[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

DE102015203040A1 - Arrangement of an electric compass - Google Patents

Arrangement of an electric compass Download PDF

Info

Publication number
DE102015203040A1
DE102015203040A1 DE102015203040.7A DE102015203040A DE102015203040A1 DE 102015203040 A1 DE102015203040 A1 DE 102015203040A1 DE 102015203040 A DE102015203040 A DE 102015203040A DE 102015203040 A1 DE102015203040 A1 DE 102015203040A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
wafer
arrangement
hall element
detection device
evaluation circuit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
DE102015203040.7A
Other languages
German (de)
Inventor
Arne Dannenberg
Jochen Franz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE102015203040.7A priority Critical patent/DE102015203040A1/en
Publication of DE102015203040A1 publication Critical patent/DE102015203040A1/en
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C17/00Compasses; Devices for ascertaining true or magnetic north for navigation or surveying purposes
    • G01C17/02Magnetic compasses
    • G01C17/28Electromagnetic compasses
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P1/00Details of instruments
    • G01P1/02Housings
    • G01P1/023Housings for acceleration measuring devices
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/06Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
    • G01R33/07Hall effect devices
    • G01R33/072Constructional adaptation of the sensor to specific applications
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N52/00Hall-effect devices
    • H10N52/101Semiconductor Hall-effect devices
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01VGEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V3/00Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
    • G01V3/40Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation specially adapted for measuring magnetic field characteristics of the earth

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Hall/Mr Elements (AREA)
  • Pressure Sensors (AREA)

Abstract

Anordnung (100) für einen elektrischen Kompass, aufweisend: – einen ersten Wafer (10) mit einer ersten elektronischen Auswerteschaltung und einer zweiten elektronischen Auswerteschaltung; – eine mikromechanische Erfassungseinrichtung (20) zum Erfassen von Beschleunigung; – wobei der erste Wafer (10) und die mikromechanische Erfassungseinrichtung (20) geschichtet angeordnet sind; und – ein Hall-Element (40), das auf einer definierten Oberfläche der mikromechanischen Erfassungseinrichtung (20) angeordnet ist, wobei mittels der ersten elektronischen Auswerteschaltung ein Signal der mikromechanischen Erfassungseinrichtung (20) auswertbar ist und wobei mittels der zweiten elektronischen Auswerteschaltung ein Signal des Hall-Elements (40) auswertbar ist.Arrangement (100) for an electric compass, comprising: - a first wafer (10) having a first electronic evaluation circuit and a second electronic evaluation circuit; A micromechanical detection device (20) for detecting acceleration; - Wherein the first wafer (10) and the micromechanical detection device (20) are arranged in layers; and - a Hall element (40) which is arranged on a defined surface of the micromechanical detection device (20), wherein a signal of the micromechanical detection device (20) can be evaluated by means of the first electronic evaluation circuit and wherein by means of the second electronic evaluation circuit a signal of the Hall element (40) is evaluable.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung für einen elektrischen Kompass und ein Verfahren zum Herstellen einer Anordnung für einen elektrischen Kompass.The invention relates to an arrangement for an electric compass and a method for producing an arrangement for an electric compass.

Stand der TechnikState of the art

Zum Zweck einer Bestimmung einer Orientierung im Raum werden zum Beispiel in Mobiltelefonen elektrische Kompasse verwendet. Diese umfassen üblicherweise einen dreiachsigen MEMS-Beschleunigungssensor (engl. micro-electromechanical systems) und einen dreiachsigen Magnetfeldsensor. Ein besonders kleiner Bauraum lässt sich bei einem derartigen elektrischen Kompass beispielsweise dadurch realisieren, dass die MEMS-Elemente der beiden Sensoren zusammen mit ihren elektronischen Auswerteschaltungen (ASICs) in ein Gehäuse (engl. package) integriert werden.For the purpose of determining an orientation in space, for example, electric compasses are used in mobile phones. These typically include a triaxial MEMS (micro-electromechanical systems) accelerometer and a triaxial magnetic field sensor. A particularly small installation space can be realized in such an electric compass, for example, by integrating the MEMS elements of the two sensors together with their electronic evaluation circuits (ASICs) into a housing (English package).

Bekannt ist ferner, dass Materialien mit hoher Elektronenmobilität und geringer Ladungsträgerdichte über den Hall-Effekt vorteilhaft als Magnetfeldsensoren eingesetzt werden können. Hier bieten III-V-Halbleiter nützliche Eigenschaften, wobei Indium-Antimon (InSb) mit einer Beweglichkeit von ca. 80.000 cm2/V/s gegenüber Silizium mit einer Beweglichkeit von ca. 1.000 m2/V/s ermöglicht, Hall-Sensoren mit deutlich vergrößerter Sensitivität herzustellen.It is also known that materials with high electron mobility and low charge carrier density can be used advantageously as magnetic field sensors via the Hall effect. Here, III-V semiconductors offer useful properties, allowing indium antimony (InSb) with a mobility of approximately 80,000 cm 2 / V / s over silicon with a mobility of approximately 1,000 m 2 / V / s, Hall sensors produce with significantly increased sensitivity.

Bekannt sind derartige Sensoren mit InSb als magnetfeldsensitive Schicht, aber auch mit anderen III-V-Halbleiterkombinationen, wie z.B. Galliumarsenid (GaAs) oder Indiumarsenid (InAs).Such sensors are known with InSb as a magnetic field-sensitive layer, but also with other III-V semiconductor combinations, such. Gallium arsenide (GaAs) or indium arsenide (InAs).

