单个封装中的轴向和垂直角度传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明总体上涉及磁场传感器，并且更具体地涉及包括单个封装中的轴向和垂直角度传感器两者的磁场传感器。
【背景技术】
[0002]磁场传感器可以用于感测轴的旋转角度。例如，磁体可以安装在轴上使得它与轴一起旋转，以及磁场传感器可以被布置在磁体附近的位置，以便感测在磁体随轴旋转时由磁体感应的磁场。当磁场传感器被安装为靠近或邻近轴、即离开轴的旋转轴时，传感器经常被称为“离轴”磁场角度传感器。当轴的端部不可用作传感器的位置或简单地在轴上没有可用空间时，离轴磁场角度传感器经常被实现。“轴上”磁场传感器是其中传感器被安装在或接近轴的端部、通常与旋转轴共线或者在旋转轴上的传感器。离轴和轴上传感器的示例是垂直角度传感器和轴向角度传感器。
[0003]轴向角度传感器是利用轴向磁场分量来推断旋转角度的磁场角度传感器。传感器在两个分量线性变化的场情况下执行得最佳，并且必须以离轴配置布置，因为针对诸如旋转形状的径向磁化磁体之类的许多类型的常用磁体，轴向磁场分量不能在旋转轴上被探测。轴向角度传感器的另外特征是，传感器对抵抗外部磁场干扰是稳健的。另一方面，垂直角度传感器在均匀磁场情况下执行得最佳，并利用径向和方位磁场分量来推断旋转角度。垂直角度传感器可被制造用于抵抗装配公差的稳健性，且可以轴上配置布置。在许多应用中，存在对廉价磁场角度传感器的优选，不论离轴或轴上或者轴向或垂直的，同时相对于外部磁场和其它干扰也是稳健的。那么，一些垂直角度传感器的缺点在于，它们对抵抗外部磁场和其它干扰不是稳健的。虽然轴向传感器相对于这些干扰更稳健，但轴向传感器对装配公差误差更敏感。传统方法的其它缺点包括，不能提供其有能力在全360度范围内检测角度的稳健传感器。因此，总之，存在与传统磁场角度传感器关联的大量缺点。
【发明内容】
[0004]实施例涉及磁场传感器，诸如包括在单个封装中的轴向和垂直角度传感器两者的磁场传感器。
[0005]在实施例中，磁场传感器系统包括:支撑结构；第一传感器，其相对于磁场源的旋转轴被布置在支撑结构上，并且包括第一多个传感器元件，第一多个传感器元件被配置为感测沿第一方向的磁场分量并导出明确地在至少90度的范围内的第一旋转角度；以及第二传感器，其相对于旋转轴被布置在支撑结构上，并且包括第二多个传感器元件，第二多个传感器元件被配置为感测沿与第一方向不同的第二方向的磁场分量并导出明确地在至少70度的范围内的第二旋转角，其中第一方向或第二方向中的仅一个方向垂直于旋转轴。
[0006]在实施例中，一种方法包括:提供传感器系统，传感器系统包括耦合到支撑结构的第一传感器和第二传感器；由第一传感器感测沿第一方向的磁场分量，以导出明确地在至少90度的范围内的第一旋转角度；由第二传感器感测沿与第一方向不同的第二方向的磁场分量，以导出明确地在至少70度的范围内的第二旋转角度；以及使用第一旋转角度或第二旋转角度中的至少一个校准传感器系统。
【附图说明】
[0007]考虑到结合附图对本发明的各种实施例的以下详细描述，本发明可以被更完全地理解，其中:
[0008]图1描绘根据实施例的磁场角度传感器的透视图。
[0009]图2描绘根据实施例的传感器封装的框图。
[0010]图3描绘根据实施例的布置在基板上的传感器封装的俯视图。
[0011]图4描绘根据实施例的布置在基板上的传感器封装的俯视图。
[0012]图5描绘根据实施例的布置在基板上的传感器封装的俯视图。
[0013]图6描绘根据实施例的方法的流程图。
[0014]图7A描绘根据实施例的传感器系统封装的顶剖视图。
[0015]图7B描绘根据实施例的传感器系统封装的侧剖视图。
[0016]虽然本发明经得起各种修改和替代形式，其细节已通过示例的方式被示出在附图中，并将进行详细描述。然而应当理解的是，并不旨在将本发明限制于所描述的特定实施例。相反，旨在涵盖落入如由所附权利要求定义的本发明的精神和范围内的所有修改、等价物和替代物。
【具体实施方式】
[0017]实施例涉及利用轴向和垂直传感器共同推断旋转角度的磁场角度传感器系统。在实施例中，传感器系统包括布置在单个传感器封装中或在单个基板上的至少一个轴向传感器和至少一个垂直传感器。代表旋转位置的轴向和垂直传感器数据两者均可以通过例如校准传感器系统而用于改善输出角度的精度。例如，在一个实施例中，垂直传感器可以提供旋转位置的第一估算或近似，轴向传感器可以提供旋转位置的第二估算或近似，并且传感器系统或与其耦合的电路系统可以组合第一和第二估算。
