JP4402865B2

JP4402865B2 - Magnetoelectric transducer and method for producing the same

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Publication number: JP4402865B2
Application number: JP2002213182A
Authority: JP
Inventors: 一郎柴崎; 広将後藤
Original assignee: Asahi Kasei EMD Corp
Current assignee: Asahi Kasei EMD Corp
Priority date: 2002-07-22
Filing date: 2002-07-22
Publication date: 2010-01-20
Anticipated expiration: 2022-07-22
Also published as: JP2004055932A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁電変換素子及びその作製方法に関し、より詳細には、外部磁場強度を検知する磁電変換素子及びその作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、磁電変換素子は、素子の入力端子間にバイアスをかけ、周囲の磁場強度の変化に応じて、素子内を流れるキャリアの行路が変化することで、出力端子に起電力が生じたり、素子の抵抗値が変化することで外部磁場強度の測定を行える素子である。
【０００３】
これら磁電変換素子の中では、外部の磁場強度に応じて素子の抵抗値が変化する、いわゆる磁気抵抗効果を利用した磁気抵抗素子と、ホール起電力を利用したホール素子の２種類がある。これらの磁電変換素子の感度は、素子を構成する薄膜の電子移動度に比例するため、できるだけ電子移動度の高い材料を選択する必要があり、一般的にはＩｎＳｂ、ＩｎＡｓといった化合物半導体が用いられている。
【０００４】
特に半導体の中でも最も電子移動度の高いＩｎＳｂを感磁部として用いると、磁気インクにより形成されたパターン（紙幣認識）や磁気バーコード、切符の磁気情報の認識などの微弱な磁気の検出を行うことができる。これらのような微弱磁気情報を認識するためには、磁気センサの感磁部と磁気媒体との距離を極力短くすることが必要であるため、通常は磁気センサのパッケージと磁気媒体とを接触させた状態で動作させる必要があり、これらの用途での磁気センサのパッケージは耐磨耗性を向上させるために、金属製のCANパッケージを用いている。
【０００５】
図１０は、従来の非磁性保護ケースに封止された磁電変換素子の構造図で、図中符号１３は磁電変換素子チップ、３３はリードフレーム、４３はバイアス磁石、５３は非磁性保護ケース、６３はエポキシ樹脂、８３は絶縁性ケース、９３は接続ピンを示している。バイアス磁石４３に磁電変換素子チップ１３が設けられ、接続ピン９３と磁電変換素子チップ１３とはリードフレーム３３により電気的に接続されている。バイアス磁石４３と接続ピン９３は絶縁性ケース８３内に収納され、さらに接続ピン９３はエポキシ樹脂６３で封止されていて、全体が非磁性保護ケース５３内に挿入されている。
【０００６】
このような従来の磁電変換素子の作製方法は、磁電変換素子チップ１３の入出力電極の電極パッドをリードフレーム３３と接続し、対向側のリードフレームを樹脂成形された接続ピン９３と各々接続したものを、非磁性保護ケース５３内に挿入して、最後に樹脂封止して磁電変換素子を完成させている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の磁電変換素子の作製方法では、磁電変換素子チップの電極パッドとリードフレームとの接続がフリップチップ方式で行われており、接続部の強度が十分に保たれず、リードフレームのタイバーを切る工程時やタイバーカット後にピンとリードフレームを接続する際に応力がかかり電極パッドとリードフレームが剥れてしまうという問題があった。
【０００８】
このような問題を改善するために、金属配線が施されたガラスエポキシ基板に、磁電変換素子チップをダイボンディングし、電極パッドとガラスエポキシ基板上の金属配線をワイヤーボンディングにより接続する方法があるが、ワイヤーがむき出しのまま用いられているため、非磁性保護ケースと接触してしまったり、ワイヤー自体が細く強度も弱いため、素子作製工程中に断線してしまうといった問題があった。
【０００９】
さらに、従来の磁電変換素子では素子チップの電極パッドに接続されている端子と、素子の端子ピンが別々に構成されており、端子ピンを成形樹脂に差し込み固定する工程や、素子チップの電極パッドと接続されている端子と素子の端子ピンを電気的に接続する工程を行わなければならず、工程が煩雑であった。
【００１０】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、素子の作製工程の簡略化と確実性を向上させ、歩留まりの高い磁電変換素子及びその作製方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、リードフレームと磁電変換素子チップの電極パッドとが電気的に接続され、前記リードフレームの脚部が樹脂封止された磁電変換素子において、前記リードフレームの脚部が感磁面に対して垂直に折り曲げられ、全体が非磁性保護ケース内に封止され、前記磁電変換素子と前記非磁性保護ケースとの間に緩衝材が挿入されていることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記緩衝材が低硬度樹脂からなることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記緩衝材がシリコーンからなることを特徴とする。
【００１９】
また、請求項４に記載の発明は、リードフレームと磁電変換素子チップの電極パッドを電気的に接続させる第一の工程と、前記リードフレーム上の磁電変換素子チップを樹脂によりモールディングする第二の工程と、前記リードフレームの脚部を直角に折り曲げる第三の工程と、前記樹脂を研磨する第四の工程と、全体を非磁性保護ケース内に実装し、前記磁電変換素子と非磁性保護ケースとの間に緩衝材を挿入する第五の工程とを備えたことを特徴とする。
【００２４】
また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記緩衝材が低硬度樹脂からなることを特徴とする。
【００２５】
また、請求項６に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記緩衝材がシリコーンからなることを特徴とする。
【００２６】
また、請求項７に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記第四の工程は、研磨機を用いてチップ封止樹脂を研磨し、前記リードフレームを露出させるまで研磨することを特徴とする。
また、請求項８に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記第四の工程は、研磨機を用いてチップ封止樹脂を研磨し、前記磁電変換素子チップを露出させるまで研磨することを特徴とする。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。
図１は、本発明の磁電変換素子の一実施例を示す構成図で、図２は、本発明の磁電変換素子チップをチップ封止樹脂し、リードフレームの脚部を折り曲げ不用部を研磨した後の素子の上面図で、図３は、本発明の磁電変換素子チップをチップ封止樹脂し、リードフレームの脚部を折り曲げ不用部を研磨する工程を示す側面図である。
【００２８】
図中符号１は磁電変換素子チップ、２はチップ封止樹脂、３はリードフレーム、４はバイアス磁石、５は非磁性保護ケース、６はエポキシ樹脂、７は緩衝材としてのシリコーン、８は絶縁性ケース、１２は研磨して取り去られるチップ封止樹脂部分、１３は磁電変換素子チップ１の電極パッドを示している。バイアス磁石４に樹脂封止された磁電変換素子チップ１が設けられ、リードフレーム３と磁電変換素子チップ１の電極パッド１３とが電気的に接続され、リードフレーム３の脚部とバイアス磁石４とがエポキシ樹脂６により樹脂封止されている。
【００２９】
一方、チップ封止樹脂２とシリコーン７は、絶縁性ケース８内に収納されていて、リードフレーム３の脚部が感磁面に対して垂直に折り曲げられている。そして、これら全体が非磁性保護ケース５内に封止されて磁電変換素子が構成されている。
【００３０】
本発明に用いられる磁電変換素子チップ１の感磁層は、高い出力を得るために出来るだけ高い電子移動度を有していることが好ましく、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＳｂやＩｎＡｓおよびそれらの混晶系であるＩｎＡｓＳｂなどが好ましいものとなる。また、磁電変換素子チップ１の基板は、固体形状を示すものであればどんなものでも良く、例えば、半導体でも誘電体でもセラミックでもガラス基板でも用いることができる。
【００３１】
また、マイカ等のフレキシブル性を有する基板上に感磁層を形成し、他の基板上に転写しても良い。また、半導体基板の中でもＧａＡｓ、Ｓｉ、ＩｎＰ、ＧａＰなどの基板を用いると、感磁層の高い電子移動度が得られるようになり、特に好ましいものとなる。
