专利名称：用于正交传感器的共同定位传感元件的制作方法
技术领域：
本发明的实施例一般涉及传感方法和系统.本发明的实施例也涉 及正交传感器方法和系统.本发明的实施例还涉及霍尔效应传感装置 以及速度和方向传感器.背景技术在商业、工业和消费应用中已经实现了很多不同类型的位置传感 器. 一些位置传感器检测目标沿着线性路径的移动，而其它的位置传 感器检测诸如具有多个齿的齿轮这样的目标关于旋转轴的旋转.可以 对目标和传感器进行设置，使得目标具有被磁敏元件感测的多个磁 极.或者，传感器可以具有偏置磁体，且目标可以包含被该装置感测 的多个铁磁突变，例如齿轮的齿.一种特殊类型的位置传感装置基于正交感测，它涉及使用两个彼此偏移90度的信号，信号的比较将提供关于目标的位置的有用信息. 正交传感器一般提供相位相差90度的两个输出.输出信号的上升沿和 下降沿一般用于确定速度，而两个输出信号之间的相位偏移表示目标 的移动或旋转的方向.可以从两个传感元件获得这两个输出，这两个 传感元件物理上间隔一个设定的距离以匹配专用目标.传感元件彼此之间的间距和传感元件在传感器封装体中的绝对位 置对于传感器的正确工作是十分关键的.维持各个传感元件的位置通 常需要相当数量的机械按键，这通常是昂贵和不准确的.对于每个应 用还可能需要重新产生这些机械特征.两个传感元件以及相关机械特 征的物理尺寸也限制了如何将整个传感器可以制造得小.发明内容下面提供本发明的概述以帮助理解本发明特有的一些创新性特 性，且概述并不意味着完整的描述.通过将说明书、权利要求书以及 摘要作为整体可以而获得本发明的各个方案的完整的理解.因此，本发明的一方面是提供一种改进的传感器方法和系统.
本发明的另一方面是提供一种改进的正交传感器，包括其方法和 系统.本发明的又一方面是提供一种正交传感器装置，它利用了公共的 封装体或芯片栽体中的霍尔效应传感元件.现在通过这里的描述可以获知本发明的上述方案和其它目标和优 点.公开了传感器系统和方法，包括针对特定目标在引线框架结构上 共同定位的第一和笫二传感元件. 一般而言，可以通过相对于公共基 准点改变引线框架结构上笫一和笫二传感元件之间的距离，以针对该 特定目标从第一和笫二传感元件提供速度和方向检测数据，来确定特 定目标传感应用.一个特定实施例中，例如，这种距离大约是目标特征宽度的一半.第一和第二传感元件位于附于引线框架结构的相应的芯片焊盘(die-pad)上.这种笫一和第二传感元件可以实施为霍尔效应传感元件.引 线框架结构可以实施为无铅塑料芯片栽体.引线框架结构本身可以构造为笫一和第二传感元件共用的公共引 线框架结构。笫一和第二传感元件可以彼此相隔一定距离以匹配特定 应用目标.而且，第一和笫二传感元件可以针对特定目标分别提供相 位相差90度的第一和第二输出.
附图中，贯穿各个困示，相似的参考数字表示相同和功能相似的 元件，且附图结合到说明书中，构成说明书的一部分，并进一步说明 了本发明，并且与发明详述一起，用于解释这里公开的实施例的原理.图1示出了根据本发明的实施例，可以由正交传感器系统产生的 第一和第二信号之间的示例性相移；图2示出了一种可以根据第一实施例实现的正交传感器系统； 图3示出了一种可以根据笫二实施例实现的正交传感器系统； 图4示出了一种可以根据第三实施例实现的正交传感器系统； 图5示出了一种可以根据第四实施例实现的正交传感器系统；以及图6示出了可以根据优选实施例实现的传感系统.
