JP2010091346A - Rotation detector - Google Patents

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JP2010091346A JP2008260076A JP2008260076A JP2010091346A JP 2010091346 A JP2010091346 A JP 2010091346A JP 2008260076 A JP2008260076 A JP 2008260076A JP 2008260076 A JP2008260076 A JP 2008260076A JP 2010091346 A JP2010091346 A JP 2010091346A
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semiconductor chip
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rotation detection
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Reiji Iwamoto
麗司 岩本
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    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/06—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
    • G01R33/07—Hall effect devices
    • G01R33/077—Vertical Hall-effect devices

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a low cost rotation detector. <P>SOLUTION: The rotation detector includes: a semiconductor chip having a Hall element which is formed on the front surface and outputs an electric signal according to a change of a magnetic flux caused by rotation of a rotating body; a bias magnet for applying a bias magnetic field to the rotating body and the Hall element; a terminal electrically connected to the semiconductor chip through a bonding wire; and a base member having the terminal integrally cast thereto and mounted with at least the semiconductor chip. The Hall element is a vertical Hall element which allows current to flow in the thickness direction of the semiconductor chip. The semiconductor chip has a processing circuit formed on the front surface and processing an output signal from the vertical Hall element, and is mounted on the base member with the back surface opposite to the front surface as a mounting surface. A connection surface of the terminal connected to the bonding wire is exposed from the semiconductor chip mounting side of the base member, and is substantially parallel to the front surface. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、回転体の回転に伴う磁束の変化に応じた電気信号に基づいて、回転体の回転状態を検出する回転検出装置に関するものである。   The present invention relates to a rotation detection device that detects a rotation state of a rotating body based on an electric signal corresponding to a change in magnetic flux accompanying rotation of the rotating body.

従来、磁束の変化に応じた電気信号を出力する磁電変換素子を用いて、回転体の回転状態を検出する回転検出装置が、例えば特許文献１，２に開示されている。   Conventionally, for example, Patent Documents 1 and 2 disclose a rotation detection device that detects a rotation state of a rotating body using a magnetoelectric conversion element that outputs an electrical signal corresponding to a change in magnetic flux.

特許文献１に示される回転検出装置は、磁電変換素子としての磁気抵抗素子（以下、単にＭＲＥと示す）が形成されてなる検出部を有するセンサチップ（半導体チップ）と、該半導体チップの出力信号を処理する処理部を有する回路チップと、ＭＲＥにバイアス磁界を付与する磁界生成部材（バイアス磁石）と、ボンディングワイヤ及び回路チップを介して半導体チップと電気的に接続されるターミナルと、該ターミナルが一体的に鋳込まれ、半導体チップ及び回路チップを固定する突出部を有するハウジング（ベース部材）と、を備えている。そして、被検出対象である回転体の回転に伴うバイアス磁界（磁束）の変化を、ＭＲＥの抵抗値変化として感知して回転体の回転状態を検出するようになっている。   A rotation detection device disclosed in Patent Document 1 includes a sensor chip (semiconductor chip) having a detection unit in which a magnetoresistive element (hereinafter simply referred to as MRE) as a magnetoelectric conversion element is formed, and an output signal of the semiconductor chip A circuit chip having a processing unit for processing, a magnetic field generating member (bias magnet) for applying a bias magnetic field to the MRE, a terminal electrically connected to the semiconductor chip via the bonding wire and the circuit chip, and the terminal A housing (base member) that is integrally cast and has a protruding portion that fixes the semiconductor chip and the circuit chip. A change in the bias magnetic field (magnetic flux) accompanying the rotation of the rotating body that is the detection target is detected as a change in the resistance value of the MRE, and the rotating state of the rotating body is detected.

一方、特許文献２に示される回転検出装置は、磁電変換素子としてのホール素子を備えるＩＣ（半導体チップ）と、該ホール素子の出力信号を処理する電子部品（処理回路）と、半導体チップにバイアス磁界を印加する永久磁石（バイアス磁石）と、半導体チップと電気的に接続されるターミナルと、半導体チップ、バイアス磁石、及びターミナルを搭載する本体部（ベース部材）と、を備えている。そして、回転体の回転に伴うバイアス磁界（磁束）の変化を、ホール素子から出力されるホール電圧の変化として感知して回転体の回転状態を検出するようになっている。
特開２００８−１８０６０３号公報 特開２００３−１３９５６４号公報 On the other hand, the rotation detection device disclosed in Patent Document 2 includes an IC (semiconductor chip) including a Hall element as a magnetoelectric conversion element, an electronic component (processing circuit) that processes an output signal of the Hall element, and a bias applied to the semiconductor chip. A permanent magnet (bias magnet) for applying a magnetic field, a terminal electrically connected to the semiconductor chip, and a main body (base member) on which the semiconductor chip, the bias magnet, and the terminal are mounted are provided. A change in the bias magnetic field (magnetic flux) accompanying the rotation of the rotating body is detected as a change in the Hall voltage output from the Hall element to detect the rotating state of the rotating body.
JP 2008-180603 A JP 2003-139564 A

