推挽式芯片翻转半桥磁阻开关制造技术

本发明专利技术涉及一种推挽式半桥磁阻开关。该磁阻开关包括两个磁传感芯片，每个磁传感芯片具有一个磁感应电阻器以及磁感应电阻器的电气连接焊盘，其特征在于，所述两个磁传感芯片电气互连，二者感应方向反平行，构成推挽式半桥电路，所述磁感应电阻器包括一个或多个串联连接的磁电阻元件，所述磁感应电阻器的焊盘位于所述磁传感芯片的相邻边，且每一焊盘能够容纳至少两个焊线的焊接。根据本发明专利技术的磁阻开关能提高传感器的灵敏度，减小输出电压的偏差以及输出电压随温度的漂移，有利于减小开关传感器的体积并且提高开关传感器的性能。

【技术实现步骤摘要】
推挽式芯片翻转半桥磁阻开关
本专利技术涉及一种在单一封装中含多个芯片的磁阻传感器产品。更具体地，本专利技术涉及一种推挽式芯片翻转半桥磁阻开关。
技术介绍
磁性开关传感器广泛用于消费电子、白色家电、三表（电表、水表、气表）、汽车以及工业应用等领域。目前主流的磁性开关传感器有霍尔传感器和各向异性磁阻（AMR）传感器。在消费电子和三表应用领域，霍尔开关传感器和AMR开关传感器的功耗可达几微安，这是牺牲其工作频率的情况下获得的，其工作频率为十几赫兹，其开关点为几十高斯；在汽车、工业应用等需要高工作频率的环境，霍尔开关传感器和AMR开关传感器的功耗为毫安级，其工作频率为千赫兹级。以磁性隧道结（MTJ）元件为敏感元件的传感器是近年来开始工业应用的新型磁电阻效应传感器，它利用的是磁性多层膜材料的隧道磁电阻效应，主要表现在磁性多层膜材料中随着外磁场大小和方向的变化，磁性多层膜的电阻发生明显变化。在消费电子和三表等低功耗应用领域，以MTJ元件为敏感元件的开关传感器在工作频率为千赫兹时的功耗为微安级，开关点为十几高斯；在汽车、工业应用等需要高工作频率的环境，以MTJ元件为敏感元件的开关传感器的工作频率可达兆赫兹，功耗仅为微安级别。由于现有开关传感器无论在休眠或工作状态功耗都较高，且工作频率低，为此需要一种高灵敏度，无论在休眠或工作状态功耗低，响应频率高，体积小的开关传感器。
技术实现思路
现有的开关传感器无论在休眠或工作状态功耗都较高，且工作频率低，为此需要一种高灵敏度，无论在休眠或工作状态功耗低，响应频率高，体积小的开关传感器。本专利技术提出了一种推挽式芯片翻转半桥磁阻传感器，可以提高传感的性能。为了是实现上述目的，本专利技术提出的方案是，推挽式半桥磁阻开关包括两个磁感应电阻，每个磁感应电阻在各自独立的芯片上，构成独立的磁传感芯片。磁传感芯片之一相对于另一个磁传感芯片在感应平面内旋转了180°，实现了半桥形式的输出电路。这种半桥电路外围可以连接诸如电源调整电路、放大电路、数字开关控制电路等特定的驱动电路。这两个磁传感芯片带有用于引线键合的焊盘，磁阻磁传感芯片和其他电路通过引线键合的方式实现电气连接。根据本专利技术的推挽式半桥磁阻开关可以达到的有益效果有：推挽全桥的结构能提高传感器的灵敏度；两个传感器芯片可以较好地匹配，减小输出电压的偏差，并且减小输出电压随温度的漂移；新颖的封装和引线键合方式有利于减小开关传感器的体积并且提高开关传感器的性能。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术方案，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的优选实施例并配合附图详细说明如后。本专利技术的具体实施方式由以下实施例详细给出。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1是连到电表的MTJ元件的横截面示意图。图2是串联的MTJ元件构成的磁电阻元件串的横截面示意图。图3是位于两个永磁体之间的MTJ元件的透视图。图4是磁感应电阻与外加磁场的关系图。图5是TMR元件构成的半桥电路的电压与外加磁场的关系图。图6是根据本专利技术中的包括磁传感芯片和ASIC的推挽式半桥磁阻开关的电路框图图7（a）和（b）是根据本专利技术第一实施例的磁传感芯片的代表电路图和顶视图。图8是图7（b）所示磁传感芯片的部分细节图。图9是根据本专利技术第二实施例的磁传感芯片的顶视图。图10是根据本专利技术第三实施例的磁阻传感芯片的顶视图。图11是根据本专利技术第四实施例的磁阻传感芯片的顶视图。图12是根据本专利技术第五实施例的磁阻传感芯片的顶视图。图13（a）和（b）是根据本专利技术第一类型和第二类型的半桥电路的电路原理图。图14根据本专利技术的另一种磁阻开关电路的电路框图。图15（a）和（b）展示了ASIC的焊盘的两种分布方式。图16显示了根据本专利技术的第一种磁传感芯片磁阻传感器封装形式。图17显示了第二磁阻传感器磁传感芯片封装形式。