CN101641609A - 磁传感器及其灵敏度测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在设有多个霍尔元件的半导体基板上设置了磁性体的具有灵敏度测量功能的磁传感器和灵敏度测量装置及其方法。由磁感应部(31)检测的磁通密度被切换部(32)提取各轴的磁场强度信息，通过放大部(33)被输入到灵敏度运算部(34)。灵敏度运算部(34)根据来自磁感应部(31)的与各轴相关的磁场强度信息来运算灵敏度。灵敏度运算部具备：轴成分分解部(34a)，其将来自磁感应部(31)的磁通密度分解为各轴的磁成分；灵敏度判断部(34b)，其将来自轴成分分解部(34a)的磁场强度的各轴成分与基准值进行比较来判断灵敏度；以及灵敏度校正部(34c)，其根据来自灵敏度判断部(34b)的灵敏度信息进行灵敏度校正。传感器诊断部(39)根据灵敏度信息自诊断磁传感器的灵敏度是否良好并进行灵敏度自校正(调整)。

Description

磁传感器及其灵敏度测量方法
技术领域
本发明涉及一种具备灵敏度测量功能的磁传感器及其灵敏度测量方法，更详细地说，涉及一种用于使具备半导体基板和磁性体的磁传感器具有灵敏度测量功能的磁传感器及其灵敏度测量方法，其中，在上述半导体基板上相互分离地设置有多个霍尔元件，上述磁性体被设置在该半导体基板上。
背景技术
以往，作为磁传感器已知：具备设置在半导体基板上的霍尔元件和设置在该霍尔元件上的具有聚磁(magneticconvergence)功能的磁性体(聚磁板)，使磁性体进行聚磁，由霍尔元件来检测其磁场强度。
图1是用于说明此类磁传感器的结构图。半导体电路1由半导体基板3和设置在该半导体基板3上的霍尔元件4a、4b构成。该半导体电路1上依次设有保护层5和粘接层6，并且在粘接层6上设有聚磁板2。
关于组合了霍尔元件和具有聚磁功能的磁性体(聚磁板)的磁传感器，例如有专利文献1。该专利文献1所记载的磁传感器是关于能够以二维来决定磁场方向的磁场方向检测传感器。其具备具有平坦形状的聚磁板和第一霍尔效应元件以及第二霍尔效应元件，这些霍尔效应元件配置在聚磁板的端部区域。
另外，专利文献2所记载的磁传感器是与图1相同结构的磁传感器，其涉及使水平方向磁场灵敏度和垂直方向磁场灵敏度一致那样的技术。
另外，专利文献3所记载的磁传感器是如下结构。使具有用于对磁传感器施加磁场的线圈的探针卡与具有磁传感器和数字信号处理部的磁传感器模块的某一个接触。一边对线圈提供电流来产生磁场，一边通过探针卡来检查数字信号处理部，检查磁传感器。并且，通过探针卡将与检查结果相应的磁传感器的校正值存储到磁传感器模块的存储部。
并且，关于霍尔元件的灵敏度校正，存在以下结构。如图2所示，在霍尔元件的正下方配置用于产生垂直磁场成分的垂直方向磁场产生用线圈，由霍尔元件检测由该垂直方向磁场产生用线圈所产生的垂直磁场成分，校正霍尔元件的自身灵敏度。关于其具体内容，记载在非专利文献1中。
上述的专利文献1公开有以下内容。磁传感器是如下结构：具备设置在半导体基板上的霍尔元件和设置在该霍尔元件上的具有聚磁功能的磁性体(聚磁板)，由该磁性体进行聚磁，由霍尔元件来检测其磁场强度。在检测水平方向和垂直方向的磁场来检测相互正交的两轴或者三轴的磁信号的磁传感器中，水平方向磁场和垂直方向磁场的磁灵敏度分别不同。为此，需要使各轴间的灵敏度一致。
本申请人在上述的专利文献2中提出了如下技术：通过配置多个检测垂直方向磁场的元件来使水平方向和垂直方向的磁灵敏度一致。然而，在该方法中，无法校正伴随着各个磁传感器中的元件灵敏度偏差、磁性体位置偏移而产生的灵敏度偏差。
在上述的专利文献3中，公开有以下内容。使具有用于对磁传感器施加磁场的线圈的探针卡与具有磁传感器和数字信号处理部的磁传感器模块的某一个接触，一边对线圈提供电流来产生磁场，一边通过探针卡来检查数字信号处理部从而检查磁传感器的灵敏度，并且进行灵敏度校正。
在该专利文献3中，需要进行如下等作业：为了调查电路块是否按照功能进行动作，在外部的探针卡上设置用于产生磁场的线圈，另外，为了测量而特意地使探针卡密接在IC的晶圆(wafer)上。同时，为了校正线圈所产生的磁场，需要准备预先校正过的晶圆，对该晶圆进行一次测量来进行线圈的校正等烦杂作业，从而存在测试成本高的问题。
在这种状况中，研究了不依靠外部线圈而通过将内部线圈嵌入到磁传感器中来解决如上所述的问题点的方案。通过将内部线圈搭载到磁传感器中，1)能够在制造时以及出厂时验证功能动作，2)能够针对输出灵敏度的工艺依赖性的偏差、电路块的灵敏度偏移，对每个轴进行灵敏度校正，3)不需要在测试板上设置用于在适度范围内产生一样的磁场区域的磁场测试线圈(外部线圈)。由此，能够统一次性测试多个磁传感器，具有削减测试成本的效果。
