JP2021064780A - 積層ダイアセンブリ - Google Patents

Abstract

【課題】センサ構造を備える２つの積層された基板からなるセンサデバイス及びそれを備える磁気センサシステムを提供する。【解決手段】センサデバイス９００は、リードフレーム９０９と、第１／第２のセンサ９０４ａ、９０４ｂの位置に第１／第２のセンサ構造を有する第１／第２の半導体ダイ９０２ａ、９０２ｂと、リードフレームに電気的に接続された複数の第１／第２のボンドパッド９０７ａ、９０７ｂと、を備える。半導体ダイは、幾何学的中心を有する正方形または矩形形状を有し、各センサ位置は、幾何学的中心からオフセットされる。第２のダイは、第１のダイ上に積層され、第１のダイに対して、ゼロではない角度だけ回転され、任意選択的にオフセットｄｙ又はシフトＤＸ、ＤＹもされて、そのため、第１及び第２のセンサ位置の垂直投影が一致している。【選択図】図９

Description

本発明は、センサデバイスの分野に関し、より具体的には、自動車環境における使用のためのセンサデバイスに関し、センサデバイスは、２つの半導体ダイを備え、１つは、実際の測定を行うためのものであり、１つは、冗長測定を行うためのものである。

高い信頼性を有するセンサデバイスは、例えば、自動車用途などの多種多様な用途において重要である。さらに、例えば、安全性を確保するために重要である用途において冗長性を提供するために、複数の実質的に同一のセンサ、例えば、２つのセンサを含むことがしばしば好ましい。

少なくとも１つのセンサを各々が備える複数の基板が単一のパッケージに組み合わされて、実際のセンサ測定および冗長センサ測定を提供する冗長センサデバイスは、当該技術分野で既知である。２つの基板を並べて配置するデバイスは、より大きな設置面積を必要とし、これは望ましくない。設置面積を減少させるために、例えば、図１〜図３に示されるように、基板を互いの上に積層することができ、各解決策は、例えば、パッケージの設置面積、パッケージの厚さ、測定精度、構成要素数、製造プロセスの複雑性などの点で、その利点および不利点を有する。

常に改善または代替案の余地がある。

各々がセンサ構造、特に磁気センサ構造を備える、２つの積層された基板を備える、センサデバイス、およびそれを備える磁気センサシステムを提供することが、本発明の実施形態の一目的である。

例えば、安全性を改善するために、実際の測定および冗長測定を行うために、自動車環境における使用のためのそのようなセンサデバイスおよびセンサシステムを提供することが、本発明の実施形態の一目的である。

例えば、比較的小さいもしくは低減されたパッケージの設置面積、および／または比較的小さいもしくは低減されたパッケージの高さを有する小型パッケージ内に、そのようなセンサデバイスを提供することが、本発明の実施形態の一目的である。

測定結果（例えば、測定信号もしくはそれらから導出される値）がより良好に一致し、かつ／または製造もしくは組み立てが容易もしくはより容易である（例えば、リードフレームに電気的に接続するのがより容易である、例えば、ワイヤボンドに電気的に接続するのがより容易である）、そのようなセンサデバイスを提供することが、本発明の実施形態の一目的である。

２つのセンサ構造が磁気センサ構造である、そのようなセンサデバイスを提供することが、本発明の特定の実施形態の一目的である。

センサデバイスが２つの同様または同一の基板を有することができると同時に、より良好に一致している測定結果を提供し、かつ製造または組み立てが容易またはより容易であることが、本発明の特定の実施形態の一目的である。

さらに外乱場に対して高度に非感受性である磁気センサデバイスまたはシステムを提供することが、本発明の特定の実施形態の一目的である。

これらおよび他の目的は、本発明の実施形態によるデバイスおよび方法によって達成することができる。

第１の態様によれば、本発明は、リードフレームと、第１の幾何学的中心（６ａ）を有する第１の矩形形状を有し、リードフレームに電気的に接続され、第１のセンサ位置に位置する第１のセンサ構造を備える、第１の半導体ダイと、第１の矩形形状に等しい第２の矩形形状を有し、第２の幾何学的中心（６ａ）を有し、リードフレームに電気的に接続され、第２のセンサ位置に位置する第２のセンサ構造を備える、第２の半導体ダイと、を備え、第１のセンサ位置は、第１の幾何学的中心からオフセットされ、第２のセンサ位置は、第２の幾何学的中心からオフセットされ、第２の半導体ダイは、第１の半導体ダイ上に積層され、第１の半導体ダイに対して、回転され、任意選択的にシフトもされて、そのため、リードフレーム上への第１および第２のセンサ位置の正投影が一致している、センサデバイスを提供する。

「センサ構造」は、１つ以上の「感受性素子」を備える。

例えば、「磁気センサデバイス」の場合、各センサ構造は、１つ以上の磁気感受性素子を備え、さらに、例えば、統合磁気コンセントレータ（ＩＭＣ）を備え得る。磁気感受性素子は、例えば、水平ホール素子、垂直ホール素子、磁気抵抗素子（例えば、ＡＭＲ、ＧＭＲ、ＴＭＲ素子など）からなる群から選択され得る。

「第１のセンサ構造」は、１つ以上の感受性素子の実質的に「中央」に、またはそれらの中間に位置する点として定義することができる「第１のセンサ位置」に位置する。

好ましくは、回転は、リードフレームに垂直な軸を中心とする回転である。

好ましくは、第１および第２の半導体ダイは、リードフレームの同じ側に位置し、それらの能動表面が同じ方向（例えば、両方ともリードフレームに背く方向）に配向されるようにに配向される。

好ましくは、第１の矩形形状に対する第１のセンサ位置の相対位置Ｌ１は、第２の矩形形状に対する第２のセンサ位置の相対位置と同一である。

例えば、第２の半導体ダイを取り付ける前に電気接続１１１（例えば、ボンドワイヤ）を配置する必要があり、これが処理を複雑にする図１とは対照的に、電気接続を標準的な機器を使用して簡単な方法で上側で行うことができることは、この磁気センサデバイスの大きな利点である。

このセンサデバイスが、第１の半導体ダイと第２の半導体ダイとの間にスペーサまたはインターポーザを取り付けることを必要としないことは利点であるが、いくつかの実施形態では、取り付けてもよい。

第１のセンサ構造および第２のセンサ構造が、実質的に同じ３Ｄ位置における物理量、例えば、磁場を測定することができることは大きな利点である。そのようなセンサデバイスは、冗長性が必要とされる自動車用途に理想的に適している。

第１の半導体ダイは、任意の好適な方法で、例えばリードフレームと第１の半導体ダイとの間の絶縁テープによって、リードフレームに機械的に取り付けられ得る。

本発明はまた、リードフレームと、第１の半導体ダイおよび第２の半導体ダイを備える２つの同一の半導体ダイであって、各ダイは幾何学的中心を有する矩形形状を有し、各ダイは、その幾何学的中心からオフセットされたセンサ位置に位置するセンサ構造を備える、２つの同一の半導体ダイと、を備え、第２の半導体ダイは、第１の半導体ダイ上に積層され、第１の半導体ダイに対して、ゼロではない角度にわたって回転され、任意選択的にシフトもされて、そのため、第１および第２のセンサ位置Ｌ１、Ｌ２の正投影が実質的に一致している、センサデバイスを提供する。

これは、半導体ダイの設計、試験および評価を単純化するので、（少なくともハードウェアでは）２つの同一の半導体ダイを使用することの大きな利点である。

一実施形態では、センサデバイスは、２つの半導体ダイ、すなわち前記第１の半導体ダイおよび前記第２の半導体ダイのみを備える。

一実施形態では、第１の半導体ダイは、複数の第１のボンドパッドを備え、第２の半導体ダイは、複数の第２のボンドパッドを備え、積層ダイの複数の第１および第２のボンドパッドは、ワイヤボンディングを可能にするために露出されている。

一実施形態では、第１の半導体ダイは、リードフレームにワイヤボンディングされた複数の第１のボンドパッドを備え、第２の半導体ダイは、リードフレームにワイヤボンディングされた複数の第２のボンドパッドを備える。この実施形態では、リードフレームへの電気接続は、ボンドワイヤまたはワイヤボンディングによって実装される。２つの半導体ダイの回転およびオフセットまたはシフトのおかげで、ボンドパッドが上側に露出されていて、それらを容易にワイヤボンディングすることができることは、利点である。

一実施形態では、第１の矩形形状に対する第１のセンサ位置の相対位置は、第２の半導体ダイに対する第２のセンサ位置の相対位置と同一である。この実施形態では、レイアウトは同一であり得るが、それは絶対に必要とされるものではない。レイアウトが類似であれば十分である。

一実施形態では、第２の半導体ダイは、第１の半導体ダイと同一のレイアウトを有する。「同一のレイアウト」を有するとは、単一のセットのマスクを使用できることを意味する。本発明が機能するために絶対に必要とされるものではないが、それは、設計、特性評価、適格性試験、ロジスティクス、アセンブリなどを大きく単純化するため、第１および第２の半導体ダイが同一である実施形態の利点である。

特定の実施形態では、第１の半導体ダイは、第２の半導体ダイと同じシリコンウエハから取得される。

他の実施形態では、第１の半導体ダイは、第２の半導体ダイとは異なるシリコンウエハから取得される。

一実施形態では、積層ダイは、ダイ面積の少なくとも６０％、または少なくとも７０％、または少なくとも８０％、または少なくとも９０％重なり合う。

一実施形態では、矩形形状は、正方形である。（長さ／幅の比＝１を有する）。

一実施形態では、矩形形状は正方形ではなく、長さ／幅の比＞１．０５を有する）。

一実施形態では、第１の半導体ダイは、第１の半導体技術で実装され（例えば、特定技術ノード、例えば９０ｎｍのＣＭＯＳ）、第２の半導体ダイは、第１の半導体技術とは異なる第２の半導体技術で実装される（例えば、異なる技術ノードのＣＭＯＳ）。例えば、第１の半導体ダイによって提供される測定値の分解能および／または精度は、第２の半導体ダイよりも良好であり得るが、第２の測定値はなおも、安全性の目的で冗長測定値として作用するのに十分に正確であり得る。

一実施形態では、第１の矩形形状は、長さ方向（Ｘ）を定義する長さと、長さ方向（Ｘ）に垂直な幅方向（Ｙ）を定義する幅と、を有し、前記長さは前記幅以上であり、第１のセンサ位置（Ｌ１）は、第１の半導体ダイの幾何学的中心から、長さ方向に沿って第１の事前決定されたオフセット（ｄｘ）だけ、および幅方向において第２の事前決定されたオフセット（ｄｙ）だけ、オフセットされ、第１および第２のオフセットのうちの少なくとも一方は、ゼロとは異なる。

