DE102019215947A1

DE102019215947A1 - Messanordnung und sensorpackage

Info

Publication number: DE102019215947A1
Application number: DE102019215947.8A
Authority: DE
Inventors: Udo Ausserlechner
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2019-10-16
Filing date: 2019-10-16
Publication date: 2021-04-22
Also published as: CN112665616A; US11879729B2; US20210116231A1

Abstract

Eine Messanordnung umfasst ein erstes weichmagnetisches Element, ein zweites weichmagnetisches Element, ein mechanisch mit dem ersten weichmagnetischen Element gekoppeltes magnetisches Element, das ausgebildet ist, um ein Magnetfeld zu erzeugen, und eine Sensoranordnung zum Erfassen des Magnetfeldes, die so angeordnet ist, dass eine relative Bewegung zwischen dem ersten weichmagnetischen Element und der Sensoranordnung zu einer Veränderung des Magnetfeldes am Ort der Sensoranordnung führt. Die Sensoranordnung ist ausgebildet, um die Veränderung festzustellen. Die Sensoranordnung und das magnetische Element sind zwischen dem ersten weichmagnetischen Element und dem zweiten weichmagnetischen Element angeordnet.

Description

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Messanordnung, insbesondere zur Erfassung einer relativen Stellung eines weichmagnetischen Elements gegenüber einer Sensoranordnung, auf ein Sensorpackage mit einer Sensoranordnung und einem weichmagnetischen Element, auf ein Verfahren zum Erfassen einer relativen Stellung eines weichmagnetischen Elements, auf ein Verfahren zum Bereitstellen einer Messanordnung sowie auf ein Verfahren zum Herstellen einer Sensoranordnung. Die vorliegende Offenbarung bezieht sich darüber hinaus auf einen streufeldrobusten Winkelsensor mit HALL-Platten für Systeme mit eisenhaltiger Welle und auf magnetische Winkelsensoren.
Magnetische Winkelsensoren umfassen einen Magneten, der ein Magnetfeld erzeugt. Eine Rotation bezogen auf eine Sensoranordnung mit vier Sensorelementen, etwa HALL-Sensoren, führt zu einer paarweisen Messung, etwa A-C und B-D, mit A, B, C und D als HALL-Sensoren. Das System kann den Winkel basierend auf einer Arcustangensfunktion berechnen, beispielsweise ARCTAN (A-C)/(B-D). Solche Systeme ermöglichen es, dass homogene Störungen durch die Differenzbildungen A-C und B-D ausgeglichen werden, was auch als gradiometrisches Messprinzip bezeichnet wird.
Wünschenswert wäre eine Messanordnung, ein Sensorpackage sowie Verfahren zum Erfassen einer relativen Stellung eines weichmagnetischen Elements, ein Verfahren zum Bereitstellen einer Messanordnung sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Sensoranordnung, die eine zuverlässige Messung auch bei Verwendung weichmagnetischer Materialien ermöglichen.
Ausführungsbeispiele schaffen eine Messanordnung mit einem ersten weichmagnetischen Element und einem zweiten weichmagnetischen Element. Die Messanordnung umfasst ein mechanisch mit dem ersten weichmagnetischen Element gekoppeltes magnetisches Element, das ausgebildet ist, um ein Magnetfeld zu erzeugen. Die Messanordnung umfasst ferner eine Sensoranordnung zum Erfassen des Magnetfeldes, die so angeordnet ist, dass eine relative Bewegung zwischen dem ersten weichmagnetischen Element und der Sensoranordnung zu einer Veränderung des Magnetfeldes am Ort der Sensoranordnung führt, wobei die Sensoranordnung ausgebildet ist, um die Veränderung festzustellen. Die Sensoranordnung und das magnetische Element sind zwischen dem ersten weichmagnetischen Element und dem zweiten weichmagnetischen Element angeordnet.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst ein Sensorpackage eine Sensoranordnung zum Erfassen eines äußeren Magnetfeldes, wobei Sensorelemente der Sensoranordnung in einer Ebene angeordnet sind. Die Sensoranordnung weist einen geometrischen Schwerpunkt in der Ebene auf. Das Sensorpackage umfasst ein weichmagnetisches Element, das rotationssymmetrisch um eine Elementsymmetrieachse gebildet ist, wobei der geometrische Mittelpunkt entlang der Elementsymmetrieachse angeordnet ist.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst ein Verfahren zum Erfassen einer relativen Stellung eines ersten weichmagnetischen Elements ein Erfassen eines Magnetfeldes, das sich mit der relativen Stellung des ersten weichmagnetischen Elements am Ort der Sensoreinrichtung ändert, mit der Sensoreinrichtung. Das Verfahren umfasst ferner ein zum ersten weichmagnetischen Element und bezogen auf die Sensoranordnung symmetrisches Beeinflussen des Magnetfeldes am Ort der Sensoranordnung durch ein zweites weichmagnetisches Element.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst ein Verfahren zum Bereitstellen einer Messanordnung ein Anordnen eines ersten weichmagnetischen Elements und einer Sensoranordnung, so dass eine Relativposition zueinander basierend auf einer relativen Bewegung veränderlich ist. Das Verfahren umfasst ein Anordnen eines magnetischen Elements, um ein Magnetfeld zu erzeugen, das am Ort der Sensoranordnung basierend auf der relativen Bewegung veränderlich ist. Das Verfahren umfasst ferner ein Anordnen eines zweiten weichmagnetischen Elements, so dass die Sensoranordnung und das magnetische Element zwischen dem ersten weichmagnetischen Element und dem zweiten weichmagnetischen Element angeordnet sind.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst ein Verfahren zum Herstellen einer Sensoranordnung ein Anordnen einer Vielzahl von Sensoranordnungen an einer ersten Hauptseite eines Wafers, so dass jede Sensoranordnung der Vielzahl von Sensoranordnungen eine Mehrzahl von Sensorelementen aufweist. Das Verfahren umfasst ein Anordnen einer mit der Vielzahl von Sensoranordnungen korrespondierenden Zahl von weichmagnetischen Elementen an einer zweiten Hauptseite des Wafers, so dass ein weichmagnetisches Element jeweils einer Sensoranordnung gegenüberliegt. Das Verfahren umfasst ein Vereinzeln der Vielzahl von Sensoranordnungen nach dem Anordnen der Vielzahl von Sensoranordnungen. Weitere Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Patentansprüchen definiert.
Ausführungsbeispiele werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

1 ein schematisches Blockschaltbild einer Messanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
2 eine schematische Seitenschnittansicht einer bekannten Messanordnung;
3 eine schematische Seitenschnittansicht einer Messanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel, die die Messanordnung aus 2 um ein weichmagnetisches Element erweitert;
4a eine schematische Seitenschnittansicht zur Erläuterung einer Magnetfeldbeeinflussung in der Messanordnung nach 2;
4b eine schematische Seitenschnittansicht zur Erläuterung einer Magnetfeldbeeinflussung in einer unvollständigen Messanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel, bei der das ergänzende weichmagnetische Element aus 3 angeordnet ist;
4c eine schematische Seitenschnittansicht zur Erläuterung einer kombinierten Magnetfeldbeeinflussung aus 4a und 4b;
5 eine schematische Seitenschnittansicht einer Messanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel, bei dem das zusätzliche weichmagnetische Element an einem Substrat einer Sensoranordnung angeordnet ist;
6a eine schematische Aufsicht auf ein offenes oder geöffnetes Package gemäß einem Ausführungsbeispiel;
6b. eine schematische Seitenschnittansicht des Packages aus 6a;
7 ein beispielhaftes Diagramm zur Verdeutlichung der Auswirkung von Ausführungsbeispielen auf Magnetfeldverläufe in x-Richtung;
8 einen schematischen Graphen des Setups aus 7, wobei die Messwerte entlang der y-Richtung angetragen sind;
9 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel, das zum Erfassen einer relativen Stellung eines ersten weichmagnetischen Elements verwendet werden kann;
10 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel, das beispielsweise zum Bereitstellen einer Messanordnung gemäß hierin beschriebene Ausführungsbeispiele verwendet werden kann; und
11 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel, das zum Herstellen einer Sensoranordnung gemäß hierin beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden kann, insbesondere in einem auf Waferlevel-Fertigung.

Bevor nachfolgend Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung im Detail anhand der Zeichnungen näher erläutert werden, wird darauf hingewiesen, dass identische, funktionsgleiche oder gleichwirkende Elemente, Objekte und/oder Strukturen in den unterschiedlichen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, so dass die in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellte Beschreibung dieser Elemente untereinander austauschbar ist bzw. aufeinander angewendet werden kann.
Ausführungsbeispiele beziehen sich auf gradiometrische Winkelsensoren oder Gradiometer. Anders als nicht-gradiometrische Winkelsensoren, wie sie etwa in „Inaccuracies of giant magneto-resistive angle sensors due to assembly tolerances‟, (Ausserlechner, U., IEEE Transactions on Magnetics, 45(5), 2165-2174, 2009) beschrieben sind, ermöglichen Gradiometer eine Betrachtung von Gradienten des Magnetfeldes und sind bspw. in „Contactless angle measurement using four Hall devices on single chip‟ (Metz, M., Haberli, A., Schneider, M., Steiner, R., Maier, C., & Baltes, H., Proceedings of International Solid State Sensors and Actuators Conference (Transducers' 97) (Vol. 1, pp. 385-388) IEEE, Juni 1997) oder „A theory of magnetic angle sensors with hall plates and without fluxguides‟ (Ausserlechner, U. in Progress In Electromagnetics Research, 49, 77-106, 2013) beschrieben.