【００３２】
また、感磁層のより高い電子移動度を得るための方法として、基板と感磁層との間に緩衝層を挿入しても良い。緩衝層としては半導体でも誘電体でも良く、誘電体としてはＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４などが用いられ、半導体としては感磁層と格子定数がなるべく近いものを選択することが好ましく、ＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＡｌＡｓ、ＧａＳｂ、ＡｌＳｂのような２元系、ＩｎＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓＳｂ、ＡｌＡｓＳｂ、ＡｌＧａＳｂ、ＡｌＩｎＳｂのような３元系、ＡｌＧａＡｓＳｂのような４元系を用いても良い。
【００３３】
本発明での感磁層を形成する方法としては、真空蒸着法が一般的に用いられるが、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法は、薄膜の膜厚や組成の制御性が高く特に好ましい方法である。
【００３４】
また、感磁層を形成する際に、感磁層の温度ドリフトを小さくするように、IＶ族元素やＶI族元素を不純物として混入させたものを用いても良い。本発明におけるIＶ族元素の例としてＳｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｐｂなどが挙げられ、ＶI族元素としてはＳ、Ｓｅ、Ｔｅなどが挙げられる。また、感磁層へのIＶ族元素およびＶI族元素のドープ量は、所望の温度特性に応じて適宜選択されるが、磁場感度の兼ね合いからキャリア密度は、１×１０^１６／ｃｍ^３以上１×１０^１８／ｃｍ^３以下とすることが好ましく、より好ましくは、２×１０^１６／ｃｍ^３以上５×１０^１７／ｃｍ^３以下とするのが良い。
【００３５】
本発明での電極として用いられる材料は、Ｃｕ単層やＴｉ／Ａｕ、Ｎｉ／Ａｕ、Ｃｒ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｃｕ、Ｎｉ／Ｃｕ、Ｃｒ／Ｃｕ、Ｃｕ／Ｎｉ／Ａｕのような積層としても良い。この電極材料は、作製した磁電変換素子の使用される動作条件と環境条件とに耐えられる材質であれば、どのような材料を用いてもかまわない。また、電極を形成する方法としては、電子ビーム蒸着や抵抗加熱蒸着といった一般的な真空蒸着法や、スパッタ法やメッキ法によって形成しても良い。また、電極形成後に電極と動作層とのオーミック接触性を良好にするために、急昇温熱アニール（ＲＴＡ）法を用いて熱処理することも好ましい。
【００３６】
本発明での磁電変換素子は、ホール素子でも磁気抵抗素子のどちらでも実装することが可能となる。ホール素子を用いる場合、入力電極間長Ｌ１と感磁部の幅Ｗ１をした場合、その比Ｌ１／Ｗ１は０．３から４にすることが好ましく、より好ましくは、０．５から３．４にすることで高い磁電変換率が得られる。また、磁気抵抗素子を磁電変換素子として用いる場合は、短絡電極間隔をＬ２、感磁部の幅をＷ２とした場合、その比Ｌ２／Ｗ２は０．１から０．４とすることが好ましく、より好ましくは、０．１〜０．３とすることで高い磁気抵抗変化率を得ることができる。
【００３７】
本発明における磁電変換素子チップと非磁性保護ケースとの間隔には、低硬度樹脂を埋め込んでも良い。この低硬度樹脂はより硬度が低いことが好ましく、シリコーンなどを用いると、歪みなどによる外乱ノイズの影響を受けにくくなり好ましいものとなる。磁電変換素子チップと非磁性保護ケースとの間隔は、より短くすることで高い出力感度が得られるようになるため、０．５ｍｍ以下とすることが好ましく、より好ましくは、０．３ｍｍ以下とするのが良い。
【００３８】
本発明における非磁性保護ケースは、対磨耗性に優れており、非磁性であればどのような材質でもかまわない。なかでも銅と亜鉛の合金である真鍮は加工性の点からも好ましく、さらに耐磨耗性を向上させるために真鍮の表面にＣｒやＴｉを薄くコーティングしたものを用いても良い。
【００３９】
以下、非磁性保護ケースに実装されてなる磁電変換素子の作製方法について説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
【００４０】
［実施例１］
磁電変換素子チップ１として磁気抵抗素子を用いて、磁電変換素子を作製した場合の実施例について説明する。まず、薄膜形成方法の一例である分子線エピタキシー法を用いて、ＧａＡｓ基板上に感磁層としてＳｎドープＩｎＳｂ薄膜を形成する。工程はＧａＡｓ基板にＡｓを照射しながら６５０℃で加熱し、表面酸素を脱離させる。次に、５８０℃に温度を下げてＧａＡｓバッファ層を２００ｎｍの厚さで形成する。次に、Ａｓを照射しながら４００℃まで温度を下げた後、ＳｎとＩｎ、Ｓｂを同時に基板に照射しながら、動作層膜厚１μｍからなるＳｎドープＩｎＳｂ薄膜を形成した。この際、ＩｎＳｂ薄膜の電子移動度は７×１０^１６／ｃｍ^３になるようにＳｎセル温度を調節した。
【００４１】
磁電変換素子チップ１の作製プロセスは、通常のフォトリソグラフィーの技術を用いることができる。まず、ＩｎＳｂ／ＧａＡｓ基板のＩｎＳｂ表面にフォトレジストを、スピンコーターを用いて均一に塗布する。フォトレジストの塗布条件は、１００ｃｐの粘度で３２００ｒｐｍの回転速度で２０秒間回転すると２．５μｍの厚さとなる。ＩｎＳｂのメサエッチング用のフォトマスクを用いて、露光・現像した後に塩酸・過酸化水素系のエッチング液で所望の形状にＩｎＳｂ薄膜をメサエッチングする。この場合は、ウエットエッチング法を用いて感磁層のエッチングを行った例を紹介したが、イオンミリングや反応性イオンエッチング法のドライエッチングによってメサエッチングを行っても良い。
【００４２】
次に再度、フォトレジストを塗布した後に、短絡電極と電極パッドを形成するための露光・現像を行い、電極形成用のレジストパターンを形成した後に、電子ビーム蒸着法により電極として１００ｎｍ厚のＴｉと４００ｎｍ厚のＡｕからなる積層電極を形成し、リフトオフ法を用いて所望の電極形状を作製し、素子形状を完成させた。この際の短絡電極間隔Ｌ２と感磁層幅Ｗ２との比Ｌ２／Ｗ２は１４／７０＝０．２とした。
【００４３】
さらに、保護膜として窒化シリコン薄膜を３００ｎｍの厚さでプラズマＣＶＤ法により形成し、電極パッド部分のみの窒化シリコン膜を、反応性イオンエッチング装置を用いて除去した。最後に電極と感磁層との接触を改善するために、不活性ガス雰囲気で５００℃×２分間の熱処理を行った。次に、磁電変換素子チップ１が形成された基板を、ダイシングソーを用いて各素子に切り分けて磁電変換素子チップ１を完成させた。
【００４４】
作製された磁電変換素子チップ１は、専用のリードフレーム３の突起部と磁電変換素子チップ１の電極パッド１３をフリップチップボンディング法により接続し、磁電変換素子チップ１とリードフレーム３に応力がかからないように、磁電変換素子チップ１の周囲をチップ封止樹脂２で樹脂封止した。次に、各磁電変換素子をリードフレーム３から切り離し、さらにリードフレーム３の脚部を垂直に折り曲げた。その後、図３に示すように、研磨機を用いてチップ封止樹脂２の感磁面側を研磨し、リードフレーム３を露出させた。リードフレーム３により接続されている各素子チップ１を切り離し、リードフレーム３の脚部を垂直に折り曲げた。
【００４５】
ここでは、リードフレーム３から各々の素子を切り離し、チップ封止樹脂２を研磨する工程について説明したが、リードフレーム３を切り離さずに、全素子の脚部を折り曲げ、感磁面側のチップ封止樹脂２を研磨してリードフレーム３を露出させた後、各素子を切り離しても良い。以上の工程を施し、図２に示すような磁電変換素子を作製した。
【００４６】
次に、感磁面の反対側のチップ封止樹脂面にバイアス磁石４を接着した。その後、非磁性保護ケース５内にシリコーン７を塗り、素子チップが接着されているバイアス磁石４を非磁性保護ケース５内に実装した。この際、磁電変換素子の位置精度を上げるために、非磁性保護ケース５の内面形状と、磁電変換素子の封止樹脂形状に成形された絶縁性ケース８をガイドとして用いると良い。さらに、非磁性保護ケース５の開口側にエポキシ樹脂６を注入し、素子チップとバイアス磁石４を固定し、図１に示す磁電変換素子を完成させた。
【００４７】
本実施例の方法を用いて、計５００個の磁電変換素子を作製したが、全ての素子の端子間で導通があり、各端子間抵抗値や磁気抵抗変化量のバラツキも５％以内で良好な特性を示した。
【００４８】
また、従来の方法では素子チップの電極パッドに接続する端子と端子ピンとが別々で、その端子間の接続工程があるため工程の煩雑さを招いていたが、本発明による磁電変換素子の作製方法では、リードフレームの脚部を長く取り、脚部を垂直に折り曲げることで、接続端子と接続ピンを一体化させ、工程の簡素化と端子間の接触不良を改善できた。
【００４９】
［実施例２］
磁電変換素子チップとして磁気抵抗素子を用いて、磁電変換素子を作製した場合の実施例について説明する。薄膜形成方法は、実施例１と同様に分子線エピタキシー法を用いて、ＧａＡｓ基板上に感磁層の膜厚１μｍからなるＳｎドープＩｎＳｂ薄膜を形成した。この際、ＩｎＳｂ薄膜の電子移動度は７×１０^１６／ｃｍ^３になるようにＳｎセル温度を調節した。磁電変換素子チップの作製も実施例１と同様の工程で実施した。
【００５０】