具体实施方式
这些非限制性实例中讨论的特定数值和结构可以改变，并且这样 这些特定数值和结构仅用于说明本发明的至少一个实施例，并没有限 制本发明范围的意思.图1示出了根据本发明的实施例，可以由正交传感器系统产生的第一信号104和第二信号106之间的示例性相移.困1中示出了多个 目标特征(齿和缝).假设齿的长度为X，缝的长度为Y.信号104代 表输出信号A且信号106代表输出信号B, "X"代表长度108,而"Y" 代表长度110.类似地，"X"代表长度112，而"Y"代表长度114. 这样，长度108、 112每个都具有长度"X".长度IIO、 114每个都具 有长度Y.信号104 (即，信号A)和信号106 (即，信号B)之间的 相移大约等于二分之一平均特征宽度(例如，约X/2 nun),或二分之 一平均特征宽度加上缝宽度和齿宽度(例如，约X/2+Y+X mm).图2示出了可以根据第一实施例实现的正交传感器系统200,系统 200包括第一传感器元件202和第二传感器元件203.传感器元件202 包括多个引脚204、 206、 208、 210、 214、 216、 218和220,传感器 元件203包括多个引脚222、 224、 226、 228、 230、 232、 234和236. 例如，每个传感器元件202和203可以实现为包含其一个或多个传感 元件(例如，霍尔效应传感元件)的8引脚SOIC传感封装体.传感器 元件202和203可以共同定位在公共封装体(例如，芯片栽体)中.传感器元件202的长度为X3。传感器元件203的长度也为X3.传 感器封装体202和203长度的一半在图2中由X,表示.从传感器元件 203的一端到传感器元件202的另一端的整个距离由变量X,表示.每 个封装体的从引脚端到引脚端的宽度由变量Xz表示.该实例中，假设 磁性传感元件位于每个封装体的中心.因此，传感器元件202的中心 线到传感器元件203的中心线之间的距离由变量X表示.输出信号之 间的相移直接是距离X以及元件相对于目标的旋转对准的函数.传感器元件202和203可以实施为霍尔效应元件，这种元件依赖 于流经第 一组接触之间的电流和正交施加的磁场之间的作用来产生第 二组接触上的电压.霍尔效应元件一般使用轻掺杂n型层制作，用于 提高对磁场强度变化的灵敏度.适用于这里描述的一个或多个实施例 的霍尔效应元件的实例在2001年12月10日授权给Plagens等人的美
国专利No. 6， 492， 697, "Hall—effect element with integrated offset control and method for operating hall—effect element to reduce null offset," 中公开，该专利转让给Honeywell International Inc.的美国专利No. 6， 492， 697，这里引用作为参考.传感元件202和230彼此之间以及相对于公共数据点的放置，贯 穿标准芯片安放(例如，拾取-放置(pick-and-place))，提供了十 分准确和精确的公差.为特定应用目标改变传感元件的间距是一件简 单的事情，只需改变封装体中芯片的安放.图3示出了可以根据第二实施例实现的正交传感器系统300.注意 在图1-2中，相似和相同的部分和元件一般由相同的参考数字表示. 在系统300的结构中，两个分离的传感器元件202和203相对于彼此 并相对于公共数据点共同定位.例如每个传感元件202和203从引脚 到引脚的宽度由变量Y,表示，而从每个封装体或传感器元件202、 203 的中心到其相应引脚之间的一半距离(宽度)由乙表示.传感器元件 202的引脚214、 216、 218、 220端部到传感器203的引脚222、 224、 226、 228端部之间的距离由变量Y3表示，该实例中，假设磁性传感元 件的中心位于每个封装体的中心.因此，传感器元件202的中心线到 传感器元件203的中心线之间的距离由表达式X/2表示，输出信号之 间的相移直接是距离X/2和元件相对于目标的旋转对准(rotational alignment)的函数，图4示出了可以根据本发明的第三实施例实现的正交传感器系统 400.