1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Messanordnung 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Messanordnung 10 umfasst ein weichmagnetisches Element 12₁ , das bedeutet, ein Element, welches ganz oder teilweise aus weichmagnetischem Material gebildet ist oder dieses umfasst.
Als weichmagnetisch wird im Zusammenhang mit vorliegenden Ausführungsbeispielen ein Material verstanden, das eine relative Permeabilität µr von zumindest 100, zumindest 1000 oder zumindest 10000 aufweist. Während innerhalb dieser Werte ein vergleichsweise geringeres µ_r die Kompensation auch größerer Fälle ermöglicht kann ein vergleichsweise hohes µ_r eine schnelle Sättigung ermöglichen. Als weichmagnetisches Material werden bspw. Materialien verstanden, die sich in einem Magnetfeld leicht magnetisieren lassen. Beispiele hierfür sind Eisen, Stähle mit niedrigem Kohlenstoffanteil, Stähle mit Silicium-Zusatz und andere Stahlsorten. Alternativ oder zusätzlich kann das weichmagnetische Element eine Nickel-Eisen-Legierung, eine Kobalt-Eisen-Legierung oder andere Legierungen, etwa FeAl oder FeAlSi oder Ferrite umfassen.
Die Messanordnung 10 umfasst ferner ein magnetisches Element 14, welches mit dem weichmagnetischen Element 12₁ mechanisch gekoppelt ist. Hierfür kann ein Verbindungselement 16 angeordnet sein, welches zu einer mechanisch festen Verbindung zwischen dem magnetischen Element 14 und dem weichmagnetischen Element 12₁ führt. Alternativ kann das magnetische Element 14 auch direkt mit dem weichmagnetischen Element 12₁ verbunden sein und/oder mittels einer Klebschicht oder anderweitigen Befestigungen angeordnet sein. Das magnetische Element 14 kann beispielsweise einen Permanentmagneten umfassen oder als Permanentmagnet gebildet sein. Alternativ oder zusätzlich ist ebenfalls vorstellbar, dass das magnetische Element 14 ausgebildet ist, um ein Magnetfeld 18 basierend auf Elektromagnetismus zu erzeugen.
Die Messanordnung 10 umfasst eine Sensoranordnung 22, die ausgebildet ist, um das Magnetfeld 18 zu erfassen. Die Sensoranordnung 22 ist dabei so angeordnet, dass eine relative Bewegung zwischen dem weichmagnetischen Element 12₁ und der Sensoranordnung 22 zu einer Veränderung des Magnetfeldes 18 am Ort der Sensoranordnung 22 führt. Die Sensoranordnung 22 ist ausgebildet, um die Veränderung des Magnetfeldes und somit die relative Bewegung zwischen weichmagnetischem Element 12₁ und Sensoranordnung 22 festzustellen.
Die Messanordnung 10 umfasst ferner ein weiteres weichmagnetisches Element 12₂ , das gegenüberliegend zum weichmagnetischen Element 12₁ angeordnet ist. Hierdurch ist die Sensoranordnung 22 zwischen dem weichmagnetischen Element 12₁ und dem weichmagnetischen Element 12₂ angeordnet. Optional kann das magnetische Element 14 ebenfalls zwischen den weichmagnetischen Elementen 12₁ und 12₂ angeordnet sein, wie es in 1 dargestellt ist. Dies ist jedoch für die Messungen nicht zwingend erforderlich. Obwohl es bauraumeffizient sein kann, ist es für die Messungen von geringer Relevanz oder gar unerheblich, wo das magnetische Element 14 angeordnet ist. Ausführungsbeispiele sehen vor, dass das magnetische Element in der Ebene der Sensoranordnung 22 angeordnet ist und/oder in einer Ebene des weichmagnetischen Elementes 12₁ oder 12₂ oder außerhalb dieser Anordnung, was einer mechanischen Kopplung des magnetischen Elementes 14 mit dem weichmagnetischen Element 12₁ nicht widerspricht. Ausführungsbeispiele sehen jedoch vor, dass die Sensorelemente der Sensoranordnung 22 in der Symmetrieebene zwischen beiden weichmagnetischen Elementen 12₁ und 12₂ angeordnet sind. Das bedeutet, Ausführungsbeispiele sehen eine Anordnung von Sensoranordnung 22, magnetischem Element 14 und weichmagnetischem Element 12₁ lateral versetzt zu einander vor, während andere Ausführungsbeispiele eine Anordnung dieser Elemente sowie des weichmagnetischen Elements 12₂ entlang einer axialen Anordnung vorsehen, etwa entlang einer Rotationsachse 34, um die das weichmagnetische Element 12₁ rotierbar gelagert ist.
Die weichmagnetischen Elemente 12₁ und/oder 12₂ können als Schichtstrukturen mit jeweils zumindest einer Schicht gebildet sein. Dies schließt auch mehrschichtige Ausführungen ein, was auch unterschiedliche weichmagnetische Materialien mit umfasst. Auch ist es möglich, dass eine oder mehrere Schichten aus einem anderen als einem weichmagnetischen Material gebildet werden, beispielsweise eine Kombination aus einer weichmagnetischen Schicht mit einer dielektrischen Schicht oder dergleichen. Die Kombination unterschiedlicher Schichten ermöglicht auch die Verwendung unterschiedlicher weichmagnetischer Materialien mit unterschiedlichen weichmagnetischen Eigenschaften. Die Schichten können auch in einer oder zwei Dimensionen angeordnet werden oder wechseln. So kann eine Schichtfolge aufeinander angeordnet sein, und/oder eine konzentrische Anordnung, etwa in Form von Ringen ggf. in Kombination mit einem inneren Zylinder.
Wie es nachfolgend noch detailliert ausgeführt wird, kann das weichmagnetische Element 12₁ durch das Magnetfeld 18 magnetisiert werden, was zu einer Verzerrung oder Beeinflussung des Magnetfeldes 18 am Ort der Sensoranordnung 22 führen kann, so dass dort die durchgeführte Messung verfälscht wird. Durch Anordnen des weichmagnetischen Elements 12₂ gegenüberliegend zum weichmagnetischen Element 12₁ kann eine weitere Beeinflussung des Magnetfeldes 18 eingerichtet werden, die der Beeinflussung oder Verzerrung durch das weichmagnetische Element 12₁ ganz oder teilweise entgegenwirkt. Das bedeutet, dass das weichmagnetische Element 12₂ eingerichtet sein kann, um eine Verzerrung des Magnetfeldes 18 zu bewirken, die zu einer durch das weichmagnetische Element 12₁ bewirkten Verzerrung des Magnetfeldes 18 entgegengerichtet ist.
Die Sensoranordnung 22 kann eine Mehrzahl oder Vielzahl von Sensorelementen umfassen, die für eine Differenzbildung entsprechender Messwerte, verwendet werden. Jedes Sensorelement kann hierzu ein Messsignal ausgeben, welches von einer Auswerteschaltung, etwa einem anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis - ASIC weiterverarbeitet wird. Das bedeutet, die Messanordnung 10 kann beispielsweise eine gradiometrische Messanordnung sein. Die Messanordnung 10 kann als Magnetfeldgradiometer gebildet sein.
In anderen Worten, anders als in Systemen, wo der Magnet an eine unmagnetische oder nicht magnetische Welle, etwa aus Aluminium, Messing, Kunststoff oder rostfreiem Stahl, angeordnet ist, wo das System robust gegen eingeprägte Magnetfelder ist, kann die Messanordnung 10 dem Effekt entgegenwirken, dass bei einer weichmagnetischen Welle, beispielsweise eisenhaltig, mit einer Permeabilität µ_r von mehr als 100 die eingeprägten Felder in diametraler Richtung die Welle magnetisieren, was zu Winkelfehlern führen kann.
In weiter anderen Worten kann eine prinzipielle Anordnung der Messanordnung 10 beispielsweise von oben nach unten in 1 die Welle 12₁ , den Magneten 14, einen Abstand oder Leerraum, einen Sensorchip (Sensoranordnung 22), einen Abstand oder Leerraum sowie eine Scheibe 12₂ aufweisen. Hierbei kann beachtet werden, dass die HALL-Elemente zwischen den weichmagnetischen Elementen 12₁ und 12₂ angeordnet sind.
Obwohl Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit einer Winkeldetektion beschrieben werden, sind die Ausführungsbeispiele nicht hierauf beschränkt, sondern ermöglichen alternativ oder zusätzlich zu einer rotatorischen Bewegung eine laterale Bewegung. So kann beispielsweise das magnetische Element 14 eine Ausdehnung aufweisen, die im Wesentlichen einem lateralen Verfahrweg entspricht, so dass sich das Magnetfeld längs des Verfahrwegs ändert. Wenn der Magnet beispielsweise an einer Eisenwand (weichmagnetisches Element) montiert ist, so können Störfelder entstehen. Diese können zumindest teilweise kompensiert werden, indem das weichmagnetische Element 12₂ , etwa in Form einer weichmagnetischen Scheibe angeordnet wird. Anstelle eines einzelnen magnetischen Elements kann auch eine Mehrzahl oder Vielzahl von magnetischen Elementen verwendet werden, die beispielsweise entlang des Verfahrwegs angeordnet sind. Diese können beispielsweise an einem gemeinsamen weichmagnetischen Element 12₁ montiert sein. Wird eine Mehrzahl weichmagnetischer Elemente verwendet, um eine Mehrzahl von magnetischen Elementen zu tragen oder abzustützen, so kann eine beispielsweise korrespondierende Anzahl von weichmagnetischen Elementen 12₂ verwendet werden, so dass ein entsprechender individueller Störeinfluss für jeden Magneten individuell kompensiert wird. Diese korrespondierenden weichmagnetischen Elemente können beispielsweise unbeweglich zu den weichmagnetischen Elementen 12₁ montiert sein, so dass beispielsweise die Sensoranordnung 22 beweglich gegenüber den weichmagnetischen Elementen 12₂ ist.