図４は、本発明の磁電変換素子の実施例２を示す構成図で、図５は、本発明の磁電変換素子チップをチップ封止樹脂し、リードフレームの脚部を折り曲げ不用部を研磨した後の素子の上面図で、図６は、本発明の磁電変換素子チップをチップ封止樹脂し、リードフレームの脚部を折り曲げ不用部を研磨する工程を示す側面図である。
【００５１】
図中符号１１は磁電変換素子チップ、２１はチップ封止樹脂、３１はリードフレーム、４１はバイアス磁石、５１は非磁性保護ケース、６１はエポキシ樹脂、７１は緩衝材としてのシリコーン、８１は絶縁性ケース、１１１はＡｕワイヤー、１２１は研磨して取り去られるチップ封止樹脂部分、１３１は磁電変換素子チップ１１の電極パッドを示している。バイアス磁石４１に樹脂封止された磁電変換素子チップ１１が設けられ、リードフレーム３１と磁電変換素子チップ１１の電極パッド１３１とが電気的に接続され、リードフレーム３１の脚部とバイアス磁石４１とがエポキシ樹脂６１により樹脂封止されている。
【００５２】
一方、チップ封止樹脂２１とシリコーン７１は、絶縁性ケース８１内に収納されていて、リードフレーム３１の脚部が感磁面に対して垂直に折り曲げられている。そして、これら全体が非磁性保護ケース５１内に封止されて磁電変換素子が構成されている。
【００５３】
作製された磁電変換素子チップ１１は、専用のリードフレーム３１の台座上にダイボンディングし、各電極パッド１３１とリードフレーム３１とはＡｕワイヤー１１１で接続した。その後、磁電変換素子チップ１１をチップ封止樹脂２１で成形した。次に、各素子にリードフレーム３１を切り分け、リードフレーム３１の脚部を磁電変換素子チップ１１の感磁面側に向けて垂直に折り曲げ、図６に示すように、リードフレーム３１の台座側のチップ封止樹脂２１を研磨機によりリードフレーム３１の台座が露出するまで研磨し、図５に示すような磁電変換素子を作製した。
【００５４】
次に、感磁面側のチップ封止樹脂面をバイアス磁石４１と接着し、非磁性保護ケース５１内に実装した。この際、磁電変換素子の位置精度を上げるために、非磁性保護ケース５１の内面形状と、磁電変換素子の封止樹脂形状に成形された絶縁性ケース８１をガイドとして用いると良い。
【００５５】
さらに、非磁性保護ケース５１の開口側にエポキシ樹脂６１を注入し、封止された素子チップとバイアス磁石４１を固定し、図４に示すような磁電変換素子を完成させた。
【００５６】
本実施例の方法を用いて、計５００個の磁電変換素子を作製したが、全ての素子の端子間で導通があり、各端子間抵抗値や磁気抵抗変化量のバラツキも５％以内で良好な特性を示した。
【００５７】
［実施例３］
磁電変換素子チップ１１として磁気抵抗素子を用いて、磁電変換素子を作製した場合の実施例について説明する。薄膜形成方法は、実施例１と同様に分子線エピタキシー法を用いて、ＧａＡｓ基板上に感磁層の膜厚１μｍからなるＳｎドープＩｎＳｂ薄膜を形成した。この際、ＩｎＳｂ薄膜の電子移動度は７×１０^１６／ｃｍ^３になるようにＳｎセル温度を調節した。磁電変換素子チップ１２の作製も実施例１と同様の工程で実施した。
【００５８】
図７は、本発明の磁電変換素子の実施例３を示す構成図で、図８は、本発明の磁電変換素子チップをチップ封止樹脂し、リードフレームの脚部を折り曲げ不用部を研磨した後の素子の上面図で、図９は、本発明の磁電変換素子チップをチップ封止樹脂し、リードフレームの脚部を折り曲げ不用部を研磨する工程を示す側面図である。
【００５９】
図中符号１２は磁電変換素子チップ、２２はチップ封止樹脂、３２はリードフレーム、４２はバイアス磁石、５２は非磁性保護ケース、６２はエポキシ樹脂、７２は緩衝材としてのシリコーン、８２は絶縁性ケース、１２２は研磨して取り去られるチップ封止樹脂部分、１３２は磁電変換素子チップ１２の電極パッドを示している。バイアス磁石４２に樹脂封止された磁電変換素子チップ１２が設けられ、リードフレーム３２と磁電変換素子チップ１２の電極パッド１３２とが電気的に接続され、リードフレーム３２の脚部とバイアス磁石４２とがエポキシ樹脂６２により樹脂封止されている。
【００６０】
一方、チップ封止樹脂２２とシリコーン７２は、絶縁性ケース８２内に収納されていて、リードフレーム３２の脚部が感磁面に対して垂直に折り曲げられている。そして、これら全体が非磁性保護ケース５２内に封止されて磁電変換素子が構成されている。
【００６１】
作製された磁電変換素子チップ１２は、専用のリードフレーム３２の突起部と磁電変換素子チップ１２の電極パッド１３２をフリップチップボンディング法により接続し、磁電変換素子チップ１２とリードフレーム３２に応力がかからないように、磁電変換素子チップ１２の周囲をチップ封止樹脂２２で樹脂封止した。次に、各素子をリードフレーム３２から切り離し、リードフレーム３２の脚部を垂直に折り曲げた。その後、図９に示すように、研磨機を用いて基板側に接する封止樹脂２２を研磨し、磁電変換素子チップ１２を露出させるまで研磨し、図８に示すような磁電変換素子を完成させた。
【００６２】
次に、感磁面側のチップ封止樹脂面をバイアス磁石４２と接着し、非磁性保護ケース５２内に実装した。この際、磁電変換素子の位置精度を上げるために、非磁性保護ケース５２の内面形状と、磁電変換素子の封止樹脂形状に成形された絶縁性ケース８２をガイドとして用いると良い。
【００６３】
さらに、非磁性保護ケース５２の開口側にエポキシ樹脂６２を注入し、封止された素子チップとバイアス磁石４２を固定し、図７に示すような磁電変換素子を完成させた。
【００６４】
本実施例の方法を用いて、計５００個の磁電変換素子を作製したが、全ての素子の端子間で導通があり、各端子間抵抗値や磁気抵抗変化量のバラツキも５％以内で良好な特性を示した。
【００６５】
［比較例１］
図１０に示すように、実施例１と同様の外観を有する非磁性保護ケース５３でパッケージした磁電変換素子を作製する際に、磁電変換素子チップ１３をチップ封止樹脂で覆わずに素子を作製する、いわゆる従来の作製方法を用いて磁電変換素子を作製した場合について説明する。
【００６６】
まず、実施例１と同様に薄膜形成方法の一例である分子線エピタキシー法を用いて、ＧａＡｓ基板上に感磁部としてＳｎドープＩｎＳｂ薄膜を形成する。工程はＧａＡｓ基板にＡｓを照射しながら６５０℃で加熱し、表面酸素を脱離させる。次に、５８０℃に温度を下げてＧａＡｓバッファ層を２００ｎｍの厚さで形成する。次に、Ａｓを照射しながら４００℃まで温度を下げた後、ＳｎとＩｎ、Ｓｂを同時に基板に照射しながら、動作層の膜厚１μｍからなるＳｎドープＩｎＳｂ薄膜を形成した。この際、ＩｎＳｂ薄膜の電子移動度は７×１０^１６／ｃｍ^３になるようにＳｎセル温度を調節した。
【００６７】
次に、磁電変換素子チップ１３の作製プロセスを実施する。磁電変換素子チップ１３は実施例１と同様な磁気抵抗素子を用いた。磁電変換素子チップの作製工程は、まずＩｎＳｂ／ＧａＡｓ基板のＩｎＳｂ表面にフォトレジストをスピンコーターを用いて均一に塗布する。フォトレジストの塗布条件は、１００ｃｐの粘度で３２００ｒｐｍの回転速度で２０秒間回転すると２．５μｍの厚さとなる。ＩｎＳｂのメサエッチング用のフォトマスクを用いて、露光・現像した後に塩酸・過酸化水素系のエッチング液で所望の形状にＩｎＳｂ薄膜をメサエッチングする。
【００６８】
次に再度、フォトレジストを塗布した後に、短絡電極と電極パッドを形成するための露光・現像を行い、電極形成用のレジストパターンを形成した後に、電子ビーム蒸着法により電極として１００ｎｍ厚のＴｉと４００ｎｍ厚のＡｕからなる積層電極を形成し、リフトオフ法を用いて所望の電極形状を作製し、素子形状を完成させた。この際の短絡電極間隔Ｌ２と動作層幅Ｗ２との比Ｌ２／Ｗ２は１４／７０＝０．２とした。さらに、保護膜として窒化シリコン薄膜を３００ｎｍの厚さでプラズマＣＶＤ法により形成し、電極パッド部分のみの窒化シリコン膜を、反応性イオンエッチング装置を用いて除去し、磁電変換素子チップ１３を完成させた。
【００６９】
作製された磁電変換素子チップは、図１０に示すように、専用のリードフレーム３３の突起部と磁電変換素子チップ１３の電極パッド部をフリップチップボンディング法により接続し、リードフレーム３３のタイバーを切り離した。次に、非磁性保護ケース５３の内側と同形状に加工され、バイアス磁石４３の挿入口と接続ピン９３の挿入口が開くように整形された樹脂に、３本の接続ピン９３を差し込み、かつバイアス磁石４３を挿入する。バイアス磁石４３の上面にエポキシ樹脂を用いて、リードフレーム３３についた磁電変換素子チップ１３を接着させ、リードフレーム３３の端と接続ピン９３を半田付けする。最後に非磁性保護ケース５３に差し込み、樹脂で封止し図１０に示すような磁電変換素子を完成させた。
【００７０】
本比較例の方法を用いて、計５００個の磁電変換素子を作製したが、２３個の素子で端子間の導通が無く、１２個の素子で非磁性保護ケースと電極端子が接触したため端子間が短絡しており、計３５個の不良となった。
【００７１】
［比較例２］
図１１に示すように、実施例１と同様に磁電変換素子チップ１４として磁気抵抗素子を用いて、非磁性保護ケース５４に封止して作製される磁電変換素子の作製工程において、磁電変換素子チップ１４を電気配線が施されたガラスエポキシ基板１０４上に接着し、磁電変換素子チップ１４の電極パッドとガラスエポキシ基板１０４上の電極端子とをＡｕワイヤー１１４によるワイヤーボンディングにより接続した。このガラスエポキシ基板１０４には３つの接続ピン９４が挿入される穴が設けてある。別の工程で非磁性保護ケース５４に挿入される成形樹脂に３本の接続ピン９４とバイアス磁石４４を挿入し、バイアス磁石４４上に磁電変換素子チップ１４の乗ったガラスエポキシ基板１０４を接着する。その際、３本の接続ピン９４はガラスエポキシ基板１０４上に設けられた接続穴に挿入されるようにする。次に３本の接続ピン９４の各々と接続穴とを半田により接続させる。最後に非磁性保護ケース５４に挿入し、端面をエポキシ樹脂６４で封止して図１１に示すような磁電変換素子を完成させた。
