CN101499357B

CN101499357B - 磁耦合器

Info

Publication number: CN101499357B
Application number: CN200810173166.8A
Authority: CN
Inventors: 原谷进; 山口仁
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2007-10-31
Filing date: 2008-10-29
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2028-10-29
Also published as: JP4458149B2; CN101499357A; US20090121819A1; JP2009111294A; US7948349B2

Abstract

本发明提供一种具有更高响应性的磁耦合器，其中设有：在第一层(L1)上卷绕的薄膜线圈(20)；配置在第二层L2上，检测由流过薄膜线圈(20)的信号电流Im产生的感应磁场Hm的第一MR元件(31)；以及配置在该第一MR元件(31)近旁的由软磁性材料构成的磁轭(41、42)。第一MR元件(31)配置在第二层(L2)中与薄膜线圈(20)的直线区域(R21)在层叠方向上对应的位置。磁轭(41、42)在第二层(L2)上夹着第一MR元件(31)而配置在薄膜线圈(20)的卷绕中心侧和卷绕外周侧这两侧。于是，可以抑制感应磁场Hm的强度下降，并使感应磁场Hm成为更平坦的强度分布。

Description

磁耦合器

技术领域

本发明涉及设有薄膜线圈和磁阻效应元件，以非接触方式进行彼此绝缘的多个电路间的信号传输的磁耦合器。

背景技术

]

以往，在彼此绝缘的多个电路间，作为将来自一方的电路的信号以非接触方式向另一方传输的装置，公知有光耦合器或脉冲变压器等。但是，光耦合器的发光二极管(LED)的功耗恶化和电流传送率的下降等随时间变化显著，且信号的延迟大。另一方面，虽然脉冲变压器由于使用绕组线圈而信号的延迟小，但存在着形状和重量大且可工作的温度低的问题。另外，还有用薄膜线圈取代脉冲变压器的绕组线圈的耦合器，但其接受磁场线圈的效率变差，因此功率消耗大。

因此，作为解决上述问题的装置，开发了磁耦合器(例如，参照专利文献1～9)。该磁耦合器是用磁阻效应元件以非接触方式检出来自一方的电路系统的流过信号线的电流变化，并向另一方的电路系统传输电信号的装置，该装置因其结构简单且动作可靠性优良而受到关注。

[专利文献1]特开2003-526083号公报

[专利文献2]特开2001-94174号公报

[专利文献3]特开2001-135534号公报

[专利文献4]特开2001-135535号公报

[专利文献5]特开2001-135536号公报

[专利文献6]特开2001-135537号公报

[专利文献7]特开2001-196250号公报

[专利文献8]特开2001-93763号公报

[专利文献9]特开昭62-40786号公报

最近，对于这样的磁耦合器，除了要求其动作的可靠性有进一步提高之外，还对其低功耗和高灵敏度的要求予以愈来愈高的期待。

发明内容

]

本发明是鉴于这些问题所作的发明，其目的在于提供具有更高响应性的磁耦合器。

本发明的第一磁耦合器设有：在第一层上卷绕的薄膜线圈；位于与第一层不同的第二层，检测由流过薄膜线圈的电流产生的感应磁场的磁阻效应元件；在薄膜线圈的径向上与磁阻效应元件相邻而配置的磁轭。这里，所谓磁阻效应元件位于与第一层不同的第二层，是说即便使薄膜线圈沿着第一层的范围延伸至无限远也不会与磁阻效应元件相重合的情况。在这种情况下，薄膜线圈和磁阻效应元件可以各自占有第一和第二层的厚度方向的全部，也可以占有其一部分。另外，第一和第二层可以相互邻接，也可以离开。另外，所谓薄膜线圈的径向是指连接薄膜线圈的卷绕中心侧与卷绕外周侧的方向，也就是与卷绕方向正交的方向。

本发明的第二磁耦合器设有：在第一层上卷绕的薄膜线圈；分别位于与第一层不同的第二层上、各自的阻值按照流过薄膜线圈的电流产生的感应磁场而发生变化的第一至第四磁阻效应元件；在薄膜线圈的径向上与第一至第四磁阻效应元件相邻配置的磁轭。由于感应磁场的发生，第一和第二磁阻效应元件的阻值与第三和第四磁阻效应元件的阻值的增减方向相反地变化。

在本发明的第一和第二磁耦合器中，由于磁轭位于薄膜线圈的径向上与磁阻效应元件相邻的位置上，可以抑制从薄膜线圈发生的感应磁场的强度下降，其感应磁场可高效地到达磁阻效应元件。特别是在第二磁耦合器中，由于设有从第一至第四磁阻效应元件，通过将它们进行桥式连接，可更高精度地检测流过薄膜线圈的电流变化。