2 zeigt eine schematische Seitenschnittansicht einer bekannten Messanordnung 20, bei der das weichmagnetische Element 12₁ beispielhaft einen Durchmesser 24 aufweist, der 8 mm beträgt. Die Messanordnung 20 kann als Grundlage für Ausführungsbeispiele dienen, die durch das weichmagnetische Element 12₂ ergänzt wird.
Die hier angegebenen Werte sind lediglich beispielhaft zu verstehen, um einen erzeugten Winkelfehler zu illustrieren. Das weichmagnetische Element 12₁ weist beispielhaft eine Permeabilität µ_r von 1700 auf. An dem weichmagnetischen Element 12₁ ist beispielsweise das magnetische Element 14 mit einem Durchmesser 26 von 6 mm angeordnet. Die Remanenz des magnetischen Elements 18 weist beispielhaft eine Stärke B_r von 1100 mT auf. Das magnetische Element 14 kann beispielsweise ein Samarium-Kobalt (SmCo)-Magnet sein und eine Dicke 28, das heißt Abmessung senkrecht zu den Durchmessern 24 und 26, aufweisen, die beispielsweise 2,5 mm beträgt.
Mit einem Abstand 32 zu dem magnetischen Element 14 ist die Sensoranordnung 22 angeordnet, beispielsweise entlang einer Rotationsachse 34, um die das weichmagnetische Element 12₁ rotatorisch beweglich ist.
Die Sensoranordnung 22 umfasst mehrere Sensorelemente 36₁ ,.., 36₃, die mit einem Abstand 38, etwa einem Radius, zu der Rotationsachse 34 angeordnet sind. Der Abstand 32 beträgt beispielsweise 2 mm. Der Abstand 38 beträgt beispielsweise 1 mm. Obwohl lediglich zwei Elemente dargestellt sind und die Indizierung eine Anzahl von drei Sensorelementen nahelegt, kann in Ausführungsbeispielen eine andere Anzahl von zumindest drei Sensorelementen angeordnet sein, etwa zumindest 4, zumindest 5 oder mehr, bspw. 7. Die Sensorelemente 36₁ bis 36₃ können gemäß Ausführungsbeispielen in einer gemeinsamen Ebene E angeordnet sein, die senkrecht zu der Rotationsachse 34 und/oder parallel zu einer der Sensoranordnung 22 zugewandten Oberfläche des magnetischen Elements 14 angeordnet sein.
Ein externes Störfeld 42, welches senkrecht zu der Rotationsachse 34 anliegt, beispielsweise mit einer Stärke von 5 mT, kann in Anbetracht der weichmagnetischen Eigenschaft des weichmagnetischen Elements 12₁ zu einer Magnetisierung des Elements führen, womit dieses ein eigenes Magnetfeld aussendet, das mit dem Magnetfeld 18 überlagert und zu Verfälschung der Messergebnisse führen kann. So kann beispielsweise ein Messunterschied dBz der Magnetfelder die auf die Sensorelemente 36₁ und 36₃ wirken, die durch den Magneten 14 verursacht sind, bei 55,4 mT liegen. Gleichzeitig kann die externe Störung, die sich in der Magnetisierung des weichmagnetischen Elements 12₁ wiederspiegelt, einen Beitrag von 0,664 mT liefern. Bei Anwendung des gradiometrischen Prinzips kann sich so im schlimmsten Fall (Worst Case) ein Winkelfehler von 0,664/55,4x180°/pi ergeben, was einem Winkelfehler von 0,69°, das heißt in etwa 0,7° entspricht.
Das System, das bedeutet, die Sensoranordnung beziehungsweise die hieran gekoppelte Auswerteeinrichtung, kann zwischen der magnetisierten Welle 12₁ und dem Magnet 14 nicht unterscheiden. Daraus kann der genannte Winkelfehler resultieren.
Durch zusätzliches Hinzufügen des weichmagnetischen Elements 12₂ , wie es im Zusammenhang mit der 1 beschrieben ist, kann diesem Winkelfehler entgegengewirkt werden. In anderen Worten beziehen sich Ausführungsbeispiele darauf, eine weichmagnetische Scheibe unterhalb der Ebene E der HALL-Platten 36 anzuordnen. Durch sorgfältige Auswahl eines Abstands zwischen den HALL-Platten und der Welle 12₁ bezüglich der Dicke und Größe des weichmagnetischen Elements 12₂ und eines Abstands zwischen der Scheibe 12₂ und der HALL-Platten kann das weichmagnetische Element 12₂ den Einfluss der Welle 12₁ durch das externe Störfeld 42 zumindest teilweise ausgleichen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das weichmagnetische Element 12₂ ausgebildet, um im Zusammenspiel mit dem weichmagnetischen Element 12₁ beim Einwirken eines externen und bezogen auf die relative Bewegung diametralen Störmagnetfelds, etwa das Störmagnetfeld 42, axiale Komponenten des Störmagnetfelds auf die Sensoranordnung um zumindest 30 %, bevorzugt zumindest 50 % oder nochmal bevorzugt zumindest 70 % zu reduzieren. Dies bezieht sich auf einen nominalen Betriebszustand der Messanordnung. Dieser bezeichnet einen Zustand der Messanordnung, in welchem ein für den Betrieb der Vorrichtung vorgesehener Luftspaltabstand zwischen Magnet 14 und Sensoranordnung 22 eingestellt ist. Wie es im Zusammenhang mit Ausführungsbeispielen erläutert ist, ist die Störfeldreduktion für einen gewissen Abstand Sensor-zu-Magnet (Sensoranordnung 22 - magnetisches Element 14) besonders effektiv, so dass der genannte Effekt eintritt, womit der nominale Betriebszustand beschrieben ist.
3 zeigt eine schematische Seitenschnittansicht einer Messanordnung 30 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Messanordnung 30 erweitert die Messanordnung 20 um das weichmagnetische Element 12₂ . Das weichmagnetische Element 12₂ kann entlang der Rotationsachse 34 angeordnet sein, so dass das magnetische Feld 14 und die Sensoranordnung 22 zwischen den weichmagnetischen Elementen 12₁ und 12₂ angeordnet sind. Die weichmagnetischen Elemente 12₁ und 12₂ können während der relativen Bewegung einen konstanten Abstand zueinander aufweisen und darüber hinaus auch einen konstanten Abstand zu der Sensoranordnung 22 aufweisen. Das bedeutet, der Einfluss den die weichmagnetischen Elemente 12₁ und 12₂ auf die Sensorelemente ausüben, kann im Wesentlichen unabhängig von einer Rotationslage des weichmagnetischen Elements 12₁ bezüglich der Sensoranordnung sein. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Rotationsstellung des weichmagnetischen Elements 12₁ bezüglich der Sensoranordnung 22 veränderlich sein, während aufgrund einer mechanischen Fixierung die Rotationsstellung des weichmagnetischen Elements 12₂ bezüglich der Sensoranordnung 22 unveränderlich ist. Durch eine rotationssymmetrische Ausgestaltung des weichmagnetischen Elements 12₂ können Messfehler vermieden werden. Das bedeutet, dass gemäß Ausführungsbeispielen das weichmagnetische Element 12₂ in einer fixen Lage zu den Sensorelementen angeordnet sein kann, wohingegen die das weichmagnetische Element 12₂ hierzu drehbar angeordnet sein kann. Daher sehen Ausführungsbeispiele vor, untere Struktur 12₂ vorzugsweise rotationssymmetrisch zu dieser Drehbewegung auszugestalten. Alternativ oder zusätzlich kann das weichmagnetische Element 12₂ aus einem Material mit geringer Koerzitivkraft (eng.: low coercivity) gebildet sein oder bestehen, etwa Reineisen oder Nickel oder Mumetall oder Permalloy-Legierung.
Die Sensorelemente 36 können beispielsweise als HALL-Sensoren oder HALL-Platten gebildet sein. Alternativ können die Sensorelemente 36 als magnetoresistive Sensoren gebildet sein, beispielsweise als AMR-Sensoren (anisotroper magnetoresistiver Effekt), als GMR-Sensor (Riesenmagnetowiderstand) oder andere. Die Sensorelemente können als magnetischer Winkelsensor gebildet sein. Messanordnungen gemäß Ausführungsbeispielen können ausgebildet sein, um die Sensorelemente 36 unter Anwendung des gradiometrischen Prinzips auszuwerten, das bedeutet, unter paarweiser Bildung von Differenzen der selben Magnetfeldkomponenten an unterschiedlichen Orten. Hierfür kann die Messanordnung eine Auswerteschaltung aufweisen, die konfiguriert ist, um Messsignale von den Sensorelementen zu empfangen, wobei jedes Messsignal eine Repräsentation des von dem jeweiligen Sensorelements 36_i erfassten Magnetfeldes sein kann. Das bedeutet, dass bspw. die x-Komponente des Magnetfelds am Ort 1 (Ort eines ersten Sensorelementes) und am Ort 2 (Ort eines zweiten Sensorelementes) gemessen und subtrahiert werden kann: B_x(1)-B_x(2) oder B_x(2)-B_x(1).
