电桥及具有电桥的磁性传感器组件制造技术

一种电桥具有四个电阻臂，其中该四个电阻臂中的一第一电阻臂的一主要部件的构成材料为磁性材料且该四个电阻臂中的一第三电阻臂的一主要部件的构成材料是不同于该磁性材料。本发明专利技术的有益效果是能提供与传统组件相同的感测与电路功能及效能，并能大幅缩减封装后的组件面积。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是关于电桥及具有电桥的磁性传感器组件，尤其涉及包括具有不同材料所 构成的电阻臂的电桥及具有此电桥的磁性传感器组件。
技术介绍
磁传感器可感测外部磁场的变化。磁传感器可用以侦测旋转、角度、开/关状态、 位置、对象的存在与否、对象的远近等。目前有许多类型的技术被应用于磁传感器如霍尔 (Hall)传感器、磁阻传感器、磁感应传感器、质子进动装置、光学泵等。以磁阻技术作为实 例，根据所用的磁阻材料的不同，依照作动的原理及敏感度可将磁传感器分类为异向性磁 阻（AMR)传感器、巨磁阻（GMR)传感器及穿隧式磁阻（MTJ)传感器。 许多此类磁阻传感器常会受到温度变化的影响，因此多被设计成惠斯登电桥的配 置，增加灵敏度并消除与温度相依的非所欲电阻变化所造成的影响。 图1显示传统的磁阻传感器组件，其包括借着装封制程如打线接合封装、覆晶封 装等电连接的第一芯片100 (或称为第一晶粒100)与第二芯片200 (或称为第二晶粒200)。 第一芯片100主要具有由磁阻组件所配置成的惠斯登电桥，电桥包括MR1、MR2、MR3与MR4 四个电阻臂及电阻臂之间的内联机。电阻臂MR1与MR2是以串联方式连接在一起构成一串 联电阻，电阻臂MR3与MR4是以串联方式连接在一起构成另一串联电阻；两串联电阻是位 于操作电位Vcc与接地电位之间以并联方式连接，电阻臂MR1与MR2之间的电位为V+且电 耦合至特殊应用集成电路的第一级的操作放大器210的一输入端，电阻臂MR3与MR4之间 的电位为V-且电耦合至特殊应用集成电路的第一级的操作放大器210的另一输入端；当 MR1、MR2、MR3与MR4四个电阻臂的电阻值相同且电桥是处于平衡（balanced)状态时，电位 V+会等于电位V-。下面会参考图1A详细说明电阻臂的细节。第二芯片200主要具有针对 磁阻传感器之功能所客制化的特殊应用集成电路，其可包括与电桥连接的第一级的操作放 大器210、信号供应源、信号读取电路等；为了简化图示，只绘示出与电桥连接的第一级的 操作放大器210,并将其余的上述及其它电路以方块220表示。 在传统的由磁阻组件所配置成的惠斯登电桥（全桥）中，当未加外加磁场时，四个 电阻臂为电阻值实质上相同且结构实质上相同的四个磁组组件。此处所指的电阻值"实质 上相同"是指在设计时希望其完全相同，但碍于制程的变异可能会导致电阻值有些微的差 异。后续会再说明所谓的"结构实质上相同"。 现参考图1A，其是以异向性磁阻（AMR)传感器为例显示图1中的电阻臂MR2的概 略结构上视图。图1A中的电阻臂MR2包括多个磁阻单元110及串接多个磁阻单元110的 内联机104。每个磁阻单元110包括一磁阻材料条101及位于磁阻材料条101的上方或下 方并与其实体接触的多个导电条102。以异向性磁阻（AMR)传感器为例，磁阻材料条101例 如是由长条形的坡莫合金（permalloy)所构成，导电条102例如是由长条形的金属氮化物 如氮化钛、氮化钽、氮化钨等所构成。导电条102又被称为螺旋杆（barber pole)，其功能 在于增加磁阻单元的感测敏感度，且其长度延伸方向与磁阻材料条101的长度延伸方向夹 一角度如45度角。电阻臂MR2的一端是借由内联机105电连接至MR1而另一端是借由连 接结构电连接至接地电位。在此处，内联机105是指半导体后段制程（Back end of line, BEOL)所制造出的金属导线与金属插塞等（不论是图案化铝金属所制成或单镶嵌钨制程 所制成或双镶嵌铜制程所制成），连接结构则可能包括半导体后段制程所制造出的金属导 线与金属插塞等且更包括芯片最上层的焊垫及/或封装组件如打线球、锡球、凸块、导电胶 等。