[发明专利]独立封装的桥式磁场传感器

说明书

技术领域

本发明涉及采用磁性隧道结（MTJ，Magnetic Tunnel Junction）或巨磁阻（GMR，Giant Magnetoresitance）器件的磁场测量领域，特别涉及通过标准半导体封装技术将MTJ或GMR器件集成到磁性传感器的方法。

背景技术

磁性传感器广泛的用于现代测量系统，用来检测多种物理量，包括但不限于磁场强度、电流、位置、位移、方向等各种物理量。之前已有多种传感器可以用来测量磁场及其它物理量。但是，这些技术都具有各自的局限性，比如，受到尺寸过大，灵敏度低，动态范围小，成本高，稳定性等各种因素的限制。因此，发展一种磁性传感器，尤其是能方便的与半导体器件和集成电路集成在一起，并易于制造的磁传感器仍然是一种非常迫切的需要。

磁隧道结（MTJ）传感器具有灵敏度高，尺寸小，低成本，功耗低的特点。虽然MTJ器件可以很好的与标准的半导体制造工艺兼容，但没有一种低成本量产制造高灵敏度，低成本的MTJ磁传感器的有效方法。尤其是，量产时MTJ工艺和后端的封装工艺之间所存在的困难，同时，在将MTJ元件组成全桥传感器时，匹配MTJ传感器的磁电阻响应被证明存在很大困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以利用标准的多芯片半导体封装工艺量产桥式线性磁电阻传感器的方式，以制造性能优良的MTJ和GMR传感器。

为达到上述目的，本发明一方面提供一种独立封装的桥式磁场传感器，包括一对或多对MTJ或GMR磁电阻传感器芯片，该传感器芯片被固定在标准半导体封装的引线框上，每个传感器芯片包括一阻值固定的参考电阻和一响应于外磁场改变阻值的感应电阻。每个参考电阻和感应电阻包括多个MTJ或GMR传感器元件，这些MTJ或GMR传感器元件作为单独的磁电阻元件以阵列的形式相互连接，每个参考电阻和感应电阻还包括条形永磁铁，在各列磁电阻元件中间为磁电阻元件提供偏置场。感应电阻的电阻值与外磁场在磁电阻传输曲线的一些范围内呈线性的关系；传感器芯片的引线焊盘设置为使磁电阻元件的每个引脚可以连接多条接合线；磁电阻传感器芯片相互之间以及与引线框之间都通过引线接合连接，以构成一桥式传感器；引线框和传感器芯片密封在塑料之中，以形成一标准的半导体封装。

本发明另一方面提供一种独立封装的桥式磁场传感器，该传感器包括一对或多对MTJ或GMR磁电阻传感器芯片，该传感器芯片固定在标准半导体封装的引线框上；每个传感器芯片包括一阻值固定的参考电阻和一响应于外磁场改变阻值的感应电阻；每个参考电阻和感应电阻包括多个MTJ或GMR传感器元件，这些MTJ或GMR传感器元件作为单独的磁电阻元件以矩阵形式相互连接；感应电阻的电阻值与外磁场在磁电阻传输曲线的一段范围内呈线性的关系；传感器芯片的引线焊盘设置为使磁电阻元件的每个引脚可以连接多条接合线；磁电阻传感器芯片相互之间以及与引线框之间都通过引线接合连接，以构成一桥式传感器；引线框和传感器芯片密封在塑料之中，以形成一标准的半导体封装。

与现有技术相比，本发明具有优点：采用标准的半导体封装的方式制作桥式线性磁电阻传感器，其易于制造，成本低，且性能优良，适合大批量生产。

附图说明

图1是参考层磁化方向指向负H方向的自旋阀（GMR和MTJ）传感元件的磁电阻响应示意图；

图2是具有固定的参考电阻和感应电阻的TMR半桥示意图；

图3是磁电阻芯片的半桥的一种实施方式，其中参考电阻和感应电阻由多个MTJ元件组成，条形的片状永磁铁用来给MTJ元件提供一个偏置场；

图4是磁电阻芯片的半桥的另一种实施方式，其中参考电阻和感应电阻由多个矩阵分布的MTJ元件组成；

图5是半桥磁电阻芯片的布置和连接成标准的半导体封装的示意图；

图6是全桥传感器的示意图；

图7 是具有两个置于标准的半导体封装中的半桥磁电阻传感器芯片的全桥传感器的示意图。 

具体实施方式