Darüber hinaus kann Graphen in der magnetfeldsensitiven Schicht eine noch höhere Elektronenmobilität von ca. 100.000 cm2/V/s bereitstellen.In addition, graphene in the magnetic field sensitive layer can provide even higher electron mobility of about 100,000 cm 2 / V / sec.

Bekannt sind ferner MEMS-Beschleunigungssensoren, bei denen ein bewegliches Feder-Masse-System in ein Vakuum eingeschlossen wird. Dies wird üblicherweise durch eine Kappe auf einem strukturierten Siliziumchip bzw. -wafer realisiert.Also known are MEMS acceleration sensors, in which a movable spring-mass system is enclosed in a vacuum. This is usually realized by a cap on a structured silicon chip or wafer.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Anordnung für einen elektrischen Kompass bereitzustellen.It is an object of the invention to provide an improved arrangement for an electric compass.

Gemäß einem ersten Aspekt wird die Aufgabe gelöst mit einer Anordnung für einen elektrischen Kompass, aufweisend:

  • – einen ersten Wafer mit einer ersten elektronischen Auswerteschaltung und einer zweiten elektronischen Auswerteschaltung;
  • – eine mikromechanische Erfassungseinrichtung zum Erfassen von Beschleunigung;
  • – wobei der erste Wafer und die mikromechanische Erfassungseinrichtung geschichtet angeordnet sind; und
  • – ein Hall-Element, das auf einer definierten Oberfläche der mikromechanischen Erfassungseinrichtung angeordnet ist, wobei mittels der ersten elektronischen Auswerteschaltung ein Signal der mikromechanischen Erfassungseinrichtung auswertbar ist und wobei mittels der zweiten elektronischen Auswerteschaltung ein Signal des Hall-Elements auswertbar ist.
According to a first aspect, the object is achieved with an arrangement for an electric compass, comprising:
  • A first wafer with a first electronic evaluation circuit and a second electronic evaluation circuit;
  • A micromechanical detection device for detecting acceleration;
  • - Wherein the first wafer and the micromechanical detection device are arranged in layers; and
  • A Hall element which is arranged on a defined surface of the micromechanical detection device, wherein a signal of the micromechanical detection device can be evaluated by means of the first electronic evaluation circuit and wherein a signal of the Hall element can be evaluated by means of the second electronic evaluation circuit.

Gemäß einem zweiten Aspekt wird die Aufgabe gelöst mit einem Verfahren zum Herstellen einer Anordnung für einen elektrischen Kompass, aufweisend die Schritte:

  • – Bereitstellen einer ersten elektronischen Auswerteschaltung auf einem ersten Wafer;
  • – Bereitstellen einer zweiten elektronischen Auswerteschaltung auf dem ersten Wafer;
  • – Bereitstellen einer mikromechanischen Erfassungsrichtung zum Erfassen von Beschleunigung; und
  • – Abscheiden eines Hall-Elements auf eine definierte Oberfläche der mikromechanischen Erfassungseinrichtung, wobei der erste Wafer, die mikromechanische Erfassungseinrichtung und das Hall-Element geschichtet angeordnet werden.
According to a second aspect, the object is achieved with a method for producing an arrangement for an electric compass, comprising the steps:
  • - Providing a first electronic evaluation circuit on a first wafer;
  • - Providing a second electronic evaluation circuit on the first wafer;
  • - Providing a micromechanical detection direction for detecting acceleration; and
  • - depositing a Hall element on a defined surface of the micromechanical detection device, wherein the first wafer, the micromechanical detection device and the Hall element are arranged in layers.

