DE10314602B4 - Integrated differential magnetic field sensor - Google Patents

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Abstract

Magnetfeldsensoreinrichtung (10; 30; 50; 70; 90) zur Erfassung eines Magnetfelds, mit folgenden Merkmalen:
einem einteiligen Substrat (12) mit einem ersten, in das Substrat (12) integrierten Magnetfeldsensorelement (14) zur Erfassung eines senkrecht auf das Substrat (12) wirkenden, ersten statischen Magnetfeldkomponente (H1), und mit einem zweiten, in das Substrat (12) integrierten Magnetfeldsensorelement (16) zur Erfassung einer senkrecht auf das Substrat (12) wirkenden, zweiten statischen Magnetfeldkomponente (H2),
wobei das erste Magnetfeldsensorelement (14) und das zweite Magnetfeldsensorelement (16) voneinander um einen vorbestimmten Abstand A beabstandet sind, wobei der vorbestimmte Abstand A so eingestellt ist, dass die erste und die zweite Magnetfeldkomponente (H1, H2) zueinander entgegengesetzt sind, und
einer Magnetfeldausrichtungsanordnung (18; 32; 74) zum Ausrichten der zu erfassenden ersten und zweiten Magnetfeldkomponente (H1, H2) bezüglich des ersten und zweiten Magnetfeldsensorelements (14, 16), wobei die Magnetfeldausrichtungsanordnung (18; 32; 74) eine Schicht aus einem permeablen Material aufweist, die beide Magnetfeldsensorelemente (14, 16) überdeckt, parallel...
Magnetic field sensor device (10; 30; 50; 70; 90) for detecting a magnetic field, having the following features:
a one-piece substrate (12) having a first magnetic field sensor element (14) integrated in the substrate (12) for detecting a first static magnetic field component (H 1 ) acting perpendicular to the substrate (12) and a second one into the substrate (12) 12) integrated magnetic field sensor element (16) for detecting a perpendicular to the substrate (12) acting second static magnetic field component (H 2 ),
wherein said first magnetic field sensor element (14) and said second magnetic field sensor element (16) are spaced from each other by a predetermined distance A, said predetermined distance A being set such that said first and second magnetic field components (H 1 , H 2 ) are opposite to each other, and
a magnetic field alignment arrangement (18; 32; 74) for aligning the first and second magnetic field components (H 1 , H 2 ) to be detected with respect to the first and second magnetic field sensor elements (14, 16), the magnetic field alignment arrangement (18; 32; 74) forming a layer a permeable material that covers both magnetic field sensor elements (14, 16), parallel to each other.

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Magnetfeldsensoreinrichtungen, und insbesondere auf monolithisch integrierbare, differentielle Magnetfeldsensoreinrichtungen, die vertikal angeordnet sind, um die senkrecht auf die Magnetfeldsensoreinrichtung wirkenden Magnetfeldkomponenten eines statischen oder dynamischen Magnetfeldes zu erfassen.The The present invention relates to magnetic field sensor devices, and in particular monolithically integrable, differential Magnetic field sensor devices which are arranged vertically to the magnetic field components acting perpendicular to the magnetic field sensor device of a static or dynamic magnetic field.

Vertikale magnetische Sensoreinrichtungen und deren Gehäuse werden im allgemeinen möglichst dünn ausgeführt, so dass die Magnetsensoreinrichtung in einem möglichst schmalen Luftspalt eines Magnetkreises eingebaut werden kann, um somit eine maximale magnetische Empfindlichkeit der Magnetsensoreinrichtung zu erzielen. Um so schmaler der Luftspalt eines Magnetkreises ausgeführt werden kann, um so homogener und stärker ist das in dem Luftspalt vorhandene Magnetfeld.vertical Magnetic sensor devices and their housing are generally made as thin as possible, so that the magnetic sensor device in as narrow as possible air gap a magnetic circuit can be installed, thus a maximum to achieve magnetic sensitivity of the magnetic sensor device. The narrower the air gap of a magnetic circuit can, the more homogeneous and stronger is the magnetic field present in the air gap.

Unter vertikalen magnetischen Sensoreinrichtungen werden solche Anordnungen verstanden, die die senkrecht zur Ebene der integrierten Schaltung (IC; IC = integrated circuit) wirksamen Magnetfeldkomponenten erfassen, wobei die Ebene der integrierten Schaltung durch die Ebene eines flächigen, aktiven Halbleiterbereichs der integrierten Schaltung, der mit dem zu erfassenden Magnetfeld durchsetzt ist, vorgegeben ist.Under Vertical magnetic sensor devices become such arrangements understood that the perpendicular to the plane of the integrated circuit (IC, IC = integrated circuit) detect effective magnetic field components, the level of the integrated circuit through the plane of a scale, active semiconductor region of the integrated circuit, with the is traversed to be detected magnetic field is predetermined.

Bei magnetischen Sensoreinrichtungen muss man nun zwischen sogenannten Absolutwertsensoreinrichtungen und Differentialsensoreinrichtungen unterscheiden, da bei den genannten Sensoreinrichtungen stark unterschiedliche Verhältnisse zu beachten sind.at Magnetic sensor devices must now be between so-called Absolute value sensor devices and differential sensor devices differ, as in the aforementioned sensor devices greatly different conditions to be observed.

So weist eine Differentialsensoreinrichtung zumindest zwei Elementarsensorelemente an unterschiedlichen Orten auf der integrierten Halbleiterschaltung auf und verarbeitet die Dif ferenzwerte der an beiden Sensorelementen erfassten Magnetfeldkomponenten. Diese Vorgehensweise hat sich als besonders störungsunempfindlich erwiesen, denn übliche, in der Praxis vorkommende Störfelder sind bezüglich der integrierten Schaltung zumeist homogen angeordnet, so dass sich ihre Differenz auf zwei Sensorelementen an der integrierten Halbleiterschaltung häufig aufhebt.So a differential sensor device has at least two elementary sensor elements at different locations on the semiconductor integrated circuit and processes the difference values of the two sensor elements detected magnetic field components. This approach has proven to be particularly resistant to interference proved, because usual, in practice occurring interference fields are re the integrated circuit is usually arranged homogeneously, so that their difference on two sensor elements on the semiconductor integrated circuit often picks.

Es sollte offensichtlich sein, dass sich natürlich auch mit zwei Absolutwertsensoreinrichtungen ein Sensorsystem aufbauen lässt, mit dem eine Differenzmessung durchgeführt werden kann. Dazu ist allerdings neben den beiden Absolutwertsensoreinrichtungen noch ein Auswerte-ASIC (ASIC = application specific integrated circuit = anwendungsspezifische integrierte Schaltung) erforderlich, der vorgesehen ist, um die Ausgangssignale der beiden Absolutwertsensoreinrichtungen weiterzuverarbeiten, d. h. beispielsweise deren Differenz zu bilden, zu verstärken usw. Da für ein Sensorsystem bestehend aus zwei Absolutwertsensoreinrichtungen und einem Auswerte-ASIC drei einzelne Gehäuse sowie eine kostspielige Trägerplatine und deren Verdrahtung sowie ein kostspieliges Testen und Abgleichen des Moduls erforderlich ist, sind solche Anordnungen relativ aufwendig und damit teuer herzustellen.It It should be obvious that, of course, with two absolute value sensor devices build a sensor system, with which a difference measurement can be performed. However, this is beside the two absolute value sensor devices still an evaluation ASIC (ASIC = application specific integrated circuit = application specific integrated circuit), which is provided to the To process output signals of the two absolute value sensor devices, d. H. for example, to form their difference, amplify, etc. Therefore a sensor system consisting of two absolute value sensor devices and an evaluation ASIC three individual housings as well as a costly one carrier board and their wiring, as well as costly testing and matching the module is required, such arrangements are relatively expensive and thus expensive to manufacture.

In der Praxis stellt sich neben der Kostenfrage aber auch noch das Problem, dass die beiden Absolutwertsensoreinrichtungen eine schlechte „Paarungstoleranz" (Matching) aufweisen, da die beiden Absolutwertsensoreinrichtungen im allgemeinen nicht aus demselben Fertigungs- und Montagelos stammen. Ferner sollte beachtet werden, dass ein Sensorsystem bestehend aus zwei Absolutwertsensoreinrichtungen auch bezüglich ihrer Lage zueinander erhebliche Toleranzen aufweisen, da die Position einer integrierten Schaltung und damit des aktiven Halbleiterbereichs zur Erfassung der wirksamen Magnetfeldkomponente innerhalb seines Gehäuses nicht besonders gut definiert ist. Aus diesem Grund müssen beide Absolutwertsensoreinrichtungen erst geeignet abgeglichen werden, was in der Regel äußerst kostspielig ist, wobei dies insbesondere zutrifft, wenn deren Temperaturkoeffizienten erst abgeglichen werden müssen.In In practice, in addition to the cost issue but also that Problem that the two absolute value sensor devices have a bad "mating tolerance" (matching), since the two absolute value sensor devices generally not come from the same production and assembly. Furthermore, it should be noted be that a sensor system consisting of two absolute value sensor devices also regarding her Position to each other have significant tolerances, since the position an integrated circuit and thus the active semiconductor region for detecting the effective magnetic field component within it housing not very well defined. For that reason, both must Absolute value sensor devices can only be suitably adjusted which is usually very expensive This is especially true when their temperature coefficients have to be reconciled first.

Bei einem im Stand der Technik bekannten Aufbau eines Stromsensors (US-2002/0024333 A1) ist ein doppelt-geschlitzter weichmagnetischer Kreis ausgebildet, wobei in den beiden Schlitzen jeweils ein Absolutwertsensor positioniert ist. Darüber hinaus wird durch den weichmagnetischen Kreis ein Primärstromleiter hindurchgeführt, der die magnetische Erregung definiert. In den beiden Luftspalten treten Magnetfelder auf, die proportional zur Erregung, also zum Primärstrom, sind, wodurch sich dieser Primärstrom berührungsfrei mittels der beiden Absolutwertsensoreinrichtungen messen lässt.at a known in the prior art construction of a current sensor (US-2002/0024333 A1) is a double-slotted soft magnetic circuit formed wherein in each case an absolute value sensor is positioned in the two slots is. About that In addition, the soft magnetic circuit becomes a primary current conductor passed, which defines the magnetic excitation. In the two air gaps occur magnetic fields proportional to the excitation, so the Primary current, which causes this primary current contactless can be measured by means of the two absolute value sensor devices.

Nachteilig bei dieser dargestellten Sensoranordnung ist, dass diese Sensoranordnung nur in Form eines relativ aufwendig und kompliziert herzustellenden Mikrosystems integrierbar ist, wodurch eine solche Sensoranordnung nicht monolithisch integrierbar ist, sondern mit einzelnen Komponenten bestehend beispielsweise aus Primärleiter, integrierter Schaltungschip, Magnetkreis usw. aufzubauen ist, wobei dies auch nur für einen vorbestimmten Nennstrombereich möglich ist, da der Nennstrombereich des dargestellten Stromsensors über die Spaltbreite einzustellen bzw. vorgegeben ist.A disadvantage of this illustrated sensor arrangement is that this sensor arrangement can only be integrated in the form of a relatively complex and complicated to manufacture microsystem, whereby such a Sen soranordnung is not monolithically integrated, but with individual components consisting for example of primary conductor, integrated circuit chip, magnetic circuit, etc. is to build, and this is only possible for a predetermined nominal current range, since the rated current range of the current sensor shown over the gap width set or predetermined.

Es wird ferner deutlich, dass es mit dem bekannten Stromsensor, wenn dieser zu einem Mikrosystem integriert wird, nur möglich ist, fest vorgegebene Leiterquerschnitte bzw. Leitergeometrien verwenden zu können, so dass es nicht möglich ist, eine standardisierte Stromsensoranordnung bereitzustellen, mit der unterschiedlich ausgebildete Stromleiter verwendet werden können. Damit zeigt dieser Stromsensor eine äußerst geringe Flexibilität bezüglich unterschiedlicher Leiterquerschnitte und Leitergeometrien.It It is also clear that with the known current sensor, when this is integrated into a microsystem, only possible use fixed conductor cross sections or conductor geometries to be able to so that it is not possible is to provide a standardized current sensor arrangement, be used with the differently shaped conductor can. Thus, this current sensor shows extremely low flexibility with respect to different ones Conductor cross sections and conductor geometries.

In der wissenschaftlichen Veröffentlichung „Design of planar magnetic concentrators for high sensitivity Hall devices", von Drljaca, Vincent, Besse et Popovic, Sensor and Actuators A97–98 (2002) 10–14, wird dargestellt, dass weichmagnetische Schichten aus hochpermeablen amorphen Legierungen auf der Oberfläche einer integrierten Schaltung positioniert werden können. Die in der genannten wissenschaftlichen Veröffentlichung gezeigten Strukturen sind aber zumindest zweiteilig, wobei die Magnetfeldsensoreinrichtungen zwischen oder direkt unterhalb der einander zugewandten Kanten zweier Magnetfeldkonzentratoren liegen. Darüber hinaus dienen die dargestellten Magnetfeldkonzentratoren dazu, ein äußeres Magnetfeld, das parallel zu der Chipoberfläche verläuft, in ein magnetisches Streufeld zwischen den beiden Magnetfeldkonzentratoren umzuformen, das in etwa kreisbogenförmige Feldlinien im Volumen der Magnetfeldsensoreinrichtungen aufweist. Damit soll erreicht werden, dass zylindrische Hallsensoren oder aber auch herkömmliche Hallsensoren, die eine vertikale Magnetfeldkomponente erfassen, verwendet werden können.In the scientific publication "Design of planar magnetic concentrators for high-sensitivity Hall devices ", by Drljaca, Vincent, Besse et Popovic, Sensor and Actuators A97-98 (2002) 10-14 shown that soft magnetic layers of highly permeable amorphous alloys on the surface of an integrated circuit can be positioned. The structures shown in said scientific publication but are at least in two parts, the magnetic field sensor devices between or directly below the facing edges of two Magnetic field concentrators are. In addition, the illustrated serve Magnetic field concentrators to an external magnetic field, the parallel to the chip surface runs, into a magnetic stray field between the two magnetic field concentrators, this is roughly circular Having field lines in the volume of the magnetic field sensor devices. This is to be achieved that cylindrical Hall sensors or but also conventional Hall sensors that detect a vertical magnetic field component, can be used.

In der wissenschaftlichen Veröffentlichung „CMOS planar 2D micro-fluxgate sensor", von Chiesi, Krejik, Janossy et Popovic, Sensors and Actuators 82 (2000) 174–180, wird eine ferromagnetische Struktur aus einer amorphen Legierung in der Form eines Kreuzes auf einen Halbleiterchip aufgebracht, um eine sogenannten Fluxgate-Sensor zu bilden. Für das Funktionsprinzip eines Fluxgate-Sensors ist es erforderlich, ein nicht-lineares magnetisches Material, das während des Betriebs des Fluxgate-Sensors zeitweise, d. h. pulsförmig, in die Sättigung getrieben wird, zu verwenden. Der in der genannten wissenschaftlichen Veröffentlichung dargestellte Fluxgate-Sensor beinhaltet keine Magnetfeldsensoreinrichtung, sondern lediglich Erreger- und Pickup-Spulen. Es wird deutlich, dass mit diesen Pickup-Spulen nur zeitliche Änderungen des Magnetflusses als eine induktive (induzierte) Spannung erfasst werden können, deren Größe durch die Änderungsgeschwindigkeit des magnetischen Flusses bestimmt ist. Ein sta tisches Feld ändert dabei den Arbeitspunkt des permeablen Materials auf der Hysterese-Kennlinie B(H). Die Erregerspulen überlagern ein zeitlich veränderliches Feld. Wandert der Arbeitspunkt, z.B. infolge eines positiven äußeren Felds, zu positiven Werten der B(H)-Kennlinie, so wird die überlagerte Erregerinduktion bei positiven Spitzen wegen der Sättigung des permeablen Kerns abgeschnitten, während die negativen Spitzen unbeeinflusst bleiben. Also wird in die Pickup-Spulen ein Wechselspannungssignal induziert, bei dem die positiven Spitzen gekappt sind. Bildet man den zeitlichen Mittelwert, so ist dieser kleiner Null, da weniger positive Anteile enthalten sind als negative. Je stärker das externe Magnetfeld, desto stärker werden die positiven Spitzen gekappt und desto stärker wird der zeitliche Mittelwert negativ.In the scientific publication "CMOS planar 2D micro-fluxgate sensor ", by Chiesi, Krejik, Janossy et Popovic, Sensors and Actuators 82 (2000) 174-180, becomes a ferromagnetic structure of an amorphous alloy applied to a semiconductor chip in the form of a cross, to form a so-called fluxgate sensor. For the functional principle of a Fluxgate sensors require a non-linear magnetic Material that during the operation of the fluxgate sensor at times, d. H. pulsed, in the saturation is driven to use. The mentioned in the scientific publication Fluxgate sensor shown does not include a magnetic field sensor device, but only excitation and pickup coils. It becomes clear that with these pickup coils only temporal changes of the magnetic flux can be detected as an inductive (induced) voltage whose Size through the rate of change the magnetic flux is determined. A static field changes the working point of the permeable material on the hysteresis characteristic BRA). Overlay the excitation coils a temporally variable one Field. If the operating point, e.g. due to a positive external field, to positive values of the B (H) characteristic, then the superimposed Exciter induction at positive peaks due to saturation of the permeable core cut off, while the negative peaks remain unaffected. So in the pickup coils is an AC signal induced in which the positive peaks are cut off. You form the time average, so this is less than zero, because less positive shares are included as negative. The stronger that external magnetic field, the stronger The positive tips are cut off and the stronger it gets the time average negative.

