面31与电路基板20的装载面21大致正交的方式放平并装载。

磁检测元件R1～R4只要是物理特性根据磁通密度而变化的元件，则没有特别限定。但是优选使用电阻值根据磁场的方向变化的磁阻元件(MR元件)。磁检测元件R1～R4的磁化固定方向全部沿图4的箭头A所示的方向(x方向中的正方向)排列。传感器芯片30使用集合基板并同时被制作多个，通过切割该被制作的传感器芯片而获得多个。因此，在本实施方式中，使切割后的传感器芯片30以90°横放的状态下装载于电路基板20。

此外，传感器芯片30的元件形成面31设置有6个端子电极E11～E16。这些端子电极E11～E16经由焊料S分别连接于对应的焊盘图形E21E26。在本实施方式中，端子电极E11～E16沿作为元件形成面31与安装面32的边界的边缘，在x方向上以等间隔配置。

磁性体块40由铁氧体等的高导磁率材料构成，在本实施方式中具有切出相当于大致长方体形状的一边的部分的形状。若更具体地说明，磁性体块40具有构成xz面的第一表面41和构成xy面的第二表面42，并且在它们之间具有设置有切口部的形状。切口部由构成xz面的第三表面43和构成xy面的第四表面44构成。并且，磁性体块40以使第一表面41与传感器芯片30的元件形成面31相对，并且，使第二表面42与电路基板20的装载面21相对的方式装载于电路基板20。

当磁性体块40装载于电路基板20时，磁性体块40的第一表面41面对位于磁检测元件R1、R2与磁检测元件R3、R4之间的相对区域31a。磁性体块40的第一表面41和传感器芯片30的相对区域31a可以互相紧贴，或者可以在两者间存在微小的间隙。但是，在本实施方式中，由于传感器芯片30和磁性体块40均被装载于电路基板20的装载面21，因此不需要通过粘合剂等固定传感器芯片30和磁性体块40。

如图2所示，当装载传感器芯片30以及磁性体块40于电路基板20时，在相当于磁性体块40的切口部的部分形成有空间50。空间50是被磁性体块40的第三和第四表面43、44、电路基板20的装载面21以及传感器芯片30的元件形成面31包围的区域。在本实施方式中，空间50的yz截面为矩形。

并且，在本实施方式中，该空间50容纳有端子电极E11～E16的一部分、焊盘图形E21～E26的一部分、以及连接它们的焊料S的一部分。因此，与磁性体块40不具有切口部的情况，即，与大致长方体形状的情况不同，不需要避开磁性体块40并分散地配置端子电极E11～E16等。因此，元件形成面31的x方向上的大致中央部可以以大致等间隔地排列端子电极E11～E16。由此，与避开磁性体块40而分散配置端子电极E11～E16的情况相比，可以使传感器芯片30小型化。

如图6中所示，在通过焊料S连接设置于元件形成面31的端子电极E11～E16和焊盘图形E21～E26的情况下，由磁性体块40的切口部形成的空间50必须为至少可以容纳焊料S的尺寸。由于焊料S具有例如100μm左右的直径，因此，为了使磁性体块40不与焊料S干涉，需要为空间50的z方向上的高度或y方向上的宽度设计足够的高度以及宽度。由于在本实施方式中空间50的yz截面为矩形，因此即使存在焊料S的尺寸的不均匀的情况，也可以防止焊料S与磁性体块40的干涉。

另外，在端子电极E11～E16具有从元件形成面31环绕至安装面32的L字型形状的情况下，可以通过焊料S连接设置于安装面32的端子电极E11～E16和焊盘图形E21～E26。在这种情况下，焊料S没有露出于元件形成面31侧，或者，为了使圆角状的焊料S只有少量地露出于元件形成面31侧，空间50的尺寸可以更小。此外，将端子电极E11～E16和焊盘图形E21～E26的连接不一定要通过焊料S来进行，也可以使用金(Au)等的其它的连接导体。