Anhand der 4a, 4b und 4c wird beispielhaft erläutert, wie die Anordnung des weichmagnetischen Elements 12₂ zur Kompensation der durch das weichmagnetische Element 12₁ hervorgerufenen Ungenauigkeiten beiträgt. In den Figuren ist der Magnet 14 zwar eingezeichnet, kann aber für die nachfolgenden Erläuterungen als unmagnetisch oder noch nicht aufmagnetisiert angenommen werden.
4a zeigt erneut eine schematische Seitenschnittansicht der Messanordnung 20. Beispielhaft ist das Magnetfeld 18 durch ein äußeres Störmagnetfeld überlagert. Während das Magnetfeld 18 als Nutzfeld betrachtet werden kann, handelt es sich bei dem Störfeld um eine zusätzliche Komponente, die mit dem Magnetfeld 18 überlagert. Von der Sensoranordnung kann das Gesamtfeld erfasst werden. Durch die weichmagnetische Eigenschaft des weichmagnetischen Elements 12₁ erfährt das Gesamtmagnetfeld durch das äußere Störmagnetfeld und basierend auf der Magnetisierung des weichmagnetischen Elements 12₁ eine Störung oder Beeinflussung 44₁ , die sich am Ort der Sensorelemente 36 auswirken kann. Anders ausgedrückt bewirkt das Störfeld eine Verzerrung 44₁ .
In anderen Worten zeigt 4a den Einfluss des weichmagnetischen Elements 12₁ ohne die spiegelnde Welle 12₂ und ohne den Magneten 14.
4b zeigt eine schematische Seitenschnittansicht einer unvollständigen Messanordnung 40, bei der zu Erläuterungszwecken das weichmagnetische Element 12₁ entfernt ist, so dass lediglich die Einflüsse der Sensoranordnung 20 sowie des weichmagnetischen Elements 12₂ berücksichtigt werden. Auch hier kann die Verzerrung 44₂ durch das Störfeld erhalten oder zumindest teilweise bewirkt werden.
Das weichmagnetische Element 12₂ kann durch das magnetische Element 14 ebenfalls magnetisiert werden, so dass das Störfeld eine Beeinflussung oder Störung bzw. Verzerrung 44₂ durch das weichmagnetische Element 12₂ hervorgerufen wird, die sich ebenfalls am Ort der Sensorelemente 36 auswirken kann.
In anderen Worten zeigt 4b den Einfluss des weichmagnetischen Elements 12₂ ohne die ursprüngliche Welle 12₁ .
4c zeigt eine schematische Seitenschnittansicht der Messanordnung 30 sowie einer schematischen Darstellung einer Störung oder Beeinflussung 44₃ des Magnetfelds. Da die Beeinflussung 44₂ aus 4b der Beeinflussung 44₁ aus 4a entgegengerichtet ist, kann am Ort der Sensorelemente eine teilweise oder vollständige Kompensation der Störungen oder Beeinflussungen erfolgen.
Durch die zumindest mal zwei Magnetfelder (Magnetfeld 18, Nutzfeld einerseits und Störfeld andererseits) entsteht ein verändertes Magnetfeld. Für die Sensoranordnung 22 kann es schwierig oder unmöglich sein, zwischen diesen Feldern zu unterscheiden, so dass sie bspw. die Summe beider Felder misst. Durch Anordnung des weichmagnetischen Elementes 12₂ kann eine bezogen auf das weichmagnetische Element 12₁ entgegen gerichtete Verzerrung bewirkt werden, die die Verzerrung des Störmagnetfelds am Element 12₁ wiederum „geradebiegt“. Das weichmagnetische Element 12₂ kann eingerichtet sein, um die Verzerrung 44₂ eines das Magnetfeld überlagerndes Störfeldes zu bewirken, die zu einer durch das weichmagnetische Element 12₁ bewirkten Verzerrung 44₁ des Störfeldes entgegengerichtet ist.
In anderen Worten kann die zusätzliche weichmagnetische Struktur 12₂ die Eigenschaft bereitstellen, dass sie das Störmagnetfeld, das durch die Welle 12₁ verbogen/inhomogen wurde, wieder geradebiegt / homogenisiert. Dies kann dazu führen, dass die zusätzliche weichmagnetische Struktur 12₂ auch das Nutzmagnetfeld des Magneten verändert, aber dies kann billigend in Kauf genommen werden, da der Einfluss, wie 8 gezeigt, mit beispielhaft ca. 13% moderat sein kann.
Für ein hohes Maß an Kompensation des Störeinflusses 44₁ kann somit eine symmetrische Fortsetzung des weichmagnetischen Elements 12₁ beziehungsweise der hierdurch vorgerufenen Effekte bezogen auf die Sensorelemente 36 erhalten werden. Das bedeutet, dass beispielsweise bei einer relativen Rotationsbewegung des weichmagnetischen Elements 12₁ um die Rotationsachse 34 die Beeinflussung 44₂ des Magnetfeldes durch die weichmagnetische Eigenschaft des weichmagnetischen Elements 12₂ die Beeinflussung 44₁ des Magnetfelds durch die weichmagnetische Eigenschaft des weichmagnetischen Elements 12₁ symmetrisch zu der Sensoranordnung 22 entlang der Rotationsachse 34 fortsetzen kann.
Zum Erhalt einer symmetrischen Fortsetzung können unterschiedliche Parameter variiert werden, beispielsweise eine Größe (Abmessung entlang der Rotationsachse 34 und/oder senkrecht hierzu und/oder ein Abstand des weichmagnetischen Elements 12₂ zu der Ebene E. Durch Verringern des Abstands ist es möglich, ein vergleichsweise kleines weichmagnetisches Element 12₂ zu verwenden, so dass bereits kleine weichmagnetische Elemente 12₂ geeignet sind, um ein hohes Maß an Ausgleich der Beeinflussung 44₁ zu erhalten. Beispielsweise kann das weichmagnetische Element 12₂ mit einem geringeren Abstand zu der Sensoranordnung 22 oder der Ebene E angeordnet sein als das weichmagnetische Element 12₁ . Alternativ oder zusätzlich kann ein Durchmesser des weichmagnetischen Elements 12₁ größer sein als ein Durchmesser des weichmagnetischen Elements 12₂ . Der Durchmesser bezieht sich dabei auf eine kreisförmige oder rotationssymmetrische Ausgestaltung der weichmagnetischen Elemente 12₁ und 12₂ und ist parallel zu der Ebene E im Raum angeordnet. Die Rotationssymmetrie ermöglicht darüber hinaus die Vermeidung von Winkelfehlern durch das weichmagnetische Element 12₂ selbst.
In anderen Worten zeigt 4c den Ausgleich der Welle 12₁ durch die Welle 12₂ . Der Ausgleich kann so erfolgen, dass das Störfeld keine oder lediglich eine geringe Komponente in vertikaler Richtung, das bedeutet, parallel zu der Ebene E oder in der Ebene E aufweist.
5 zeigt eine schematische Seitenschnittansicht einer Messanordnung 50 gemäß einem Ausführungsbeispiel, bei dem das weichmagnetische Element 12₂ an einem Substrat 46 der Sensoranordnung 22 angeordnet ist. Beispielsweise sind die Sensorelemente 36 an einer Hauptseite 46A des Substrats 46 angeordnet, die dem weichmagnetischen Element 12₁ und dem magnetischen Element 14 zugewandt angeordnet ist. Das weichmagnetische Element 12₂ kann an einer gegenüberliegenden Hauptseite 46B angeordnet sein und somit an einer dem magnetischen Element 14 abgewandten Seite des Substrats 46.
Dadurch kann ein Abstand 48₂ zwischen dem weichmagnetischen Element 12₂ und den Sensorelementen 36 deutlich geringer sein als ein Abstand 48₁ zwischen dem weichmagnetischen Element 12₁ und den Sensorelementen 36. Durch den geringeren Abstand 48₂ verglichen mit dem Abstand 48₁ ist es möglich, das weichmagnetische Element 12₂ mit einem geringeren Durchmesser D₂ auszugestalten als ein Durchmesser D₁ des weichmagnetischen Magnets 12₁ und/oder mit einer geringen Ausdehnung oder Dicke parallel zu der Rotationsachse 34.
Die ermöglicht es auch, das weichmagnetische Element 12₂ zusammen mit der Sensoranordnung 22 in einem gemeinsamen Package anzuordnen, möglicherweise zusammen mit einer Auswerteschaltung.
Ausführungsbeispiele können in einer Vielzahl von Ausgestaltungen umgesetzt werden. So kann die spiegelnde Welle 12₂ als Scheibe oder als Ring ausgeführt sein. Es ist möglich, das weichmagnetische Element 12₂ kleiner auszuführen als das weichmagnetische Element 12₁ und ist dafür näher an die Sensorelemente zu platzieren. Das weichmagnetische Element 12₂ kann sowohl extern zu einem Sensorpackage angeordnet sein, beispielsweise an einer Unterseite (der zu vermessenden Welle 12₁ abgewandt) oder an einer Unterseite eines Substrats oder Schaltplatine der Sensoranordnung 22. Alternativ kann das weichmagnetische Element 12₂ auch innerhalb des Sensorpackages angeordnet sein, beispielsweise an einer Unterseite eines Chipträgers oder an einer Unterseite des Chips der Sensoranordnung. Die Anordnung des weichmagnetischen Elements 12₂ innerhalb des Packages ermöglicht eine exakte Zentrierung des weichmagnetischen Elements 12₂ zu den Sensorelementen der Sensoranordnung 22, die später möglichst symmetrisch zur Rotationsachse 34 geordnet werden. Darüber hinaus ermöglicht die Anordnung innerhalb des Sensorpackages einen noch geringeren Abstand zwischen Sensorelementen und weichmagnetischem Element 12₂ , so dass das weichmagnetische Element 12₂ in der Größe weiter reduziert werden kann.
