特表2019-511702IP Force 特許公報全文掲載

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】特表2019-511702(P2019-511702A)
(43)【公表日】2019年4月25日
(54)【発明の名称】3次元検知を備える集積フラックスゲートデバイス
(51)【国際特許分類】
   G01R 33/04 20060101AFI20190329BHJP
   G01R 33/02 20060101ALI20190329BHJP
   H01L 43/00 20060101ALI20190329BHJP
   H01L 43/02 20060101ALI20190329BHJP
【FI】
   G01R33/04
   G01R33/02 L
   H01L43/00
   H01L43/02
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
【全頁数】18
(21)【出願番号】特願2018-541125(P2018-541125)
(86)(22)【出願日】2017年2月6日
(85)【翻訳文提出日】2018年10月5日
(86)【国際出願番号】US2017016750
(87)【国際公開番号】WO2017136851
(87)【国際公開日】20170810
(31)【優先権主張番号】15/016,507
(32)【優先日】2016年2月5日
(33)【優先権主張国】US
(81)【指定国】 AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,ST,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,KM,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DJ,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IR,IS,JP,KE,KG,KH,KN,KP,KR,KW,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SA,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT,TZ
(71)【出願人】
【識別番号】390020248
【氏名又は名称】日本テキサス・インスツルメンツ合同会社
(71)【出願人】
【識別番号】507107291
【氏名又は名称】テキサス インスツルメンツ インコーポレイテッド
(74)【1名の代理人】
【識別番号】100098497
【弁理士】
【氏名又は名称】片寄 恭三
(72)【発明者】
【氏名】アヌラーグ モハン
(72)【発明者】
【氏名】ウィリアム デヴィッド フレンチ
(72)【発明者】
【氏名】ウボル ウドムパニャヴィット
【テーマコード(参考)】
2G017
5F092
【Fターム(参考)】
2G017AA02
2G017AA03
2G017AC06
2G017AD42
2G017AD46
2G017AD47
5F092AA01
5F092AB01
5F092AC01
5F092BD19
5F092BD20
5F092BD23
5F092EA08
5F092FA01
5F092FA03
(57)【要約】
説明される例は、パッケージ基板(102)、パッケージ基板(102)上に搭載される第1のダイ(110)、及びパッケージ基板(102)上に搭載される第2のダイ(150)を備える、電磁検知デバイス(100)を含む。第1のダイ(110)は、第1の集積回路(113)と、第1の集積回路(113)の上に形成される第1の磁気コア(116)とを含む。第1の磁気コア(116)は、パッケージ基板(102)の平坦表面(103)に平行な第1の検知軸(132)を有する。第2のダイ(150)は、第2の集積回路(153)と、第2の集積回路(153)の上に形成される第2の磁気コア(156)とを含む。第2の磁気コア(156)は、パッケージ基板(102)の平坦表面(103)に直交する第2の検知軸(172)を有する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
集積フラックスゲートデバイスであって、
平坦表面を有するパッケージ基板、
前記パッケージ基板の前記平坦表面上に搭載される第1の集積フラックスゲートダイ、及び、
前記パッケージ基板の前記平坦表面上に搭載される第2の集積フラックスゲートダイ、
を含み、
前記第1の集積フラックスゲートダイが、
第1の半導体基板と、
前記第1の半導体基板上に形成される第1の集積回路と、
前記第1の集積回路の上に形成され、前記パッケージ基板の前記平坦表面に対して平行に向けられる、第1の磁気コアと、
を含み、
前記第2の集積フラックスゲートダイが、
第2の半導体基板と、
前記第2の半導体基板上に形成される第2の集積回路と、
前記第2の集積回路の上に形成され、前記パッケージ基板の前記平坦表面に直交して向けられる、第2の磁気コアと、
を含む、
集積フラックスゲートデバイス。
【請求項2】
請求項1に記載の集積フラックスゲートデバイスであって、前記第1の集積フラックスゲートダイが、前記第1の集積回路の上に形成される第3の磁気コアであって、前記パッケージ基板の前記平坦表面に平行に、及び、前記第1及び前記第2の磁気コアに直交して向けられる、前記第3の磁気コアを含む、集積フラックスゲートデバイス。
【請求項3】
請求項1に記載の集積フラックスゲートデバイスであって、
前記パッケージ基板の前記平坦表面上に搭載される第3の集積フラックスゲートダイを更に含み、
前記第3の集積フラックスゲートダイが、
第3の半導体基板と、
前記第3の半導体基板上に形成される第3の集積回路と、
前記第3の集積回路の上に形成され、前記パッケージ基板の前記平坦表面に平行に、及び、前記第1及び前記第2の磁気コアに直交して向けられる、第3の磁気コアと、
を含む、
集積フラックスゲートデバイス。
【請求項4】
請求項1に記載の集積フラックスゲートデバイスであって、
前記第2の集積フラックスゲートダイが、垂直エッジと、第1の水平エッジと、前記垂直エッジ及び前記第1の水平エッジによって画定される搭載可能表面とを有し、