【００７２】
本比較例の方法を用いて、計３００個の磁電変換素子を作製したが、２個の素子で端子間の導通が無く、９個の素子で非磁性保護ケースと電極端子が接触したため端子間が短絡しており、計１１個の不良となった。
【００７３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、リードフレームと磁電変換素子チップの電極パッドとが電気的に接続され、リードフレームの脚部が樹脂封止された磁電変換素子において、リードフレームの脚部が感磁面に対して垂直に折り曲げられ、全体が非磁性保護ケース内に封止され、前記磁電変換素子と前記非磁性保護ケースとの間に緩衝材が挿入されているので、非磁性保護ケースを使用して作製される磁電変換素子の作製工程を簡素化でき、かつ不良がほとんど無いために、収率を大幅に向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の磁電変換素子の一実施例を示す構成図である。
【図２】本発明の磁電変換素子チップをチップ封止樹脂し、リードフレームの脚部を折り曲げ不用部を研磨した後の素子の上面図である。
【図３】本発明の磁電変換素子チップをチップ封止樹脂し、リードフレームの脚部を折り曲げ不用部を研磨する工程を示す側面図である。
【図４】本発明の磁電変換素子の実施例２を示す構成図である。
【図５】本発明の磁電変換素子チップをチップ封止樹脂し、リードフレームの脚部を折り曲げ不用部を研磨した後の素子の上面図である。
【図６】本発明の磁電変換素子チップをチップ封止樹脂し、リードフレームの脚部を折り曲げ不用部を研磨する工程を示す側面図である。
【図７】本発明の磁電変換素子の実施例３を示す構成図である。
【図８】本発明の磁電変換素子チップをチップ封止樹脂し、リードフレームの脚部を折り曲げ不用部を研磨した後の素子の上面図である。
【図９】本発明の磁電変換素子チップをチップ封止樹脂し、リードフレームの脚部を折り曲げ不用部を研磨する工程を示す側面図である。
【図１０】従来の非磁性保護ケースに封止された磁電変換素子の構造図である。
【図１１】従来の非磁性保護ケースに封止された磁電変換素子の構造図である。
【符号の説明】
１，１１，１４磁電変換素子チップ
２，２１，２２，２３，２４チップ封止樹脂
３，３１，３２，３３，３４リードフレーム
４，４１，４２，４３，４４バイアス磁石
５．５１．５２．５３．５４非磁性保護ケース
６，６１，６２，６３，６４エポキシ樹脂
７，７１，７２シリコーン
８，８１，８２，８３絶縁性ケース
９３，９４接続ピン
１０４ガラスエポキシ基板
１１１，１１４Ａｕワイヤー
１２，１２１，１２２研磨して取り去られるチップ封止樹脂部分
１３，１３１，１３２磁電変換素子チップの電極パッド[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a magnetoelectric conversion element and a method for manufacturing the same, and more particularly to a magnetoelectric conversion element that detects the intensity of an external magnetic field and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
In general, in a magnetoelectric conversion element, a bias is applied between the input terminals of the element, and a path of a carrier flowing in the element changes according to a change in the surrounding magnetic field strength. This is an element that can measure the intensity of the external magnetic field by changing the resistance value.
[0003]
Among these magnetoelectric conversion elements, there are two types: a magnetoresistive element using a so-called magnetoresistive effect in which the resistance value of the element changes according to the external magnetic field strength, and a Hall element using Hall electromotive force. Since the sensitivity of these magnetoelectric conversion elements is proportional to the electron mobility of the thin film constituting the element, it is necessary to select a material having as high an electron mobility as possible. Generally, compound semiconductors such as InSb and InAs are used. ing.
[0004]
In particular, when InSb, which has the highest electron mobility among semiconductors, is used as the magnetic sensitive part, weak magnetic detection such as pattern recognition (banknote recognition), magnetic barcode, and magnetic information on tickets is performed. be able to. In order to recognize such weak magnetic information, it is necessary to make the distance between the magnetic sensing part of the magnetic sensor and the magnetic medium as short as possible. Therefore, the magnetic sensor package and the magnetic medium are usually brought into contact with each other. In these applications, magnetic sensor packages use metal CAN packages to improve wear resistance.
[0005]
FIG. 10 is a structural diagram of a magnetoelectric conversion element sealed in a conventional nonmagnetic protective case, where reference numeral 13 denotes a magnetoelectric conversion element chip, 33 denotes a lead frame, 43 denotes a bias magnet, 53 denotes a nonmagnetic protective case, 63 represents an epoxy resin, 83 represents an insulating case, and 93 represents a connection pin. The bias magnet 43 is provided with the magnetoelectric conversion element chip 13, and the connection pin 93 and the magnetoelectric conversion element chip 13 are electrically connected by the lead frame 33. The bias magnet 43 and the connection pin 93 are housed in an insulating case 83, and the connection pin 93 is sealed with an epoxy resin 63, and the whole is inserted into the nonmagnetic protective case 53.
