CN1672058A - 磁检测装置 - Google Patents

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Abstract

公开了一种磁检测装置。该磁检测装置可以具有集成电路和磁传感器。磁缓冲层材料可以沉积在集成电路和磁传感器之间，以使磁传感器屏蔽集成电路产生的杂散电磁场。磁缓冲层还可以吸收磁检测装置中其他内部源产生的电磁场。

Description

磁检测装置
                           背景
A.技术领域
本发明涉及磁传感器，更具体而言，涉及使磁检测装置屏蔽从内部产生的电磁信号。
B.背景技术
通常磁传感器用于方位测定或其他导航装置。由于提高的灵敏度、更小尺寸以及与电子***兼容性的需要，磁场检测技术一直在发展。
今天大多数导航***利用某种磁罗盘来确定航向。利用地球磁场，基于磁阻(MR)传感器的电子罗盘能够电分辨优于0.1度方向的旋转。磁阻传感器测量由于外部电场或磁场带来的电阻的变化。例如，地球磁场能够引起磁阻传感器的电阻变化，由此变化可以确定罗盘方向。
磁阻传感器提供了构造罗盘导航***的固态解决方案。它们的高灵敏度和有效再现性，连同它们的小尺寸，导致高准确度的磁传感器。然而，将磁阻传感器与电子线路相结合可能不会导致准确的磁测量。电子线路内的电磁信号，例如电流信号，可能干扰来自于地球磁场的信号，因此，不可能获得地球磁场的准确测量。电流总是能产生磁场，这将会干扰低强度磁场的测量。
现有的磁阻传感器***缺乏消除或降低由***内电子设备产生的磁场效应的能力，因此需要提供一种消除杂散电磁信号以便准确测量磁场的装置。
                          发明内容
在一个示范性的实施例中，提供了一种具有带有接合表面的集成电路的磁检测装置。磁检测装置还具有沉积在接合表面的磁屏蔽层。磁屏蔽层吸收由集成电路产生的电磁信号。磁检测装置还具有沉积在磁屏蔽层上的磁检测层，使得磁检测层基本上与集成电路对准。
在另一个实施例中，提供了一种磁检测装置，其具有带有接合表面的集成电路、与集成电路耦合的磁传感器、以及沉积在集成电路和磁传感器之间的磁缓冲层。磁缓冲层包括具有大约100-500埃厚度的磁屏蔽材料。
在又一个实施例中，包括了一种在内部屏蔽磁检测装置的方法。所述方法可以包括在磁传感器和集成电路之间提供磁屏蔽层。磁屏蔽层可以吸收集成电路产生的电磁信号。
通过正确参考附图并阅读下面详细的说明，上述以及其他特点及优点对于本领域技术人员来说是显而易见的。
                          附图说明
参考附图，其中具有相同标号的部件始终代表相同的部件，其中：
图1是说明一个概念上的磁检测***实施例的方框图；
图2是一个图1中磁检测***实施例的更详细的说明；
图3是一个屏蔽磁检测装置的实施例的功能框图。
                         具体实施例
在一个典型实施例中，提供了一种尽管紧邻集成电路仍可以准确测量磁场的磁检测装置。磁检测装置可以具有安装在集成电路上的磁传感器，来形成片上***。磁屏蔽层和/或磁吸收层可以沉积在磁传感器和集成电路之间来提供缓冲层，该缓冲层降低和/或消除集成电路产生的杂散电磁信号。按照这种方式，磁传感器可以准确地测量装置外部的磁场，该外部磁场与集成电路内电流产生的磁场无关。
参考图1，说明了磁检测***100的示范性实施例。虽然图1说明了磁检测***100，但是也可以使用其他封装和/或传感器组合。此外，应该理解到，在图1中示出的磁检测***100和这里描述的其他配置仅是作为例子阐述的，根据生产商和/或消费者的偏好，可以使用其他配置和部件，并且一些部件可以一起省略。
作为例子，磁检测***100具有集成电路102、磁缓冲层104和磁传感器106。集成电路102、磁缓冲层104和磁传感器106都可以封入封装108内，例如塑料封装、具有多个引线的电子集成电路封装或者非磁性模压封装。封装还可以是具有铜引线框的小外型集成电路(SOIC)封装。磁检测***100还可以包含其他检测和/或电子部件。