在本发明的第一磁耦合器中，包含在薄膜线圈卷绕方向上直线状延伸的多个直线图案占有的直线区域，磁阻效应元件可设置在层叠方向上与其直线区域对应的位置上，因为这样动作更稳定。这里所说的层叠方向是与第一层及第二层的扩展面正交的方向。

在本发明的第一磁耦合器中，磁轭最好以夹住磁阻效应元件的方式配置在薄膜线圈的卷绕中心侧及卷绕外周侧这两侧。这是因为薄膜线圈的发生的感应磁场可更有效地到达磁阻效应元件。在这种情况下，在薄膜线圈的径向上，如果薄膜线圈的最内周边缘与最外周边缘的中心位置比薄膜线圈的卷绕外周侧的磁轭更靠近薄膜线圈中心侧的磁轭，则径向上强度分布的偏倚小的感应磁场就可到达磁阻效应元件。另外，如果在薄膜线圈的径向上，卷绕中心侧的磁轭的所有部分比薄膜线圈的最内周边缘更位于卷绕外周侧，或位于卷绕外周侧的上述磁轭的卷绕中心侧的边缘比薄膜线圈的最外周边缘更位于卷绕中心侧，则可降低径向的感应磁场的强度分布的偏倚。

在本发明的第一磁耦合器中，磁轭可配置在与磁阻效应元件相同的第二层上。这是因为与磁轭处于与磁阻效应元件不同的层的情况相比，薄膜线圈发生的感应磁场可更高效地到达磁阻效应元件上。

在本发明的第一磁耦合器中，如果磁轭具有沿薄膜线圈的卷绕方向的指向的易磁化轴，则磁轭容易被薄膜线圈的感应磁场磁化，可更高效地将该感应磁场导向磁阻效应元件。这时，磁轭例如形成矩形状地延伸，使其纵向与薄膜线圈的卷绕方向一致。这是因为通过形状的磁各向异性，可使磁轭的易磁化轴稳定。另外，如果再设置具有沿磁轭的易磁化轴的方向的具有自旋的反铁磁性层，则磁轭朝向单磁畴化方向，可以抑制由磁轭自身的磁性历程(磁滞)产生的不良影响。或者，通过设置赋予磁轭以沿其易磁化轴的方向的偏置磁场的强磁性层，也可实现磁轭的单磁畴化。

在本发明的第一磁耦合器中，磁轭也可做成由沿各自的薄膜线圈的卷绕方向延伸的、在薄膜的径向上相邻地分割的多个磁轭图案构成。这时，与没有分割的情况比较，磁轭整体形状的磁各向异性提高，可以期待到达磁阻效应元件上的感应磁场的稳定化。

在本发明的第一磁耦合器中，磁轭可具有在层叠方向上软磁性层与绝缘层交替地多个层叠而成的层叠结构。这是因为一方面可确保某种程度的磁性体积(磁性膜厚)，另一方面可抑制反磁场的发生。另外，为了提高感应磁场的检测灵敏度，作为磁阻效应元件也可设置成沿薄膜线圈的卷绕方向，或具有在薄膜线圈的径向上延伸的多个带状图案，并将这些带状图案串联连接。

依据本发明的第一和第二磁耦合器，磁轭配置在薄膜线圈的径向上与磁阻效应元件相邻的位置上，因此可抑制薄膜线圈发生的感应磁场强度的降低，可使该感应磁场高效地到达磁阻效应元件。因而，即使在薄膜线圈上流过更微小的电流，也可正确地检测出感应磁场。因而，可以用更低的功耗，以非接触方式进行相互绝缘的多个电路间的信号传输。特别是，依据第二磁耦合器，由于设有从第一至第四磁阻效应元件，因此通过将它们作桥式连接，可更高精度地检测流过薄膜线圈的电流的变化。

附图说明

图1是表示作为本发明的第一实施方式的磁耦合器的结构的平面图。

图2是将图1的磁耦合器的要部放大后的平面图及剖面图。

图3是表示图1的磁耦合器的带状图案的结构的分解透视图。

图4是图1的磁耦合器的电路图。

图5是表示作为本发明的第二实施方式的磁耦合器的要部结构的平面图及剖面图。

图6是表示图5的磁耦合器的带状图案的结构的分解透视图。

图7是表示在示于图1的磁耦合器的第一实施例中，与卷绕方向正交的剖面(Y-Z平面)的感应磁场Hm的强度分布的特性图。

图8表示在示于图1的磁耦合器的第一实施例中，在第二层L2的Y轴方向的感应磁场Hm的强度分布。

图9是表示在图1的磁耦合器的第二实施例中，与卷绕方向正交的剖面(Y-Z平面)的感应磁场Hm的强度分布的特性图。

图10表示在示于图1的磁耦合器的第二实施例中，在第二层L2的Y轴方向的感应磁场Hm的强度分布。

图11是表示本发明的磁耦合器的磁轭的第一变形例的透视图。

图12是表示本发明的磁耦合器的磁轭的第二变形例的分解透视图。

图13是表示在本发明的磁耦合器的磁轭上，设置用以实现单磁畴化的反铁磁性层的结构例的透视图。

[标记说明]

