Magnetsensoren günstig im industriellen Maßstab herstellen

Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Magnetsensoren lassen sich im industriellen Maßstab mit dem microVEGA xMR in nur einem Produktionsschritt fertigen. Nicht nur die Position des Sensors ist anpassbar, sondern es sind auch verschiedene Magnetfeldorientierungen möglich.

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Magnetsensoren lassen sich mt dem microVEGA xMR fertigen. Ein On-the-Fly-Laserspot ist in Geometrie und Pulsenergie flexibel anpassbar.
Magnetsensoren lassen sich mt dem microVEGA xMR fertigen. Ein On-the-Fly-Laserspot ist in Geometrie und Pulsenergie flexibel anpassbar.
(Bild: 3D-Micromac)

Monolithisch integrierte Sensorchips innerhalb eines Produktionsschrittes lassen sich mit der microVEGA xMR fertigen. Es lasse sich sowohl GMR- (Giant-Magnetoresistance-) als auch TMR- (Tunnel-Magnetoresistance-)Sensoren bearbeiten. Dahinter steht ein industrielle Produktionssystem für selektives Laser-Annealing in der Magnet-Sensor-Fertigung. Dahinter steht der Technologie-Entwickler 3D-Micromac. Ermöglicht wird das durch den Einsatz eines On-the-Fly-Laserspots, der in Geometrie und Pulsenergie flexibel an verschiedene Magnetsensoren adaptierbar ist.

Gegenüber herkömmlichen Annealing-Verfahren in der Magnet-Sensor-Produktion zeichnet sich die in der microVEGA xMR genutzte Technik unter anderem durch eine höhere Präzision aus und erlaubt so die Verarbeitung von kleineren Strukturen. Die präzise Selektivität des Kurzpuls-Lasers erlaubt es, die Abstände zwischen den Sensoren und zur Auswerteelektronik deutlich zu senken. Somit lässt sich die Anzahl der Bauelemente pro Wafer erhöhen. Die Genauigkeit bei der Ausrichtung der Magnetfeldrichtung beträgt ±0,010°.

Bis zu 500.000 Sensoren pro Stunde

Auf einem einzigen Sensorchip lassen sich unterschiedliche Referenzmagnetfeld-Richtungen realisieren („Pinning Prozess“) – und das in einem einzigen Fertigungsschritt. Der magnetoresistive Effekt bei GMR- und TMR-Sensoren wird durch das gezielte Ausrichten magnetischer Schichten erreicht. Bisher erfolgt das durch ein globales Magnetfeld bei gleichzeitiger Erwärmung des gesamten Wafers.

Dieser Ansatz erfordert eine aufwendige Prozesskette bis zum fertigen Sensor in einem Multi-Chip-Package. Durch das selektive Erwärmen mit dem Laserspot werden im Sub-ms-Takt die Sensoren im monolithischen Chip-Package ausgerichtet. Mit dem Annealing-Verfahren können bis zu 500.000 Sensoren pro Stunde bei einem typischen Wafer Design bearbeitet werden.

Alle System-Parameter wie Puls-Energie, Sensor-Dimensionen, Abstand zwischen Sensoren und magnetische Feldstärke lassen sich rein rezeptbasiert einstellen. Dank Präzision und Wiederholgenauigkeit des Tools lässt sich nicht nur die Ausbeute (Yield) steigern und für Entwickler eröffnet sich eine größere Design-Freiheit für die Sensoren.

Bewährt in der Praxis

In der TMR-Sensor-Fabrik von Crocus Technology im kalifornischen Santa Clara ist ein System nach microVEGA xMR bereits im Einsatz. Die dort gefertigten Sensoren kommen unter anderem in der Unterhaltungselektronik und in IoT-Anwendungen zum Einsatz. Zack Deiri, Vorstand und CEO von Crocus Technology, sagt dazu: „Das Laser-Annealing-System ermöglicht es uns, neue Sensor-Designs zu implementieren, unsere Produktionskosten zu senken und auch den Durchsatz zu erhöhen.“

Das Verfahren für die Magnetsensoren wird beispielsweise von Crocus Technology verwendet. Benötigt werden die Sensoren in der Unterhaltungsindustrie.
Das Verfahren für die Magnetsensoren wird beispielsweise von Crocus Technology verwendet. Benötigt werden die Sensoren in der Unterhaltungsindustrie.
(Bild: 3D-Micromac)

Die Nachfrage nach Magnetsensoren steigt vor allem in der Unterhaltungselektronik. Hier werden Magnetsensoren beispielsweise als elektronische Kompasse in Smartphones und Wearables eingesetzt. Magnetsensoren für Rotation werden als Winkelsensoren bei bürstenlosen Gleichstrommotoren (BLDC) sowie in der Automobilindustrie als Lenkwinkelsensoren oder bei elektronischen Gaspedalen verbaut.

Magnetsensoren mit dem selektiven Laser Annealing (externer Link).

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