ところで、特許文献１に示される回転検出装置では、磁電変換素子として、ＭＲＥを採用している。ＭＲＥは、基板に重金属（Ｎｉ−Ｃｏ系，Ｎｉ−Ｆｅ系など）を蒸着することで形成されるため、基板が重金属によって汚染される虞がある。基板が重金属によって汚染されると、基板に結晶欠陥が生じ、これによって酸化膜耐圧の劣化やリーク電流の増加が引き起こされ、該基板に形成されたデバイスの特性に悪影響が生じる虞がある。そのため、特許文献１に示されるように、半導体チップと、回路チップとを別々に用意するのが望ましい。しかしながら、半導体チップと、回路チップとを別々にする場合、ＭＲＥと処理回路を製造する製造工程を共通化することができないので、これによって製造工程が増え、コストが嵩むことが懸念される。また、半導体チップと回路チップとをベース部材に実装し、且つ半導体チップと回路チップとをボンディングワイヤによって電気的に接続しなくてはならないので、これによって実装工程が増え、コストが嵩むことが懸念される。   By the way, in the rotation detection apparatus shown in Patent Document 1, an MRE is employed as a magnetoelectric conversion element. Since the MRE is formed by evaporating a heavy metal (Ni—Co, Ni—Fe, etc.) on the substrate, there is a possibility that the substrate is contaminated by the heavy metal. When the substrate is contaminated with heavy metals, crystal defects are generated in the substrate, which may cause deterioration of the oxide film breakdown voltage and increase of leakage current, which may adversely affect the characteristics of the device formed on the substrate. Therefore, as shown in Patent Document 1, it is desirable to prepare a semiconductor chip and a circuit chip separately. However, when the semiconductor chip and the circuit chip are separated from each other, the manufacturing process for manufacturing the MRE and the processing circuit cannot be made common, which may increase the manufacturing process and increase the cost. In addition, since the semiconductor chip and the circuit chip must be mounted on the base member and the semiconductor chip and the circuit chip must be electrically connected by bonding wires, this may increase the mounting process and increase the cost. Is done.

これに対し、特許文献２に示される回転検出装置は、磁電変換素子として、ホール素子を採用している。ホール素子は、基板にイオン注入することで形成されるので、特許文献１に示される回転検出装置とは異なり、基板の重金属汚染を懸念しなくとも良い。したがって、例えば、特開平１０−１３２８３６号公報に示されるように、ホール素子が形成される基板に、処理回路などのロジック回路を、ホール素子とともに形成することができる。このように、磁電変換素子としてホール素子を採用することで、ホール素子と処理回路とを同一の基板に形成することができる。したがって、磁電変換素子としてホール素子を採用した回転検出装置のほうが、磁電変換素子としてＭＲＥを採用した回転検出装置に比べて、製造工程及び実装工程を簡素化することができる。これにより、コストを低減することができる。   In contrast, the rotation detection device disclosed in Patent Document 2 employs a Hall element as the magnetoelectric conversion element. Since the Hall element is formed by ion implantation into the substrate, unlike the rotation detection device disclosed in Patent Document 1, there is no need to worry about heavy metal contamination of the substrate. Therefore, for example, as disclosed in JP-A-10-132936, a logic circuit such as a processing circuit can be formed together with the Hall element on a substrate on which the Hall element is formed. Thus, by employing a Hall element as the magnetoelectric conversion element, the Hall element and the processing circuit can be formed on the same substrate. Therefore, the rotation detection device employing the Hall element as the magnetoelectric conversion element can simplify the manufacturing process and the mounting process compared to the rotation detection device employing the MRE as the magnetoelectric conversion element. Thereby, cost can be reduced.

ところで、ホール素子は、ホール効果（基板を流れる電流と垂直に鎖交する磁束によって生じるホール電圧）によって、磁束の変化に応じた電気信号を出力する。したがって、ホール素子として、基板の表面に沿って電流が流れる横型ホール素子を採用した場合、基板におけるホール素子形成面に対して略垂直にバイアス磁界が印加されるように、基板とバイアス磁石との配置位置を決定しなくてはならない。上記条件を満たすためには、バイアス磁石を、ホール素子形成面、若しくはその裏面に配置しなくてはならない。特許文献２では、特許文献２の図１（ｃ）に示されるように、基板の裏面にバイアス磁石が配置されており、特許文献２に示されるホール素子は横型ホール素子である、と推定される。   By the way, the Hall element outputs an electrical signal corresponding to a change in magnetic flux by the Hall effect (Hall voltage generated by a magnetic flux that is linked to a current flowing through the substrate). Therefore, when a horizontal Hall element in which a current flows along the surface of the substrate is adopted as the Hall element, the substrate and the bias magnet are applied so that a bias magnetic field is applied substantially perpendicular to the Hall element formation surface of the substrate. The placement position must be determined. In order to satisfy the above conditions, the bias magnet must be disposed on the Hall element formation surface or the back surface thereof. In Patent Document 2, as shown in FIG. 1C of Patent Document 2, a bias magnet is arranged on the back surface of the substrate, and it is estimated that the Hall element shown in Patent Document 2 is a horizontal Hall element. The

特許文献２では、基板の側面をベース部材への搭載面とすることで、上記したように、ホール素子形成面の裏面にバイアス磁石が配置されている。そして、特許文献２の図１（ｃ）に示されるように、基板におけるホール素子形成面と、ターミナルにおける基板との電気的な接続面が、略垂直となっている。このような構成では、半導体チップとターミナルとを電気的に接続することが困難であり、特許文献１に示される回転検出装置の電気的な接続構成（特許文献１の図１参照）に比べて複雑である。したがって、実装工程が複雑化し、コストが嵩むことが懸念される。   In Patent Document 2, a bias magnet is arranged on the back surface of the Hall element forming surface as described above by using the side surface of the substrate as a mounting surface to the base member. And as FIG.1 (c) of patent document 2 shows, the electrical connection surface of the Hall element formation surface in a board | substrate and the board | substrate in a terminal is substantially perpendicular | vertical. In such a configuration, it is difficult to electrically connect the semiconductor chip and the terminal. Compared to the electrical connection configuration of the rotation detection device disclosed in Patent Document 1 (see FIG. 1 of Patent Document 1). It is complicated. Therefore, there is a concern that the mounting process becomes complicated and the cost increases.

そこで、本発明は上記問題点に鑑み、コストが低減された回転検出装置を提供することを目的とする。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a rotation detection device with reduced cost.

