(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１対のＭＴＪまたはＧＭＲ磁気抵抗センサチップを備える単一パッケージ磁気抵抗角度センサであって、
前記対におけるＭＴＪまたはＧＭＲ磁気抵抗センサチップの一方は、他方に対して１８０°回転されており、前記ＭＴＪまたはＧＭＲ磁気抵抗センサチップは半導体パッケージリードフレームに接着されて、１軸プッシュプルフルブリッジ型角度センサとして構成されており、
前記各ＭＴＪまたはＧＭＲ磁気抵抗センサチップは、１対の磁気抵抗素子として構成されており、前記対における各磁気抵抗素子は、１つ以上のＧＭＲまたはＭＴＪ磁気抵抗センサ素子の一群を備え、
前記ＧＭＲまたはＭＴＪ磁気抵抗センサ素子は、自由磁気層とピンド磁気層とからなるスピンバルブとして構成されており、前記ピンド磁気層の方向は、前記ＧＭＲまたはＭＴＪ磁気抵抗センサ素子の磁化容易軸に対して回転自由で、前記自由磁気層固有の飽和磁界は、前記ピンド磁気層のピニング磁界の少なくとも１０倍未満であり、
前記自由磁気層は、前記自由磁気層の磁化が印加磁界の方向に応じて回転するように、前記ピンド磁気層の磁化の方向に垂直な方向に磁気バイアスを有しておらず、
前記各ＧＭＲまたはＭＴＪ磁気抵抗センサ素子に固有の飽和磁界から前記ＧＭＲまたはＭＴＪ磁気抵抗センサチップの伝達曲線のオフセット磁界を引いた量は、磁気抵抗角度センサが測定しようとする磁界よりも小さく、
前記各ＧＭＲまたはＭＴＪ磁気抵抗センサチップのボンドパッドは、前記ＧＭＲまたはＭＴＪ磁気抵抗センサ素子の各群の各辺に２つ以上のワイヤーボンドが取り付けられるように設計されており、
対応するボンドワイヤーを交差させることなく、前記１軸プッシュプルフルブリッジ型角度センサを形成するために前記２つの同一のＧＭＲまたはＭＴＪ磁気抵抗センサチップをワイヤーボンディングできるように、前記ＧＭＲまたはＭＴＪ磁気抵抗センサチップの一方側のボンドパッドの位置を磁気抵抗素子に対して入れ替えることができるようにするために、前記各ＧＭＲまたはＭＴＪ磁気抵抗センサチップは、表面導体および裏面導体にクロスオーバーを有しており、
反対方向に配向された前記ＧＭＲまたはＭＴＪ磁気抵抗センサチップは、お互い同様のＲH値およびＲL値を有しており、
前記ＭＴＪまたはＧＭＲ磁気抵抗センサチップの入力および出力接続口が前記半導体パッケージリードフレームにワイヤーボンドされていることを特徴とする、単一パッケージ磁気抵抗角度センサ。
【請求項２】
２対のＭＴＪまたはＧＭＲ磁気抵抗センサチップを備える単一パッケージ磁気抵抗角度センサであって、
各対におけるＭＴＪまたはＧＭＲ磁気抵抗センサチップの一方は、当該対の他方のチップに対して１８０°回転されており、前記ＭＴＪまたはＧＭＲ磁気抵抗センサチップは半導体パッケージリードフレームに接着されて、１軸プッシュプルフルブリッジ型角度センサを形成しており、
前記１軸プッシュプルフルブリッジ型角度センサを含む各対のＭＴＪまたはＧＭＲ磁気抵抗センサチップは、前記１軸プッシュプルフルブリッジ型角度センサが、２つの直交する磁界成分を検出できるように、他方の対に対して９０度回転されており、
前記ＭＴＪまたはＧＭＲ磁気抵抗センサチップの各対は、１対の磁気抵抗素子として構成されており、前記対における各磁気抵抗素子は、１つ以上のＧＭＲまたはＭＴＪ磁気抵抗センサ素子の一群を備え、
前記ＭＴＪまたはＧＭＲ磁気抵抗センサ素子は、自由磁気層とピンド磁気層とからなるスピンバルブとして構成されており、前記ピンド磁気層の方向は、前記センサ素子の磁化容易軸に対して回転自由で、前記自由磁気層固有の飽和磁界は、前記ピンド磁気層のピニング磁界の少なくとも１０倍未満であり、
前記自由磁気層は、前記自由磁気層の磁化が印加磁界の方向に応じて回転するように、前記ピンド磁気層の磁化の方向に垂直な方向に磁気バイアスを有しておらず、
前記各ＭＴＪまたはＧＭＲ磁気抵抗センサ素子に固有の飽和磁界から前記ＭＴＪまたはＧＭＲ磁気抵抗センサチップの伝達曲線のオフセット磁界を引いた量は、前記センサブリッジが測定しようとする磁界よりも小さく、