一実施形態では、第１および第２の事前定義されたオフセットの一方は、ゼロに等しく、第１および第２の事前定義されたオフセットの他方は、ゼロとは異なり、
一実施形態では、第１および第２の事前定義された距離の各々は、ゼロとは異なる。

一実施形態では、第２の半導体ダイは、リードフレームに垂直な仮想軸を中心に第１の半導体ダイに対して１８０°にわたって回転され、第２の半導体ダイは、第１の方向において第１の事前定義されたオフセットの２倍に等しい第１の距離だけシフトされ、第２の方向において第２の事前定義されたオフセットの２倍に等しい第２の距離だけシフトされている。

一実施形態では、第２の半導体ダイは、リードフレームに垂直な仮想軸を中心に第１の半導体ダイに対して９０°にわたって回転されている。

一実施形態では、第１および第２の半導体ダイは正方形であり、（例えば、図１９に示されるように）互いに対して９０°にわたって回転されている。

一実施形態では、第１および第２の半導体ダイは、非正方形であり（すなわち、長さが幅よりも大きい矩形であり）、（例えば、図２０、図２１、または図２２に示されるように）互いに対して９０°にわたって回転されている。

一実施形態では、第２の半導体ダイは、例えば、図２３および図２４に示されるように、リードフレームに垂直な仮想軸を中心に第１の半導体ダイに対して１０°〜８５°の範囲内の角度にわたって回転されている。

一実施形態では、第１および第２の半導体ダイは、リードフレームの同じ側に位置するか、または、換言すれば、第１の半導体ダイは、リードフレームと第２の半導体ダイとの間に位置する。

一実施形態では、前記第１および第２の半導体ダイの各々は、能動側および受動側を有し、第１の半導体ダイの能動側は、第２の半導体ダイの能動側と同じ方向に配向されている。

一実施形態では、第１および第２の半導体ダイの能動側は、両方とも、リードフレームに背いて配向されている、すなわちリードフレームに背いている。

一実施形態では、第１および第２の半導体ダイの能動側は、両方とも、リードフレームに向かって配向されている、すなわち、リードフレームに対向している。

一実施形態では、第２の半導体ダイは、第１の半導体ダイに対して反転（すなわち、上下逆さまに）され、そのため、第１の半導体ダイの能動側と第２の半導体ダイの能動側とは互いに対向している。

一実施形態では、第２の半導体ダイは、第１の半導体ダイに対して反転（すなわち、上下逆さまに）され、そのため、第１の半導体ダイの能動側と第２の半導体ダイの能動側とは互いに背いている。

一実施形態では、第１および第２の半導体ダイの各々は、最大３００μｍ、または最大２５０μｍ、または最大２００μｍ、または最大１７５μｍ、または最大１５０μｍ、または最大１２５μｍ、または最大１００μｍ、または最大７５μｍ、または最大５０μｍの厚さを有する。そのような半導体ダイは、「薄型半導体ダイ」として既知である。（例えば、エッチング技術を使用する）「薄型ウエハ」を製造するためのプロセスは、当該技術分野で周知であるため、ここでより詳細に説明する必要はない。薄型ウエハを使用することおよび／または互いの上に直接積層されること（さらに参照）は、第１および第２のセンサが（約７５０ミクロンの典型的な厚さを有する標準的なウエハと比較して）一緒にさらに近づくことができるという利点を提供し、したがって、第１および第２のセンサによって測定される信号間、またはそれらから導出される値間の差をさらに低減することができる。

一実施形態では、第２の半導体ダイは、スペーサまたはインターポーザなしで、第１の半導体ダイ上に直接積層される。追加の構成要素（例えば、スペーサまたはインターポーザ）が不要であり、したがって材料が節約されることは、直接積層することの利点である。センサが一緒により近くに位置することは、さらなる利点である。

一実施形態では、第２の半導体ダイは、第１の半導体ダイ上に、間に接着剤層を有して積層される。

一実施形態では、第２の半導体ダイは、第１の半導体ダイ上に、中間絶縁層を使用して積層される。（第２の半導体ダイの底部の不動態化層と比較して）２つの半導体ダイ間のガルバニック電気分離をさらに改善することができることは、そのような中間絶縁層の利点である。

一実施形態では、第１の半導体ダイは、第２の半導体ダイからガルバニック電気分離されている。

好ましい実施形態では、２つの半導体ダイは、互いにガルバニック電気絶縁されている（パッケージレベルではそうであるが、プリント回路基板（ＰＣＢ）レベルではそうでない場合がある）。

好ましくは、２つの半導体ダイは、接地用および電源用に異なるピンを使用する。

一実施形態では、例えば図１５および図１６に示されるように、第１の半導体ダイ上の第１のセンサ構造は、第２の半導体ダイ上の第２のセンサ構造と同一である。

一実施形態では、例えば図１８に示されるように、第１の半導体ダイ上の第１のセンサ構造は、第２の半導体ダイ上の第２のセンサ構造とは異なる。

どちらの場合も、第１および第２のシリコンダイは、同じ全体的機能を行ｕように、例えば磁気測定に基づいて角度位置を決定するように構成されるが、実際の実装態様、例えば感受性素子のタイプおよび／または感受性素子の物理的構成は異なり得る。一実施例として、第１のセンサ構造は水平ホール素子を含み得、一方、第２のセンサ構造は、垂直ホール素子を含む。別の実施例として、両方のセンサ構造は、同じ直径の円上に配置された複数の垂直ホール素子を含むが、第１のシリコンダイの垂直ホール素子は、（仮想円への接線の）周方向磁場成分を測定するように配置され、第２のシリコンダイの垂直ホール素子は、半径方向磁場成分を測定するように構成される。そのようなセンサデバイスは、例えば「一般的な原因の」故障モードを回避するための、機能的安全性に非常に有用である。

一実施形態では、第１および第２の事前定義された距離のうちの一方のみがゼロである（したがって、他方の事前定義された距離はゼロとは異なる）。

一実施形態では、第１および第２の半導体ダイは正方形であり、第１の事前決定されたオフセットはゼロではなく、第２の事前決定されたオフセットはゼロであり、第２の半導体ダイは、例えば図１９に示されるように、第１の半導体ダイの各縁に対して前記事前決定されたオフセット（ＤＸ＝ｄｘおよびＤＹ＝ｄｘ）だけシフトされる。

一実施形態では、第１および第２の事前定義された距離の各々は、ゼロとは異なる。

一実施形態では、第１および第２の半導体ダイは、矩形または正方形形状の１つの縁のみに隣接して位置するボンドパッドを有する（例えば、図１５、図１６、図１８〜図２０、図２２〜図２４を参照）。

一実施形態では、第１および第２の半導体ダイは、矩形または正方形形状の２つの縁に隣接して位置するボンドパッドを有する（例えば、図２１を参照）。

一実施形態では、第１のセンサ構造および第２のセンサ構造は、磁気センサ構造である。

一実施形態では、センサデバイスは、自動車用途における使用のための冗長線形位置センサデバイスである。

一実施形態では、センサデバイスは、自動車用途における使用のための冗長角度位置センサデバイスである。

一実施形態では、第１および第２のセンサ構造は、１つ以上の磁気感受性素子、および任意選択的に１つ以上の統合磁気コンセントレータ（ＩＭＣ）を備える。磁気感受性素子は、例えば、水平ホール素子、垂直ホール素子、円形ホール素子、磁気抵抗素子、例えば、ＸＭＲ素子、ＧＭＲ素子、ＴＭＲ素子、またはこれらの組み合わせからなる群から選択することができる。磁気センサ構造は、少なくとも１つの磁気量、例えば、１つの磁場成分（例えば、Ｂｘ、Ｂｙ、Ｂｚ）、または実質的に同じ位置での２つの磁場成分（例えば、ＢｘおよびＢｚ）、または磁場勾配（例えば、ｄＢｘ／ｄｘ、ｄＢｘ／ｄｙ、ｄＢｙ／ｄｘ、ｄＢｙ／ｄｘ、ｄＢｚ／ｄｘ、ｄＢｚ／ｄｙ）を測定するように構成され得る。

一実施形態では、第１のセンサ構造および第２のセンサ構造は各々、（例えば、水平ホール素子、垂直ホール素子、円形ホール素子、磁気抵抗素子、ＧＭＲ素子、ＸＭＲ素子、ＴＭＲ素子からなる群から選択される）単一の磁気感受性素子を含む。

一実施形態では、第１のセンサ構造および第２のセンサ構造は各々、複数の磁気感受性素子を含む。

「センサ構造」は、事前定義された距離にわたって離間された２つのセンサを備え得、各センサは、例えば２つの水平ホール素子およびＩＭＣを備える。そのような「センサ構造」は、平面内場勾配（例えば、ｄＢｘ／ｄｘまたはｄＢｚ／ｄｘ）を測定することが可能である。

一実施形態では、第１のセンサ構造および第２のセンサ構造は各々、１つ以上の統合磁気コンセントレータを含み、半導体ダイは、少なくとも１００ミクロン、または少なくとも１２５ミクロン、または少なくとも１５０ミクロン、または少なくとも１７５ミクロン、または少なくとも２００ミクロン、但し、好ましくは５００ミクロン未満、または３５０ミクロン未満の厚さを有する。

一実施形態では、第１の半導体ダイ上の第１のセンサまたは第１のセンサ群、および第２の半導体ダイ上の第２のセンサまたは第２のセンサ群は、１つ以上の水平ホール素子を、１つ以上の統合磁気コンセントレータと共に備える。

一実施形態では、第１の半導体ダイ上の第１のセンサまたは第１のセンサ群、および第２の半導体ダイ上の第２のセンサまたは第２のセンサ群は、１つ以上の水平ホール素子を、統合磁気コンセントレータなしで備える。

一実施形態では、第１の半導体ダイ上の第１のセンサまたは第１のセンサ群、および第２の半導体ダイ上の第２のセンサまたは第２のセンサ群は、１つ以上の垂直ホール素子、および／またはＴＭＲ、ＧＭＲ、ＡＭＲを備える。

一実施形態では、第１の半導体ダイ上の第１のセンサまたは第１のセンサ群、および第２の半導体ダイ上の第２のセンサまたは第２のセンサ群は、１つ以上の磁気抵抗素子を備える。