前記第2の集積フラックスゲートダイが、前記搭載可能表面によって前記パッケージ基板に搭載される、
集積フラックスゲートデバイス。
【請求項5】
請求項4に記載の集積フラックスゲートデバイスであって、前記第2の集積フラックスゲートダイが、前記第1の水平エッジに対して直角に配置される第2の水平エッジを有し、前記第2の水平エッジが、1mm未満の長さ、及び前記パッケージ基板の前記平坦表面に直交する位置を有する、集積フラックスゲートデバイス。
【請求項6】
請求項4に記載の集積フラックスゲートデバイスであって、前記第2の集積回路が、前記垂直エッジに直交し、及び、前記第1の水平エッジに平行に配置される、頂部金属層を含む、集積フラックスゲートデバイス。
【請求項7】
請求項4に記載の集積フラックスゲートデバイスであって、前記第2の磁気コアが、互いに平行に、及び、前記第2の集積フラックスゲートダイの前記垂直エッジに直交して、整合される磁気コアセグメントを含む、集積フラックスゲートデバイス。
【請求項8】
請求項7に記載の集積フラックスゲートデバイスであって、前記磁気コアセグメントの各々が、0.7mmに等しいか又は0.7mmよりも小さいセグメント長を有する、集積フラックスゲートデバイス。
【請求項9】
請求項7に記載の集積フラックスゲートデバイスであって、
前記第1の磁気コアが連続的なコア長を有し、
前記第2の磁気コアの前記磁気コアセグメントが、前記連続的なコア長と実質的に同じ総コア長を有する、
集積フラックスゲートデバイス。
【請求項10】
請求項7に記載の集積フラックスゲートデバイスであって、
前記第1の磁気コアが連続的なコア長を有し、
前記第2の磁気コアの前記磁気コアセグメントの各々が、前記連続的なコア長の約3分の1のセグメントコア長を有する、
集積フラックスゲート。
【請求項11】
電磁検知デバイスであって、
平坦表面を有するパッケージ基板、
前記パッケージ基板上に搭載される第1のダイ、及び、
前記パッケージ基板上に搭載される第2のダイ、
を含み、
前記第1のダイが、
第1の集積回路と、
前記第1の集積回路の上に形成され、前記パッケージ基板の前記平坦表面に平行な第1の検知軸を有する、第1の磁気コアと、
を含み、
前記第2のダイが、
第2の集積回路と、
前記第2の集積回路の上に形成され、前記パッケージ基板の前記平坦表面に直交する第2の検知軸を有する、第2の磁気コアと、
を含む、
電磁検知デバイス。
【請求項12】
請求項11に記載の電磁検知デバイスであって、
前記第1のダイが、前記第1の集積回路の上に形成される第3の磁気コアを含み、
前記第3の磁気コアが、前記パッケージ基板の前記平坦表面に平行な、及び、前記第1の検知軸及び前記第2の検知軸に直交する、第3の検知軸を含む、
電磁検知デバイス。
【請求項13】
請求項11に記載の電磁検知デバイスであって、
前記パッケージ基板上に搭載される第3のダイを更に含み、
前記第3のダイが、
第3の集積回路と、
前記第3の集積回路の上に形成され、前記平坦表面に平行な、及び、前記第1の検知軸及び前記第2の検知軸に直交する、第3の検知軸を有する、第3の磁気コアと、
を含む、
電磁検知デバイス。
【請求項14】
請求項11に記載の電磁検知デバイスであって、
前記第1の集積回路が、第1の励振信号を生成するように構成され、
前記第1の磁気コアが、前記第1の励振信号に応答して前記第1の検知軸に沿って第1の磁場を検知するように構成される、
電磁検知デバイス。
【請求項15】
請求項14に記載の電磁検知デバイスであって、
前記第2の集積回路が、第2の励振信号を生成するように構成され、
前記第2の磁気コアが、前記第2の励振信号に応答して前記第2の検知軸に沿って第2の磁場を検知するように構成される、
電磁検知デバイス。
【請求項16】
請求項14に記載の電磁検知デバイスであって、
前記第2の磁気コアが、前記第1の励振信号に応答して前記第2の検知軸に沿って第2の磁場を検知するように構成され、
前記第2の集積回路が、前記第1の励振信号に応答して、前記検知された前記第2の磁場を測定するように構成される、
電磁検知デバイス。
【請求項17】
集積フラックスゲート回路であって、
基板、回路、及び、フラックスゲート、を含み、
前記回路が、
前記基板上でつくられる能動領域を備えるトランジスタと、
前記トランジスタに対する相互接続を提供するために前記能動領域の上に形成される金属層と、
を有し、
前記フラックスゲートが、
前記金属層の上に形成される第1の磁気コアセグメントと、
前記金属層の上に形成され、前記第1の磁気コアセグメントと平行に整合される、第2の磁気コアセグメントと、
集合磁気コアを確立するために前記第1及び第2の磁気コアセグメントに巻き付くコイルと、
を有する、
集積フラックスゲート回路。
【請求項18】
請求項17に記載の集積フラックスゲート回路であって、
前記第1の磁気コアセグメントが第1のセグメントコア長を有し、
前記第2の磁気コアセグメントが第2のセグメントコア長を有し、
前記第1のセグメントコア長及び前記第2のセグメントコア長が、約1mmであるか又は1mmよりも大きい総コア長を画定する、
集積フラックスゲート回路。
【請求項19】
請求項17に記載の集積フラックスゲート回路であって、
前記フラックスゲートが、前記金属層の上に形成される第3の磁気コアセグメントを含み、前記第3の磁気コアセグメントが、前記第1及び第2の磁気コアセグメントと平行に整合され、
前記コイルが、前記集合磁気コアを確立するように、前記第1、第2、及び第3の磁気コアセグメントに巻き付く、
集積フラックスゲート回路。
【請求項20】
請求項19に記載の集積フラックスゲート回路であって、
前記第1の磁気コアセグメントが第1のセグメントコア長を有し、
前記第2の磁気コアセグメントが第2のセグメントコア長を有し、
前記第3の磁気コアセグメントが第3のセグメントコア長を有し、
前記第1、第2、及び第3のセグメントコア長が、約1mmであるか又は1mmよりも大きい総コア長を画定する、
集積フラックスゲート回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本願は、電磁検知デバイスの製造のためのシステム及び技法