10...基体，11～13...绝缘层，20...薄膜线圈，20S、20E...端子，R21...直线区域，21...直线图案，R22...曲线区域，22...曲线图案，31～34...第一～第四磁阻效应元件，311、321、331、341...带状图案，41～44...磁轭，51～54...永久磁铁层，55...反铁磁性层，61...固着层，62...中间层，63...自由层。

具体实施方式

下面，参照附图就本发明的实施方式进行详细说明。

第一实施方式

首先，参照图1及图2，就作为本发明的第一实施方式的磁耦合器的结构进行说明。图1是表示本实施方式的磁耦合器的结构的平面图。图2(A)是将图1所示的磁耦合器的要部放大表示的平面图，图2(B)是沿图2(A)的IIB-IIB线的箭头方向的剖面图。再者，图1所示的信号电流Im及感应磁场Hm的箭头方向表示与磁阻效应元件31～34(后出)相对的方向。该磁耦合器是将来自某个电路的信号以非电接触状态向其它电路传输的装置，是一边传输必要的信号，一边隔断噪声的有效手段。

如图1所示，本实施方式的磁耦合器设有：在基体10上，在沿X-Y平面扩展的第一层L1(图2(B))上卷绕的薄膜线圈20；在作为第一层L1的上层的第二层L2上，位于与薄膜线圈20对应的区域的第一～第四磁阻效应(MR；Magneto-Resistive effect)元件31～34；在第二层L2上配置在薄膜线圈20的卷绕中心侧和卷绕外周侧上的磁轭41～44。在第一层L1上，薄膜线圈20由绝缘层12覆盖；在第二层L2上，磁轭41～44和第一～第四MR(磁阻效应)元件31～34共同由绝缘层13覆盖(图2(B))。再者，在图1及图2中，省略了连接第一至第四MR元件31～34的布线图案的图示。

基体10是支持整个磁耦合器的矩形状基板，例如用玻璃、硅(Si)或氧化铝(Al₂O₃)等来构成。再者，也可设置氧化硅(SiO₂)等的绝缘层11，以覆盖基体10。

薄膜线圈20在两端设有2个端子20S、20E，用例如铜(Cu)等的高导电性材料来构成，该线圈是例如从卷绕中心侧20S向卷绕外周侧的端子20E反时针旋转卷绕(从第二层L2侧看)的薄膜导电层。形成薄膜线圈20的区域被分类成一对直线区域R21和连接它们的一对曲线区域R22。直线区域R21是沿X轴方向直线状延伸，同时在Y轴方向上由以预定间隔配置的多个直线图案21占有的区域。另一方面，曲线区域R22是由为将多个直线图案21的同端之间相互连接而形成的曲线状的曲线图案22占有的区域。这里，多个直线图案21最好各自的截面积在纵向(X轴方向)上均匀且彼此相同，且相互间以等间隔排列。

第一和第二MR元件31、32在层叠方向上配置在与一方的直线区域R21对应的位置，第三和第四MR元件33、34在层叠方向上配置在与另一方的直线区域R21对应的位置上(参照图1)。

如图1及图2所示，第一MR元件31具有在一对端子31S、31E之间相互串联连接的多个带状图案311。带状图案311设置成使其在薄膜线圈20的径向(Y轴方向)上延伸，并在薄膜线圈20的卷绕方向(X轴方向)上相互为邻。即，第一MR元件31在端子31S与端子31E之间以其纵向为径向地相互平行配置而形成多个带状图案311，通过连接部分312而折叠状地连接。第二～第四的MR元件32～34也与此同样构成。亦即，第二～第四MR元件32～34构成为：分别在一对端子32S、32E、一对端子33S、33E或一对端子34S、34E之间，带状图案321、331、341通过连接部分(未图示)折叠状地串联连接的结构。再者，在图1及图2中，示出第一～第四MR元件31～34各自具有9个带状图案的情况，但并不受限于该数目。

第一～第四的MR元件31～34的带状图案311、321、331、341各自流过一定的读出电流时，均表示相应于由流过薄膜线圈20的信号电流产生的感应磁场Hm的阻值变化。此时，带状图案311、321的阻值变化和带状图案331、341的阻值变化相互成反向。亦即，具有如果带状图案311、321阻值增加，则带状图案331、341的阻值减少的关系。更具体地说，如果信号电流Im从端子20S向端子20E流过薄膜线圈20，则对于第一和第二MR元件31、32，成为感应磁场Hm向+Y方向赋予，而对于第三和第四MR元件33、34，则成为感应磁场Hm向-Y方向赋予。

下面，参照图3，就带状图案311、321、331、341的结构进行详细说明。图3是分解并表示带状图案311、321、331、341的结构的分解透视图。再者，带状图案311、321、331、341为同一结构。