[0006]
In such a conventional method for producing a magnetoelectric conversion element, the electrode pads of the input / output electrodes of the magnetoelectric conversion element chip 13 are connected to the lead frame 33, and the opposite lead frame is connected to the resin-molded connection pins 93. A magnet is inserted into the nonmagnetic protective case 53 and finally sealed with resin to complete the magnetoelectric conversion element.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional method for manufacturing a magnetoelectric transducer, the connection between the electrode pad of the magnetoelectric transducer chip and the lead frame is performed by a flip chip method, and the strength of the connection portion cannot be maintained sufficiently, and the tie bar of the lead frame There is a problem that stress is applied at the time of cutting the wire and connecting the pin and the lead frame after the tie bar cut, and the electrode pad and the lead frame are peeled off.
[0008]
In order to improve such a problem, there is a method in which a magnetoelectric conversion element chip is die-bonded to a glass epoxy substrate to which metal wiring is applied, and the electrode pad and the metal wiring on the glass epoxy substrate are connected by wire bonding. Since the wire is used as it is exposed, there is a problem that the wire is in contact with the non-magnetic protective case, or the wire itself is thin and weak in strength, so that it is disconnected during the element manufacturing process.
[0009]
Furthermore, in the conventional magnetoelectric conversion element, the terminal connected to the electrode pad of the element chip and the terminal pin of the element are configured separately, and the process of inserting and fixing the terminal pin into the molding resin, or the electrode pad of the element chip The step of electrically connecting the terminal connected to the terminal pin of the element has to be performed, and the process is complicated.
[0010]
The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a high-yield magnetoelectric conversion element and a method for manufacturing the same, by improving the simplification and reliability of the element manufacturing process. There is.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve such an object, according to the present invention, the lead frame and the electrode pad of the magnetoelectric transducer chip are electrically connected, and the leg portion of the lead frame is sealed with resin. In the stopped magnetoelectric transducer, the leg portion of the lead frame is bent perpendicularly to the magnetosensitive surface, and the whole is sealed in a nonmagnetic protective case.A cushioning material is inserted between the magnetoelectric conversion element and the nonmagnetic protective case.It is characterized by.
[0016]
  Claims2The invention described in claim1In the invention described in item 3, the buffer material is made of a low-hardness resin.
[0017]
  Claims3The invention described in claim1In the invention described in item 3, the buffer material is made of silicone.
[0019]
  Claims4The invention described in 1 is a first step of electrically connecting a lead frame and an electrode pad of a magnetoelectric conversion element chip, a second step of molding the magnetoelectric conversion element chip on the lead frame with a resin, and the lead A third step of bending the leg of the frame at a right angle, a fourth step of polishing the resin, and the whole in a nonmagnetic protective caseMount and insert a cushioning material between the magnetoelectric conversion element and the nonmagnetic protective caseAnd a fifth step.
[0024]
  Claims5The invention described in claim4In the invention described in item 3, the buffer material is made of a low-hardness resin.
[0025]
  Claims6The invention described in claim4In the invention described in item 3, the buffer material is made of silicone.
[0026]
  Claims7The invention described in claim4In the invention described inThe fourth step is characterized in that the chip sealing resin is polished using a polishing machine and is polished until the lead frame is exposed.
The invention according to claim 8 is the invention according to claim 4, wherein the fourth step is polishing until the chip sealing resin is polished using a polishing machine until the magnetoelectric conversion element chip is exposed. DoIt is characterized by that.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the magnetoelectric conversion element of the present invention, and FIG. 2 is a chip sealing resin for the magnetoelectric conversion element chip of the present invention, and the lead frame leg portion is bent and the unused portion is polished. FIG. 3 is a side view showing a process of polishing a magnetoresistive conversion element chip of the present invention with a chip sealing resin, bending a leg part of a lead frame, and polishing an unnecessary part.
[0028]
In the figure, reference numeral 1 is a magnetoelectric conversion element chip, 2 is a chip sealing resin, 3 is a lead frame, 4 is a bias magnet, 5 is a nonmagnetic protective case, 6 is an epoxy resin, 7 is a silicone as a buffer material, and 8 is an insulating material. , 12 is a chip sealing resin portion that is removed by polishing, and 13 is an electrode pad of the magnetoelectric transducer chip 1. The bias magnet 4 is provided with the resin-sealed magnetoelectric conversion element chip 1, the lead frame 3 and the electrode pad 13 of the magnetoelectric conversion element chip 1 are electrically connected, and the leg portion of the lead frame 3 and the bias magnet 4 Is sealed with an epoxy resin 6.
[0029]
On the other hand, the chip sealing resin 2 and the silicone 7 are accommodated in an insulating case 8, and the leg portion of the lead frame 3 is bent perpendicularly to the magnetosensitive surface. These are entirely sealed in the nonmagnetic protective case 5 to constitute a magnetoelectric conversion element.
[0030]
The magnetosensitive layer of the magnetoelectric conversion element chip 1 used in the present invention preferably has as high an electron mobility as possible in order to obtain a high output, and Si, GaAs, InSb, InAs, and mixed crystals thereof. InAsSb or the like is preferable. The substrate of the magnetoelectric conversion element chip 1 may be any substrate as long as it exhibits a solid shape. For example, a semiconductor, a dielectric, a ceramic, or a glass substrate can be used.
[0031]
Alternatively, a magnetosensitive layer may be formed on a flexible substrate such as mica and transferred onto another substrate. In addition, when a semiconductor substrate such as GaAs, Si, InP, or GaP is used, a high electron mobility of the magnetosensitive layer can be obtained, which is particularly preferable.
[0032]
Further, as a method for obtaining higher electron mobility of the magnetosensitive layer, a buffer layer may be inserted between the substrate and the magnetosensitive layer. The buffer layer may be a semiconductor or a dielectric, and the dielectric may be SiO.₂, Si₃N₄It is preferable to select a semiconductor having a lattice constant as close as possible to the magnetosensitive layer, such as a binary system such as GaAs, InAs, AlAs, GaSb, and AlSb, InGaAs, AlGaAs, GaAsSb, AlAsSb, and AlGaSb. Alternatively, a ternary system such as AlInSb or a quaternary system such as AlGaAsSb may be used.
[0033]
As a method for forming the magnetosensitive layer in the present invention, a vacuum deposition method is generally used, but the molecular beam epitaxy (MBE) method is a particularly preferable method because it has high controllability of the film thickness and composition of the thin film. .
[0034]
Further, when forming the magnetosensitive layer, a material in which an IV group element or a VI group element is mixed as an impurity may be used so as to reduce the temperature drift of the magnetosensitive layer. Examples of the group IV element in the present invention include Sn, Si, Ge, Pb and the like, and examples of the group VI element include S, Se, Te and the like. Further, the doping amount of the IV group element and the VI group element to the magnetosensitive layer is appropriately selected according to the desired temperature characteristics. However, the carrier density is 1 × 10 in consideration of the magnetic field sensitivity.¹⁶/ Cm³1 × 10 or more¹⁸/ Cm³Or less, more preferably 2 × 10¹⁶/ Cm³5 × 10 or more¹⁷/ Cm³The following is good.
[0035]
The material used as the electrode in the present invention may be a Cu single layer or a laminate such as Ti / Au, Ni / Au, Cr / Au, Ti / Cu, Ni / Cu, Cr / Cu, or Cu / Ni / Au. good. This electrode material may be any material as long as it can withstand the operating conditions and environmental conditions in which the produced magnetoelectric transducer is used. In addition, as a method for forming the electrode, the electrode may be formed by a general vacuum deposition method such as electron beam deposition or resistance heating deposition, a sputtering method, or a plating method. Further, in order to improve the ohmic contact between the electrode and the operation layer after the electrode is formed, it is also preferable to perform heat treatment using a rapid temperature rising thermal annealing (RTA) method.