上記した目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、回転体の回転に伴う磁束の変化に応じた電気信号を出力するホール素子が表面側に形成された半導体チップと、回転体及びホール素子にバイアス磁界を印加するバイアス磁石と、半導体チップとボンディングワイヤを介して電気的に接続されるターミナルと、ターミナルが一体的に鋳込まれ、少なくとも半導体チップを搭載するベース部材と、を備える回転検出装置であって、ホール素子は、半導体チップの厚さ方向に電流が流れる縦型ホール素子であり、半導体チップは、表面側に縦型ホール素子の出力信号を処理する処理回路が形成され、表面の裏面を搭載面として、ベース部材上に配置されており、ベース部材における半導体チップ搭載面側から、ターミナルにおけるボンディングワイヤが接続される接続面が露出され、該接続面と表面とが略平行とされていることを特徴する。   In order to achieve the above-described object, the invention according to claim 1 is a semiconductor chip in which a Hall element that outputs an electrical signal corresponding to a change in magnetic flux accompanying rotation of a rotating body is formed on the surface side, and the rotating body And a bias magnet for applying a bias magnetic field to the Hall element, a terminal electrically connected to the semiconductor chip via a bonding wire, and a base member on which the terminal is integrally cast and at least the semiconductor chip is mounted. The Hall element is a vertical Hall element in which current flows in the thickness direction of the semiconductor chip, and the semiconductor chip is formed with a processing circuit that processes the output signal of the vertical Hall element on the surface side It is arranged on the base member with the back surface of the front surface as the mounting surface. Nguwaiya is exposed connecting surface to be connected to, characterized in that the said connecting surface and the surface is substantially parallel.

このように本発明によれば、磁電変換素子として、磁束の変化に応じた電気信号を出力するホール素子を採用している。したがって、磁電変換素子としてＭＲＥを採用した回転検出装置とは異なり、本発明で示すように、磁電変換素子と処理回路とを同一の半導体チップに形成することができる。これにより、磁電変換素子と処理回路とが別の半導体チップに形成された構成に比べて、製造工程と実装工程を簡素化することができる。これにより、コストを低減することができる。   Thus, according to the present invention, a Hall element that outputs an electrical signal corresponding to a change in magnetic flux is employed as the magnetoelectric conversion element. Therefore, unlike the rotation detection device employing the MRE as the magnetoelectric conversion element, the magnetoelectric conversion element and the processing circuit can be formed on the same semiconductor chip as shown in the present invention. Thereby, a manufacturing process and a mounting process can be simplified compared with the structure by which the magnetoelectric conversion element and the processing circuit were formed in another semiconductor chip. Thereby, cost can be reduced.

また、本発明によれば、ホール素子として、基板の厚さ方向に電流が流れる縦型ホール素子を採用している。これにより、半導体チップの表面に沿って電流が流れる横型ホール素子とは異なり、電流の流れる方向と磁束の印加方向とを略垂直にするために、基板の側面をベース部材への搭載面としなくても良く、本発明で示すように、半導体チップの裏面を、ベース部材への搭載面とすることができる。したがって、ベース部材における半導体チップ搭載面側から、ターミナルにおけるボンディングワイヤが接続される接続面が露出されるように構成し、半導体チップにおける縦型ホール素子の形成面と、ターミナルにおけるボンディングワイヤが接続される接続面とを略平行にすることができる。このように、磁電変換素子として横型ホール素子を採用した回転検出装置と比べて、半導体チップの電気的な接続構成が簡素化されるので、実装工程が簡素化され、コストが低減される。以上のようにして、本発明に係る回転検出装置は、コストが低減された回転検出装置となっている。   Further, according to the present invention, a vertical Hall element in which a current flows in the thickness direction of the substrate is employed as the Hall element. Thus, unlike the lateral Hall element in which current flows along the surface of the semiconductor chip, the side surface of the substrate is not used as a mounting surface on the base member in order to make the current flowing direction and the magnetic flux application direction substantially vertical. As shown in the present invention, the back surface of the semiconductor chip can be used as a mounting surface on the base member. Therefore, the connection surface to which the bonding wire in the terminal is connected is exposed from the semiconductor chip mounting surface side in the base member, and the formation surface of the vertical Hall element in the semiconductor chip and the bonding wire in the terminal are connected. Can be made substantially parallel to the connecting surface. As described above, since the electrical connection configuration of the semiconductor chip is simplified as compared with the rotation detection device employing the horizontal Hall element as the magnetoelectric conversion element, the mounting process is simplified and the cost is reduced. As described above, the rotation detection device according to the present invention is a rotation detection device with reduced cost.

請求項２に記載のように、縦型ホール素子が、半導体チップに複数形成された構成とするのが良い。これによれば、複数の出力信号を得ることができるので、該出力信号を比較することで、回転体の回転数だけでなく、回転方向も検出することができる。   According to a second aspect of the present invention, a plurality of vertical Hall elements may be formed on a semiconductor chip. According to this, since a plurality of output signals can be obtained, by comparing the output signals, not only the number of rotations of the rotating body but also the rotation direction can be detected.

請求項３に記載のように、複数の縦型ホール素子として、バイアス磁界の磁気的中心線に対して線対称となるように形成された対をなす縦型ホール素子を少なくとも１つ有する構成としても良い。これによれば、バイアス磁石の近傍に磁性材料がない状態（オープンフラックス状態）で、磁気中心線に対して対称にバイアス磁界が形成されるので、対をなす縦型ホール素子それぞれに、バイアス磁界を均等に印加することができる。したがって、磁気中心線に対して線対称に配置された対をなす縦型ホール素子の電気信号を比較することで、回転体の回転に伴う磁束の変動を検出することができる。   According to a third aspect of the present invention, the plurality of vertical Hall elements include at least one pair of vertical Hall elements formed to be line-symmetric with respect to the magnetic center line of the bias magnetic field. Also good. According to this, since there is no magnetic material in the vicinity of the bias magnet (open flux state), a bias magnetic field is formed symmetrically with respect to the magnetic center line, so that each pair of vertical Hall elements has a bias magnetic field. Can be applied evenly. Therefore, by comparing the electrical signals of the paired vertical Hall elements arranged symmetrically with respect to the magnetic center line, it is possible to detect the fluctuation of the magnetic flux accompanying the rotation of the rotating body.

請求項４に記載のように、対をなす縦型ホール素子は、磁気的中心線に対して略ハの字状に形成された構成とすることが好ましい。   According to a fourth aspect of the present invention, the paired vertical Hall elements are preferably formed in a substantially C shape with respect to the magnetic center line.