Die EP 1 182 461 A2 betrifft einen Sensor für die Detektion der Richtung eines Magnetfeldes. Dieser Sensor umfasst einen Magnetfeldkonzentrator mit einer flächigen Form und zumindest zwei Hall-Elemente, wobei die Hall-Elemente im Bereich des Randes des Magnetfeldkonzentrators angeordnet sind. Der Magnetfeldkonzentrator verändert dabei in seinem Umfeld den Verlauf der Feldlinien des Magnetfeldes eines Permanentmagneten, der um seine Drehachse rotiert, und bewirkt insbesondere, dass ein Teil der Feldlinien, die bei Abwesenheit des Magnetfeldkonzentrators parallel zur Oberfläche der Hall-Elemente verlaufen würden, die Hall-Elemente annähernd senkrecht zu ihrer Oberfläche durchdringt. Die Anordnung bildet also einen Winkelsensor bezüglich der Position des drehbaren Permanentmagneten.The EP 1 182 461 A2 relates to a sensor for detecting the direction of a magnetic field. This sensor comprises a magnetic field concentrator with a planar shape and at least two Hall elements, wherein the Hall elements are arranged in the region of the edge of the magnetic field concentrator. In this case, the magnetic field concentrator changes the course of the field lines of the magnetic field of a permanent magnet, which rotates about its axis of rotation, and in particular causes a part of the field lines, which would be parallel to the surface of the Hall elements in the absence of the magnetic field concentrator, to deflect the Hall signals. Elements penetrates approximately perpendicular to their surface. The arrangement thus forms an angle sensor with respect to the position of the rotatable permanent magnet.

Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine verbesserte Magnetfeldsensoreinrichtung zur Erfassung eines Magnetfelds zu schaffen, die monolithisch integrierbar ist und mit der ein statisches oder dynamisches Magnetfeld differentiell erfassbar ist.outgoing from this prior art, the object of the present Invention therein, an improved magnetic field sensor device for To create a magnetic field that can be monolithically integrated is and with the static or dynamic magnetic field differentially is detectable.

Diese Aufgabe wird durch eine Magnetfeldsensoreinrichtung zur Erfassung eines Magnetfelds gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.These Task is by a magnetic field sensor device for detection a magnetic field according to claim 1 solved. Advantageous developments of the invention are the subject of the dependent claims.

Die erfindungsgemäße Magnetfeldsensoreinrichtung zur Erfassung eines Magnetfelds umfasst ein einteiliges Substrat mit einem ersten in das Substrat integrierten Magnetfeldsensorelement zur Erfassung eines senkrecht auf das Substrat wirkenden, ersten statischen Magnetfeldkomponente, und mit einem zweiten, in das Substrat integrierten Magnetfeldsensorelement zur Erfassung eines senkrecht auf das Substrat wirkenden, zweiten statischen Magnetfeldkomponente, wobei das erste Magnetfeldsensorelement und das zweite Magnetfeldsensorelement voneinander um einen vorbestimmten Abstand beabstandet sind, wobei der vorbestimmte Abstand so eingestellt ist, dass die erste und die zweite Magnetfeldkomponente zueinander entge gengesetzt sind, und ferner eine Magnetfeldausrichtungsanordnung zum Ausrichten der zu erfassenden ersten und zweiten Magnetfeldkomponente bezüglich des ersten und zweiten Magnetfeldsensorelements, wobei die Magnetfeldausrichtungsanordnung eine Schicht aus einem permeablen Material aufweist, die beide Magnetfeldsensorelemente überdeckt, parallel zum Substrat angeordnet ist und eine Dicke von mehr als 50 μm aufweist, wobei die Magnetfeldausrichtungsanordnung ein permeables Material aufweist und so ausgebildet ist, daß eine durch die erste und zweite Magnetfeldkomponente bewirkte magnetische Induktion in der Magnetfeldausrichtungsanordnung niedriger als die Sättigungsinduktion in dem permeablen Material ist.The Magnetic field sensor device according to the invention for detecting a magnetic field comprises a one-piece substrate with a first magnetic field sensor element integrated into the substrate for detecting a vertically acting on the substrate, first static magnetic field component, and with a second, into the substrate integrated magnetic field sensor element for detecting a vertical acting on the substrate, second static magnetic field component, wherein the first magnetic field sensor element and the second magnetic field sensor element spaced from each other by a predetermined distance, wherein the predetermined distance is set so that the first and the second magnetic field component are opposite to each other entge, and further a magnetic field alignment assembly for aligning to be detected first and second magnetic field component with respect to first and second magnetic field sensor elements, wherein the magnetic field alignment arrangement has a layer of a permeable material that covers both magnetic field sensor elements, is arranged parallel to the substrate and has a thickness of more than 50 μm, wherein the magnetic field alignment assembly is a permeable material and is formed so that one through the first and second magnetic field component caused magnetic induction in the Magnetic field alignment arrangement lower than the saturation induction in the permeable material.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, eine monolithisch integrierbare, differentielle Magnetfelderfassungseinrichtung zu schaffen, bei der eine einteilige, permeable Schicht parallel zu den in einem Halbleitersubstrat integrierten Magnetfeldsensorelementen der Magnetfelderfassungseinrichtung angeordnet ist, wobei die permeable Schicht als eine einteilige Magnetfeldkonzentrationseinrichtung zum Ausrichten und/oder Konzentrieren der Magnetfeldkomponenten bezüglich der integrierten Magnetfeldsensorelemente wirksam ist.Of the The present invention is based on the recognition, a monolithic integrable, differential magnetic field detection device to create a one-piece, permeable layer parallel to the magnetic field sensor elements integrated in a semiconductor substrate the magnetic field detection device is arranged, wherein the permeable Layer as a one-piece magnetic field concentration device for aligning and / or concentrating the magnetic field components in terms of the integrated magnetic field sensor elements is effective.

Um die erfindungsgemäße, monolithisch integrierbare, differentielle Magnetfelderfassungsanordnung mit einem möglichst kleinen Luftspalt herzustellen, in dem die integrierten Magnetfeldsensorelemente der Magnetfelderfassungseinrichtung zur Erfassung der senkrecht auf die Magnetfeldsensorelemente wirkenden Magnetfeldkomponenten angeordnet sind, wird ein magnetischer Kurzschluss mittels eines hoch-permeablen (weichmagnetischen) Materials direkt mit in das Gehäuse der Magnetfelderfassungseinrichtung eingebaut. Dazu eignet sich beispielsweise eine Schicht aus einem permeablen Material, die mit dem IC-Gehäuse der integrierten Magnetfeldsensoranordnung verbunden ist, oder auch der Anschlussleitungsrahmen (Leadframe) der Magnetfeldsensoranordnung selbst, der anstelle der übli chen Kupferlegierungen aus einem permeablen Material, wie z.B. MU-Metall oder Permalloy, ausgeführt ist.Around the invention, monolithic integrable, differential magnetic field detection arrangement with one possible small air gap, in which the integrated magnetic field sensor elements the magnetic field detection device for detecting the perpendicular magnetic field components acting on the magnetic field sensor elements are arranged, a magnetic short circuit by means of a highly permeable (soft magnetic) material directly into the casing the magnetic field detection device installed. This is suitable For example, a layer of a permeable material with the IC package the integrated magnetic field sensor arrangement is connected, or also the lead frame of the magnetic field sensor assembly itself, instead of the usual Copper alloys of a permeable material, e.g. MU-metal or permalloy is.

Die elektrische Leitfähigkeit dieser permeablen Materialien, die beispielsweise anstelle der üblichen Materialien für den Anschlussleitungsrahmen verwendet werden, ist ausreichend gut, um sie weiterhin als Anschlussleitungsrahmen verwenden zu können, wobei gleichzeitig die Magnetfeldlinien des zu erfassenden magnetischen Feldes möglichst steil bzw. möglichst senkrecht auf die Chipebene mit den aktiven Halbleiterbereichen zur Erfassung des Magnetfeldes gezwungen bzw. ausgerichtet werden. Durch die erfindungsgemäße Anordnung lässt sich das Ausgangssignal der Magnetfelderfassungseinrichtung unter Verwendung beispielsweise konventioneller Hallsensorelemente, die nur auf Magnetfeldkomponenten senkrecht zur Chipebene reagieren, oder MAG-FETs (magnetische Feldeffekttransistoren) maximieren. Je steiler die Magnetfeldkomponenten die Magnetfeldsensorelemente durchdringen, umso höher ist der wirksame Anteil des erfassbaren Magnetfelds, wodurch sich auch ein höheres Ausgangssignal der Magnetfeldsensorelemente ergibt. Entsprechend erhöht sich auch die Empfindlichkeit der Anordnung.The electric conductivity These permeable materials, for example, instead of the usual materials for the connection cable frame It is good enough to use it as a lead frame to be able to use at the same time the magnetic field lines of the magnetic to be detected Field as possible steep or as possible perpendicular to the chip plane with the active semiconductor regions For detecting the magnetic field forced or aligned. By the arrangement according to the invention let yourself the output of the magnetic field detecting device using For example, conventional Hall sensor elements that only magnetic field components react perpendicular to the chip plane, or MAG-FETs (magnetic field-effect transistors) maximize. The steeper the magnetic field components the magnetic field sensor elements penetrate, the higher is the effective portion of the detectable magnetic field, resulting in also a higher one Output of the magnetic field sensor elements results. Corresponding elevated also the sensitivity of the arrangement.

Die erfindungsgemäße integrierte, differentielle Magnetfeldsensoranordnung lässt sich dabei insbesondere vorteilhaft als Stromsensor, d. h. zur Erfassung der Stromstärke in einem elektrischer Leiter, verwenden. Die erfindungsgemäße integrierbare, differentielle Magnetfeldsensoranordnung lässt sich aber gleichermaßen auch bei anderen Magnetfelderfassungsapplikationen einsetzen, wie z.B. als Drehzahl- bzw. Drehwinkelsensoreinrichtung in Verbindung mit einem Polrad.The integrated, Differential magnetic field sensor arrangement can be in particular advantageous as a current sensor, d. H. to capture the current in one electrical conductor, use. The integrable, but differential magnetic field sensor arrangement can be equally well in other magnetic field sensing applications, e.g. as speed or rotation angle sensor device in conjunction with a pole wheel.

Es wird deutlich, dass die erfindungsgemäße differentielle, integrierte Magnetfeldsensoranordnung im wesentlichen für alle Magnetfelderfassungsanwendungen eingesetzt werden kann, bei denen entweder statische oder auch dynamische Magnetfelder erfasst werden können.It It is clear that the differential, integrated Magnetic field sensor assembly substantially for all magnetic field sensing applications can be used, where either static or dynamic Magnetic fields can be detected.

Dabei zeichnet sich die integrierte, differentielle Magnetfeldsensoranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung einerseits durch eine erhöhte Empfindlichkeit bei der Erfassung von Magnetfeldern aus, da das verwendete permeable Material (z.B. Weicheisenmaterial) die magnetische Induktion in dem schmalen „Luftspalt" der Magnetfeldsensoranordnung bündelt. In dem Luftspalt können die Magnetfeldkomponenten durch die Magnetfeldsensorelemente, z.B. Hall-Sondenelemente oder MAG-FETs, mit einer hohen Empfindlichkeit gemessen werden.there characterized the integrated differential magnetic field sensor arrangement according to the present invention on the one hand by an increased Sensitivity in the detection of magnetic fields, as the For example, permeable material (e.g., soft iron material) used magnetic Induction in the narrow "air gap" of the magnetic field sensor arrangement bundles. In the air gap can the magnetic field components through the magnetic field sensor elements, e.g. Hall probe elements or MAG-FETs, be measured with a high sensitivity.

Ferner zeichnet sich die erfindungsgemäße integrierte, differentielle Magnetfeldsensoreinrichtung durch eine große Flexibilität bezüglich des Messsystems aus. Für den Fall der Verwendung als Strommesseinrichtung kann man mit der erfindungsgemäßen Magnetfeldsensoranordnung einen Stromfluss und damit die Stromstärke durch im wesentlichen beliebige Leiter mit nahezu beliebigen Leiterquerschnittflächen erfassen. Dabei ist es aufgrund der einteiligen permeablen Schicht, die parallel zu der Oberfläche der integrierten Schaltung und damit zu den aktiven Sensorelementen angeordnet ist, äußerst vorteilhaft, dass der Querschnitt des Primärleiters, dessen Stromfluss erfasst werden soll, im wesentlichen beliebig groß gemacht werden kann, ohne dadurch einen größeren Luftspalt bei der Magnetfeldsensoranordnung in Kauf nehmen zu müssen. Ein vergrößerter Luftspalt, der durch die erfindungsgemäße Anordnung vermieden wird, würde aber wieder zu einer Verringerung der Empfindlichkeit der Anordnung führen. Aus diesem Grund kann man bei der vorliegenden Erfindung den Primärleiter senkrecht zu der Chipoberfläche der Magnetfeldsensoranordnung im wesentlichen beliebig ausdehnen.Further the integrated, Differential magnetic field sensor device by a great flexibility in terms of Measuring system off. For The case of use as a current measuring device can be with the Magnetic field sensor arrangement according to the invention a current flow and thus the current through substantially any Detect conductors with almost any conductor cross-sectional area. That's it due to the one-piece permeable layer, which is parallel to the surface the integrated circuit and thus to the active sensor elements is arranged, extremely advantageous that the cross section of the primary conductor, whose current flow is to be detected, essentially arbitrary made big can be, without thereby a larger air gap in the magnetic field sensor arrangement to have to accept. An enlarged air gap, the by the inventive arrangement would be avoided but again to a reduction in the sensitivity of the arrangement to lead. For this reason, one can in the present invention, the primary conductor perpendicular to the chip surface extend the magnetic field sensor arrangement substantially arbitrarily.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:preferred embodiments The present invention will be described below with reference to FIG the enclosed drawings closer explained. Show it:

1 eine erste mögliche Realisierung einer integrierten, differentiellen Magnetfeldsensoranordnung gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 1 a first possible implementation of an integrated, differential magnetic field sensor arrangement according to a first preferred embodiment of the present invention;

2 eine weitere mögliche Realisierung einer integrierten, differentiellen Magnetfeldsensoranordnung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 2 another possible implementation of an integrated, differential magnetic field sensor arrangement according to another embodiment of the present invention;

3 eine weitere mögliche Realisierung einer integrierten, differentiellen Magnetfeldsensoranordnung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 3 another possible implementation of an integrated, differential magnetic field sensor arrangement according to another embodiment of the present invention;

4 eine weitere mögliche Realisierung einer integrierten, differentiellen Magnetfeldsensoranordnung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 4 another possible implementation of an integrated, differential magnetic field sensor arrangement according to another embodiment of the present invention;

5a–b weitere mögliche Realisierungen einer integrierten, differentiellen Magnetfeldsensoranordnung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und 5a B further possible implementations of an integrated, differential magnetic field sensor arrangement according to a further exemplary embodiment of the present invention; and

6a–b eine prinzipielle Gegenüberstellung der magnetischen Eigenschaften von weichmagnetischen (permeablen) und hartmagnetischen Materialien in Form von schematischen Magnetisierungskennlinien (Hystereseschleifen). 6a -B a basic comparison of the magnetic properties of soft magnetic (permeable) and hard magnetic materials in the form of schematic magnetization characteristics (hysteresis loops).