【背景技術】
【0002】
フラックスゲートデバイスは、一般に、磁気コア構造と、磁気コアに巻き付くコイル部材とを含む。関連付けられた磁気コア構造に近接する環境における磁束の変化を検出するために、フラックスゲートデバイスを用いることが可能である。様々な工業用途を実装するために、フラックスゲートデバイスを集積回路とインタフェースさせる試みが行われてきている。例えば、制御回路とインタフェースされるフラックスゲートデバイスは、モータ制御システムにおいて用いるための電流測定デバイスとして、又は、ロボットシステムにおいて用いるための位置検知デバイスとして、適合可能である。しかしながら、これらのソリューションは一般に実装にコストがかかり、動作が複雑であって、一般に、単一パッケージプラットフォームにおける3次元(3D)検知は提供しない。
【発明の概要】
【0003】
説明する例において、電磁検知デバイスが、パッケージ基板上に搭載される複数の集積(integrated)フラックスゲートダイを含む。集積フラックスゲートダイの1つは短縮垂直エッジを用いて製造され、短縮垂直エッジによってパッケージ基板上に搭載され得るようになっている。集積フラックスゲートダイの検知方向は、概して、それぞれの垂直エッジに直交する。有利なことに、短縮垂直エッジを備える集積フラックスゲートダイは、パッケージ基板の平坦表面に直交する検知方向を提供する。
【0004】
一つの例示的実装において、集積フラックスゲートデバイスが、パッケージ基板、第1の集積フラックスゲートダイ、及び第2の集積フラックスゲートダイを含む。第1及び第2の集積フラックスゲートダイはどちらも、パッケージ基板の平坦表面上に搭載される。第1の集積フラックスゲートダイは、第1の半導体基板と、第1の半導体基板上に形成される第1の集積回路とを含む。第1の集積フラックスゲートダイはまた、第1の集積回路の上に形成され、パッケージ基板の平坦表面に対して平行に向けられる、第1の磁気コアを含む。第2の集積フラックスゲートダイは、第2の半導体基板と、第2の半導体基板上に形成される第2の集積回路とを含む。第2の集積フラックスゲートダイはまた、第2の集積回路の上に形成され、パッケージ基板の平坦表面に直交して向けられる、第2の磁気コアを含む。
【0005】
別の例示的実装において、電磁検知デバイスが、パッケージ基板、パッケージ基板上に搭載される第1のダイ、及びパッケージ基板上に搭載される第2のダイを含む。第1のダイは、第1の集積回路と、第1の集積回路の上に形成される第1の磁気コアとを含む。第1の磁気コアは、パッケージ基板の平坦表面に対して平行な第1の検知軸を有する。第2のダイは、第2の集積回路と、第2の集積回路の上に形成される第2の磁気コアとを含む。第2の磁気コアは、パッケージ基板の平坦表面に直交する第2の検知軸を有する。
【0006】
更に別の例示的実装において、集積フラックスゲート回路が、基板、基板上に形成される回路、及び集積フラックスゲート回路の上に形成されるフラックスゲートを含む。集積フラックスゲート回路は、基板上でつくられる能動領域を備えるトランジスタと、トランジスタに対する相互接続を提供するために能動領域の上に形成される金属層とを含む。フラックスゲートは、金属層の上に形成される第1の磁気コアセグメント、第1の磁気コアセグメントと平行に整合される第2の磁気コアセグメント、並びに、集合磁気コアを確立するために第1及び第2の磁気コアセグメントに巻き付くコイルを含む。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】一態様に従った電磁検知デバイスの断面側部図を示す。
【0008】
【図2】別の態様に従った電磁検知デバイスの部分的に露出された斜視図を示す。
【0009】
【図3】一態様に従った3次元(3D)電磁検知デバイスの上面図を示す。
【0010】
【図4】別の態様に従った別の3D電磁検知デバイスの上面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【0011】
様々な図面における同様の参照記号は同様の要素を示す。図面は一定の縮尺で描画されていない。
【0012】
例示的一つ又は複数の制御回路と集積可能な、低コスト及び高歩留りプロセスを用いて製造可能な3D検知フラックスゲートデバイスを含む。
【0013】
一態様によれば、集積フラックスゲートデバイスが半導体ダイ上に、同じ半導体ダイに形成される集積回路と同じ製造プロセスフローを用いて構築される。結果として、集積フラックスゲートデバイスは、2本の直交配置される検知軸(例えば、X軸及びY軸)における磁束を検知するための一つ又は複数の磁気コア構造を含み得る。集積フラックスゲートダイは、製造された後、パッケージ基板上に搭載され得る。直交配置される検知軸は、通常、パッケージ基板の平坦表面に対して平行である。3次元(3D)電磁検知を実装するために、他の2本の直交配置される検知軸によって画定される面(例えば、X−Y面)に直交するように、第3の検知軸(例えば、Z軸)が追加され得る。しかしながら、第1のパッケージ基板の平坦表面は2本の直交配置される検知軸のみを保持し得るため、第3の直交する検知軸は第2のパッケージ基板上に追加される。結果として、追加のパッケージ基板は、いくつかのコンパクトな応用例にとって3D検知を非常に空間効率の悪いものにし得る。例示の空間効率の良い3D検知を助けるために、単一のパッケージプラットフォーム内に第3の直交検知軸を追加するための特定のソリューションを提供する。
【0014】
図1は、一態様に従った電磁検知デバイス100の断面側部図を示す。電磁検知デバイス100は、パッケージ基板102、第1の集積フラックスゲートダイ110、及び第2の集積フラックスゲートダイ150を含む。パッケージ基板102は平坦表面103を有し、平坦表面103の上に、第1のダイ取り付けプラットフォーム108及び第2のダイ取り付けプラットフォーム109が形成される。第1のダイ取り付けプラットフォーム108は、第1の集積フラックスゲートダイ110を受け取り、これをパッケージ基板102に取り付けるように構成される。同様に、第2のダイ取り付けプラットフォーム109は、第2の集積フラックスゲートダイ150を受け取り、これをパッケージ基板102に取り付けるように構成される。第1及び第2の取り付けプラットフォーム108及び109の各々は、第1及び第2の集積フラックスゲートダイ110及び150を受け取って取り付けるためのエポキシ材料を含み得る。
