DE29506198U1

DE29506198U1 - Hallsensoreinrichtung

Info

Publication number: DE29506198U1
Application number: DE29506198U
Authority: DE
Original assignee: AB Elektronik GmbH
Current assignee: Kyocera Avx Components Werne GmbH
Priority date: 1994-04-23
Filing date: 1995-04-10
Publication date: 1995-06-01
Anticipated expiration: 2005-04-11
Also published as: DE9406789U1

Description

DATEI:B:ABG4 0-T2.TAT

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Hallsensoreinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Hallsensoreinrichtung

- mit einem zweipoligen Magnetkern,

- mit einer oberen Abschlußfläche, die einer der Pole des Magnetkerns sein kann

- mit einem im Bereich eines Pols angeordneten Hall-Element, das Teil eines Schaltkreisplättchens ist, das an seinen Außenseiten Bondinseln trägt.

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Eine Hallsensoreinrichtung der eingangs genannten Art wird durch die Anmelderin seit einer Vielzahl von Jahren hergestellt. Sie besteht aus einem Magnetkern, auf dessen Oberseite ein Hall-Effekt-Schaltkreis angeordnet ist.

Als nachteilig hat es sich dabei erwiesen, daß der Hall-Effekt-Schaltkreis mit einer umpreßten Preßmasse verkappt wird, aus der die abgebogenen Anschlüsse herausragen. Durch die Verkappung und die Anschlüsse wird der gesamte Schaltkreis zu voluminös. Er ragt dadurch über den Eisenkern hinaus und erfordert zusätzliche Halterungsmaßnahmen, insbesondere gegen ein seitliches Verschieben. Darüber hinaus müssen die relativ massiven Anschlüsse mit den Anschlußleitungen verlötet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorstehend

genannten Nachteile bei einer Hallsensoreinrichtung der eingangs genannten Art zu beseitigen und eine Hallsensoreinrichtung zuschaffen, die einfach in der Herstellung ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst,

- daß das Hall-Schaltkreisplättchen gegebenenfalls auf einer isolierten Zwischenlage auf der Abschlußfläche aufgebracht ist, daß die Abschlußfläche oder die

¹^ Zwischenlage dem Hall-Schaltkreisplättchen räumlich zugeordnete weitere Bondinseln trägt und

- daß die Bondinseln das Hall-Schaltkreisplättchen mit den weiteren Bondinseln drahtgebondet sind»

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß das Hall-Schaltkreisplättchen unmittelbar am Magnetkern angeordnet werden kann. Dadurch verringern sich die Abstände über dem Magnetkern. Ein weiterer sehr wesentlicher Vorteil ist der, daß die Bondinseln durch Drahtbondverbindungen verbunden werden können. Hierbei kann das in der Schaltkreistechnik bekannte Verbinden mittels Ultraschall oder Thermokompression eingesetzt werden. Es entfällt dadurch das üblicherweise erforderliche Verlöten. Durch das direkte Verbonden der Bondinseln und der weiteren Bondinseln wird nicht nur der Arbeitsaufwand reduziert, sondern es werden auch zusätzliche Lötstellen vermieden, die Ursache für nicht vollzogene Leitungsverbindungen (sogenannte Kaltlötstellen) sein können.

Vorteilhaft ist es, wenn zwischen dem Hall-Schaltkreisplättchen und dem Magnetkern eine die Drahtbondverbindungen gegebenenfalls Schaltungselemente tragende Isolierplatte als Zwischenlage angeordnet ist. Hierdurch wird gewährleistet, daß die einzelnen Teile festgehalten werden können und gegen Verschieben oder andere Einflüsse geschützt sind.

Vorteilhaft ist es, wenn der Magnetkern von einem Gehäuse umgeben ist. Dabei kann vorteilhafterweise die Isolierplatte auf einer der Oberflächen des magnetisierbaren Kerns positioniert und mit ihren übrigen Teilen am Gehäuse befestigt werden. Es ist auch möglich, daß die Isolierplatte in das Gehäuse integriert ist, d. h. daß beide Teilelemente in einem Arbeitsgang hergestellt werden können. Möglich ist es darüberhinaus, daß der Magnetkern vollständig von dem Gehäuse umgeben ist und die Isolierplatte in eine Ausnehmung mit Form einer Umrandung gedrückt und so im Bereich eines Pols positioniert wird.

Vorteilhaft ist es, wenn wenigstens die Isolierplatte !5 mit dem Hall-Schaltkreisplättchen, den Bondinseln, den weiteren Bondinseln und den sie verbindenden Drahtbondverbindungen von einer Außeneinheit umgeben sind. Die Außeneinheit besteht aus einer Vergußmasse und einem Außengehäuse. Durch das Außengehäuse wird die gesamte Hallsensoreinrichtung einheitlich verkappt. Die Vergußmasse wird durch das Innere des Außengehäuses auf das Hall-Schaltkreisplättchen, die Bondverbindungen, die Bondinseln und die weiteren Bondinseln sowie auf den größten Teil der Außenfläche der Isolierplatte gedrückt. Durch die so gestaltete Abschlußeinheit ist der Sensor unter schwierigsten Umgebungen, die durch extreme Feuchtigkeit, Hitze und dergleichen gekennzeichnet ist, einsetzbar.