另外，例如在非专利文献1中存在以下公开。在同一硅基板的霍尔元件的正下方配置用于产生垂直磁场成分的垂直方向磁场产生用线圈，通过由霍尔元件来检测由该垂直方向磁场产生用线圈所产生的垂直磁场成分来测量灵敏度并进行校正。
然而，在该结构中只能产生垂直方向磁场。由此，在对相互正交的两轴或者三轴的磁成分具有灵敏度的磁传感器结构中，无法使用内部线圈来测量所有轴的灵敏度。
如上所述，专利文献1至3以及非专利文献1所记载的内容为如下。以各种方式来实现霍尔元件或者磁传感器的灵敏度校正。不管哪一篇文献都是与能够检测相互正交的两轴或者三轴磁场的磁传感器相关的内容。在那些文献中，关于不使用外部线圈而用于测量磁传感器的各轴方向的灵敏度的具体结构、也就是说在磁性体与霍尔元件之间配置灵敏度测量用内部线圈的结构，没有任何公开。
本发明是鉴于这种状况而完成的。其目的在于，提供一种使具备半导体基板和磁性体的两轴或者三轴的磁传感器不使用外部的灵敏度测量用磁场产生源而具有测量磁传感器的各轴方向的灵敏度的功能的磁传感器及其灵敏度测量方法，其中，上述半导体基板相互分离地设置有多个霍尔元件，上述磁性体设置在该半导体基板上。
专利文献1：日本特开2002-71381号公报
专利文献2：日本特开2004-257995号公报
专利文献3：日本特开2007-24518号公报
非专利文献1：“Autocalibration of silicon Halldevices”(P.L.Simonet al.Sensors and Actuators A 52(1996)203-207)
发明内容
本发明是为了达成这种目的而作出的，本发明的磁传感器具备相互分离地设置了多个磁感应部的半导体基板和设置在该半导体基板上的磁性体，上述磁感应部设置在上述磁性体的端部区域，该磁传感器的特征在于，在上述多个磁感应部之间的区域内并且在上述磁感应部与上述磁性体之间具有在垂直于上述磁感应部的磁感应方向的方向上产生水平磁场成分的用于灵敏度测量的水平磁场产生单元，上述磁感应部检测由该水平磁场产生单元产生的上述水平磁场成分。
另外，其特征在于，上述磁感应部和上述水平磁场产生单元相对于上述磁性体配置在相同侧。
另外，其特征在于，由上述水平磁场产生单元产生的水平磁场成分依赖于上述磁性体的厚度并且依赖于该磁性体与上述磁感应部之间的距离。
另外，其特征在于，上述磁感应部是霍尔元件。
另外，其特征在于，上述水平磁场产生单元是平面状螺旋型线圈。
另外，其特征在于，在上述多个磁感应部的各磁感应部附近设置有在平行于上述磁感应部的磁感应方向的方向上产生垂直磁场成分的用于灵敏度测量的垂直磁场产生单元，上述磁感应部检测由该垂直方向磁场产生用单元产生的上述垂直磁场成分。
另外，其特征在于，上述垂直磁场产生单元配置在与上述水平磁场产生单元相同侧的平面上并且在上述磁感应部的正上方。
另外，其特征在于，上述垂直磁场产生单元配置在上述磁性体的端部区域，位于在与上述水平磁场产生单元不同的平面上并且在上述磁感应部的正下方。
另外，其特征在于，由上述垂直磁场产生单元产生的垂直磁场成分的磁通密度依赖于上述磁性体与上述磁感应部之间的距离。
另外，其特征在于，上述垂直磁场产生单元是环型线圈。
另外，其特征在于，具有相互正交的两轴或者三轴的检测轴。
另外，其特征在于，具备灵敏度运算部，该灵敏度运算部根据来自上述磁传感器的多个磁感应部的与各轴相关的磁场强度信息来运算灵敏度。
另外，其特征在于，上述灵敏度运算部具备：轴成分分解部，其将来自上述磁传感器的磁场强度信息分解为每个轴的成分；灵敏度判断部，其将来自该轴成分分解部的磁场强度信息的各轴成分与规定的基准值进行比较来判断灵敏度；以及灵敏度校正部，其根据来自该灵敏度判断部的灵敏度信息进行灵敏度校正。
另外，其特征在于，具备传感器诊断部，该传感器诊断部根据来自上述灵敏度判断部的灵敏度信息来自判断上述磁传感器的灵敏度是否良好。
另外，其特征在于，具备对上述磁传感器的水平方向磁场产生用单元以及垂直方向磁场产生用单元提供电流的至少一个以上的电流源。
另外，本发明中的本发明的磁传感器的灵敏度测量方法，其特征在于，具有以下步骤：产生水平磁场成分的步骤；由上述磁感应部检测上述水平磁场成分的步骤；根据来自上述磁感应部的磁通密度来运算灵敏度的步骤；产生上述垂直磁场成分的步骤；由上述磁感应部检测上述垂直磁场成分的步骤；以及根据来自上述磁感应部的磁通密度来运算灵敏度的步骤。