Um die Verständlichkeit der folgenden detaillierten Beschreibung der verschiedenen bevorzugten Ausführungsbeispiele der monolithisch integrierbaren, differentiellen Magnetfeldsensoranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung zu vereinfachen, wird im folgenden kurz auf den Unterschied zwischen weichmagnetischen (permeablen) und hartmagnetischen Materialien eingegangen, und anhand der sogenannten Hystereseschleife erörtert, wie sie in 6a–b prinzipiell dargestellt ist. Dabei sind bei der Magnetisierungskennlinie über der Or dinate die Induktionswerte B und über der Abszisse die Feldstärkewerte H aufgetragen.In order to facilitate the understanding of the following detailed description of the various preferred embodiments of the monolithically integrable differential magnetic field sensor assembly according to the present invention, the difference between soft magnetic and hard magnetic materials will be briefly discussed below, and discussed with reference to the so-called hysteresis loop in 6a -B is shown in principle. In this case, the induction values B and above the abscissa the field strength values H are plotted in the magnetization characteristic over the orinate.

Die Hystereseschleife ist eine besondere Art des Magnetisierungsverlaufs ferromagnetischer Stoffe. Nach einem Aufmagnetisieren des zunächst unmagnetischen Stoffes bis zu einem Maximalwert der Polarisierung (Neukurve) ergeben sich jeweils zwei verschiedene Induktionswerte zu jedem Feldstärkewert, je nach dem ob dieser steigend oder fallend durchlaufen wurde. Ohne ein vorhandenes Magnetfeld (H = 0) erhält man eine restliche Induktion BR die als sogenannten Remanenz bezeichnet wird. Als Koerzitivfeldstärke HC bezeichnet man die Feldstärke, bei der die Induktion Null wird (B = 0). Stoffe mit einer kleinen Koerzitivfeldstärke HC werden als magnetisch weich bezeichnet, ihre Hystereseschleife ist schmal, wie in 6a dargestellt. Magnetisch harte Stoffe dagegen besitzen eine große Koerzitivfeldstärke HC, die Hystereseschleife ist breit, wie in 6b dargestellt.The hysteresis loop is a special type of magnetization curve of ferromagnetic substances. After magnetizing the initially nonmagnetic substance up to a maximum value of the polarization (new curve), two different induction values result for each field strength value, depending on whether it was passed through rising or falling. Without an existing magnetic field (H = 0), one obtains a residual induction B R, which is referred to as so-called remanence. The coercive field strength H C is the field strength at which the induction becomes zero (B = 0). Substances with a small coercivity H C are called magnetically soft, their hysteresis loop is narrow, as in 6a shown. On the other hand, magnetically hard substances have a high coercive force H C , the hysteresis loop is wide, as in 6b shown.

Wird nun beispielsweise ein hartmagnetisches Material in ein starkes Magnetfeld gebracht und daraufhin wieder in ein magnetisches „Nullfeld" gebracht, so ist das hartmagnetische Material danach aufmagnetisiert, d. h. das hartmagnetische Material wirkt wie ein Permanentmagnet.Becomes now, for example, a hard magnetic material in a strong Magnetic field brought and then brought back into a magnetic "zero field", so is the hard magnetic material is then magnetized, d. H. the hard magnetic Material acts like a permanent magnet.

Ein weichmagnetisches Material wird dagegen durch ein zuvor anliegendes starkes Magnetfeld kaum verändert. Insbesondere erfährt beispielsweise jegliches weichmagnetische Material in einem inhomogenen Magnetfeld eine anziehende Kraft, wie beispielsweise Gusseisen von einem Stabmagneten angezogen wird.On the other hand, a soft magnetic material is scarcely changed by a previously applied strong magnetic field. In particular, for example, any soft magnetic material experiences inhomogeneous Magnetic field an attractive force, such as cast iron is attracted by a bar magnet.

Weichmagnetische Materialien sind hoch-permeable Materialien, d. h. diese Materialien weisen eine sehr hohe relative Permeabilitätszahl μr auf, d. h. μr » 1. Hartmagnetische Materialien sind dagegen im allgemeinen wenig permeabel, d. h. für diese Materialien gilt zumeist μr ≌ 1.soft magnetic Materials are highly permeable materials, d. H. these materials have a very high relative permeability μr, i. H. μr »1. Hard magnetic In contrast, materials are generally poorly permeable, i. H. for this Materials are usually μr ≌ 1.

Dies lässt sich auch ohne weiteres anhand der Magnetisierungskennlinien von 6a–b, d. h. der Induktion B gegenüber dem Magnetfeld H, deuten. Hartmagnetische Materialien haben einen Hystereseverlauf, der eine große Fläche einschließt, wohingegen weichmagnetische Materialien einen schlanken Hystereseverlauf aufweisen, der eine relativ kleine Fläche einschließt. Wenn man die magnetische Erregung, d. h. das Magnetfeld H, abschaltet, so stellt sich eine remanente Induktion BR (Remanenz) ein. Die Steigung der B(H)-Kurve in diesem Punkt repräsentiert die wirksame Permeabilität des Materials. Bei weichmagnetischen Materialien ist die Steigung relativ steil, bei hartmagnetischen Materialien ist sie relativ flach.This can be easily determined by the magnetization characteristics of 6a -B, ie the induction B with respect to the magnetic field H, interpret. Hard magnetic materials have a hysteresis profile that includes a large area, whereas soft magnetic materials have a slender hysteresis profile that includes a relatively small area. If the magnetic excitation, ie the magnetic field H, is switched off, a remanent induction B R (remanence) sets in. The slope of the B (H) curve at this point represents the effective permeability of the material. For soft magnetic materials, the slope is relatively steep, with hard magnetic materials, it is relatively flat.

Typische weichmagnetische Materialien sind Nickel (Ni) und Permalloy (NiFe). Eisen ist im geglühten Zustand ein Weichmagnet, wird aber gewalzt zum Permanentmagneten.typical Soft magnetic materials are nickel (Ni) and permalloy (NiFe). Iron is in the annealed state a soft magnet, but rolled to permanent magnet.

Es wird deutlich, dass sich weichmagnetische und hartmagnetische Materialien im wesentlichen nicht so sehr in der Remanenz sondern vielmehr in der Koerzitivfeldstärke HC unterscheiden, für die gilt, B(HC) = 0.It will be appreciated that soft magnetic and hard magnetic materials differ substantially not so much in remanence but rather in coercive force H C , for which B (H C ) = 0.

Ist die Koerzitivfeldstärke des jeweiligen Materials groß, so ist die Hystereseschleife breit und es handelt sich um ein hartmagnetisches Material (um einen Hartmagneten). Die Remanenz eines Weichmagneten kann unter Umständen auch sehr groß sein, wobei sich die Remanenz durch mechanische Spannungen in dem Material beeinflussen lässt. Die Remanenz von Nickel nimmt beispielsweise mit einer steigenden Zugspannung in Magnetisierungsrichtung ab, jene von Permalloy hingegen zu.is the coercive field strength of the respective material big, so the hysteresis loop is wide and it is a hard magnetic Material (around a hard magnet). The remanence of a soft magnet can in certain circumstances also be very tall the remanence being due to mechanical stresses in the material can be influenced. The remanence of nickel increases, for example, with a rising Tensile stress in the direction of magnetization, whereas those of permalloy to.

Bei der vorliegenden Erfindung sollte bezüglich der Magnetfeldausrichtungsanordnung beachtet werden, dass sich die Magnetfeldausrichtungsanordnung im wesentlichen ausschließlich auf die Verwendung weichmagnetischer, hochpermeabler Materialien zur Herstellung von Magnetfeldkonzentrationseinrichtun gen für integrierte Schaltkreise bezieht, die Magnetfeldsensorelemente beinhalten.at The present invention should be directed to the magnetic field alignment arrangement note that the magnetic field alignment arrangement is in the essentially exclusively on the use of soft magnetic, high permeability materials for the production of magnetic field concentration devices for integrated Relates circuits containing magnetic field sensor elements.

Im folgenden wird nun Bezug nehmend auf 1 ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Magnetfeldsensoreinrichtung 10 gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.In the following, reference will now be made to 1 a first preferred embodiment of a magnetic field sensor device 10 described according to the present invention.

Die Magnetfeldsensoreinrichtung von 1 weist ein einteiliges Substrat 12 auf, wobei in dem Substrat 12 ein erstes und ein zweites Magnetfeldsensorelement 14, 16 in einem vorbestimmten Abstand A vorzugsweise symmetrisch zu einer Symmetrieachse des Substrats und/oder des Anschlussleitungsrahmens (Leadframe) angeordnet sind. An dem Halbleitersubstrat 12 mit den Magnetfeldsensorelementen 14, 16 ist eine Schicht 18 aus einem weichmagnetischen (permeablen) Material angebracht, wobei, wie in 1 dargestellt ist, beispielsweise eine Klebstoffschicht 20 zur mechanischen Verbindung des Halbleitersubstrat 12 mit der permeablen Schicht 18 vorgesehen ist. Wie in 1 ferner dargestellt ist, kann die Magnetfeldsensoreinrichtung bestehend aus dem Substrat 12 mit den Magnetfeldsensorelementen 14, 16 und der weichmagnetischen Schicht 18 auf einem konventionellen (nichtmagnetischen) Anschlussleitungsrahmen 22 angeordnet sein, wobei der Anschlussleitungsrahmen 22 beispielsweise mittels einer Hart- oder Weichlot-Schicht 24 mit der Magnetfeldsensoreinrichtung 10 verbunden sein kann.The magnetic field sensor device of 1 has a one-piece substrate 12 on, wherein in the substrate 12 a first and a second magnetic field sensor element 14 . 16 are arranged at a predetermined distance A preferably symmetrical to an axis of symmetry of the substrate and / or the lead frame (leadframe). On the semiconductor substrate 12 with the magnetic field sensor elements 14 . 16 is a layer 18 made of a soft magnetic (permeable) material, wherein, as in 1 is shown, for example, an adhesive layer 20 for mechanical connection of the semiconductor substrate 12 with the permeable layer 18 is provided. As in 1 is further shown, the magnetic field sensor device consisting of the substrate 12 with the magnetic field sensor elements 14 . 16 and the soft magnetic layer 18 on a conventional (non-magnetic) lead frame 22 be arranged, wherein the lead frame 22 for example by means of a hard or soft solder layer 24 with the magnetic field sensor device 10 can be connected.

Die in 1 dargestellte Magnetfeldsensoreinrichtung kann nun beispielsweise nach einer Anschlusskontaktierung der integrierten Schaltung 12 beispielsweise mittels Bonddrähten (nicht gezeigt) mit dem Anschlussleitungsrahmen 22 mit einer Vergussmasse 26 versehen werden, die dann beispielsweise auch als Sensorgehäuse wirksam ist, und die durch die gestrichelt gezeichnete Umfangslinie 26 schematisch in 1 dargestellt ist.In the 1 shown magnetic field sensor device can now, for example, after a connection contact of the integrated circuit 12 for example, by means of bonding wires (not shown) with the lead frame 22 with a potting compound 26 be provided, which is then effective, for example, as a sensor housing, and by the dashed circumferential line 26 schematically in 1 is shown.

Im folgenden wird nun die Funktionsweise der in 1 dargestellten erfindungsgemäßen Magnetfeldsensoreinrichtung 10 erläutert.In the following the functionality of the in 1 illustrated magnetic field sensor device according to the invention 10 explained.

Wie in 1 dargestellt ist, ist das Substrat 12 der Magnetfeldsensoreinrichtung 10 vorzugsweise einteilig ausgeführt, wobei das erste, in das Substrat 12 integrierte Magnetfeldsensorelement 14 zur Erfassung einer senkrecht auf das erste Magnetfeldsensorelement 14 wirkenden, ersten (statischen oder dynamischen) Magnetfeldkomponente H1 vorgesehen ist, und das zweite, in das Substrat 12 integrierte Magnetfeldsensorelement 14 zur Erfassung einer senkrecht auf das zweite Magnetfeldsensorelement 14 wirkenden, zweiten statischen Magnetfeldkomponente H2 vorgesehen ist, wobei das erste Magnetfeldsensorelement 14 und das zweite Magnetfeldsensorelement 16 voneinander um den vorbestimmten Abstand A beabstandet sind. Der vorbestimmte Abstand A ist dabei vorzugsweise so eingestellt, dass die erste und die zweite Magnetfeldkomponente H1, H2 möglichst steil und im Idealfall senkrecht die Magnetfeldsensorelemente durchdringen, so dass die Magnetfeldkomponenten H1, H2 im Idealfall parallel aber entgegengesetzt zueinander verlaufen, wie dies in 1 beispielhaft dargestellt ist.As in 1 is shown, is the substrate 12 the magnetic field sensor device 10 preferably made in one piece, wherein the first, in the substrate 12 integrated magnetic field sensor element 14 for detecting a perpendicular to the first magnetic field sensor element 14 acting, first (static or dynamic) magnetic field component H 1 is provided, and the second, in the substrate 12 integrated magnetic field sensor element 14 for detecting a perpendicular to the second magnetic field sensor element 14 acting, second sta magnetic field component H 2 is provided, wherein the first magnetic field sensor element 14 and the second magnetic field sensor element 16 are spaced from each other by the predetermined distance A. The predetermined distance A is preferably set so that the first and the second magnetic field component H 1 , H 2 penetrate as steep as possible and ideally perpendicular to the magnetic field sensor elements, so that the magnetic field components H 1 , H 2 in the ideal case parallel but opposite to each other, such as this in 1 is shown by way of example.

Diese Ausrichtung der ersten und zweiten Magnetfeldkomponente H1, H2 zueinander, d. h. wie die beiden Magnetfeldkomponenten H1, H2 das Substrat 12 durchdringen, wird vor allem durch die weichmagnetische Schicht 18 bewirkt, die als eine sogenannte Magnetfeldausrichtungsanordnung zum Ausrichten der zu erfassenden ersten und zweiten Magnetfeldkomponente H1, H2 bezüglich des ersten und zweiten Magnetfeldsensorelements 14, 16 vorgesehen ist. Wie bereits angegeben, weist die Magnetfeldausrichtungsanordnung 18 vorzugsweise eine Schicht aus einem permeablen Material auf, die beide Magnetfeldsensorelemente (14, 16) überdeckt und parallel zum Substrat (12) angeordnet ist.This alignment of the first and second magnetic field component H 1 , H 2 to each other, ie, as the two magnetic field components H 1 , H 2, the substrate 12 is penetrated mainly by the soft magnetic layer 18 which functions as a so-called magnetic field alignment arrangement for aligning the first and second magnetic field components H 1 , H 2 to be detected with respect to the first and second magnetic field sensor elements 14 . 16 is provided. As already stated, the magnetic field alignment arrangement 18 preferably a layer of a permeable material, both magnetic field sensor elements ( 14 . 16 ) and parallel to the substrate ( 12 ) is arranged.

Der Begriff „überdeckt" soll im Zusammenhang der vorliegenden Erfindung bedeuten, dass die Schicht 18 aus einem permeablen Material, die an dem Substrat 12 unterhalb (oder auch oberhalb) und parallel zu den Magnetfeldsensorelementen 14, 16 angeordnet ist, vorzugsweise eine laterale Ausdehnung aufweist, die zumindest der zur Substratebene senkrechten Projektion der einander entfernten Seiten der Magnetfeldsensorelemente entspricht, so dass möglichst viele bzw. möglichst alle Magnetfeldlinien, die die Magnetfeldsensorelemente 14, 16 durchdringen, auch in die Schicht 18 gelangen.The term "covered" in the context of the present invention is intended to mean that the layer 18 made of a permeable material attached to the substrate 12 below (or above) and parallel to the magnetic field sensor elements 14 . 16 is arranged, preferably has a lateral extent, which corresponds at least to the substrate plane perpendicular projection of the mutually remote sides of the magnetic field sensor elements, so that as many as possible or all magnetic field lines, the magnetic field sensor elements 14 . 16 penetrate, even in the layer 18 reach.

Es wird deutlich, dass das Substrat 12 vorzugsweise ein einteiliges Substrat aus einem Halbleitermaterial ist, wobei das erste und das zweite Magnetfeldsensorelement 14, 18 durch einen ersten und zweiten aktiven Halbleiterbereich in dem Substrat 12 definiert sind. Der aktive Halbleiterbereich kann beispielsweise ein integrierter, flächiger Hallbereich oder auch ein integrierter Gate-Bereich eines MAG-FET sein, wobei im Rahmen der vorliegenden Erfindung beliebige halbleiterbasierte Magnetfeldsensorelemente zur Erfassung der vertikalen Komponenten der Magnetfeldkomponenten H1, H2 eingesetzt werden können.It becomes clear that the substrate 12 preferably a one-piece substrate made of a semiconductor material, wherein the first and the second magnetic field sensor element 14 . 18 by a first and second active semiconductor region in the substrate 12 are defined. The active semiconductor region can be, for example, an integrated, flat Hall region or also an integrated gate region of a MAG FET, wherein in the context of the present invention, any semiconductor-based magnetic field sensor elements for detecting the vertical components of the magnetic field components H 1 , H 2 can be used.