一実施形態では、第１および第２のセンサ構造は、ＭＥＭセンサデバイス、例えば加速度計、ジャイロスコープなどである。

一実施形態では、半導体ダイの各々は、プログラマブルプロセッサおよび不揮発性メモリを備え、これらのプロセッサは、不揮発性メモリに記憶された同一のソフトウェア命令を実行するように構成される。この場合、２つの半導体ダイの９０°または１８０°（または他の角度）の回転を補償するために（例えば、外部ＥＣＵによる）外部補償が必要とされ得る。

一実施形態では、半導体ダイの各々は、プログラマブルプロセッサおよび不揮発性メモリを備え、両方のプロセッサは角度位置を決定するように構成されるが、プロセッサのうちの一方は、両方の半導体ダイが実質的に同じ値を提供するように、２つの半導体ダイの回転を追加的に補償するように構成される。この場合、（例えば、外部ＥＣＵによる）外部補償は必要ではない。これは、「真の冗長性」を提供するので、大きな利点である。

一実施形態では、第１および第２の半導体ダイの各々は、磁場勾配に基づいて線形または角度位置を提供するように構成される。勾配信号を使用することは、測定値が外乱場から実質的に独立しているという利点を提供する。

第２の態様によれば、本発明はまた、第１の態様の特定の実施形態による磁気センサデバイスと、磁気センサデバイスの近くに配置された磁気源と、を備える、センサシステムを提供する。

一実施形態では、前記磁気源は、少なくとも１つの永久磁石を備える。

永久磁石は、軸方向または直径方向に磁化された円筒形またはリング状またはディスク状の磁石であり得、双極、四極、または高次の磁場を形成する。

一実施形態では、センサシステムは、外部プロセッサ、例えば自動車環境におけるＥＣＵ（エンジン制御ユニット）に接続されてもよいし、またはそれをさらに備えてもよい。

信頼性を改善するために、自動車環境における測定および冗長測定を行うための、上記のようなセンサデバイスまたはセンサシステムの使用。

本発明の特定の態様および好ましい態様は、添付の独立請求項および従属請求項に記載される。従属請求項の特徴は、必要に応じて、独立請求項の特徴および他の従属特許請求項の特徴と組み合わせされ得、請求項に明示的に記載されるものだけではない。

本発明のこれらおよび他の態様は、以下に記載の実施形態（複数可）から明らかになり、実施形態（複数可）を参照して解明される。

２つのダイ上の２つのセンサを統合して冗長センサパッケージを形成するための３つの従来技術アプローチを示す。図１は、スペーサまたはインターポーザによって分離された２つの同一のダイを有するアセンブリを示す。 ２つのダイ上の２つのセンサを統合して冗長センサパッケージを形成するための３つの従来技術アプローチを示す。図２は、スペーサまたはインターポーザなしで２つの同一のダイを有するアセンブリを示す。 ２つのダイ上の２つのセンサを統合して冗長センサパッケージを形成するための３つの従来技術アプローチを示す。図３は、リードフレームの反対側に位置する２つの同一のダイを有するアセンブリを示す。 それぞれ、いわゆる「軸上」アセンブリ、「軸外」アセンブリ、および「スルーシャフト」アセンブリにおいて、磁石およびセンサデバイスを備えるいくつかの従来技術システムによって取得される、磁気センサの不整列の不利な影響を示す。 それぞれ、いわゆる「軸上」アセンブリ、「軸外」アセンブリ、および「スルーシャフト」アセンブリにおいて、磁石およびセンサデバイスを備えるいくつかの従来技術システムによって取得される、磁気センサの不整列の不利な影響を示す。 それぞれ、いわゆる「軸上」アセンブリ、「軸外」アセンブリ、および「スルーシャフト」アセンブリにおいて、磁石およびセンサデバイスを備えるいくつかの従来技術システムによって取得される、磁気センサの不整列の不利な影響を示す。 本発明の第１の例示的な実施形態を示す。図７は、幅方向（Ｙ）においてダイの幾何学的中心からオフセットされたセンサ（またはセンサ構造）を有する第１の例示的な矩形半導体ダイを上面図において示す。 本発明の第１の例示的な実施形態を示す。図８は、本発明の実施形態で使用することができるように、上方ダイをシフトおよび１８０°だけ回転させた後の、図７に示された２つの半導体ダイの積層体を上面図において示す。 本発明の第１の例示的な実施形態を示す。図９は、本発明の実施形態によるセンサデバイスに使用することができるように、リードフレームにワイヤボンディングされた図８の積層体を側面図において示す。 本発明の第２の例示的な実施形態を示す。図１０は、長さ（Ｘ）および幅（Ｙ）方向の両方でダイの幾何学的中心からオフセットされたセンサ（またはセンサ構造）を有する第２の例示的な矩形半導体ダイを示す。 本発明の第２の例示的な実施形態を示す。図１１は、本発明の実施形態に使用することができるように、上方ダイをシフトおよび１８０°だけ回転させて、センサ素子を垂直方向で整列させた後の、図１０に示された２つの半導体ダイの積層体を示す。 本発明の一実施形態による磁石およびセンサデバイスのいわゆる「軸上アセンブリ」の概略図である。 本発明の一実施形態による磁石およびセンサデバイスのいわゆる「軸外アセンブリ」の概略図である。 本発明の一実施形態による磁石およびセンサデバイスのいわゆる「スルーシャフト」アセンブリの概略図である。 円上に位置する８つの水平ホール素子を備える磁気センサ構造が使用されている、図９の具体的実施例として見ることができる、本発明の別の例示的な実施形態を示す概略図である。 円上に位置し、半径方向場成分を測定するように配向された６つの垂直ホール素子を備える磁気センサ構造が使用されている、図９の別の具体的実施例として見ることができる、本発明の別の例示的な実施形態を示す概略図である。 図１７（ａ）〜図１７（ｆ）は、例示的な目的で、斜視図ではなく上面図で示された、本発明の実施形態による例示的なセンサデバイスの第１および第２の半導体ダイに使用することもできる他のいくつかの例示的な磁気センサ構造を示す。但し、本発明はこれらに限定されず、他のセンサ構造も使用することができる。 第１および第２の半導体ダイが同一の外寸を有するが、異なる磁気センサ構造を有する、本発明の一実施形態による別の「積層ダイアセンブリ」を示す。磁気センサ構造は、それぞれのダイの幾何学的中心からオフセットして位置し、ダイは、互いに対してシフトおよび回転されて、そのため、センサ構造は垂直方向で整列されている。 図１９（ａ）は、ダイの縁のうちの１つに平行な方向においてダイの幾何学的中心からオフセットされたセンサ構造を有する正方形半導体ダイを上面図において示す。図１９（ｂ）は、本発明の一実施形態による、上方ダイを９０°だけ回転させた後で、かつ上方ダイをシフトさせて、センサ構造の磁気中心を整列させた後の、図１９（ａ）に示されたような２つの半導体ダイの積層体を上面図において示す。 図２０（ａ）は、ダイの縁のうちの１つに平行な方向においてダイの幾何学的中心からオフセットされたセンサを有する矩形半導体ダイを上面図において示す。ダイは、１つの側部のみにボンドパッドを有する。図２０（ｂ）は、本発明の一実施形態による、上方ダイを９０°だけ回転させた後で、かつ上方ダイをシフトさせて、センサを垂直方向で整列させた後の、図２０（ａ）に示された２つの半導体ダイの積層体を上面図において示す。 図２１（ａ）は、ダイの縁のうちの１つに平行な方向においてダイの幾何学的中心からオフセットされたセンサを有する矩形半導体ダイを上面図において示す。ダイは、２つの側部にボンドパッドを有する。図２１（ｂ）は、本発明の一実施形態による、上方ダイを９０°だけ回転させた後で、かつ上方ダイをシフトさせて、センサを垂直方向で整列させた後の、図２１（ａ）に示された２つの半導体ダイの積層体を上面図において示す。 図２２（ａ）は、ダイの各縁に平行な２つの方向においてダイの幾何学的中心からオフセットされたセンサを有する矩形半導体ダイを上面図において示す。図２２（ｂ）は、本発明の一実施形態による、上方ダイを９０°だけ回転させた後で、かつ上方ダイをシフトさせて、センサを垂直方向で整列させた後の、図２２（ａ）に示された２つの半導体ダイの積層体を上面図において示す。 各ダイが、ダイの幾何学的中心からオフセットされ、コーナー付近の位置に位置するセンサを有する、２つの正方形半導体ダイの積層体を上面図において示す。ダイは、本発明の一実施形態により、上方ダイを約１５°にわたって回転させた後で、かつ上方ダイをシフトさせて、センサを垂直方向で整列させた後に、積層される。 各ダイが、その幾何学的中心からダイの幅の約２５％だけオフセットされたセンサを有する、２つの正方形半導体ダイの積層体を上面図において示す。ダイは、本発明の一実施形態により、上方ダイを約１５°にわたって回転させた後で、かつ上方ダイをシフトさせて、センサを垂直方向で整列させた後に、積層される。

図面は、概略的でしかなく、非限定的である。図面では、要素のうちのいくつかのサイズは、例示目的で、誇張され、縮尺通りに描かれていない場合がある。特許請求の範囲のいずれの参照記号も、範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。異なる図面では、同じ参照記号は同じまたは類似の要素を指す。

本発明を、特定の実施形態に関して、かつ特定の図面を参照して説明するが、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。説明される図面は、概略的でしかなく、非限定的である。図面において、要素のうちのいくつかのサイズは、例示目的で、誇張され、縮尺通りに描かれていない場合がある。寸法および相対寸法は、本発明の実施に対する実際の縮小に対応しない。

さらに、説明および特許請求の範囲における第１の、第２のなど用語は、同様の要素を区別するために使用され、必ずしも、時間的、空間的、順位的、または他のいかなる方法での順序を記述するために使用されるわけではない。そのように使用される用語は、適切な状況下で交換可能であり、本明細書に記載される本発明の実施形態は、本明細書に記載または例示される以外の順序で動作することが可能であることを理解されたい。

さらに、説明および特許請求の範囲における上、下などの用語は、説明目的で使用され、必ずしも相対的な位置を記述するために使用されるわけではない。そのように使用される用語は、適切な状況下で交換可能であり、本明細書に記載される本発明の実施形態は、本明細書に記載または例示される以外の配向で動作することが可能であることを理解されたい。