另外，其特征在于，上述运算灵敏度的步骤具有以下步骤：由轴成分分解部将来自上述磁传感器的磁场强度信息分解为每个轴成分的步骤；由灵敏度判断部将来自上述轴成分分解部的磁场强度信息的各轴成分与规定的基准值进行比较来判断灵敏度的步骤；以及由灵敏度校正部根据来自上述灵敏度判断部的灵敏度信息来进行灵敏度校正的步骤。
另外，其特征在于，该灵敏度测量方法具有由传感器诊断部根据来自上述灵敏度判断部的灵敏度信息来对上述磁传感器的灵敏度是否良好进行自诊断的步骤。
根据本发明磁传感器，成为以下结构。也就是说具备相互分离地设置了多个霍尔元件的半导体基板和设置在该半导体基板上的磁性体。在多个霍尔元件之间的区域内并且在霍尔元件与磁性体之间设置有在垂直于磁感应部的磁感应方向的方向上产生水平磁场成分的水平方向磁场产生用单元。由设置在磁性体端部区域的霍尔元件来检测由该水平方向磁场产生用单元产生的水平磁场成分。并且，在多个霍尔元件的各霍尔元件附近设置有产生平行于磁感应部的磁感应方向的垂直磁场成分的垂直方向磁场产生用单元。由霍尔元件来检测由该垂直方向磁场产生用单元产生的垂直磁场成分。由此，能够测量磁传感器对垂直方向磁场的灵敏度和对水平方向磁场的灵敏度。
并且，能够具有如下功能：对于磁传感器的相互正交的三轴方向的灵敏度，校正因霍尔元件形成时、磁性体形成时的工艺依赖性偏差或集成电路所具有的灵敏度偏差而产生的灵敏度偏移量。
另外，这种磁传感器具备根据来自磁传感器的多个磁感应部的与各轴相关的磁场强度信息来运算灵敏度的灵敏度运算部，因此能够对灵敏度偏移进行灵敏度自校正，并且能够通过磁传感器的灵敏度是否良好的判断进行自诊断。
附图说明
图1是用于说明以往的磁传感器的结构图。
图2是用于说明以往的霍尔传感器的灵敏度校正的结构图。
图3是表示本发明所涉及的磁传感器中的霍尔元件周边的磁通分布的图。
图4A是表示本发明的具有灵敏度测量功能的磁传感器的一个实施例的俯视图。
图4B是表示本发明的具有灵敏度测量功能的磁传感器的一个实施例的截面图。
图5A是表示本发明所涉及的磁传感器的由水平方向磁场产生用线圈产生水平磁场成分的状态的示意图的俯视图。
图5B是表示本发明所涉及的磁传感器的由水平方向磁场产生用线圈产生水平磁场成分的状态的示意图的截面图。
图6A是表示本发明所涉及的磁传感器的由垂直方向磁场产生用线圈产生垂直磁场成分的状态的示意图的俯视图。
图6B是表示本发明所涉及的磁传感器的由垂直方向磁场产生用线圈产生垂直磁场成分的状态的示意图的截面图。
图7是本发明所涉及的磁传感器的灵敏度测量装置的结构图。
图8A是表示用于说明本发明所涉及的磁传感器的灵敏度测量装置中的灵敏度测量方法的流程图。
图8B是表示用于说明本发明所涉及的磁传感器的灵敏度测量装置中的灵敏度测量方法的流程图。
图9是表示在将聚磁板的厚度作为参数而进行改变的情况下的、磁感应面中的磁通密度(T)(绝对值)相对于霍尔元件与聚磁板底面间距离(μm)的关系的图，示出灵敏度自诊断时的平面状螺旋型线圈的例子。
图10是表示在将霍尔元件(He)与聚磁板(磁性体；Mc)底面间距离作为参数而进行改变的情况下的、聚磁板的厚度T(μm)与磁感应面中的磁通密度(T)(绝对值)之间关系的图，示出灵敏度自诊断时的平面状螺旋型线圈的例子。
图11是表示与图9对应的相对变化的图。
图12是表示与图10对应的相对变化的图。
图13是表示在将聚磁板的厚度作为参数而进行改变的情况下的、磁感应面中的磁通密度(T)(绝对值)相对于霍尔元件与聚磁板底面间距离(μm)的关系的图，示出灵敏度自诊断时的环型线圈的例子。
图14是表示在将霍尔元件(He)与聚磁板(磁性体；Mc)底面间距离作为参数而进行改变的情况下的、聚磁板的厚度T(μm)与磁感应面中的磁通密度(T)(绝对值)之间的关系的图，示出灵敏度自诊断时的环型线圈的例子。
图15是表示与图13相对应地、按照每个参数从基准位置看时的相对变化的图。
图16是表示与图14相对应地、按照每个参数从基准位置看时的相对变化的图。
具体实施方式
下面参照附图说明本发明的实施例。
在下面的实施例中，作为磁感应部例示出霍尔元件来进行说明，但是本发明不限于霍尔元件，只要是能够检测相对于磁性体垂直方向的磁场的磁感应部，就都能够应用(磁阻元件、其它)。
图3是表示本发明的磁传感器中霍尔元件周边的磁通分布的图。图中实线所示的曲线示出取决于磁性体的聚磁功能的水平-垂直磁变换特性。在半导体基板13的端部分别示出峰值，向中心具有平缓的倾斜。此外，图中附图标记14a、14b表示霍尔元件，15表示磁性体。