6a zeigt eine schematische Aufsicht auf ein offenes oder geöffnetes Package 60 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Package 60 umfasst beispielhaft die vier Sensorelemente 36₁ bis 36₄ und eine mit den Sensorelementen verbundene Auswerteschaltung 52. Das bedeutet, die Sensorelemente 36₁ bis 36₄ und die Auswerteschaltung 52 können zumindest einen Teil eines gemeinsamen Packages 60 bilden. Alternativ kann die Auswerteschaltung 52 auch in anderen Messanordnungen eingesetzt werden, ohne dass hierfür ein mit den Sensorelementen 36₁ bis 36₄ gemeinsames Package vorgesehen ist. Obwohl das Package 60 mit vier Sensorelementen 36₁ bis 36₄ ausgestaltet ist, ist für eine Differenzbildung im Sinne des gradiometrischen Prinzips auch bereits eine Anzahl von drei Sensorelementen ausreichend. Es können, alternativ, auch eine höhere Anzahl von Sensorelementen vorgesehen sein, etwa zumindest 5, zumindest 6, zumindest 7 oder mehr. Dies ermöglicht eine höhere Anzahl von möglichen Differenzpaaren. Die Sensorelemente 36 können zumindest innerhalb eines Toleranzbereichs von ± 10 %, ± 5 % oder ± 2 % bezogen auf örtliche Mittelpunkte der Messempfindlichkeit der Sensorelemente 36 auf einer Kreisbahn 54 angeordnet sein.
Die Anordnung der Sensorelemente 36₁ bis 36₄ kann einen Flächenschwerpunkt 56 aufweisen, der beispielsweise zentriert zu der Rotationsachse 34 angeordnet sein kann, um welche das weichmagnetische Element 12₁ beispielsweise rotatorisch beweglich angeordnet ist.
Ein Flächenschwerpunkt des weichmagnetischen Elements 12₂ kann ebenfalls auf der Rotationsachse angeordnet sein. Bei einer rotationssymmetrischen Ausgestaltung der weichmagnetischen Elemente 12₁ und 12₂ ermöglicht dies eine gleichbleibende ausgleichende Beeinflussung des Magnetfeldes. Rotationssymmetrisch bedeutet an dieser Stelle eine Drehsymmetrie, bei der eine Rotation des Elements um einen bestimmten Winkel dazu führt, dass eine geometrische Ausrichtung des Elements unverändert geblieben ist. Dies kann als k-fach-Symmetrie verstanden werden mit 360° x n/k, wobei n eine beliebige Ganzzahl ist. Dies trifft zum Beispiel bei einem Quadrat auf vier Positionen zu, bei einem Achteck auf acht Positionen. Hin zu höheren zu messenden Stellungen kann das Polygon zunehmend zu einem Kreis geführt werden.
Mittelpunkte der Kreis- oder Ringförmigen weichmagnetischen Elemente 12₁ und 12₂ können auf der gleichen Rotationsachse 34 angeordnet sein.
Ein Radius r₁ des weichmagnetischen Elements 12₂ kann kleiner sein als ein Radius r₂ des Kreises 54, auf dem die Sensorelemente angeordnet sind, was gut in 6b zu erkennen ist, die eine schematische Seitenschnittansicht des Packages 60 zeigt. Die Implementierungen des Packages 60 können jeweils auch einzeln oder in Kombination in anderen hierin beschriebenen Messanordnungen implementiert werden.
Das Package 60 kann eine Referenzmarkierung 58 aufweisen. Die Referenzmarkierung 58 kann so ausgestaltet sein, dass ihre Position auf dem Package 60, etwa dem Gehäuse, einer relativen Position der Rotationsachse 34 eindeutig zugeordnet ist. Das bedeutet, anhand der Referenzmarkierung 58 kann es ermöglicht sein, das Package 60 präzise zu montieren, so dass eine präzise Erfassung des Magnetfeldes möglich ist, selbst wenn die Sensorelemente und/oder das weichmagnetische Element 12₂ nicht mit dem bloßen Auge erkennbar ist.
Gemäß Ausführungsbeispielen kann die Sensoranordnung eine oder mehrere Gruppen von Sensorelementen aufweisen. Jede dieser Gruppen von Sensorelementen kann um einen Symmetriebereich rotationssymmetrisch angeordnet sein. Beispielsweise können die Sensorelemente 36₁ und 36₃ eine erste Gruppe bilden und die Sensorelemente 36₂ und 36₄ eine zweite Gruppe. Der Symmetriebereich kann beispielsweise, innerhalb eines gewissen Toleranzbereichs, der Flächenschwerpunkt 56 sein. Das weichmagnetische Element 12₂ kann ebenfalls rotationssymmetrisch angeordnet sein und zwar um eine Elementsymmetrieachse. Die Elementsymmetrieachse kann entlang einer Dickenrichtung des Elements angeordnet sein, beispielsweise in einer Kreisscheibe eine Achse, die parallel zu einer Oberflächennormale einer Deckelfläche des Zylinders verläuft und den geometrischen Mittelpunkt dieser Fläche schneidet. Der Symmetriebereich, um den die Sensorelemente angeordnet sind, kann entlang der Elementsymmetrieachse des weichmagnetischen Elements 12₂ angeordnet sein. Unter erneutem Verweis auf 6b kann die Elementsymmetrieachse beispielsweise deckungsgleich mit der Rotationsachse 34 sein oder lediglich eine durch Fertigungstoleranzen oder Montagetoleranzen verursachte Abweichung hierzu aufweisen. Das bedeutet, der Flächenschwerpunkt 56 kann auf der Rotationsachse 34 angeordnet sein.
Aus der gruppenweisen Betrachtung der Sensorelemente 36₁ bis 36₄ wird ebenfalls deutlich, dass die unterschiedlichen Gruppen beispielsweise in unterschiedlichem Abstand oder Radius zu dem Flächenschwerpunkt 56 angeordnet sein können. So können die Sensorelemente 36₁ und 36₃ beispielsweise einen ersten Abstand aufweisen und die Sensorelemente 36₂ und 36₄ einen hiervon verschiedenen Abstand aufweisen. Durch eine paarweise Differenzbildung zwischen den Sensorelementen 36₁ und 36₃ einerseits und den Sensorelementen 36₂ und 36₄ andererseits führt die Abstandsvariation innerhalb einer Gruppe höchstens zu einer vernachlässigbaren Beeinflussung des Messwerts.
Die weichmagnetischen Elemente 12₁ und/oder 12₂ können als Schichtstrukturen mit jeweils zumindest einer Schicht gebildet sein. Dies schließt auch mehrschichtige Ausführungen ein, was auch unterschiedliche weichmagnetische Materialien mit umfasst. Auch ist es möglich, dass eine oder mehrere Schichten aus einem anderen als einem weichmagnetischen Material gebildet werden, beispielsweise eine Kombination aus einer weichmagnetischen Schicht mit einer dielektrischen Schicht oder dergleichen. Die Kombination unterschiedlicher Schichten ermöglicht auch die Verwendung unterschiedlicher weichmagnetischer Materialien mit unterschiedlichen weichmagnetischen Eigenschaften.
7 zeigt ein beispielhaftes Diagramm zur Verdeutlichung der Auswirkung von Ausführungsbeispielen. Auf einer Abszisse ist ein Abstand angegeben, etwa von der Rotationsachse 34. An der Ordinate ist eine vertikale Komponente des Magnetfeldes der durch ein diametrales Störfeld magnetisierten weichmagnetischen Welle angetragen. 7 zeigt eine z-Komponente des B-Feldes, mithin ein Bz-Feld bzw. die magnetische Flussdichte entlang z, welches von der Welle (weichmagnetisches Element 12₁ ) erzeugt werden kann, wenn sie im diametralen Störfeld von 0.1 T (= Bxdist) aufmagnetisiert wird (mit und ohne unterem weichmagnetischen Gegenstück 12₂ ). Das Magnetfeld des Permanentmagneten ist hier beispielhaft unberücksichtigt. Wiedergegebene Zahlenwerte sind dabei rein erklärend und beschränken die Ausführungsbeispiele nicht. Der Graph zeigt beispielhaft eine Auswirkung eines 200 |jm dicken Chips (Sensoranordnung) und einer 20 µm dicken Scheibe (weichmagnetisches Element 12₂ ) die einen Durchmesser von 2 mm aufweist. Eine Kurve 62₁ zeigt den Einfluss 44₁ , das bedeutet, die Verfälschung des Magnetfeldes durch das weichmagnetische Element 12₁ . Da die paarweise angeordneten Sensorelemente 36₁ bis 36₄ mit einem Abstand größer 0 von der Rotationsachse angeordnet sein müssen, wenn sie in derselben Ebene angeordnet sind, wird daraus deutlich, dass eine asymmetrische Beeinflussung erfolgt, die durch eine Differenzbildung nicht ausgeglichen wird, sondern zu Messfehlern führen kann.