特許請求の範囲で使用される「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、その後に列挙される手段に限定されるものとして解釈されるべきではなく、他の要素またはステップを除外しないことに留意されたい。したがって、それは、述べられた特徴、整数値、ステップまたは構成要素の存在を言及されたように特定すると解釈されるが、１つ以上の他の特徴、整数値、ステップもしくは構成要素、またはこれらの集まりの存在または追加を除外しない。したがって、表現「手段ＡおよびＢを備えるデバイス」の範囲は、構成要素ＡおよびＢのみからなるデバイスに限定されるべきではない。これは、本発明に関して、デバイスの関連構成要素のみがＡおよびＢであることを意味する。

本明細書を通して、「１つの実施形態」または「一実施形態」への言及は、実施形態に関連して説明される特定の特徴、構造または特性が本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書を通してさまざまな箇所での「１つの実施形態では」または「一実施形態では」という句の出現は、すべてが必ずしも同じ実施形態を指すわけではないが、指す可能性もある。さらに、特定の特徴、構造または特性は、１つ以上の実施形態では、本開示から当業者には明らかであろうように、任意の好適な方法で組み合わされ得る。

同様に、本発明の例示的な実施形態の説明において、本開示を合理化し、１つ以上のさまざまな発明の態様の理解を助ける目的で、本発明のさまざまな特徴が、単一の実施形態、図、またはその説明において一緒にグループ化されることがあることを理解されたい。しかしながら、この開示方法は、特許請求される発明が、各請求項に明示的に列挙されるよりも多くの特徴を必要とするという意図を反映すると解釈されるべきではない。むしろ、以下の特許請求の範囲に反映されるように、発明の態様は、単一の前述の実施形態のすべての特徴に満たない。したがって、詳細説明に続く特許請求の範囲は、本明細書によって本詳細説明に明示的に組み込まれ、各請求項は、本発明の別個の実施形態としてそれ自体で成り立つ。

さらに、本明細書に記載のいくつかの実施形態は、他の実施形態に含まれる、他の特徴ではないいくつかの特徴を含むが、異なる実施形態の特徴の組み合わせは、当業者によって理解されるように、本発明の範囲内であること、および異なる実施形態を形成することを意味する。例えば、以下の特許請求の範囲では、特許請求される実施形態のいずれも、任意の組み合わせで使用することができる。

本明細書に提供される説明では、多くの具体的な詳細が記載される。しかしながら、本発明の実施形態は、これらの特定の詳細なしで実施し得ることが理解される。他には、周知の方法、構造、および技術は、この説明の理解を曖昧にしないために、詳細には示されていない。

本文書では、「センサ」または「センサ構造」という用語は、単一のセンサ構成素子もしくはセンサ素子、または物理量を測定するための複数の構成要素もしくは構造、例えば、ＭＥＭ構造、加速度計、ジャイロスコープ、統合磁気コンセントレータを含むもしくは含まない単一または複数の磁気感受性素子を備える「磁気センサ構造」を指すとして、広義に解釈されるべきである。

本文書では、「磁気センサ素子」または「磁気センサ」という用語は、例えば、磁気抵抗素子、ＧＭＲ素子、ＸＭＲ素子、ＴＭＲ素子、水平ホールプレート、垂直ホールプレート、円形ホール素子、少なくとも１つ（好ましくは４つ）の磁気抵抗素子を含むウィートストーンブリッジなど、またはこれらの組み合わせなど、磁気量を測定することが可能である構成要素もしくは構成要素群またはサブ回路または構造を指すことができる。

本発明の特定の実施形態では、「磁気センサ構造」は、１つ以上の統合磁気コンセントレータ（ＩＭＣ）および１つ以上の水平ホール素子、例えば、例えば図１７（ｂ）に示されるようなまたは図１７（ｅ）に示されるような、ディスク状ＩＭＣ、およびＩＭＣの周縁付近に配置された２つまたは４つの水平ホール素子を含み得る。

「幾何学的中心がセンサの位置からオフセットされた」という句は、「センサ位置が幾何学的中心からオフセットされた」と同じことを意味し、それらが一致しないことを意味する。

本発明は、センサデバイスの分野に関し、より具体的には、自動車環境における使用のためのセンサデバイスに関する。デバイスは、二重測定を行うための２つの半導体ダイ、例えば、安全目的で使用できるように、実際の測定を行うためのものと、冗長測定を行うためのものと、を備える。

本発明は、いくつかの種類のセンサ、例えば、加速度計またはジャイロスコープなどのマイクロ電気機械システム（ＭＥＭ）、磁気センサ、および他のセンサに対して機能するが、説明を単純化するために、本発明は主に磁気センサについて説明するが、本発明はこれに限定されない。

背景技術の節で述べたように、デュアルまたは冗長センサデバイスは、当該技術分野では既知である。そのようなデバイスは、典型的には、単一のパッケージ内に、２つの基板を備え、一方は、第１のセンサ測定値（例えば、実際のセンサ測定値）を提供するためのものであり、他方は、第２の測定値（例えば、冗長センサ測定値）を提供するためのものである。２つの基板が並べて配置されているデバイスは、比較的大きな設置面積を必要とし、したがって、より多くの基板スペースを必要とし、これは望ましくない。設置面積を減少させるために、例えば、各ダイ上に１つずつの２つのセンサを統合して冗長センサパッケージを形成するための３つの既存の解決策を示す図１〜図３に示されるように、基板を互いの上に積層することができる。

図１は、中間スペーサまたはインターポーザ１０３と共に互いの上に積層された２つの同一の基板１０２ａ、１０２ｂを有するアセンブリ１００を示す。第１の基板１０２ａは、第１のセンサ１０４ａを有する。第２の基板１０２ｂは、第２のセンサ１０４ｂを有する。２つの基板は、整列され、２つのセンサも整列されている（Ｚ方向において）。第１の基板１０２ａは、第１のボンディングワイヤ１１２ａを介してリードフレーム１０９に接続される。第２の基板１０２ｂは、第２のボンディングワイヤ１１２ｂを介してリードフレーム１０９に接続される。このアセンブリ１００の不利点は、第１の基板１０２ａがリードフレーム１０９にワイヤボンディングされることを可能にするためにスペーサ１０３（インターポーザとも称される）を必要とすることである。スペーサ１０３は、材料費を増加させ、パッケージの高さを増加させ、（高さ方向における）２つのセンサ１０４ａ、１０４ｂ間の距離を増加させ、組み立てプロセスを複雑化する。

図２は、スペーサまたはインターポーザなしで２つの同一の基板２０２ａ、２０２ｂを有するアセンブリを示す。第１の基板２０２ａは、第１のセンサ２０４ａを有する。第２の基板２０２ｂは、第２のセンサ２０４ｂを有する。第１の基板２０２ａのボンドパッドを露出させるために、第２の基板２０２ｂは（Ｘ方向において）第１の基板２０２ａに対してシフトされ、したがって、これらをリードフレーム２０９にワイヤボンディングすることができる。２つのセンサ２０４ａ、２０４ｂは整列されていない。

図３は、リードフレーム３０９の反対側に取り付けられた２つの同一の基板３０２ａ、３０２ｂを有するアセンブリを示す。第１の基板３０２ａは、第１のセンサ３０４ａを有する。第２の基板３０２ｂは、第２のセンサ３０４ｂを有する。分かるように、第１の基板３０２ａは、第２の基板３０２ｂに整列され、第１のセンサ３０４ａは、第２のセンサ３０４ｂに整列されている。２つのセンサは、リードフレーム３０９の厚さだけ分離されている。しかしながら、リードフレーム３０９の上側および下側の両方でのボンディングは標準的なプロセスではなく、組み立てプロセスをかなり複雑化する。

センサ不整列は、特定の用途、例えば地球の重力場を測定するためのセンサでは問題ではないかもしれないが、センサ不整列は、例えば磁気センサシステム、例えば線形または角度位置センサシステムなどの特定の用途では懸念される。

図４〜図６は、永久磁石４１１、５１１、６１１をそれぞれ備える角度位置センサシステムにおいて、図２に示されたようなセンサ構成を有するセンサデバイス４０１、５０１、６０１を使用するときの問題を示す。図４は、いわゆる「軸上」構成を示す。図５は、いわゆる「軸外」構成を示す。図６は、いわゆる「スルーシャフト」構成をそれぞれ示す。

図面を複雑にしないために、センサは黒い正方形で模式的に表されているが、当然のことながら、実際には、センサは（はるかに）より複雑な構造（例えば、図１５〜図１８を参照）を有し得ることに留意されたい。

第１のセンサ４０４ａ、５０４ａ、６０４ａは、第２のセンサ４０４ｂ、５０４ｂ、６０４ｂとは異なる位置に（典型的には、少なくとも１ｍｍ離れて、または少なくとも７５０ミクロン離れて、または少なくとも５００ミクロン離れて）位置するので、第２のセンサ４０４ｂ、５０４ｂ、６０４ｂとは別の値を提供することを容易に理解することができる。センサ位置間の距離が大きいほど、センサ信号間の偏差が大きくなり、これは望ましくない。理想的なデュアルセンサデバイスでは、第１の基板は、第２の基板とまったく同じ信号を提供する。これは、エラーまたは障害状態を検出するための閾値を減少させることができるという利点を提供する。

本発明の発明者らは、２つの半導体ダイによって提供される測定結果（例えば、角度位置）がより良好に一致するが、好ましくは従来技術の不利点のない、特に、パッケージの厚さを著しく増加させることがなく、かつ／または材料コストを著しく増加させることがなく、かつ／または組み立てプロセスを著しく複雑化することがなく、好ましくはこれらのすべてである、センサデバイスを提供するように求められた。

この課題に直面し、多くの考慮の末、発明者らは、驚いたことに、リードフレームと、リードフレームに電気的に接続された第１の半導体ダイと、リードフレームに電気的に接続された第２の半導体ダイと、を備える、センサデバイスを提供する考えに至った。第１の半導体ダイは、第１のセンサ位置に位置する第１のセンサまたはセンサ構造を備え、第２の半導体ダイは、第２のセンサ位置に位置する第２のセンサまたはセンサ構造を備える。第１の半導体ダイは、第１のセンサ位置からオフセットした第１の幾何学的中心を有する第１の矩形形状を有する。第２の半導体ダイは、第１の矩形形状に等しい第２の矩形形状を有し、第２のセンサ位置からオフセットした第２の幾何学的中心を有する。第２の半導体ダイは、第１の半導体ダイ上に積層され、第１の半導体ダイに対して、ゼロではない角度にわたって回転され、任意選択的にゼロではない距離にわたってシフトもされて、そのため、リードフレーム上への第１および第２のセンサ位置の正投影が一致している。