【0015】
第1の集積フラックスゲートダイ110は、第1のダイ取り付けプラットフォーム108を介して、パッケージ基板102の平坦表面103上に搭載される。第1の集積フラックスゲートダイ110は、一つ又は複数の第1のボンディングワイヤ105及び第1のはんだ構造104を介して、パッケージ基板102に電気的に結合される。より具体的に言えば、第1のはんだ構造104はパッケージ基板102の平坦表面103上に形成され、第1のはんだ構造104は、パッケージ基板102に埋め込まれる配線構造に電気的に結合される。第1のボンディングワイヤ105は、第1の集積フラックスゲートダイ110を第1のはんだ構造104に電気的に接続し、それによって、第1の集積フラックスゲートダイ110をパッケージ基板102に電気的に結合することができる。
【0016】
第1の集積フラックスゲートダイ110は第1の集積フラックスゲート回路を含み、第1の集積フラックスゲート回路は、第1のセンサ回路を単一の半導体ダイ上の第1のフラックスゲートデバイスと集積する。第1の集積フラックスゲートダイ110は、第1の半導体基板112、第1の半導体基板112上に形成される回路層114、及び回路層114上に形成されるフラックスゲート層116を含む。第1の半導体基板112は、一つ又は複数のトランジスタ能動領域113を含み、その上にいくつかのトランジスタデバイスが形成される。回路層114は、トランジスタ能動領域113内に形成されるトランジスタデバイスを相互接続するための、一つ又は複数の導電配線層(例えば、ポリシリコン及び/又は金属配線層)を含む。回路層114及びトランジスタ能動領域113は共に、第1の集積回路111を形成し、第1の集積回路111は、フラックスゲート層116に形成される第1のフラックスゲートデバイスの一つ又は複数の検知動作を実施するように構成される。
【0017】
第1の集積フラックスゲートダイ110において具体化される第1の集積フラックスゲート回路は、第1の集積回路111を、フラックスゲート層116に形成される第1のフラックスゲートデバイスと接続するための、デバイス間接続構造を含む。一実装において、第1の集積フラックスゲートダイ110は、下側バイア121、下側相互接続金属層122、上側バイア123、及び上側相互接続金属層124を含む。第1の集積回路111は、下側バイア121及び下側相互接続金属層122を用いて、第1のフラックスゲートデバイス(例えば、116)に接続され得る。また、外部回路要素(例えば、パッケージ基板102及び第2の集積フラックスゲートダイ150)が、一つ又は複数の第1のボンディングパッド125を介して、第1の集積回路111と通信し得、一つ又は複数の第1のボンディングパッド125は、上側相互接続金属層125に、次いで上側バイア123に、また次いで下側相互接続金属層122及び下側バイア121に、電気的に結合される。
【0018】
フラックスゲート層116において形成される第1のフラックスゲートデバイスは、第1の磁気コア130を含む。そのため、第1の磁気コア130は、第1の集積回路111の上に配置され、第1の磁気コア130は、パッケージ基板102の平坦表面103に対して平行に向けられる。したがって、第1の磁気コア130は、パッケージ基板102の平坦表面103に対して平行な第1の検知軸132を有する。第1の集積回路111は、第1の磁気コア130の動作を較正及び制御するための、一つ又は複数のセンサ回路を含む。結果として、第1の集積フラックスゲートダイ110において具体化される第1の集積フラックスゲート回路は、パッケージ基板102の平坦表面103に対して平行な磁場を検知し得る。
【0019】
第2の集積フラックスゲートダイ150は、第2のダイ取り付けプラットフォーム109を介してパッケージ基板102の平坦表面103上に横方向に(又は縦方向に)搭載される。第2の集積フラックスゲートダイ150は、一つ又は複数の第2のボンディングワイヤ107及び第2のはんだ構造106を介して、パッケージ基板102に電気的に結合される。より具体的に言えば、第2のはんだ構造106は、パッケージ基板102の平坦表面103上に形成され、第2のはんだ構造106は、パッケージ基板102に埋め込まれた配線構造に電気的に結合される。第2のボンディングワイヤ107は、第2の集積フラックスゲートダイ150を第2のはんだ構造106に電気的に接続し、それによって、第2の集積フラックスゲートダイ150をパッケージ基板102に電気的に結合させ得る。したがって、第2の集積フラックスゲートダイ150は、パッケージ基板102を介して第1の集積フラックスゲートダイ110との接続を確立し得る。
【0020】
第2の集積フラックスゲートダイ150は第2の集積フラックスゲート回路を含み、第2の集積フラックスゲート回路は、第2のセンサ回路を単一の半導体ダイ上の第2のフラックスゲートデバイスと集積する。第2の集積フラックスゲートダイ150は、第2の半導体基板152、第2の半導体基板152上に形成される回路層154、及び、回路層154上に形成されるフラックスゲート層156を含む。第2の半導体基板152は、一つ又は複数のトランジスタ能動領域153を含み、その上にいくつかのトランジスタデバイスが形成される。回路層154は、トランジスタ能動領域153内に形成されるトランジスタデバイスを相互接続するための、一つ又は複数の導電配線層(例えば、ポリシリコン及び/又は金属配線層)を含む。回路層154及びトランジスタ能動領域153は共に、第2の集積回路151を形成し、第2の集積回路151は、フラックスゲート層156において形成される第2のフラックスゲートデバイスの一つ又は複数の検知動作を実施するように構成される。
【0021】
