专利名称：推挽桥式磁电阻传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种磁电阻传感器，更特别涉及一种采用磁性隧道结的多芯片推挽桥式磁电阻传感器。
背景技术：
磁性传感器广泛地应用于现代测量系统中，用以测量或检测物理参数，包括但不限于磁场强度、电流、位置、移动、方向。在现有技术中，已存在许多用于测量磁场和其他参数的不同类型的传感器。但是，在该技术中所熟知的是，这些技术都具有各自的局限性，例如，尺寸过大、灵敏度和/或动态范围不足、成本高、可靠性差和其他因素。因此，仍存在对改善型磁性传感器的需求，特别是能容易与半导体器件和集成电路及其生产方法集成为一体的传感器。磁性隧道结(MTJ)传感器具有高灵敏度、小尺寸、低成本、低功耗的优点。虽然MTJ 器件可以与标准半导体制造工艺兼容，但是还没有充分地开发出一种用于建立对低成本生产具有大批量的高灵敏度传感器的方法。尤其是，因MTJ传感器的磁电阻响应偏移导致的产量问题，以及当结合形成桥式传感器时，匹配MTJ元件的磁电阻响应已被证明存在很大困难。
发明内容为克服现有技术中的上述问题，本实用新型提供了一种采用磁性隧道结的多芯片推挽桥式磁电阻传感器。本实用新型采用的技术方案是一种推挽式半桥磁电阻传感器，该传感器包括一或多对MTJ或GMR磁电阻传感器芯片，其中每对中有一个传感器芯片相对另一个旋转180度，且该等传感器芯片附于一标准半导体封装引线框；每个传感器芯片包括互相连接为一单一磁电阻元件的一或多个MTJ或GMR传感器元件；该MTJ或GMR元件具有在其磁电阻传输曲线上的某一段线性正比于外磁场的一电阻值；磁电阻传感器芯片具有相似的Rh和&值；传感器芯片的焊盘经设计以使得在磁电阻元件的各侧可以附着一个以上的接合线.
一入 ，磁电阻芯片通过引线相互接合，并通过引线与引线框连接，以生产一推挽式半桥传感器。进一步地，每个磁电阻传感器芯片的内在饱和场减去该传感器芯片传输曲线的偏置磁场大于该桥式传感器所要测量的最大磁场。更进一步地，该等传感器芯片在组装前经过测试并分拣以更好地匹配其传输特性曲线。优选地，两个半桥彼此相对90度定向以产生一双轴磁电阻传感器。进一步地，该引线框和传感器芯片封装在塑料中以形成一标准半导体封装。一种推挽式全桥磁电阻传感器，该传感器包括一或多对相同的MTJ或GMR磁电阻传感器芯片，其中每对中有一个传感器芯片相对另一个芯片旋转180度，且该等传感器芯片附于一标准半导体封装引线框；每个传感器芯片经配置为一对磁电阻元件，且该对中的每个磁电阻元件由一串一或多个GMR或MTJ元件组成；该MTJ或GMR元件具有在其磁电阻传输曲线上的某一段线性正比于一外磁场的一电阻值；该等磁电阻传感器具有相似的Rh和&值；每个传感器的焊盘经设计使得在每一磁电阻元件的各侧可以附着一个以上接合线.