带状图案311、321、331、341形成自旋阀(spin valve)结构，如图3(A)所示，构成为例如顺序层叠：具有在+Y方向上固着的磁化J61的固着层61；不表示特定磁化的中间层62；以及磁化J63根据感应磁场Hm的大小或方向而变化的自由层63。自由层63的易磁化轴AE63与Y轴平行。再者，图3(A)表示未施加感应磁场Hm的无负荷状态(即外部磁场为零的状态)。这时，自由层63的磁化方向J63形成与自身的易磁化轴AE63平行，且构成与固着层61的磁化J61大致平行的状态。

自由层63由铁镍合金(NiFe)等的软磁性材料构成。中间层62由铜(Cu)构成，上表面与固着层61连接，同时下表面与自由层63连接。中间层62除铜之外，可以用金(Au)等的导电率高的非磁性金属构成。再者，固着层61的上面(与中间层62相反侧的面)及自由层63的下面(与中间层相反侧的面)分别用未图示的保护膜来保护。另外，在固着层61与自由层63之间产生磁化方向J61的交换偏置磁场Hin(以下，简称「交换偏置磁场Hin」)，隔着中间层62而相互作用。交换偏置磁场Hin的强度根据固着层61与自由层63的相互间隔(即中间层62的厚度)，通过自由层63的自旋方向的旋转而发生变化。因而，交换偏置磁场Hin在表观上也可视为零。另外，在图3(A)中，表示从下方以自由层63、中间层62、固着层61的顺序层叠时的结构例，但不受此限，以相反顺序构成也行。

图3(B)表示固着层61的具体结构。固着层61构成为例如从中间层62的一侧顺序层叠磁化固定膜64和反铁磁性膜65及保护膜66。磁化固膜64用钴(Co)或钴铁合金(CoFe)等的强磁性材料来构成，该磁化固定膜64表示的磁化方向构成为作为固着层61整体的磁化J61的方向。另一方面，反铁磁性膜65用铂锰合金(PtMn)或铱锰合金(IrMn)等的反铁磁性材料构成。反铁磁性膜65处于+Y方向的自旋磁矩和与其相反方向(-Y方向)的自旋磁矩完全互相低消的状态，具有固定磁化固定膜64的磁化方向(即固着层61的磁化J61的磁化的方向)的作用。保护膜66由钽(Ta)或铪(Hf)等的化学上稳定的非磁性材料构成，是保护磁化固定膜64或反铁磁性膜65等的保护膜。

在具有以上构造的带状图案311、321、331、341中，由于感应磁场Hm的施加，自由层63的磁化J63旋转，磁化J63与磁化J61的相对角度据此而发生变化。该相对角度是由感应磁场Hm的大小和方向决定的角度。亦即，对于带状图案311、321、331、341，如果赋予感应磁场Hm的与磁化J61平行或逆向平行的成分(+Y方向或-Y方向的成分)，则从图3(A)所示的无负荷状态磁化J63的方向朝+Y方向或-Y方向倾斜，产生带状图案311、321、331、341的阻值的增减。更具体地说，如果赋予+Y方向的感应磁场Hm，则磁化J63向+Y方向倾斜，由于接近与磁化J61平行的状态，带状图案311、321、331、341的阻值减少。相反，如果赋予-Y方向的感应磁场Hm，则磁化J63向-Y方向倾斜，由于接近于与磁化J61逆向平行的状态，带状图案311、321、331、341的阻值增大。

磁轭41～44用坡莫合金(NiFe)、铁镍钴(CoFeNi)合金、铁硅合金(FeSi)、铁硅铝磁合金、镍锌(NiZn)铁氧体、锰锌(MnZn)铁氧体等具有高导磁率的软磁性材料构成，是具有导引功能的材料，使由流过薄膜线圈20的信号电流产生的感应磁场Hm朝向第一～第四MR元件31～34。磁轭41～42在薄膜线圈20的径向(Y轴方向)上对向配置，使其夹住第一和第二MR元件31、32。同样，磁轭43、44在薄膜线圈20的径向(Y方向)上对向配置，使其夹住第三及第四MR元件33、34。