第2の集積フラックスゲートダイ150において具体化される第2の集積フラックスゲート回路は、第2の集積回路151を、フラックスゲート層156において形成される第2のフラックスゲートデバイスと接続するためのデバイス間接続構造を含む。一実装において、第2の集積フラックスゲートダイ150は、下側バイア161、下側相互接続金属層162、上側バイア163、及び上側相互接続金属層164を含む。第2の集積回路151は、下側バイア161及び下側相互接続金属層162を用いて、第2のフラックスゲートデバイス(例えば、156)に接続され得る。また、外部回路要素(例えば、パッケージ基板102及び第1の集積フラックスゲートダイ110)が、一つ又は複数の第2のボンディングパッド165を介して第2の集積回路151と通信し得、一つ又は複数の第2のボンディングパッド165は、上側相互接続金属層164に、次いで上側バイア163に、また次いで下側相互接続金属層162及び下側バイア161に、電気的に結合される。
【0022】
フラックスゲート層156において形成される第2のフラックスゲートデバイスは、第2の磁気コア170を含む。そのため、第2の磁気コア170は第2の集積回路151の上に配置され、第2の磁気コア170は、パッケージ基板102の平坦表面103に直交して向けられる。したがって、第2の磁気コア170は、パッケージ基板102の平坦表面103に、及び第1の検知軸132に直交する、第2の検知軸172を有する。第2の集積回路151は、第2の磁気コア170の動作を較正及び制御するための、一つ又は複数のセンサ回路を含む。代替として、第1の集積回路111における一つ又は複数のセンサ回路が、パッケージ基板102によって確立される接続を介して第2の磁気コア170の動作を較正及び制御し得る。いずれの場合も、第2の集積フラックスゲートダイ150において具体化される第2の集積フラックスゲート回路は、パッケージ基板102の平坦表面103に直交する磁場を検知し得る。
【0023】
第1及び第2の集積フラックスゲート回路(例えば、110及び150)は共に、2本の直交配置される軸(例えば、132及び172)における磁場を検知するように構成され得る。これら2本の軸の一方は平坦表面103に対して平行であり、これら2本の軸の他方は平坦表面103に直交する。一実装において、第1及び第2の集積フラックスゲート回路(例えば、110及び150)の各々は、各検知軸に沿って検知を独立して制御し得る。例えば、第1の集積回路111は、第1の励振信号を生成するように構成され得、第2の集積回路151は、第1の励振信号とは無関係な第2の励振信号を生成するように構成され得る。次いで、第1の磁気コア130は、第1の励振信号に応答して第1の検知軸132に沿って第1の磁場を検知するように構成される。これとは別に、第2の磁気コア170は、第2の励振信号に応答して第2の検知軸152に沿って第2の磁場を検知するように構成される。
【0024】
別の実装において、第1及び第2の集積フラックスゲート回路(例えば、110及び150)は、通常、両方の検知軸(例えば、132及び172)における磁場を検知するために制御され得る。例えば、第1の集積回路111又は第2の集積回路151のうちのいずれか1つが、第1の励振信号を生成するように構成され得る。次いで、第1の磁気コア130は、第1の励振信号に応答して、第1の検知軸132に沿って第1の磁場を検知するように構成される。同様に、第2の磁気コア170は、第1の励振信号に応答して、第2の検知軸152に沿って第2の磁場を検知するように構成される。
【0025】
3D検知を可能にするために、第3の磁気コア(例えば、図3及び図4に示される第3の磁気コア352を参照)を電磁検知デバイス100に追加することが可能である。第3の磁気コアは第3の検知軸(例えば、図3及び図4に示される第3の検知軸358を参照)を有し、第3の検知軸は、第3の検知軸が第1及び第2の検知軸(例えば、132及び172)の両方に直交するように配置される。そのようにして、第1及び第3の検知軸は第1の検知面(例えば、X−Y面)を形成し、第1及び第2の検知軸は第2の検知面(例えば、X−Z面)を形成し、第3及び第2の検知軸は第3の検知面(例えば、Y−Z面)を形成する。
【0026】
第2の磁気コア172はパッケージ基板102に対して垂直位置に配置されるので、第3の磁気コアはパッケージ基板102に対して水平位置に配置され得る。したがって、第3の磁気コアの配置は、第1の磁気コア130の配置と同様とすることが可能である。実際に、第3の磁気コアは、一態様(例えば、図4を参照)に従って第1の集積フラックスゲートダイ110に集積され得る。しかしながら、第1の集積フラックスゲートダイ110の製造プロセスを簡略化するために、第3の磁気コアは、別の態様(例えば、図3を参照)に従って第3の集積フラックスゲートダイによって実装され得る。いずれの場合においても、例示的単一のパッケージプラットフォームを用いて3D電磁検知を実施するための、空間効率が良く低コストのソリューションを提供する。
【0027】
第1の集積フラックスゲートダイ110は、通常、第1の取り付けベース幅144、及び第1の高さ142を有する。一方、第2の集積フラックスゲート150は、第1の高さ142に相応する第2の取り付けベース幅184、及び、第1の取り付けベース幅144よりも小さい第2の高さ182を有する。一つの例示的実装において、第2の高さ182は、第1の取り付けベース幅144の半分よりも小さくし得る。別の例示的実装において、第2の高さ182は、第1の取り付けベース幅144の3分の1よりも小さくし得る。したがって、第2の集積フラックスゲートダイ150の横寸法は、第1の集積フラックスゲートダイ110の横寸法よりも小さくし得る。この寸法関係により、第2の集積フラックスゲートダイ150は、パッケージ全体の縦サイズを著しく増加させることなく横方向に(すなわち、跳ね上げ式に(flipped up))搭載され得る。
【0028】
図2は、図1に示されるような断面Aから取られる電磁検知デバイス100の部分的に露出された斜視図を示す。第2の集積フラックスゲートダイ150は、垂直エッジ202、第1の水平エッジ204、及び第2の水平エッジ206を有する。垂直エッジ202は、第2の集積フラックスゲート回路が形成される方向に沿って画定され、そのため、垂直エッジ202は、第2の集積フラックスゲートダイ150の頂部表面181及び底部表面183に対して直角である。したがって、垂直エッジ202の寸法は、第2の集積フラックスゲートダイ150の厚みに対応する。