Vorteilhaft ist es, wenn das Hall-Schaltkreisplättchen ein von den Bondinseln umgebendes Halbleiterplättchen ist, in das ein Hall-Element als magnetoelektrisches Halbleiterelement integriert ist. Das Halbleiterplättchen ist dabei ein Schaltkreisplättchen, in dem sämtliehe Funktionen durch ein entsprechendes Layout eingearbeitet worden sind. Das Hall-Element als magnetoelektrisches Halbleiterelement ist dabei in dieses Schalt-

^!»S^:-.S in

kreisplättchen integriert.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:

Fig. la-c eine Hallsensoreinrichtung im teilweise

zerlegten bis hin zum Zusammengesetzen Zustand in einer schematischen perspektivischen

Darstellung und

Fig. 2 ein auf eine Isolierplatte installiertes Schaltkreisplättchen einer Hallsen.sorein richtung gemäß den Figuren la bis Ic in einer schematischen perspektivischen Darstellung

Eine erfindungsgemäße Hallsensoreinrichtung ist ein magnetischer Aufnehmer. Er nutzt dabei die bekannte Beziehung

U = C . B

mit:

U - Ha11spannung

&Tgr;&igr;

C- Materialabhängige Hallkonstante

B - Flußdichte

I - Steuerstrom

d - Dicke eines Halbleiterstreifens

aus. Die Hallsensoreinrichtung als magnetischer Aufnehmer dient zur Messung von Magnetfeldern, zur Messung von zur magnetischen Flußdichte B proportionalen Größen und als kontaktloser Signalgeber, z. B. als Hall-Kopf (im letzteren Fall wird der Strom I konstant gehalten, B ist variabel), zur Multiplikation, Modulation (z. B. als "schleifenlose Potentiometer") und Leistungssmessung (I und B variabel) oder als Gyrator, Isolator und Zirkula-

• · &diams; ·

• ·

tor (B konstant, I variabel).

Das Hall-Element besteht dabei vorteilhafterweise aus einem Halbleiterplättchen in der Dicke d, das an den ^ Stirnseiten mit linienhaften und an den Längsseiten mit Pumpkontakten versehen ist. Dieses Plättchen wird von einem Magnetfluß mit der Dichte B durchsetzt. Wird an den linienhaften Kontakten ein Strom I eingespeist, so bildet sich im Halbleiterplättchen ein homogenes Strömungsfeld aus, dessen Ladungsträger infolge der Lorentz-Kraft nach den Seiten ausgelenkt werden, so daß zwischen den Pumpkontakten die oben genannte Beziehung entsteht. Dieses Halbleiterplättchen wird zum Teil siner integrierten Schaltung, bei dem die Hallspannung in einem Teil einer epitaxialen nSi-Schicht entsteht, die von einer diffundierten p-Isolationsschicht umgeben ist. Das Herstellen des Chips erfolgt nach den bekannten Herstellungsverfahren. Das so hergestellte Schaltkreisplättchen (Chip) mit dem Hall-Element ergibt ein Hall-Schaltkreisplättchen 1, das von Bondinseln 2.1,...,21.6 umgeben ist.

Das Hall-Schaltkreisplättchen 1 wird, wie die Figuren la, Ib, lc und 2 zeigen, auf eine Zwischenlage gelegt.

Die Zwischenlage ist als eine tragende Isolierplatte 4 ausgebildet. Auf die Isolierplatte 4 werden den Bondinseln 2.1,...,2.6 im wesentlichen gegenüberliegend weitere Bondinseln 12.1,...,12.6 aufgebracht. Die notwendigen elektrischen Verbindungen zwischen den Bondinseln 2.1,...,2.6 und den Bondinseln 12.1,...,12.6 erfolgt mittels Ultraschall oder Thermokompensation (Drahtbonden). Die so entstehenden Drahtbondverbindungen 3.1,...,3.6 verbinden das Hall-Schaltkreisplättchen 1 aktiv mit weiteren Beschaltungselementen 6, die gleichfalls auf der Isolierplatte 4 angeordnet sind.

Wie insbesondere die Figur la zeigt, wird ein speziell

geformter Magnetkern 8 von einem Gehäuse 7 umgeben, das auf der einen Seite eine Außenfläche 8.1 und auf der gegenüberliegenden Seite Steckkontakte 10 zeigt. Die Außenfläche 8.1 kann dabei verschieden ausgebildet sein. Zum einen kann sie die Abschlußfläche einer der Pole des Magnetkerns 8 und zum anderen eine Abschlußfläche des Gehäuses 7 darstellen, das in seinem Zentrum eine Duchbrechung 14 und einen diese Durchbrechnung umgebenden Ring 15 aufweist. Aus der Abschlußfläche 8.1 ragen Chipsteckkontakte 13 heraus, die mit den Steckkontakten 10 elektrisch verbunden sind.