在此，能够根据磁传感器的用途来选择霍尔元件的最佳配置位置。例如，在使水平方向和垂直方向的磁场灵敏度比一致的情况下，比起将霍尔元件放置为靠近端部，将霍尔元件放置于稍微靠近磁性体中央的位置上较好。例如，在使水平方向磁场灵敏度尽可能大的情况下，将霍尔元件配置在磁性体端部较好。
此外，在磁感应部被配置为离开磁性体端部而更靠中央的情况下，最好环型线圈也配置在磁感应部的正上/正下方附近。
图4A以及图4B是表示本发明的具有灵敏度测量功能的磁传感器的一个实施例的结构图，图4A是俯视图，图4B是截面图。图中附图标记21a、21b表示X轴霍尔元件，21c、21d表示Y轴霍尔元件，22表示磁性体(聚磁板；圆板)，23表示水平方向磁场产生用线圈，24a至24d表示垂直方向磁场产生用线圈。
在本发明中，磁传感器为如下结构。多个霍尔元件21a、21b(X轴霍尔元件)以及21c、21d(Y轴霍尔元件)被相隔地设置在半导体基板上(未图示)，在该半导体基板上覆盖各霍尔元件地设置有具有聚磁功能的磁性体22。
如已在专利文献1以及专利文献2中公开的那样，霍尔元件21a至21d通过与具有聚磁功能的磁性体22组合而具有三个坐标轴或者两个坐标轴相互正交的两轴坐标系或者三轴坐标系、即相互正交的两轴或者三轴的检测轴。
另外，在本发明中，在多个霍尔元件间的区域内并且在霍尔元件21a至21d与磁性体22之间，设置有在垂直于磁感应部的磁感应方向的方向上产生水平磁场成分的用于灵敏度测量的水平磁场产生用线圈23。其构成为由设置在磁性体22端部区域的霍尔元件21a至21d来检测由该水平方向磁场产生用线圈23产生的水平磁场成分。
如图5B所示，在磁性体端部附近产生与水平磁场成分相关的垂直磁场成分，由霍尔元件来检测该垂直磁场成分，由此进行水平磁场成分的检测。
另外，霍尔元件21a至21d与水平方向磁场产生用线圈23构成为配置在磁性体22的相同侧。另外，水平方向磁场产生用线圈23最好是平面状的螺旋型线圈，但是也考虑其外形为圆形、八角形、四角形等各种形状。另外，其大小、匝数也能够根据所产生的磁场的效率、聚磁板的直径以及霍尔元件的配置等进行各种选择。
水平方向磁场产生用线圈23能够在通常的IC工艺中使用金属布线层来制作。在这种情况下，能够结合所需的磁场产生量和线圈效率来选择是使用金属的离基板近的层还是远的层，或者是利用多个布线层。
另外，在多个霍尔元件21a至21d的各个附近设置有在与上述磁感应部的磁感应方向平行的方向上产生垂直磁场成分的垂直方向磁场产生用线圈24a至24d。构成为由设置在磁性体22端部区域上的霍尔元件21a至21d来检测由该垂直方向磁场产生用线圈24a至24d所产生的垂直磁场成分。
因而，霍尔元件21a至21d兼备由水平方向磁场产生用线圈23所产生的水平磁场成分的检测和由垂直方向磁场产生用线圈24a至24d所产生的垂直磁场成分的检测。
另外，垂直方向磁场产生用线圈24a至24d构成为被配置在磁性体22的端部区域，配置在基板上的与水平方向磁场产生用线圈23相同的平面侧并且在霍尔元件21a至21d的正上方。
另外，垂直方向磁场产生用线圈24a至24d还能够配置在磁性体22的端部区域，配置在与水平方向磁场产生用线圈23不同的平面上并且在霍尔元件21a至21d的正下方
该垂直方向磁场产生用线圈24a至24d最好是环型线圈，根据霍尔元件的形状、大小、数量等，环型线圈的形状能够选择圆形、正方形、长方形等各种形状。
垂直方向磁场产生用线圈24能够在通常的IC工艺中使用金属布线层来制作。在这种情况下，能够结合所需的磁场产生量和线圈效率来选择使用金属的与基板接近的层还是远的层，或者是利用多个布线层。
图5A以及图5B是表示本发明所涉及的磁传感器的由水平方向磁场产生用线圈产生水平磁场成分的状态的示意图，图5A是俯视图，图5B是截面图。
当对水平方向磁场产生用线圈23通电时，如图5B中的箭头所示，在与磁感应部的磁感应方向垂直的方向上产生水平磁场成分(X轴成分、Y轴成分)，在磁性体22和霍尔元件21a至21d之间产生垂直磁场成分(Z轴成分)。
该垂直磁场成分与水平磁场成分相关，因此通过由霍尔元件21a至21d来检测该垂直磁场成分，能够检测在与磁感应部的磁感应方向垂直的方向上产生的水平磁场成分的强度。
也就是说，霍尔元件21a至21d能够检测由水平方向磁场产生用线圈23产生的、与磁感应部的磁感应方向垂直的方向上的水平磁场成分。
图6A以及图6B是表示本发明所涉及的磁传感器的由垂直方向磁场产生用线圈产生垂直磁场成分的状态的示意图。图6A是俯视图，图6B是截面图。