应注意，虽然未示出MR1、MR3及MR4的详细结构，但MR1、MR3及MR4的结构是实质上 与MR2的结构相同，皆为多个磁阻单元及串接多个磁阻单元的内联机所构成；然而不同的 是，在MR1、MR3及MR4中导电条相对于磁阻材料条的位向（orientation)即所夹角度可能 不同，在本文中将此些MR1、MR2、MR3及MR4的结构定义为"实质上相同"。虽然在图1A中 只显示了 9个磁阻单元，但应了解，在真实的异向性磁阻传感器中一个电阻臂可能会使用 更多的磁阻单元。 由图1A中所示的电阻臂结构可知，传统的磁阻传感器为了达到够大（或特定）的 电阻以符合操作时的电流/电压需求及信号需求，必须要串连许多的磁阻单元。由于每一 磁阻单元都会占据一定的芯片面积且磁阻单元与磁阻单元之间也必须要保留一定的距离 (可能是制程要求或设计要求），所以每一电阻臂所用的磁组单元愈多则芯片（晶粒）的面 积愈大。由于磁阻传感器组件包括了电桥芯片（晶粒）及特殊应用集成电路芯片（晶粒）， 大面积的电桥芯片会撑大两芯片封装后所获得之磁阻传感器组件的面积，对于日益普及的 行动装置及消费电子应用而言，此等传感器组件并不符合轻薄短小的驱势。因此，业界需要 一种具有较小晶粒占据面积的传感器组件。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种电桥及磁性传感器组件，其能提供与传统组件相同的 感测与电路功能及效能，并能大幅缩减封装后的组件面积。 本专利技术提供一种具有四个电阻臂的电桥，其中该四个电阻臂中的一第一电阻臂的 一主要部件的一第一构成材料为磁性材料且该四个电阻臂中的一第三电阻臂的一主要部 件的一第三构成材料是不同于该磁性材料。 本专利技术更提供一种具有四个电阻臂的电桥，其中该四个电阻臂中的一第一电阻臂 是设置于一第一芯片中且该四个电阻臂中的一第三电阻臂是设置于一第二芯片中。 本专利技术更提供一种磁性传感器组件，此组件包括具有四个电阻臂的电桥，其中该 四个电阻臂中的一第一电阻臂的一主要部件的一第一构成材料为磁性材料且该四个电阻 臂中的一第三电阻臂的一主要部件的一第三构成材料是不同于该磁性材料。 本专利技术的有益效果是，能提供与传统组件相同的感测与电路功能及效能，并能大 幅缩减封装后的组件面积。 为让本专利技术的上述目的、特征和优点更能明显易懂，下文将以实施例并配合所附 图式，作详细说明如下。需注意的是，所附图式中的各组件仅是示意，并未按照各组件的实 际比例进行绘示。【附图说明】 图1显示传统的磁性传感器组件的方块图。 图1A以异向性磁阻传感器为例显示图1中的电阻臂MR2的概略结构上视图。 图2显示根据本专利技术第一实施例的磁性传感器组件的方块图。 图2Α显示根据本专利技术第一实施例的磁性传感器组件的一实例的概略横剖面图。 图3显示根据本专利技术第二实施例的磁性传感器组件的方块图。 图3Α显示根据本专利技术第二实施例的磁性传感器组件的一实例的概略横剖面图。【具体实施方式】 下面将详细地说明本专利技术的较佳实施例，举凡本中所述的组件、组件子部、结构、 材料、配置等皆可不依说明的顺序或所属的实施例而任意搭配成新的实施例，此些实施例 当属本专利技术的范畴。 本专利技术的实施例及图示众多，为了避免混淆，类似的组件是以相同或相似的标号 示出；为避免画面过度复杂及混乱，重复的组件仅标示一处，他处则以此类推。 在本申请书的文义下，"磁阻单元（xMR unit)"一词不限于异向性磁阻（AMR) 单元，更可包括所有已知的磁阻单元如巨磁阻（GMR)单元、穿隧式磁阻本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电桥，其特征在于，包括：四个电阻臂，其中该四个电阻臂中的一第一电阻臂的一主要部件的一第一构成材料为磁性材料且该四个电阻臂中的一第三电阻臂的一主要部件的一第三构成材料是不同于该磁性材料。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：傅乃中，苏威仁，林振宇，
申请(专利权)人：宇能电科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71