一入 ，每个磁电阻传感器芯片具有一分别位于顶层和底层的交叉导线，因此传感器芯片的每一边磁电阻元件的引线可以交换相对位置，允许两个芯片在没有外部交叉引线的情况下连接成推挽式全桥传感器；磁电阻传感器芯片构成的全桥的输入和输出连接引线键合至引线框上。进一步地，每个磁电阻传感器芯片的内在饱和场减去传输曲线的偏置磁场大于该桥式传感器所要测的最大磁场。更进一步地，该等传感器在组装前经过测试并分拣以更好地匹配其传输曲线特性。优选地，该引线框和传感器芯片封装在塑料中以形成一个标准半导体封装。再进一步地，两个全桥彼此相对90度定向以产生一个双轴磁电阻传感器。进一步地，每个磁电阻传感器芯片的固有内部饱和场减去传感器芯片传输曲线的偏置磁场后大于该桥式传感器所要测量的最大磁场。更进一步地，该等传感器芯片在组装前经过测试和分拣以更好地匹配其传输曲线特性。优选地，其中该引线框和传感器芯片封装在塑料中以形成一标准半导体封装。与现有技术相比，本实用新型具有以下优点本实用新型所提供的推挽桥式磁电阻传感器采用标准的半导体封装，其包括至少一对MTJ传感器芯片，其中一个芯片相对另一个芯片旋转了 180度。在这种布置中，假定每一个MTJ传感器芯片的磁电阻响应的偏置小于意欲测量的最大磁场，MTJ传感器芯片的所结合偏置消除，进而具有近乎理想的响应。
图1为参考层磁化方向指向负H方向的自旋阀(GMR和MTJ)传感元件的磁电阻响应曲线示意图。图2为参考层磁化方向指向正H方向的自旋阀(GMR和MTJ)传感元件的磁电阻响应曲线示意图。[0036]图3为由磁电阻传感器构成的半桥示意图。图4为R+连接到偏置电压Vbias，R_连接到地的推挽式半桥的输出示意图。图5为R_连接到偏置电压Vbias，R+连接到地的推挽式半桥的输出示意图。图6为展示两个磁电阻传感器彼此相对指向，且互相连接成一半桥传感器的图。图7为两个磁电阻芯片放置在一标准半导体封装内形成一个推挽式半桥的示意图。图8为在一标准半导体封装内的一个完整的半桥传感器示意图。图9为由磁电阻元件组成的全桥传感器示意图。图10为推挽式全桥磁电阻传感器的磁场输出特性示意图。图11为两个磁电阻芯片可彼此相对定位，且互相连接以形成一个推挽式全桥的示意图。图12为两个磁电阻传感器芯片放置在一标准半导体封装中以形成一个推挽式全桥的示意图。图13为在一标准半导体封装内的一个完整全桥传感器的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围作出更为清除明确的界定。如图1、2所示，是适合于线性磁场测量的GMR和MTJ磁性传感元件的磁电阻传输特性曲线的一般形式。传输曲线显示，传感器在饱和时分别显示出相对的低电阻值RL和高电阻值RH。在饱和前的原点区域，传输曲线显示的电阻随外磁场H线性变化。不理想情况下，传输曲线并不关于H=O的原点对称。饱和场4、5、14、15通常相对于HO点有一定的偏置电压，因此低电阻时RL时的饱和场接近于H=O的点。HO值的通常的范围是1到25 0e，其常称为“柑橘皮(Orange-peel)”或奈耳(Neel)耦合。这与GMR和MTJ结构内的铁磁薄膜的粗糙度有关，且取决于材料和制造工艺。图1和图2中的传输曲线相互对称，他们通常代表外加磁场相对于传感元件的两个不同方向。这里，+/_代表钉扎层的磁化方向相对于测量方向相同或相反，每个感应桥臂的电阻可以写成
D tj\ ^ff ~ ^tL α rw、，iff +双￡K^(M)=+ ^-^⑴
$足⑷+見)⑵
2H32假定磁电阻元件23(R_)和24(R+)串联成如图3所示的一个半桥，并通过偏置电压Vbias 20进行偏置，则由与钉扎层反向的该两个感应桥臂组成的一个半桥的输出可由两个不同方式中的一种写出，取决于传感元件23、24中哪一个连接到地，哪一个连接到 Vbias0对于图3，半桥响应可写为