簡単に言うと、そのようなセンサデバイスは、２つの半導体ダイを備える「積層ダイアセンブリ」と称され得、２つのセンサ構造は「整列」され、標準的な方法で（上から）容易にボンディングすることができる。電気接続がワイヤボンディングを使用して行われる場合、そのようなアセンブリは、「ワイヤボンディング積層ダイアセンブリ」とも称される。好ましくは、積層ダイアセンブリは、プラスチック化合物でオーバーモールドされて、「（ワイヤボンディング）積層チップパッケージ」（図示せず）を形成する。

第１のセンサまたはセンサ構造は、１つ以上のセンサ素子、例えば、磁気感受性素子、および任意選択的にさらなる素子（例えば、統合磁気コンセントレータ）を備える。同様に、第２のセンサまたはセンサ構造は、１つ以上のセンサ素子、例えば、磁気感受性素子、および任意選択的にさらなる素子（例えば、統合磁気コンセントレータ）を備える。「センサ位置」（例えば、図１５のＬ１）とは、１つ以上の感受性素子によって定義される、例えば感受性素子の実質的に中間にある（実際のまたは仮想の）中心位置を意味する。例えば、単一の感受性素子の場合、「センサ位置」は、単一の感受性素子の位置として定義される。仮想円上に配置された複数の感受性素子を有するセンサ構造の場合、「センサ位置」は、仮想円の中心として定義される。２つの離間した感知素子を有するセンサ構造の場合、「センサ位置」は、２つの感知素子の中間の位置などとして定義される。

発明者らは、驚いたことに、下記の独自で非常に有利な技術的特徴の組み合わせを見出した：（１）２つの半導体ダイ、（２）互いの上へ積層されること、（３）両方のダイが、ダイの幾何学的中心からオフセットされた（中央に位置しない）センサ位置を有すること、（４＋５）上方ダイが下方ダイに対して回転（４）およびシフト（５）されて、センサの垂直投影が一致すること。

この独自の組み合わせは、２つのセンサ位置が「垂直方向で整列」されるという利点を提供し、したがって、第１および第２のセンサは、第１および第２のセンサ位置がリードフレームに平行な少なくとも１つの方向においてオフセットされている図２に示された積層体とは対照的に、実質的に同じ１つまたは複数の物理量（例えば、磁気量）を測定することができる。

好ましくは、ダイの各々は、それらの能動表面上に位置するボンドパッドをさらに備え、ボンドパッドは、好ましくは、ダイが積層されたとき、それらの上側に露出する。これは、上からの容易なワイヤボンディングを助ける。

ボンドワイヤ１１１を第２の半導体ダイを取り付ける前に配置する必要があり、これが処理を複雑化する図１とは対照的に、電気接続、例えばワイヤボンディングを、標準機器を使用して単純な方法で上側で行えることは、この磁気センサデバイスの大きな利点である。

本発明によって提案された積層構成は、第１の半導体ダイと第２の半導体ダイとの間にスペーサまたはインターポーザを取り付ける必要がないことは利点であるが、いくつかの実施形態では、取り付けてもよい。

第１のセンサおよび第２のセンサが、実質的に同じ２Ｄまたはさらには３Ｄ位置における物理量、例えば磁場を測定できることは、大きな利点である。そのようなセンサデバイスは、安全上の理由で冗長性が必要とされる自動車用途に理想的に適している。

この点において、「冗長性」では、まったく同じ回路が第１および第２の半導体ダイに使用されること、および／またはまったく同じ１つ／複数の物理量が、まったく同じ物理的位置（複数可）で測定されること（例えば、個々のセンサ素子は整列していないが、センサが全体として整列している図１６を参照）、および／または測定結果もしくはそれらから導出される値がまったく同じである必要があることは要求されない（例えば、図９の第１の半導体ダイによって測定される角度は、第２の半導体ダイによって測定される角度に対して１８０°位相シフトされ得る）が、第１の半導体ダイから取得される測定結果またはそれらから導出される値は、第２の半導体ダイから取得されるものと一貫性があることに留意されたい。

絶対に必要というわけではないが（例えば、図１８を参照）、好ましい実施形態では、第１の半導体ダイは、第２の半導体ダイとまったく同じである（つまり、同じマスクをすべて使用して作られる）。両方が同じウエハから取得される場合、これは、第１および第２の半導体ダイによって提供される結果の一致をさらに改善し得る。異なるウエハから取られる場合、これは、ウエハ処理に関する一般的な原因の故障モードのリスクを低減することができる。

好ましい実施形態では、半導体ダイは（中間構成要素または層なしで）互いの上に直接積層され、好ましくは３５０μｍ未満の、例えば３００μｍ未満の、例えば２５０μｍ未満の、例えば約２００μｍに等しい、またはさらには２００μｍ未満の厚さに薄型化される。これは、第１の半導体ダイおよび第２の半導体ダイのセンサ構造間の距離をさらに減少させ、結果の一致をさらに改善する効果を有する。この効果は、本発明者らに既知の従来技術解決策のいずれによっても提供されない。実際、この効果を取得するためには、上方ダイのみを薄型化する必要がある。いくつかの実施形態では、下方ダイは、その通常の厚さを有し、機械的剛性または機械的頑丈性を改善し得る。

好ましい実施形態では、２つの半導体ダイは、電力ラインおよび接地ラインを含め、互いにガルバニック電気分離され、これは、（とりわけ）真の冗長性のために、２つの半導体ダイがパッケージの異なるピンにワイヤボンディングされることを意味する。

これらは、本発明の主な根底的着想であり、さらにより詳細に説明される。

図１〜図６は、既に上述した。

図７〜図９は、第１の例示的なセンサデバイス９００と、それに使用される半導体ダイと、を示す。

図７は、（Ｘ方向における）長さＬ、および（Ｙ方向における）幅Ｗを有する矩形半導体ダイ７０２を上面図において示す。長さＬは、幅Ｗと等しいか、またはそれよりも大きい。矩形は、２つの対角線（図７には示されていないが、例えば、図２０ａを参照）の交点に位置する星印で模式的に示された幾何学的中心７０６を有し、これは、（図７に示されたように）長さおよび幅の中間にある、長さ方向および幅方向に平行な２つの線の交点と同じである。

半導体ダイ７０２は、この実施例では、Ｙ方向において幾何学的中心７０６から事前定義された距離「ｄｙ」だけオフセットされた（例えば、磁気センサ構造の場合には「磁気中心」として知られる）「センサ位置」Ｌ１を有する、図面を複雑化しないために正方形で模式的に表されたセンサまたはセンサ構造７０４を備える。「センサ位置」の実施例をさらに提供するが（例えば、図１５〜図１８の「Ｌ１」および「Ｌ２」を参照）、簡単に言えば、センサ位置は、１つ以上の感受性素子の実質的に「中央」に、またはそれらの中間に位置する点である。

半導体ダイ７０２は、好ましくは、複数のボンドパッド７０７を備えるゾーン７０８をさらに備える。このゾーンは、矩形の縁上に（実施例では、１つの縁上にのみ）位置し、最大で前記オフセット「ｄｙ」の２倍の幅を有し、したがって、ゾーン７０８の幅≦２＊ｄｙである。または、言い換えると、所与の幅のパッドゾーン７０８に対して、センサ位置と幾何学的中心との間のオフセット「ｄｙ」は、前記幅の少なくとも５０％でなければならない。好ましい実施形態では、この幅は、リードフレームへの電気接続、例えばワイヤボンディングを可能にするために、１１０〜２５０μｍ、または約１５０〜約２１０μｍの範囲の値を有するが、本発明は、より大きなゾーン、例えば、最大２５０μｍ、または最大３００μｍ、または最大４００μｍ、または最大４５０μｍの幅を有するゾーンでも機能するであろう。

図８は、上方ダイ８０２ｂを半導体ダイに垂直な軸を中心に１８０°だけ回転させた後で、かつ任意選択的に上方ダイ８０２ｂをシフトさせて、上方ダイ８０２ｂおよび下方ダイの長縁を、平行であるが、前記オフセットｄｙの２倍に等しい距離ＤＹ、したがってＤＹ＝２＊ｄｙだけ離間させた後の、図７の幾何学形状（すなわち、センサ構造およびボンドパッドのサイズおよび形状ならびに相対的位置）を有する２つの半導体ダイ８０２ａ、８０２ｂの積層体８００を示す。（完全性を期すため、上方ダイがセンサ位置Ｌ１を通る回転軸を中心に回転される場合、並進は必要ないことに留意されたい）。

分かるように、そうすることによって、幾何学的中心８０６ａ、８０６ｂの２Ｄ投影は２＊ｄｙだけ離間しているが、センサ位置Ｌ１、Ｌ２の２Ｄ投影は一致する積層体が作成される。したがって、センサ構造８０４ａおよび８０４ｂは「整列」され、それらが実質的に同じ物理量を測定することを意味する。さらに明確になるように（例えば、図１６を参照）、第１および第２のセンサ構造８０４ａ、８０４ｂの感受性素子によって測定される個々の量は異なる場合があるが、それらから導出される測定結果、例えば角度位置は、両方の半導体ダイについて実質的に同一であることに留意されたい。

さらに、センサ位置Ｌ１、Ｌ２は、まったく一致しているわけではなく、実際には、高さ方向において上方ダイ８０２ｂの厚さだけ離間していることに留意されたい。しかしながら、実用的には、これらの２つの位置は、特に上方半導体ダイ８０２ｂが、例えば３５０ミクロン未満、または２５０ミクロン未満、例えば約２００ミクロン未満の厚さにまで「薄型化」されている場合、実質的に「同じ」と見なすことができる。さらに、本発明の好ましい実施形態では、角度位置センサシステムの一部としてのセンサデバイスによって測定される結果は、いずれにせよ、センサデバイスと磁石との間の軸方向距離に対して高度に非感受性である。

図９は、リードフレーム９に取り付けられた、図８の積層体を側面図において示す。理解できるように、問題なく、第１の（下方）半導体ダイ９０２ａのボンドパッド９０７ａは、第１のボンドワイヤ９１２ａによってリードフレーム９０９に電気的に接続、例えばワイヤボンディングすることができ、第２の（上方）半導体ダイ９０２ｂのボンドパッド９０７ｂは、第２のボンドワイヤ９１２ｂによってリードフレーム９０９に電気的に接続、例えばワイヤボンディングすることができる。

図１とは対照的に、図９の半導体ダイ９０２ａ、９０２ｂは１８０°だけ回転され、それらの縁は互いにオフセットされ、インターポーザは必要とされない。図２とは対照的に、図９のセンサ構造は整列している。図３とは対照的に、図９の２つの半導体ダイは両方がリードフレームの同じ側に位置し、それらの能動表面は同じ方向（上向き）に配向され、ボンディングはリードフレームの片側でのみ必要である。言い換えれば、本発明によって提供される解決策は、従来技術の解決策のすべての利益を有する。