In diese so vorbereitete Außenfläche 8.1 wird die mit dem Hall-Schaltkreisplättchen 1 usw. bestückte Isolierplatte 4 eingedrückt. Dabei rasten die Chipsteckkontakte 13 in Ausnehmungen 16 ein. Eine weitere Rasterung sorgt für einen sicheren Halt der Isolierplatte 4 im Ring 15 auf der Außenfläche 8.1. Aufgrund ihrer isolierenden Eigenschaften kann die Außenfläche 8.1 selber die Funktion einer Zwischenlage übernehmen und so die Isolierplatte 4 ersetzen. Aus montagetechnischen Gründen ist es aber günstiger, beide Teile getrennt auszubilden.

Anschließend wird die in der Figur Ib nur teilweise zusammengesetzte Hallsensoreinrichtung mit einem Gehäuse 9 umgeben. Bevor das Gehäuse 9 über die Isolierplatte 4 mit dem Schaltkreisplättchen 1 sowie den Drahtbondverbindungen 3.1,...Geschoben wird, wird im Inneren des Außengehäuses 9 eine Vergußmasse 11 eingebracht. Diese Vergußmasse drückt sich, wie Figur Ic zeigt, isolierend, schützend und haltend über das Schaltkreisplättchen 1, die Bondinseln 2.1,..., Die Bondinseln 12.1,..., Die Drahtbondverbindungen 3.1,... Sowie die Isolierplatte 4 und deren Randbereiche. Durch die Vergußmasse 11 wird gleichzeitig die Isolierplatte 4 am Gehäuse 7 nochmals befestigt. Durch diese Außeneinheit in der beschriebenen Art und Weise ist die Hallsensoreinrichtung unter

extremen Einsatzbedingungen, wie hohe Temperaturen, Schmutz, Wasser usw. einsetzbar-. Wesentlich ist aber, daß die einzelnen Chips nach dem speziellen Verbonden auf einfache Art und Weise durch die Außenflächen verkappt werden, so daß die übliche teure Verkappung, die dann trotzdem noch von dem Außengehäuse umgeben werden muß, entfallen kann.

Die Endmessung der Hall-Schaltkreisplättchen 1 wird in den gesamten Fertigungsablauf integriert. Ist die Hallsensoreinrichtung fertiggestellt, kann sie an entsprechender Stelle befestigt werden und durch die Steckkontakte mit Adern von Leitungen bzw. Kabeln verbunden werden, die z. B. zu speziellen Auswerteeinrichtungen führen können.

Claims

I : S

DATEI:BrABG Al.TAT

S c hutzansprüche

Hallsensoreinrichtung

- mit einem zweipoligen Magnetkern (8),

- mit einer oberen Abschlußfläche (8.1), die einer der Pole des Magnetkerns (8) sein kann,

- mit einem im Bereich eines Pols angeordneten Hall-Element, das Teil eines Schaltkreisplättchens (1) ist, das an seinen Außenseiten Bondinseln (2.1,

... 2.6) trägt, dadurch gekennzeichnet,

- daß das Hall-Schaltkreisplättchenil) gegebenenfalls auf einer isolieren Zwischenlage (4) auf der Abschlußfläche (8.1) aufgebracht ist,

- daß die Abschlußfläche (8.1) oder die Zwischenlage (4) dem Hall-Schaltkreisplättchen (1) räumlich zugeordnete weitere Bondinseln (12.1,...12.6) trägt und

- daß die Bondinseln (2.1,...,2.6) das Hall-Schaltkreisplättchen (1) mit den weiteren Bondinseln (12.1,...12.6) drahtgebondet sind.

Hallsensoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Hall-Schaltkreisplättchen (1) und dem Magnetkern (8) eine die Drahtbondverbindungen (3.1,...,3.5) gegebenenfalls Schaltungslemente (6) tragende Isolierplatte (4) als Zwischenlage angeordnet ist.

3. Hallsensoreinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkern (8) von einem Gehäuse (7) umgeben ist.

4. Hallsensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die Isolierplatte (4) mit dem Hall-Schaltkreisplättchen (1), den Bondinseln (2.1,...,2.6), den weiteren Bondinseln (12.1,...,12.6) und die sie verbindenden Drahtbondverbindungen (3.2,...,3.6) von einer Außeneinheit (9, 11) umgeben sind.

5. Hallsensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis A, dadurch gekennzeichnet, daß das Hall-Schaltkreisplättchen (1) ein von Bondinseln (2.1, ... 2.6) umgebendes Halbleiterplättchen ist, in das ein Hall-Element als magnetoelektrisches Halbleiterelement integriert ist.