CN103033772B - 磁阻感测组件与磁阻传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种磁阻感测组件与磁阻传感器。磁阻感测组件包含一长形的水平磁阻层、一导电部与一第一磁场感应层。水平磁阻层位于基板表面上方，沿着其长度延伸方向具有第一侧以及与该第一侧相对的第二侧。导电部位于该水平磁阻层的上方或下方与其电耦合，该长形的水平磁阻层与该导电部构成至少一电流路径。第一磁场感应层是不平行于该基板表面，在该水平磁阻层的该第一侧处与该水平磁阻层磁耦合。磁阻传感器包含一惠斯通电桥的配置，此惠斯通电桥具有四只电阻臂，每一只该电阻臂包含上述的磁阻感测组件。本发明的设置使得成本较低、装置的不良率下降以及封装的困难度降低。

Description

磁阻感测组件与磁阻传感器

技术领域

本发明是关于一种磁场感测组件及磁场传感器，特别是关于一种可感测与基板表面垂直的磁场且可与感测平行基板表面的磁场的磁场感测组件整合在相同芯片中的磁场感测组件。

背景技术

磁阻组件中所包含的磁阻材料可因应磁场强度的变化而改变其电阻值，目前大量地应用于运动产品、汽车、马达、通讯产品中。常见的磁阻材料可依其作用方式的差异以及灵敏度的不同而分为异向性磁阻(anisotropicmagnetoresistance，AMR)、巨磁阻(giant magnetoresistance，GMR)及穿隧磁阻(tunneling magnetoresistance，TMR)等类型。

迄今，无论所用的磁阻材料为何，能量测三维磁场变化的磁阻装置大多需要将量测不同方向的多个磁阻装置藉由封装而整合在一起，这使得成本上升、装置的良率下降以及封装的困难度增加。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磁阻感测组件，其可感测与基板表面垂直的磁场，且其材料与制程使其易与感测平行基板表面的磁阻感测组件整合在相同芯片中。

本发明提出一种磁阻感测组件，包含一长形的水平磁阻层、一导电部与一第一磁场感应层。该水平磁阻层是位于基板表面上方，沿着其长度延伸方向具有第一侧以及与该第一侧相对的第二侧。该导电部位于该水平磁阻层的上方或下方与其电耦合，该长形的水平磁阻层与该导电部构成至少一电流路径。第一磁场感应层是不平行于该基板表面，在该水平磁阻层的该第一侧处与该水平磁阻层磁耦合。

在本发明的一实施例中，该导电部包含多个长形导电条，此多个长形导电条的长度延伸方向与该水平磁阻层的长度延伸方向夹一锐角。

在本发明的一实施例中，该第一磁场感应层为自该水平磁阻层的该第一侧向上或向下延伸的长条形。

在本发明的一实施例中，该第一磁场感应层包含自该水平磁阻层的该第一侧向上或向下延伸的多个离散子部。

在本发明的一实施例中，该导电部包含自该水平磁阻层的该第一侧朝向该第二侧延伸的多个第一侧导电部以及自该水平磁阻层的该第二侧朝向该第一侧延伸的多个第二侧导电部。

在本发明的一实施例中，该磁阻感测组件还包含不平行于该基板表面且在该第二侧处与该水平磁阻层磁耦合的第二磁场感应层，该第二磁场感应层包含自该水平磁阻层的该第二侧向下延伸的多个离散子部。

