申请/专利权人：TDK株式会社

申请日：2016-10-20

公开（公告）日：2020-09-15

公开（公告）号：CN108780130B

主分类号：G01R33/09(20060101)

分类号：G01R33/09(20060101);G01R33/02(20060101);H01L43/08(20060101)

优先权：["20160323 JP 2016-059004"]

专利状态码：有效-授权

法律状态：2020.09.15#授权;2018.12.04#实质审查的生效;2018.11.09#公开

摘要：将适于闭环控制的磁传感器小型化及低成本化。具备：电连接于端子41、42间且沿x方向延伸的磁阻效应元件MR1和电连接于端子43、44间且沿着磁阻效应元件MR1在x方向上延伸的磁性体31。磁阻效应元件MR1相对于y方向上的磁性体31的中心位置偏移地配置。根据本发明，通过磁性体31汇集应检测的磁通，并且根据磁阻效应元件MR1的电阻值而在磁性体31中流动电流，由此能够实现闭环控制。即，磁性体31兼具集磁功能和消除线圈的功能，因此，能够削减必要的电路元件的数量，能够实现小型化及低成本化。

主权项：1.一种磁传感器，其特征在于，具备：第一～第四端子；第一磁阻效应元件，其电连接于所述第一及第二端子间，沿第一方向延伸；第一磁性体，其电连接于所述第三及第四端子间，沿着所述第一磁阻效应元件在所述第一方向上延伸；以及，反馈电路，该反馈电路基于所述第一或第二端子上出现的电位，在所述第三端子和所述第四端子之间流动反馈电流，所述第一磁阻效应元件相对于与所述第一方向交叉的第二方向上的所述第一磁性体的中心位置偏移地配置。