在系统400的实施例中，传感器元件402包括引脚404、 406、 404、 410，而传感器元件403包括引脚412、 414、 416、 418.每个传 感器元件402、 403的宽度由变量￥1表示，而该宽度的一半由变量Y2 表示.传感器元件402与传感器元件403间隔距离为Y3,传感器元件 402、 403可以在圆形区域422中共同定位。图5示出了可以根据笫四实施例实现的正交传感器系统500.图5 示出了相应的顶视图、侧视图和底视图502、 504和506.在图5所示 的结构中，两个传感元件芯片503和512可以实现在包括引脚514、 516、 518、 520、 524和引脚526、 528、 530、 532、 534、 536的/〉共 封装体501中.传感元件芯片508包括引脚538、 540、 542和544, 它们分别与引脚516、 518、 520以及522电通信，类似地，传感元件 芯片512包括引脚546、 548、 550和552，它们分别与引脚528、 530、 532以及534电通信.例如，封装体501可以实施为具有相应的芯片(例如，传感元件 芯片508和512)附着焊盘的公共引线框架.例如，传感元件芯片508 和512可以实施为霍尔效应传感元件或传感器芯片.芯片508和512 之间的距离是传感应用的函数，并且优选地是目标特征宽度一半的函 数.封装体501可以构造成无铅塑料芯片栽体，通过改变芯片508和 512之间的特征，很容易实施很多特定应用变化.在图1-4所示的其它常规结构中，在固定和匹配元件时需要昂责 且不准确的机械按键特征.然而，在图5所示的实施例中，传感元件相对于彼此以及相对于公共基准点的放置保持非常准确，同时促进了 贯穿芯片508和512的标准放置的精确的公差(例如，小于0.05 mm), 无铅塑料栽体(例如封装体501)中共同定位的芯片508和512允许 传感元件508和512放置在很小的区域中，允许整个传感器尺寸减小. 注意，根据设计考虑，例如，芯片508和512可以实施为图2-3的传 感器元件202、 203或图4的传感器元件402、 403.图6示出了可以根据优选实施例实现的传感系统600.系统600 一般包括与传感器元件610 —起在圓形区域609中共同定位的传感器 元件608.例如，传感器元件608、 610可以实施为图2 - 3所示的传 感器元件202、 203，或图4的传感器元件402、 403,和/或图5所示 的传感芯片508和512.圆形区域609可以位于传感器封装体601的 一端，该传感器封装体包括传感器本体602、保持部分606和传感器部 分604,如箭头612所示旋转的目标603包含中心点614,于是传感器 元件608和610相对于彼此并相对于公共基准点(例如，中心点614) 共同定位在公共封装体601中.这里提出的实施例和实例是为了更好地解释本发明及其实际应 用，并由此使得本领域技术人员能够制作和利用本发明.然而，本领 域技术人员将意识到，上述描述和实例仅用于阐述和举例目的。对于 本领域技术人员而言，本发明的其它变化和修改是显而易见的，所附 权利要求覆盖了这些变化和修改.所做出的描述并不排他和限制了本发明的范围.根据上述教义可 以做出很多修改和变化而不偏离下面权利要求书的范围，可以预期， 本发明的使用可能涉及具有不同特性的元件.本发明的范闺由所附权 利要求书限定，该权利要求书在所有方面给出了等价权利要求的认 定。
权利要求
要求保护排他属性和权利的本发明的实施例如下定义。根据上述讨论，所要求保护的本发明如下1.一种传感器系统，包括引线框架结构；相对于特定目标在所述引线框架结构上共同定位的第一传感元件和第二传感元件；以及其中，通过相对于其公共基准点改变所述引线框架结构上所述第一和第二传感元件之间的距离，以针对所述特定目标从所述第一和第二传感元件提供速度和方向检测数据，来确定特定目标传感应用。
1. 一种传感器系统，包括 引线框架结构；相对于特定目标在所述引线框架结构上共同定位的笫一传感元件和 第二传感元件；以及其中，通过相对于其公共基准点改变所述引线框架结构上所述第 一和笫二传感元件之间的距离，以针对所述特定目标从所述笫一和笫二传感元件提供速度和方向检测数据，来确定特定目标传感应用.
2. 权利要求l的系统，其中所i^离是与所述特定目标相关联的目 标特征的宽度的至少一半.