如图1所示，磁缓冲层104安置在集成电路102之上，并且磁传感器106安置在磁缓冲层104之上。磁传感器106可以安置成基本上与集成电路102对准，或者磁传感器106可以直接安置在集成电路102之上。可选择的，磁传感器106、磁缓冲层104和集成电路102也可以安置在完全不同的配置中。然而，在示范性实施例中，可能有必要至少将磁缓冲层104安置在磁传感器106和集成电路102之间。
磁检测***100中的集成电路102可以是印刷电路板(PCB)、电子设备板、集成电路芯片或者任何可操作处理电信号的集成电路。集成电路102可以是一片硅材料或者互补金属氧化物半导体(CMOS)双极材料。集成电路102可以具有模拟和数字输出，并且可以包含譬如运算放大器、放大器或者其他信号调节的电子设备的元件。集成电路102也还可以是其他电子线路的类型。
当电荷载体例如电子通过集成电路102的电导体(举例来说，迹线)时，集成电路102产生磁场。例如，电流能够产生磁场。脉冲直流或交流具有产生电磁场的特征。当电荷载体加速时(相对于以不变速度移动)，可以产生波动的磁场。这产生了波动的电场，波动电场又产生另一个变化的磁场。这导致一个随着电荷载体继续加速可以继续无限增长的增长的电磁场。
磁缓冲层104也可以使磁传感器106屏蔽集成电路102内由电流流动产生的电磁场，并且/或者磁缓冲104可以吸收集成电路102产生的电磁场。磁缓冲层104还可以屏蔽和/或吸收由磁检测***100中的其他内部源产生的电磁场。为了吸收电磁场，磁缓冲层104可以包含透磁合金材料。可选择的，为了屏蔽电磁场，磁缓冲层104可以包含镍铁高导磁率合金材料。不管用何种方法，磁缓冲层104可以包含任何具有高磁导率(也就是，相对磁场强度的高磁通密度系数)的材料和/或任何磁阻材料。
透磁合金材料典型地包含镍和铁。在一个实施例中，磁缓冲层104由透磁合金材料混合物组成，其具有大约60-80％镍(Ni)、10-20％铁(Fe)、5-10％铜(Cu)以及5-10％钴(Co)(重量百分比)。透磁合金材料混合物还可以是在50-80％镍和差额(balance)铁之间。
镍铁高导磁率合金是一种软铁磁材料。作为一个例子，磁缓冲层104可以是具有大约77％Ni、16％Fe、5％Cu以及2％铬(Cr)的镍铁高导磁率合金。其他镍铁高导磁率合金也可以使用，例如基于加入一定量硅(Si)和/或其他相似元素的金属的Ni-Fe。其他元素也可以使用。
磁缓冲层104可以是任何具有例如104H/m(亨利/米)数量级的高磁导率的铁磁材料。其他例子也是可能的。
尽管磁缓冲层104的厚度可以大于或小于几百埃，但是其厚度也可以是大约几百埃。例如，对于设计用来测量地球磁场的磁检测***，磁缓冲层104可以是大约100-500埃。
磁缓冲层104可以通过例如压力气相沉积(PVD)或者离子束沉积的电镀过程沉积在集成电路102接合表面上。可选择的，磁缓冲层104可以通过化学气相沉积(CVD)、常压化学气相沉积(APCVD)、低压化学气相沉积(LPCVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)或者其他沉积技术沉积在集成电路102上。磁缓冲层104可以仅沉积在集成电路102和磁传感器106之间的区域，或者尽可能沉积在集成电路102的较大区域上来降低和/或消除杂散或漏电流和/或磁场。例如，磁缓冲层104可以沉积在集成电路102的整个接合表面上，如集成电路102和磁传感器106之间的区域限定的或者如集成电路102的整个表面区域限定的区域。
磁缓冲层104可以使磁传感器106能够测量准确的磁场强度或者磁场方向。例如，磁传感器106可以测量高灵敏度磁场，例如典型地大约0.5至0.6高斯或者大约5×10-5特斯拉的地球磁场。