バイアス磁石における一方の磁極（Ｎ極）から発生した磁束は、他方の磁極（Ｓ極）に集束するように、バイアス磁界を形成する。バイアス磁界は、Ｎ極近傍では磁気中心線に沿うように形成されるが、Ｎ極遠方では、Ｓ極に到達するように、磁気中心線に対して略垂直な方向へ広がるように曲がり始める。本発明によれば、対をなす縦型ホール素子が磁気中心線に対して略ハの字状に形成されている。すなわち、磁気中心線に対して略垂直な方向へ狭まるように形成されている。このように、バイアス磁界が縦型ホール素子を流れる電流に対して略垂直に印加されるように、縦型ホール素子が形成されるので、磁気中心線に対して略垂直な方向に複数の縦型ホール素子が半導体基板に形成された構成と比べて、縦型ホール素子を流れる電流に対して鎖交する磁束密度を向上し、出力信号の強度を向上することができる。   A magnetic flux generated from one magnetic pole (N pole) in the bias magnet forms a bias magnetic field so as to be focused on the other magnetic pole (S pole). The bias magnetic field is formed along the magnetic center line in the vicinity of the N pole, but starts to bend so as to spread in a direction substantially perpendicular to the magnetic center line so as to reach the S pole in the distance from the N pole. According to the present invention, the paired vertical Hall elements are formed in a substantially square shape with respect to the magnetic center line. That is, it is formed so as to narrow in a direction substantially perpendicular to the magnetic center line. In this way, the vertical Hall element is formed such that the bias magnetic field is applied substantially perpendicular to the current flowing through the vertical Hall element, so that a plurality of vertical holes are formed in a direction substantially perpendicular to the magnetic center line. Compared with the configuration in which the type Hall element is formed on the semiconductor substrate, the magnetic flux density linked to the current flowing through the vertical type Hall element can be improved, and the strength of the output signal can be improved.

請求項５に記載のように、バイアス磁石は筒状であり、バイアス磁石が、ベース部材とともにハウジングを構成する有底筒状のケース部材の内部に収容される構成としても良い。または、請求項６に記載のように、バイアス磁石が、回転体との間に半導体チップが配置されるように、ベース部材上に配置される構成としても良い。いずれの構成においても、半導体チップの厚さ方向に流れる電流に対して、略垂直に鎖交し、且つ回転体に印加するバイアス磁界を形成することができる。   According to a fifth aspect of the present invention, the bias magnet may be cylindrical, and the bias magnet may be housed inside a bottomed cylindrical case member that constitutes a housing together with the base member. Alternatively, the bias magnet may be arranged on the base member such that the semiconductor chip is arranged between the bias magnet and the rotating body. In any configuration, it is possible to form a bias magnetic field that is linked substantially perpendicularly to the current flowing in the thickness direction of the semiconductor chip and applied to the rotating body.

以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る回転検出装置の概略構成を示す平面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。図３は、縦型ホール素子の概略構成を説明するための断面図である。なお、以下においては、半導体基板の厚さ方向に沿う方向を厚さ方向、該厚さ方向に対して略垂直であり、バイアス磁界の磁気的中心線に沿う方向（バイアス磁石の中心部を磁束が貫く方向）を貫通方向、該貫通方向及び厚さ方向に対して略垂直な方向を横方向と示す。また、図１において、バイアス磁石によって生成されるバイアス磁界を一点鎖線で示し、磁気的中心線を、貫通方向に沿う一点鎖線で示す。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a plan view illustrating a schematic configuration of the rotation detection device according to the first embodiment. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining a schematic configuration of the vertical Hall element. In the following description, the direction along the thickness direction of the semiconductor substrate is the thickness direction, and is substantially perpendicular to the thickness direction, and the direction along the magnetic center line of the bias magnetic field (the center portion of the bias magnet is a magnetic flux). The direction through which the film penetrates is shown as the penetration direction, and the direction substantially perpendicular to the penetration direction and the thickness direction is shown as the transverse direction. In FIG. 1, the bias magnetic field generated by the bias magnet is indicated by a one-dot chain line, and the magnetic center line is indicated by a one-dot chain line along the penetration direction.

図１及び図２に示すように、回転検出装置１００は、要部として、厚さ方向に電流が流れる縦型ホール素子２０を有する半導体チップ１０と、半導体チップ１０と外部装置とを電気的に接続するターミナル３０と、ターミナル３０が一体的に鋳込まれた蓋材４０と、蓋材４０とともにハウジングを形成する有底筒状のケース部材５０と、ケース部材５０の内部に収容された筒状のバイアス磁石６０と、を備える。   As shown in FIGS. 1 and 2, the rotation detection device 100 electrically connects, as a main part, a semiconductor chip 10 having a vertical Hall element 20 in which a current flows in the thickness direction, and the semiconductor chip 10 and an external device. A terminal 30 to be connected, a lid member 40 in which the terminal 30 is integrally cast, a bottomed cylindrical case member 50 that forms a housing together with the lid member 40, and a cylindrical shape housed inside the case member 50 Bias magnet 60.