Auf diese Weise wird die magnetfeldsensitive Schicht bei der Herstellung der Anordnung auf eine weitgehend hitzeunempfindliche Oberfläche der mikromechanischen Erfassungsrichtung abgeschieden. Dadurch kann die magnetfeldsensitive Schicht für das Hall-Element mit einer hohen Temperatur abgeschieden werden, wodurch vorteilhaft eine hohe Qualität des Hall-Elements und dadurch eine hohe Sensitivität für den elektrischen Kompass unterstützt ist. Ferner kann auf diese Weise vorteilhaft ein hybrider Aufbau eines elektrischen Kompasses vermieden werden, weil kein zusätzlicher separater Chip erforderlich ist. Im Ergebnis ist dadurch ein flacher Aufbau von elektronischen Geräten (zum Beispiel Smartphones) mit einem elektrischen Kompass unterstützt.In this way, the magnetic field-sensitive layer is deposited in a production of the arrangement on a substantially heat-insensitive surface of the micromechanical detection direction. As a result, the magnetic-field-sensitive layer for the Hall element can be deposited with a high temperature, which advantageously supports a high quality of the Hall element and thereby high sensitivity for the electric compass. Furthermore, a hybrid construction of an electric compass can be advantageously avoided in this way, because no additional separate chip is required. As a result, a flat structure of electronic devices (for example, smartphones) is supported by an electric compass.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Anordnung und des Verfahrens sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen.Advantageous developments of the arrangement and the method are the subject of dependent claims.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Anordnung zeichnet sich dadurch aus, dass das Hall-Element auf einer Oberseite oder auf einer Unterseite eines Kappenwafers der mikromechanischen Erfassungseinrichtung angeordnet ist. Dadurch ist eine variable Anordnung für das Hall-Element unterstützt.An advantageous development of the arrangement is characterized in that the Hall element is arranged on an upper side or on an underside of a cap wafer of the micromechanical detection device. This supports a variable arrangement of the Hall element.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Hall-Element auf einer Oberseite oder auf einer Unterseite eines Beschleunigungs-MEMS-Elements der mikromechanischen Erfassungseinrichtung angeordnet ist. Auch auf diese Weise ist eine große Designfreiheit für den elektrischen Kompass vorteilhaft unterstützt. A further advantageous development of the arrangement is characterized in that the Hall element is arranged on an upper side or on a lower side of an acceleration MEMS element of the micromechanical detection device. Also in this way a great design freedom for the electric compass is advantageously supported.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Anordnung zeichnet sich dadurch aus, dass das Hall-Element eine III-V-Halbleiterschicht aufweist. Auf diese Weise wird die magnetsensitive Schicht in einer Form bereitgestellt, in der sie vorteilhaft bei hohen Temperaturen und damit in hoher Qualität abgeschieden werden kann.A further advantageous development of the arrangement is characterized in that the Hall element has a III-V semiconductor layer. In this way, the magneto-sensitive layer is provided in a form in which it can advantageously be deposited at high temperatures and thus in high quality.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Hall-Element Graphen aufweist. Dadurch wird für das Hall-Element eine alternative magnetsensitive Schicht bereitgestellt.A further advantageous development of the arrangement is characterized in that the Hall element has graphene. As a result, an alternative magneto-sensitive layer is provided for the Hall element.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Anordnung zeichnet sich dadurch aus, dass zur elektrischen Kontaktierung des Hall-Elements Metall und Bonddrähte vorgesehen sind. Auf diese Weise ist eine elektrische Kontaktierung für das Hall-Element mit anderen Elementen des elektrischen Kompasses möglich.An advantageous development of the arrangement is characterized in that metal and bonding wires are provided for electrical contacting of the Hall element. In this way, an electrical contact for the Hall element with other elements of the electric compass is possible.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass zur elektrischen Kontaktierung des Hall-Elements Metall und Durchkontaktierungen vorgesehen sind. Auch auf diese Weise kann eine elektrische Kontaktierung innerhalb der elektrischen Anordnung bereitgestellt werden.A further advantageous development of the arrangement is characterized in that metal and plated-through holes are provided for electrical contacting of the Hall element. In this way, an electrical contact can be provided within the electrical arrangement.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner einen zweiten Wafer aufweist, der mit dem ersten Wafer und mit der mikromechanischen Erfassungseinrichtung geschichtet angeordnet ist, wobei die zweite elektronische Auswerteschaltung auf dem zweiten Wafer angeordnet ist. Auf diese Weise wird eine alternative Struktur der Anordnung realisiert, die eine getrennte Ausbildung und Anordnung der beiden Auswerteschaltungen auf unterschiedlichen Wafern bzw. Chips vorsieht.A further advantageous development of the arrangement is characterized in that it further comprises a second wafer, which is arranged layered with the first wafer and with the micromechanical detection device, wherein the second electronic evaluation circuit is arranged on the second wafer. In this way, an alternative structure of the arrangement is realized, which provides a separate design and arrangement of the two evaluation circuits on different wafers or chips.

Die Erfindung wird im Folgenden wird mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand von drei Figuren im Detail beschrieben. Dabei bilden alle Merkmale, unabhängig von ihrer Darstellung in der Beschreibung und in den Figuren und unabhängig von ihrer Rückbeziehung in den Patentansprüchen den Gegenstand der Erfindung. Die Figuren sind insbesondere dazu gedacht, die erfindungswesentlichen Prinzipien zu verdeutlichen und sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu ausgeführt.The invention will be described below with further features and advantages with reference to three figures in detail. All features, regardless of their representation in the description and in the figures and regardless of their relationship in the claims form the subject of the invention. The figures are particularly intended to illustrate the principles essential to the invention and are not necessarily to scale.

In den Figuren zeigt:In the figures shows:

1 eine Querschnittsansicht durch einen grundlegenden Aufbau einer Anordnung für einen elektrischen Kompass; 1 a cross-sectional view through a basic structure of an arrangement for an electric compass;

2 eine Detailansicht von 1; und 2 a detailed view of 1 ; and

3 einen prinzipiellen Ablauf einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. 3 a basic sequence of an embodiment of the method according to the invention.

Beschreibung von AusführungsformenDescription of embodiments

Die vorliegende Erfindung ermöglicht es vorteilhaft, elektrische Kompasse basierend auf III-V-Halbleiter-Hallsensoren oder Graphen-Hallsensoren herzustellen, die in kleineren Packungseinheiten integrierbar sind.The present invention advantageously makes it possible to produce electrical compasses based on III-V semiconductor Hall sensors or graphene Hall sensors that can be integrated into smaller packaging units.

Im Stand der Technik bekannte elektrische Kompasse (nicht dargestellt) können einen hybriden Aufbau aufweisen, bei dem beispielsweise ein InSb-Hall-Sensorchip, ein zugehöriger Auswerte-ASIC, ein Beschleunigungssensor-MEMS-Element sowie ein zugehöriger Auswerte-ASIC aufeinander gestapelt werden. Dies resultiert nachteilig in einem hohen Gehäuse, was Anforderungen an moderne Smartphones nicht gerecht wird (Höhe des Gehäuses für den Auswerte-ASIC und das Beschleunigungssensor-MEMS-Element („First-Level-Package“) sollte z.B. kleiner als 0,85 mm sein) oder zu einer Verwendung von stark abgedünnten Chips, was beim Beschleunigungssensor jedoch nachteilig zu schlechteren Sensorcharakteristiken führen kann.Electric compasses (not shown) known in the prior art may have a hybrid structure in which, for example, an InSb Hall sensor chip, an associated evaluation ASIC, an acceleration sensor MEMS element and an associated evaluation ASIC are stacked on top of one another. This results disadvantageously in a high housing, which does not meet requirements for modern smartphones (height of the housing for the evaluation ASIC and the acceleration sensor MEMS element ("first-level package") should be, for example, less than 0.85 mm ) or a use of heavily thinned chips, which, however, can disadvantageously lead to worse sensor characteristics in the acceleration sensor.