Eine Kurve 62₂ zeigt eine entsprechende Beeinflussung mit dem weichmagnetischen Element 12₂ , das bedeutet, eine Gesamtresultierende. Auch wenn es weiterhin zu einer Beeinflussung kommen kann, so zeigt sich, dass symmetrisch um die Rotationsachse 34 Bereiche 64₁ und 64₂ entstehen können, an denen die Störauswirkung 0 oder zumindest vernachlässigbar ist. Hieraus kann der Radius r₂ bestimmt werden, da dies eine gute oder ideale Position zur Anordnung der Sensorelemente darstellt.
Das bedeutet, in einer Systemauslegung kann anhand der Einflussparameter weichmagnetisches Element 12₁ , weichmagnetisches Element 12₂ (Abmessungen, relative Permeabilität) Abstände zueinander und zur Sensoranordnung und Ort der Sensorelemente eine hochqualitative Abstimmung erfolgen.
In dem dargestellten Diagramm wurde die Welle 12₁ mit einem Durchmesser von 8 mm angenommen und ein Material mit µ_r=1700 (Stahl) implementiert. Das magnetische Element 14 war 2,5 mm dick und hatte einen Durchmesser von 6 mm. Der Chip wurde mit einer Dicke von 200 µm ausgeführt, die HALL-Elemente auf der oberen Oberfläche des Chips befanden sich 2,3 mm unterhalb des Magneten. Die Spiegelscheibe (weichmagnetisches Element 12₂ ) hatte eine Dicke von 20 µm, 2 mm Durchmesser und ein µr von 2×10⁴. Mit einer Toleranz von ± 0,5 mm bezüglich des Luftspalts konnte das Störfeld an den HALL-Elementen um zumindest dem Faktor 3,5 reduziert werden. Im vorangehend erläuterten Störfeld von 5 mT wurde lediglich ein Messfehler von 0,2° ermittelt.
In anderen Worten zeigt Kurve 62₁ die Störung durch das weichmagnetische Element 12₁ . Mit der Scheibe (weichmagnetisches Element 12₂ ) wird die Kurve 62₂ erhalten. Im Bereich zwischen x=1,4 mm bis x=2,2 mm ist die Störung durch das weichmagnetische Element 12₂ reduziert und nahezu 0 im Bereich x=1,5 mm. Das bedeutet, dass für einen Leseradius (r₂ ) von 1,5 mm in diesem Setup das weichmagnetische Element 12₂ die lateralen Störfelder vollständig kompensieren kann (zumindest in dem spezifischen Abstand zur Welle 12₁ ).
8 zeigt einen schematischen Graphen des Setups aus 7, wobei die Messwerte entlang der y-Richtung, das bedeutet, senkrecht zu der Rotationsachse 34 und senkrecht zur x-Achse in 7 angetragen sind. Die Remanenz des Magnetfeldes in y-Richtung (d. h., die Welle 12t₁ ist so gedreht oder rotiert, dass die Magnetisierung des Magneten 14 in y-Richtung zeigt) Bremy beträgt beispielhaft 1,1 T. Die Ordinate gibt das Bz-Feld in Tesla an, also die z-Komponente der magnetischen Flussdichte. Die Abszisse gibt die y-Position des Messpunkts auf der Chipoberfläche an (x ist bspw. zu Null angenommen). Die beiden Kurven 62₃ und 62₄ zeigen das Magnetfeld des Magneten auf den Chip - beide Male mit der weichmagnetischen Welle 12₁ , aber in 62₃ ist die Kurve ohne weichmagnetische Scheibe 12₂ unter dem Chip und 62₄ ist mit weichmagnetischer Scheibe 12₂ . Dies ist bspw. am Rand der 2mm-Durchmesser-Scheibe erkennbar, da bei y = +/-0.001 m die Kurve 62₄ eine starke Überhöhung aufweist, wie sie dadurch erklärt werden kann, dass die Feldlinien in die untere Scheibe gebündelt werden.
Anders ausgedrückt zeigt eine Kurve 62₃ das Setup unter Vernachlässigung des weichmagnetischen Elements 12₂ , während die Kurve 62₄ analog zur Kurve 62₂ das Gesamtresultat mit den weichmagnetischen Elementen 12₁ und 12₂ darstellt. Es wird deutlich, dass das weichmagnetische Element 12₂ das Nutzfeld im Bereich von RR < 0,9 mm (y-Komponente) beeinflusst und dort das Feld um nahezu dem Faktor 4 verstärkt, das bedeutet, das Nutzfeld wird in |y| < 2 mm sogar verstärkt. Bei einem Wert von y=1,5 mm wird das Nutzfeld des Magneten lediglich um ca. 13 % verstärkt (38,5 mT/34 mT). Auch hier sind wiedergegebene Zahlenwerte rein erklärend und beschränken die Ausführungsbeispiele nicht. Es wird jedoch deutlich, dass das zusätzliche weichmagnetische Element 12₂ unter dem Chip bzw. der Sensoranordnung 22 nicht nur zu keiner Beeinträchtigung des Nutzfeldes führt, sondern es im Gegenteil sogar in geringem Umfang verstärkt, was sich positiv auf die Messungen auswirken kann.
Im Setup der 7 und 8 ist der Abstand zwischen dem Magnet und dem Package (Sensoreinrichtung) in etwa 2 mm (4,8 mm - 2,5 mm - 0,3 mm). Sollte sich der Abstand zwischen der Welle 12₁ und dem Sensorchip 22 verändern, so kann dies auch den Einfluss der Scheibe 12₂ geringfügig beeinflussen, womit die Effizienz in geringem Umfang beeinträchtigt werden kann. Ungeachtet dessen kann in einem Abstandsbereich von ± 0,5 mm zum Sollabstand von beispielsweise 1,5 mm erreicht werden, dass der Winkelfehler gut unter 0,2 Grad bei Störfeldern von bis zu 5 mT bleibt. Ausführungsbeispiele beziehen sich auf einen gradiometrischen Winkelsensor. Ausführungsbeispiele beziehen sich auf Anordnungen, die auf axiale Magnetfeldkomponenten ansprechen. Ein derartiges Magnetfeld kann beispielsweise von einem Permanentmagneten erzeugt werden. Der Permanentmagnet kann beispielsweise an eine rotatorisch gelagerte weichmagnetische Welle angeordnet werden. Die Sensoranordnung kann ein flaches Substrat aufweisen, an dem zumindest drei voneinander beabstandete Magnetfeldsensorelemente angeordnet sind. Ferner kann ein Schaltkreis oder Auswerteschaltung vorgesehen sein, um die axialen Felder, die auf die Sensorelemente wirken, zu subtrahieren. Hieraus können die beschriebenen Messanordnungen die Rotationsposition der Welle 12₁ bestimmen. Ausführungsbeispiele weisen hierzu eine weichmagnetische Spiegelstruktur (das weichmagnetische Element 12₂ ), auf, die beispielsweise an der Seite des flachen Substrats der Sensoranordnung angeordnet ist, die der Welle 12₁ abgewandt ist.
Die weichmagnetische Spiegelstruktur 12₂ kann als Schichtstruktur mit zumindest einer Schicht gebildet sein und eine Permeabilität µ_r von > 100 aufweisen, bevorzugt > 1000 oder > 10000. Durch Anordnen des Schwerpunkts an der übereinstimmenden lateralen Position wie der Mittelpunkt des Gradiometers beziehungsweise entlang der Rotationsachse können präzise Verbesserungen erhalten werden. Das weichmagnetische Element 12₂ kann eine rotationssymmetrische Form haben. Hierzu zählen beispielsweise die Form einer Scheibe, eines Rings und Kombinationen mehrerer Scheiben und/oder Ringe. Mehrere Ringe können auch entlang radialer Richtung angeordnet sein. Ein äußerer Durchmesser des weichmagnetischen Elements 12₂ kann größer sein als der maximale Abstand von zwei Magnetfeldsensorelementen. Die Spiegelstruktur 12₂ kann an der gegenüberliegenden Seite des flachen Substrats angeordnet sein als die Magnetfeldsensorelemente.
9 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens 1000, das zum Erfassen einer relativen Stellung eines ersten weichmagnetischen Elements, etwa des Elements 12₁ , verwendet werden kann. In einem Schritt 1010 erfolgt ein Verfassen eines Magnetfelds, das sich mit der relativen Stellung des ersten weichmagnetischen Elements am Ort einer Sensoreinrichtung ändert. Das Erfassen 1010 erfolgt mit der Sensoreinrichtung. In einem Schritt 1020 erfolgt ein zum ersten weichmagnetischen Element und bezogen auf die Sensoranordnung symmetrisches Beeinflussen des Magnetfeldes am Ort der Sensoranordnung durch ein zweites weichmagnetisches Element. Die Schritte 1010 und 1020 können in beliebiger Reihenfolge und insbesondere Zeitgleich ausgeführt werden.
10 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens 1100 gemäß einem Ausführungsbeispiel, das beispielsweise zum Bereitstellen einer Messanordnung gemäß hierin beschriebene Ausführungsbeispiele verwendet werden kann. In einem Schritt 1110 erfolgt ein Anordnen eines ersten weichmagnetischen Elements (12₁ ) und einer Sensoranordnung, so dass eine Relativposition zueinander basierend auf einer relativen Bewegung veränderlich ist. In einem Schritt 1120 erfolgt ein Anordnen eines magnetischen Elements, um ein Magnetfeld zu erzeugen, das am Ort der Sensoranordnung basierend auf der relativen Bewegung veränderlich ist. In einem Schritt 1130 erfolgt ein Anordnen eines zweiten weichmagnetischen Elements (12₂ ) so dass die Sensoranordnung und optional das magnetische Element zwischen dem ersten weichmagnetischen Element und dem zweiten weichmagnetischen Element angeordnet sind.