前記各ＭＴＪまたはＧＭＲ磁気抵抗センサチップのボンドパッドは、前記磁気抵抗素子の各群の各辺に２つ以上のワイヤーボンドが取り付けられ得るように設計されており、
対応するボンドワイヤーを交差させることなく、前記１軸プッシュプルフルブリッジ型角度センサを形成する前記２つの同一のＭＴＪまたはＧＭＲ磁気抵抗センサチップをワイヤーボンディングできるように、前記ＭＴＪまたはＧＭＲ磁気抵抗センサチップの一方側のボンドパッドの位置を磁気抵抗素子に対して入れ替えることができるようにするために、前記各ＭＴＪまたはＧＭＲ磁気抵抗センサチップは、表面導体および裏面導体にクロスオーバーを有しており、
反対方向に配向された前記ＭＴＪまたはＧＭＲ磁気抵抗センサチップは、お互い同様のＲH値およびＲL値を有しており、
前記ＭＴＪまたはＧＭＲ磁気抵抗センサチップの入力および出力接続口が前記半導体パッケージリードフレームにワイヤーボンドされていることを特徴とする、単一パッケージ磁気抵抗角度センサ。
【請求項３】
前記ＧＭＲまたはＭＴＪ磁気抵抗センサチップは、それらの伝達曲線特性がより良好にマッチするように、組み立ての前に検査および分類される、請求項１または２に記載の単一パッケージ磁気抵抗角度センサ。
【請求項４】
前記半導体パッケージリードフレームと前記ＧＭＲまたはＭＴＪ磁気抵抗センサチップはプラスチックに封入され、標準的な半導体パッケージを形成している、請求項１または２に記載の単一パッケージ磁気抵抗角度センサ。
【請求項５】
永久磁石によって得られるバイアス磁界を含む、請求項１または２に記載の単一パッケージ磁気抵抗角度センサ。
【請求項６】
それぞれの前記１軸プッシュプルフルブリッジ型角度センサが共通の幾何学的中心を共有するように、前記ＭＴＪまたはＧＭＲ磁気抵抗センサチップが特定用途集積回路（ＡＳＩＣ）チップの周囲の周りに配置されており、この構成では前記各ＭＴＪまたはＧＭＲ磁気抵抗センサチップの角のみが接触していて、隣接するＭＴＪまたはＧＭＲ磁気抵抗センサチップは互いに直交している、請求項２に記載の単一パッケージ磁気抵抗角度センサ。
【請求項７】
前記特定用途集積回路（ＡＳＩＣ）は、静電気放電保護回路（ＥＳＤ）を含む、請求項６に記載の単一パッケージ磁気抵抗角度センサ。
【請求項８】
前記特定用途集積回路（ＡＳＩＣ）は、静電気放電保護回路（ＥＳＤ）と、磁界の角度を算出し、算出した角度の出力をデジタル形式で提供するための回路とを含む、請求項６に記載の単一パッケージ磁気抵抗角度センサ。
【請求項９】
前記ＭＴＪまたはＧＭＲ磁気抵抗センサチップが特定用途集積回路（ＡＳＩＣ）チップの上に配置されており、この構成では、各軸が互いに９０°の回転を維持しているが、各ＭＴＪまたはＧＭＲ磁気抵抗センサチップの短辺が隣接するＭＴＪまたはＧＭＲ磁気抵抗センサチップの長辺に接触するように前記ＭＴＪまたはＧＭＲ磁気抵抗センサチップが構成され得る、請求項２に記載の単一パッケージ磁気抵抗角度センサ。
【請求項１０】
前記特定用途集積回路（ＡＳＩＣ）は、静電気放電保護回路（ＥＳＤ）を含む、請求項９に記載の単一パッケージ磁気抵抗角度センサ。
【請求項１１】
前記特定用途集積回路（ＡＳＩＣ）は、静電気放電保護回路（ＥＳＤ）と、磁界の角度を算出し、算出したものをデジタル形式で提供するための回路とを含む、請求項９に記載の単一パッケージ磁気抵抗角度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単一パッケージ磁気抵抗角度センサに関し、特に、回転角度を非接触的に測定するために永久磁石との組み合わせで用いられる磁界センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気センサを回転永久磁石と組み合わせることによって、自動車用、産業用、および消費者用といった様々な用途において回転シャフトの向きを非接触的に測定するための魅力的な手段を実現することができる。先行技術においては、磁界の向きを測定するための多くの様々な種類のセンサが存在する。しかしながら、それらの全てには、例えば、サイズが大きすぎる点、感度および／またはダイナミックレンジが不十分である点、コスト、信頼性、および他の要因といった当該技術で公知な様々な問題がある。そのため、改良型の磁気センサ、特に、半導体装置や集積回路と容易に一体化が可能なセンサおよびその製造方法に対するニーズが継続的にある。