【0029】
第1の水平エッジ204及び第2の水平エッジ206は、第2の集積フラックスゲートダイ150の頂部表面181及び底部表面183に対して平行である。第1の水平エッジ204は、第2の検知軸172に対して直角な方向を画定し、第2の水平エッジ206は、第2の検知軸172に対して平行な方向を画定する。一般に、第1の水平エッジ204は第2の水平エッジ206よりも長い。パッケージ基板102に水平に搭載される第1の集積フラックスゲートダイ110とは異なり、第2の集積フラックスゲートダイ150は、パッケージ基板102に横方向に搭載される。したがって、垂直エッジ202及び第1の水平エッジ204は、搭載可能表面208を画定し、これに沿って第2の集積フラックスゲートダイ150がパッケージ基板102に搭載される。また、第1の集積フラックスゲートダイ110とは異なり、第2の集積フラックスゲートダイ150は、パッケージ基板102の平坦表面103に直交するように向けられる第2の水平エッジ206を有する。
【0030】
電磁検知デバイス100の空間効率の良いパッケージ配置を達成するために、垂直エッジ202、第1の水平エッジ204、及び第2の水平エッジ206は、各々が或る寸法関係を採用し得る。垂直エッジ202は第1のベース幅184を有する。第1の水平エッジ204は第2のベース幅186を有する。第2の水平エッジ206は高さ182を有する。一実装において、高さ182は、第1のベース幅184よりも大きいが、第1のベース幅184の3倍よりも小さい。例えば、第1のベース幅が0.4mmである場合、高さは1.2mm未満であり得る。別の実装において、第2の集積フラックスゲートダイ150を高さ1mmのパッケージ内に収めることができるように、高さ182は1mm未満であり得る。
【0031】
一態様によれば、第2の磁気コア170は、第1の磁気コア130の感度に相応する感度を有するように構成される。したがって、第2の磁気コア170の硬質磁気軸は、第1の磁気コア130の硬質磁気軸の総長に相応する総長を有する。しかしながら、第2の検知軸172はパッケージ基板102の平坦表面103に直交して向けられるため、第2の磁気コア170の寸法は、第2の集積フラックスゲートダイ150の高さ182によって制限される。そのため、第2の磁気コア170は、第1の磁気コア130とは異なる構成を採用し得る。
【0032】
一つの例示的実装において、第2の磁気コア170を複数の磁気コアセグメントに切り離すことが可能である。これらの磁気コアセグメントは、互いに平行に、及び、第2の集積フラックスゲートダイ150の垂直エッジ202に直交して整合される。これらの磁気コアセグメントの各々が、セグメント長を有する。組み合わされたとき、磁気コアセグメントの総セグメント長は、おおよそ、第1の磁気コア130の連続的な長さに等しいか、又はそれよりも大きい。セグメント長は、磁気コアセグメント間で等しく分配され得る。代替として、一つの磁気コアセグメントが、別の磁気コアセグメントとは異なるセグメント長を有し得る。
【0033】
一例として、第2の磁気コア170は、第1の磁気コアセグメント210、第2の磁気コアセグメント230、及び第3の磁気コアセグメント250を含み得る。第1、第2、及び第3の磁気コアセグメント210、230、及び250の各々は、図1に示されるように下側相互接続金属層122の上に形成され、下側相互接続金属層122から絶縁される。したがって、磁気コアセグメント210、230、及び250は、それらの下に配置された第2の集積回路151からの干渉を受けない。図2に示されるように、第1、第2、及び第3の磁気コアセグメント210、230、及び250は、互いに平行に整合される。第1、第2、及び第3の磁気コアセグメント210、230、及び250の各々は、垂直エッジ202に直交し、及び、第1及び第2の水平エッジ204及び206に対して平行に、整合される。電磁結合が確立されるとき、第1、第2、及び第3の磁気コアセグメント210、230、及び250は、単一の磁気コアとして機能する。
【0034】
第1、第2、及び第3の磁気コアセグメント210、230、及び250は、組み合わせて、第1の磁気コア130と同様の感度を保持するように、第1の磁気コア130の連続的なコア長に相応する総コア長を有する。一実装において、第2の磁気コア170の総コア長は、第1の磁気コア130の連続的なコア長と実質的に同じとすることができる。したがって、第1の磁気コア130の連続的なコア長が1mmである場合、第2の磁気コア170の総コア長は、10%の偏差を伴い、1mmとし得る。別の実装において、第2の磁気コア170の総コア長は、第1の磁気コア130の連続的なコア長よりも大きくし得る。したがって、第1の磁気コア130の連続的なコア長が1mmである場合、第2の磁気コア170の総コア長は、10%の偏差を伴い、1.2mmとし得る。
【0035】
総コア長は、磁気コアセグメントに均等に分配され得る。一つの例示的構成において、第1の磁気コアセグメント210は、第1のセグメントコア長221を有し、第1のセグメントコア長221は、第2の磁気コアセグメント230の第2のセグメントコア長241及び第3の磁気コアセグメント250の第3のセグメントコア長261に等しい。第1、第2、及び第3のセグメントコア長221、241、及び261は共に、総コア長を画定する。第1、第2、及び第3のセグメントコア長221、241、及び261の各々は、第1の磁気コア130の連続的なコア長の約3分の1とすることができる。したがって、第1の磁気コア130の連続的なコア長が1mm〜2mmの範囲である場合、第1、第2、及び第3のセグメントコア長221、241、及び261の各々は、0.3mm〜0.7mmの範囲であり得る。
【0036】
一態様によれば、集合磁気コア170を形成するために、第1、第2、及び第3のコアセグメント210、230、及び250の間に、電磁結合が確立され得る。より具体的に言えば、電磁結合は、複数のコイルセグメントを含む連続的なコイルによって確立され得る。一つの例示的実装において、第2の集積フラックスゲートダイ150は、第1のコイルセグメント215、第2のコイルセグメント235、及び第3のコイルセグメント255を包含する連続的なコイルを含む。第1、第2、及び第3のコイルセグメント215、235、及び255は、フラックスゲート層156(図1を参照)内に形成され、上側相互接続金属層164などの相互接続金属層の導電ワイヤによって接続される。