[0036]
The magnetoelectric conversion element according to the present invention can be mounted with either a Hall element or a magnetoresistive element. In the case of using a Hall element, when the length L1 between the input electrodes and the width W1 of the magnetic sensing portion are set, the ratio L1 / W1 is preferably 0.3 to 4, more preferably 0.5 to 3.4. By doing so, a high magnetoelectric conversion rate can be obtained. Further, when the magnetoresistive element is used as the magnetoelectric conversion element, the ratio L2 / W2 is preferably 0.1 to 0.4 when the short-circuit electrode interval is L2 and the width of the magnetosensitive portion is W2. More preferably, a high magnetoresistance change rate can be obtained by setting it to 0.1 to 0.3.
[0037]
  In the interval between the magnetoelectric conversion element chip and the nonmagnetic protective case in the present invention,,Low hardness resin may be embedded. This low-hardness resin preferably has a lower hardness. Use of silicone or the like is preferable because it is less susceptible to disturbance noise due to distortion or the like. The distance between the magnetoelectric conversion element chip and the nonmagnetic protective case is preferably set to 0.5 mm or less, more preferably 0.3 mm or less, because high output sensitivity can be obtained by shortening the distance. Is good.
[0038]
The nonmagnetic protective case in the present invention is excellent in wear resistance, and any material may be used as long as it is nonmagnetic. Of these, brass, which is an alloy of copper and zinc, is preferable from the viewpoint of workability, and in order to further improve the wear resistance, a brass surface with a thin coating of Cr or Ti may be used.
[0039]
Hereinafter, although the manufacturing method of the magnetoelectric conversion element mounted in a nonmagnetic protective case is demonstrated, this invention is not limited only to these Examples.
[0040]
[Example 1]
An embodiment in which a magnetoelectric conversion element is manufactured using a magnetoresistive element as the magnetoelectric conversion element chip 1 will be described. First, an Sn-doped InSb thin film is formed as a magnetosensitive layer on a GaAs substrate by using a molecular beam epitaxy method which is an example of a thin film forming method. In the process, the surface oxygen is desorbed by heating at 650 ° C. while irradiating the GaAs substrate with As. Next, the temperature is lowered to 580 ° C. to form a GaAs buffer layer with a thickness of 200 nm. Next, after the temperature was lowered to 400 ° C. while irradiating As, a Sn-doped InSb thin film having an operation layer thickness of 1 μm was formed while simultaneously irradiating the substrate with Sn, In, and Sb. At this time, the electron mobility of the InSb thin film is 7 × 10.¹⁶/ Cm³The Sn cell temperature was adjusted so that
[0041]
The manufacturing process of the magnetoelectric conversion element chip 1 can use a normal photolithography technique. First, a photoresist is uniformly applied to the InSb surface of the InSb / GaAs substrate using a spin coater. The photoresist coating condition is 2.5 μm when rotated for 20 seconds at a rotational speed of 3200 rpm with a viscosity of 100 cp. Using a photomask for InSb mesa etching, after exposure and development, the InSb thin film is mesa-etched into a desired shape with a hydrochloric acid / hydrogen peroxide-based etching solution. In this case, the example in which the magnetosensitive layer is etched using the wet etching method has been introduced. However, the mesa etching may be performed by dry milling such as ion milling or reactive ion etching.
[0042]
Next, after applying a photoresist again, exposure / development for forming a short-circuit electrode and an electrode pad is performed, and after forming a resist pattern for electrode formation, 100 nm-thick Ti as an electrode is formed by an electron beam evaporation method. A laminated electrode made of Au having a thickness of 400 nm was formed, and a desired electrode shape was produced using a lift-off method, thereby completing the element shape. The ratio L2 / W2 between the short-circuit electrode interval L2 and the magnetosensitive layer width W2 at this time was 14/70 = 0.2.
[0043]
Further, a silicon nitride thin film having a thickness of 300 nm was formed as a protective film by a plasma CVD method, and the silicon nitride film only on the electrode pad portion was removed using a reactive ion etching apparatus. Finally, in order to improve the contact between the electrode and the magnetosensitive layer, a heat treatment was performed at 500 ° C. for 2 minutes in an inert gas atmosphere. Next, the substrate on which the magnetoelectric conversion element chip 1 was formed was cut into each element using a dicing saw to complete the magnetoelectric conversion element chip 1.
[0044]
In the produced magnetoelectric conversion element chip 1, the protrusions of the dedicated lead frame 3 and the electrode pads 13 of the magnetoelectric conversion element chip 1 are connected by the flip chip bonding method, and no stress is applied to the magnetoelectric conversion element chip 1 and the lead frame 3. As described above, the periphery of the magnetoelectric conversion element chip 1 was resin-sealed with the chip sealing resin 2. Next, each magnetoelectric conversion element was separated from the lead frame 3, and the legs of the lead frame 3 were bent vertically. Thereafter, as shown in FIG. 3, the magnetically sensitive surface side of the chip sealing resin 2 was polished using a polishing machine to expose the lead frame 3. Each element chip 1 connected by the lead frame 3 was cut off, and the leg portion of the lead frame 3 was bent vertically.
[0045]
Here, the process of separating each element from the lead frame 3 and polishing the chip sealing resin 2 has been described. However, without separating the lead frame 3, the legs of all the elements are bent to seal the chip on the magnetic sensitive surface side. Each element may be separated after polishing the stop resin 2 to expose the lead frame 3. The magnetoelectric conversion element as shown in FIG. 2 was produced through the above steps.
[0046]
Next, the bias magnet 4 was bonded to the chip sealing resin surface opposite to the magnetic sensitive surface. Thereafter, silicone 7 was applied in the nonmagnetic protective case 5, and the bias magnet 4 to which the element chip was bonded was mounted in the nonmagnetic protective case 5. At this time, in order to increase the positional accuracy of the magnetoelectric conversion element, it is preferable to use the insulating case 8 formed into the inner shape of the nonmagnetic protective case 5 and the sealing resin shape of the magnetoelectric conversion element as a guide. Further, an epoxy resin 6 was injected into the opening side of the nonmagnetic protective case 5, and the element chip and the bias magnet 4 were fixed to complete the magnetoelectric conversion element shown in FIG.
[0047]
A total of 500 magnetoelectric transducers were produced using the method of this example, but there was continuity between the terminals of all the elements, and the variation in resistance value between each terminal and the amount of change in magnetoresistance was good within 5%. The characteristic was shown.
[0048]
Further, in the conventional method, the terminals and terminal pins to be connected to the electrode pads of the element chip are separate, and there is a connection process between the terminals, which causes inconvenience of the process. However, the method for producing a magnetoelectric conversion element according to the present invention Then, the leg portion of the lead frame was long and the leg portion was bent vertically, thereby integrating the connection terminal and the connection pin, thereby simplifying the process and improving the contact failure between the terminals.
[0049]
[Example 2]
An example in which a magnetoelectric conversion element is manufactured using a magnetoresistive element as the magnetoelectric conversion element chip will be described. As a thin film forming method, a Sn-doped InSb thin film having a magnetosensitive layer thickness of 1 μm was formed on a GaAs substrate by using molecular beam epitaxy as in Example 1. At this time, the electron mobility of the InSb thin film is 7 × 10.¹⁶/ Cm³The Sn cell temperature was adjusted so that The production of the magnetoelectric conversion element chip was carried out in the same process as in Example 1.
[0050]
FIG. 4 is a configuration diagram showing Example 2 of the magnetoelectric conversion element of the present invention, and FIG. 5 is a chip-sealing resin for the magnetoelectric conversion element chip of the present invention, and the legs of the lead frame are bent and the unnecessary portions are polished. FIG. 6 is a side view showing a process of polishing a magnetoresistive element chip of the present invention with a chip sealing resin, bending a leg part of a lead frame, and polishing a non-use part.
[0051]
In the figure, 11 is a magnetoelectric conversion element chip, 21 is a chip sealing resin, 31 is a lead frame, 41 is a bias magnet, 51 is a nonmagnetic protective case, 61 is an epoxy resin, 71 is silicone as a buffer material, and 81 is insulation. , 111 is an Au wire, 121 is a chip sealing resin portion to be removed by polishing, and 131 is an electrode pad of the magnetoelectric conversion element chip 11. A resin-sealed magnetoelectric conversion element chip 11 is provided on the bias magnet 41, the lead frame 31 and the electrode pad 131 of the magnetoelectric conversion element chip 11 are electrically connected, and the leg portion of the lead frame 31 and the bias magnet 41 are Is sealed with an epoxy resin 61.