此外，尽管传感器芯片30被固定于电路基板20，但是传感器芯片30的安装面32和电路基板20的装载面21不一定要紧贴，粘合剂可以介于两者间，如图6所示，通过部分地设置的粘合剂G互相固定，由此，传感器芯片30的安装面32和电路基板20的装载面21之间可以存在微小的间隙。同样地，磁性体块40被固定于电路基板20，但是磁性体块40的第二表面42和电路基板20的装载面21不一定要互相紧贴，粘合剂可以介于两者间，如图6所示，通过部分地设置的粘合剂G固定，由此，磁性体块40的第二表面42和电路基板20的安装面21之间可以存在微小的间隙。

磁性体块40的y方向上的长度没有特别地限定，但是通过使y方向上的长度变长，可以提高y方向的磁通的选择性。并且，在本实施方式中，由于y方向与电路基板20的装载面21平行，因此，即使使y磁性体块40的方向上的长度变长，磁性体块40的支撑也不会变得不稳定。

如图7所示，磁检测元件R1连接于端子电极E11、E14间，磁检测元件R2连接于端子电极E12、E13间，磁检测元件R3连接于端子电极E13、E14间，磁检测元件R4连接于端子电极E11、E12间。这里，电源电位Vcc被施加于端子电极E11，接地电位GND被施加于端子电极E13。由此，磁检测元件R1～R4构成差动电桥电路，根据磁通密度的磁检测元件R1～R4的电阻的变化出现于端子电极E12、E14。

从端子电极E12和E14输出的差动信号被输入至电路基板20或设置于其外部的差动放大器60。差动放大器60的输出信号被反馈至端子电极E15。如图7所示，端子电极E15和端子电极E16之间连接有补偿线圈C，由此，补偿线圈C使相应于差动放大器60的输出信号的磁场产生。通过所涉及的结构，当相应于磁通密度的磁检测元件R1～R4的电阻的变化出现于端子电极E12、E14，则相应于磁通密度的电流流向补偿线圈C，并使反方向的磁通产生。由此，抵消了外部磁通。并且，如果通过检测电路70对从差动放大器60输出的电流进行电流电压转换，则可以检测出外部磁通的强度。

图8是磁传感器芯片30的模式截面图。在图8所示的例中，构成传感器芯片30的基板33的表面依次层叠有补偿线圈C以及磁检测元件R1～R4。补偿线圈C被绝缘层34覆盖，磁检测元件R1～R4被绝缘层35覆盖。由此，传感器芯片30的元件形成面31可以具有多层结构。换句话说，元件形成面31不仅仅是指某特定的一个表面，而是指在具有多层结构的情况下构成xz面的各个表面，例如，基板33的表面、绝缘层34的表面、绝缘层35的表面分别构成元件形成面31。

如上文中所说明的，在本实施方式中，由于传感器芯片30的元件形成面31与电路基板20的装载面21是垂直的，因此即使使磁性体块40的y方向上的长度变长，磁性体块40的固定也不会变得不稳定。

另外，在本实施方式中，磁性体块40设置有切口部，在由该切口部形成的空间50配置有端子电极E11～E16的一部分，或焊料S的一部分。因此，不需要避开磁性体块40而分散配置端子电极E11～E16，并且由于可以将端子电极E11～E16集中并配置于元件形成面31的x方向上的大致中央部，因此可以使传感器芯片30的芯片尺寸小型化。如上所述，由于传感器芯片30是通过切割集合基板而得到的多个，因此可以通过使传感器芯片30的芯片尺寸小型化来削减制造成本。

在下文中，对本实施方式所涉及的磁传感器10的变形例进行说明。

如图9所示，第一变形例所涉及的磁传感器10A的设置于磁性体块40的切口部的形状与上述的实施方式所涉及的磁传感器10不同。由于其它的结构与实施方式所涉及的磁传感器10相同，因此，对相同的部件赋予相同的符号，并省略重复的说明。