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权利要求1.一种推挽桥式磁电阻传感器，其为推挽式半桥磁电阻传感器，其特征在于该传感器包括一或多对MTJ或GMR磁电阻传感器芯片，其中每对中有一个传感器芯片相对另一个旋转180度，且该等传感器芯片附于一标准半导体封装引线框；每个传感器芯片包括互相连接为一单一磁电阻元件的一或多个MTJ或GMR传感器元件；该MTJ或GMR元件具有在其磁电阻传输曲线上的线性区线性正比于外磁场的一电阻值；该等磁电阻传感器芯片具有大小大体相同的Rh值和大小大体相同的&值； 传感器芯片的焊盘经设计以使得在磁电阻元件的各侧可以附着一个以上的接合线； 磁电阻芯片通过引线相互接合，并通过引线与引线框连接，以生产一推挽式半桥传感ο
2.如权利要求1所述的推挽桥式磁电阻传感器，其中每个磁电阻传感器芯片的内在饱和场减去该传感器芯片传输曲线的偏置磁场大于该桥式传感器所要测量的最大磁场。
3.如权利要求2所述的推挽桥式磁电阻传感器，其中两个半桥彼此相对90度定向以产生一双轴磁电阻传感器。
4.如权利要求1所述的推挽桥式磁电阻传感器，其中该引线框和传感器芯片封装在塑料中以形成一标准半导体封装。
5.一种推挽桥式磁电阻传感器，其为推挽式全桥磁电阻传感器，其特征在于所述传感器包括一或多对相同的MTJ或GMR磁电阻传感器芯片，其中每对中有一个传感器芯片相对另一个芯片旋转180度，且该等传感器芯片附于一标准半导体封装引线框；每个传感器芯片经配置为一对磁电阻元件，且该对中的每个磁电阻元件由一串一或多个GMR或MTJ元件组成；该等MTJ或GMR元件具有在其磁电阻传输曲线上的线性区线性正比于一外磁场的一电阻值；该等磁电阻传感器具有大小大体相同的的Rh值和大小大体相同的&值； 每个传感器的焊盘经设计使得在每一磁电阻元件的各侧可以附着一个以上接合线； 每个磁电阻传感器芯片具有一分别位于顶层和底层的交叉导线，因此传感器芯片的每一边磁电阻元件的引线可以交换相对位置，允许两个芯片在没有外部交叉引线的情况下连接成推挽式全桥传感器；磁电阻传感器芯片构成的全桥的输入和输出连接引线键合至引线框上。
6.如权利要求5所述的推挽桥式磁电阻传感器，其中每个磁电阻传感器芯片的内在饱和场减去传输曲线的偏置磁场大于该桥式传感器所要测的最大磁场。
7.如权利要求5所述的推挽桥式磁电阻传感器，其中该引线框和传感器芯片封装在塑料中以形成一个标准半导体封装。
8.如权利要求5所述的推挽桥式磁电阻传感器，其中两个全桥彼此相对90度定向以产生一个双轴磁电阻传感器。
9.如权利要求8所述的推挽桥式磁电阻传感器，其中每个磁电阻传感器芯片的固有内部饱和场减去传感器芯片传输曲线的偏置磁场后大于该桥式传感器所要测量的最大磁场。
10.如权利要求9所述的推挽桥式磁电阻传感器，其中该引线框和传感器芯片封装在塑料中以形成一标准半导体封装。
专利摘要本实用新型提供了一种采用磁性隧道结的多芯片推挽桥式磁电阻传感器。该磁电阻传感器由放置在一半导体封装内的两个或两个以上磁性隧道结传感器芯片组成。沿平行于该半导体封装的引线框的每个传感轴，分别由两个传感器芯片相互反平行排列。该等传感器芯片使用引线键合法互相连接为一推挽式半桥或惠斯通电桥。该等芯片通过引线键合为各种标准半导体引线框中的任一种，并封装在低成本标准半导体封装中。
文档编号G01R33/09GK202230192SQ201120167350
公开日2012年5月23日 申请日期2011年5月24日 优先权日2011年3月3日
发明者张小军, 李东风, 沈卫锋, 王建国, 薛松生, 詹姆斯·G·迪克, 金英西, 雷啸锋 申请人:江苏多维科技有限公司