当对垂直方向磁场产生用线圈24a至24d通电时，如图6B中的箭头所示，在磁性体22和霍尔元件21a至21d之间产生垂直磁场成分(Z轴成分)。通过由霍尔元件21a至21d检测该垂直磁场成分，能够检测垂直磁场成分的强度。也就是说，霍尔元件21a至21d能够检测由垂直方向磁场产生用线圈24a至24d产生的、磁性体22和霍尔元件21a至21d之间的垂直磁场成分。
在此，由水平方向磁场产生用线圈23产生的水平磁场成分依赖于磁传感器的磁性体22的厚度、该磁性体22与霍尔元件21a至21d之间的距离。由垂直方向磁场产生用线圈24a至24d产生的垂直磁场成分依赖于磁性体22与霍尔元件21a至21d之间的距离。
图7是本发明所涉及的具有灵敏度测量功能的磁传感器的结构图。图中附图标记31表示磁感应部，32表示切换部，33表示放大部，34表示灵敏度运算部，34a表示轴成分分解部，34b表示灵敏度判断部，34c表示灵敏度校正部，35表示输出部，36表示控制部，37、38表示电流源，39表示传感器诊断部。磁感应部31的结构如图4所示。通过切换部32以包括霍尔元件21a至21d中的任意一个或者其组合的磁信号的结构来时分割(timedivision)选择由磁感应部31的霍尔元件21a至21d检测出的磁通密度，通过放大部33输入到灵敏度运算部34。该灵敏度运算部34根据由切换部32选择的来自磁感应部31的霍尔元件21a至21d的磁信号，算出相互正交的水平方向(X，Y)、垂直方向(Z)的磁灵敏度(信号成分)。
该灵敏度运算部34具备：轴成分分解部34a，其将来自磁感应部31的磁信号分解为各轴磁成分；灵敏度判断部34b，其将来自该轴成分分解部34a的各轴的磁场强度与基准值进行比较来判断灵敏度；以及灵敏度校正部34c，其根据来自该灵敏度判断部34b的灵敏度信息来进行灵敏度校正。
另外，控制部36控制来自第一电流源37和第二电流源38的电流供给，并且控制灵敏度运算部34的灵敏度运算功能，其中，上述第一电流源37对磁传感器的水平方向磁场产生用线圈23提供电流，第二电流源38对磁传感器的垂直磁场产生用线圈24a至24d提供电流。在结构上，电流源37和38是分开设置的，但是实际上也可以兼用。
说明由具有这种结构的灵敏度测量装置所进行的信号处理。
通过电流源37、38对水平方向磁场产生用线圈23或/和垂直磁场产生用线圈24a至24d通电来产生磁场。所产生的磁场通过磁性体22，贯穿形成在集成电路平面上的霍尔元件的磁感应面，从而磁场被检测。作为磁检测部的配置，霍尔元件配置在夹着磁性体22并且在X、Y各轴方向上相对的位置上。将相对的霍尔元件中X轴一侧设为X1、另一侧设为X2，将Y轴一侧设为Y1、另一侧设为Y2。在此，X1、X2、Y1、Y2也可以分别由多个磁感应部构成。另外，如同上述一样磁感应部不限于霍尔元件。
由磁检测部31来检测，通过切换部32以及放大部33例如时分割地检测X1、X2、Y1、Y2。然后，在磁感应运算部34的轴成分分解部34a中被分解为X、Y、Z轴成分。在灵敏度判断部34b中，被分解的X、Y、Z轴的各成分与基准值进行比较而进行诊断(自诊断)。
下面示出轴成分分解过程的一个例子。
对通过上述过程获取的X1、X2、Y1、Y2的各输出进行如下运算。通过对相对的磁感应部输出进行差处理来得到水平方向成分。
(X1-X2)＝系数×Hx
(Y1-Y2)＝系数×Hy
与此相对，(相对于X/Y轴)垂直的Z轴进行和处理。
(Y1+Y2)＝系数×Hz
由此，得到与X、Y、Z轴相关的磁场强度。
实际上，从平面状螺旋型线圈产生的水平方向磁场在磁性体端部变成相同的纵向的磁场而入射到各霍尔元件，上述运算结果作为Z轴方向信号而被算出。但是，所算出的磁测量值与本磁传感器对于从平面状螺旋型线圈产生的水平方向磁场的灵敏度相关，并且也与对来自外部的均匀水平方向磁场的灵敏度相关。
另一方面，在环型线圈的情况下产生纵向磁场，但是在例如考虑X轴方向的情况下，根据使上述X1和X2分别产生同方向的磁场、还是分别产生不同方向的磁场，所算出的磁测量值不同。
在产生同方向磁场的情况下，作为Z轴方向信号而算出，在不同方向的情况下作为X轴方向信号而算出。但是，所算出的磁测量值与本磁传感器对从环型线圈产生的垂直方向磁场的灵敏度相关，并且也与对来自外部的均匀垂直方向磁场的灵敏度相关。
通过获取不对线圈通电时的霍尔元件输出和对线圈通电时的霍尔元件输出的差，能够排除来自外部的干扰磁场等的影响，仅提取来自线圈的产生磁场所引起的信号。也可以为进行线圈通电方向为正方向、负方向的两次测量并获取其差的方法。
接着说明灵敏度的自诊断功能。