Wie in 1 dargestellt ist, ist die weichmagnetische (permeable) Schicht 18 vorzugsweise im Bereich der sogenannten Chip-Insel des Anschlussleitungsrahmens 22 gebildet, wobei die Chip-Insel des Anschlussleitungsrahmens 22 den Bereich auf dem Anschlussleitungsrahmen 22 angibt, auf dem sich das Substrat 12 nach einer mechanischen Befestigung befindet und beispielsweise mittels Bondverbindungen mit vorgegebenen Bereichen, z.B. verschiedenen Anschlussstiften (pins), des Anschlussleitungsrahmens 22 verbunden ist. Die Magnetfeldausrichtungsanordnung in Form der weichmagnetischen Schicht 18 ist ausgebildet, um die Magnetfeldkomponenten geeignet zu leiten und auch zu bündeln, um damit die erste Magnetfeldkomponente H1 möglichst steil bzw. möglichst senkrecht auf das erste Magnetfeldsensorelement 14 und die zweite Magnetfeld komponente H2 möglichst steil bzw. möglichst senkrecht auf das zweite Magnetfeldsensorelement 16 auszurichten und vorzugsweise auch zu konzentrieren, um dadurch eine Erhöhung der magnetischen Flussdichte durch die Magnetfeldsensorelemente 14, 18 zu erreichen. Dadurch wird der wirksame (senkrechte) Anteil der zu erfassenden Magnetfeldkomponenten erhöht, wodurch auch die Empfindlichkeit der gesamten Magnetfelderfassungsanordnung gesteigert wird.As in 1 is the soft magnetic (permeable) layer 18 preferably in the region of the so-called chip island of the lead frame 22 formed, wherein the chip island of the lead frame 22 the area on the lead frame 22 indicates on which the substrate 12 is located after a mechanical attachment and, for example, by means of bonding with predetermined areas, eg different pins (pins), the lead frame 22 connected is. The magnetic field alignment device in the form of the soft magnetic layer 18 is designed to conduct the magnetic field components suitable and also to bundle, so that the first magnetic field component H 1 as steep as possible or as perpendicular to the first magnetic field sensor element 14 and the second magnetic field component H 2 as steep as possible or as perpendicular to the second magnetic field sensor element 16 to align and preferably also to concentrate, thereby increasing the magnetic flux density by the magnetic field sensor elements 14 . 18 to reach. As a result, the effective (vertical) portion of the magnetic field components to be detected is increased, whereby the sensitivity of the entire magnetic field detection arrangement is increased.

Die weichmagnetische Schicht 18 von 1 ist erfindungsgemäß vorzugsweise aus einem Material gefertigt, das einerseits eine möglichst hohe relative Permeabilitätszahl μr (μr » 1, μr ≌ 1.000 – 200.000) aufweist, und das andererseits eine möglichst kleine magnetische Hysterese (Koerzitivfeldstärke, z.B. HC ≌ 0,01 A/cm) aufweist. Wie in 1 dargestellt ist, enthält das Substrat 12, das vorzugsweise ein Substrat einer integrierten Schaltung ist, zwei Magnetfeldsensorelemente 14, 16, die beispielsweise als konventionelle Hallsensorelemente oder MAG-FETs ausgeführt sind, auf, wobei die Magnetfeldsensorelemente 14, 16 jeweils ein Ausgangssignal bereitstellen monoton mit jener Komponente der magnetischen Flussdichte ansteigt, die senkrecht auf die Substratoberfläche auftrifft. Die Ausgangssignale werden beispielsweise an eine Signalweiterverarbeitungseinrichtung (nicht gezeigt in 1), die auch auf dem Substrat 12 integriert oder angeordnet sein kann, zur Weiterverarbeitung zugeführt. Wenn das erste Magnetfeldsensorelement 14, z.B. eine erste Hallsonde, beispielsweise eine positive Ausgangsspannung liefert, so liefert das zweite Magnetfeldsensorelement 16, z.B. eine zweite Hallsonde, eine entsprechende, negative Ausgangsspannung, da das erste und zweite Magnetfeldsensorelement 14, 16 im wesentlichen identisch ausgeführt sind und die erste und zweite Magnetfeldkomponente H1, H2 das erste und zweite Magnetfeldsensorelement 14, 16 entgegengesetzt durchdringen.The soft magnetic layer 18 from 1 According to the invention, it is preferably made of a material which on the one hand has the highest possible relative permeability μr (μr »1, μr ≌ 1,000-200,000) and, on the other hand, the smallest possible magnetic hysteresis (coercive force, eg H C ≌ 0.01 A / cm ) having. As in 1 is shown containing the substrate 12 , which is preferably a substrate of an integrated circuit, two magnetic field sensor elements 14 . 16 , which are designed for example as conventional Hall sensor elements or MAG-FETs, wherein the magnetic field sensor elements 14 . 16 each provide an output signal monotonically increases with that component of the magnetic flux density which impinges perpendicular to the substrate surface. The output signals are sent, for example, to a signal processing device (not shown in FIG 1 ), which also on the substrate 12 can be integrated or arranged, supplied for further processing. When the first magnetic field sensor element 14 , For example, a first Hall probe, for example, provides a positive output voltage, so provides the second magnetic field sensor element 16 , For example, a second Hall probe, a corresponding, negative output voltage, since the first and second magnetic field sensor element 14 . 16 are performed substantially identical and the first and second magnetic field component H 1 , H 2, the first and second magnetic field sensor element 14 . 16 penetrate opposite.

Mittels der weiteren Signalverarbeitungseinrichtung, die der Magnetfeldsensoreinrichtung 10 zugeordnet ist, wird die Dif ferenz dieser beiden Ausgangssignale des ersten und zweiten Magnetfeldsensorelements 14, 16 gebildet, wobei dies vorteilhafterweise einer Verdopplung des Ausgangssignals eines einzelnen Magnetfeldsensorelements entspricht. Es sollte natürlich offensichtlich sein, dass das erste und zweite Magnetfeldsensorelement 14, 16 auch so verschaltet sein können, dass der gleiche Effekt bezüglich der Ausgangsspannungen mittels einer Addition der einzelnen Ausgangsspannungen der Magnetfeldsensorelemente 14, 16 erreicht wird.By means of the further signal processing device, that of the magnetic field sensor device 10 is assigned, the Dif is difference of these two output signals of the first and second magnetic field sensor element 14 . 16 this advantageously corresponds to a doubling of the output signal of a single magnetic field sensor element. It should of course be obvious that the first and second magnetic field sensor element 14 . 16 can also be connected so that the same effect with respect to the output voltages by means of an addition of the individual output voltages of the magnetic field sensor elements 14 . 16 is reached.

Ferner sollte beachtet werden, dass in der Praxis häufig ungünstige homogene Hintergrund- bzw. Störmagnetfelder auf die Magnetfeldsensorelemente 14, 16 wirken. Diese Störmagnetfelder erzeugen aber im allgemeinen in beiden Magnetfeldsensorelementen 14, 16 Ausgangsstörsignale mit gleicher Polarität. Aus diesem Grund wird erreicht, dass sich diese eingestreuten Störsignale im Zuge der weiteren Signalverarbeitung der Ausgangssignale der Magnetfeldsensorelemente 14, 16 infolge der Differenzbildung im wesentlichen aufheben. Falls die beiden Magnetfeldsensorelemente 14, 16 so verschaltet sind, dass die Ausgangssignale addiert werden, erzeugen die Störfelder Ausgangssignale mit einer entgegengesetzten Polarität, so dass eine Addition der Ausgangssignale zu einer Auslöschung dieser störenden Signalen in dem addierten Gesamtausgangssignal führt.Furthermore, it should be noted that in practice often unfavorable homogeneous background or disturbing magnetic fields on the magnetic field sensor elements 14 . 16 Act. However, these disturbing magnetic fields generally generate in both magnetic field sensor elements 14 . 16 Output interference signals with the same polarity. For this reason, it is achieved that these interspersed interference signals in the course of further signal processing of the output signals of the magnetic field sensor elements 14 . 16 essentially cancel as a result of the difference. If the two magnetic field sensor elements 14 . 16 are so interconnected that the output signals are added, the interference fields produce output signals of opposite polarity, so that addition of the output signals results in cancellation of these interfering signals in the total added output signal.

Dieses im vorhergehenden ausführliche beschriebene differentielle Prinzip zum Betreiben der erfindungsgemäßen Magnetfeldsensoreinrichtung 10 realisiert somit eine äußerst wirksame Unterdrückung von Störfeldern.This differential principle described above in detail for operating the magnetic field sensor device according to the invention 10 thus realizes a very effective suppression of interference fields.

Die in 1 dargestellte erfindungsgemäße, vertikale, integrierte, differentielle Magnetfelderfassungseinrichtung 10, die in dem Gehäuse 26 untergebracht ist und einen nichtmagnetischen (konventionellen) Anschlussleitungsrahmen 22 und die zusätzliche permeable Schicht 18 aufweist, die als Magnetfeldausrichtungsanordnung wirksam ist, weist eine Reihe von Vorteilen auf. So kann die Dicke der weichmagnetischen Schicht 18, die beispielsweise durch ein Weicheisenblech ausgeführt ist, unabhängig von der Dicke des Anschlussleitungsrahmens 22 gewählt werden. Falls die weichmagnetische Schicht 18 beispielsweise in Form eines Weicheisenblechs eine erhebliche Dicke von beispielsweise mehr als 50 μm aufweist, kann die Schicht 18 mittels Klebe- oder Lötverfahren in einem ersten Arbeitsschritt auf den Anschlussleitungsrahmen 22 aufgebracht werden. Erst danach wird das Substrat 12 mit den aktiven Magnetfeldsensorelementen 14, 16 und einer optionalen Auswerteschaltung (nicht gezeigt in 1) auf diesen Verbund befestigt.In the 1 illustrated vertical, integrated, differential magnetic field detection device according to the invention 10 in the case 26 is housed and a non-magnetic (conventional) lead frame 22 and the additional permeable layer 18 which functions as a magnetic field alignment device has a number of advantages. Thus, the thickness of the soft magnetic layer 18 , which is designed for example by a soft iron sheet, regardless of the thickness of the lead frame 22 to get voted. If the soft magnetic layer 18 For example, in the form of a soft iron sheet has a significant thickness of, for example, more than 50 microns, the layer 18 by means of gluing or soldering in a first step on the lead frame 22 be applied. Only then does the substrate become 12 with the active magnetic field sensor elements 14 . 16 and an optional evaluation circuit (not shown in FIG 1 ) attached to this composite.

Falls die permeable Schicht 18 eine größere Dicke, d. h. ein dickeres weichmagnetisches Material, aufweist, kann in diesem Fall beispielsweise ein FeSi-Material eingesetzt werden, das jedoch stark korrosive Eigenschaften aufweist. Da die Schicht 18 aber vollständig mit der Vergussmasse 24 umgeben wird und somit keinen schädlichen Umgebungseinflüssen mehr ausgesetzt ist, kann dieses FeSi-Material für die Schicht 18 eingesetzt werden.If the permeable layer 18 has a larger thickness, ie, a thicker soft magnetic material, in this case, for example, a FeSi material can be used, however, which has highly corrosive properties. Because the layer 18 but completely with the potting compound 24 surrounded and thus no more harmful environmental influences is exposed, this FeSi material for the layer 18 be used.

Falls das weichmagnetische Material der Schicht 18 jedoch relativ dünn ist, so kann die Schicht 18 galvanisch oder durch diverse unterschiedliche Dünnschichttechniken, z.B. Sputtern, sowohl auf den Anschlussleitungsrahmen 22 und/oder auch auf die Unterseite des Substrats 12 mittels einer Rückseitenbearbeitung eines Halbleiterwafers aufgebracht werden, wobei üblicherweise diejenige Vorgehensweise zur Herstellung der Schicht 18 gewählt wird, mit der günstigere Herstellungskosten für die Magnetfelderfassungseinrichtung 10 erreicht werden können.If the soft magnetic material of the layer 18 However, it is relatively thin, so the layer 18 galvanically or by various different thin-film techniques, eg sputtering, both on the lead frame 22 and / or on the underside of the substrate 12 be applied by means of a back side processing of a semiconductor wafer, wherein usually the procedure for the preparation of the layer 18 is chosen, with the cheaper production costs for the magnetic field detection device 10 can be achieved.

Bei dünner ausgeführten weichmagnetischen Schichten 18 eignet sich beispielsweise ein Ni-Material oder auch ein NiCoFe-Material, die vorteilhafterweise galvanisiert aufgebracht werden können.For thinner soft magnetic layers 18 is suitable, for example, a Ni material or a NiCoFe material, which can be advantageously applied galvanized.

Der in 1 dargestellte Aufbau der erfindungsgemäßen Magnetfeldsensoreinrichtung 10 mit dem konventionellen nichtmagnetischen Anschlussleitungsrahmen 22, wobei zwischen dem Anschlussleitungsrahmen 22 und dem Substrat 12 die zusätzliche weichmagnetische Schicht 18 eingefügt ist, ist also dahingehend äußerst vorteilhaft, dass man herkömmliche Kontaktierungstechniken anwenden kann, da bewährte Materialien für den Anschlussleitungsrahmen 22 verwendet werden können. Darüber hinaus ist aus der obigen Beschreibung deutlich geworden, dass es ohne weiteres möglich ist, die jeweiligen Dicken der weichmagnetischen Schicht 18 und des Anschlussleitungsrahmens 22 unterschiedlich auszugestalten, wodurch die erfindungsgemäße Magnetfeldsensoreinrichtung 10 an die unterschiedlichsten Randbedingungen angepasst werden kann.The in 1 shown construction of the magnetic field sensor device according to the invention 10 with the conventional non-magnetic lead frame 22 , wherein between the connection line frame 22 and the substrate 12 the additional soft magnetic layer 18 is thus extremely advantageous in that one can apply conventional contacting techniques, since proven materials for the lead frame 22 can be used. Moreover, it has become clear from the above description that it is easily possible to have the respective thicknesses of the soft magnetic layer 18 and the connection line frame 22 different design, whereby the magnetic field sensor device according to the invention 10 can be adapted to a wide variety of boundary conditions.

Die Dicke der permeablen Schicht sollte so groß sein, dass die magnetische Induktion im Material einen höchstzulässigen Wert nicht überschreitet. Der höchstzulässige Wert kann beispielsweise die Sättigungsinduktion sein oder bereits eine kleinere Induktion, bei der die Nichtlinearität B(H) bereits unzulässig groß für die Performance des Gesamtsystems ist. Die Berechnung der Induktion im Materialinneren ist für diesen Fall eines offenen Magnetkreises eine feldtheoretische Aufgabe und muss im allgemeinen mittels einer Finite-Elemente-Simulation durchgeführt werden.The thickness of the permeable layer should be such that the magnetic induction in the material does not exceed a maximum permissible value. The maximum permissible value may, for example, be the saturation induction or already a smaller induction, in which the nonlinearity B (H) is already unduly large for the performance of the overall system is. The calculation of the induction in the material interior is a field-theoretical task for this case of an open magnetic circuit and must generally be carried out by means of a finite element simulation.

Bezüglich der obigen Beschreibung der erfindungsgemäßen Magnetfeldsensoreinrichtung 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel sollte beachtet werden, dass es natürlich auch möglich ist, die weichmagnetische Schicht 18 auf der Unterseite des Anschlussleitungsrahmens 22, d. h. auf der dem Substrat 12 abgewandten Seite des Anschlussleitungsrahmens 22, anzubringen.With regard to the above description of the magnetic field sensor device according to the invention 10 According to the first embodiment, it should be noted that, of course, it is also possible to use the soft magnetic layer 18 on the underside of the lead frame 22 ie on the substrate 12 opposite side of the lead frame 22 to install.