【０００３】
磁気トンネル接合（ＭＴＪ:Magnetic tunnel junction）センサには、高感度、小型、低コスト、および低電力消費といった利点がある。ＭＴＪ装置は標準的な半導体製造プロセスと互換性があるが、歩留まりが十分で且つ安価に高感度の装置を大量生産する方法の開発は十分なされていない。特に、ＭＴＪ工程や最終のパッケージング工程の難しさや、ＭＴＪ素子を組み合わせてブリッジセンサを形成する際にＭＴＪ素子の磁気抵抗応答をマッチングさせることの難しさに起因する歩留まりの問題は難しい問題であることが分かっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の課題を解決するために、本発明は、標準的なマルチチップ半導体パッケージングプロセスを用いた磁気回転センサ（または角度センサ）のデザインおよび大量生産方法を提供し、高性能のＭＴＪ角度センサまたは巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）角度センサを製造する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願開示のデザインおよび製造方法では、プッシュプルフルブリッジ型磁気角度センサを製造するために、少なくとも１対のＭＴＪまたはＧＭＲセンサチップを含む標準的な半導体パッケージを用いる。フルブリッジプッシュプル型角度センサは、それらが最大限の出力信号を生成し、周囲温度の変化を打ち消し、また適切に構成された場合には、センサの伝達曲線の工程依存的な変化をある程度起こりにくくさせるという利点がある。そのため、本願開示の角度センサは、高精度且つ高出力の角度センサ装置を安価に製造するための方法を提供する。
【０００６】
第１の態様では、シングルパッケージ磁気抵抗角度センサはセンサチップからなり、同チップは、１対のＭＴＪまたはＧＭＲ磁気抵抗センサチップであり、前記対におけるセンサチップの一方は、他方に対して１８０°回転されており、前記センサチップは標準的な半導体パッケージリードフレームに接着されて、１軸磁気角度センサとして構成されている。各センサチップは、１対の磁気抵抗素子として構成されており、前記対における各磁気抵抗素子は、１つ以上のＧＭＲまたはＭＴＪ磁気抵抗センサ素子の一群からなる。前記センサ素子は、自由磁気層とピンド(留められた(pinned))磁気層とからなるスピンバルブであり、前記自由磁気層固有の飽和磁界が、前記ピンド磁気層のピニング磁界の少なくとも１０倍未満であるならば、前記ピンド磁気層の方向は、前記センサ素子の磁化容易軸に対して任意の向きに設定してもよい。前記自由磁気層は、前記自由層の磁化が印加磁界の方向に応じて回転するように、前記ピンド層の磁化の方向に垂直な方向に磁気バイアスを有していない。各磁気抵抗センサ素子に固有の飽和磁界から前記センサチップの伝達曲線のオフセット磁界を引いた量は、前記センサブリッジが測定しようとする磁界よりも小さい。反対方向に配向された前記磁気抵抗センサチップは、お互い同様のＲH値およびＲL値を有している。ボンドワイヤーを交差させることなく、プッシュプルフルブリッジ型センサを形成するために前記２つの同一のチップをワイヤーボンディングできるように、前記センサチップの一方側のボンドパッドの位置を磁気抵抗素子に対して入れ替えることができるようにするために、各磁気抵抗センサチップは、表面導体および裏面導体にクロスオーバーを有している。各センサチップのボンドパッドは、磁気抵抗素子の各群の各辺に２つ以上のワイヤーボンドが取り付けられ得るように設計されている。前記磁気抵抗センサチップからなるブリッジの入力および出力接続口は前記リードフレームにワイヤーボンドされている。
【０００７】