半導体チップ１０は、回転体２００の回転に伴う磁束の変化に応じた電気信号を出力する縦型ホール素子２０と、該縦型ホール素子２０の出力信号を処理する処理回路（図示略）とが形成された半導体基板１１を有するものである。本実施形態に係る半導体基板１１は、図３に示すように、Ｐ導電型のベース基板１２と、該ベース基板１２の表面にエピタキシャル成長によって形成されたＮ導電型（Ｎ＋）のエピタキシャル層１３とを有している。そして、後述するように、半導体基板１１における表面１１ａ側の表層（エピタキシャル層１３）には、縦型ホール素子２０と、処理回路とが形成される構成となっている。半導体基板１１は、上記した表面１１ａの裏面１１ｂが、後述する蓋材４０の舌部４１への搭載面とされ、これにより、半導体チップ１０が舌部４１の表面４１ａに搭載された状態で、表面１１ａが、後述するターミナル３０の一端３１におけるボンディングワイヤ７０との接続面３１ａと、略平行となっている。そして、表面１１ａに形成されたパッド（図示略）と、ターミナル３０の一端３１における接続面３１ａとが、ボンディングワイヤ７０を介して電気的に接続されている。   The semiconductor chip 10 includes a vertical Hall element 20 that outputs an electrical signal corresponding to a change in magnetic flux accompanying rotation of the rotating body 200, and a processing circuit (not shown) that processes an output signal of the vertical Hall element 20. The semiconductor substrate 11 is formed. As shown in FIG. 3, the semiconductor substrate 11 according to the present embodiment includes a P-conductivity type base substrate 12 and an N-conductivity type (N +) epitaxial layer 13 formed on the surface of the base substrate 12 by epitaxial growth. Have. As will be described later, a vertical Hall element 20 and a processing circuit are formed on the surface layer (epitaxial layer 13) on the surface 11a side of the semiconductor substrate 11. In the semiconductor substrate 11, the back surface 11 b of the front surface 11 a described above is a mounting surface on the tongue portion 41 of the lid member 40 to be described later, whereby the semiconductor chip 10 is mounted on the surface 41 a of the tongue portion 41. The surface 11a is substantially parallel to the connection surface 31a with the bonding wire 70 at one end 31 of the terminal 30 described later. A pad (not shown) formed on the surface 11 a and the connection surface 31 a at the one end 31 of the terminal 30 are electrically connected via a bonding wire 70.

縦型ホール素子２０は、ホール効果（半導体基板１１を流れる電流と垂直に鎖交する磁束によって生じるホール電圧）によって、回転体２００の回転に伴う磁束の変化に応じた電気信号を出力するものである。本実施形態に係る縦型ホール素子２０は、図３に示すように、エピタキシャル層１３内に形成されたＮ導電型（Ｎ＋）の高濃度領域２１と、該高濃度領域２１間に直接電流が流れることを防ぐために、表面１１ａからベース基板１２に達するように形成されたＰ導電型（Ｐ＋）の分離領域２２と、縦型ホール素子２０と隣接する素子との寄生効果を防ぐためのＰ導電型（Ｐ＋）の区画領域２３と、ベース基板１２とエピタキシャル層１３との境界に形成される、高濃度領域２１間を流れる電流をバイパスするＮ導電型（Ｎ＋）の埋め込み領域２４と、を有している。図３の矢印で示すように、一方の高濃度領域２１から他方の高濃度領域２１へ流れる電流は、先ず、一方の高濃度領域２１から埋め込み領域２４へ流れ、埋め込み領域２４を介して、埋め込み領域２４から他方の高濃度領域２１へ流れるようになっている。このように、電流は、高濃度領域２１から埋め込み領域２４の方向、及び埋め込み領域２４から高濃度領域２１の方向に流れる。すなわち、電流は、厚さ方向に流れるようになっている。この厚さ方向に流れる電流に、貫通方向に沿うバイアス磁界の一部（磁束）が鎖交すると、横方向にホール電圧が生じる。該ホール電圧は、半導体基板１１に形成された処理回路（図示略）に出力され、該処理回路によって、回転状態（回転数、及び横方向）が検出されるようになっている。なお、分離領域２２としては、表面１１ａからベース基板１２に達するように絶縁トレンチを形成しても良い。   The vertical Hall element 20 outputs an electrical signal corresponding to a change in magnetic flux accompanying the rotation of the rotating body 200 by the Hall effect (Hall voltage generated by a magnetic flux that is linked perpendicularly to the current flowing through the semiconductor substrate 11). is there. As shown in FIG. 3, the vertical Hall element 20 according to this embodiment has a direct current between an N conductivity type (N +) high concentration region 21 formed in the epitaxial layer 13 and the high concentration region 21. In order to prevent the flow, P conductivity (P +) isolation region 22 formed so as to reach base substrate 12 from surface 11a and P conductivity to prevent a parasitic effect between vertical Hall element 20 and an adjacent element. A partition region 23 of the type (P +) and an N conductivity type (N +) buried region 24 that bypasses the current flowing between the high concentration regions 21 formed at the boundary between the base substrate 12 and the epitaxial layer 13. is doing. As indicated by the arrows in FIG. 3, the current flowing from one high concentration region 21 to the other high concentration region 21 first flows from one high concentration region 21 to the embedded region 24, and is embedded via the embedded region 24. It flows from the region 24 to the other high concentration region 21. As described above, the current flows from the high concentration region 21 to the buried region 24 and from the buried region 24 to the high concentration region 21. That is, the current flows in the thickness direction. When a part of the bias magnetic field (magnetic flux) along the penetration direction is linked to the current flowing in the thickness direction, a Hall voltage is generated in the lateral direction. The Hall voltage is output to a processing circuit (not shown) formed on the semiconductor substrate 11, and the rotation state (the number of rotations and the lateral direction) is detected by the processing circuit. As the isolation region 22, an insulating trench may be formed so as to reach the base substrate 12 from the surface 11a.