11 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens 1200, das zum Herstellen einer Sensoranordnung gemäß hierin beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden kann, insbesondere in einem auf Waferlevel-Fertigung. In einem Schritt 1210 erfolgt ein Anordnen einer Vielzahl von Sensoranordnungen an einer ersten Hauptseite eines Wafers, so dass jede Sensoranordnung der Vielzahl von Sensoranordnungen eine Mehrzahl von Sensorelementen aufweist. In einem Schritt 1220 erfolgt ein Anordnen einer mit der Vielzahl von Sensoranordnungen korrespondierenden Anzahl von weichmagnetischen Elementen an einer zweiten Hauptseite des Wafers, so dass ein weichmagnetisches Element jeweils einer Sensoranordnung gegenüberliegt. In einem Schritt 1230 erfolgt ein Vereinzeln der Vielzahl von Sensoranordnungen, wobei der Schritt 1230 nach dem Schritt 1210 und/oder nach dem Schritt 1220 ausgeführt wird.
Vor dem Vereinzeln kann optional eine Prüfung der Sensoranordnungen erfolgen, was es ermöglicht, bereits auf Waferlevel die Sensoranordnungen und den jeweiligen Effekt der weichmagnetischen Elemente zu erfassen.
In anderen Worten können Ausführungsbeispiele in zahlreichen Ausführungen ausgestaltet werden. Die Scheibe (weichmagnetisches Element 12₂ ) kann außerhalb des Sensorpackages angeordnet sein oder innerhalb des Sensorpackages. Die Scheibe kann an der Rückseite des Sensorpackages angebracht sein, etwa durch einen Klebstoff, oder das Sensorpackage kann an der Oberseite einer Hauptplatine beziehungsweise Bauteile-Board oder Komponentenplatte montiert sein, während die Scheibe an der Unterseite der Hauptplatine angebracht ist. Die Scheibe kann auf der Unterseite des Chipträgers angebracht sein, während der Chip an der Oberseite des Chipträgers eines mittels Kunststoff eingehausten Packages montiert ist. Ausführungsbeispiele sehen vor, dass die Scheibe an der Unterseite des Halbleiterchips angeordnet sind, der die HALL-Platten an der anderen Seite aufweist. Es versteht sich, dass Begriffe wie Oberseite oder Unterseite lediglich der Anschaulichkeit dienen und die Ausführungsbeispiele nicht beschränken.
Ausführungsbeispiele sehen vor, die Scheibe in das Sensorpackage zu integrieren und, optional, die Scheibe am Sensorchip selbst anzubringen. Dies ermöglicht die Platzierung der Scheibe an der Rückseite des Wafers. Durch dieses Verfahren, etwa das Verfahren 1200, können Ausführungsbeispiele in einem Batch-Prozess/diskontinuierlichen Prozess nach dem FE-Prozess auf dem Siliciumwafer. Dies kann mit hoher Präzision erfolgen. Der vertikale Abstand zwischen der Scheibe und den HALL-Elementen kann durch Verarbeitungsprozesse wie Ätzprozesse oder Schleifprozesse gut eingestellt werden. Das Material der Scheibe kann durch den Hersteller und/oder die Prozessparameter gut eingestellt werden, etwa im Hinblick auf die Zeit, während der Lösungsmittel und/oder Atmosphären und/oder Temperaturprofile während unterschiedlicher Schritte, etwa einem Ausheilen, ausgesetzt werden, etwa um die Scheibe an den Wafer und/oder den Chip an den Chipträger des Sensorpackages anzuordnen. Diese Parameter sind präzise einstellbar.
Der Einfluss der Scheibe auf den Sensor kann getestet und kalibriert werden, etwa in einem abschließenden Test (End-Of-Line Test), was auch herstellerseitig erfolgen kann, gegebenenfalls auch als Multi-Temperaturtest mit mehreren Tests. Dies ist in einer kosteneffizienten Weise möglich. Die Scheibe kann vor Umwelteinflüssen als integraler Teil des Sensorpackages geschützt werden. Dies ermöglicht ein Schutz gegen Korrosion, Feuchtigkeit, Chemikalien und des Weiteren. Dies ermöglicht auch eine vergleichsweise geringe Dicke der Scheibe, beispielsweise 20 µm. Es wird darauf hingewiesen, dass die Dicke abhängig von der Anwendung sein kann und prinzipiell beliebig ausfallen kann. Der Durchmesser wie auch die Anordnung in mehreren Schichten oder mehreren Ringen, beispielsweise konzentrischen Ringen ermöglicht weitere Freiheitsgrade. Insbesondere kann hierdurch erreicht werden, dass die Kompensation von Streufeldern in einem größeren räumlichen Bereich von Magnetfeldstärken, Temperaturen und Abständen ermöglicht wird. Dies kann es ermöglichen, die Kompensationswirkung des weichmagnetischen Elements 12₂ weniger empfindlich zu Variationen bezüglich eines Abstands weichmagnetisches Element 12₁/Sensor oder Durchmesser des weichmagnetischen Elements 12₁ oder der magnetischen Feldstärke (die teilweise das weichmagnetische Element 12₂ sättigen kann) oder auf Temperatur (die zu einer Veränderung des µ_r des weichmagnetischen Elements 12₂ führen kann und damit die Kompensationswirkung beeinflussen kann.
Die Scheibe/Ring kann zentriert um die Rotationsachse angeordnet sein, das bedeutet, zentriert zu dem Kreis auf welchem die HALL-Elemente angeordnet sind. Die Scheibe kann ein wenig kleiner sein als der Kreis auf welchem die HALL-Elemente angeordnet sind. Ausführungsbeispiele sehen vor, dass der äußere Radius der Scheibe/Ring + der Abstand zwischen der Scheibe und den HALL-Platten in etwa gleich ist wie der Leseradius (der sich aus der Hälfte des Durchmessers des Kreises, auf dem die HALL-Elemente platziert sind, ergibt).
Ausführungsbeispiele sehen ferner vor, den Ring der HALL-Platten und/oder die Scheibe/Ring mit nicht magnetischen stark leitfähigen Scheiben/Ringen (beispielsweise aus Aluminium oder Kupfer) zu bedecken. Dies kann dazu verwendet werden, das Einschwingverhalten des weichmagnetischen Elements 12₂ mehr wie das Einschwingverhalten des weichmagnetischen Elements 12₁ einzustellen: In dem weichmagnetischen Element 12₁ können große Kreise von Wirbelströmen zirkulieren, die bezüglich der Geschwindigkeit abnehmen, mit der die Welle 12₁ diametrale Störmagnetfelder in vertikale Magnetfelder übersetzt, insbesondere im Bereich der HALL-Platten.
Ausführungsbeispiele sehen ferner vor hochleitfähige Bereiche in dem weichmagnetischen Element 12₂ vorzusehen, um einen Tiefpassfilter zu implementieren, das bedeutet, um vergleichsweise langsam auf schnelle Störungen zu reagieren.
Für Hochleitstungssysteme oder weniger kostenempfindliche Produkte kann ebenfalls vorgesehen werden, mehrere Scheiben/Ringe in mehreren Schichten mit mehreren Abständen zu den HALL-Elementen vorzusehen. Dies kann helfen, das weichmagnetische Element 12₂ robust gegen Veränderungen im Abstand zwischen dem weichmagnetischen Element 12₁ und den HALL-Elementen auszugestalten.
Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

„Inaccuracies of giant magneto-resistive angle sensors due to assembly tolerances‟, (Ausserlechner, U., IEEE Transactions on Magnetics, 45(5), 2165-2174, 2009) [0011]
„Contactless angle measurement using four Hall devices on single chip‟ (Metz, M., Haberli, A., Schneider, M., Steiner, R., Maier, C., & Baltes, H., Proceedings of International Solid State Sensors and Actuators Conference (Transducers' 97) (Vol. 1, pp. 385-388) IEEE, Juni 1997) [0011]
„A theory of magnetic angle sensors with hall plates and without fluxguides‟ (Ausserlechner, U. in Progress In Electromagnetics Research, 49, 77-106, 2013) [0011]

Claims

Messanordnung umfassend: ein erstes weichmagnetisches Element (12₁); ein zweites weichmagnetisches Element (12₂); ein mechanisch mit dem ersten weichmagnetischen Element (12₁) gekoppeltes magnetisches Element (14), das ausgebildet ist, um ein Magnetfeld (18) zu erzeugen; und eine Sensoranordnung (22) zum Erfassen des Magnetfeldes (18), die so angeordnet ist, dass eine relative Bewegung zwischen dem ersten weichmagnetischen Element (14) und der Sensoranordnung (22) zu einer Veränderung des Magnetfeldes (18) am Ort der Sensoranordnung (22) führt, wobei die Sensoranordnung (22) ausgebildet ist, um die Veränderung festzustellen; wobei die Sensoranordnung (22) zwischen dem ersten weichmagnetischen Element (12₁) und dem zweiten weichmagnetischen Element (12₂) angeordnet sind.