【0037】
第1のコイルセグメント215は、第1の磁気コアセグメント210に巻き付く。第1のコイルセグメント215は、第1の頂部コイル部材213及び第1の底部コイル部材214を含む。第1の頂部コイル部材213は、上側相互接続金属層164の1つにおいて形成され得、第1の底部コイル部材214は、第1の頂部コイル部材213の下に形成され得る。第1の頂部コイル部材213は、第1のコイルセグメント215においてコイルリングを形成するために、上側バイア163(図1を参照)によって第1の底部コイル部材214に接続される。第1のコイルセグメント215は、上側相互接続金属層164の1つにおいて形成されるワイヤ構造を用いて、第2のコイルセグメント235に接続される。一実装において、第1のコイルセグメント215は、第1の頂部コイル部材213の同じ金属層における配線構造を用いて、第2のコイルセグメント235に接続され得る。別の実装において、第1のコイルセグメント215は、第1の底部コイル部材214の同じ金属層における配線構造を用いて、第2のコイルセグメント235に接続され得る。
【0038】
第2のコイルセグメント235は、第2の磁気コアセグメント230に巻き付く。第2のコイルセグメント235は、第2の頂部コイル部材233及び第2の底部コイル部材234を含む。第2の頂部コイル部材233は、上側相互接続金属層164の1つにおいて形成され得、第2の底部コイル部材234は、第2の頂部コイル部材233の下に形成され得る。第2の頂部コイル部材233は、第2のコイルセグメント235においてコイルリングを形成するために、上側バイア163(図1を参照)によって第2の底部コイル部材234に接続される。第2のコイルセグメント235は、上側相互接続金属層164の1つにおいて形成されるワイヤ構造を用いて、第3のコイルセグメント255に接続される。一実装において、第2のコイルセグメント235は、第2の頂部コイル部材233の同じ金属層における配線構造を用いて、第3のコイルセグメント255に接続され得る。別の実装において、第2のコイルセグメント235は、第2の底部コイル部材234の同じ金属層における配線構造を用いて、第3のコイルセグメント255に接続され得る。
【0039】
第3のコイルセグメント255は、第3の磁気コアセグメント250に巻き付く。第3のコイルセグメント255は、第3の頂部コイル部材253及び第3の底部コイル部材254を含む。第3の頂部コイル部材253は、上側相互接続金属層164の1つにおいて形成され得、第3の底部コイル部材254は、第3の頂部コイル部材253の下に形成され得る。第3の頂部コイル部材253は、第3のコイルセグメント255においてコイルリングを形成するために、上側バイア163(図1を参照)によって第3の底部コイル部材254に接続される。コイルセグメント215、235、及び255が活性化されるとき、磁気コアセグメント210、230、及び250は、第2の検知軸172における磁場を検知するように構成される。
【0040】
図2は、第1、第2、及び第3の磁気コアセグメント210、230、及び250に巻き付く単一コイルを示すが、これらのコアセグメントに巻き付けるために複数のコイルを追加することも可能である。一つの例示的実装において、第2の集積フラックスゲートダイ150は、第1、第2、及び第3の磁気コアセグメント210、230、及び250の間の電圧を検知するための第1のコイルと、第1、第2、及び第3の磁気コアセグメント210、230、及び250の周囲を流れる励振電流を導電させるための第2のコイルとを含み得る。第1及び第2のコイルは、前述のものと同じ構造的特性を有し得る。例えば、第1及び第2のコイルの頂部コイル部材(例えば、213、233、及び253)は、垂直エッジ202に直交し、第1及び第2の水平エッジ204及び206に対して平行な、頂部相互接続金属層(例えば、164)において形成され得る。
【0041】
前述のように、例示的単一のパッケージプラットフォームを用いて3D電磁検知を実施するための、空間効率が良く低コストのソリューションを提供する。3D検知を可能にするために、電磁検知デバイス100に第3の磁気コアを追加することが可能である。第3の磁気コアは第3の検知軸を有し、第3の検知軸は、第3の検知軸が第1及び第2の検知軸(例えば、図1における132及び172)の両方に直交するように配置される。そのようにして、第1及び第3の検知軸は第1の検知面(例えば、X−Y面)を形成し、第1及び第2の検知軸は第2の検知面(例えば、X−Z面)を形成し、第3及び第2の検知軸は第3の検知面(例えば、Y−Z面)を形成する。
【0042】
図3は、一態様に従った3D電磁検知(EMS)デバイス300の上面図を示す。3D EMSデバイス300は、図1及び図2において図示及び説明されるような電磁検知デバイス100に基づいて改変される。3D EMSデバイス300は、3つの直交配置される面(例えば、X−Y面、X−Z面、及びY−Z面)における磁場を検知するための、3つの直交配置される検知軸(すなわち、318、338、及び358)を画定する。具体的に言えば、3D EMSデバイス300は、3つの直交配置される検知軸を活性化するための、3つの別々の集積フラックスゲートダイを含む。EMSデバイス100と同様に、3D EMSデバイス300は、その平坦表面上に、第1のダイ310、第2のダイ330、及び第3のダイ350を搭載するためのパッケージ基板301を含む。
【0043】
第1のダイ310は、図1において図示及び説明されるような第1の集積フラックスゲートダイ110の構造的特性を組み込む。例えば、第1のダイ310は、第1のコイル314によって巻き付けられる第1の磁気コア312を含む。第1の磁気コア312は、第1の検知軸318に沿った磁場を検知するのに充分な第1の連続的なコア長316を有する。一つの例示的実装において、第1の連続的なコア長316は0.7mm〜2mmの範囲であり得る。別の実装において、第1の連続的なコア長316は1mmであり得る。第1の検知軸318は、パッケージ基板301の平坦表面に対して平行である。