能够使用配置在霍尔元件正上方的环型线圈和配置在聚磁板中央附近的平面状螺旋型线圈。例如，对螺旋型线圈通电来在线圈周边产生水平方向的磁场。该水平方向磁场在穿过磁性体后，磁通在磁性体端部再次放出到空间。此时磁场方向具有垂直方向成分，能够由霍尔元件的磁感应面进行检测。通过获取其与不对线圈通电时的测量值或者反方向通电时的测量值之间的差，能够仅提取来自线圈的产生磁场所引起的信号。相对于基准电流所得到的信号值为灵敏度。
通过把握由霍尔元件所得到的灵敏度相对于灵敏度目标值的差，能够判断本磁传感器的水平方向磁场的灵敏度是否在允许值以内。由此，判断磁性体、霍尔元件、并且电路块的功能动作是否正常。
或者，对配置在霍尔元件正上方的环型线圈通电来在线圈周边产生磁场，也能够入射到霍尔元件的磁感应面。由此，能够判断本磁传感器的垂直方向磁场的灵敏度是否在允许值以内。经过上述的处理，把握所得到的灵敏度相对于灵敏度目标值的差来判断磁性体、霍尔元件、并且每个电路块的功能动作状况。这些运算由灵敏度判断部34b以及控制它的控制部36来进行。
接着，说明灵敏度的自校正功能。
灵敏度判断部34b判断由自诊断功能动作时所得到的灵敏度与灵敏度目标值之间的差异量。根据差异量，灵敏度校正部34c根据该差异量对每个轴算出对外部均匀磁场的灵敏度的校正量，并在灵敏度校正部34c内部的保险丝、非易失性存储器等中写入灵敏度校正量。通常，灵敏度校正量在三轴的各轴上是分散的，例如可以以X方向灵敏度为基准来设定Y方向、Z方向的灵敏度校正量，也可以将各轴的测量值相对于标准值的差异量分别设定为各轴的校正量。对由轴成分分解部34a分解得到的各轴信号进行灵敏度校正，但是根据情况，还能够应用于切换部32、放大部33、还有磁感应部31。
接着，说明功能动作的诊断。
根据灵敏度判断部34b的灵敏度信息，在其灵敏度偏移量在允许范围内的情况下，由灵敏度校正部34来校正灵敏度，通过输出部35得到正常的输出信号(被判断为合格品而出厂)。另外，传感器诊断部39根据来自灵敏度运算部34的灵敏度判断部34b的灵敏度信息，对灵敏度是否良好进行自诊断。当被判断为不合格品时，不使用该磁传感器(丢弃)。
本发明的灵敏度测量方法能够在出厂时一起测试多个磁传感器，由此削减测试成本。另外，也能够在用户使用时进行动作验证。
接着，说明利用线圈的与诊断模式和测量模式的对应。
在图4中，设为磁性体22是圆形、半径为155μm。霍尔元件21a、21b、21c、21d分别配置成霍尔元件的中心位置离磁性体22的中心150μm。霍尔元件磁感应面大小是15μm。
设为霍尔元件-聚磁板底面间的垂直间距以10μm为中心，在工艺上的偏差为数μm，设为半径R可相对于155μm变动数μm左右，厚度T可相对于13μm变动数μm左右，磁性体的水平面内位置能够从中心位置变动数μm左右。
此时，对平面状螺旋型线圈通电，在线圈周边产生水平方向的磁场。该水平方向磁场通过磁性体，磁通在磁性体端部再次被放出到空间。此时磁场方向具有垂直方向的成分，能够由霍尔元件的磁感应面检测。在该结构中，磁性体与霍尔元件间的垂直方向间距变动/磁性体的直径变动/磁性体的水平面内位置偏移/磁性体的厚度变动等成为磁感应面中的磁场强度变化(灵敏度变化)而能够进行检测。通过对配置在霍尔元件的正上方的环型线圈通电，主要是磁性体与霍尔元件间的垂直方向间距变动/磁性体直径变动/磁性体水平面内位置偏移等成为磁感应面中的磁场强度变化(灵敏度变化)而能够进行检测。
例如，每当工艺变动时，预先校正诊断模式下的各种线圈磁场引起的各轴的灵敏度比和测量模式下的各轴的灵敏度比。根据校正曲线，由灵敏度校正部34c来校正灵敏度(灵敏度调整)。优选对输出到输出部35的被分解为各轴的磁输出数据以数值进行校正量的校正的方法，但是不限于此，也可应用于其它校正手段。在后级电路块中的增益偏移基本上是作为X、Y、Z整体的灵敏度偏移。在需要进行也包括各轴灵敏度的绝对值在内的校正的情况下，最好进行也包括该电路块中的增益变动在内的校正。在仅使各轴的灵敏度比固定即可的情况下，也可以不校正整体增益变动而以某一个轴为基准来校正其它轴的灵敏度比。
详细说明与上述条件下的平面状螺旋型线圈、环型线圈相应的由工艺变动引起的灵敏度的状态。
图9是表示霍尔元件和聚磁板底面间距离(μm)与磁感应面中的磁通密度(T)(绝对值)之间关系的图。将聚磁板的厚度设为参数。图10是表示聚磁板厚度T(μm)与磁感应面中的磁通密度(T)(绝对值)之间的关系的图。将霍尔元件(He)与聚磁板(Mc)底面间距离(μm)设为参数。
两图都示出灵敏度自诊断时的平面状螺旋型线圈的例子。此外，图11以及图12是与图9以及图10相对应地、按照每个参数从基准位置看时的相对变化的图。