在本发明的一实施例中，该第一磁场感应层的该多个离散子部与该第二磁场感应层的该多个离散子部是沿着该水平磁阻层的长度延伸方向以交错方式配置。

在本发明的一实施例中，该多个的第一侧导电部与该多个的第二侧导电部是沿着该水平磁阻层的长度延伸方向以交错方向或以对称方式配置。

本发明亦提出一种磁阻传感器，其包含一惠斯通电桥的配置，此惠斯通电桥具有四只电阻臂，每一只该电阻臂包含根据本发明的磁阻感测组件。

本发明的设置使得成本较低、装置的不良率下降以及封装的困难度降低。

附图说明

图1显示根据本发明一实施例的Z轴磁阻感测组件的立体图。

图2显示根据本发明另一实施例的Z轴磁阻感测组件的的立体图。

图3显示根据本发明另一实施例的Z轴磁阻感测组件的立体图。

图3A显示图3的Z轴磁阻感测组件的上视图。

图4显示分别沿着图1、图2与图3中的A-A’、B-B’与D-D’切线所获得的横剖面的示意图。

图4A显示图4中的横剖面的另一实施例。

图4B显示图4中的横剖面的更另一实施例。

图5显示沿着图3中的C-C’切线所获得的横剖面的示意图。

图6显示根据本发明更另一实施例的Z轴磁阻感测组件的立体图。

图7A显示沿着图6中的E-E’切线所获得的横剖面的示意图。

图7B显示沿着图6中的F-F’切线所获得的横剖面的示意图。

图8A显示图7A的横剖面的另一实施例。

图8B显示图7B的横剖面的另一实施例。

图9A-9C显示根据本发明其它实施例的Z轴磁阻感测组件的平面图。

图10A-10B显示根据本发明实施例的Z轴磁阻传感器，此装置包含由本发明实施例的Z轴磁阻感测组件所组成的电桥配置。

具体实施方式

本发明在此所探讨的是一种磁阻感测组件与磁阻传感器，本发明的磁阻传感器特别是针对感测垂直基板表面的磁场用的磁阻感测组件，并可以包含传感器常用的其它结构如：设定/重设定电路；感测X/Y轴方向的磁场用的磁阻感测组件；各式用以放大信号、过滤信号、转换信号用的电路；屏蔽非所欲的电磁干扰用的屏蔽结构等。为了能彻底且清楚地说明本发明及不模糊本发明的焦点，便不针对此些常用的结构多做介绍，但本发明的整合式磁阻传感器可选择性地包含此些常用的结构。

下面将详细地说明本发明的较佳实施例，举凡本中所述的组件、组件子部、结构、材料、配置等皆可不依说明的顺序或所属的实施例而任意搭配成新的实施例，此些实施例当属本发明的范畴。在阅读了本发明后，熟知此项技艺者当能在不脱离本发明的精神和范围内，对上述的组件、组件子部、结构、材料、配置等作些许的更动与润饰，因此本发明的权利要求须视本说明书所附的权利要求所界定者为准，且此些更动与润饰当落在本发明的权利要求。

本发明的实施例及图示众多，为了避免混淆，类似的组件是以相同或相似的标号示的；为避免画面过度复杂及混乱，重复的组件仅标示一处，他处则以此类推。图示意在传达本发明的概念及精神，故图中的所显示的距离、大小、比例、形状、连接关系....等皆为示意而非实况，所有能以相同方式达到相同功能或结果的距离、大小、比例、形状、连接关系....等皆可视为等效物而采用的。

在本说明书中，「磁场感应层」或「磁场导引层」是由磁性材料构成，「磁阻层」亦为磁性材料，尤其指电阻值会随外在磁场变化而改变的离散或连续的单一或多层膜层，其例如是异向性磁阻、巨磁阻及穿隧磁阻，其包含铁磁材料(ferromagnet)、反铁磁材料(antiferromagnet)、非铁磁性金属材料、穿隧氧化物材料(tunneling oxide)及上述者的任意组合。「磁场感应层」或「磁阻层」或「磁场导引层」较佳地意指异向性磁阻，尤其是坡莫合金(permalloy)。在本说明书中，「感应」、「导引」等加诸在部件前的形容词是用来说明磁阻感测组件在感应特定方向的磁场时，该些部件所具有的功能或效果，当欲感应的磁场方向改变(例如相反)时，该些部件的功能或效果可能会改变或互换，因此「感应」、「导引」等加诸在部件前的形容词不应限制该些部件的功能或效果。在本说明书中，「导电条」或「导电部」或「内联线」是指具有导电能力的不限形状的导电结构，其材料可以是金属、合金、硅化物、奈米管、导电碳材、掺杂硅，其结构可以是线条、离散的岛形物、薄片、贯孔、以镶嵌制程制作的单镶嵌结构或双镶嵌结构、或上述结构沿着水平或垂直方向上的任意组合。在本说明书中，「磁场」或「沿着某一方向的磁场」可以用来代表在某处各种不同来源的磁场在相加或抵消后的净磁场也可以用来代表未考虑其它来源下在某处特定来源的磁场或在某一方向上的磁场分量。在本说明书中，A与B部件「磁耦合」是指通过A与B其中一者的磁力线会受到另一者的导引而产生转向、集中等效果，因此A与B部件「磁耦合」可代表两者实体接触、或彼此接近到足以互相产生磁性影响的程度但并未实体接触。在本说明书中，A与B部件「电耦合」是指电流可由A与B其中一者而流至另一者，因此A与B部件「电耦合」可代表两者实体接触、或两者间具有一或多个导电结构/物质使两者得以电交流。