3. 权利要求l的系统，其中所述第一传感元件位于附着于所述引线 框架结构的第一芯片焊盘上，且其中所述第二传感元件位于附着于所述 引线框架结构的第二芯片焊盘上.
4. 权利要求l的系统，其中所述笫一和第二传感元件包括霍尔效应 传感元件.
5. 权利要求l的系统，其中所述引线框架结构包括无铅塑料芯片栽体.
6. 权利要求l的系统，其中所述引线框架结构包括为所述第一和第 二传感元件所共用的公共引线框架结构.
7. 权利要求l的系统，其中所述笫一和第二传感元件彼此相隔所述 距离以匹配特定用途目标.
8. 权利要求l的系统，其中针对所述特定目标，所述第一和第二传 感元件分别提供相位相差90度的笫一和第二输出.
9. 一种传感器系统，包括 构造成无铅塑料芯片栽体的引线框架结构；在所迷引线框架结构上共同定位的第一霍尔效应传感元件和第二霍 尔效应传感元件，其中，针对特定目标，所述第一和笫二霍尔效应传感 元件分别提供相位相差90度的笫一和第二输出；以及其中，通过相对于其公共基准点，改变所述引线框架结构上所述第 一和第二霍尔效应传感元件之间的距离，以针对所述特定目标从所述第 一和第二霍尔效应传感元件提供速度和方向检测数据，来确定特定目标 传感应用.
10. 权利要求9的系统，其中所述距离是与所述特定目标相关联的 目标特征的宽度的至少一半.
11. 权利要求9的系统，其中所述笫一霍尔效应传感元件位于附着 于所述引线框架结构的第一芯片焊盘上，且其中所述笫二霍尔效应传感 元件位于附着于所述引线框架结构的第二芯片焊盘上.
12. 权利要求9的系统，其中所述引线框架结构包括为所述第一和 第二霍尔效应传感元件所共用的公共引线框架结构.
13. 权利要求9的系统，其中所述笫一和第二霍尔效应传感元件彼 此相隔所述多巨离以匹配特定应用目标.
14. 一种传感器方法，包括以下步骤 提供引线框架结构；相对于特定目标将第一传感元件和笫二传感元件共同定位在所述引 线框架结构上；以及通过相对于其公共基准点改变所述引线框架结构上所述第一和第二 传感元件之间的距离，以针对所述特定目标从第一和第二传感元件提供 速度和方向检测数据，来实现特定目标的传感应用.
15. 权利要求14的方法，还包括如下步猓将所述距离设置为与所 述特定目标相关联的目标特征的宽度的至少一半，
16. 权利要求14的方法，还包括以下步骤将所述第一传感元件定位在附着于所述引线框架结构的笫一芯片焊 盘上；以及将所述第二传感元件定位在附着于所述引线框架结构的第二芯片焊 盘上.
17. 权利要求14的方法，还包括如下步骤将所述第一和第二传感 元件配置成包括霍尔效应传感元件.
18. 权利要求14的方法，还包括如下步骤将所迷引线框架结构配 置成包含无铅塑料芯片栽体.
19. 权利要求W的方法，其中所述引线框架结构包含为所述第一和 第二传感元件所共用的公共引线框架结构，
20.权利要求14的方法，其中针对所述特定目标，所述第一和第二 传感元件分别提供相位相差90度的笫一和笫二输出。
全文摘要
公开了传感器系统和方法，包括相对于特定目标共同定位在引线框架结构上的第一和第二传感元件。一般地，通过相对于其公共基准点改变该引线框架结构上第一和第二传感元件之间的距离，以针对所述特定目标从第一和第二传感元件提供速度和方向检测数据，可以确定特定目标的传感应用。
文档编号G01D5/14GK101111745SQ200580047346
公开日2008年1月23日 申请日期2005年11月29日 优先权日2004年11月30日
发明者J·S·哈尔, L·F·里克斯, R·A·贝尔 申请人:霍尼韦尔国际公司