明示的に示されてはいないが、図９の積層体９００は、例えばプラスチック化合物によって既知の方法でオーバーモールドして、実際の測定および冗長測定を行うために、例えば、安全性を改善するために、自動車用途において使用することができるパッケージ化半導体デバイスを形成することができる。

好ましくは（図９に示されたように）、２つの半導体ダイ９０２ａ、９０２ｂは、中間構成要素（例えば、スペーサまたはインターポーザ）なしで互いの上に直接積層される。また、好ましくは、少なくとも上方ダイ９０２ｂは薄型化される（図示せず）。これにより、２つのセンサ構造９０４ａ、９０４ｂ間の距離がさらに減少する。

図９には明示的に示されていないが、第１および第２の半導体ダイは、好ましくは、接地ピンおよび電源ピンへの別個の接続を含め、ガルバニック電気分離される。十分な絶縁を提供するために、半導体ダイの裏面に、不動態化層、例えば酸化物層または窒化物層またはこれらの組み合わせを提供してもよい。あるいは、または加えて、電気的分離は、半導体ダイ間の電気絶縁層、例えば約５０〜１００μｍの厚さを有する、例えばポリイミドで作られた、例えば絶縁テープによって提供することができる。

別の変形態様（図示せず）では、センサ７０４は、Ｙ方向（矩形の幅方向）ではなく、Ｘ方向（矩形の長さ方向）において幾何学的中心からオフセットされ、ボンドパッド７０７を有するゾーン７０８は、短縁付近に位置するであろう。

別の変形態様では、矩形は正方形であり、２つのダイは１８０°にわたって回転される。

図１０および図１１は、図７〜図９の積層ダイ構成９００の一変形態様として見ることができる、積層に好適な第２の実施例のシリコンダイ１００２と、２つのそのようなシリコンダイ１１０２ａ、１１０２ｂを使用する積層ダイ構成１１００と、を示す。

図１０は、第２の例示的な半導体ダイ１００２を上面図において示す。半導体ダイは、矩形形状を有し、その幾何学的中心１００６が星印で示されている。半導体ダイは、長さ方向（Ｘ）において幾何学的中心１００６から事前定義された距離「ｄｘ」だけでオフセットされ、幅方向（Ｙ）において幾何学的中心１００６から事前定義された距離「ｄｙ」だけオフセットされた（例示目的で正方形で模式的に表された）センサ構造１００４を有する。半導体ダイは、一緒にＬ形状を形成する、Ｘ方向に延在し、かつ最大２＊ｄｙの幅を有する、半導体ダイ１００２の一縁に沿った矩形ゾーン１００８内に、および／またはＹ方向に延在し、かつ最大２＊ｄｘの幅を有する、半導体ダイの一縁に沿ったゾーン１０１８内に位置する、複数のボンドパッド１００７を有する。または、所与の寸法のゾーン１００８および１０１８について、存在する場合、最小オフセットｄｘおよびｄｙを決定することができる。

図１１は、上方ダイを１８０°だけ回転させた後で、かつ任意選択的に上方ダイ１１０２ｂをシフトさせて、ダイがＸ方向において距離ＤＸ＝２ｄｘだけ、およびＹ方向において距離ＤＹ＝２ｄｙだけオフセットされた後の、図１０に示された２つの半導体ダイ１１０２ａ、１１０２ｂの積層体１１００を示す。（上記したように、Ｌ１，Ｌ２を通る軸を中心に回転を行う場合は、回転のみで、並進は必要ない）。分かるように、これは、センサ位置Ｌ１、Ｌ２の整列を引き起こし、センサ構造１１０４ａ、１１０４ｂは、１８０°にわたって回転しているにもかかわらず、実質的に同じ物理量を測定する。

図７〜図９で説明したのと同様に、２つの半導体ダイ１１０２ａ、１１０２ｂは、（例えば、約１００〜３５０ミクロンの厚さ、例えば約２００ミクロンに等しい厚さまで）薄型化され得、互いの上に直接または中間絶縁層もしくは絶縁テープによって積層され得、好ましくは、別個の接地ラインおよび電源ラインの提供を含め、ガルバニック電気分離され、積層アセンブリはオーバーモールドされ得る。

図７〜図１１では、リードフレームに垂直な方向におけるセンサの投影が一致するように整列された２つのセンサ構造を備えるパッケージ化積層ダイ構成の２つの例示的な実施形態を説明した。

実際には、半導体ダイは、センサ構造をバイアスするためのバイアス回路、読み出し回路、増幅回路、デジタル化回路、処理回路などをさらに含み得るが、そのような回路は本発明の主な焦点ではなく、当該技術分野で周知であるので、それらは本明細書でさらに詳細に説明する必要はない。あえて言うなら、整列が十分に正確であり、半導体ダイの厚さが少なくとも１００ミクロン、または少なくとも１５０ミクロン、または少なくとも２００ミクロンであることを条件に、本発明の原理は、任意の磁気センサ構造と併せて、統合磁気コンセントレータ（ＩＭＣ）を備えるセンサ構造とさえ併せて、使用され得る。

第２の半導体ダイが第１の半導体ダイに対して１８０°だけ回転されており、第１の半導体ダイによって提供されるものとは異なる測定値（例えば、回転角度）を提供し得るという事実は、例えば結果を１８０°だけ回転させるようにプログラムされ得る、一方のセンサデバイス自体の回路によって、または外部プロセッサ（例えば、ＥＣＵ）によって行い得る後処理ステップによって容易に対処され得る。数学的には、後処理ステップは、例えば、第２の半導体ダイによって提供される角度に１８０°を加算するか、または１８０°を減算して、値が０°〜３６０°の範囲にあるようにするくらいに単純であり得る。

図１２〜図１４は、センサデバイス１２０１、１３０１、１４０１が、その中に備えられた２つの半導体ダイによって提供される結果の一致をどのように改善することができるかを示す。

図１２は、例示的なセンサシステム１２００、より具体的には、いわゆる「軸上構成」のディスク状永久磁石１２１１およびセンサデバイス１２０１を備える角度位置センサシステムを示す。センサデバイス１２０１は、例えば、図８または図９または図１１に示されたような積層ダイ構成を有し得る。２つのセンサ構造１２０４ａ、１２０４ｂは、例示的な理由で２つの黒い正方形で模式的に示され、（半導体ダイに垂直な方向における）それらの間の距離は、典型的には、約１００〜３５０ミクロン、例えば約２００ミクロンでしかなく、一方、磁石１２１１とセンサデバイス１２０１との間の距離「ｇ」は、典型的には、１桁大きい（例えば、約２．０〜５．０ｍｍ）ので、３Ｄ空間において実質的に一致する。

センサデバイス１２０１の両センサ構造１２０４ａ、１２０４ｂは、両センサ構造が磁石１２１１の回転軸からオフセットされている図４とは対照的に、前記回転軸と整列されていることが理解されるであろう。さらに、デバイス１２０１の両センサ構造１２０４ａ、１２０４ｂは、実質的に同じ磁場を感知することが理解され得る。したがって、個々の結果が（回転軸からの望ましくないオフセットに関連して）改善され得るだけでなく、特に、第１の半導体ダイおよび第２の半導体ダイによって提供される結果が（当然のことながら、１８０°の回転を考慮した後に）より良好に一致する。これにより、センサデバイス１２０１は、安全用途に理想的に適している。

図１２の実施例は、ディスク状磁石を使用しているが、本発明はこれに限定されず、棒磁石またはリング磁石などの他の磁石も使用され得る。加えて、図１２の磁石１２１１は（例えば、直径方向に磁化または軸方向に磁化された）二極磁石であるが、高次の磁石、例えば、四極または六極磁石も使用され得る。当然のことながら、センサデバイス１２０１の内部で使用されるセンサ構造および／またはアルゴリズムは、既存の解決策の場合と同様に、使用されている特定の磁石に対応する必要があり、磁石に対するセンサデバイスの位置は、図１２の実施例において、軸上位置である。関心のある読者は、例えば、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、ＷＯ２０１４０２９８８５Ａ１に好適なセンサを見出すことができるが、本発明はそれに限定されるものではない。

図１３は、別の例示的なセンサシステム１３００、より具体的には、いわゆる「軸外構成」のディスク状永久磁石１３１１およびセンサデバイス１３０１を備える角度位置センサシステムを示す。図１２と同じまたは同様の所見が、変更すべきところは変更して、ここでも適用可能である。

図１３と図５の比較から、上記したように、（黒い正方形で示された）２つのセンサ構造が実質的に一致するので、センサデバイス１３０１は、図５の同じ角度オフセット問題を抱えないことが分かる。

例えば、四極磁石、および／もしくはリング磁石および／もしくは棒磁石および／もしくは１つ以上の磁場成分を測定するための特定のセンサトポロジーおよび／もしくは１つ以上の磁場勾配を決定するための回路を有する、ならびに／またはこれらの値のうちの１つ以上に基づいて線形もしくは角度位置を決定するための特定の回路もしくは式もしくはアルゴリズムを使用する、このシステムの多くの変形態様が企図される。上述したように、本発明の主な焦点は、そのようなアルゴリズムまたはそのようなセンサトポロジーを説明することではなく、したがって、その詳細は本開示から省略される。関心のある読者は、例えば、２０１９年８月２２日に同じ出願人によって出願され、２０２０年８月１４日に特許出願ＥＰ２０１９１１６７．４として再出願された、特許出願ＥＰ１９１９３０６８．４に、好適なセンサを見出すことができ、両特許出願は、参照によりそれらの全体が、特にその図５、図１２、および図１３、ならびに関連テキストが、本明細書に組み込まれるが、本発明はこれらに限定されない。

図１４は、別の例示的なセンサシステム１４００、より具体的には、いわゆる「スルーシャフト」構成のディスク状永久磁石１４１１およびセンサデバイス１４０１を備える角度位置センサシステムを示す。図１２および図１３と同じまたは同様の所見が、変更すべきところは変更して、ここでも適用可能である。好適なセンサ構造が、例えば、特許出願ＥＰ１９１９３０６８．４および／またはＥＰ２０１９１１６７．４、特にその図１５、ならびに関連テキストに記載されているが、本発明はこれらに限定されるものではない。

図１４および図６の比較から、上記したように、本発明の２つの半導体ダイの２つのセンサ構造が実質的に一致するので、センサデバイス１４０１が図６の同じ角度オフセット問題を抱えないことが分かる。図１３について説明されたものと同様に、システム１４００の多くの変形態様が企図される。