请参考图1与图4，图1显示根据本发明一实施例的Z轴磁阻感测组件的立体图，图4显示沿着图1中的A-A’切线所获得的横剖面的示意图。在图1中强调Z轴磁阻感测组件1000中各个部件的形状及位向，在图4-4B中强调与感测Z轴磁场相关的主要部件。Z轴磁阻感测组件1000主要包含水平磁阻层400、非水平的磁场感应层300以及导电条500。长形的水平磁阻层400位于基板100上方并与基板100平行，其沿着Y方向延伸，具有长、窄的薄板形状但末端不见得需要尖缩收敛。水平磁阻层400在宽度方向(X方向)上具有靠近+X方向的第一侧以及与第一侧相对的第二侧，在长度方向(Y方向)上具有电耦合至工作电压(Vcc)的一端以及电耦合至接地电压(GND)的另一端。非水平的磁场感应层300亦位于基板100上方并近乎垂直于基板100(亦可为倾斜面或多个倾斜面的组合设计，即含有垂直分量，此图例以近乎垂直为例)，其自水平磁阻层400的第一侧向下延伸并与水平磁阻层400磁耦合，以将其感受到的Z轴方向的磁场转向(或导引)至水平磁阻层400，导致磁阻感测组件的电阻改变并产生输出电压的变化。水平磁阻层400与非水平的磁场感应层300可以是用相同磁阻材料所形成的一体成形结构，或者可以是用相同或不同磁性材料或其组合分别形成但实体相接的分离结构，又或者可以是用相同或不同磁性材料或其组合所形成的实体分离结构，是故在相同磁阻材料时，亦可有不同厚度，以对应设计所需。只要水平磁阻层400与非水平的磁场感应层300彼此接近到足以互相产生磁性影响的程度，两者可以实体分离。在本实施例中，非水平的磁场感应层300是位于一向下凹陷的下矩形沟槽的内侧壁上，使其具有长矩形的形状。在此下矩形沟槽的内侧壁上尚有与非水平的磁场感应层300实体相连的两连接磁阻层310以及与两连接磁阻层310相连接的对向磁阻层320，但连接磁阻层310与对向磁阻层320对于感应Z轴方向的磁场较无直接贡献，往后文中不会对其多加讨论。

导电条500是以不平行水平磁阻层400的方式设置在水平磁阻层400的上方或下方且与其电接触或实体接触，用以改变原有磁阻材料内的电流方向，使电流方向与磁阻材料的磁化方向夹一角度，藉此增加磁阻材料的感测灵敏度。在本实施例中，多个导电条500具有相同宽度、彼此的间具有相同间距、且皆与水平磁阻层400的长度延伸方向(Y方向)夹一锐角。导电条500的长度延伸方向是较佳地与水平磁阻层400的长度延伸方向(Y方向)夹45度角。由于导电条500采用导电金属材质，其电阻率远小于水平磁阻层400的磁阻材料的电阻率，因此在导电条500与水平磁阻层400实体接触的处，电流路径为电阻率较小的导电条500，然而在水平磁阻层400中(即相邻的导电条500的间)导电条500间的最短路径为电流(i)的导通方向；水平磁阻层400与导电条500构成至少一电流路径(水平磁阻层400→导电条500→导电条500间的水平磁阻层400→下一导电条500....)。基于多个导电条500的形状、尺寸、配置角度、相邻导电条500间的间距皆相同，所有相邻导电条500间的导通电流i亦沿着相同方向，与水平磁阻层400的长度延伸方向(Y方向)夹一角度θ。

在图4中，水平磁阻层400、导电条500、非水平的磁场感应层300、对向磁阻层320是位于基板100上的介电层600中，但在最终的成品中可能会有更多的介电层向上堆栈覆盖水平磁阻层400并保护其它的组件或电路。又，虽然在图4中非水平的磁场感应层300是直接接触基板100，但应了解，图中的基板100尚可包含基板与Z轴磁阻感测组件1000间的其它主动、被动组件、各式电路、掺杂区、内联线....等，而非是一般所认知的单一材料的玻璃、硅或塑料载板。本段落中关于介电层600以及基板100的叙述，同样适用于图4A、4B、5、7A、7B、gA、8B，后文便不再赘述。

再来，请参考图4A，其显示了图4中所示的横剖面的另一实施例。图4A与图4的差异在于，在图4A中导电条500’是位于水平磁阻层400的上方而非如图4中的导电条500位于水平磁阻层400的下方，且非水平的磁场感应层300’是自水平磁阻层400的第一侧向上延伸而非如非水平的磁场感应层300自水平磁阻层400的第一侧向下延伸。图4A中的水平磁阻层400与非水平的磁场感应层300’可以是位于一沟槽的底部以及侧壁，但亦可以其它制程及布局方式来加以实现。

再来，请参考图4B，其亦显示了图4中所示的横剖面的另一实施例。图4B与图4的差异在于，在图4B中因制程因素如沈积磁阻材料时在转角处膜层较薄、进行微影制程时对准偏移或蚀刻磁阻材料时过度蚀刻转角处，或者因为特殊设计考量，而使得水平磁阻层400与非水平的磁场感应层300在转角处不再实体相连。即便水平磁阻层400与非水平的磁场感应层300实体分离，但两者应彼此接近到足以互相产生磁性影响的程度，以利Z轴磁阻感测组件的功能运作。