全文数据：磁传感器技术领域[0001]本发明涉及磁传感器，特别是涉及适于闭环控制的磁传感器。背景技术[0002]检测由人体等发出的微弱的磁场的磁传感器强烈受到地磁等环境磁场的影响。因此，在这种装置中，需要消除环境磁场的影响。[0003]专利文献1中记载的磁传感器具有在传感器芯片的表面按顺序层叠有消除线圈、磁阻效应元件及磁性体的结构，将由应检测的磁场产生的磁通引导到磁阻效应元件，并且根据磁阻效应元件的电阻值的变化在消除线圈中流动电流，由此，实现闭环控制。[0004][现有技术文献][0005]专利文献[0006]专利文献1:日本特开2015—219061号公报发明内容[0007][发明要解决的技术问题][0008]专利文献1中记载的磁传感器中，将消除线圈、磁阻效应元件及磁性体集成在一个传感器芯片上，因此，具有整体的尺寸非常小的优异的特征。但是，近年来，对于磁传感器提出了更进一步的小型化及低成本化的要求。[0009]因此，本发明的目的在于，实现适于闭环控制的磁传感器的更进一步的小型化及低成本化。[0010][用于解决问题的技术方案][0011]本发明提供一种磁传感器，其特征在于，具备:第一〜第四端子;第一磁阻效应元件，其电连接于所述第一及第二端子间，沿第一方向延伸；以及第一磁性体，其电连接于所述第三及第四端子间，沿着所述第一磁阻效应元件在所述第一方向上延伸，所述第一磁阻效应元件相对于与所述第一方向交叉的第二方向上的所述第一磁性体的中心位置偏移地配置。[0012]根据本发明，由第一磁性体汇集应检测的磁通，并且根据第一磁阻效应元件的电阻值在第一磁性体中流动电流，由此，能够实现闭环控制。即，第一磁性体兼具集磁功能和消除线圈的功能，因此，能够削减必要的电路元件的数量，能够实现小型化及低成本化。为了实际上进行闭环控制，只要附加反馈电路即可，该反馈电路基于第一或第二端子上出现的电位在第三端子和第四端子之间流动反馈电流。在此，优选由软磁性材料构成第一磁性体。[0013]在本发明中，优选:从与所述第一及第二方向交叉的第三方向观察时，所述第一磁阻效应元件配置于不与所述第一磁性体重叠的位置。据此，通过第一磁性体将向第二方向弯曲的大部分磁通成分赋予给第一磁阻效应元件，所以能够获得比第一磁阻效应元件的固定磁化方向为第二方向的情况更高的检测灵敏度。[0014]在本发明中，优选:所述第一磁性体的所述第一方向上的长度等于或大于所述第一磁阻效应元件的所述第一方向上的长度。据此，在比第一磁阻效应元件更长的区域获得第二方向的磁场，所以能够获得比第一磁阻效应元件的固定磁化方向为第二方向的情况更高的检测灵敏度。[0015]本发明的磁传感器优选，还具备:第五端子;第二磁阻效应元件，其电连接于所述第二及第五端子间，沿规定的方向延伸；以及第二磁性体，其电连接于所述第三及第四端子间，沿着所述第二磁阻效应元件在所述规定的方向上延伸，所述第二磁阻效应元件相对于与所述规定的方向交叉的方向上的所述第二磁性体的中心位置偏移地配置。据此，能够利用两个磁阻效应元件获得差分信号，所以能够进一步提高检测灵敏度。[0016]在本发明中，优选:所述第一磁阻效应元件形成于传感器芯片的第一配线层，所述第一磁性体形成于所述传感器芯片的与所述第一配线层不同的第二配线层。据此，能够利用2层配线层实现集磁、磁检测及磁场的消除这三个功能。该情况下，所述第一磁性体可以是由固定于所述第二配线层的磁性材料构成的块体，也可以是由形成于所述第二配线层的磁性材料构成的薄膜。[0017][发明效果][0018]根据本发明，能够实现适于闭环控制的磁传感器的更进一步的小型化及低成本化。附图说明[0019]图1是表示本发明第一实施方式的磁传感器10A的外观的立体示意图。[0020]图2是磁传感器10A的俯视图。[0021]图3是磁传感器10A的侧视图。[0022]图4是与第一〜第四端子41〜44连接的反馈电路60的电路图。[0023]图5是用于说明磁通41及2的方向的示意图。[0024]图6是用于更详细地说明磁阻效应元件MR1和磁性体31的y方向上的位置关系的示意性剖视图。[0025]图7是表示本发明第二实施方式的磁传感器10Bi的结构的俯视图。[0026]图8是用于说明磁通41〜¢3的方向的示意图。[0027]图9是表示第二实施方式的变形例的磁传感器10B2的结构的俯视图。[0028]图10是表示第二实施方式的其它变形例的磁传感器10B3的结构的俯视图。具体实施方式[0029]以下，参照附图详细地说明本发明的优选的实施方式。