Messanordnung gemäß Anspruch 1, bei der das zweite weichmagnetische Element (12₂) eingerichtet ist, um eine Verzerrung (44₂) eines das Magnetfeld überlagerndes Störfeldes zu bewirken, die zu einer durch das erste weichmagnetische Element (12₁) bewirkten Verzerrung (44₁) des Störfeldes entgegengerichtet ist.
Messanordnung gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der das zweite weichmagnetische Element (12₁) ausgebildet ist, um in einem nominalen Betriebszustand und im Zusammenspiel mit dem ersten weichmagnetischen Element (12₁) beim Einwirken eines externen und bezogen auf die relative Bewegung diametralen Störmagnetfelds axiale Komponenten des Störmagnetfelds auf die Sensoranordnung um zumindest 30 % reduzieren.
Messanordnung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die relative Bewegung (44₂) eine relative Rotationsbewegung umfasst und bei der eine zweite Beeinflussung des Magnetfeldes (18) durch eine weichmagnetische Eigenschaft des zweiten weichmagnetischen Elements (12₂) eine erste Beeinflussung (44₁) des Magnetfeldes (18) durch eine weichmagnetische Eigenschaft des ersten weichmagnetischen Elements (12₁) symmetrisch zu der Sensoranordnung (22) entlang einer Rotationsachse (34) der relativen Rotationsbewegung fortsetzt.
Messanordnung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei der das erste weichmagnetische Element (12₁) um eine Rotationsachse (34) rotatorisch gelagert ist, wobei ein Flächenschwerpunkt des zweiten weichmagnetischen Elements (12₂) auf der Rotationsachse (34) angeordnet ist.
Messanordnung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die relative Bewegung eine relative Rotationsbewegung umfasst und bei der das erste weichmagnetische Element (12₁) und das zweite weichmagnetische Element (12₁) rotationssymmetrisch um eine Rotationsachse (34) der relativen Rotationsbewegung gebildet sind.
Messanordnung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die relative Bewegung eine relative Rotationsbewegung um eine Rotationsachse (34) umfasst und bei der die Sensoranordnung (22) zumindest drei Sensorelemente (36) aufweist, die zum Erfassen des Magnetfeldes (18) eingerichtet sind; wobei die zumindest drei Sensorelemente (36) auf oder innerhalb einer einen ersten Radius (r₁) aufweisenden Kreisbahn um einen auf der Rotationachse (34) angeordneten Kreismittelpunkt angeordnet sind; wobei eine der Sensoranordnung zugewandte Hauptseite des zweiten weichmagnetischen Elements rotationssymmetrisch um eine Rotationsachse (34) der relativen Rotationsbewegung gebildet ist und einen zweiten Radius (r₂) aufweist; und wobei der zweite Radius (r₂) größer ist als der erste Radius (r₁),
Messanordnung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Sensoranordnung (22) eine Mehrzahl von als magnetischer Winkelsensor gebildeter Sensorelementen (36) umfasst; wobei die Sensoranordnung (22) ausgebildet ist, um die Sensorelemente unter Anwendung eines gradiometrischen Prinzips auszuwerten.
Messanordnung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei der das zweite weichmagnetische Element (12₂) mit einem geringeren Abstand (48₂) zu der Sensoranordnung (22) angeordnet ist als das erste weichmagnetische Element (12₁), wobei ein erster Durchmesser des ersten weichmagnetischen Elements (12₁) größer ist als ein zweiter Durchmesser (D₂) des zweiten weichmagnetischen Elements (12₂) .
Messanordnung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Sensoranordnung (22) eine Mehrzahl von Sensorelementen (36) aufweist, wobei jedes Sensorelement (36) ausgebildet ist, um das Magnetfeld (18) zu erfassen, und um ein Messsignal basierend auf dem Magnetfeld (18) auszugeben; wobei die Sensoranordnung (22) ferner eine Auswerteschaltung (52) aufweist, die konfiguriert ist, um die Messsignale zu empfangen.
Messanordnung gemäß Anspruch 10, bei der die Mehrzahl von Sensorelementen (36) an einer ersten Hauptseite (46A) eines Substrats (46) angeordnet ist und das zweite weichmagnetische Element (12₂) an einer gegenüberliegenden zweiten Hauptseite (46B) des Substrats (46) angeordnet ist.
Messanordnung gemäß Anspruch 10 oder 11, bei der die Mehrzahl von Sensorelementen (36) und die Auswerteschaltung (52) zumindest einen Teil eines gemeinsamen Packages bilden.
Messanordnung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Sensoranordnung (22) und das zweite weichmagnetische Element (12₂) zumindest einen Teil eines gemeinsamen Packages bilden.
Messanordnung gemäß Anspruch 12 oder 13, bei der die relative Bewegung eine relative Rotationsbewegung umfasst und bei der das gemeinsame Package eine Referenzmarkierung (58) aufweist, die einer relativen Position einer Rotationsachse (34) der relativen Rotationsbewegung eindeutig zugeordnet ist.
Messanordnung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Sensoranordnung (22) eine Anzahl von Gruppen mit zumindest einer Gruppe von Sensorelementen (36) aufweist, wobei jede Gruppe von Sensorelementen (36) um einen Symmetriebereich (56) rotationssymmetrisch angeordnet sind, wobei das zweite weichmagnetische Element (12₂) rotationssymmetrisch um eine Elementsymmetrieachse (34) gebildet ist, wobei der Symmetriebereich (56) entlang der Elementsymmetrieachse (34) angeordnet ist.
Messanordnung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die relative Bewegung eine relative Rotationsbewegung um eine Rotationsachse (34) umfasst; und die Sensoranordnung eine Mehrzahl von Sensorelementen (36) aufweist; wobei die Mehrzahl von Sensorelementen (36) auf einer Ebene (E) senkrecht zu der Rotationsachse (34) angeordnet sind.
Messanordnung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die das erste weichmagnetische Element (12₁) und das zweite weichmagnetische Element (12₂) während der relativen Bewegung einen konstanten Abstand zueinander und zu der Sensoranordnung (22) aufweisen.
Messanordnung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei der das erste weichmagnetische Element (12₁) und/oder das zweite weichmagnetische Element (12₂) ein weichmagnetisches Material mit einer relativen Permeabilität von zumindest 100 umfassen.
Messanordnung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei der das zweite weichmagnetische Element (12₂) eine Schichtstapelanordnung umfasst, die zumindest eine Schicht umfasst.
Messanordnung gemäß Anspruch 19, bei der eine erste Schicht der Schichtstapelanordnung ein erstes weichmagnetisches Material mit einer ersten magnetischen Eigenschaft aufweist und eine zweite Schicht der Schichtstapelanordnung ein zweites weichmagnetisches Material mit einer zweiten magnetischen Eigenschaft aufweist.
Messanordnung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, die als Magnetfeldgradiometer gebildet ist.
Sensorpackage (60) umfassend: eine Sensoranordnung (22) zum Erfassen eines äußeren Magnetfeldes (18), wobei Sensorelemente (36) der Sensoranordnung (22) in einer Ebene (E) angeordnet sind; wobei die Sensoranordnung (22) einen geometrischen Schwerpunkt (56) in der Ebene (E) aufweist; und ein weichmagnetisches Element (12₂), das rotationssymmetrisch um eine Elementsymmetrieachse gebildet ist, wobei der geometrische Mittelpunkt (56) entlang der Elementsymmetrieachse angeordnet ist.
Verfahren (1000) zum Erfassen einer relativen Stellung eines ersten weichmagnetischen Elementes mit folgenden Schritten: Erfassen (1010) eines Magnetfeldes, das sich mit der relativen Stellung des ersten weichmagnetischen Elements am Ort einer Sensoreinrichtung ändert, mit der Sensoreinrichtung; und zum ersten weichmagnetischen Element und bezogen auf die Sensoranordnung symmetrisches Beeinflussen (1020) des Magnetfeldes am Ort der Sensoranordnung durch ein zweites weichmagnetisches Element.
Verfahren (1100) zum Bereitstellen einer Messanordnung mit folgenden Schritten: Anordnen (1110) eines ersten weichmagnetisches Elements und einer Sensoranordnung, so dass eine Relativposition zueinander basierend auf einer relativen Bewegung veränderlich ist; Anordnen (1120) eines magnetischen Elements, um ein Magnetfeld zu erzeugen, das am Ort der Sensoranordnung basierend auf der relativen Bewegung veränderlich ist; und Anordnen (1130) eines zweiten weichmagnetischen Elements, so dass die Sensoranordnung und das magnetische Element zwischen dem ersten weichmagnetischen Element und dem zweiten weichmagnetischen Element angeordnet sind.
Verfahren (1200) zum Herstellen einer Sensoranordnung mit folgenden Schritten: Anordnen (1210) einer Vielzahl von Sensoranordnungen an einer ersten Hauptseite eines Wafers, so dass jede Sensoranordnung der Vielzahl von Sensoranordnungen eine Mehrzahl von Sensorelementen aufweist; Anordnen (1220) einer mit der Vielzahl von Sensoranordnungen korrespondierenden Zahl von weichmagnetischen Elementen an einer zweiten Hauptseite des Wafers, so dass ein weichmagnetisches Element jeweils einer Sensoranordnung gegenüberliegt; Vereinzeln (1230) der Vielzahl von Sensoranordnungen nach dem Anordnen der Vielzahl von Sensoranordnungen.
Verfahren gemäß Anspruch 25, ferner umfassend: Durchführen einer Prüfung der Vielzahl von Sensoranordnungen vor dem Vereinzeln.