Vorgeschlagen wird daher, ein Hall-Element auf dem Chip des Beschleunigungssensors anzuordnen. Dies kann beispielsweise auf oder unter dem Kappenwafer oder auf oder unter einem Wafer mit mikromechanisch beweglichen Strukturen durchgeführt werden.It is therefore proposed to arrange a Hall element on the chip of the acceleration sensor. This can be carried out, for example, on or under the cap wafer or on or under a wafer with micromechanically movable structures.

1 zeigt eine Querschnittsansicht durch einen prinzipiellen Aufbau einer geschichteten Anordnung 100 für einen elektrischen Kompass (nicht dargestellt). Vorgesehen ist eine erste elektronische Auswerteschaltung bzw. ein Beschleunigungs-ASIC auf einem ersten Wafer 10. Unterhalb des ersten Wafers 10 ist eine mikromechanische Erfassungseinrichtung 20 angeordnet, die einen Kappenwafer 21 und einen Beschleunigungs-MEMS-Wafer 22 mit mikromechanisch beweglichen Strukturen umfasst. Die beiden Wafer 21, 22 sind zum Beispiel mittels Bondens fest miteinander verbunden. Unterhalb der mikromechanischen Erfassungsrichtung 20 ist eine zweite elektronische Auswerteschaltung in Form eines Magnetfeld-ASICs auf einem zweiten Wafer 30 vorgesehen, vorzugsweise zur Auswertung von elektrischen Signalen einer magnetfeldsensitiven Schicht (nicht dargestellt in 1). 1 shows a cross-sectional view through a basic structure of a layered arrangement 100 for an electric compass (not shown). A first electronic evaluation circuit or an acceleration ASIC is provided on a first wafer 10 , Below the first wafer 10 is a micromechanical detection device 20 arranged a cap wafer 21 and an acceleration MEMS wafer 22 comprising micromechanically movable structures. The two wafers 21 . 22 For example, they are firmly connected by bonding. Below the micromechanical detection direction 20 is a second electronic evaluation circuit in the form of a magnetic field ASIC on a second wafer 30 provided, preferably for the evaluation of electrical signals of a magnetic field-sensitive layer (not shown in FIG 1 ).

2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung 100 für einen elektrischen Kompass. Man erkennt, dass auf dem Kappenwafer 21 ein magnetfeldsensitives Hall-Element 40 angeordnet ist. Das Hall-Element 40 kann beispielsweise aus einer III-V-Halbleiterschicht oder alternativ aus Graphen gebildet sein. Aufgrund der genannten Hitzeunempfindlichkeit des Kappenwafers 21 bleibt der Kappenwafer 21 weitestgehend unbeeinträchtigt. Die erste elektronische Auswerteschaltung (nicht dargestellt) auf dem ersten Wafer 10 ist für eine Auswertung von elektrischen Signalen der mikromechanischen Erfassungseinrichtung 20 vorgesehen. Die zweite elektronische Auswerteschaltung (nicht dargestellt) auf dem ersten Wafer 10 ist für eine Auswertung von elektrischen Signalen des Hall-Elements 40 vorgesehen. 2 shows a preferred embodiment of an inventive arrangement 100 for an electric compass. You can see that on the cap wafer 21 a magnetic field-sensitive Hall element 40 is arranged. The Hall element 40 may for example be formed from a III-V semiconductor layer or alternatively graphene. Due to the aforementioned heat insensitivity of the cap wafer 21 remains the cap wafer 21 largely undisturbed. The first electronic evaluation circuit (not shown) on the first wafer 10 is for an evaluation of electrical signals of the micromechanical detection device 20 intended. The second electronic evaluation circuit (not shown) on the first wafer 10 is for an evaluation of electrical signals of the Hall element 40 intended.

In einer nicht in Figuren dargestellten Ausführungsform der Anordnung 100 ist unter dem Kappenwafer 21 ein zweiter Wafer 30 angeordnet, wobei aufgrund des Abscheidens des Hall-Elements auf den Kappenwafer 21 auch der zweite Wafer 30 weitestgehend unbeeinträchtigt bleibt.In an embodiment of the arrangement not shown in FIGS 100 is under the cap wafer 21 a second wafer 30 arranged, due to the deposition of the Hall element on the cap wafer 21 also the second wafer 30 remains largely undisturbed.

Die erste elektronische Auswerteschaltung und die zweite elektronische Auswerteschaltung können also vorteilhaft entweder gemeinsam auf dem ersten Wafer 10 oder separiert voneinander auf dem ersten Wafer 10 und dem zweiten Wafer 30 ausgebildet bzw. angeordnet sein. Dabei ist eine Schichtenanordnung des ersten Wafers 10, der mikromechanischen Erfassungseinrichtung 20 und des zweiten Wafers 30 beliebig.The first electronic evaluation circuit and the second electronic evaluation circuit can thus advantageously either together on the first wafer 10 or separated from each other on the first wafer 10 and the second wafer 30 be formed or arranged. Here is a layer arrangement of the first wafer 10 , the micromechanical detection device 20 and the second wafer 30 any.