[0030][0031]图1是表示本发明第一实施方式的磁传感器10A的外观的立体示意图。另外，图2是磁传感器10A的俯视图，图3是磁传感器10A的侧视图。[0032]如图1〜图3所示，本实施方式的磁传感器10A具备传感器芯片20和固定于传感器芯片20的第一磁性体31。[0033]传感器芯片20具备具有大致长方体形状的基板21及覆盖其表面的绝缘膜22。基板21的表面构成第一配线层LI，绝缘膜22的表面构成第二配线层L2。在本实施方式中，传感器芯片的配线层数为2层。第一配线层L1由xy面构成，形成有沿第一方向即x方向延伸的第一磁阻效应元件MR1。第二配线层L2也由xy面构成，形成有第一〜第四端子41〜44、第一〜第四配线51〜54,并且固定有磁性体31。作为传感器芯片20的制作方法，通常采用在集合基板上同时形成多个传感器芯片20,通过将它们分离而获得多个的方法，但本发明不限于此，也可以分别制作各传感器芯片20。[0034]磁阻效应元件MR1是其电阻根据磁场的方向及强度而变化的元件，其磁化固定方向是图2及图3的箭头A所示的第二方向y方向）。磁阻效应元件MR1的X方向上的一端经由第一配线51与第一端子41电连接，x方向上的另一端经由第二配线52与第二端子42电连接。此夕卜，磁阻效应元件MR1与配线51、52的电连接经由贯通绝缘膜22设置的贯通导体58、59进行。或者，也可以是:将配线51、52中与磁阻效应元件MR1相接触的部分形成于第一配线层L1，将配线51、52中形成于第一配线层L1的部分和形成于第二配线层L2的部分通过贯通导体58、59连接。通过该结构，磁阻效应元件MR1电连接于第一端子41和第二端子42之间。[0035]磁性体31是由导磁率高且电阻低的软磁性材料构成的块体。对于磁性体31的材料没有特别的限制，优选使用导磁率为100以上、电阻值为1MQ以下的材料，作为具体的材料，可举出软铁、坡莫合金、镲、娃钢片、铁桂铝、非晶金属纳米结晶软磁性材料等。磁性体31沿着磁阻效应元件MR1在x方向上延伸，但两者在俯视图中（S卩，从z方向观察时不具有重叠部分，相对于磁性体31将磁阻效应元件MR1沿y方向偏移地配置。磁性体31的x方向上的一端经由第三配线53与第三端子43电连接，x方向上的另一端经由第四配线54与第四端子44电连接。通过该结构，磁性体31电连接于第三端子43和第四端子44之间。[0036]磁性体31的x方向上的长度L1等于或大于磁阻效应元件MR1的x方向上的长度L2即，L13L2，且磁阻效应元件MR1的x方向上的全长与磁性体31相邻。磁性体31实现汇集z方向的磁通，且将其沿y方向弯曲而施加给磁阻效应元件MR1的作用。而且，通过使磁性体31在磁阻效应元件MR1的x方向上的整个长度范围相邻，在比磁阻效应元件MR1更长的区域获得y方向的磁场。[0037]图4是与第一〜第四端子41〜44连接的反馈电路60的电路图。[0038]如图4所示，反馈电路60具备运算放大器61、恒压源62、恒流源63及电阻64。运算放大器61的非反转输入端子+与恒压源62连接，反转输入端子一）与第二端子42连接。恒流源63也与第二端子42连接。运算放大器61的输出端子与第三端子43连接。另外，第一端子41与地线连接，第四端子44经由电阻64与地线连接。另外，第四端子44的输出电平Out向未图示的检测电路供给。通过该结构，本实施方式的磁传感器10A通过反馈电路60进行闭环控制。[0039]具体而言，如图5所示，当应检测的磁通巾1从z方向赋予时，磁通41在被磁性体31集磁后，向y方向弯曲，返回磁通的产生源。而且，在磁性体31的y方向侧配置有磁阻效应元件MR1，因此，磁阻效应元件MR1的电阻值因该磁通巾1而变化例如电阻值变高）。在图5所示的例中，相对于磁阻效应元件MR1沿y负方向施加磁通巾1。[0040]在此，如图4所示，因为恒流源⑽与第二端子42连接，所以当磁阻效应元件MR1的电阻值发生变化时，第二端子42的电位电平发生变化。例如，在磁阻效应元件MR1的电阻值变高的情况下，第二端子42的电位电平变高。当第二端子42的电位电平发生变化时，与该变化对应地，运算放大器61的输出端子的电位电平也发生变化。例如，当第二端子42的电位电平变高时，运算放大器61的输出端子的电位电平降低，从第四端子44向第三端子43流动反馈电流I。[0041]当在磁性体31中流动反馈电流I时，因右手螺旋定则而在磁性体31的周围产生磁场。