Durch diese optionale Anordnung der Schicht 18 erhöht sich jedoch der sich ergebende Luftspalt, wobei die Ausbildung ei nes Luftspalts im folgenden anhand der in 2 und 3 gezeigten, weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele abhängig von dem jeweiligen Anwendungsfall noch detailliert erläutert wird. Dadurch geht zwar die Empfindlichkeit gegenüber der in 1 dargestellten Magnetfeldsensoreinrichtung 10 ein wenig zurück, wobei aber andererseits vorteilhaft ist, dass die Kontaktfläche zwischen dem Substrat 12 und dem Anschlussleitungsrahmen 22 von der zusätzlichen weichmagnetischen Schicht 18 unbeeinträchtigt bleibt, so dass sich der Verbindung- bzw. Klebeprozess „Substrat-Auf-Anschlussleitungsrahmen" nicht von den herkömmlich eingesetzten Herstellungsverfahren unterscheidet, und somit herkömmliche Herstellungsverfahren ohne zusätzlichen Aufwand eingesetzt werden können. Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung wird als „Luftspalt" der Bereich der Magnetfelderfassungseinrichtung 10 bezeichnet, der von Magnetfeldkomponenten durchdrungen wird, aber kein permeables Material zur Bündelung oder Konzentration der Magnetfeldkomponenten aufweist.By this optional arrangement of the layer 18 However, the resulting air gap increases, the formation of egg nes air gap in the following with reference to the in 2 and 3 shown, further embodiments of the invention depending on the particular application will be explained in detail. Although this is the sensitivity to the in 1 shown magnetic field sensor device 10 on the other hand, but on the other hand, it is advantageous that the contact surface between the substrate 12 and the lead frame 22 from the additional soft magnetic layer 18 remains undisturbed, so that the bonding or "substrate-on-lead frame" process does not differ from the conventionally used manufacturing methods, and thus conventional manufacturing methods can be used without additional effort the magnetic field detection device 10 which is penetrated by magnetic field components but has no permeable material for focusing or concentrating the magnetic field components.

Im folgenden wird nun anhand von 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Magnetfeldsensoreinrichtung 30 gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert. Es sollte beachtet werden, dass in 2 funktionsgleiche Elemente zu 1 mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, wobei auf eine nochmalige Erläuterung dieser Elemente verzichtet wird.The following will now be based on 2 a further embodiment of a magnetic field sensor device 30 explained according to the present invention. It should be noted that in 2 functionally identical elements too 1 are denoted by the same reference numerals, wherein a further explanation of these elements is omitted.

Wie in 2 dargestellt ist, weist die Magnetfeldsensoreinrichtung 30 wieder ein Substrat 12 mit einem ersten und zweiten darin integrierten Magnetfeldsensorelement 14, 16 auf. Das Substrat 12 mit den Magnetfeldsensorelementen 14, 16 ist beispielsweise wieder mittels einer Klebstoffschicht 20 auf einem Anschlussleitungsrahmen 32 angebracht. Der Anschlussleitungsrahmen 32 weist bei diesem Ausführungsbeispiel ein weichmagnetisches Material auf und ist damit als die Magnetfeldausrichtungsanordnung zum Ausrichten der zu erfassenden ersten und zweiten Magnetfeldkomponente H1, H2 bezüglich des ersten und zweiten Magnetfeldelements 14, 16 vorgesehen. Die erfindungsgemäße Magnetfelderfassungseinrichtung 30 ist wiederum optional durch eine Vergussmasse 26 verkapselt. Über der in dem Gehäuse untergebrachten Magnetfelderfassungseinrichtung 30 befindet sich ein Primärleiter 34, der aufgrund seines Stromflusses I ein Magnetfeld in Form der (schematisch eingezeichneten) Magnetfeldlinien 36 erzeugt. Die Magnetfeldlinien 36 werden, wie es in 2 dargestellt ist, mittels eines Ringsegments 38 aus einem weichmagnetischen Material und dem Anschlussleitungsrahmen 32 ebenfalls aus einem weichmagnetischen Material geführt.As in 2 is shown, the magnetic field sensor device 30 again a substrate 12 with a first and second magnetic field sensor element integrated therein 14 . 16 on. The substrate 12 with the magnetic field sensor elements 14 . 16 is again by means of an adhesive layer 20 on a connection cable frame 32 appropriate. The connection line frame 32 In this embodiment, it has a soft magnetic material and thus is referred to as the magnetic field alignment device for aligning the first and second magnetic field components H 1 , H 2 to be detected with respect to the first and second magnetic field elements 14 . 16 intended. The magnetic field detection device according to the invention 30 is again optional by a potting compound 26 encapsulated. About the accommodated in the housing magnetic field detection device 30 there is a primary conductor 34 due to its current flow I a magnetic field in the form of (schematically drawn) magnetic field lines 36 generated. The magnetic field lines 36 be like it is in 2 is shown by means of a ring segment 38 made of a soft magnetic material and the lead frame 32 also made of a soft magnetic material.

Wie es in 2 dargestellt ist, ist der Anschlussleitungsrahmen 32 aus einem weichmagnetischen Material ausgeführt, um als Magnetfeldausrichtungsanordnung zum Ausrichten der zu erfassenden ersten und zweiten Magnetfeldkomponente H1, H2 bezüglich des ersten und zweiten Magnetfeldsensorelements 14, 16 wirksam zu sein. Der Anschlussleitungsrahmen 32 ist vorzugsweise aus einem Material gefertigt bzw. weist ein permeables Material auf, das einerseits eine möglichst hohe relative Permeabilitätszahl (μr » 1; und vorzugsweise μr ≌ 1.000 – 200.000) aufweist, und das andererseits eine möglichst kleine magnetische Hysterese (HC ≌ 0,01 A/cm) aufweist. Wie in 2 dargestellt ist, weist das Substrat 12 zwei herkömmliche Magnetfeldsensorelemente 14, 16 auf, die beispielsweise durch Hallsensorelemente oder MAG-FETs gebildet sind, auf, die jeweils ein Ausgangssignal liefern, das linear proportional zur magnetischen Flussdichte senkrecht auf das Substrat 12 ist. Wenn das erste Magnetfeldsensorelement 14 eine positive Ausgangsspannung liefert, so liefert das zweite Magnetfeldsensorelement 16 bei einer entsprechenden Verschaltung eine negative Ausgangsspannung.As it is in 2 is shown, is the lead frame 32 made of a soft magnetic material to be a magnetic field alignment device for aligning the first and second magnetic field components H 1 , H 2 to be detected with respect to the first and second magnetic field sensor elements 14 . 16 to be effective. The connection line frame 32 is preferably made of a material or has a permeable material which on the one hand has the highest possible relative permeability (μr »1, and preferably μr ≌ 1,000-200,000), and on the other hand the smallest possible magnetic hysteresis (H C ≌ 0, 01 A / cm). As in 2 is shown, the substrate has 12 two conventional magnetic field sensor elements 14 . 16 on, which are formed for example by Hall sensor elements or MAG-FETs, each of which provide an output signal which is linearly proportional to the magnetic flux density perpendicular to the substrate 12 is. When the first magnetic field sensor element 14 provides a positive output voltage, so provides the second magnetic field sensor element 16 at a corresponding interconnection, a negative output voltage.

Mittels einer weiteren, optional vorgesehenen Signalweiterverarbeitungseinrichtung (nicht gezeigt in 2) in dem Substrat 12 werden nun diese beiden Ausgangssignale kombiniert, beispielsweise durch eine Differenzbildung der Ausgangsspannungen mit entgegengesetzter Polarität, was somit wieder zu einer Verdopplung eines Ausgangssignals eines einzelnen Magnetfeldsensorelements führt. Auch hier werden homogene Hintergrund- bzw. Störmagnetfelder, die auf die Magnetfeldsensorelemente 14, 16 wirken, und in beiden Magnetfeldsensorelementen Ausgangssignale mit gleicher Polarität erzeugen, mittels einer im Zuge der weiteren Signalverarbeitung durchgeführten Differenzbildung aufgehoben. Dieses differentielle Prinzip zum Betreiben der Magnetfeldsensoreinrichtung 30 realisiert also eine wirksame Unterdrückung von magnetischen Störfeldern.By means of a further, optionally provided signal processing device (not shown in FIG 2 ) in the substrate 12 Now, these two output signals are combined, for example, by a difference of the output voltages with opposite polarity, which thus again leads to a doubling of an output signal of a single magnetic field sensor element. Here too, homogeneous background or interference magnetic fields are applied to the magnetic field sensor elements 14 . 16 act, and produce output signals of the same polarity in both magnetic field sensor elements, canceled by means of a subtraction performed in the course of further signal processing. This differential principle for Be drive the magnetic field sensor device 30 So realizes an effective suppression of magnetic interference fields.

Der Primärleiter 34 und das ihn ummantelnde Ringsegment 38 aus einem weichmagnetischen Material (z.B. Weicheisen) können bei der in 2 dargestellten Anordnung entweder Teil des Anordnungsgehäuses der Magnetfelderfassungseinrichtung 30 sein, d. h. von dem Halbleitersteller im Zuge des Gehäuseherstellungsprozesses bereits assembliert werden, oder der Primärleiter 34 und das ummantelnde weichmagnetische Ringsegment 38 werden von dem Modulhersteller auf die Gehäuseoberfläche 26 aufgeklebt. Dazu liefert der Halbleiterhersteller beispielsweise eine IC-Anordnung mit der Magnetfeldsensoreinrichtung 30, die in dem Kunststoffgehäuse 26 vergossen ist, wobei der Modulhersteller auf die Gehäuseoberfläche den Primärleiter 34 und dessen permeable Ummantelung 38 beispielsweise durch Aufkleben aufbringt.The primary conductor 34 and the ring segment surrounding it 38 made of a soft magnetic material (eg soft iron) can be used in the 2 shown arrangement either part of the arrangement housing the magnetic field detection device 30 be, that are already assembled by the semiconductor device in the course of the housing manufacturing process, or the primary conductor 34 and the enveloping soft magnetic ring segment 38 are from the module manufacturer on the housing surface 26 glued. For this purpose, the semiconductor manufacturer supplies, for example, an IC arrangement with the magnetic field sensor device 30 in the plastic case 26 is cast, the module manufacturer on the housing surface, the primary conductor 34 and its permeable jacket 38 for example, by sticking applies.

Es ist aber beispielsweise auch möglich Referenzmarkierungen an der Oberseite des Gehäuses 26 anzubringen, die eine möglichst exakte laterale Positionierung des Primärleiters 34 bezüglich des Gehäuses 26 und damit bezüglich des ersten und zweiten Magnetfeldsensorelements 14, 18 erleichtern. Darüber hinaus können vorteilhafterweise auch farbige Markierungen, Ritzungen, Nuten oder andere reliefförmige oder optischer Strukturierungen an der Gehäuseoberseite, an der Gehäuseunterseite und/oder an den Gehäuseseitenflächen vorgesehen werden, die eine exakte Positionierung des Primärleiters 34 bezüglich der Magnetfeldsensorelemente 14, 16 vereinfachen, bzw. um das IC-Gehäuse bezüglich weiterer Teile eines Magnetkreises definiert positionieren zu können.But it is also possible, for example reference marks on the top of the housing 26 to attach, as accurate as possible lateral positioning of the primary conductor 34 with respect to the housing 26 and thus with respect to the first and second magnetic field sensor elements 14 . 18 facilitate. In addition, advantageously also colored markings, scratches, grooves or other reliefförmige or optical structuring on the housing top, on the housing bottom and / or on the housing side surfaces can be provided, the exact positioning of the primary conductor 34 with respect to the magnetic field sensor elements 14 . 16 simplify or to position the IC housing defined with respect to other parts of a magnetic circuit defined.

Die wirksamen Magnetfeldkomponenten auf die Magnetfeldsensorelemente 14, 16 berechnen sich gemäß dem Durchflutungssatz, wobei entlang des eingezeichneten Integrationswegs 40 integriert wird: B/μ0·(g/2)·2 = I The effective magnetic field components on the magnetic field sensor elements 14 . 16 are calculated according to the flow rate, whereby along the indicated integration path 40 is integrated: B / μ 0 · (G / 2) · 2 = I

Dabei wurde angenommen, dass die relative Permeabilitäten der permeablen Ummantelung und der Schicht 32 so groß sind, dass die im Inneren dieser Teile verlaufenden Anteile des Integrationswegs gegenüber dem Luftspaltanteil vernachlässigt werden dürfen. Der Gesamtluftspalt g (= 2·g/2) ist dabei auf die absolut notwendigen Abmessungen minimiert worden, d. h. einerseits die Dicke des Substrats 12, die Dicke der Vergussmasse 26 oberhalb der Oberfläche des Substrats 12 und die Dicke der Klebstoffschicht 20. Die Dicke des Substrats 12 kann beispielsweise bis auf 150 μm reduziert werden, die Dicke der Vergussmasse 24 oberhalb der Oberfläche des Substrats 12 kann ebenfalls auf etwa 150 μm reduziert werden, so dass sich bei einer Vernachlässigung der Dicke der Klebstoffschicht 20 ein „Gesamtluftspalt" von lediglich 0,6 mm ergibt. Dies führt im Vergleich zu herkömmlichen Stromsensoreinrichtungen aufgrund des verringerten Luftspalts zu einer deutlichen Erhöhung der Empfindlichkeit der erfindungsgemäßen Magnetfelderfassungseinrichtung 30.It was assumed that the relative permeabilities of the permeable cladding and the layer 32 are so large that the parts of the integration path extending in the interior of these parts may be neglected compared to the air gap portion. The total air gap g (= 2 × g / 2) has been minimized to the absolutely necessary dimensions, ie on the one hand the thickness of the substrate 12 , the thickness of the potting compound 26 above the surface of the substrate 12 and the thickness of the adhesive layer 20 , The thickness of the substrate 12 For example, can be reduced to 150 microns, the thickness of the potting compound 24 above the surface of the substrate 12 can also be reduced to about 150 microns, so that neglecting the thickness of the adhesive layer 20 This results in a significant increase in the sensitivity of the magnetic field detection device according to the invention compared to conventional current sensor devices due to the reduced air gap 30 ,

Bezüglich der obigen Dimensionierungsangaben ist zu berücksichtigen, dass die Länge des Gesamtluftspalts g kleiner oder gleich als der Abstand A sein sollte, wobei der Abstand A den Mittelabstand der zwei Magnetfeldsensorelemente 14, 16 angibt. Wird diese Beziehung nicht eingehalten, schließen sich die magnetischen Feldlinien 36 in jenem Raumbereich, in dem sich die Vergussmasse 26 über dem Substrat 12 befindet, so dass diese Magnetfeldlinien die Magnetfeldsensorelemente 14, 16 nicht mehr durchsetzen und damit nicht erfasst werden. Wenn von einem Gesamtluftspalt g = 0,6 mm ausgegangen wird, so ist es durchaus ausreichend, die beiden Magnetfeldsensorelemente in einem Abstand A = 1 mm voneinander entfernt in dem Substrat 12 anzuordnen. Auch für kleinere Gehäuse sind Abstände d = 2,5 mm der beiden Magnetfeldsensorelemente 14, 16 durchaus noch vorteilhaft realisierbar.With regard to the above dimensioning information, it should be noted that the length of the total air gap g should be less than or equal to the distance A, wherein the distance A is the center distance of the two magnetic field sensor elements 14 . 16 indicates. If this relationship is not maintained, the magnetic field lines close 36 in that room area in which the potting compound 26 above the substrate 12 so that these magnetic field lines are the magnetic field sensor elements 14 . 16 no longer enforce and thus not be recorded. If it is assumed that a total air gap g = 0.6 mm, then it is quite sufficient, the two magnetic field sensor elements at a distance A = 1 mm apart in the substrate 12 to arrange. Even for smaller housings distances d = 2.5 mm of the two magnetic field sensor elements 14 . 16 quite possibly feasible.

Um eine Sensoranordnung mit der erfindungsgemäßen Magnetfelderfassungseinrichtung 30 zur Erfassung eines statischen und/oder dynamischen Magnetfelds mit einem möglichst kleinen Luftspalt herzustellen, wird also erfindungsgemäß ein weichmagnetischer „Kurzschluss" direkt in das Gehäuse 26 der Magnetfelderfassungseinrichtung 30 mit eingebaut. Dazu wird der Anschlussleitungsrahmen 32, wie in 2 dargestellt, verwendet, der anstelle der üblichen Kupferlegierungen ein permeables Material, wie z.B. Mu-Metall oder Permalloy, aufweist. Die elektrische Leitfähigkeit dieser Materialien ist ausreichend gut, um sie einerseits als Anschlussleitungsrahmen zu verwenden, wobei diese Materialien andererseits die Magnetfeldlinien 36 möglichst steil bzw. senkrecht auf die Ebene des Substrats 18 zwingen, wodurch die Ausgangssignale der Magnetfeldsensorelemente 14, 16, maximiert werden können. Als Magnetfeldsensorelemente 14, 16 können beispielsweise konventionelle Hallsonden oder MAG-FETs eingesetzt werden, die bekanntermaßen nur die Magnetfeldkomponenten senkrecht zur Ebene des aktiven Bereichs wirksam erfassen.To a sensor arrangement with the magnetic field detection device according to the invention 30 to produce a static and / or dynamic magnetic field with the smallest possible air gap, so according to the invention, a soft magnetic "short circuit" directly into the housing 26 the magnetic field detection device 30 with built-in. This is the connection line frame 32 , as in 2 used, which has a permeable material, such as Mu metal or permalloy, instead of the usual copper alloys. The electrical conductivity of these materials is sufficiently good to use on the one hand as a lead frame, these materials on the other hand, the magnetic field lines 36 as steep as possible or perpendicular to the plane of the substrate 18 force, causing the output signals of the magnetic field sensor elements 14 . 16 , can be maximized. As magnetic field sensor elements 14 . 16 For example, it is possible to use conventional Hall probes or MAG FETs which, as is known, effectively only detect the magnetic field components perpendicular to the plane of the active region.

Zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Konzepts werden nun einige Dimensionierungsmöglichkeiten bezüglich verschiedener möglicher weichmagnetischer Materialien des Anschlussleitungsrahmens 32 vorgestellt.To clarify the concept of the invention, some dimensions are now possible regarding various possible soft magnetic materials of the lead frame 32 presented.

Permalloy (78, 5Ni, 3Mo) weist beispielsweise einen spezifischen Widerstand p von 55 μΩcm auf. Mu-Metall3 (76Ni, 5Cu, 2Cr) weist beispielsweise einen spezifischen Widerstand p von 55–62 μΩcm auf. Ausgehend von einer üblichen Geometrie für die Anschlussstifte eine Anschlussleitungsrahmens 32 aus einem hoch-permeablen Material mit einer Breite von 1 mm, einer Länge von 20 mm und einer Dicke von 0,2 mm ergibt sich ein Widerstand im Bereich von 55–62 mΩ. Dadurch ergibt sich entlang eines Anschlussstiftes des Anschlussleitungsrahmens 32 ein Spannungsabfall, der bei einem Stromfluss von 10 mA niedriger als 1 mV ist.For example, permalloy (78, 5Ni, 3Mo) has a resistivity p of 55 μΩcm. Mu metal3 (76Ni, 5Cu, 2Cr ) has, for example, a resistivity p of 55-62 μΩcm. Starting from a common geometry for the pins of a lead frame 32 made of a highly permeable material with a width of 1 mm, a length of 20 mm and a thickness of 0.2 mm results in a resistance in the range of 55-62 mΩ. This results along a pin of the lead frame 32 a voltage drop that is less than 1 mV at a current flow of 10 mA.

Aus der folgenden, experimentell bestimmten Übersicht ergibt sich ferner, dass der Nullpunktfehler durch die Koerzitivfeldstärke HC ausreichend niedrig gehalten werden kann:

Figure 00260001

  • (1) für 400 μm Luftspalt
From the following experimentally determined overview, it also follows that the zero-point error can be kept sufficiently low by the coercive field strength H C :
Figure 00260001
  • (1) for 400 μm air gap

Die anhand von 2 ausführlich erläuterte, erfindungsgemäße Magnetfeldsensoreinrichtung 30, die äußerst vorteilhaft als Stromsensoreinrichtung einsetzbar ist, weist eine Reihe von Vorteilen auf. So kann mit der in 2 dargestellten Magnetfeldsensoreinrichtung 30 eine sehr hohe Empfindlichkeit erreicht werden, da das verwendete weichmagnetische Material für den Anschlussleitungsrahmen 32 die magnetische Induktion in dem schmalen Luftspalt bündelt, in dem die Magnetfeldkomponenten H1, H2 durch die Magnetfeldsensorelemente 14, 16, z.B. Hallsensorelemente oder MAG-FETs, erfasst werden. Ferner liefert die vorgestellte Magnetfeldsensoreinrichtung 30 eine sehr große Flexibilität bezüglich Stromsensoranwendungen, da man mit der erfindungsgemäßen Magnetfeldsensoreinrichtung 30 nahezu beliebige Leiterquerschnittsflächen für den Primärleiter 34 verwenden kann. Dabei hat das weichmagnetische Material den Vorteil, dass man den Querschnitt des Primärleiters 34 im wesentlichen beliebig groß machen kann, ohne dadurch einen größeren Luftspalt in der Magnetfeldsensoreinrichtung 30 in Kauf nehmen zu müssen, da man den Primärleiter 34 nach oben hin im wesentlichen beliebig ausdehnen kann.The basis of 2 explained in detail, magnetic field sensor device according to the invention 30 , which is extremely advantageous as a current sensor device can be used, has a number of advantages. So can with the in 2 shown magnetic field sensor device 30 a very high sensitivity can be achieved because the soft magnetic material used for the lead frame 32 the magnetic induction in the narrow air gap, in which the magnetic field components H 1 , H 2 through the magnetic field sensor elements 14 . 16 , eg Hall sensor elements or MAG-FETs, are detected. Furthermore, the presented magnetic field sensor device provides 30 a very high degree of flexibility with regard to current sensor applications, since with the magnetic field sensor device according to the invention 30 almost any conductor cross-sectional areas for the primary conductor 34 can use. The soft magnetic material has the advantage that one the cross section of the primary conductor 34 can make essentially any size, without thereby a larger air gap in the magnetic field sensor device 30 to have to accept, since one the primary conductor 34 can expand to the top essentially any.

Anhand von 3 wird nun eine weitere Realisierungs- und Anwendungsmöglichkeit der erfindungsgemäßen Magnetfeldsensoreinrichtung 50 zur Erfassung eines statischen und/oder dynamischen Magnetfeldes, wie sie in 2 dargestellt wurde, erläutert.Based on 3 Now is another implementation and application of the magnetic field sensor device according to the invention 50 for detecting a static and / or dynamic magnetic field, as in 2 was illustrated explained.

Über der Magnetfeldsensoreinrichtung 50 befindet sich ein Polrad 52, von dem lediglich ein Ausschnitt gezeigt ist. Die unterschiedlichen schraffierten Flächen 52a, 52b des Polrads 52 stellen magnetische Nord- und Südpole einer periodischen permanent-magnetisierten (also hartmagnetischen) Struktur dar. Darüber hinaus sind die Linien 54 des Magnetfelds nahe der Oberfläche des Polrads 52 zu sehen. Sie verlaufen in Luft gerichtet vom magnetischen Nordpol 52a zum magnetischen Südpol 52b der Polradstruktur 52. Die unterschiedlich schraffierten Bereiche sind üblicherweise gleich groß, wobei vorzugsweise der Mittelabstand A der beiden Magnetfeldsensorelemente 14, 16 mit der Breite eines Polbereichs 52a, 52b des Polrads 52 übereinstimmt. Dadurch kann das Polrad 52 in Positionen gedreht werden, wie in 3 gezeigt, in denen das erste Magnetfeldsensorelement 14 eine Magnetfeldkomponente erfasst, die in die Oberfläche des Substrats 12 hineinzeigt, während das zweite Magnetfeldsensorelement 16 eine Magnetfeldkomponente umgekehrter Polarität erfasst, die aus der Oberfläche des Substrats 12 herauszeigt.Above the magnetic field sensor device 50 there is a pole wheel 52 , of which only a part is shown. The different hatched areas 52a . 52b of the pole wheel 52 represent magnetic north and south poles of a periodic permanently magnetized (ie hard magnetic) structure. In addition, the lines 54 of the magnetic field near the surface of the pole wheel 52 to see. They are directed in air from the magnetic north pole 52a to the magnetic south pole 52b the pole wheel structure 52 , The differently hatched areas are usually the same size, wherein preferably the center distance A of the two magnetic field sensor elements 14 . 16 with the width of a pole area 52a . 52b of the pole wheel 52 matches. This allows the pole wheel 52 be turned into positions as in 3 shown in which the first magnetic field sensor element 14 a magnetic field component detected in the surface of the substrate 12 while the second magnetic field sensor element 16 detects a magnetic field component of reversed polarity originating from the surface of the substrate 12 out shows.

Durch die Verwendung eines permeablen Materials für den Anschlussleitungsrahmen 32 werden die Magnetfeldlinien so verformt, dass dieselben in einem steileren Winkel und bei einer „unendlich" großen Permeabilitätszahl (theoretisch) in einem rechten Winkel auf den Anschlussleitungsrahmen 32 auftreffen und somit auch die beiden Magnetfeldsensorelemente 14, 16 in einem steileren Winkel, d. h. möglichst senkrecht, durchsetzen. Dadurch werden die Ausgangssignale der beiden Magnet feldsensorelemente 14, 16 vergrößert. Die Länge der Magnetfeldlinien 54 in Luft wird kleiner, weil die Magnetfeldlinien 54 über weite Teile in dem Anschlussleitungsrahmen 32 verlaufen, wodurch es zu einer weiteren Erhöhung der Flussdichte an dem Ort der Magnetfeldsensorelemente 14, 16 kommt.By using a permeable material for the lead frame 32 The magnetic field lines are deformed so that they (theoretically) at a steeper angle and at an "infinite" permeability number at a right angle to the lead frame 32 impinge and thus also the two magnetic field sensor elements 14 . 16 in a steeper angle, ie as vertical as possible, enforce. As a result, the output signals of the two magnetic field sensor elements 14 . 16 increased. The length of the magnetic field lines 54 in air becomes smaller, because the magnetic field lines 54 over large parts in the lead frame 32 resulting in a further increase in the flux density at the location of the magnetic field sensor elements 14 . 16 comes.

Bezüglich der Darstellung in 3 sollte beachtet werden, dass die Magnetfeldlinien 54 nur schematisch eingezeichnet sind und die Abmessungen der Magnetfeldsensoreinrichtung 50 in der Realität in Erstreckungsrichtung des Anschlussleitungsrahmens vorzugsweise um einen Faktor größer als 2 gestreckt sind.Regarding the representation in 3 should be noted that the magnetic field lines 54 are shown only schematically and the dimensions of the magnetic field sensor device 50 in reality in Erstre ckungsrichtung of the lead frame, preferably by a factor greater than 2 are stretched.

Ferner sollte beachtet werden, dass zur Erfassung der Magnetfeldlinien 54 natürlich auch die Magnetfeldsensoreinrichtung 10 eingesetzt werden kann, wie sie anhand von 1 beschrieben wurde, die einen nicht-magnetischen (konventionellen) Anschlussleitungsrahmen und eine zusätzliche permeable Schicht 18 aufweist, die als Magnetfeldausrichtungsanordnung wirksam ist.Furthermore, it should be noted that for detecting the magnetic field lines 54 of course, the magnetic field sensor device 10 can be used as they are based on 1 described a non-magnetic (conventional) lead frame and an additional permeable layer 18 which is effective as a magnetic field alignment device.

Wie es in 3 gezeigt ist, lässt sich also die erfindungsgemäße Magnetfeldsensoreinrichtung 50 auch sehr vorteilhaft als Drehzahl- bzw. Drehwinkel- oder Drehpositions-Sensoreinrichtung in Verbindung mit einem Polrad einsetzen. Bei der in 3 dargestellten Anordnung der Magnetfeldsensoreinrichtung 50 ist es besonders vorteilhaft, dass die Empfindlichkeit des Sensorsystems stark gegenüber im Stand der Technik bekannten Anordnungen erhöht wird, da es durch das permeable Material in dem Anschlussleitungsrahmen 32 (oder entsprechend 1 in der Schicht 18) zu einer Verstärkung der Flussdichte durch eine erhöhte Dichte von Magnetfeldlinien an der Position der Magnetfeldsensorelemente 14, 16 kommt. Die erhöhte Empfindlichkeit führt darüber hinaus zu einem dementsprechend verbesserten Signal-Zu-Rausch-Abstand des Ausgangssignal und somit schlussendlich zu einem verbesserten Jitter, was bei dem in 3 dargestellten Ausfüh rungsbeispiel zu einer besseren örtlichen Auflösung der Drehposition des Polrads 52 besser ausgenutzt werden kann.As it is in 3 is shown, so can the magnetic field sensor device according to the invention 50 also very advantageous as a speed or rotational angle or rotational position sensor device used in conjunction with a pole. At the in 3 illustrated arrangement of the magnetic field sensor device 50 For example, it is particularly advantageous that the sensitivity of the sensor system is greatly increased over arrangements known in the art because of the permeable material in the lead frame 32 (or accordingly 1 in the layer 18 ) to increase the flux density by an increased density of magnetic field lines at the position of the magnetic field sensor elements 14 . 16 comes. The increased sensitivity also leads to a correspondingly improved signal-to-noise ratio of the output signal and thus ultimately to an improved jitter, which in the case of 3 illustrated Ausfüh approximately example for a better local resolution of the rotational position of the pole wheel 52 can be better exploited.

Zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Konzepts wird nun eine kurze Abschätzung vorgenommen, in welchem Umfang sich die Empfindlichkeit des erfindungsgemäßen Magnetfeldsensorsystems durch das in die Magnetfeldsensoreinrichtung 50 integrierte weichmagnetische Material in dem Gehäuse 26 erhöht. Die folgende Abschätzung kann entsprechend auch auf die Ausführungsbeispiele von 1 und 2 angewendet werden. Dazu werden rein beispielhaft folgende Größen angenommen:
Abstand des Polrads 52 über der Oberfläche der Vergussmasse 26 der Magnetfeldsensoreinrichtung: d;
Dicke der Vergussmasse 26 über dem Substrat 12: 200 μm;
Dicke des Substrats 12: 220 μm;
Dicke der Klebstoffschicht 20: 5 μm;
Dicke des Anschlussleitungsrahmens 32: 220 μm;
Dicke der Vergussmasse 26 unterhalb des Substrats 12. 250 μm.
In order to clarify the concept according to the invention, a brief estimate is now made of the extent to which the sensitivity of the magnetic field sensor system according to the invention is determined by the magnetic field sensor device 50 integrated soft magnetic material in the housing 26 elevated. The following estimate can also apply to the embodiments of 1 and 2 be applied. For this purpose, the following quantities are assumed purely by way of example:
Distance of the pole wheel 52 above the surface of the potting compound 26 the magnetic field sensor device: d;
Thickness of the potting compound 26 above the substrate 12 : 200 μm;
Thickness of the substrate 12 : 220 μm;
Thickness of the adhesive layer 20 : 5 μm;
Thickness of lead frame 32 : 220 μm;
Thickness of the potting compound 26 below the substrate 12 , 250 μm.

Falls der Anschlussleitungsrahmen konventionell, also nicht-magnetisch ausgeführt ist, beträgt die Dicke der Klebestoffschicht, mit der die permeable Schicht 18 beispielsweise in Form eines weichmagnetischen Blechs unter dem Substrat 12 angebracht wird, etwa 30 μm.If the lead frame is conventional, that is non-magnetic, the thickness of the adhesive layer with which the permeable layer 18 for example in the form of a soft magnetic sheet under the substrate 12 is attached, about 30 microns.

Falls der Anschlussleitungsrahmen 32 nicht-magnetisch ist und ein Weicheisenblech auf der Unterseite des Gehäuses 26 geklebt wird, um einen Magnetkreis zu bilden, ist der „Luftspalt", d. h. die Länge der geschlossenen Feldlinien durch beide Magnetfeldsensorelemente 14, 16 in Luft gleich 2·(d + 200 μm + 220 μm + 5 μm + 220 μm + 250 μm + 30 μm) = 2·d + 1, 85 μm.If the connection line frame 32 is non-magnetic and a soft iron sheet on the bottom of the housing 26 is glued to form a magnetic circuit is the "air gap", ie the length of the closed field lines through both magnetic field sensor elements 14 . 16 in air equal to 2 × (d + 200 μm + 220 μm + 5 μm + 220 μm + 250 μm + 30 μm) = 2 × d + 1, 85 μm.