[0052]
On the other hand, the chip sealing resin 21 and the silicone 71 are accommodated in an insulating case 81, and the leg portion of the lead frame 31 is bent perpendicularly to the magnetic sensitive surface. These are entirely sealed in a nonmagnetic protective case 51 to constitute a magnetoelectric conversion element.
[0053]
The produced magnetoelectric conversion element chip 11 was die-bonded on a pedestal of a dedicated lead frame 31, and each electrode pad 131 and the lead frame 31 were connected by an Au wire 111. Thereafter, the magnetoelectric conversion element chip 11 was molded with the chip sealing resin 21. Next, the lead frame 31 is cut into each element, and the leg portion of the lead frame 31 is bent vertically toward the magnetic sensing surface side of the magnetoelectric transducer chip 11, and as shown in FIG. The chip sealing resin 21 was polished by a polishing machine until the pedestal of the lead frame 31 was exposed, and a magnetoelectric conversion element as shown in FIG. 5 was produced.
[0054]
Next, the chip sealing resin surface on the magnetic sensitive surface side was bonded to the bias magnet 41 and mounted in the nonmagnetic protective case 51. At this time, in order to increase the positional accuracy of the magnetoelectric conversion element, it is preferable to use the insulating case 81 formed in the inner shape of the nonmagnetic protective case 51 and the sealing resin shape of the magnetoelectric conversion element as a guide.
[0055]
Further, an epoxy resin 61 was injected into the opening side of the nonmagnetic protective case 51, and the sealed element chip and the bias magnet 41 were fixed to complete a magnetoelectric conversion element as shown in FIG.
[0056]
A total of 500 magnetoelectric transducers were produced using the method of this example, but there was continuity between the terminals of all the elements, and the variation in resistance value between each terminal and the amount of change in magnetoresistance was good within 5%. The characteristic was shown.
[0057]
[Example 3]
An embodiment in which a magnetoelectric conversion element is manufactured using a magnetoresistive element as the magnetoelectric conversion element chip 11 will be described. As a thin film forming method, a Sn-doped InSb thin film having a magnetosensitive layer thickness of 1 μm was formed on a GaAs substrate by using molecular beam epitaxy as in Example 1. At this time, the electron mobility of the InSb thin film is 7 × 10.¹⁶/ Cm³The Sn cell temperature was adjusted so that The production of the magnetoelectric conversion element chip 12 was carried out in the same process as in Example 1.
[0058]
FIG. 7 is a block diagram showing Example 3 of the magnetoelectric conversion element of the present invention, and FIG. 8 is a chip sealing resin for the magnetoelectric conversion element chip of the present invention, and the legs of the lead frame are bent and the unnecessary portions are polished. FIG. 9 is a side view showing a process of polishing a magnetoresistive element chip of the present invention with a chip sealing resin, bending a leg part of a lead frame, and polishing a non-use part.
[0059]
In the figure, 12 is a magnetoelectric conversion element chip, 22 is a chip sealing resin, 32 is a lead frame, 42 is a bias magnet, 52 is a non-magnetic protective case, 62 is an epoxy resin, 72 is silicone as a cushioning material, and 82 is insulation. , 122 denotes a chip sealing resin portion to be removed by polishing, and 132 denotes an electrode pad of the magnetoelectric conversion element chip 12. A resin-sealed magnetoelectric conversion element chip 12 is provided on the bias magnet 42, the lead frame 32 and the electrode pad 132 of the magnetoelectric conversion element chip 12 are electrically connected, and the leg portion of the lead frame 32 and the bias magnet 42 are Is sealed with an epoxy resin 62.
[0060]
On the other hand, the chip sealing resin 22 and the silicone 72 are housed in an insulating case 82, and the leg portion of the lead frame 32 is bent perpendicularly to the magnetic sensitive surface. These are entirely sealed in a nonmagnetic protective case 52 to constitute a magnetoelectric conversion element.
[0061]
  In the produced magnetoelectric conversion element chip 12, the protrusions of the dedicated lead frame 32 and the electrode pads 132 of the magnetoelectric conversion element chip 12 are connected by the flip chip bonding method, and no stress is applied to the magnetoelectric conversion element chip 12 and the lead frame 32. Thus, the periphery of the magnetoelectric conversion element chip 12 was resin-sealed with the chip sealing resin 22. Next, each element was separated from the lead frame 32, and the legs of the lead frame 32 were bent vertically. Thereafter, as shown in FIG. 9, the sealing resin 22 in contact with the substrate side is polished using a polishing machine,Magnetoelectric transducer chip 12Was polished to expose a magnetoelectric conversion element as shown in FIG.
[0062]
Next, the chip sealing resin surface on the magnetic sensitive surface side was bonded to the bias magnet 42 and mounted in the nonmagnetic protective case 52. At this time, in order to increase the positional accuracy of the magnetoelectric conversion element, it is preferable to use an insulating case 82 formed into the inner shape of the nonmagnetic protective case 52 and the sealing resin shape of the magnetoelectric conversion element as a guide.
[0063]
Further, an epoxy resin 62 was injected into the opening side of the nonmagnetic protective case 52, and the sealed element chip and the bias magnet 42 were fixed to complete a magnetoelectric conversion element as shown in FIG.
[0064]
A total of 500 magnetoelectric transducers were produced using the method of this example, but there was continuity between the terminals of all the elements, and the variation in resistance value between each terminal and the amount of change in magnetoresistance was good within 5%. The characteristic was shown.
[0065]
[Comparative Example 1]
As shown in FIG. 10, when producing a magnetoelectric conversion element packaged with a nonmagnetic protective case 53 having the same appearance as that of Example 1, the element was produced without covering the magnetoelectric conversion element chip 13 with the chip sealing resin. A case where a magnetoelectric conversion element is manufactured using a so-called conventional manufacturing method will be described.
[0066]
First, similarly to Example 1, a Sn-doped InSb thin film is formed as a magnetically sensitive portion on a GaAs substrate by using a molecular beam epitaxy method which is an example of a thin film forming method. In the process, the surface oxygen is desorbed by heating at 650 ° C. while irradiating the GaAs substrate with As. Next, the temperature is lowered to 580 ° C. to form a GaAs buffer layer with a thickness of 200 nm. Next, the temperature was lowered to 400 ° C. while irradiating As, and then a Sn-doped InSb thin film having a film thickness of 1 μm was formed while simultaneously irradiating the substrate with Sn, In, and Sb. At this time, the electron mobility of the InSb thin film is 7 × 10.¹⁶/ Cm³The Sn cell temperature was adjusted so that
[0067]
Next, a manufacturing process of the magnetoelectric conversion element chip 13 is performed. As the magnetoelectric conversion element chip 13, the same magnetoresistive element as in Example 1 was used. In the process of manufacturing the magnetoelectric conversion element chip, first, a photoresist is uniformly applied to the InSb surface of the InSb / GaAs substrate using a spin coater. The photoresist coating condition is 2.5 μm when rotated for 20 seconds at a rotational speed of 3200 rpm with a viscosity of 100 cp. Using a photomask for InSb mesa etching, after exposure and development, the InSb thin film is mesa-etched into a desired shape with a hydrochloric acid / hydrogen peroxide-based etching solution.
[0068]
Next, after applying a photoresist again, exposure / development for forming a short-circuit electrode and an electrode pad is performed, and after forming a resist pattern for electrode formation, 100 nm-thick Ti as an electrode is formed by an electron beam evaporation method. A laminated electrode made of Au having a thickness of 400 nm was formed, and a desired electrode shape was produced using a lift-off method, thereby completing the element shape. The ratio L2 / W2 between the short-circuit electrode interval L2 and the operating layer width W2 at this time was 14/70 = 0.2. Further, a silicon nitride thin film having a thickness of 300 nm is formed as a protective film by a plasma CVD method, and the silicon nitride film only on the electrode pad portion is removed by using a reactive ion etching apparatus to complete the magnetoelectric conversion element chip 13. It was.
[0069]
As shown in FIG. 10, the produced magnetoelectric conversion element chip is formed by connecting the protrusion of the dedicated lead frame 33 and the electrode pad portion of the magnetoelectric conversion element chip 13 by flip chip bonding, and separating the tie bar of the lead frame 33. It was. Next, the three connection pins 93 are inserted into the resin processed into the same shape as the inside of the nonmagnetic protective case 53 and shaped so that the insertion opening of the bias magnet 43 and the insertion opening of the connection pin 93 are opened, and The bias magnet 43 is inserted. Using an epoxy resin on the upper surface of the bias magnet 43, the magnetoelectric conversion element chip 13 attached to the lead frame 33 is adhered, and the end of the lead frame 33 and the connection pin 93 are soldered. Finally, it was inserted into a nonmagnetic protective case 53 and sealed with resin to complete a magnetoelectric conversion element as shown in FIG.