Vorteilhaft ist die genannte Hall-Schicht bzw. das Hall-Element 40 auf jede Oberfläche der mikromechanischen Erfassungseinrichtung 20 abscheidbar, das heißt auf eine Oberseite oder eine Unterseite des Kappenwafers 21 oder auf eine Oberseite oder eine Unterseite des Beschleunigungs-MEMS-Elements 22. Auf diese Weise ist eine hohe Designfreiheit für die Anordnung 100 unterstützt.Advantageous is the said Hall layer or the Hall element 40 on each surface of the micromechanical detection device 20 Deposable, that is on a top or bottom of the cap wafer 21 or on top or bottom of the acceleration MEMS element 22 , In this way, a high design freedom for the arrangement 100 supported.

Da die Wafer 21, 22 des Beschleunigungssensors nicht derart temperaturempfindlich sind wie die elektronischen Auswerteschaltungen der Wafer 10, 30, ist es möglich, dass auf ihnen III-V-Halbleiter oder Graphen bei höheren Temperaturen abgeschieden werden. Höhere Temperaturen bedeuten vorteilhaft in der Regel ein qualitativ hochwertiges Kristallwachstum, so dass eine hohe Elektronenmobilität und damit eine hohe Sensorsensitivität erreicht werden können.Because the wafers 21 . 22 the acceleration sensor are not as sensitive to temperature as the electronic evaluation circuits of the wafer 10 . 30 For example, it is possible to deposit III-V semiconductors or graphene on them at higher temperatures. Higher temperatures advantageously mean a high-quality crystal growth, so that a high electron mobility and thus a high sensor sensitivity can be achieved.

Mittels eines Metalls 50 und Durchkontaktierungen 23 (engl. through silicon via, TSV) kann eine elektrische Kontaktierung des Hall-Elements 40 mit der darunter angeordneten zweiten elektronischen Auswerteschaltung (nicht dargestellt in 2) bereitgestellt werden. Ferner kann mittels eines Bonddrahts 60 bzw. Bondpads eine direkte elektrische Kontaktierung des Hall-Elements 40 zu anderen Elementen des elektrischen Kompasses hergestellt werden. Isolationsschichten zwischen dem Kappenwafer 21, der III-V-Halbleiterschicht und dem Metall 50 sowie eine Deckschicht sind in 2 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.By means of a metal 50 and vias 23 (through silicon via, TSV) can be an electrical contacting of the Hall element 40 with the second electronic evaluation circuit (not shown in FIG 2 ) to be provided. Furthermore, by means of a bonding wire 60 Bond pads or a direct electrical contacting of the Hall element 40 to other elements of the electric compass. Insulation layers between the cap wafer 21 , the III-V semiconductor layer and the metal 50 as well as a cover layer are in 2 not shown for reasons of clarity.

Da somit im Ergebnis nur mehr zwei bzw. drei Chips (MEMS-Beschleunigungs-/Hallsensor und ein oder zwei ASICs) für einen elektrischen Kompass benötigt werden, kann das Gehäuse bzw. Package auf diese Weise sehr klein ausgebildet werden.Since, as a result, only two or three chips (MEMS acceleration / Hall sensor and one or two ASICs) are required for an electric compass, the housing or package can be made very small in this way.

Das Verfahren zum Herstellen der Anordnung 100 wird wie nachfolgend erläutert durchgeführt:
Zunächst erfolgt ein Abscheiden des Hall-Elements 40 bzw. der Hall-Schicht auf dem Kappenwafer 21, danach ein Strukturieren des Hall-Elements 40 und ein Herstellen der Anschlüsse (Isolations- und Metallschichten sowie deren Strukturierung).
The method of manufacturing the assembly 100 is performed as explained below:
First, a deposition of the Hall element occurs 40 or the Hall layer on the cap wafer 21 , then a structuring of the Hall element 40 and making the connections (insulation and metal layers and their structuring).

Danach erfolgt ein Ausbilden der Durchkontaktierungen 23 im Kappenwafer 21. Alternativ können auch Bonddrähte 60 auf dem Kappenwafer 21 vorgesehen sein. Danach erfolgt ein Strukturieren des Kappenwafers 21. Schließlich erfolgt ein Herstellen des Beschleunigungssensor-MEMS-Wafers 20 und ein Bonden beider Wafer 10, 20. Schließlich erfolgt ein Verpacken dieses Aufbaus mit mindestens einem der Wafer 10, 30.Thereafter, a formation of the vias occurs 23 in the cap wafer 21 , Alternatively, bonding wires can also be used 60 on the cap wafer 21 be provided. This is followed by structuring of the cap wafer 21 , Finally, the acceleration sensor MEMS wafer is manufactured 20 and a bonding of both wafers 10 . 20 , Finally, packaging of this construction is done with at least one of the wafers 10 . 30 ,