Falls der Anschlussleitungsrahmen 32 erfindungsgemäß weichmagnetisch ist, bildet sich ein Luftspalt der Länge 2·(d' + 200 μm + 220 μm + 5 μm) = 2·d' + 0,85 μm. Dadurch ist gemäß dem erfindungsgemäßen weichmagnetischen Anschlussleitungsrahmen 32 nunmehr ein um 0,5 mm größerer Abstand zwischen dem Polrad 52 und der Sensor-Gehäuseoberfläche möglich, der üblicherweise für den mechanischen Luftspalt verwendet wird. Wenn beachtet wird, dass übliche Abmessungen für einen mechanischen Luftspalt 1,5 mm bis 2 mm betragen, so bedeutet eine mögliche Luftspalterhöhung von 0,5 mm bei gleichbleibender Empfindlichkeit eine signifikante Erhöhung des mechanischen Luftspalts. Größere mechanische Luftspalte gestatten größer mechanische Fertigungstoleranzen und somit eine kostengünstigere Herstellung und längere Wartungsintervalle von Sensoranordnungen, die die erfindungsgemäßen Magnetfeldsensoreinrichtungen verwenden.If the connection line frame 32 According to the invention is soft magnetic, forms an air gap of length 2 · (d '+ 200 microns + 220 microns + 5 microns) = 2 · d' + 0.85 microns. As a result, according to the invention soft magnetic lead frame 32 now a 0.5 mm larger distance between the pole wheel 52 and the sensor housing surface commonly used for the mechanical air gap. If it is considered that the usual dimensions for a mechanical air gap are 1.5 mm to 2 mm, then a possible air gap increase of 0.5 mm with a constant sensitivity means a significant increase in the mechanical air gap. Larger mechanical air gaps allow greater mechanical manufacturing tolerances and thus more cost-effective manufacture and longer service intervals of sensor arrays using the magnetic field sensor devices of the present invention.

Im folgenden wird nun anhand der in 4 und 5a, b dargestellten erfindungsgemäßen Magnetfeldsensoreinrichtungen der erfindungsgemäße Gedanke einer weichmagnetischen (permeablen) Schicht unterhalb des Substrats 12 dahingehend erweitert, dass es unter gewissen Umständen auch sehr vorteilhaft sein kann, alternativ oder zusätzlich eine weichmagnetische Schicht über dem Substrat 12 anzubringen. Mit dem Begriff „über dem Substrat" ist gemeint, dass sich die weichmagnetische Schicht über der Oberfläche des Substrats 12 befinden, in der sich die Magnetfeldsensorelemente 14, 16 befinden.The following will now be based on the in 4 and 5a , b shown inventive magnetic field sensor devices of the inventive concept of a soft magnetic (permeable) layer below the substrate 12 extended to the extent that, under certain circumstances, it may also be very advantageous, alternatively or additionally, a soft magnetic layer over the substrate 12 to install. By the term "over the substrate" it is meant that the soft magnetic layer overlies the surface of the substrate 12 located in which the magnetic field sensor elements 14 . 16 are located.

Bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel einer weiterer erfindungsgemäßen Magnetfeldsensoreinrichtung 70 weist ein Substrat 12 ein erstes, in das Substrat 12 integriertes Magnetfeldsensorelement 14 und ein zweites, in das Substrat 12 integriertes Magnetfeldsensorelement 16 auf. An dem Substrat 12 verläuft ferner eine Leiterbahn 72. Auf der Oberseite des Substrats 12, d. h. auf der Seite des Substrats 12, in der sich die Magnetfeldsensorelemente 14 und 16 und die Leiterbahn 72 befinden, ist beispielsweise mittels einer Klebstoffschicht 20 eine permeable Schicht 74 angeordnet. Mittels einer Hart- oder Weichlotschicht 24 ist die Unterseite des Substrats 12 mit einem herkömmlichen nicht magnetischen Anschlussleitungsrahmen 22 verbunden. Ferner ist die Magnetfeldsensoreinrichtung 70 in einer Vergussmasse 26, die als Gehäuse wirksam sein kann, verkapselt. Der in 4 dargestellte Aufbau der erfindungsgemäßen Magnetfeldsensoreinrichtung 70 kann im Vergleich zu dem Aufbau der Magnetfeldsensoreinrichtung 10 von 1 erreicht werden, indem die Montagereihenfolge des Substrats 12 und der permeablen Schicht 18 vertauscht werden.At the in 4 illustrated embodiment of another magnetic field sensor device according to the invention 70 has a substrate 12 a first, into the substrate 12 integrated magnetic field sensor element 14 and a second, into the substrate 12 integrated magnetic field sensor element 16 on. On the substrate 12 furthermore runs a conductor track 72 , On top of the substrate 12 ie on the side of the substrate 12 in which the magnetic field sensor elements 14 and 16 and the track 72 are, for example, by means of an adhesive layer 20 a permeable layer 74 arranged. By means of a hard or soft solder layer 24 is the bottom of the substrate 12 with a conventional non-magnetic lead frame 22 connected. Furthermore, the magnetic field sensor device 70 in a potting compound 26 , which can be effective as housing encapsulated. The in 4 shown construction of the magnetic field sensor device according to the invention 70 can be compared to the structure of the magnetic field sensor device 10 from 1 be achieved by the mounting order of the substrate 12 and the permeable layer 18 be reversed.

Eine neue Funktionalität der Magnetfeldsensoreinrichtung 50 wird dann geschaffen, wenn die permeable Schicht 18 das Magnetfeld des stromführenden Leiters 72 auf das erste und zweite Magnetfeldsensorelement 14, 16, die in dem Substrat 12 integriert sind, ausrichten soll. In 4 wird die Richtung des Stromflusses I in der eingezeichneten Leiterbahn 72 in die Zeichenebene hinein oder aus ihr heraus angenommen.A new functionality of the magnetic field sensor device 50 is then created when the permeable layer 18 the magnetic field of the current-carrying conductor 72 to the first and second magnetic field sensor elements 14 . 16 that are in the substrate 12 are integrated, should align. In 4 is the direction of the current flow I in the indicated trace 72 into or out of the drawing plane.

Da die permeable Schicht 74 im Gegensatz zu den im Zusammenhang mit den 13 dargestellten Ausführungsbeispielen der Magnetfeldsensoreinrichtungen nunmehr keine Aufgabe eines Trägersubstrats übernehmen braucht, kann man beispielsweise auch magnetische Keramikmaterialien für die permeable Schicht 74 verwenden. Diese Materialien weisen eine wesentliche geringere Leitfähigkeit als die bezüglich der obigen Ausführungsbeispiele genannten Materialien auf. Dies ist beispielsweise vorteilhaft, da sich dadurch weniger Wirbelströme in der permeablen Schicht 74 ergeben, so dass die Verlustleistung verringert werden kann.Because the permeable layer 74 unlike those related to the 1 - 3 illustrated embodiments of the magnetic field sensor devices now need not take over a task of a carrier substrate, you can, for example, magnetic ceramic materials for the permeable layer 74 use. These materials have a significantly lower conductivity than the materials mentioned with respect to the above embodiments. This is advantageous, for example, since this results in fewer eddy currents in the permeable layer 74 result, so that the power loss can be reduced.

Bei dem bezüglich der vorhergehenden Ausführungsbeispiele beschriebenen, weichmagnetischen Anschlussleitungsrahmen ist die hohe Leitfähigkeit dagegen explizit erwünscht, da der Anschlussleitungsrahmen auch die Anschlüsse für die Versorgungsspannung und Ein-/Ausgangssignale der Magnetfeldsensoreinrichtung bildet. Dieser Aspekt ist aber bei der magnetischen Schicht 74, wie sie in 4 dargestellt ist, auf der Substratoberseite nicht mehr wesentlich und kann somit in Hinblick auf Hochfrequenzeigenschaften, kleine Wirbelstromverluste, usw. optimiert werden. Insbesondere kann die weichmagnetische Schicht somit auch in Form eines Magnetkeramikmaterials ausgeführt sein.By contrast, in the case of the soft-magnetic lead frame described with reference to the preceding embodiments, the high conductivity is explicitly desired, since the lead frame also forms the connections for the supply voltage and input / output signals of the magnetic field sensor device. But this aspect is with the magnetic layer 74 as they are in 4 is no longer essential on the substrate top and thus can be optimized in terms of high frequency characteristics, small eddy current losses, etc. In particular, the soft magnetic layer can thus also be designed in the form of a magnetic ceramic material.

Definitionsgemäß hat das Substrat 12 eine Oberfläche, in der sich die Bauelemente, d. h. die Magnetfeldsensorelemente 14, 16 und im allgemeinen auch die Kontaktanschlussflächen (Bondpads) befinden. Diese Oberfläche des Substrats 12 wird als dessen Oberseite bezeichnet. Die dieser Seite abgewandte Fläche des Substrats 12 wird als dessen Unterseite bezeichnet.By definition, the substrate has 12 a surface in which the components, ie the magnetic field sensor elements 14 . 16 and generally also the contact pads (bond pads) are located. This surface of the substrate 12 is referred to as its top. The side facing away from this side surface of the substrate 12 is referred to as its bottom.

Erfindungsgemäß lassen sich auch alle bisher beschriebenen Magnetfeldsensoreinrichtungen auch dann realisieren, wenn man in einem ansonsten nicht magnetischen Gehäuse 26 eine weichmagnetische Schicht 74 auf der Substratoberseite aufbringt. In diesem Fall sollte sich der Stromleiter 34 aus 2 oder das Polrad 52 aus 3 Idealerweise natürlich an bzw. unmittelbar vor der Unterseite der Magnetfeldsensoreinrichtung befinden. Diese Variante ist jedoch nicht ganz so vorteilhaft, wie die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele, da der Luftspalt D aufgrund der Dicke des Anschlussleitungsrahmens und der Vergussmasse 26 an der Unterseite der Magnetfeldsensoreinrichtung zumeist größer ist als aufgrund der Dicke der Vergussmasse 26 an der Oberseite der Magnetfeldsensoreinrichtung.According to the invention, all the magnetic field sensor devices described so far can also be realized if one is in an otherwise non-magnetic housing 26 a soft magnetic layer 74 on the substrate top. In this case, the conductor should be 34 out 2 or the pole wheel 52 out 3 Ideally, of course, be located at or immediately before the bottom of the magnetic field sensor device. However, this variant is not quite as advantageous as the embodiments described above, since the air gap D due to the thickness of the lead frame and the potting compound 26 at the bottom of the magnetic field sensor device is usually greater than due to the thickness of the potting compound 26 at the top of the magnetic field sensor device.

Andererseits kann die in 4 dargestellte Magnetfeldsensoreinrichtung 70 auch neue, zusätzliche Funktionalitäten liefern.On the other hand, the in 4 shown magnetic field sensor device 70 also provide new, additional functionalities.

4 zeigt also einen Aufbau der Magnetfeldsensoreinrichtung 70, bei der das Halbleitersubstrat 12 (der Halbleiter-Chip) wiederum die vertikalen Magnetfeldsensorelemente 14, 16 sowie die stromführende Leiterbahn 72 enthält. Diese Leiterbahn 72 kann z.B. als die Verdrahtungsebene des Substrats 12 ausgeführt sein. Es kann gewünscht sein, dass die an dem Halbleitersubstrat 12 befindlichen Magnetfeldsensorelemente 14, 16 die Magnetfeldkomponenten detektieren, die durch den Stromfluss in dem Leiter 72 erzeugt werden. Damit lässt sich mittels der erfindungsgemäßen Magnetfeldsensoreinrichtung 70 beispielsweise ein Strommessgerät realisieren. 4 So shows a structure of the magnetic field sensor device 70 in which the semiconductor substrate 12 (the semiconductor chip), in turn, the vertical magnetic field sensor elements 14 . 16 as well as the current-carrying conductor track 72 contains. This track 72 may, for example, as the wiring level of the substrate 12 be executed. It may be desired that the on the semiconductor substrate 12 located magnetic field sensor elements 14 . 16 detect the magnetic field components caused by the current flow in the conductor 72 be generated. This can be by means of the magnetic field sensor device according to the invention 70 For example, realize a power meter.

Die weichmagnetische Schicht 74 über dem Substrat 12 hat dann den Vorteil, dass diese weichmagnetische Schicht 74 die Magnetfeldlinien rund um den Stromleiter 72 führt und das Magnetfeld an dem Ort der Magnetfeldsensorelemente 14, 16 möglichst vertikal zur Oberfläche des Substrats 12 ausrichtet und darüber hinaus das Magnetfeld dort auch konzentriert, und damit die magnetische Flussdichte in den Magnetfeldsensorelementen 14, 16 verstärkt, wodurch sich auch die Ausgangssignale der Magnetfeldsensorelemente 14, 16 und damit auch die Empfindlichkeit des Gesamtsystems erhöhen lässt.The soft magnetic layer 74 above the substrate 12 then has the advantage that this soft magnetic layer 74 the magnetic field lines around the conductor 72 leads and the magnetic field at the location of the magnetic field sensor elements 14 . 16 as vertical as possible to the surface of the substrate 12 and, moreover, the magnetic field also concentrates there, and hence the magnetic flux density in the magnetic field sensor elements 14 . 16 amplified, which also causes the output signals of the magnetic field sensor elements 14 . 16 and thus increase the sensitivity of the overall system.

Vorteilhaft ist es ferner, die weichmagnetische Schicht 74 nicht unbedingt ganzflächig über die Oberfläche des Substrats 12 anzubringen, d. h. das Substrat 12 vollständig zu bedecken, sondern die weichmagnetische Schicht 74 nur über dem zusammenhängenden Bereich des Stromleiters 72 und der Magnetfeldsensorelemente 14, 16 anzubringen. Diese Anordnung ist bevorzugt, da erfindungsgemäß die weichmagnetischen Schichten nur dann ganzflächig auf dem Substrat 12 ausgeführt sein sollten, wenn diese weichmagnetische Schicht 74 Magnetfelder, die außerhalb des Substrats 12 erzeugt werden, optimal auf die in dem Substrat 12 befindlichen vertikalen Magnetfeldsensorelemente ausrichten soll. Werden die Felder an bzw. in dem Substrat 12 selbst erzeugt, so sind für die erforderliche Richtwirkung kleinere, besser akzentuierte weichmagnetische Schichten 74 erforderlich.It is also advantageous, the soft magnetic layer 74 not necessarily over the entire surface of the surface of the substrate 12 to attach, ie the substrate 12 completely cover, but the soft magnetic layer 74 only over the contiguous area of the conductor 72 and the magnetic field sensor elements 14 . 16 to install. This arrangement is preferred because according to the invention the soft magnetic layers only on the entire surface of the substrate 12 should be executed when this soft magnetic layer 74 Magnetic fields outside the substrate 12 can be generated optimally to those in the substrate 12 to align located vertical magnetic field sensor elements. Are the fields on or in the substrate 12 even produced, are for the required directivity smaller, better accentuated soft magnetic layers 74 required.

Anhand der 5a5b wird nun ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Magnetfeldsensoreinrichtung 90 detailliert erläutert, bei der sowohl oberhalb als auch unterhalb des Substrats 12 eine permeable Schicht angeordnet ist, wobei die permeable Schicht 32 bei der in 5a dargestellten Anordnung durch einen Anschlussleitungsrahmen 32 aus einem permeablen Material und bei der in 5b dargestellten Anordnung aus einer zusätzlichen Schicht 18 zwischen dem Substrat 12 und einem konventionellen nicht-magnetischen Anschlussleitungsrahmen 22 realisiert ist.Based on 5a - 5b Now, another embodiment of a magnetic field sensor device according to the invention 90 explained in detail, at both above and below the substrate 12 a permeable layer is arranged, wherein the permeable layer 32 at the in 5a represented arrangement by a lead frame 32 made of a permeable material and at the in 5b illustrated arrangement of an additional layer 18 between the substrate 12 and a conventional non-magnetic lead frame 22 is realized.

Falls sich die Quelle des Magnetfelds am bzw. in dem Substrat 12 beispielsweise als ein Stromfluss durch die Leiterbahn 72 in der Verdrahtungsebene befindet, kann durch die zwei permeablen Schichten, von denen sich eine über der Magnetfeldquelle und die anderen darunter befindet, die magnetische Flussdichte an den beiden Magnetfeldsensorelementen 14, 16 verstärkt und die magnetischen Feldlinien möglichst senkrecht auf die Ebene des Substrats 12 ausgerichtet werden, so dass die Empfindlichkeit der Magnetfeldsensoreinrichtung 90 weiter erhöht werden kann.If the source of the magnetic field is on or in the substrate 12 for example, as a current flow through the conductor track 72 In the wiring plane, the magnetic flux density at the two magnetic field sensor elements can be provided by the two permeable layers, one above the magnetic field source and the other below 14 . 16 amplified and the magnetic field lines as perpendicular to the plane of the substrate 12 be aligned, so that the sensitivity of the magnetic field sensor device 90 can be further increased.

Es sollte beachtet werden, dass für den Fall, dass der das zu erfassende Magnetfeld erzeugende Stromfluss durch den Anschlussleitungsrahmen (der natürlich ein nicht-magnetisches Material aufweist) fließt, die untere permeable Schicht 18 ebenfalls unterhalb des konventionellen Anschlussleitungsrahmens 22 angebracht werden muss. Dieses Ausführungsbeispiel ist nicht als Figur dargestellt.It should be noted that, in the case where the current flowing to the magnetic field to be detected flows through the lead frame (which of course has a non-magnetic material), the lower permeable layer 18 also below the conventional lead frame 22 must be attached. This embodiment is not shown as a figure.