关于平面状螺旋型线圈，可举出如下结构例。聚磁板(圆形)直径为310μm，霍尔元件配置在从聚磁板端部起向内侧(线圈下侧)5μm的位置上。设线圈形状为八角形、线圈布线宽度为4μm、布线间隔为1μm、对线圈通1mA电流，从线圈中心起在120～20μm间有20匝和在120～70μm间有10匝。由平面状螺旋型线圈产生的水平方向磁场经由聚磁板，在会聚板端部变成垂直方向成分，被霍尔元件检测。
在霍尔元件和聚磁板底面间距离(垂直间距)是9～11μm的情况下，在聚磁板厚度为10～16μm的范围内，通以1mA电流时的霍尔元件磁感应面中的磁场强度大致为55μT。在垂直间距为9～11μm的情况下，灵敏度是约7％左右的灵敏度变化。在聚磁板厚是10～16μm的情况下，发现约2％左右的灵敏度变化。由此可知在磁场垂直间距、聚磁板厚度变动的情况下，霍尔元件对于水平方向磁场感知到的磁场灵敏度非偶然地进行变化。
关于环型线圈，可举出如下结构例。
图13是表示磁感应面中的磁通密度(T)(绝对值)相对于霍尔元件与聚磁板底面间距离(μm)的关系的图。将聚磁板的厚度变化设为参数。
图14是表示聚磁板的厚度T(μm)与磁感应面中的磁通密度(T)(绝对值)之间关系的图。将霍尔元件(He)与聚磁板(磁性体：Mc)底面间距离的变化设为参数。
两图都示出灵敏度自诊断时的环型线圈的例子。此外，图15以及图16是与图13以及图14相对应地、按照每个参数从基准位置看时的相对变化的图。
设为聚磁板(圆形)直径为310μm、霍尔元件配置在从聚磁板端部起向内侧(线圈下侧)5μm的位置上、线圈形状为长方形、线圈布线宽度为4μm、布线间隔为1μm、1匝、对线圈通以1mA电流。由环型线圈产生的垂直方向磁场被线圈正下方的霍尔元件检测。
在霍尔元件与聚磁板底面间距离(垂直间距)为9～12μm的情况下，聚磁板厚为12μm、通以1mA电流时的霍尔元件磁感应面中的磁场强度大致为64μT。在垂直间距为9～11μm的情况下，灵敏度存在约5％左右的灵敏度变化。在聚磁板厚度为10～16μm的情况下，发现约1％以下的灵敏度变化。由此可知在垂直间距变动的情况下，霍尔元件对垂直方向磁场检测到的磁场灵敏度非偶然地进行变化。
图8A以及图8B是表示用于说明本发明所涉及的磁传感器的灵敏度测量装置中的灵敏度测量方法的流程图。本发明的磁传感器的灵敏度测量方法是测量图4所示的磁传感器的灵敏度的灵敏度测量方法。
首先，设定灵敏度模式(步骤S1)，不使电流流过垂直磁场产生线圈以及水平磁场产生线圈(步骤S2)。接着，由第一至第四磁传感器来测量磁场强度(步骤S3)。接着，存储第一测量数据(步骤S4)。接着，使电流流过垂直磁场产生线圈来产生磁场(步骤S5)。接着，由第一至第四磁传感器来测量磁场强度(步骤S6)。接着，存储第二测量数据(步骤S7)。
接着，使反向电流流过垂直磁场产生线圈来产生反向磁场(步骤S8)。接着，由第一至第四磁传感器来测量磁场强度(步骤S9)。接着，存储第三测量数据(步骤S10)。接着，使电流流过水平磁场产生线圈来产生磁场(步骤S11)。接着，由第一至第四磁传感器来测量磁场强度(步骤S12)。接着，存储第四测量数据(步骤S13)。
接着，使反向电流流过水平磁场产生线圈来产生反向磁场(步骤S14)。接着，由第一至第四磁传感器来测量磁场强度(步骤S15)。接着，存储第五测量数据(步骤S16)。
接着，根据第一测量数据、第二测量数据、第三测量数据的全部或者两个的组合来算出相互正交的两轴或者三轴方向的磁场成分数据(步骤S17)。接着，将磁场成分数据存储为第一磁场灵敏度数据(步骤S18)。
接着，根据第一测量数据、第四测量数据、第五测量数据的全部或者两个的组合来算出相互正交的两轴或者三轴方向的磁场成分数据(步骤S19)。接着，将磁场成分数据存储为第二磁场灵敏度数据(步骤S20)。
接着，根据第一磁场成分数据以及第二磁场成分数据算出两轴或者三轴磁场灵敏度的校正系数(步骤S21)。接着，存储校正系数(步骤S22)。由此，能够对灵敏度偏移进行灵敏度自校正，并且能够通过磁传感器的灵敏度是否良好的判断进行自诊断。
产业上的可利用性
本发明涉及一种用于使具备半导体基板和磁性体的磁传感器具有灵敏度测量功能的磁传感器及其灵敏度测量方法，能够测量磁传感器对垂直方向磁场的灵敏度和对水平方向磁场的灵敏度，其中，上述半导体基板相互分离地设置多个霍尔元件，上述磁性体设置在该半导体基板上。另外，具有如下功能：对于磁传感器的相互正交的三轴方向的灵敏度，能够校正因霍尔元件形成时、磁性体形成时的工艺依赖性偏差或集成电路所具有的灵敏度偏差而产生的灵敏度偏移量。并且，能够通过磁传感器的灵敏度是否良好的判断进行自诊断，能够进行对灵敏度偏移的灵敏度自校正(调整)。