Als mögliche Alternativen des Herstellungsverfahrens ist es auch denkbar, das Hall-Element 40 auf der Unterseite des Kappenwafers 21 abzuscheiden. Ferner kann das Hall-Element 40 auch auf der Oberseite des Beschleunigungssensors MEMS-Wafers 22 neben den mikromechanisch beweglichen Strukturen abgeschieden werden. Ferner kann das Hall-Element 40 auch auf der Unterseite des Beschleunigungssensor-MEMS-Wafer 22 abgeschieden und ein Anschließen des Hall-Elements 40 über die Durchkontaktierungen 23 zu den Bonddrähten 60 durchgeführt werden. Ferner ist auch denkbar, dass das Hall-Element 40 auf der Unterseite des Beschleunigungssensor-MEMS-Wafers 22 angeordnet wird und danach eine Flip-Chip-Kontaktierung zur zweiten elektronischen Auswerteschaltung des zweiten Wafers 30 durchgeführt wird.As possible alternatives of the manufacturing process, it is also conceivable, the Hall element 40 on the bottom of the cap wafer 21 deposit. Furthermore, the Hall element 40 also on the top of the acceleration sensor MEMS wafer 22 be deposited in addition to the micromechanically movable structures. Furthermore, the Hall element 40 also on the bottom of the accelerometer MEMS wafer 22 deposited and connecting the Hall element 40 over the vias 23 to the bonding wires 60 be performed. Furthermore, it is also conceivable that the Hall element 40 on the underside of the accelerometer MEMS wafer 22 is arranged and then a flip-chip contact to the second electronic evaluation circuit of the second wafer 30 is carried out.

Falls das Hall-Element 40 auf dem Beschleunigungssensor-MEMS-Wafer 22 angeordnet wird, kann der Kappenwafer 21 auch aus einem ASIC bestehen. Kombiniert dieser ASIC die Magnetfeld- und Beschleunigungsauswertung, wäre auch ein Ein-Chip-Aufbau realisierbar.If the hall element 40 on the accelerometer MEMS wafer 22 can be arranged, the cap wafer 21 also consist of an ASIC. If this ASIC combines the magnetic field and acceleration evaluation, a single-chip structure would also be feasible.

Folgende Materialien sind für die Hall-Schicht bzw. für das Hall-Element 40 denkbar: Ternäre III-V-Verbindungshalbleiter, wie z.B. InGaAs, InAsSb, GaInSb oder GaInP. Ferner sind auch II-VI-Verbindungshalbleiter wie zum Beispiel CdTe, ZnS, und Graphen möglich.The following materials are for the Hall layer or for the Hall element 40 conceivable: Ternary III-V compound semiconductors, such as InGaAs, InAsSb, GaInSb or GaInP. Further, II-VI compound semiconductors such as CdTe, ZnS, and graphene are also possible.

Als Abscheideverfahren für die Hall-Schicht bzw. für das Hall-Element 40 kommen infrage: elektrochemische ADL (engl. atomic layer deposition), MBE (engl. molekular beam epitaxy), Sputtern. Für Graphen kommen zum Beispiel MBE, PECVD (engl. plasma enhanced chemical vapor deposition) und CVD in Frage.As a deposition method for the Hall layer or for the Hall element 40 are eligible: electrochemical ADL (atomic layer deposition), MBE (molecular beam epitaxy), sputtering. For example, MBE, PECVD (plasma enhanced chemical vapor deposition) and CVD are suitable for graphene.

3 zeigt prinzipiell einen Ablauf einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. 3 shows in principle a sequence of an embodiment of the method according to the invention.

In einem Schritt 300 wird eine erste elektronische Auswerteschaltung auf einem ersten Wafer 10 bereitgestellt.In one step 300 becomes a first electronic evaluation circuit on a first wafer 10 provided.

In einem Schritt 310 wird eine zweite elektronische Auswerteschaltung auf dem ersten Wafer 10 bereitgestellt.In one step 310 becomes a second electronic evaluation circuit on the first wafer 10 provided.

In einem Schritt 320 wird ein Bereitstellen einer mikromechanischen Erfassungseinrichtung zum Erfassen von Beschleunigung durchgeführt.In one step 320 provision is made of a micromechanical detection device for detecting acceleration.

In einem Schritt 330 wird ein Hall-Element 40 auf eine definierte, beliebige Oberfläche der mikromechanischen Erfassungseinrichtung 20 abgeschieden, wobei der erste Wafer 10, die mikromechanische Erfassungsrichtung 20 und das Hall-Element 40 geschichtet angeordnet werden.In one step 330 becomes a reverb element 40 on a defined, any surface of the micromechanical detection device 20 deposited, the first wafer 10 , the micromechanical detection direction 20 and the Hall element 40 be arranged layered.

Zusammenfassend werden mit der vorliegenden Erfindung eine Anordnung für einen elektrischen Kompass und ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Anordnung vorgeschlagen. Durch die Anordnung der Hall-Schicht auf einer definierten Oberfläche der elektromechanischen Erfassungseinrichtung ist unterstützt, dass die temperaturempfindlichen elektronischen Auswerteschaltungen weitgehend unbeeinträchtigt bleiben und ein einfacher und flacher Aufbau der gesamten Anordnung unterstützt ist.In summary, the present invention proposes an arrangement for an electric compass and a method for producing such an arrangement. By arranging the Hall layer on a defined surface of the electromechanical detection device is supported that the temperature-sensitive electronic evaluation circuits remain largely unaffected and a simple and flat structure of the entire arrangement is supported.

Obwohl die Erfindung vorgehend anhand von konkreten Ausführungsformen beschrieben wurde, ist sie keineswegs darauf beschränkt. Der Fachmann wird somit vorgehend auch nicht oder nur teilweise offenbarte Ausführungsformen realisieren, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.Although the invention has been described above with reference to specific embodiments, it is by no means limited thereto. The person skilled in the art will thus initially also implement embodiments which are not disclosed or only partially disclosed, without departing from the essence of the invention.