例如，在从第四端子44向第三端子43流动反馈电流I的情况下，由此产生的磁通巾2成为图5所示的方向，在设置有磁阻效应元件MR1的位置，磁通巾2成为y正方向。即，磁通巾1和磁通小2相互抵消。由此，应检测的磁通1引起的磁阻效应元件MR1的电阻值的变化向返回原位的方向反馈，因此，实现闭环控制。实际的检测结果基于第四端子44的输出电平〇ut，通过未图示的检测电路进行检测。[0042]这样，本实施方式的磁传感器10A中，将应检测的磁通1集磁的磁性体31兼具消除线圈（cancelcoil的作用。因此，无需分别各自设置集磁用的磁性体和消除线圈，降低了必要的元件数量。由此，能够实现磁传感器的进一步的小型化及低成本化。[0043]例如，在本实施方式中，在第一配线层L1配置磁阻效应元件MR1，且在第二配线层L2配置磁性体31，由此，能够利用2层配线层构成磁传感器10A，由此，实现小型化及低成本化。此外，也可以将磁阻效应元件MR1和磁性体31配置于同一配线层，该情况下，能够利用1层配线层构成磁传感器。[0044]在此，构成反馈电路60的元件的一部分或全部可以集成于传感器芯片20上，也可以形成于其它基板上。例如，在将传感器芯片20搭载于印制电路板上的情况下，也可以在印制电路板上形成反馈电路60,使用接合线等将印制电路板和磁传感器10A连接。[0045]图6是用于更详细地说明磁阻效应元件MR1和磁性体31的y方向上的位置关系的示意性剖视图。[0046]图6中，作为磁阻效应元件MR1的位置，示出4处位置a〜d。其中，如参照图1〜图3所说明的那样，位置a是俯视时不与磁性体31重叠且与磁性体31相邻的位置。在位置a，磁性体31的y方向上的中心位置B至磁阻效应元件MR1的y方向上的中心的距离为1mm以下。在本发明中，磁阻效应元件MR1最优选配置于位置a。[0047]另一方面，位置b是俯视时不与磁性体31重叠、且距磁性体31的距离远的位置。如位置b所示，当从z方向观察的磁阻效应元件MR1和磁性体31的y方向上的距离远时，磁通41、42对磁阻效应元件MR1带来的影响会减小，检测灵敏度会降低。考虑到这一点，从z方向观察的磁阻效应元件MR1和磁性体31的y方向上的中心间距离如上所述优选为1mm以下。[0048]与之相对，位置c是与磁性体31的y方向上的中心位置B—致的位置。如果在这样的位置c配置磁阻效应元件MR1，则磁通[0051]图7是表示本发明第二实施方式的磁传感器1OBi的结构的俯视图。[0052]如图7所示，本实施方式的磁传感器10Bl中追加了第二磁阻效应元件MR2、第二磁性体32及第五端子45。磁阻效应元件MR2连接于第二端子42和第五端子45之间，与磁阻效应元件MR1同样地沿x方向延伸。磁阻效应元件MR2的磁化固定方向如箭头A所示，为与磁阻效应元件MR1相同的方向。[0053]磁阻效应元件MR2的x方向上的一端经由第五配线55与第二端子42电连接，x方向上的另一端经由第六配线56与第五端子45电连接。根据该结构，磁阻效应元件MR2电连接于第二端子42和第五端子45之间。而且，当在第一端子41和第五端子45之间流动电流时，磁阻效应元件MR1和磁阻效应元件MR2中流动的电流的方向互为反方向。例如，当从第五端子45向第一端子41流动电流时，磁阻效应元件MR1中流动的电流的方向为x正方向，磁阻效应元件MR2中流动的电流的方向为x负方向。[OOM]磁性体32沿着磁阻效应元件MR2在x方向上延伸，但两者在俯视图中（即从z方向观察时不具有重叠部分，相对于磁性体32将磁阻效应元件MR2向y方向偏移地配置。该偏移方向与磁阻效应元件MR1相对于磁性体31的偏移方向相反。即，磁阻效应元件MR1相对于磁性体31向y负方向偏移，与之相对，磁阻效应元件MR2相对于磁性体32向y正方向偏移。磁性体32的x方向上的一端经由第四配线54与磁性体31电连接，x方向上的另一端经由第七配线57与第四端子44电连接。根据该结构，磁性体31、32串联电连接于第三端子43和第四端子44之间。[0055]图7中也图示了与第一〜第五端子41〜45连接的反馈电路60。在本实施方式中，运算放大器61的非反转输入端子+与恒压源62连接，反转输入端子（一）与第二端子42连接。但是，未使用图4所示的恒流源63,与之代替地，将第五端子与电源Vcc连接。[0056]通过这种电路结构，如图8所示，当应检测的磁通¢1从z方向赋予时，磁通¢1在被磁性体31、32集磁后，向y方向弯曲而返回磁通的产生源。