这里，磁轭41～44可设置在层叠方向上与直线区域R21重复的位置，也可设置在不重复的位置上。但是，薄膜线圈20的卷绕中心侧的磁轭41、43最好设置成比薄膜线圈的卷绕外周侧的磁轭42、44更靠近直线区域R21的Y轴方向的中心位置CL。亦即，如果就磁轭41与磁轭42的关系而言，如图2(B)所示，在Y轴方向上，薄膜线圈20的最内周边缘(位于最内周的直线图案21的卷绕中心侧的侧面位置)21T1与最外周边缘(位于最外周的直线图案21的卷绕外周侧的侧面位置)21T2的中心位置CL最好比薄膜线圈20的卷绕外周侧的磁轭42更接近于薄膜线圈20的卷绕中心侧的磁轭41。这是因为到达第一和第二MR元件31、32的感应磁场Hm的强度分布在Y轴方向上构成为更平坦化(偏倚小)的分布。磁轭43和磁轭44的关系也一样。上述的情况下，在Y轴方向上，卷绕中心侧的磁轭41设成比位于最内周的直线图案21的侧面位置21T1更位于卷绕外周侧即可。即，如图2(B)所示，磁轭41的卷绕中心侧的侧面位置41T1设成比最内周的直线图案21的侧面位置21T1更位于卷绕外周侧即可。磁轭43也一样。另外，如图2(B)所示，卷绕外周侧的磁轭42的卷绕中心侧的边缘42T1最好比位于最外周的直线图案21的侧面位置21T2更位于卷绕中心侧。磁轭44也同样如此。

还有，磁轭41～44各自的易磁化轴Me构成为沿薄膜线圈20的卷绕方向(这里是X轴方向)的方向。于是，易磁化轴Me与作为其它方向的情况比较，构成由来自薄膜线圈20的感应磁场Hm容易磁化磁轭41～44，到达其感应磁场Hm被更高效地向第一～第四MR元件31～34导引。特别是，由于磁轭41～44的纵向与薄膜线圈20的卷绕方向一致地延伸，根据形状磁性各向异性，易磁化轴Me的方向稳定。

再者，在此磁耦合器中，对于磁轭41～44还设有赋予沿各个易磁化轴Me的方向的偏置磁场的一对永久磁铁层51～54。据此，磁轭41～44由于朝向单磁畴化的方向，可以降低残留磁化，可以抑制由磁轭自体的磁性履历(磁滞)产生的不良影响。一对永久磁铁层51～54最好位于与磁轭41～44相同的第二层L2上，磁轭41～44及第一～第四MR元件31～34共同由绝缘层13覆盖。

在此磁耦合器中，如图4所示，第一～第四MR元件31～34被桥式连接。具体地说，第一和第三的MR元件31，33的一端相互间在第一连接点P1连接，第二及第四的MR元件32，34的一端相互间在第二连接点P2连接，第一MR元件31的另一端与第四MR元件34的另一端在第三连接点P3连接，第三MR元件33的另一端与第二MR元件32的另一端在第四连接点P4连接。再者，图4表示本实施方式的磁耦合器的电路结构。

下面，参照图4，就检测由信号电流Im形成的感应磁场Hm的方法进行说明。

在图4中，首先，考虑未施加感应磁场Hm状态。这里，将在该桥路上流过读出电流i0时的第一～第四MR元件31～34的各阻值设为R1～R4。来自电源Vcc的读出电流i0在第二连接点P2被分流成2个电流：读出电流i1及读出电流i2。之后，通过第二MR元件32和第三MR元件33后的读出电流i1和通过第四MR元件34和第一MR元件31后的读出电流i2在第一连接点P1合流。这时，第二连接点P2与第一连接点P1之间的电位差V可表示为：

V＝i1×R2+i1×R3＝i2×R4+i2×R1

＝i1×(R2+R3)＝i2×(R4+R1)……(1)

另外，第四连接点P4的电位V2及第三连接点P3的电位V4分别表示为：

V2＝V-i1×R2

V4＝V-i2×R4

因而，第四连接点P4与第三连接点P3的电位差V0构成为：

V0＝V4-V2

＝(V-i2×R4)-(V-i1×R2)

＝i1×R2-i2×R4……(2)

这里，从(1)式及(2)式得到

V0＝R2/(R2+R3)×V-R4/(R4+R1)×V

＝{R2/(R2+R3)-R4/(R4+R1)}×V……(3)

在此桥路中，当施加作为外部磁场的感应磁场Hm时，通过测量用上述的式(3)表示的第四连接点P4与第三连接点P3的电位差V0，可得到电阻变化量。这里，当施加感应磁场Hm时，假设阻值R1～R4各自的变化量仅变化ΔR1～ΔR4，亦即，施加感应磁场Hm后的阻值R1～R4分别是

R1＝R1+ΔR1

R2＝R2+ΔR2

R3＝R3+ΔR3

R4＝R4+ΔR4

感应磁场Hm施加时的电位差V0由式(3)构成为：

V0＝{(R2+ΔR2)/(R2+ΔR2+R3+ΔR3)-(R4+ΔR4)/(R4+ΔR4+R1+ΔR1)}×V……(4)

在此电流传感器中，构成为使第一和第二MR元件31、32的阻值R1、R2，及第三和第四MR元件33、34的电阻R3、R4表示相互逆方向变化，因此，变化量ΔR4和变化量ΔR1互相抵消，并且变化量ΔR3和变化量ΔR2互相抵消。因此，比较感应磁场Hm施加前后的情况，式(4)的各项中的分母的增加几乎不存在。另一方面，对于各项的分子，变化量ΔR2和变化量ΔR4具有必然相反的符号，因此表现出增减。