Claims (12)

Anordnung (100) für einen elektrischen Kompass, aufweisend: – einen ersten Wafer (10) mit einer ersten elektronischen Auswerteschaltung und einer zweiten elektronischen Auswerteschaltung; – eine mikromechanische Erfassungseinrichtung (20) zum Erfassen von Beschleunigung; – wobei der erste Wafer (10) und die mikromechanische Erfassungseinrichtung (20) geschichtet angeordnet sind; und – ein Hall-Element (40), das auf einer definierten Oberfläche der mikromechanischen Erfassungseinrichtung (20) angeordnet ist, wobei mittels der ersten elektronischen Auswerteschaltung ein Signal der mikromechanischen Erfassungseinrichtung (20) auswertbar ist und wobei mittels der zweiten elektronischen Auswerteschaltung ein Signal des Hall-Elements (40) auswertbar ist.Arrangement ( 100 ) for an electric compass, comprising: - a first wafer ( 10 ) with a first electronic evaluation circuit and a second electronic evaluation circuit; A micromechanical detection device ( 20 ) for detecting acceleration; Where the first wafer ( 10 ) and the micromechanical detection device ( 20 ) are layered; and a Hall element ( 40 ), which on a defined surface of the micromechanical detection device ( 20 ), wherein by means of the first electronic evaluation circuit, a signal of the micromechanical detection device ( 20 ) is evaluable and wherein by means of the second electronic evaluation circuit, a signal of the Hall element ( 40 ) is evaluable. Anordnung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hall-Element (40) auf einer Oberseite oder auf einer Unterseite eines Kappenwafers (21) der mikromechanischen Erfassungseinrichtung (20) angeordnet ist.Arrangement ( 100 ) according to claim 1, characterized in that the Hall element ( 40 ) on an upper side or on an underside of a cap wafer ( 21 ) of the micromechanical detection device ( 20 ) is arranged. Anordnung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hall-Element (40) auf einer Oberseite oder auf einer Unterseite eines Beschleunigungs-MEMS-Elements (22) der mikromechanischen Erfassungseinrichtung (20) angeordnet ist.Arrangement ( 100 ) according to claim 1, characterized in that the Hall element ( 40 ) on an upper side or on an underside of an acceleration MEMS element ( 22 ) of the micromechanical detection device ( 20 ) is arranged. Anordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Hall-Element (40) eine III-V-Halbleiterschicht aufweist.Arrangement ( 100 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the Hall element ( 40 ) has a III-V semiconductor layer. Anordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Hall-Element (40) Graphen aufweist. Arrangement ( 100 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the Hall element ( 40 ) Graphs. Anordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur elektrischen Kontaktierung des Hall-Elements (40) Metall (50) und Bonddrähte (60) vorgesehen sind.Arrangement ( 100 ) according to one of the preceding claims, characterized in that for electrical contacting of the Hall element ( 40 ) Metal ( 50 ) and bonding wires ( 60 ) are provided. Anordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur elektrischen Kontaktierung des Hall-Elements (40) Metall (50) und Durchkontaktierungen (23) vorgesehen sind.Arrangement ( 100 ) according to one of claims 1 to 5, characterized in that for electrical contacting of the Hall element ( 40 ) Metal ( 50 ) and vias ( 23 ) are provided. Anordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend einen zweiten Wafer (30), der mit dem ersten Wafer (10) und mit der mikromechanischen Erfassungseinrichtung (20) geschichtet angeordnet ist, wobei die zweite elektronische Auswerteschaltung auf dem zweiten Wafer (30) angeordnet ist.Arrangement ( 100 ) according to one of the preceding claims, further comprising a second wafer ( 30 ) associated with the first wafer ( 10 ) and with the micromechanical detection device ( 20 ), wherein the second electronic evaluation circuit on the second wafer ( 30 ) is arranged. Elektrischer Kompass aufweisend eine Anordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche. Electric compass having an arrangement ( 100 ) according to any one of the preceding claims. Verfahren zum Herstellen einer Anordnung (100) für einen elektrischen Kompass, aufweisend die Schritte: – Bereitstellen einer ersten elektronischen Auswerteschaltung auf einem ersten Wafer (10); – Bereitstellen einer zweiten elektronischen Auswerteschaltung auf dem ersten Wafer (10); – Bereitstellen einer mikromechanischen Erfassungsrichtung (20) zum Erfassen von Beschleunigung; und – Abscheiden eines Hall-Elements (40) auf eine definierte Oberfläche der Erfassungseinrichtung (20), wobei der erste Wafer (10), die mikromechanische Erfassungseinrichtung (20) und das Hall-Element (40) geschichtet angeordnet werden.Method for producing an arrangement ( 100 ) for an electric compass, comprising the steps: - providing a first electronic evaluation circuit on a first wafer ( 10 ); Providing a second electronic evaluation circuit on the first wafer ( 10 ); Providing a micromechanical detection direction ( 20 ) for detecting acceleration; and - depositing a Hall element ( 40 ) on a defined surface of the detection device ( 20 ), the first wafer ( 10 ), the micromechanical detection device ( 20 ) and the Hall element ( 40 ) are arranged layered. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Hall-Element (40) auf einen Kappenwafer (21) oder auf einen Beschleunigungs-MEMS-Wafer (22) der mikromechanischen Erfassungseinrichtung (20) abgeschieden wird.Method according to claim 10, wherein the Hall element ( 40 ) on a cap wafer ( 21 ) or on an acceleration MEMS wafer ( 22 ) of the micromechanical detection device ( 20 ) is deposited. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, ferner aufweisend die Schritte: – Bereitstellen eines zweiten Wafers (30), der mit dem ersten Wafer (10) und der mikromechanischen Erfassungseinrichtung (20) geschichtet angeordnet wird, wobei die zweite elektronische Auswerteschaltung auf dem zweiten Wafer (30) angeordnet wird.The method of claim 10 or 11, further comprising the steps of: - providing a second wafer ( 30 ) associated with the first wafer ( 10 ) and the micromechanical detection device ( 20 ), wherein the second electronic evaluation circuit on the second wafer ( 30 ) is arranged.
DE102015203040.7A 2015-02-20 2015-02-20 Arrangement of an electric compass Ceased DE102015203040A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015203040.7A DE102015203040A1 (en) 2015-02-20 2015-02-20 Arrangement of an electric compass