[0018]术语“垂直角度传感器”和“轴向角度传感器”在文章Ausserlechner, “A Theoryof Magnetic Angle Sensors with Hall Plates and Without Fluxguides, Progress inElectromagnetics Research B, Vol.49, 77-106, 2013中被提及，通过引用方式将其整体并入于此。
[0019]参照图1，传感器系统100的示例被描绘出。传感器系统100包括安装或以其它方式贴附到轴104的磁体102，使得磁体102与轴104 —起旋转。传感器封装105包括基板106，并被布置在磁体102和轴104附近的位置。在各种实施例中，基板106可以包括基板、半导体裸片、与一个或多个半导体裸片耦合的引线框架、部件板、它们的组合、或者有能力建立和/或维持传感器110和111相对于彼此和/或至少一个其它部件的精确或相对放置的一些其它支撑结构。例如且简单地，术语“基板”一般将在本文中通篇使用，但相对于所有实施例和/或权利要求的范围不是限制性的。在传感器系统100中，传感器封装105与轴104同轴布置，其中基板106垂直于轴104定向。如图所示，基板106的主平面(即在图1的定向中面朝上的Xy平面表面)被布置为垂直于轴104的旋转轴。在其他实施例中，基板106可以被布置成具有远离磁体102、面朝下的xy平面表面。
[0020]在实施例中，传感器封装105包括布置在基板106上的至少两个轴向传感器110和至少两个垂直传感器111。当提到传感器110时，“轴向”一般是指如下传感器，其包含对轴向磁场分量有响应的两个或更多磁传感器元件，并且通过组合两个或更多磁传感器元件的输出信号导出磁体102的旋转位置。另外，当提到传感器111时，“垂直” 一般指的是如下传感器，其包含对垂直于旋转轴的磁场分量有响应的两个或更多磁传感器元件。虽然在本文中给出的示例中一个或另一个传感器110或111可以被标识为轴向或垂直的，这些指定可以相互颠倒，或者在其他实施例中具有一些其它配置。另外，图1中的传感器系统100的描绘仅仅是基本部件的简化图，其不是按比例的，并且其放置和相对布置可以并且将在其它实施例中变化。基板106和磁体102的相对位置可以在实施例中变化，轴向传感器110和垂直传感器111的相对布置和定向也可以变化，其中图1是只一个实施例的示例。例如，在其他实施例中，传感器封装105的传感器110和111可以单独布置在两个基板上、布置在单个裸片上在彼此附近的位置(例如，同心的、邻近的或以一些其它布置)、以裸片叠裸片(die-on-die)配置布置、或邻近地布置在引线框架的两侧上。此外，图1不是按比例的，并且是简化的概念描绘，以图示传感器系统100的实施例的基本部件和特征。其它示例实施例将在本文中其它地方讨论。
[0021]磁体102具有在图1所示方向(即y方向)上的径向磁化，且感应垂直于轴104和磁体102的旋转轴的磁场。在其他实施例中，磁体102可以具有附加的或唯一的轴向磁化或包括某种其他类型的磁体。轴向传感器110对垂直于基板106的xy平面表面(即，相对于旋转轴轴向)的磁场分量敏感。垂直传感器111对平行于基板106的xy平面表面(即，相对于旋转轴垂直)的磁场分量敏感。
[0022]在实施例中，轴向传感器110和垂直传感器111各自可以包括被配置为感测每个传感器被配置为检测的对应磁场分量的至少两个传感器元件。例如，轴向传感器110可包括至少两个传感器元件，诸如被配置和/或布置成检测至少一个磁场分量的霍尔效应传感器元件(例如，霍尔板),MAGFET和/或其他类型的磁场传感器元件或它们的组合。类似地，垂直传感器111可包含至少两个磁场传感器元件，诸如磁阻(MR)传感器元件(例如，AMR、GMR、TMR等)、巨磁阻抗(GMI)传感器元件、霍尔效应传感器元件(例如，竖直霍尔等)及其它的磁场传感器元件以及它们的组合。如先前所讨论的，虽然传感器110和111的相对布置可以在实施例中变化，在实施例中可能有利的是建立传感器110相对于传感器111的精确放置，使得传感器封装105和/或基板106以及传感器110、111具有对应