在一个实施例中，磁传感器106可以是一个譬如81％Ni和19％Fe的各向异性磁阻(AMR)薄膜材料的薄层。当暴露于磁场时，AMR薄膜可以有2-3％的阻抗变化。在另一个实施例中，磁传感器106还可以是巨磁阻(GMR)薄膜材料，其可以包含Ni-Fe-Cu-Ni-Fe叠层或者任何其他组合，并且当暴露于磁场时可以有3-100％的阻抗变化。在又一个实施例中，磁传感器106可以是庞磁阻(CMR)薄膜材料，其可以包含镧(La)、锶(Sr)、锰(Mn)和氧(O)。磁传感器106也可以包含其他材料。
在一个实施例中，磁传感器106可以具有小于大约200埃的厚度。包含磁传感器106的薄膜材料层可以沉积在磁缓冲层104上，并且磁传感器106的想要的结构可以被蚀刻在薄膜材料层内。磁传感器106可以使用PVD或者离子束沉积过程沉积在磁缓冲层104上。
磁传感器106可以包括由磁阻金属薄膜形成的电阻惠斯登电桥。当电源与电桥连接时，磁传感器106可以将感测方向上任何周围的或者施加的磁场转换为电压输出。
磁缓冲层104可以使磁传感器106能够被直接安置在集成电路102上或者紧邻集成电路102的位置，并且仍保持检测灵敏磁场的能力。此外，磁缓冲层104可以防止集成电路102产生的电磁场对磁检测***100外部电磁场的干扰。如果在磁传感器106和集成电路102之间没有电磁屏蔽或吸收层，则在集成电路102内由电流流动产生的电磁场能够使磁传感器106饱和，并且不允许磁传感器106检测磁检测***100外部的电磁场。
参考图2，详细说明了在图1中说明的磁检测***100。集成电路102安置在封装108的基底上，并且将磁缓冲层104沉积在集成电路102上。第一金属互连202(a-b)沉积在磁缓冲层104和集成电路102上。介电层204沉积在磁缓冲层104和集成电路102上并环绕第一金属互连202(a-b)。磁传感器106可以沉积在介电层204上并蚀刻成想要的结构。例如，如图2中所示，磁传感器106包含三个小的平行的部分。第二金属互连206以接触第一金属互连202(a-b)的方式沉积在磁传感器106上。
另一个介电层208沉积在介电层204和第二金属互连206上。第三金属互连210以接触第二金属互连206的方式沉积在介电层208上。另一个介电层212沉积在第三金属互连210上，并且输出金属互连214(a-b)沉积在介电层212上，以使输出金属互连214(a-b)与第三金属互连210接触。
描述的在磁检测***100中的介电层和金属互连的数量(以及组成和每层厚度)对于本发明的所有实施例来说并不是关键性的，不管用何种方法，其他的配置仍可以实现本发明的优点。同样，这里描述的结构，即封装的集成电路配置，只是可以使用的许多不同形式中的一个例子。
介电层204、208和212可以包含四乙基原硅酸盐(TEOS)材料或者其他绝缘和/或非导电材料。此外，介电层204、208和212可以为大约1-2微米厚。在沉积介电层204、208和212之前，可以先完成化学机械抛光(CMP)过程来光滑、平整和/或消除沉积在介电层204、208和212表面上的瑕疵。介电层204、208和212可以利用PECVD过程沉积。
参考图3，说明了内部屏蔽磁检测装置的方法300。如方框302所示，净化可以沉积磁阻材料层的集成电路的表面。然后如方框304所示可以将磁阻材料层沉积在集成电路上，并且如方框306所示，介电层材料可以沉积在磁阻层上。接着如方框308所示，磁检测层材料沉积在介电层上，并且如方框310所示，然后可以封装集成电路和磁传感器。磁阻材料层被沉积在磁检测层和集成电路之间，用来吸收由集成电路产生的电磁信号。
合并磁传感器和集成电路之间的磁阻材料，可以不必补偿由于检测***内部源产生的磁场的磁场测量失真。此外，在现有的磁检测***中，不可能对于例如由交流产生的时变磁场进行补偿。因此，采用磁阻材料作为磁屏蔽或磁吸收层，使具有磁传感器和集成电路的整体磁检测装置能够准确地测量装置外部的磁场性质。