Falls also der zu erfassende Stromfluss nicht in der Verdrahtungsebene des Substrats 12 fließt, sondern in dem Anschlussleitungsrahmen 22, so muss die permeable Schicht 18 auf die Unterseite des Anschlussleitungsrahmens 22 aufgebracht werden, so dass sich der konventionelle Anschlussleitungsrahmen 22, in dem der zu erfassende Stromfluss und damit das zu erfassende Magnetfeld erzeugt wird, wiederum zwischen den beiden permeablen Schichten 18, 74 befindet. Die Unterseite des Anschlussleitungsrahmens 22 sei dabei definitionsgemäß diejenige Seite, die dem Substrat 12 abgewandt ist.Thus, if the current flow to be detected is not in the wiring plane of the substrate 12 flows but in the lead frame 22 so must the permeable layer 18 on the underside of the lead frame 22 be applied so that the conventional lead frame 22 , in which the current flow to be detected and thus the magnetic field to be detected is generated, again between the two permeable layers 18 . 74 located. The underside of the lead frame 22 be by definition the side that is the substrate 12 turned away.

Bezüglich der im vorhergehenden dargestellten erfindungsgemäßen Magnetfeldsensoreinrichtungen sollte beachtet werden, dass diese sowohl statische als auch dynamische Magnetfelder erfassen können, wobei die erfindungsgemäße Magnetfeldsensoreinrichtung auch als eine statische Magnetfeldsensoreinrichtung eingesetzt werden kann, die bei einem statischen Magnetfeld und einer statischen Versorgung ein Ausgangssignal liefert.Regarding the in the foregoing magnetic field sensor devices according to the invention should It should be noted that these are both static and dynamic Capture magnetic fields, wherein the magnetic field sensor device according to the invention also be used as a static magnetic field sensor device can, in the case of a static magnetic field and a static supply provides an output signal.

Als Magnetfeldsensorelemente lassen sich erfindungsgemäß besonders gut sogenannte Hallsensorelemente und MAG-FETs einsetzen, da diese Magnetfeldsensorelemente auch bei einem zeitlich unveränderlichen Magnetfeld und einem konstanten Stromfluss durch das Magnetfeldsensorelement ein Ausgangssignal liefern.When Magnetic field sensor elements can be inventively particularly use well-known Hall sensor elements and MAG-FETs, since these Magnetic field sensor elements even at a fixed time Magnetic field and a constant current flow through the magnetic field sensor element provide an output signal.

Falls als Magnetfeldsensorelemente Hallsensorelemente eingesetzt werden, kann zur Beseitigung eines Offset-Signals der Hallsensorelemente ein Betrieb (Spinning-Current-Betrieb) derselben gewählt werden, bei dem die Hallsensorelemente oftmals dynamisch betrieben werden, d. h. man ändert die Stromflussrichtung durch das Hallsensorelement periodisch, was aber für die prinzipielle Funktion der erfindungsgemäßen Magnetfeldsensoreinrichtungen, wie sie im vorhergehenden beschrieben wurden, nicht notwendig ist.If as a magnetic field sensor elements Hall sensor elements are used, can be used to eliminate an offset signal of the Hall sensor elements an operation (spinning current operation) thereof are selected the Hall sensor elements are often operated dynamically, d. H. you change the current flow direction through the Hall sensor element periodically what but for the principal function of the magnetic field sensor devices according to the invention, as described above, is not necessary.

Ferner sollte beachtet werden, dass die erfindungsgemäßen Magnetfeldsensoreinrichtungen vor allem auch dann funktionsfähig sind, wenn das weichmagnetische Material der ferromagnetischen Schicht nicht in die Sättigung getrieben wird, d. h. die Nichtlinearität der B(H)-Hysteresekurve des weichmagnetischen Materials für die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Magnetfeldsensoreinrichtungen nicht ausschlaggebend.Further should be noted that the magnetic field sensor devices according to the invention especially then functional are when the soft magnetic material of the ferromagnetic layer not in saturation is driven, d. H. the nonlinearity of the B (H) hysteresis curve of the soft magnetic material for the operation of the magnetic field sensor devices according to the invention not decisive.

Gleichwohl kann diese Nichtlinearität aber auch vorteilhaft bei den erfindungsgemäßen Magnetfeldsensoreinrichtungen eingesetzt werden, da bei sehr starken Magnetfeldern die weich magnetische Schicht das Magnetfeld schlechter leitet, da das weichmagnetische Material in diesem Kennlinienbereich B(H) betrieben wird, indem die Kennlinie eine kleinere Steigung aufweist, was gleichbedeutend mit der Tatsache ist, dass die relative Permeabilitätszahl des weichmagnetischen Materials drastisch sinkt. Dadurch kann die erfindungsgemäße Magnetfeldsensoreinrichtung einen größeren Dynamikbereich erzielen, d. h. auch bei relativ großen zu erfassenden Magnetfeldern geht die signalverarbeitende Schaltung, die den Magnetfeldsensorelementen zugeordnet ist, nicht so schnell an die Grenzen ihres Aussteuerbereichs.nevertheless can this nonlinearity but also advantageous in the magnetic field sensor devices according to the invention be used, since in very strong magnetic fields, the soft magnetic Layer the magnetic field conducts worse because the soft magnetic Material in this characteristic area B (H) is operated by the characteristic has a smaller slope, which is equivalent with the fact that the relative permeability of the soft magnetic material drops drastically. As a result, the magnetic field sensor device according to the invention a larger dynamic range achieve, d. H. even with relatively large magnetic fields to be detected goes the signal processing circuit associated with the magnetic field sensor elements is not so fast to the limits of their tax area.

Es sollte beachtet werden, dass die bei den jeweiligen Ausführungsbeispielen geschilderten Vorteile gleichermaßen für alle erfindungsgemäßen Magnetfeldsensoreinrichtungen gelten.It should be noted that in the respective embodiments described advantages alike for all magnetic field sensor devices according to the invention be valid.

1010
MagnetfelderfassungseinrichtungMagnetic field detector
1212
Substratsubstratum
1414
MagnetfeldsensorelementMagnetic field sensor element
1616
MagnetfeldsensorelementMagnetic field sensor element
1818
permeable Schichtpermeable layer
2020
Klebstoffschichtadhesive layer
2222
konventioneller Anschlussleitungsrahmenconventional Lead frame
2424
Weich/HartlotschichtSoft / hard solder layer
2626
Vergussmaterialgrout
3030
MagnetfelderfassungseinrichtungMagnetic field detector
3232
Anschlussleitungsrahmen mit permeablen MaterialLead frame with permeable material
3434
Primärleiterprimary conductor
3636
Magnetfeldlinienmagnetic field lines
3838
Ringsegmentring segment
4040
Integrationswegof integration
5050
MagnetfelderfassungseinrichtungMagnetic field detector
5252
Polradflywheel
52a52a
magnetischer Nordpolmagnetic North Pole
52b52b
magnetischer Südpolmagnetic South Pole
5454
Magnetfeldlinienmagnetic field lines
7070
MagnetfelderfassungseinrichtungMagnetic field detector
7272
Leiterbahnconductor path
7474
permeable Schichtpermeable layer

Claims (18)

Magnetfeldsensoreinrichtung (10; 30; 50; 70; 90) zur Erfassung eines Magnetfelds, mit folgenden Merkmalen: einem einteiligen Substrat (12) mit einem ersten, in das Substrat (12) integrierten Magnetfeldsensorelement (14) zur Erfassung eines senkrecht auf das Substrat (12) wirkenden, ersten statischen Magnetfeldkomponente (H1), und mit einem zweiten, in das Substrat (12) integrierten Magnetfeldsensorelement (16) zur Erfassung einer senkrecht auf das Substrat (12) wirkenden, zweiten statischen Magnetfeldkomponente (H2), wobei das erste Magnetfeldsensorelement (14) und das zweite Magnetfeldsensorelement (16) voneinander um einen vorbestimmten Abstand A beabstandet sind, wobei der vorbestimmte Abstand A so eingestellt ist, dass die erste und die zweite Magnetfeldkomponente (H1, H2) zueinander entgegengesetzt sind, und einer Magnetfeldausrichtungsanordnung (18; 32; 74) zum Ausrichten der zu erfassenden ersten und zweiten Magnetfeldkomponente (H1, H2) bezüglich des ersten und zweiten Magnetfeldsensorelements (14, 16), wobei die Magnetfeldausrichtungsanordnung (18; 32; 74) eine Schicht aus einem permeablen Material aufweist, die beide Magnetfeldsensorelemente (14, 16) überdeckt, parallel zum Substrat (12) angeordnet ist und eine Dicke von mehr als 50 μm aufweist, wobei die Magnetfeldausrichtungsanordnung (18; 32; 74) ein permeables Material aufweist und so ausgebildet ist, daß eine durch die erste und zweite Magnetfeldkomponente bewirkte magnetische Induktion in der Magnetfeldausrichtungsanordnung (18; 32; 74) niedriger als die Sättigungsinduktion in dem permeablen Material ist.Magnetic field sensor device ( 10 ; 30 ; 50 ; 70 ; 90 ) for detecting a magnetic field, comprising: a one-piece substrate ( 12 ) with a first, into the substrate ( 12 ) integrated magnetic field sensor element ( 14 ) for detecting one perpendicular to the substrate ( 12 ), the first static magnetic field component (H 1 ), and with a second, into the substrate ( 12 ) integrated magnetic field sensor element ( 16 ) for detecting a perpendicular to the substrate ( 12 ), second static magnetic field component (H 2 ), wherein the first magnetic field sensor element ( 14 ) and the second magnetic field sensor element ( 16 ) are spaced from each other by a predetermined distance A, the predetermined distance A being set so that the first and second magnetic field components (H 1 , H 2 ) are opposite to each other, and a magnetic field alignment device ( 18 ; 32 ; 74 ) for aligning the first and second magnetic field components (H 1 , H 2 ) to be detected with respect to the first and second magnetic field sensor elements ( 14 . 16 ), wherein the magnetic field alignment arrangement ( 18 ; 32 ; 74 ) has a layer of a permeable material, both magnetic field sensor elements ( 14 . 16 ), parallel to the substrate ( 12 ) and has a thickness of more than 50 microns, wherein the magnetic field alignment arrangement ( 18 ; 32 ; 74 ) has a permeable material and is formed so that a caused by the first and second magnetic field component magnetic induction in the magnetic field alignment arrangement ( 18 ; 32 ; 74 ) is lower than the saturation induction in the permeable material. Magnetfeldsensoreinrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die Schicht aus einem permeablen Material an dem Substrat (12) angebracht ist.A magnetic field sensor device according to claim 1, wherein the layer of a permeable material the substrate ( 12 ) is attached. Magnetfeldsensoreinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das einteilige Substrat (12) ein Halbleitermaterial aufweist.Magnetic field sensor device according to one of the preceding claims, in which the one-piece substrate ( 12 ) comprises a semiconductor material. Magnetfeldsensoreinrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei der das erste und das zweite Magnetfeldsensorelement (14, 16) einen aktiven Halbleiterbereich zur Magnetfelderfassung aufweisen.Magnetic field sensor device according to one of the preceding claims, in which the first and the second magnetic field sensor elements ( 14 . 16 ) have an active semiconductor region for magnetic field detection. Magnetfeldsensoreinrichtung nach Anspruch 4, bei der der aktive Halbleiterbereich ein integrierter flächiger Hallbereich ist.Magnetic field sensor device according to claim 4, wherein the active semiconductor region is an integrated flat Hall region is. Magnetfeldsensoreinrichtung nach Anspruch 4, bei der der aktive Halbleiterbereich ein integrierter Gate-Bereich eines MAG-Feldeffekttransistors ist.Magnetic field sensor device according to claim 4, wherein the active semiconductor region is an integrated gate region of a MAG field effect transistor is. Magnetfeldsensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Schicht (18; 32; 74) einteilig ausgeführt ist, wobei die Schicht (18) oberhalb und/oder unterhalb des Substrats (12) angeordnet ist.Magnetic field sensor device according to one of the preceding claims, in which the layer ( 18 ; 32 ; 74 ) is made in one piece, wherein the layer ( 18 ) above and / or below the substrate ( 12 ) is arranged. Magnetfeldsensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Substrat (12) an einem Anschlussleitungsrahmen (32) angeordnet ist, wobei der Anschlussleitungsrahmen (32) die Magnetfeldausrichtungsanordnung aufweist.Magnetic field sensor device according to one of the preceding claims, in which the substrate ( 12 ) on a connection line frame ( 32 ), wherein the connection line frame ( 32 ) has the magnetic field alignment arrangement. Magnetfeldsensoreinrichtung nach Anspruch 8, bei der der Anschlussleitungsrahmen (32) in dem Bereich, in dem das Substrat (12) an dem Anschlussleitungsrahmen (32) angeordnet ist, das permeable Material aufweist.Magnetic field sensor device according to claim 8, in which the connection line frame ( 32 ) in the area where the substrate ( 12 ) on the lead frame ( 32 ), which has permeable material. Magnetfeldsensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Magnetfeldausrichtungsanordnung ausgebildet ist, um die erste und zweite Magnetfeldkomponente (H1, H2) zu konzentrieren und zu leiten.Magnetic field sensor device according to any one of the preceding claims, wherein the magnetic alignment arrangement is designed to focus the first and second magnetic field component (H 1, H 2) and to conduct. Magnetfeldsensoreinrichtung nach Anspruch 10, bei der die Magnetfeldausrichtungsanordnung ausgebildet ist, um die magnetische Flussdichte durch das erste und zweite Magnetfeldsensorelement (14, 16) zu erhöhen.A magnetic field sensor device according to claim 10, wherein the magnetic field alignment device is configured to sense the magnetic flux density through the first and second magnetic field sensor elements. 14 . 16 ) increase. Magnetfeldsensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das erste und zweite Magnetfeldsensorelement (14, 16) ausgebildet sind, um mit einer statischen Versorgungsenergie versorgt zu werden.Magnetic field sensor device according to one of the preceding claims, in which the first and second magnetic field sensor elements ( 14 . 16 ) are designed to be supplied with a static supply energy. Magnetfeldsensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das permeable Material einen relativen Permeabilitätsfaktor μr » 1 aufweist.Magnetic field sensor device according to one of the preceding Claims, in which the permeable material has a relative permeability factor μr »1. Magnetfeldsensoreinrichtung nach Anspruch 13, bei der das permeable Material einen relativen Permeabilitätsfaktor μr in einem Bereich von 1.000 bis 200.000.Magnetic field sensor device according to claim 13, wherein the permeable material has a relative permeability factor μr in one Range from 1,000 to 200,000. Magnetfeldsensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Magnetfeldausrichtungsanordnung an das Substrat geklebt, gelötet, galvanisch angebracht, oder mittels einer Dünnschichttechnik an dem Substrat (12) angebracht ist.Magnetic field sensor device according to one of the preceding claims, wherein the magnetic field alignment arrangement is glued to the substrate, soldered, galvanically mounted, or by means of a thin-film technique on the substrate ( 12 ) is attached. Magnetfeldsensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das permeable Material aus einer Gruppe von Materialien ausgewählt ist, wobei die Gruppe Weicheisen, FeSi-Material, Ni-Material, NiCoFe-Material, Mu-Metall-Material, Permalloy-Material, permeable Keramikmaterialen oder Kombinationen derselben aufweist.Magnetic field sensor device according to one of the preceding Claims, when the permeable material of a group of materials selected is the group of soft iron, FeSi material, Ni material, NiCoFe material, Mu-metal material, Permalloy material, permeable ceramic materials or combinations has the same. Magnetfeldsensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an einer Gehäuseoberseite der Magnetfeldsensoreinrichtung reliefförmige Markierungen, Ritzungen, Nuten oder optische Markierungen zur definierten Positionierung der Magnetfeldsensoreinrichtung bezüglich einer externen Anordnung angebracht sind.Magnetic field sensor device according to one of the preceding Claims, being on a housing top the magnetic field sensor device relieflörmige markings, scratches, Grooves or optical markings for defined positioning the magnetic field sensor device mounted with respect to an external arrangement are. Magnetfeldsensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schicht aus einem permeablen Material eine Dicke in einem Bereich um etwa 200 μm aufweist.Magnetic field sensor device according to one of the preceding claims, wherein the layer of ei a permeable material has a thickness in a range of about 200 microns.
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