在第一变形例中，磁性体块40的切口部由与xy面及xz面倾斜的第五表面45构成。第五表面45相对于第一及第二表面41、42成钝角(例如135°)。因此，在本例中，被磁性体块40的第五表面45、电路基板20的装载面21以及传感器芯片30的元件形成面31包围的区域为空间50，并且其yz截面为三角形。如果磁性体块40的切口部成为这种形状，则与空间50的yz截面为矩形的情况相比，由于在切口部的附近的机械性的强度增加，安装时以及安装后的磁性体块40的切割、破损等不容易发生。

如图10所示，第二变形例所涉及的磁传感器10B的设置于磁性体块40的切口部的形状与上述的实施方式所涉及的磁传感器10不同。由于其它的结构与实施方式所涉及的磁传感器10相同，因此，对相同的部件赋予相同的符号，并省略重复的说明。

在第二变形例中，磁性体块40的切口部由凹型的曲面46构成。在本例中，被磁性体块40的曲面46、电路基板20的装载面21以及传感器芯片30的元件形成面31包围的区域为空间50，并且其yz截面为扇形。当磁性体块40的切口部为这种形状时，与空间50的yz截面为矩形的情况相比切口部的附近的机械性的强度增加，并且与空间50的yz截面为三角形的情况相比，焊料S与磁性体块40的干涉不易发生。

以上，已经对本发明的优选实施方式进行了说明，但是本发明不限于上述实施方式，并且可以在不脱离本发明的要旨的范围内进行各种修改，当然该修改也包含于本发明的范围内。

Claims

1.一种磁传感器，其特征在于，

具备：

传感器芯片，其具有：元件形成面和安装面，其中，所述元件形成面形成有磁检测元件及多个端子电极，所述安装面与所述元件形成面大致正交；

磁性体块，其具有互相大致正交的第一及第二表面；以及

电路基板，其具有形成有多个焊盘图形的装载面，

所述传感器芯片以使所述安装面与所述电路基板的所述装载面相对的方式，装载于所述电路基板，

所述磁性体块以使所述第一表面与所述传感器芯片的所述元件形成面相对，并且，使所述第二表面与所述电路基板的所述装载面相对的方式，装载于所述电路基板，

所述磁性体块具有位于所述第一表面和所述第二表面之间的切口部，并且在由所述切口部形成的空间配置有所述多个端子电极的至少一部分。

2.如权利要求1所述的磁传感器，其特征在于，

在所述空间还配置有分别连接所述多个端子电极和所述多个焊盘图形的多个连接导体的至少一部分。

3.如权利要求2所述的磁传感器，其特征在于，

所述连接导体是焊料。

4.如权利要求1～3中的任一项所述的磁传感器，其特征在于，

所述多个端子电极沿所述元件形成面的边缘以相等间隔配置。

5.如权利要求1～4中的任一项所述的磁传感器，其特征在于，

所述磁性体块的所述切口部包含与所述第一表面大致平行的第三表面和与所述第二表面大致平行的第四表面，

所述空间被所述第三表面、所述第四表面、所述装载面以及所述元件形成面包围。

6.如权利要求1～4中的任一项所述的磁传感器，其特征在于，

所述磁性体块的所述切口部包含相对于所述第一及第二表面成钝角的第五表面，

所述空间被所述第五表面、所述装载面以及所述元件形成面包围。

7.如权利要求1～4中的任一项所述的磁传感器，其特征在于，

所述磁性体块的所述切口部包含凹型的曲面，

所述空间被所述曲面、所述装载面以及所述元件形成面包围。

8.如权利要求1～7中的任一项所述的磁传感器，其特征在于，

所述磁检测元件包含第一至第四磁检测元件，

所述第一和第二磁检测元件位于从所述磁性体块的所述第一表面观察的一方侧，

所述第三和第四磁检测元件位于从所述磁性体块的所述第一表面观察的另一方侧。