また、本実施形態に係る縦型ホール素子２０は、図１に示すように、磁気的中心線に対して線対称となり、バイアス磁界が縦型ホール素子２０を流れる電流に対して略垂直に印加されるように、略ハの字状に形成された２つの縦型ホール素子２０ａ，２０ｂを有している。図１の一点鎖線で示すように、バイアス磁石６０の中心部では、貫通方向に対して略平行にバイアス磁界が形成される。しかしながら、中心部から離れた位置では、バイアス磁界は、一方の磁極（Ｎ極）から他方の磁極（Ｓ極）に集束するように、横方向及び厚さ方向に沿う方向に曲がるように形成される。したがって、上記したように縦型ホール素子２０ａ，２０ｂを形成することで、横方向に沿って複数の縦型ホール素子２０が形成された構成と比べて、縦型ホール素子２０を流れる電流に対して鎖交する磁束密度を向上し、出力信号の強度を向上することができる。   Further, as shown in FIG. 1, the vertical Hall element 20 according to the present embodiment is symmetrical with respect to the magnetic center line, and a bias magnetic field is applied substantially perpendicularly to the current flowing through the vertical Hall element 20. As shown in the figure, it has two vertical Hall elements 20a and 20b formed in a substantially C shape. As shown by the alternate long and short dash line in FIG. 1, a bias magnetic field is formed in the central portion of the bias magnet 60 substantially parallel to the penetration direction. However, at a position away from the center, the bias magnetic field is formed to bend in the direction along the lateral direction and the thickness direction so as to converge from one magnetic pole (N pole) to the other magnetic pole (S pole). The Therefore, by forming the vertical Hall elements 20a and 20b as described above, the current flowing through the vertical Hall element 20 can be compared with the configuration in which a plurality of vertical Hall elements 20 are formed along the horizontal direction. As a result, the magnetic flux density interlinked can be improved, and the strength of the output signal can be improved.

ターミナル３０は、半導体チップ１０と外部装置とを電気的に接続するものである。ターミナル３０は、後述する蓋材４０に一体的に鋳込まれ、その一部が蓋材４０から露出されている。本実施形態では、ターミナル３０の一端３１におけるボンディングワイヤ７０との接続面３１ａ、及び外部装置との接続部位である他端３２が、蓋材４０から露出されている。   The terminal 30 is for electrically connecting the semiconductor chip 10 and an external device. The terminal 30 is integrally cast into a lid member 40 described later, and a part of the terminal 30 is exposed from the lid member 40. In the present embodiment, the connection surface 31 a with the bonding wire 70 at one end 31 of the terminal 30 and the other end 32 that is a connection site with an external device are exposed from the lid member 40.

蓋材４０は、ケース部材５０とともにハウジングを構成し、縦型ホール素子２０を外部雰囲気から遮断するものである。本実施形態に係る蓋材４０は、半導体基板１１を搭載する平板状の舌部４１と、ケース部材５０の開口端５１を閉塞する蓋部４２とを有している。舌部４１は、蓋部４２における内面４２ａから貫通方向に沿って延設され、ターミナル３０における他端３２が、蓋部４２における外面４２ｂから貫通方向に沿って延設され、ハウジングから露出されている。そして、図２に示すように、蓋材４０の舌部４１における表面４１ａとターミナル３０における接続面３１ａとが略面一となっている。なお、蓋材４０は、特許請求の範囲に記載のベース部材に相当する。   The lid member 40 constitutes a housing together with the case member 50, and blocks the vertical Hall element 20 from the external atmosphere. The lid member 40 according to the present embodiment includes a flat tongue portion 41 on which the semiconductor substrate 11 is mounted, and a lid portion 42 that closes the opening end 51 of the case member 50. The tongue 41 extends from the inner surface 42a of the lid 42 along the penetrating direction, and the other end 32 of the terminal 30 extends from the outer surface 42b of the lid 42 along the penetrating direction and is exposed from the housing. Yes. And as shown in FIG. 2, the surface 41a in the tongue part 41 of the cover material 40 and the connection surface 31a in the terminal 30 are substantially flush. The lid member 40 corresponds to the base member described in the claims.

ケース部材５０は、蓋材４０とともにハウジングを構成し、縦型ホール素子２０を外部雰囲気から遮断するものである。本実施形態に係るケース部材５０は、有底筒状に形成されており、その開口端５１が、蓋材４０によって閉塞されるようになっている。そして、ケース部材５０における内壁面５０ａに、バイアス磁石６０が設けられている。   The case member 50 constitutes a housing together with the lid member 40 and blocks the vertical Hall element 20 from the external atmosphere. The case member 50 according to the present embodiment is formed in a bottomed cylindrical shape, and the opening end 51 is closed by the lid member 40. A bias magnet 60 is provided on the inner wall surface 50 a of the case member 50.

バイアス磁石６０は、バイアス磁界を縦型ホール素子２０及び回転体２００に印加するものである。本実施形態にかかるバイアス磁石６０は、筒状に形成されており、ケース部材５０における内壁面５０ａに固定されるようになっている。そして、ケース部材５０とともに蓋材４０に固定された状態で、バイアス磁石６０内に半導体チップ１０が位置するようになっている。   The bias magnet 60 applies a bias magnetic field to the vertical Hall element 20 and the rotating body 200. The bias magnet 60 according to the present embodiment is formed in a cylindrical shape and is fixed to the inner wall surface 50 a of the case member 50. The semiconductor chip 10 is positioned in the bias magnet 60 while being fixed to the lid member 40 together with the case member 50.

次に、回転体２００の回転状態を検出する原理について概説する。図１及び図２に示すように、磁性材料を用いて形成され、外周に所定のピッチで形成された凸部を有する回転体２００が回転すると、凸部にバイアス磁界の一部が引かれるために、バイアス磁界の形成領域が変動し、縦型ホール素子２０を貫通する磁束の向きも変動する。縦型ホール素子２０を貫通する磁束の向きが変動すると、それに伴って、縦型ホール素子２０を流れる電流（厚さ方向に流れる電流）に鎖交する磁束密度も変動し、磁束密度に比例するホール電圧も変動する。このように、回転体２００の回転に伴って、ホール電圧も変動するので、該ホール電圧の変動を検出することで、回転体の回転状態（回転数や横方向）を検出することができる。なお、ホール電圧を処理する処理回路、及び該処理回路を用いた回転体の回転状態の検出方法は、例えば特開平６−３１７４３０号公報に詳説されているので、本実施形態ではその説明を割愛する。   Next, the principle of detecting the rotation state of the rotating body 200 will be outlined. As shown in FIGS. 1 and 2, when a rotating body 200 having a convex portion formed of a magnetic material and formed at a predetermined pitch on the outer periphery rotates, a part of the bias magnetic field is drawn to the convex portion. In addition, the formation region of the bias magnetic field varies, and the direction of the magnetic flux penetrating the vertical Hall element 20 also varies. When the direction of the magnetic flux passing through the vertical Hall element 20 changes, the magnetic flux density linked to the current flowing through the vertical Hall element 20 (current flowing in the thickness direction) also changes, and is proportional to the magnetic flux density. Hall voltage also fluctuates. As described above, since the Hall voltage also varies with the rotation of the rotating body 200, the rotation state (the number of rotations and the lateral direction) of the rotating body can be detected by detecting the variation of the Hall voltage. Note that the processing circuit for processing the Hall voltage and the method for detecting the rotational state of the rotating body using the processing circuit are described in detail in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-317430, and the description thereof is omitted in this embodiment. To do.