第２の態様では、本発明は２軸シングルパッケージ磁気抵抗角度センサとして実施され得る。同センサは、２対のＭＴＪまたはＧＭＲ磁気抵抗センサチップを用い、各対におけるセンサチップの一方は、当該対の他方のチップに対して１８０°回転されており、前記センサチップは標準的な半導体パッケージリードフレームに接着されて、前記センサチップがプッシュプルブリッジ型センサを形成している。前記センサが直交する２つの磁界成分を検出することができるように、フルブリッジ型センサを含む各対のセンサチップは他方の対のセンサチップに対して９０度回転されている。前記センサ素子は、自由磁気層とピンド磁気層とからなるスピンバルブとして構成されており、前記自由磁気層固有の飽和磁界が、前記ピンド磁気層のピニング磁界の少なくとも１０倍未満であるならば、前記ピンド磁気層の方向を、前記センサ素子の磁化容易軸に対して任意の向きに設定してもよい。前記自由磁気層は、前記自由層の磁化が印加磁界の方向に応じて回転するように、前記ピンド層の磁化の方向に垂直な方向に磁気バイアスを有していない。各磁気抵抗センサ素子に固有の飽和磁界から前記センサチップの伝達曲線のオフセット磁界を引いた量は、前記センサブリッジが測定しようとする磁界よりも小さい。ボンドワイヤーを交差させることなく、プッシュプルフルブリッジ型センサを形成するために前記２つの同一のチップをワイヤーボンディングできるように、前記センサチップの一方側のボンドパッドの位置を磁気抵抗素子に対して入れ替えることができるようにするために、各磁気抵抗センサチップは、表面導体および裏面導体にクロスオーバーを有している。反対方向に配向された前記磁気抵抗センサチップは、お互い同様のＲH値およびＲL値を有している。各センサチップのボンドパッドは、前記磁気抵抗素子の各群の各辺に２つ以上のワイヤーボンドが取り付けられ得るように設計されている。前記磁気抵抗センサチップからなるブリッジの入力および出力接続口が前記リードフレームにワイヤーボンドされている。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、基準層の磁化が負のＨ方向を向いた状態のスピンバルブ感知素子の磁気抵抗応答の模式図である。
【図２】図２は、作動原理を示す角度センサの模式図である。
【図３】図３は、角度センサとして構成されたセンサ素子の応答のグラフであり、回転永久磁石によって生成される磁界に対する基準層のピンニング磁界の割り当てが増やされている。
【図４】図４は、回転永久磁石によって生成される磁界の一成分を検出するのに用いられるプッシュプルフルブリッジ型角度センサの模式図である。
【図５】図５は、感知軸と同一直線上に印加された磁界の大きさの関数である角度センサ素子からなるプッシュプルブリッジの応答のグラフである。
【図６】図６は、互いに１８０°回転され、プッシュプルフルブリッジを形成するために相互接続された２つの磁気抵抗チップを示す模式図である。
【図７】図７は、標準的な半導体リードフレームおよびワイヤーボンディングを用いた１軸角度センサの模式図である。
【図８】図８は、標準的な半導体リードフレームおよびワイヤーボンディングを用い、２つの軸が共通の中心を有していない２軸角度センサの模式図である。
【図９Ａ】図９（Ａ）は、図７に示す２軸角度センサの出力のグラフである。２つの異なる軸の中心は１ｍｍ離れており、回転永久磁石によって生成される磁界には小さな傾きがある。２つの直交する軸は、印加磁界の回転角度のサインとコサインを表す。
【図９Ｂ】図９（Ｂ）は２軸角度センサの出力から算出した角度と、印加磁界の傾きによる回転角度の誤差のグラフである。
【図１０Ａ】図１０（Ａ）は、図７に示す２軸角度センサの出力のグラフである。２つの異なる軸の中心は１ｍｍ離れており、回転永久磁石によって生成される磁界には大きな傾きがある。
【図１０Ｂ】図１０（Ｂ）は２軸角度センサの出力から算出した角度と、印加磁界の大きな傾きによる回転角度の誤差のグラフである。
【図１１Ａ】図１１（Ａ）は、２軸角度センサの出力のグラフである。２つの異なる軸は共通の中心を有しており、回転永久磁石によって生成される磁界には大きな傾きがある。
【図１１Ｂ】図１１（Ｂ）は、直交するセンサの軸が共通の中心を有する２軸角度センサの出力から算出した角度と、中心が共通する構成における回転角度の誤差の低減のグラフである。
【図１２】図１２は、中心が共通する２軸角度センサの配列例の図である。中央の特定用途集積回路（ＡＳＩＣ）をセンサチップが取り囲んでいる。