而且，在磁性体31的y方向上的负侧配置有磁阻效应元件MR1，在磁性体32的y方向上的正侧配置有磁阻效应元件MR2，因此，磁阻效应元件MR1、MR2的电阻值因该磁通巾1而发生变化。在图8所示的例子中，相对于磁阻效应元件MR1向y负方向施加磁通1，相对于磁阻效应元件MR2向y正方向施加磁通巾1。如上所述，因为磁阻效应元件MR1、MR2的固定磁化方向相互为同方向，所以例如当磁阻效应元件MR1的电阻值因磁通巾1而变高时，磁阻效应元件MR2的电阻值降低。相反，当磁阻效应元件MR1的电阻值因磁通巾1而降低时，磁阻效应元件MR2的电阻值提高。即，磁阻效应元件MR1、MR2构成差分电路。[0057]因此，磁阻效应元件MR1和磁阻效应元件MR2的连接点即第二端子42的电位电平因磁通41的强度而发生变化。例如，在磁阻效应元件MR1的电阻值变高，磁阻效应元件MR2的电阻值变低的情况下，第二端子42的电位电平变高。当第二端子42的电位电平发生变化时，与该变化对应地，运算放大器61的输出端子的电位电平也发生变化。例如，当第二端子42的电位电平变高时，运算放大器61的输出端子的电位电平降低，从第四端子44向第三端子43流动反馈电流I。[0058]在本实施方式中，反馈电流I在磁性体31、32中流动。在此，磁性体31、32以折回方式连接，因此，磁性体31、32中流动的反馈电流I的方向互为相反。因此，例如，在从第四端子44向第三端子43流动反馈电流I的情况下，由此在磁性体31上产生的磁通¢2成为图8所示的方向，在设置有磁阻效应元件MR1的位置，磁通巾2成为y正方向。另一方面，磁性体32上产生的磁通¢3成为图8所示的方向，在设置有磁阻效应元件MR2的位置，磁通¢3成为y负方向。即，磁通巾1和磁通2相互抵消，并且，磁通41和磁通43相互抵消。由此，应检测的磁通巾1所引起的磁阻效应元件MR1、MR2的电阻值的变化向恢复原位的方向反馈，因此，实现闭环控制。实际的检测结果基于第四端子44的输出电平Out，通过未图示的检测电路进行检测。[0059]如上所述，因为本实施方式的磁传感器10Bi用两个磁阻效应元件MR1、MR2和两个磁性体31、32,所以应检测的磁通¢1所引起的第二端子42的电位电平的变化增大。因此，能够进行比第一实施方式的磁传感器10A更高灵敏度的检测。[0060]图9是表示第二实施方式的变形例的磁传感器10B2的结构的俯视图。图9所示的磁传感器l〇B2与图7所示的磁传感器lOBi的不同点在于，前者具有将磁性体31和磁性体32—体化的U字型形状。磁传感器10B2的其它结构与图7所示的磁传感器l〇Bi相同。这样，在使用两个磁阻效应元件MR1、MR2获得差分信号的情况下，无需将与它们对应的磁性体31、32设为不同的部件，也可以如图9的变形例所示那样由单一的部件构成磁性体31、32。[0061]图10是表示第二实施方式的其它变形例的磁传感器l〇B3的结构的俯视图。图1〇所示的磁传感器l〇B3与图7所示的磁传感器lOBi的不同点在于，前者的磁阻效应元件MR2及磁性体32在x方向上延伸。磁传感器10B3的其它结构与图7所示的磁传感器lOBi相同。这样，在使用两个磁阻效应元件MR1、MR2获得差分信号的情况下，无需使磁阻效应元件MR1、MR2的延伸方向彼此成为同一方向，也可以如图10所示的变形例那样相互正交。[0062]如上所述，基于本发明的优选的实施方式进行了说明，但本发明不限于上述的实施方式，在不脱离本发明的宗旨的范围内可以进行各种变更，这些也包含在本发明的范围内。[0063]例如，在上述实施方式中，作为磁性体31、32使用的是由磁性材料构成的块体，但本发明不限于此，作为该块体的替代，也可以使用由磁性材料构成的薄膜。该情况下，只要使用鹏射法等薄膜工艺在配线层L2形成磁性体31、32即可。t〇〇64]符号说明[0065]10A、10Bi〜10B3磁传感器[°066]20传感器芯片[0067]21基板[0068]22绝缘膜[0069]31第一磁性体[0070]32第二磁性体[0071]41〜45端子[0072]51〜57配线[°073]58、59贯通导体[0074]60反馈电路[0075]61运算放大器[0076]62恒压源[0077]63恒流源[0078]64电阻[0079]I反馈电流[0080]L1第一配线层[0081]L2第二配线层[0082]MR1第一磁阻效应元件[0083]MR2第二磁阻效应元件[0084]¢1〜¢3磁通