次に、本実施形態に係る回転検出装置１００の作用効果を説明する。上記したように、本実施形態では、回転体２００の回転によるバイアス磁界（磁束）の変動に応じた電気信号を出力する磁電変換素子として、半導体基板１１の厚さ方向に電流が流れる縦型ホール素子２０を採用している。したがって、磁電変換素子としてＭＲＥを採用した回転検出装置とは異なり、磁電変換素子（縦型ホール素子２０）と処理回路（図示略）とを同一の半導体基板１１に形成することができる。したがって、本実施形態に係る回転検出装置１００は、磁電変換素子と処理回路とが別の半導体基板に形成された回転検出装置に比べて、製造工程及び実装工程が簡素化され、コストが低減された回転検出装置となっている。   Next, the effect of the rotation detection apparatus 100 according to the present embodiment will be described. As described above, in this embodiment, a vertical hole in which a current flows in the thickness direction of the semiconductor substrate 11 as a magnetoelectric conversion element that outputs an electrical signal corresponding to a change in a bias magnetic field (magnetic flux) due to the rotation of the rotating body 200. The element 20 is employed. Therefore, unlike the rotation detection device employing the MRE as the magnetoelectric conversion element, the magnetoelectric conversion element (vertical Hall element 20) and the processing circuit (not shown) can be formed on the same semiconductor substrate 11. Therefore, the rotation detection device 100 according to the present embodiment has a simplified manufacturing process and mounting process and reduced cost compared to the rotation detection device in which the magnetoelectric conversion element and the processing circuit are formed on different semiconductor substrates. This is a rotation detection device.

また、上記したように、磁電変換素子として、半導体基板１１の厚さ方向に電流が流れる縦型ホール素子２０を採用している。したがって、半導体基板の表面に沿って電流が流れる横型ホール素子とは異なり、電流の流れる方向と磁束の印加方向とを略垂直にするために、半導体基板１１の側面を舌部４１への搭載面としなくても良い。そこで、本実施形態で示したように、半導体基板１１における縦型ホール素子２０が形成される表面１１ａの裏面１１ｂを舌部４１への搭載面とすることで、表面１１ａと、ターミナル３０の一端３１における接続面３１ａとを略平行とすることができる。このように、表面１１ａと接続面３１ａとが略平行となるので、表面１１ａと接続面３１ａとが略垂直となる回転検出装置（磁電変換素子として横型ホール素子を採用した回転検出装置）と比べて、半導体チップ１０の電気的な接続構成を簡素化することができる。これにより、実装工程が簡素化されるので、コストを低減することができる。以上のようにして、上記した回転検出装置１００は、コストが低減された回転検出装置となっている。   Further, as described above, the vertical Hall element 20 in which current flows in the thickness direction of the semiconductor substrate 11 is employed as the magnetoelectric conversion element. Therefore, unlike the lateral Hall element in which current flows along the surface of the semiconductor substrate, the side surface of the semiconductor substrate 11 is mounted on the tongue 41 in order to make the current flowing direction and the magnetic flux application direction substantially vertical. You don't have to. Therefore, as shown in the present embodiment, the back surface 11b of the front surface 11a on which the vertical Hall element 20 is formed in the semiconductor substrate 11 is used as a mounting surface on the tongue 41, so that the front surface 11a and one end of the terminal 30 are provided. The connection surface 31a in 31 can be made substantially parallel. Thus, since the surface 11a and the connection surface 31a are substantially parallel, compared to a rotation detection device (rotation detection device employing a horizontal Hall element as a magnetoelectric conversion element) in which the surface 11a and the connection surface 31a are substantially vertical. Thus, the electrical connection configuration of the semiconductor chip 10 can be simplified. As a result, the mounting process is simplified, and the cost can be reduced. As described above, the rotation detection device 100 described above is a rotation detection device with reduced cost.

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。   The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

本実施形態では、筒状のバイアス磁石６０を、ケース部材５０の内壁面５０ａに設ける例を示した。しかしながら、バイアス磁界を縦型ホール素子２０及び回転体２００に印加することができるのであれば、バイアス磁石６０の形状、及びその配置位置は上記例に限定されない。例えば、図４に示すように、平面矩形状のバイアス磁石６０を、回転体２００との間に半導体チップ１０が位置するように、舌部４１の表面４１ａ上に固定しても良い。なお、図４は回転検出装置の変形例を示す平面図である。   In this embodiment, the example which provides the cylindrical bias magnet 60 in the inner wall surface 50a of the case member 50 was shown. However, as long as a bias magnetic field can be applied to the vertical Hall element 20 and the rotator 200, the shape of the bias magnet 60 and the arrangement position thereof are not limited to the above example. For example, as shown in FIG. 4, a planar rectangular bias magnet 60 may be fixed on the surface 41 a of the tongue 41 so that the semiconductor chip 10 is positioned between the rotating body 200. FIG. 4 is a plan view showing a modification of the rotation detection device.