图18显示了第三种磁阻传感器磁传感芯片封装形式图19显示了第四种磁阻传感器磁传感芯片封装形式具体实施方式下面将参照附图对本专利技术的优选实施例进行说明。图1是连接到电表的MTJ元件的横截面示意图，其示出MTJ元件的结构和电子测量原理。MTJ1包括钉扎层2、隧道势垒层5和铁磁层6，也称敏感层6。钉扎层2由铁磁层4，也称被钉扎层4和反铁磁层3构成，铁磁层4和反铁磁层3之间的交换耦合作用决定了铁磁层4的磁化方向。隧道势垒层5通常由MgO或Al2O3构成，位于铁磁层4的上部。铁磁层6位于隧道势垒层5的上部。箭头8和箭头7分别代表被钉扎层4和敏感层6的磁化矢量。被钉扎层4的磁化矢量8在一定大小的磁场作用下是相对固定的，敏感层6的磁化矢量7相对于被钉扎层4的磁化矢量8的是相对自由且可旋转的。为了减小磁滞效应，可以添加一个垂直于感应方向的磁场，交叉轴偏置场Hbias（详细描述见第34段）。对于减少磁滞效应，磁感应层的磁化矢量7需要有一个平稳的转动。反铁磁层3、铁磁层4、隧道势垒层5和铁磁层6各层的典型厚度为0.1nm到100nm之间。下电极层16和上电极层17分别与反铁磁层3和敏感层6连接。电极层16，17通常采用非磁性导电材料，能够携带电流输入欧姆计18。欧姆计18在MTJ两个电极层之间加一固定的电势或电流，并相应产生出一电流值或电压值，从而计算出MTJ的电阻值。通常情况下，隧道势垒层5提供了器件的大多数电阻，约为1000欧姆，而所有导体的阻值约为10欧姆。底电极层16形成于绝缘基片9上方，绝缘基片9的边缘要超过底电极层16的边缘。绝缘基片9形成在基底基片10的上方。基底基片的材料可以是例如，硅，也可以是石英、耐热玻璃、GaAs、AlTiC等可以集成晶圆的材料。硅由于其易于加工为集成电路，尽管磁传感器不总是需要这种电路，所以成为最好的选择。图2示出由串联的MTJ元件形成的电阻臂的横截面示意图。由于尺寸小，MTJ元件能够串联连接成MTJ元件串以增加灵敏度，减少1/F(1/频率)噪声，同时可以提高其静电放电ESD性能，见图2。MTJ元件40在底电极41和顶电极42中间，三者形成三明治结构。电流43垂直流过MTJ元件40，然后再水平流过底电极41或顶电极42，继而再垂直流过相邻的MTJ元件，如此交替构成了MTJ元件串的电流通路。底电极41在绝缘基片9的上方，如果有必要，绝缘基片下方可以增加一层基底基片10。在构成传感器的桥式电路中，有参考臂和感应臂，参考臂的电阻值不随外加磁场的变化而变化，而感应臂的电阻值随外加磁场的变化而变化。如果使参考臂和感应臂的MTJ元件具有相同的尺寸，可以使器件的性能不受制作工艺中刻蚀步骤的影响。同时，每一串上的MTJ元件数量可以不同，这能使在参考臂和感应臂上设置的电阻比值达到最佳。芯片上的永磁铁设计接下来将介绍一种提供Hbias的方法，如图3所示，MTJ元件70固定在两个永磁铁71中间，两个永磁铁定位在芯片上。考虑到清晰度，在图中就没有显示出在半导体基片底部上构造的顶层。例如条形的永磁铁71具有宽度（W）73，厚度（t）74和长度（Ly）75，其间具有间隙（Gap）72。条形永磁铁用于提供在基片面内、其方向垂直于敏感轴或者Y轴76的交叉偏置场。这个方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种推挽式半桥磁阻开关，包括两个磁传感芯片，每个磁传感芯片具有一个磁感应电阻器以及磁感应电阻器的电气连接焊盘，其特征在于：所述两个磁传感芯片电气互连，二者感应方向反平行，构成推挽式半桥电路，所述磁感应电阻器包括一个或多个串联连接的磁电阻元件，所述磁感应电阻器的焊盘位于所述磁传感芯片的相邻边，且每一焊盘能够容纳至少两个焊线的焊接。

【技术特征摘要】
1.一种推挽式半桥磁阻开关，包括两个磁传感芯片，每个磁传感芯片具有一个磁感应电阻器以及磁感应电阻器的电气连接焊盘，其特征在于：所述两个磁传感芯片电气互连，钉扎层的磁化矢量相对彼此旋转180度以使二者感应方向反平行，构成推挽式半桥电路，其中，两个磁传感芯片被布置为感应轴方向相同但感应方向相反，并且感应轴的方向与两个磁传感芯片中心之间的连线平行或垂直，所述磁感应电阻器包括一个或多个串联连接的磁电阻元件，所述磁感应电阻器的焊盘位于其所在磁传感芯片的相邻边，且每一焊盘被拉长能够容纳至少两个焊线的焊接。2.根据权利要求1所述的推挽式半桥磁阻开关，其特征在于：该开关还包括至少一个用于将所述推挽式半桥电路的输出信号转换成开关信号的ASIC。3.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：白建民，沈卫锋，雷啸风，张小军，钟小军，
申请(专利权)人：江苏多维科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32