假定，作为第一～第四的MR元件31～34全部具有完全相同的特性时，即，作为R1＝R2＝R3＝R4＝R，且，ΔR1＝ΔR2＝-ΔR3＝-ΔR4＝ΔR时，式(4)成为：

V0＝{(R+ΔR)/(2×R)-(R-ΔR)/(2×R)}×V

＝(ΔR/R)×V

这样，如使用ΔR/R的特性值已知的第一～第四的MR元件31～34，则可以检测感应磁场Hm的大小，可以推定发生此感应磁场Hm的信号电流Im的大小。即，依据该磁耦合器，将薄膜线圈20连接到某个电路上，流过信号电流Im，同时通过在由第一～第四的MR元件31～34构成的桥路上供给读出电流i0，信号电流Im的变化就呈现在读出电流i0的变化上。因而，能够以非接触方式进行相互绝缘的多个电路间的信号传输。

在本实施方式的磁耦合器中，由于将由软磁性材料构成的磁轭41～44配置在薄膜线圈20的卷绕中心侧和卷绕外周侧这两侧，使其在面内方向上夹住第一～第四MR元件31～34，抑制从薄膜线圈20发生的感应磁场Hm的强度下降，可以将该感应磁场Hm高效地到达第一～第四MR元件31～34。因而，即使是更微小的信号电流Im，也可正确地检测出感应磁场Hm。因而，可以谋求比以往更低功耗化。特别是，由于将磁轭41～44配置在与第一～第四的MR元件31～34相同的第二层L2上，比起处于第二层L2以外的情况来，感应磁场Hm更高效地到达第一～第四MR元件31～34。再者，专利文献1中有关于配置在线圈和电流传感器这两者的近旁，作为磁场集中器起作用的磁性材料层的记载，但由于没有示出该磁性材料层的具体的配置位置，未知是否取得充分的效果。

另外，在本实施例的磁耦合器中，薄膜线圈20包含多个直线图案21，由于在层叠方向上与它们占有的直线区域R21对应的位置上设有第一～第四MR元件31～34，与设置在对应于曲线图案22占有的曲线区域R22的位置的情况相比，可以发挥稳定的检测动作。

另外，在本实施方式的磁耦合器中，由于薄膜线圈20的径向上的薄膜线圈20的最内周边缘和最外周边缘的中心位置CL比薄膜线圈20的卷绕外周侧的磁轭42、44更接近于薄膜线圈20的卷绕中心侧的磁轭41、43，因此，对于第一～第四MR元件31～34，成为在径向上强度分布的偏倚小的感应磁场Hm。因而，薄膜线圈20的径向上延伸的带状图案311、321、331、341遍及径向的所有部分，自由层63的磁化J63根据感应磁场Hm成为大致一定的方向，可以更正确地进行信号传输。

另外，在本实施例的磁耦合器中，由于使用从第一至第四MR元件31～34，将它们设成桥接，可以更高精度地检测流过薄膜线圈20的信号电流Im的变化。

第二实施方式

下面，参照图5及图6，就作为本发明的第二实施方式的磁耦合器进行说明。图5(A)表示本实施方式的磁耦合器的要部(第一MR元件31的周边)的平面结构，对应于上述第一实施方式的图2(A)。另外，图5(B)是沿图5(A)的VB-VB线的箭头方向的剖面图，对应于上述第一实施方式的图2(B)。

在该磁耦合器中，与上述第一实施方式的磁耦合器不同，被包含在第一～第四MR元件31～34的带状图案311、321、331、341不在Y轴方向上、而在X轴方向上延伸。在带状图案311、321、331、341中，分别如图6所示，固着层61的磁化J61朝向+Y方向，在无负荷状态的自由层63的磁化J63朝向-X方向。

在本实施方式的磁耦合器中也可以得到与上述第一实施方式同样的效果。特别是由于磁轭41～44的存在，由于到达多个带状图案311、321、331、341的各感应磁场Hm的强度不仅高，而且偏倚小，可以降低相邻的带状图案311、321、331、341彼此的阻值的偏差。因而，可以进行更正确的信号传输。

实施例

就本发明的具体的实施例进行说明。

第一实施例

图7是在示于图1及图2的磁耦合器中，表示与卷绕方向正交的截面(U-Z平面)的感应磁场Hm的强度分布的特性图。图7中，横轴对应于Y轴，纵轴对应于X轴。

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这里，关于薄膜线圈20，作为匝数设为30且由铜构成的2个导电层夹住2μm的绝缘层而对向配置的3层构造。在薄膜线圈20的各导电层中，将各匝的厚度取为2μm，将各匝的宽度取为8.5μm，将各匝相互间的间隔取为2.5μm。另外，在薄膜线圈20的各导电层上流过27mA的信号电流Im。