図１５は、図９に示された方法で積層され、回転され、およびオフセットされ、またはシフトされた、２つの同一の半導体ダイ１５０２ａ、１５０２ｂに電気的に接続された（例えば、ワイヤボンディングされた）リードフレーム１５０９を有する、例示的なセンサデバイス１５００の概略図である。

図１５の主な目的は、この場合は（ＷＯ２０１４０２９８８５Ａ１に詳細に記載されている）円上に位置し、４５°だけ角度的に離間された８つの水平ホール素子からなる、若干より複雑なセンサ構造１５０４を有する、本発明によるセンサデバイスの特定の実施例を示すことである。磁性四極子と併せて（本出願の図１２のように）軸上位置で使用される場合、第１の半導体ダイ１５０２ａ上の回路は、角度位置α１を決定することが可能であり、第２の半導体ダイ１５０２ｂ上の回路は、これらのセンサ構造の測定範囲は０°〜１８０°に制限されているので、いくらかの許容範囲内でα１と実質的に等しいであろう角度位置α２を決定することが可能である。

図１５の実施例では、下方半導体ダイ１５０２ａの第１のセンサ構造１５０４ａの個々のセンサ素子（ここでは、水平ホール素子）は、上方半導体ダイ１５０２ｂの第２のセンサ構造１５０４ｂの個々のセンサ素子（ここでは、水平ホール素子）と実質的に同じ位置に位置するが、これは、さらに説明されるように、絶対に必要というわけではないことに留意されたい（例えば、図１６を参照）。しかしながら、重要なのは、第１のセンサ構造１５０４ａの磁気中心Ｌ１（ここでは、水平ホール素子が位置する円の中心）が、第２のセンサ構造１５０４ｂの磁気中心Ｌ２と整列していることである。この実施例はまた、磁気中心Ｌ１が磁気感受性素子上に位置する必要はなく、それらの間に位置し得ることを示す。

このシステムの一変形態様（図示せず）では、第２の半導体ダイ１５０２ｂのセンサ構造は、円上に４５°だけ離間して位置する８つの水平ホール素子を含むが、この円の半径は、第１の半導体ダイ１５０２ａのセンサ構造の円の半径とは異なる（例えば、少なくとも１０％大きい、または小さい）。この場合、第１および第２の半導体ダイは、同一の外寸を有し、磁気センサ構造の相対位置は同じであるが、好ましくは、２つの半導体デバイスのうちの他方の回路の少なくとも５０％が同一であると、半導体ダイの設計、試験および評価が単純化される。

図１６は、図９に示された方法で積層され、回転され、およびオフセットされ、またはシフトされた２つの同一の半導体ダイ１６０２ａ、１６０２ｂに電気的に接続された、例えばワイヤボンディングされた、リードフレーム１６０９を有する、別の例示的なセンサデバイス１６００の概略図である。

図１６の主な目的は、この場合は（ＷＯ２０１４０２９８８５Ａ１でより詳細に説明されているような）円上に位置し、特定の方法で角度的に離間し、半径方向磁場成分を測定するように配向された６つの垂直ホール素子からなる別の若干より複雑なセンサ構造１６０４を有する、本発明によるセンサデバイスの別の特定の実施例を示すことである。六極磁石と併せて（本出願の図１２のように）軸上位置で使用される場合、第１の半導体ダイ１６０２ａ上の回路（図示せず）は（０°〜１２０°の範囲内の）角度位置α１を決定することが可能であり、第２の半導体ダイ１６０２ｂ上の回路は、ｋを整数値とすると、いくらかの許容範囲内で（α１＋６０°＋ｋ＊１２０°）に実質的に等しいであろう（０°〜１２０°の範囲内の）角度位置α２を決定することが可能である。

図１６の実施例では、下方半導体ダイ１６０２ａの第１のセンサ構造１６０４ａの個々のセンサ素子（ここでは、垂直ホール素子）は、上方半導体ダイ１６０２ｂの第２のセンサ構造１６０４ｂの個々のセンサ素子と実質的に同じ位置に位置するのではなく、それらの間に位置することに留意されたい。但し、これは、第１のセンサ構造１６０４ａの磁気中心Ｌ１（ここでは、垂直ホール素子が位置する円の中心）が第２のセンサ構造１６０４ｂの磁気中心Ｌ２と整列している限り、ＯＫである。

上述したように、本発明は、さまざまなセンサ構造で機能し、そのうちのいくつかの実施例を、その「磁気中心」の位置を示す点と一緒に、図１７（ａ）〜図１７（ｆ）に示す。図１５および図１６とは対照的に、例示の目的で、これらのセンサ構造を、斜視図ではなく、上面図で示し、互いに隣接して表示する。

図１７（ａ）では、各センサ構造４ａ、４ｂは、４つの垂直ホール素子を有する。そのようなセンサ構造は、例えば、ダイポールリングまたはディスク磁石と併せて使用されたとき、および軸外位置またはスルーシャフト位置に取り付けられたとき、角度位置を決定するために使用することができる。（例えば、特許出願ＥＰ１９１９３０６８．４および／またはＥＰ２０１９１１６７．４により詳細に記載されているように）。

図１７（ｂ）では、各センサ構造４ａ、４ｂは、２組の、ディスク状ＩＭＣの周縁に配置された４つの水平ホール素子を有する。そのようなセンサ構造は、例えば、（例えば、特許出願ＥＰ１９１９３０６８．４および／またはＥＰ２０１９１１６７．４でより詳細に記載されているように）ダイポールリングまたはディスク磁石と併せて使用されたとき、および軸外位置またはスルーシャフト位置に取り付けられたとき、角度位置を決定するために使用することができる。

図１７（ｃ）では、各センサ構造４ａ、４ｂは、２つの垂直ホール素子および２つの水平ホール素子を有する。そのようなセンサ構造は、例えば、（例えば、特許出願ＥＰ１９１９３０６８．４および／またはＥＰ２０１９１１６７．４に記載されているように）ダイポールリングまたはディスク磁石と併せて使用されたとき、および軸外位置またはスルーシャフト位置に取り付けられたとき、角度位置を決定するために使用することができる。

図１７（ｄ）は、軸外位置またはスルーシャフト位置に取り付けられたときに、二極リングまたはディスク磁石と併せて使用することができる、図１７（ａ）の一変形態様を示す。

図１７（ｅ）は、軸外位置またはスルーシャフト位置に取り付けられたときに、二極リングまたはディスク磁石と併せて使用することができる、図１７（ｂ）の一変形態様を示す。

図１７（ｆ）は、軸外位置またはスルーシャフト位置に取り付けられたときに、二極リングまたはディスク磁石と併せて使用することができる、図１７（ｃ）の一変形態様を示す。

本発明は、これらの特定のセンサ構造に限定されないことを明示的に指摘しておく。それらは、単に、第１および第２の半導体ダイのセンサ素子が互いの上に正確に位置する必要はなく、上方半導体基板が少なくとも１００ミクロン、または少なくとも１５０ミクロン、または少なくとも２００ミクロンの厚さを有する場合に、統合磁気コンセントレータ（ＩＭＣ）さえも含み得ることを示すために選択されている。上記から、他のセンサ構造、例えば磁気抵抗素子を有するセンサ構造（図示せず）も使用できることが当業者には明らかであろう。

図１５、図１６および図１７は、第１および第２の半導体基板の第１および第２のセンサ構造４ａ、４ｂが同一である実施形態を示す。しかしながら、これは、本発明が機能するために要求されるものではない。図７〜図１１で説明されたように積層され、回転およびオフセット（例えば、シフト）されたときに磁気中心Ｌ１、Ｌ２が一致するためには、２つの半導体ダイが同じサイズおよび形状を有すること、および２つのセンサ構造が幾何学的中心からの同じオフセットｄｘ、ｄｙを有することで十分である。一実施例として、図１８は、それぞれの半導体ダイの角度位置を測定するように構成された、異なる磁気センサ構造１８０４ａ、１８０４ｂを有する２つの半導体ダイ１８０２ａ、１８０２ｂを有する積層ダイ構成を示す。

本発明を、互いに対して１８０°だけ回転され、互いに対してオフセットされた（例えば、シフトされた）、正方形ではなく矩形の半導体ダイについて、説明してきた。しかしながら、本発明は、これに限定されるものではなく、積層され、別の角度、例えば９０°、またはさらには９０°未満の角度だけ回転され、任意選択的にオフセットまたはシフトされた、正方形または矩形形状を有し、かつその幾何学的中心からオフセットされたセンサ構造を有する２つの半導体ダイに対しても機能する。

図１９（ａ）は、Ｘ方向において半導体ダイ１９０２の幾何学的中心１９０６から距離「ｄｘ」だけオフセットされた（正方形で模式的に示された）センサ構造１９０４を有する正方形半導体ダイ１９０２を上面図において示す。この実施例では、半導体ダイは、１つの縁のみに隣接するボンドパッドを有し、「ｄｘ」にわたるシフトは、ボンドパッド１９０７に隣接する縁に平行な方向である。

図１９（ｂ）は、上方ダイ１９０２ｂを下方ダイ１９０２ａに対して９０°だけ回転させた後で、かつ上方ダイをＸ方向においてｄｘと等しいＤＸだけ、およびＹ方向においてｄｘと等しいＤＹだけシフトさせて、（正方形で模式的に示された）センサ構造１９０４ａ、１９０４ｂを整列させた後の、図１９（ａ）に示された２つの半導体ダイの積層体を上面図において示す。分かるように、両半導体ダイの複数のボンドパッドは、例えばワイヤボンディングによる、リードフレーム（図示せず）への容易な電気接続のために露出されている。

図１９の一変形態様では、半導体ダイは、（例えば、図２１と同様に）その２つの縁に沿ってボンドパッドを有する。

図２０（ａ）は、Ｘ方向においてダイ２００２の幾何学的中心２００６から距離「ｄｘ」だけオフセットされた（正方形で模式的に示された）センサ構造２００４を有する矩形半導体ダイ２００２を上面図において示す。この実施例では、半導体ダイは、１つの縁のみに隣接するボンドパッドを有し、「ｄｘ」にわたるシフトは、ボンドパッドに隣接する縁に平行な方向である。

図２０（ｂ）は、上方ダイ２００２ｂを下方ダイ２００２ａに対して９０°だけ回転させた後で、かつ上方ダイ２００２ｂをＸ方向においてＤＸだけ、およびＹ方向においてＤＹだけシフトさせて、（正方形で模式的に示された）それらのセンサ構造２００４を整列させた後の、図２０（ａ）に示された２つの半導体ダイの積層体を上面図において示す。分かるように、両半導体ダイの複数のボンドパッドは、例えばワイヤボンディングによる、リードフレーム（図示せず）への容易な電気接続のために露出されている。