[0070]
Using the method of this comparative example, a total of 500 magnetoelectric transducers were produced, but there was no conduction between the terminals with 23 elements, and the nonmagnetic protective case and the electrode terminals were in contact with each other with 12 elements. Are short-circuited, resulting in a total of 35 defects.
[0071]
[Comparative Example 2]
As shown in FIG. 11, in the manufacturing process of a magnetoelectric conversion element manufactured by using a magnetoresistive element as the magnetoelectric conversion element chip 14 and sealed in a nonmagnetic protective case 54 as in the first embodiment, the magnetoelectric conversion element The chip 14 was bonded onto the glass epoxy substrate 104 provided with electrical wiring, and the electrode pads of the magnetoelectric conversion element chip 14 and the electrode terminals on the glass epoxy substrate 104 were connected by wire bonding using Au wires 114. The glass epoxy board 104 is provided with holes into which three connection pins 94 are inserted. In another process, three connection pins 94 and a bias magnet 44 are inserted into a molding resin to be inserted into the nonmagnetic protective case 54, and the glass epoxy substrate 104 on which the magnetoelectric conversion element chip 14 is mounted is bonded onto the bias magnet 44. . At that time, the three connection pins 94 are inserted into the connection holes provided on the glass epoxy substrate 104. Next, each of the three connection pins 94 and the connection hole are connected by solder. Finally, it was inserted into the nonmagnetic protective case 54 and the end face was sealed with an epoxy resin 64 to complete a magnetoelectric conversion element as shown in FIG.
[0072]
Using the method of this comparative example, a total of 300 magnetoelectric transducers were produced, but there was no conduction between the terminals with 2 elements, and the nonmagnetic protective case and the electrode terminals were in contact with each other with 9 elements. Are short-circuited, resulting in a total of 11 defects.
[0073]
【The invention's effect】
  As described above, according to the present invention, in the magnetoelectric transducer in which the lead frame and the electrode pad of the magnetoelectric conversion element chip are electrically connected and the leg portion of the lead frame is resin-sealed, the leg portion of the lead frame Is bent perpendicular to the magnetic sensitive surface and sealed in a non-magnetic protective case.A cushioning material is inserted between the magnetoelectric conversion element and the nonmagnetic protective case.Therefore, the manufacturing process of the magnetoelectric conversion element manufactured using the nonmagnetic protective case can be simplified, and since there are almost no defects, the yield can be greatly improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of a magnetoelectric transducer of the present invention.
FIG. 2 is a top view of an element after a magneto-electric conversion element chip of the present invention is chip-sealing resin, a leg portion of a lead frame is bent and an unnecessary portion is polished.
FIG. 3 is a side view illustrating a process of polishing a magnetoresistive element chip of the present invention with a chip sealing resin, bending a leg portion of a lead frame, and polishing an unnecessary portion.
FIG. 4 is a block diagram showing Example 2 of the magnetoelectric transducer of the present invention.
FIG. 5 is a top view of the element after the magneto-electric conversion element chip of the present invention is chip-sealing resin, the leg portion of the lead frame is bent, and the unnecessary portion is polished.
FIG. 6 is a side view showing a step of polishing the magnetoresistive element chip of the present invention with a chip sealing resin, bending a leg portion of a lead frame, and polishing an unnecessary portion.
FIG. 7 is a configuration diagram showing Example 3 of the magnetoelectric transducer of the present invention.
FIG. 8 is a top view of the element after the magnetoelectric conversion element chip of the present invention is chip-sealing resin, the legs of the lead frame are bent, and the unnecessary portions are polished.
FIG. 9 is a side view showing a step of sealing the magnetoresistive element chip of the present invention with a chip sealing resin, bending the lead frame leg portion, and polishing the unused portion.
FIG. 10 is a structural diagram of a magnetoelectric conversion element sealed in a conventional nonmagnetic protective case.
FIG. 11 is a structural diagram of a magnetoelectric conversion element sealed in a conventional nonmagnetic protective case.
[Explanation of symbols]
1, 11, 14 Magnetoelectric transducer chip
2, 21, 22, 23, 24 Chip sealing resin
3, 31, 32, 33, 34 Lead frame
4, 41, 42, 43, 44 Bias magnet
5.51.52.53.54 Non-magnetic protective case
6, 61, 62, 63, 64 Epoxy resin
7, 71, 72 Silicone
8, 81, 82, 83 Insulating case
93,94 Connection pin
104 Glass epoxy board
111, 114 Au wire
12, 121, 122 Chip sealing resin portion removed by polishing
13, 131, 132 Electrode pad of magnetoelectric transducer chip

Claims

リードフレームと磁電変換素子チップの電極パッドとが電気的に接続され、前記リードフレームの脚部が樹脂封止された磁電変換素子において、前記リードフレームの脚部が感磁面に対して垂直に折り曲げられ、全体が非磁性保護ケース内に封止され、前記磁電変換素子と前記非磁性保護ケースとの間に緩衝材が挿入されていることを特徴とする磁電変換素子。In the magnetoelectric transducer in which the lead frame and the electrode pad of the magnetoelectric conversion element chip are electrically connected and the leg portion of the lead frame is resin-sealed, the leg portion of the lead frame is perpendicular to the magnetosensitive surface. A magnetoelectric conversion element, wherein the magnetoelectric conversion element is bent and sealed in a nonmagnetic protective case, and a buffer material is inserted between the magnetoelectric conversion element and the nonmagnetic protective case .

前記緩衝材が低硬度樹脂からなることを特徴とする請求項１に記載の磁電変換素子。The magnetoelectric conversion element according to claim 1 , wherein the buffer material is made of a low-hardness resin.

前記緩衝材がシリコーンからなることを特徴とする請求項１に記載の磁電変換素子。The magnetoelectric conversion element according to claim 1 , wherein the buffer material is made of silicone.

リードフレームと磁電変換素子チップの電極パッドを電気的に接続させる第一の工程と、前記リードフレーム上の磁電変換素子チップを樹脂によりモールディングする第二の工程と、前記リードフレームの脚部を直角に折り曲げる第三の工程と、前記樹脂を研磨する第四の工程と、全体を非磁性保護ケース内に実装し、前記磁電変換素子と非磁性保護ケースとの間に緩衝材を挿入する第五の工程とを備えたことを特徴とする磁電変換素子の作製方法。A first step of electrically connecting the lead frame and the electrode pads of the magnetoelectric conversion element chip, a second step of molding the magnetoelectric conversion element chip on the lead frame with a resin, and the legs of the lead frame at right angles And a fourth step of polishing the resin, a fifth step of mounting the whole in a nonmagnetic protective case, and inserting a cushioning material between the magnetoelectric conversion element and the nonmagnetic protective case . A method for producing a magnetoelectric conversion element comprising the steps of:

前記緩衝材が低硬度樹脂からなることを特徴とする請求項４に記載の磁電変換素子の作製方法。The method for producing a magnetoelectric conversion element according to claim 4 , wherein the buffer material is made of a low-hardness resin.

前記緩衝材がシリコーンからなることを特徴とする請求項４に記載の磁電変換素子の作製方法。The method for producing a magnetoelectric conversion element according to claim 4 , wherein the buffer material is made of silicone.

前記第四の工程は、研磨機を用いてチップ封止樹脂を研磨し、前記リードフレームを露出させるまで研磨することを特徴とする請求項４に記載の磁電変換素子の作製方法。5. The method of manufacturing a magnetoelectric conversion element according to claim 4, wherein in the fourth step, the chip sealing resin is polished using a polishing machine until the lead frame is exposed.

前記第四の工程は、研磨機を用いてチップ封止樹脂を研磨し、前記磁電変換素子チップを露出させるまで研磨することを特徴とする請求項４に記載の磁電変換素子の作製方法。5. The method of manufacturing a magnetoelectric conversion element according to claim 4, wherein in the fourth step, the chip sealing resin is polished using a polishing machine until the magnetoelectric conversion element chip is exposed.