另一方面，磁轭41～44均为相同结构。具体地说，厚度为0.15μm，宽度为45μm，由坡莫合金构成，导磁率μ是2000。卷绕中心侧的磁轭41、43与卷绕外周侧的磁轭42、44的间隔都取为250μm，磁轭41与磁轭43的间隔取为60μm。另外，薄膜线圈20与磁轭41～44在层叠方向(Z方向)的距离取为40μm。

如图7所示，由于在薄膜线圈20的下侧没有设置磁轭，感应磁场Hm的强度距薄膜线圈20越远，越是单调减少的同时，在Y轴方向上，感应磁场Hm在中心位置CL最强，越是朝向卷绕中心侧及卷绕外周侧，则越减少，强度分布的偏倚大。对此，由于在薄膜线圈20的上侧设置磁轭41～44，可以确认到达第一～第四MR元件31～34的感应磁场Hm比向薄膜线圈20的下方(向-Z方向)仅是相同距离离开的位置处的感应磁场Hm更强。再者，由于磁轭41～44的存在，知道到达第一～第四MR元件31～34的感应磁场Hm在Y轴方向上被均质化，构成偏倚小的分布。

但是，在图7中，由于磁轭41和磁轭42距中心位置CL处于等距离，磁轭43与磁轭44距中心位置CL处于等距离，感应磁场Hm的强度在磁轭42、44的近旁比磁轭41、43的近旁更大。图8是将该情况变得更容易理解的曲线图，是表示第二层L2的Y轴方向的感应磁场Hm的强度分布。在图8中，横轴表示将薄膜线圈20的卷绕中心位置(磁轭41与磁轭43的中间位置)作为原点(0)的径向(Y轴方向)的位置，纵轴表示感应磁场Hm。横轴上的0表示薄膜线圈20的卷绕中心位置(也是磁轭41与磁轭43的中间位置)。区域R71对应于磁轭41、43存在的位置，区域R72对应于磁轭42、44存在的位置，其间的区域R73对应于第一～第四的MR元件31～34配置的位置。从图8可知，在用箭头P72表示的位置处的感应磁场Hm比用箭头P71表示的位置处的感应磁场Hm更大。

第二实施例

因此，就使磁轭41、43的位置向卷绕外周侧移动20μm时的感应磁场Hm的强度分布作了研究。图9及图10表示其结果。图9是对应于图7左半的图，图10是对应于图8的图。

如图9及图10所示，通过使磁轭41、43的位置向卷绕外周侧移动，在夹于磁轭41、43与磁轭42、44之间的区域R73中，表示出大致平坦的感应磁场Hm的强度分布(用箭头P71指示的感应磁场Hm与用箭头P72指示的感应磁场Hm的强度呈现大致一致)。即，在本发明的磁耦合器中，可以确认：通过将薄膜线圈20的径向的薄膜线圈20的最内周边缘与最外周边缘的中心位置CL，比薄膜线圈20的卷绕外周侧的磁轭42、44更接近于薄膜线圈20的卷绕中心侧的磁轭41、43，对于第一～第四MR元件31～34，可以赋予更平坦的强度分布的感应磁场Hm。

以上，举出几个实施方式及实施例来说明了本发明，而本发明不限定于上述的实施方式等，可以有种种的变形。例如，在上述实施方式等中，就作为第一～第四磁阻效应元件使用巨磁阻效应元件(GMR)元件的情况作了说明，但不受此限，也可以使用例如隧道磁阻效应元件(TMR元件)。另外，在上述实施方式等中，举出了设有4个磁阻效应元件的例子，但其数目并无特别限定。

另外，在上述的实施方式等中，作为磁轭使用一体构成的磁轭，但不受此限。例如，也可以如示于图11的磁轭80所示，作为由沿各自薄膜线圈20的卷绕方向(这里是X轴方向)延伸，且在薄膜线圈20的径向(这里是Y轴方向)上相互为邻那样分割而设的多个磁轭图案81构成的磁轭。各磁轭图案81用高导磁率的软磁性材料来构成，做成具有沿各自的纵向(X轴方向)的易磁化轴。另外，在各磁轭图案81相互间设置非磁性层82。在这样的情况下，与一体构成的磁轭相比较，磁轭全体的形状磁各向异性得到改善，因此可以期待到达MR元件的感应磁场的稳定化。

或者，如示于图12的磁轭90所示，可以做成在层叠方向(这里是Z轴方向)上具有软磁性层91与非磁性层92交替地多层层叠的层叠结构。确保了某种程度的磁性体积(磁性膜厚)，与一体构成的磁轭相比，可以抑制在纵向端部的反磁场的发生，到达MR元件的感应磁场的强度得到提高。