図２１（ａ）は、その２つの縁に沿ってボンドパッドを有する、図２０（ａ）に示された半導体ダイ２００２の一変形態様である半導体ダイ２１０２を示す。

図２１（ｂ）は、図２０（ｂ）の積層ダイアセンブリの一変形態様である積層ダイアセンブリを示す。分かるように、ボンドパッドは、半導体ダイの上側で露出され、例えばワイヤボンディングを使用して、リードフレームに容易に電気的に接続することができる。

図２２（ａ）は、半導体ダイ２２０２の幾何学的中心２２０６から長さ方向Ｘにおいて距離「ｄｘ」だけ、および幅方向Ｙにおいて距離「ｄｙ」だけオフセットされた（正方形で模式的に示された）センサ構造２２０４を有する矩形半導体ダイ２２０２を上面図において示す。これは、センサ構造２２０４が２つの方向においてシフトされている図２０（ａ）の一変形態様である。この実施例では、半導体ダイは、１つの縁のみの付近にボンドパッドを有する。

図２２（ｂ）は、上方ダイ２２０２ｂを下方ダイ２２０２ａに対して９０°だけ回転させた後で、かつ任意選択的に上方ダイ２２０２ｂをＸ方向においてＤＸだけ、およびＹ方向においてＤＹだけシフトさせて、（正方形で模式的に示された）それらのセンサ構造２２０４を整列させた後の、図２２（ａ）に示された２つの半導体ダイの積層体を上面図において示す。分かるように、両半導体ダイの複数のボンドパッドは、例えばワイヤボンディングによる、リードフレーム（図示せず）への容易な電気接続のために露出されている。

図２２（ａ）および図２２（ｂ）の一変形態様（図示せず）では、半導体ダイは、例えば、図２１（ａ）および図２２（ｂ）に示されたのと同様に、その２つの縁に隣接して位置するボンドパッドを有する。

図２３（ａ）は、各ダイがその１つのコーナー付近の位置に位置するセンサ構造２３０４を有する、２つの正方形半導体ダイ２３０２ａ、２３０２ｂの積層体を上面図において示す。この実施例では、ダイは、半導体ダイに垂直で、かつ磁気中心を通る軸を中心に上方ダイを約１５°にわたって回転させた後に積層されるが、他の角度、例えば約１０°〜約８５°、または１５°〜８０°、または１５°〜４０°の範囲の角度も使用することができる。分かるように、両半導体ダイの複数のボンドパッドは、例えばワイヤボンディングによる、リードフレーム（図示せず）への容易な電気接続のために露出されている。本開示の利益を有する当業者は、例えば試行錯誤によって、好適な角度を容易に見出すことができる。

図２４は、各ダイがその幾何学的中心２４０６ａ、２４０６ｂからダイの幅Ｗの約２５％だけオフセットされたそれぞれのセンサ構造２４０４ａ、２４０４ｂを有する、２つの正方形半導体ダイ２４０２ａ、２４０２ｂの積層体を上面図において示す。ダイは、半導体ダイに垂直で、かつ磁気中心を通る軸を中心に上方ダイを約１５°にわたって回転させた後に積層されている。分かるように、両半導体ダイの複数のボンドパッドは、例えばワイヤボンディングによる、リードフレーム（図示せず）への容易な電気接続のために露出されている。本開示の利益を有する当業者は、例えば試行錯誤によって、好適な角度を容易に見出すことができる。

完全を期すために、センサ構造は、どんな方向にでもシフトさせることができるわけではないことに留意されたい。以下の表に、機能するシフトの一覧を提供する。

ＺＺは、ボンドパッドを含むゾーンの幅である。

参照記号
-01 センサデバイス
-02a/-02b 第1/第2の半導体ダイ
-03 スペーサ、インターポーザ
-04a/04b 第1/第2の磁気センサ
-06a//6b 第1/第2の半導体ダイの幾何学的中心
-08/-18 ボンドパッドを含む第1/第2の半導体ダイの縁領域
-09 リードフレーム
-11 磁石
-12 電気接続、例えばボンドワイヤ
L1/L2 第1/第2のセンサ位置

Claims (15)

1. センサデバイス（１）であって、
   −リードフレームと、
   −第１の幾何学的中心（６ａ）を有する第１の矩形形状を有し、前記リードフレームに電気的に接続され、第１のセンサ位置（Ｌ１）に位置する第１のセンサ構造（４ａ）を備える、第１の半導体ダイ（２ａ）と、
   −前記第１の矩形形状に等しい第２の矩形形状を有し、第２の幾何中心（６ａ）を有し、前記リードフレームに電気的に接続され、第２のセンサ位置（Ｌ２）に位置する第２のセンサ構造（４ｂ）を備える、第２の半導体ダイ（２ｂ）と、を備え、
   −前記第１のセンサ位置（Ｌ１）は、前記第１の幾何学的中心（６ａ）からオフセットされ、
   −前記第２のセンサ位置（Ｌ２）は、前記第２の幾何学的中心（６ｂ）からオフセットされ、
   −前記第２の半導体ダイ（２ｂ）は、前記第１の半導体ダイ（２ａ）上に積層され、前記第１の半導体ダイ（２ａ）に対して、回転され、任意選択的にシフトもされて、そのため、前記リードフレーム上への前記第１および前記第２のセンサ位置（Ｌ１、Ｌ２）の正投影が一致している、センサデバイス（１）。
2. 前記第１の半導体ダイ（２ａ）は、前記リードフレーム（９）にワイヤボンディングされた複数の第１のボンドパッド（７ａ）を備え、
   前記第２の半導体ダイ（２ｂ）は、前記リードフレームにワイヤボンディングされた複数の第２のボンドパッド（７ｂ）を備える、請求項１に記載のセンサデバイス（１）。
3. 前記第１の矩形形状に対する前記第１のセンサ位置（Ｌ１）の相対位置は、前記第２の半導体ダイ（２ｂ）に対する前記第２のセンサ位置（Ｌ２）の相対位置と同一であり、かつ／または
   前記第２の半導体ダイ（２ｂ）は、前記第１の半導体ダイ（２ａ）と同一のレイアウトを有する、請求項１または２に記載のセンサデバイス（１）。
4. 前記第１の矩形形状は、長さ方向（Ｘ）を定義する長さ（Ｌ）と、前記長さ方向（Ｘ）に垂直な幅方向（Ｙ）を定義する幅（Ｗ）と、を有し、前記長さ（Ｌ）は、前記幅（Ｗ）以上であり、
   前記第１のセンサ位置（Ｌ１）は、前記第１の半導体ダイ（２ａ）の幾何学的中心（６ａ）から、前記長さ方向（Ｘ）に沿って第１の事前決定されたオフセット（ｄｘ）だけ、および前記幅方向（Ｙ）において第２の事前決定されたオフセット（ｄｙ）だけオフセットされ、
   前記第１および第２のオフセット（ｄｘ、ｄｙ）のうちの少なくとも一方は、ゼロとは異なる、請求項１〜３のいずれかに記載のセンサデバイス（１）。
5. 前記第１および第２の事前定義されたオフセット（ｄｘ、ｄｙ）の一方は、ゼロに等しく、前記第１および第２の事前定義されたオフセット（ｄｘ、ｄｙ）の他方は、ゼロとは異なるか、
   または
   前記第１および第２の事前定義されたオフセット（ｄｘ、ｄｙ）の各々は、ゼロとは異なる、請求項４に記載のセンサデバイス（１）。
6. 前記第２の半導体ダイ（２ｂ）は、前記リードフレーム（９）に垂直な仮想軸を中心に、前記第１の半導体ダイ（２ａ）に対して１８０°にわたって回転され、
   前記第２の半導体ダイ（２ｂ）は、前記第１の方向（Ｘ）において前記第１の事前定義されたオフセット（ｄｘ）の２倍に等しい第１の距離（ＤＸ）だけシフトされ、前記第２の方向（Ｙ）において前記第２の事前定義されたオフセット（ｄｙ）の２倍に等しい第２の距離（ＤＹ）だけシフトされている、請求項４または請求項５に記載のセンサデバイス（１）。
7. 前記第２の半導体ダイ（２ｂ）は、前記リードフレームに垂直な仮想軸を中心に、前記第１の半導体ダイ（２ａ）に対して９０°にわたって回転されている、請求項４または請求項５に記載のセンサデバイス（１）。
8. 前記第２の半導体ダイ（２ｂ）は、前記リードフレームに垂直な仮想軸を中心に、前記第１の半導体ダイ（２ａ）に対して１０°〜８５°の範囲の角度にわたって回転されている、請求項１〜５のいずれかに記載のセンサデバイス（１）。
9. 前記第１および第２の半導体ダイ（２ａ、２ｂ）の各々は、能動側および受動側を有し、前記第１の半導体ダイの前記能動側は、前記第２の半導体ダイの前記能動側と同じ方向に配向されている、請求項１〜８のいずれかに記載のセンサデバイス（１）。
10. 前記第２の半導体ダイ（２ｂ）は、スペーサまたはインターポーザなしで、前記第１の半導体ダイ（２ａ）上に積層されている、請求項１〜９のいずれかに記載のセンサデバイス（１）。
11. 前記第１の半導体ダイ上の前記第１のセンサ構造（１５０４ａ；１６０４ａ）は、前記第２の半導体ダイ上の前記第２のセンサ構造（１５０４ｂ；１６０４ｂ）と同一であるか、
    または、前記第１の半導体ダイ上の前記第１のセンサ構造（１８０４ａ）は、前記第２の半導体ダイ上の前記第２のセンサ構造（１８０４ｂ）とは異なる、請求項１〜１０のいずれかに記載のセンサデバイス（１）。
12. 前記第１のセンサ構造および前記第２のセンサ構造は、磁気センサ構造である、請求項１〜１１のいずれかに記載のセンサデバイス（１）。
13. 前記第１および第２の半導体ダイの各々は、磁場勾配に基づいて線形または角度位置を提供するように構成されている、請求項１２に記載のセンサデバイス（１）。
14. −請求項１２または１３に記載の磁気センサデバイス（１）と、
    −前記磁気センサデバイスの近くに配置された磁気源と、を備える、センサシステム（１０）。
15. 前記磁気源（１１）は、少なくとも１つの永久磁石を備える、請求項１４に記載のセンサシステム（１０）。
    
    

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