【0044】
第2のダイ330は、図1及び図2において図示及び説明されるような第2の集積フラックスゲートダイ150の構造的特性を組み込む。例えば、第2のダイ330は、半導体基板334内でつくられるトランジスタ能動領域336の上に形成される、第2の磁気コア332を含む。第2の磁気コア332は、各々がセグメントコア長を有する、2つ又はそれ以上(例えば、3つ)のコアセグメントを有する。セグメントコア長は、第2の検知軸338に沿って磁場を検知するのに充分な総コア長に統合され得る。一実装において、総コア長は0.7mm〜2mmの範囲であり得る。別の実装において、総コア長は1mmであり得る。第2の検知軸338は、第1の検知軸318及びパッケージ基板301の平坦表面に直交する。第1及び第2の検知軸318及び338は、共に、パッケージ基板301の平坦表面に直交する第1の検知面(例えば、X−Z面)を画定する。
【0045】
第1のダイ310と同様、第3のダイ350は、図1において図示及び説明されるような第1の集積フラックスゲートダイ110の構造的特性を組み込む。例えば、第3のダイ350は、第3のコイル354によって巻き付けられる第3の磁気コア352を含む。第3の磁気コア352は、第3の検知軸358に沿った磁場を検知するのに充分な第2の連続的なコア長356を有する。一つの例示的実装において、第2の連続的なコア長356は0.7mm〜2mmの範囲であり得る。別の実装において、第2の連続的なコア長356は1mmであり得る。第1の検知軸318と同様に、第3の検知軸358はパッケージ基板301の平坦表面に対して平行である。第3の検知軸358は、第2の検知面(例えば、X−Y面)を画定するために用いる第1の検知軸318に直交する。第3の検知軸358はまた、第3の検知面(例えば、Y−Z面)を画定するために用いる第2の検知軸338と直交する。第2の検知面はパッケージ基板301の平坦表面に対して平行である一方で、第3の検知面はパッケージ基板301の平坦表面に直交する。
【0046】
第1、第2、及び第3のダイ310、330、及び350の各々は、それ自体の励振信号を生成し得、これらの別個に生成される励振信号に応答して、電磁検知を実施し得る。或いは、第1、第2、及び第3のダイ310、330、及び350のうちの1つが、共通励振信号を生成し得、この共通励振信号が、第1、第2、及び第3のダイ310、330、及び350の各々に電磁検知を実施させる。3D EMSデバイス300は、有利にも、単一パッケージ基板上で3D検知を実施するために、空間効率の良い低コストのソリューションを提供する。
【0047】
図4は、別の態様に従った、別の3D電磁検知デバイス400の上面図を示す。3D EMSデバイス400は、図1及び図2において図示及び説明されるような電磁検知デバイス100、並びに、図3において図示及び説明されるような3D EMSデバイス300に基づいて、改変される。3D EMSデバイス400は、3つの直交配置される面(例えば、X−Y面、X−Z面、及びY−Z面)における磁場を検知するための、3つの直交配置される検知軸(すなわち、318、338、及び358)を画定する。具体的に言えば、3D EMSデバイス300は、3つの直交配置される検知軸を活性化するための、2つの別々の集積フラックスゲートダイを含む。EMSデバイス100と同様に、3D EMSデバイス400は、その平坦表面上に第1のダイ410及び第2のダイ330を搭載するためのパッケージ基板401を含む。
【0048】
第1のダイ410は、図3において図示及び説明されるような、第1のダイ310及び第3のダイ350の組み合わせとし得る。具体的に言えば、第1のダイ410は、第1の磁気コア312及び第3の磁気コア352の両方を、単一のダイ構造に組み込み得る。3D EMSデバイス400における第1のダイ410は、有利にも、3D EMSデバイス300の実装と比較すると、付加的な空間効率を提供する。
【0049】
本説明において、「するように構成される」という用語は、一つ又は複数の有形の非一時的構成要素の構造的及び機能的特性を説明する。例えば、「するように構成される」という用語は、或る機能を行うために設計又は専門化される、特定の構成を含み得る。したがって、或るデバイスが、或る機能を行うようにイネーブル、活性化、又は給電され得る有形の非一時的構成要素を含む場合、そのデバイスは、その機能を行う「ように構成される」。また、例えば、「するように構成される」という用語は、デバイスを説明するために用いられる場合、そのデバイスを任意の所与の時点で構成可能とする必要はない。
【0050】
前述の構成要素(例えば、要素、リソース)によって行われる様々な機能に関して、こうした構成要素を説明するために用いられる用語は、特に指定されない限り、たとえ説明される構造と構造的に等価でない場合であっても、説明される構成要素(例えば、機能的に等価)の特定の機能を行なう任意の構成要素に対応することが意図される。特定の特徴が、いくつかの実装の1つのみに関して説明されているが、こうした特徴は、他の実装の一つ又は複数の他の特徴と組み合わされ得る。
【0051】
別々の実施形態のコンテキストで本明細書において説明される或る特徴が、単一の実施形態において組み合わせで実装され得る。反対に、単一の実施形態のコンテキストで説明される様々な特徴が、複数の実施形態において別々に、又は好適な下位組み合わせで、実装され得る。
【0052】
図面は動作を特定の順で示しているが、こうした動作は、望ましい結果を達成するために、示された特定の順で又は順次に実施される必要はなく、例示のすべての動作が実施される必要もない。或る状況において、マルチタスキング及び並列処理が有利であり得る。また、上述の実施形態における様々のシステム構成要素の分離は、すべての実施形態においてこうした分離を必要とする訳ではない。
【0053】
特許請求の範囲内で、説明した実施形態における改変が可能であり、他の実施形態も可能である。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【国際調査報告】

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