本发明所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明精神和特性情况下，可以在其他实施例中利用本发明的原理进行改进。因而，所描述的实施例在各个方面仅是为说明，而非限制，因此本发明的范围由附加的权利要求而不是在前的描述表示。所以，结构、顺序、材料等对于本领域技术人员显而意见的改进都属于本发明的范围。其他的例子也是可能的。

Claims (23)

1.一种磁检测装置，包括：
一个具有接合表面的集成电路；
一个沉积在接合表面的磁屏蔽层，其中所述磁屏蔽层吸收所述集成电路产生的电磁信号；以及
一个沉积在所述磁屏蔽层上的磁检测层，使得所述磁检测层基本与所述集成电路对准。
2.权利要求1所述的磁检测装置，其中沉积在接合表面上的所述磁屏蔽层是具有大约100-500埃厚度的透磁合金材料。
3.权利要求1所述的磁检测装置，其中沉积在接合表面上的所述磁屏蔽层是具有大约100-500埃厚度的镍铁高导磁率合金材料。
4.权利要求1所述的磁检测装置，其中沉积在所述磁屏蔽层上的所述磁检测层是各向异性磁阻(AMR)薄膜。
5.权利要求1所述的磁检测装置，其中沉积在所述磁屏蔽层上的所述磁检测层是巨磁阻(GMR)薄膜。
6.权利要求1所述的磁检测装置，其中沉积在所述磁屏蔽层上的所述磁检测层具有小于200埃的厚度。
7.权利要求1所述的磁检测装置，还包含沉积在所述集成电路和所述磁检测层之间的介电层。
8.权利要求1所述的磁检测装置，其中所述磁检测层沉积在所述磁屏蔽层上，使得所述磁检测层直接在所述集成电路之上。
9.一种磁检测装置，包括：
一个具有接合表面的集成电路；
一个与所述集成电路耦合的磁传感器；以及
一个沉积在所述集成电路和所述磁传感器之间的磁缓冲层，所述磁缓冲层包括具有大约100-500埃厚度的磁屏蔽材料。
10.权利要求9所述的磁检测装置，其中所述磁传感器选自由各向异性磁阻(AMR)薄膜和巨磁阻(GMR)薄膜组成的组合。
11.权利要求9所述的磁检测装置，其中所述磁屏蔽材料选自由透磁合金材料和镍铁高导磁率合金材料组成的组合。
12.权利要求9所述的磁检测装置，其中所述磁传感器通过金属互连与所述集成电路耦合。
13.权利要求9所述的磁检测装置，其中所述磁缓冲层沉积在所述集成电路的接合表面上，以使所述磁缓冲层基本覆盖所述集成电路和所述磁传感器之间的全部区域。
14.权利要求9所述的磁检测装置，其中所述磁缓冲层沉积在所述集成电路的接合表面上，以使所述磁缓冲层基本覆盖所述集成电路的接合表面。
15.权利要求9所述的磁检测装置，还包括沉积在所述集成电路和所述磁传感器之间的介电层。
16.一种内部屏蔽磁检测装置的方法，包括：在磁传感器和集成电路之间提供磁屏蔽层，其中所述磁屏蔽层吸收所述集成电路产生的电磁信号。
17.权利要求16所述的方法，还包括：将所述磁传感器和所述集成电路集成在普通的磁检测装置内。
18.权利要求17所述的方法，其中将所述磁传感器和所述集成电路集成在普通的磁检测装置内包括在紧邻所述集成电路处沉积磁阻(MR)薄膜。
19.权利要求17所述的方法，其中将所述磁传感器和所述集成电路集成在普通的磁检测装置内包括安置磁传感器使其基本上与集成电路对准。
20.权利要求16所述的方法，其中在所述磁传感器和所述集成电路之间提供所述磁屏蔽层包括沉积选自由透磁合金材料和镍铁高导磁率合金材料组成的组合的材料。
21.权利要求16所述的方法，其中在所述磁传感器和所述集成电路之间提供所述磁屏蔽层包括沉积具有大约100-500埃厚度的材料。
22.权利要求16所述的方法，其中在所述磁传感器和所述集成电路之间提供磁屏蔽层包括在所述集成电路上沉积所述磁屏蔽层。
23.权利要求16所述的方法，还包括在所述磁传感器和所述集成电路之间沉积绝缘层。
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