【図１３】図１３は、中心が共通する２軸角度センサの配列例の図である。特定用途集積回路（ＡＳＩＣ）の上にセンサチップが積み重ねられている。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本願開示の角度センサのセンサ素子は、スピンバルブとして構成されている。即ち、それらは、磁化の向きが名目的に固定された１つの磁気層（通例、基準層と呼ばれる）と、印加磁界に応じて移動が自由な磁化を持つ別の強磁性層（一般的に自由層と呼ばれる）とを含む。基準層は、単一の磁気層であっても、またはピニング層によってピン止めされた合成強磁性構造であってもよい。ＭＴＪ素子では、絶縁隔壁によって自由層と基準層とが隔てられており、その絶縁隔壁を電流が貫通する。ＧＭＲ素子では、非磁性の金属層によって自由層とピンド層とが隔てられている。電流は、ＧＭＲ薄膜の面方向またはその面に対して垂直な方向に流れることができる。
【００１０】
磁界の測定に適したＧＭＲまたはＭＴＪ磁気センサ素子の磁気抵抗伝達曲線の一般的な形状を図１に模式的に示す。同図に示す伝達曲線１は、飽和磁界が−ＨS４（ＲLの場合）、ＨS５（ＲHの場合）の場合に、それぞれ低抵抗値ＲL３、高抵抗値ＲH２で飽和状態となる。ＲL３の状態では、自由層８と基準層７の磁化の向きは同じ方向である。ＲHの範囲では、基準層９と自由層１０の磁化の向きは反対方向である。ＨS５と−ＨS４の間の範囲では、伝達曲線の中心が印加磁界ゼロの近くにあることが理想的である。ここで、自由層の磁化は基準層の磁化を基準に移動する。
【００１１】
非理想的な場合では、伝達曲線は、前記グラフのＨ＝０の点に関して対称ではない。飽和磁界４および５は、自由層とピンド層との層間結合によって決定される量によって一般的にオフセットされる。前記層間結合（いわゆるニールカップリング（Neel coupling）または「オレンジピールカップリング（orange-peel coupling）」）の主な要因は、ＧＭＲおよびＭＴＪ構造内の強磁性フィルムの粗さに関係し、材料や製造方法によって左右される。それに加えて、大きな値の印加磁界Ｈpin６では、基準層の磁化は固定された状態にはもうないため、基準層と自由層の磁化の双方がその大きな印加磁界の方向に飽和するにつれて装置は飽和状態となりＲLの状態に戻る。適切に制御を行わなければ、ニールカップリングおよび低い値のＨpinによって角度センサに大きな誤差がもたらされ得る。
【００１２】
磁気角度センサは、その名前が示唆するように印加磁界の大きさではなく、その磁界の角度を検出するのに用いられるものである。その概念を図２に示す。ここで、角度センサ２０は、回転シャフト２２の角度を検出するのに用いられており、回転シャフト２２に取り付けられた磁石２１によって生成される磁界２３の向きを検出することによって回転シャフト２２の角度が検出される。この種の角度検出システムでは、角度センサの精度は、磁石の強度、均一性、および角度センサの中心に対する磁石の調心の影響を受ける。磁石の大きさや整列の精度を高めることによって角度検出システムの精度は改善するもの、その代償としてコストおよびサイズが増加する。最適な角度検出センサの設計には、印加磁界の非均一性を考慮に入れる必要があり得る。本発明のテーマであるコスト、性能、およびサイズの面で角度センサの設計を最適にするのに用いることのできるセンサ素子の配列は種々存在する。
【００１３】
磁界の均一性に加えて、印加磁界の強度も角度センサの精度に影響を与える。一般に、角度センサは、ＨS（５）よりも大きくＨpin（6）よりも小さい磁界を用いて動作されるものであり、−ＨS＜Ｈ＜ＨSにおけるＲ（Ｈ）の伝達曲線の形が厳密であることは重要ではない。図３は、磁気角度センサ素子の角度に依存する伝達曲線の形状に対する磁界強度の影響を示す。Ｈpinと印加磁界Ｈappとの比の関数として種々の曲線をプロットしている。なお、Ｈpin／Ｈappの比が増加するにつれて、印加磁界の角度の関数であるセンサ素子の出力曲線は、図３における理想的なコサイン曲線３０に近づく。その理由は、基準層の磁化がＨappに応じてわずかに回転し、Ｈpinの値を大きくなることによって、基準層の磁化の望ましい回転から望ましくない回転の差が低減するからである。動作を最良にするには、Ｈpin／Ｈapp＞１０を維持することが望ましい。