また、本実施形態では、半導体基板１１が、Ｐ導電型（Ｐ−）のベース基板１２とＮ導電型（Ｎ−）のエピタキシャル層１３とを有する例を示した。しかしながら、図５に示すように、半導体基板１１が、Ｐ導電型（Ｐ−）のベース基板１２を有する構成としても良い。この場合、縦型ホール素子２０は、半導体基板１１の表面１１ａ側の表層に形成されたＮ導電型（Ｎ−）のウェル領域２５と、該ウェル領域２５に形成される複数のＮ導電型（Ｎ＋）の高濃度領域２１と、該高濃度領域２１間に形成され、高濃度領域２１間を直接電流が流れることを防ぐ分離領域２２と、縦型ホール素子２０と隣接する素子との寄生効果を防ぐためのＰ導電型（Ｐ）の区画領域２３と、を有している。この場合、電流は、図５に示すように、分離領域２２を迂回するように流れ、厚さ方向に流れるようになっている。なお、図５は縦型ホール素子の変形例を示す断面図である。   In the present embodiment, the semiconductor substrate 11 has an example in which the base substrate 12 of P conductivity type (P−) and the epitaxial layer 13 of N conductivity type (N−) are included. However, as shown in FIG. 5, the semiconductor substrate 11 may have a P-conductivity type (P−) base substrate 12. In this case, the vertical Hall element 20 includes an N conductivity type (N−) well region 25 formed in the surface layer on the surface 11 a side of the semiconductor substrate 11, and a plurality of N conductivity types (in the well region 25). N +) high-concentration region 21, a separation region 22 formed between the high-concentration regions 21 and preventing direct current from flowing between the high-concentration regions 21, and a parasitic effect between elements adjacent to the vertical Hall element 20 And a partition region 23 of P conductivity type (P) for preventing this. In this case, as shown in FIG. 5, the current flows so as to bypass the separation region 22 and flows in the thickness direction. FIG. 5 is a cross-sectional view showing a modification of the vertical Hall element.

第１実施形態に係る回転検出装置の概略構成を示す平面図である。It is a top view which shows schematic structure of the rotation detection apparatus which concerns on 1st Embodiment. 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the II-II line | wire of FIG. 縦型ホール素子の概略構成を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating schematic structure of a vertical Hall element. 回転検出装置の変形例を示す平面図である。It is a top view which shows the modification of a rotation detection apparatus. 縦型ホール素子の変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the modification of a vertical Hall element.

符号の説明Explanation of symbols

１０・・・半導体チップ
２０・・・縦型ホール素子
３０・・・ターミナル
４０・・・蓋材
５０・・・カバー部材
６０・・・バイアス磁石
７０・・・ボンディングワイヤ
１００・・・回転検出装置
２００・・・回転体 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Semiconductor chip 20 ... Vertical Hall element 30 ... Terminal 40 ... Cover material 50 ... Cover member 60 ... Bias magnet 70 ... Bonding wire 100 ... Rotation detection apparatus 200: Rotating body

Claims (6)

回転体の回転に伴う磁束の変化に応じた電気信号を出力するホール素子が表面側に形成された半導体チップと、
前記回転体及び前記ホール素子にバイアス磁界を印加するバイアス磁石と、
前記半導体チップとボンディングワイヤを介して電気的に接続されるターミナルと、
前記ターミナルが一体的に鋳込まれ、少なくとも前記半導体チップを搭載するベース部材と、を備える回転検出装置であって、
前記ホール素子は、前記半導体チップの厚さ方向に電流が流れる縦型ホール素子であり、
前記半導体チップは、前記表面側に前記縦型ホール素子の出力信号を処理する処理回路が形成され、前記表面の裏面を搭載面として、前記ベース部材上へ配置されており、
前記ベース部材における半導体チップ搭載面側から、前記ターミナルにおける前記ボンディングワイヤが接続される接続面が露出され、該接続面と前記表面とが略平行とされていることを特徴とする回転検出装置。 A semiconductor chip in which a Hall element that outputs an electrical signal corresponding to a change in magnetic flux accompanying rotation of the rotating body is formed on the surface side;
A bias magnet for applying a bias magnetic field to the rotating body and the Hall element;
A terminal electrically connected to the semiconductor chip via a bonding wire;
The terminal is integrally cast, and at least a base member on which the semiconductor chip is mounted, and a rotation detection device,
The Hall element is a vertical Hall element in which current flows in the thickness direction of the semiconductor chip,
The semiconductor chip has a processing circuit for processing an output signal of the vertical Hall element formed on the surface side, and is disposed on the base member with the back surface of the surface as a mounting surface.
A rotation detecting device, wherein a connection surface to which the bonding wire in the terminal is connected is exposed from a semiconductor chip mounting surface side of the base member, and the connection surface and the surface are substantially parallel to each other. 前記縦型ホール素子は、前記半導体チップに複数形成されていることを特徴とする請求項１に記載の回転検出装置。   The rotation detection device according to claim 1, wherein a plurality of the vertical Hall elements are formed on the semiconductor chip. 複数の前記縦型ホール素子として、前記バイアス磁界の磁気的中心線に対して線対称となるように形成された対をなす縦型ホール素子を少なくとも１つ有することを特徴とする請求項２に記載の回転検出装置。   The plurality of vertical Hall elements include at least one pair of vertical Hall elements formed in line symmetry with respect to a magnetic center line of the bias magnetic field. The rotation detection device described. 前記対をなす縦型ホール素子は、前記磁気的中心線に対して略ハの字状に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の回転検出装置。   The rotation detecting device according to claim 3, wherein the paired vertical Hall elements are formed in a substantially square shape with respect to the magnetic center line. 前記バイアス磁石は、筒状であり、
前記バイアス磁石が、前記ベース部材とともにハウジングを構成する有底筒状のケース部材の内部に収容されていることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項に記載の回転検出装置。 The bias magnet is cylindrical.
5. The rotation detection device according to claim 1, wherein the bias magnet is housed inside a bottomed cylindrical case member that constitutes a housing together with the base member. 前記バイアス磁石は、前記回転体との間に前記半導体チップが配置されるように、前記ベース部材上に配置されていることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項に記載の回転検出装置。   5. The rotation detection according to claim 1, wherein the bias magnet is disposed on the base member such that the semiconductor chip is disposed between the bias magnet and the rotating body. apparatus.
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