权利要求：1.一种磁传感器，其特征在于，具备：第一〜第四端子；第一磁阻效应元件，其电连接于所述第一及第二端子间，沿第一方向延伸；以及第一磁性体，其电连接于所述第三及第四端子间，沿着所述第一磁阻效应元件在所述第一方向上延伸，所述第一磁阻效应元件相对于与所述第一方向交叉的第二方向上的所述第一磁性体的中心位置偏移地配置。2.根据权利要求1所述的磁传感器，其特征在于，从与所述第一及第二方向交叉的第三方向观察时，所述第一磁阻效应元件配置于不与所述第一磁性体重叠的位置。3.根据权利要求1或2所述的磁传感器，其特征在于，所述第一磁性体的所述第一方向上的长度等于或大于所述第一磁阻效应元件的所述第一方向上的长度。4.根据权利要求1〜3中任一项所述的磁传感器，其特征在于，还具备：第五端子；第二磁阻效应元件，其电连接于所述第二及第五端子间，沿规定的方向延伸；以及第二磁性体，其电连接于所述第三及第四端子间，沿着所述第二磁阻效应元件在所述规定的方向上延伸，所述第二磁阻效应元件相对于与所述规定的方向交叉的方向上的所述第二磁性体的中心位置偏移地配置。5.根据权利要求1〜4中任一项所述的磁传感器，其特征在于，所述第一磁阻效应元件形成于传感器芯片的第一配线层，所述第一磁性体形成于所述传感器芯片的与所述第一配线层不同的第二配线层。6.根据权利要求1〜5中任一项所述的磁传感器，其特征在于，所述第一磁性体为由固定于所述第二配线层的磁性材料构成的块体。7.根据权利要求1〜5中任一项所述的磁传感器，其特征在于，所述第一磁性体为由形成于所述第二配线层的磁性材料构成的薄膜。8.根据权利要求1〜7中任一项所述的磁传感器，其特征在于，所述第一磁性体由软磁性材料构成。9.根据权利要求1〜8中任一项所述的磁传感器，其特征在于，还具备反馈电路，该反馈电路基于所述第一或第二端子上出现的电位，在所述第三端子和所述第四端子之间流动反馈电流。10.—种磁传感器，其特征在于，具备：磁阻效应元件；_磁性体，其汇集应检测的磁通，并向与所述磁阻效应元件的磁化固定方向平行的方向引导所述磁通;以及反馈电路，其根据所述磁阻效应元件的电阻值而在所述磁性体流动反馈电流。

百度查询： TDK株式会社 磁传感器

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