【００１４】
フルブリッジ型磁界センサを用いて、磁気角度センサを製造することができる。フルブリッジ型センサは、ハーフブリッジ型センサよりも出力電圧が大きいため、磁界感度がより高い。それに加えて、異なるチップのピンド層の向きが反対方向であるプッシュプルブリッジ型を用いた場合、センサ素子の伝達曲線のオフセット誤差を打ち消すことができる。この２チップフルブリッジの場合、各足の抵抗は以下のように表すことができる。
【００１５】
【数１】
0006017461.tif 000002
【００１６】
【数２】
0006017461.tif 000003
【００１７】
ここで、ＨOは伝達曲線のオフセット磁界であり、ＨIIは感知軸にそった磁界の成分である。４つの磁気抵抗センサ素子を利用したフルブリッジ型の配列を図４に模式的に示す。ここで、２つのスピンバルブ４２、４３の基準層の磁化は左に固定され、２つのスピンバルブ４０、４１の基準層の磁化の向きは右である。同ブリッジは、電流または電圧のバイアスがかけられていてもよいが、一般的にはアース４４（ＧＮＤ）に対して電圧Ｖbias４５で電圧バイアスがかけられている。出力は、ノードＶA４６とＶB４７の差であり、図５に５０として模式的に示している。出力は磁気抵抗で表すことができる。磁気抵抗をＭＲ＝（ＲH−ＲL）／ＲLで表した場合、以下のようになる。
【００１８】
【数３】
0006017461.tif 000004
【００１９】
【数４】
0006017461.tif 000005
【００２０】
なお、ＨOには伝達においてひずみをもたらす作用がもうなく、フルブリッジ応答ＶA−ＶBは電圧応答において双極性である。ＭＲが増加するにつれて感度が増加するが、ＭＲ＞＞（ＨS＋ＨO）／（２ＨS）の場合では応答はさほど増加しない。収穫逓減点は約ＭＲ＞５００％である。角度センサブリッジの動作範囲５２、５３の下限は±（ＨS−ＨO）である。
【００２１】
図６は、互いに１８０°回転させた２つのセンサチップ６１および６２からなるフルブリッジを示す。前記センサチップのそれぞれは１対の磁気抵抗素子６４からなり、磁気抵抗素子６４のそれぞれは１つ以上のＭＴＪまたはＧＭＲセンサ素子の一群からなる。前記センサチップのそれぞれは、磁気抵抗素子６４に対するボンドパッドの２つの位置を入れ替えるクロスオーバー構造６５をさらに含む。これにより、ボンド線６３を交差させることなくチップを相互接続させることができる。フルブリッジは、各センサチップの基準方向と同一線上にある軸６０に沿って磁界を検出することを意図したものである。
【００２２】
図７は、標準的な半導体パッケージリードフレームのパドル７０上での２つのセンサチップ６１および６２の一配列例を示す。２つのチップは、ワイヤーボンド７３を用いて端子ＶA（７１）、ＶB（７２）、Ｖbias（７４）、およびＧＮＤ７５に接続されている。標準的な半導体パッケージを形成するために、リードフレームはプラスチック内に封入されていてもよい。センサチップの性能が最良な形でマッチするように、必要に応じて、センサチップをパッケージングの前に予め選択してもよい。これは、低オフセットのセンサを製造するために、図６に図示するような一緒にパッケージングされたチップが良好にマッチするように、ウエハレベルでセンサの検査を行い、チップをそれらの伝達曲線特性に基づいて別々のビン（bin）に分けることによって実現し得る。
【００２３】
図８は、回転磁界のＸ成分（８２）およびＹ成分（８３）を検出可能な低コストの２軸角度センサの実装例を示す。ここで、それぞれがチップ対８４／８５、チップ対８６／８７からなり、それらの感知軸８２および８３が互いに直交するように回転された２つの別個のプッシュプルフルブリッジ型磁気センサによってＸ成分およびＹ成分が検出される。
【００２４】
前記チップは、標準的なチップキャリアまたはリードフレーム８８に配置され、出力ピンにワイヤーボンドされている。
【００２５】