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015203040.7A DE102015203040A1 (en) 2015-02-20 2015-02-20 Arrangement of an electric compass

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102015203040A1 true DE102015203040A1 (en) 2016-08-25

Family

ID=56577252

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102015203040.7A Ceased DE102015203040A1 (en) 2015-02-20 2015-02-20 Arrangement of an electric compass

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102015203040A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017217285A1 (en) 2017-09-28 2019-03-28 Robert Bosch Gmbh Layer composite for the electrostatic doping of a two-dimensional doping layer, Hall sensor and method and apparatus for producing such a layer composite

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11160349A (en) * 1997-11-28 1999-06-18 Matsushita Electric Works Ltd Acceleration sensor
DE102006010484A1 (en) * 2006-03-07 2007-09-13 Robert Bosch Gmbh motion sensor
DE102010039057A1 (en) * 2010-08-09 2012-02-09 Robert Bosch Gmbh sensor module
DE102013208814A1 (en) * 2013-05-14 2014-11-20 Robert Bosch Gmbh Integrated yaw rate and acceleration sensor and method of manufacturing an integrated yaw rate and acceleration sensor
DE102013008794A1 (en) * 2013-05-24 2014-11-27 Micronas Gmbh Magnetic field sensor device
DE102014204727A1 (en) * 2014-03-14 2015-09-17 Robert Bosch Gmbh Inertial sensor and manufacturing method for producing an inertial sensor

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11160349A (en) * 1997-11-28 1999-06-18 Matsushita Electric Works Ltd Acceleration sensor
DE102006010484A1 (en) * 2006-03-07 2007-09-13 Robert Bosch Gmbh motion sensor
DE102010039057A1 (en) * 2010-08-09 2012-02-09 Robert Bosch Gmbh sensor module
DE102013208814A1 (en) * 2013-05-14 2014-11-20 Robert Bosch Gmbh Integrated yaw rate and acceleration sensor and method of manufacturing an integrated yaw rate and acceleration sensor
DE102013008794A1 (en) * 2013-05-24 2014-11-27 Micronas Gmbh Magnetic field sensor device
DE102014204727A1 (en) * 2014-03-14 2015-09-17 Robert Bosch Gmbh Inertial sensor and manufacturing method for producing an inertial sensor

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017217285A1 (en) 2017-09-28 2019-03-28 Robert Bosch Gmbh Layer composite for the electrostatic doping of a two-dimensional doping layer, Hall sensor and method and apparatus for producing such a layer composite

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102008054314B4 (en) Integrated lateral short circuit for an advantageous modification of a current distribution structure for magnetoresistive XMR sensors and methods of manufacture
DE102006022336B4 (en) Magnetic field sensor and Sensoranordenung with the same
DE69936461T2 (en) MAGNETIC SENSOR AND ASSOCIATED MANUFACTURING METHOD
DE102012210049A1 (en) Hybrid integrated component and method for its production
DE102015217918A1 (en) Micromechanical component
DE102013217726A1 (en) Micromechanical component for a capacitive sensor device and method for producing a micromechanical component for a capacitive sensor device
DE102012100007A1 (en) Semiconductor devices with insulating substrates and methods of forming the same
DE102012206854A1 (en) Hybrid integrated component and method for its production
DE102013222616B4 (en) Micromechanical sensor device
DE102013208814A1 (en) Integrated yaw rate and acceleration sensor and method of manufacturing an integrated yaw rate and acceleration sensor
DE102014106025A1 (en) Integration of a current measurement into a wiring structure of an electronic circuit
DE102009004725A1 (en) Through-hole semiconductor circuit and method of manufacturing vertically integrated circuits
DE102013222733A1 (en) Micromechanical sensor device
DE112013001580T5 (en) Foldable substrate
DE102016219807A1 (en) Micromechanical sensor
DE102014212314A1 (en) Micromechanical sensor device
DE102011002580A1 (en) Hall sensor for high temperature application, has selection circuitry provided in silicon on insulator (SOI) thin film, that is electrical connected with vertical Hall sensor element provided at sensor region
DE102016223203A1 (en) Low-resistance wiring MEMS device and method of making the same
DE102014210912A1 (en) Interposer for mounting a vertically hybrid integrated component on a component carrier
WO2018054470A1 (en) Micromechanical component
DE102015203040A1 (en) Arrangement of an electric compass
EP0342274B1 (en) Arrangement for reducing the piezo effects in a semiconductor material that contains at least one piezo effect-sensitive electric device, and method of making the same
DE102009005458A1 (en) Semiconductor component with through-hole and method for its production
DE10324421A1 (en) Manufacturing metallization surface for semiconducting component with movable structure in substrate, involves metallizing component with cover to form metal coating on cover and metallization surface
DE102014226436A1 (en) Micromechanical sensor device and corresponding manufacturing method

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R002 Refusal decision in examination/registration proceedings
R003 Refusal decision now final