另外，在上述的实施方式等中，例如，如图2(B)所示，就第一层L1与第二层L2相互连接而设置的情况作了说明，但不受此限，也可以相互离间地设置。即，也可以在第一层L1与第二层L2之间设置其它层(第三层)。但是，MR元件31～34需能够检测由流过薄膜线圈20的信号电流Im产生的感应磁场Hm。再者，做成从基底10一侧顺序层叠第一层L1和第二层L2，但层叠顺序不受此限。

另外，在上述实施方式等中，就通过设置一对永久磁铁层51～54来对各磁轭赋予规定的偏置磁场的例子作了说明，但也可用例如图13所示的结构，代替设置这些永久磁铁层51～54。即，将具有沿磁轭41～44的易磁化轴Me的+X方向及-X方向的自旋磁矩的反铁磁性层55通过与例如磁轭41～44的各自的上面连接那样地层叠，也可以谋求磁轭41～44的单磁畴化。

本发明的磁耦合器作为例如通信用信号隔离器，可应用于输入输出间的绝缘或进行噪声隔断的情况。具体地说，考虑作为进行例如开关电源的1次侧与2次侧的信号绝缘的部件的使用。作为这种通信用信号隔离器，以往使用光耦合器或脉冲变压器，而本发明的磁耦合器由于具有响应性优良(信号传送的延迟少)，可使用的温度范围宽，随时间变化小等的优点，可以期待作为它们的替代品来利用。

Claims

1.一种磁耦合器，其特征在于，

设有：在第一层上卷绕的薄膜线圈；

设于与所述第一层不同的第二层上，检测由流过所述薄膜线圈的电流产生的感应磁场的磁阻效应元件；以及

在所述薄膜线圈的径向上与所述磁阻效应元件相邻而配置的磁轭，

所述磁轭配置在所述薄膜线圈的卷绕中心侧和卷绕外周侧，将所述磁阻效应元件夹于其中，

在所述薄膜线圈的径向上，与所述薄膜线圈的卷绕外周侧的所述磁轭相比，所述薄膜线圈的卷绕中心侧的所述磁轭更靠近所述薄膜线圈的最内周边缘和最外周边缘之间的中心位置。

2.如权利要求1所述的磁耦合器，其特征在于，

所述薄膜线圈包含在卷绕方向上直线状延伸的多个直线图案占有的直线区域，所述磁阻效应元件设置在层叠方向上与所述直线区域对应的位置上。

3.如权利要求1所述的磁耦合器，其特征在于，

在所述薄膜线圈的径向上，与所述薄膜线圈的最内周边缘相比，所述薄膜线圈的卷绕中心侧的所述磁轭更位于卷绕外周侧。

4.如权利要求1至权利要求3中任一项所述的磁耦合器，其特征在于，

在所述薄膜线圈的径向上，位于所述薄膜线圈的卷绕外周侧的所述磁轭，与所述薄膜线圈的最外周边缘相比，其卷绕中心侧的边缘更位于卷绕中心侧。

5.如权利要求1至权利要求3中任一项所述的磁耦合器，其特征在于，

所述磁轭配置在所述第二层上。

6.如权利要求1至权利要求3中任一项所述的磁耦合器，其特征在于，

所述磁轭具有其方向沿所述薄膜线圈的卷绕方向的易磁化轴。

7.如权利要求6所述的磁耦合器，其特征在于，

所述磁轭呈延伸状态，其纵向与所述薄膜线圈的卷绕方向一致。

8.如权利要求1至权利要求3中任一项所述的磁耦合器，其特征在于，

所述磁轭由多个磁轭图案构成，它们各自沿所述薄膜线圈的卷绕方向延伸，且在所述薄膜线圈的径向上相邻地分开设置。

9.如权利要求1至权利要求3中任一项所述的磁耦合器，其特征在于，

所述磁轭具有在层叠方向上软磁性层与绝缘层交替层叠多层的层叠结构。

10.如权利要求1至权利要求3中任一项所述的磁耦合器，其特征在于，

还设有反铁磁性层，该反铁磁性层配置成具有其方向沿所述磁轭的易磁化轴的磁矩。

11.如权利要求1至权利要求3中任一项所述的磁耦合器，其特征在于，

还设有强磁性层，该强磁性层配置成给予所述磁轭以沿其易磁化轴方向的偏置磁场。

12.如权利要求1至权利要求3中任一项所述的磁耦合器，其特征在于，

所述磁阻效应元件具有沿所述薄膜线圈的卷绕方向或在所述薄膜线圈的径向上延伸的多个带状图案；且

所述多个带状图案串联连接。

13.如权利要求1所述的磁耦合器，其特征在于，

所述磁阻效应元件包括各自的阻值因流过所述薄膜线圈的电流产生的感应磁场而变化的第一至第四磁阻效应元件，

由于所述感应磁场的发生，所述第一和第二磁阻效应元件的阻值与所述第三和第四磁阻效应元件的阻值的增减方向相反地变化。