θとθ＋πを区別できない図７に示すような１軸角度転センサとは異なり、図８の２軸配列は、磁石に取り付けられたシャフトの回転角度を明確に算出するのに有用である。２軸センサによって検出された磁界のＸ成分とＹ成分は、以下のように回転角度に関連付けることができる。
【００２６】
【数５】
0006017461.tif 000006
【００２７】
【数６】
0006017461.tif 000007
【００２８】
【数７】
0006017461.tif 000008
【００２９】
ここで、Ｖxはｘ軸ブリッジの出力であり、Ｖyはｙ軸ブリッジの出力であり、ｏｆｆｓｅｔはブリッジ応答のオフセット電圧であり、Ｖpeak電圧は各正弦波形のピーク電圧を表す。
【００３０】
図８の２軸設計の問題は、ＸセンサおよびＹセンサの中心が共通していないことである。回転永久磁石からの磁界の傾きが大きな誤差を生み得るほどブリッジセンサ８０および８１それぞれの中心間の離隔距離が大きい。
【００３１】
図９（Ａ）は、互いに１ｍｍずらした２つの直交するブリッジによって検出されたサイン９１およびコサイン９０の波形を示し、ここで、回転永久磁石からの磁界には５Ｏｅ／ｍｍの傾きがある。図９（Ｂ）は、第１象限９２における算出角度、および９３における実際の角度からの算出角度のずれを示す。なお、この場合では、傾きが比較的小さく、２つのブリッジの中心８０と８１との間で磁界の大きな変化が生じないため、センサに発生する誤差はあまり大きいものではない。傾きが大きくなるにつれ、２つのセンサの間のピーク磁界の差およびサイン１０１およびコサイン１００の波形のひずみが大きくなるため、傾きが３０Ｏｅ／ｍｍである場合を示す図１０の算出角度１０２に大きな誤差１０３が生じることになる。
【００３２】
ＸセンサおよびＹセンサの中心が一致していれば、２軸角度センサは大きな傾きに対する許容度がより大きくなる。ここでは、サイン１１１およびコサイン１１０の波形には、３０Ｏｅ／ｍｍの傾きによるひずみが生じていない。その結果を図１１に示す。
【００３３】
直交するブリッジセンサの中心を一致させるために、角度センサパッケージにおいてセンサチップが取り得る配列は多く存在するが、概して、センサが互いに近づくほど、回転永久磁石からの磁界の傾きによって生じる誤差に対するセンサの耐性が大きくなる。
【００３４】
図１２は、回転磁界のサイン成分およびコサイン成分を検出する２軸角度センサを製造するための４つのセンサチップ１２０、１２１、１２２および１２３の配列例を示す。４つのセンサは、中央のＡＳＩＣ１２４の周囲の周りに配置されており、標準的なワイヤーボンディング法によってＡＳＩＣ１２４と相互接続されている。４つのチップは、直交するフルブリッジが１２６に共通の中心を有するように配列されている。中央のＡＳＩＣは静電気放電保護回路を含んでいてもよく、また中央のＡＳＩＣを用いて直交するセンサからの信号を処理して出力角度をデジタル形式で提供するための回路を提供してもよい。
【００３５】
図１３は、回転磁界のサイン成分およびコサイン成分を検出する２軸角度センサを製造するための４つのセンサチップ１３０、１３１、１３２および１３３の一配列例を示す。４つのセンサは、互いに円対称になるようにＡＳＩＣ１３５の上に配置されている。図１２のデザインとは異なり、センサチップが傾斜されてセンサが共通の幾何学中心に近づくようになっている。４つのチップは、直交するフルブリッジが１３６に共通の中心を有するように配列されている。ＡＳＩＣ１３５は静電気放電保護回路を含んでいてもよく、直交するセンサからの信号を処理し、出力角度をデジタル形式で提供するための回路をさらに含んでいてもよい。
【００３６】
本発明の範囲または精神から離れることなく本願開示の発明に様々な変更を加えることが可能なことは当業者には明らかである。また、本発明は、本発明の変更および変種を含むことを意図するものである。そのような変更および変種が添付の請求項およびそれらの同等物の範囲に含まれる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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