Claims (18)

1.一种磁传感器，其具备相互分离地设置了多个磁感应部的半导体基板和设置在该半导体基板上的磁性体，上述磁感应部设置在上述磁性体的端部区域，该磁传感器的特征在于，
在上述多个磁感应部间的区域内并且在上述磁感应部和上述磁性体之间具有用于灵敏度测量的水平磁场产生单元，该水平磁场产生单元在与上述磁感应部的磁感应方向垂直的方向上产生水平磁场成分，上述磁感应部检测由该水平磁场产生单元所产生的上述水平磁场成分。
2.根据权利要求1所述的磁传感器，其特征在于，
上述磁感应部和上述水平磁场产生单元相对于上述磁性体配置在相同侧。
3.根据权利要求1或2所述的磁传感器，其特征在于，
由上述水平磁场产生单元产生的水平磁场成分依赖于上述磁性体的厚度并且依赖于该磁性体与上述磁感应部之间的距离。
4.根据权利要求1、2或3所述的磁传感器，其特征在于，
上述磁感应部是霍尔元件。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的磁传感器，其特征在于，
上述水平磁场产生单元是平面状螺旋型线圈。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的磁传感器，其特征在于，
在上述多个磁感应部的各磁感应部附近设置用于灵敏度测量的垂直磁场产生单元，该垂直磁场产生单元在与上述磁感应部的磁感应方向平行的方向上产生垂直磁场成分，上述磁感应部检测由该垂直方向磁场产生用单元所产生的上述垂直磁场成分。
7.根据权利要求6所述的磁传感器，其特征在于，
上述垂直磁场产生单元配置在与上述水平磁场产生单元相同侧的平面上并且在上述磁感应部的正上方。
8.根据权利要求6所述的磁传感器，其特征在于，
上述垂直磁场产生单元配置在上述磁性体的端部区域，位于在与上述水平磁场产生单元不同的平面上并且在上述磁感应部的正下方。
9.根据权利要求6、7或8所述的磁传感器，其特征在于，
由上述垂直磁场产生单元产生的垂直磁场成分的磁通密度依赖于上述磁性体与上述磁感应部之间的距离。
10.根据权利要求6至9中的任一项所述的磁传感器，其特征在于，
上述垂直磁场产生单元是环型线圈。
11.根据权利要求1至10中的任一项所述的磁传感器，其特征在于，
具有相互正交的两轴或者三轴的检测轴。
12.根据权利要求1至11中的任一项所述的磁传感器，其特征在于，
具备灵敏度运算部，该灵敏度运算部根据来自上述磁传感器的多个磁感应部的与各轴相关的磁场强度信息来运算灵敏度。
13.根据权利要求12所述的磁传感器，其特征在于，
上述灵敏度运算部具备：轴成分分解部，其将来自上述磁传感器的磁场强度信息分解为每个轴的成分；灵敏度判断部，其将来自该轴成分分解部的磁场强度信息的各轴成分与规定的基准值进行比较来判断灵敏度；以及灵敏度校正部，其根据来自该灵敏度判断部的灵敏度信息进行灵敏度校正。
14.根据权利要求13所述的磁传感器，其特征在于，
具备传感器诊断部，该传感器诊断部根据来自上述灵敏度判断部的灵敏度信息来对上述磁传感器的灵敏度是否良好进行自诊断。
15.根据权利要求6至14中的任一项所述的磁传感器，其特征在于，
具备对上述磁传感器的水平方向磁场产生用单元以及垂直方向磁场产生用单元提供电流的至少一个以上的电流源。
16.一种磁传感器的灵敏度测量方法，是权利要求1至15中的任一项所述的磁传感器的灵敏度测量方法，其特征在于，该灵敏度测量方法具有以下步骤：
产生水平磁场成分的步骤；
由上述磁感应部检测上述水平磁场成分的步骤；
根据来自上述磁感应部的磁通密度来运算灵敏度的步骤；
产生上述垂直磁场成分的步骤；
由上述磁感应部检测上述垂直磁场成分的步骤；以及
根据来自上述磁感应部的磁通密度来运算灵敏度的步骤。
17.根据权利要求16所述的磁传感器的灵敏度测量方法，其特征在于，
上述运算灵敏度的步骤具有以下步骤：由轴成分分解部将来自上述磁传感器的磁场强度信息分解为每个轴成分的步骤；由灵敏度判断部将来自上述轴成分分解部的磁场强度信息的各轴成分与规定的基准值进行比较来判断灵敏度的步骤；以及由灵敏度校正部根据来自上述灵敏度判断部的灵敏度信息来进行灵敏度校正的步骤。
18.根据权利要求16或17所述的磁传感器的灵敏度测量方法，其特征在于，
该灵敏度测量方法具有由传感器诊断部根据来自上述灵敏度判断部的灵敏度信息来对上述磁传感器的灵敏度是否良好进行自诊断的步骤。
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