虽然在本文中只针对图4的横剖面图提出图4A与4B的变化实施例，但应了解，图4A与4B的变化实施例可应用至本发明的所有Z轴磁阻感测组件1000’、1200、1300、1400、1500、1600的第一侧或第二侧。且图4、4A、4B中所显示的水平磁阻层400、非水平的磁场感应层300/300’、导电条500/500’、导电部510/510’(后续实施例将说明的)皆可任意组合，例如：图4A中的导电条500’/导电部510’可移至水平磁阻层400的下方；图4B中的导电条500/导电部510可位于移至水平磁阻层400的上方；图4A中的水平磁阻层400与非水平的磁场感应层300可实体分离。又，虽然在图4、4A、4B中所示的磁场感应层300/300’及水平磁阻层400具有相同的均匀厚度，但应了解，为了优化感测组件的效能，磁场感应层300/300’及水平磁阻层400可具有不同厚度或材料且磁场感应层300/300’的厚度可沿着垂直方向变化。

接着请参考图2，其显示根据本发明另一实施例的Z轴磁阻感测组件1100的立体图。Z轴磁阻感测组件1100与图1中的Z轴磁阻感测组件1000的运作原理相同，沿切线B-B’所得的横剖面亦为图4所示，水平磁阻层400与导电条500的形状、材料、位向、相对位置皆同，且电流的导通路径、方向亦相同，因此在此仅说明两实施例的不同处。在本实施例中，非水平的磁场感应层300近乎垂直基板表面，由水平磁阻层400的第一侧向下延伸，位于多个向下凹陷的下矩形沟槽的侧壁上，因此具有多个离散子部。在每一下矩形沟槽的内侧壁上具有非水平的磁场感应层300的一离散子部、与非水平的磁场感应层300的该离散子部实体相连的两连接磁阻层310以及与两连接磁阻层310相连接的对向磁阻层320，但连接磁阻层310与对向磁阻层320对于感应Z轴方向的磁场较无贡献，在后文中不会对其多加讨论。每个下矩形沟槽较佳地具有相同的大小、深度、侧壁斜度，使得磁场感应层300的每一离散子部皆具有约略相同的面积及厚度。相邻的下矩形沟槽的间较佳地具有相同的间距。本实施例中的非水平的磁场感应层300除了样貌与图1中的磁场感应层300稍有不同外，其所包含的材料(与水平磁阻层400使用相同或相异的磁阻材料)、与水平磁阻层400的连接方式(磁耦合)、作用机制(感受Z轴方向的磁场并将磁场转向(或导引)至水平磁阻层400)皆与图1相同。

接着请参考图3与3A，其分别显示根据本发明另一实施例的Z轴磁阻感测组件1200的立体图与上视图。Z轴磁阻感测组件1200主要包含水平磁阻层400、多个第一侧的非水平的磁场感应层300(后续简称为磁场感应层300)、多个第二侧的非水平的磁场感应层350(后续简称为磁场感应层350)、多个第一侧导电部510、以及多个第二侧导电部520。水平磁阻层400的形状、材料、位向与图1中的水平磁阻层400相同，在此便不赘述。

本实施例中的第一侧磁场感应层300与图2中的非水平的磁场感应层300类似，近乎垂直于基板表面，由水平磁阻层400的第一侧向下延伸而与水平磁阻层400磁耦合，具有多个离散子部且每一子部皆位于向下凹陷的下矩形沟槽的侧壁上。类似地，在每一下矩形沟槽的内侧壁上具有磁场感应层300的一离散子部、与磁场感应层300的该离散子部实体相连的两连接磁阻层310以及与两连接磁阻层310相连接的对向磁阻层320。在本实施例中，Z轴磁阻感测组件1200更具有非水平的磁场感应层350。类似于磁场感应层300，磁场感应层350近乎垂直于基板表面，由水平磁阻层400的第二侧向下延伸而与水平磁阻层400磁耦合，具有多个离散子部且每一子部皆位于向下凹陷的下矩形沟槽的侧壁上。类似地，在每一下矩形沟槽的内侧壁上具有磁场感应层350的一离散子部、与磁场感应层350的该离散子部实体相连的两连接磁阻层360以及与两连接磁阻层360相连接的对向磁阻层370。

与图2相较，在图3中磁场感应层300的相邻子部之间的距离较远，磁场感应层350的相邻子部之间的距离也较远，且磁场感应层300的子部与磁场感应层350的子部沿着水平磁阻层400的长度延伸方向(Y方向)以交错方式配置，磁场感应层300的子部与磁场感应层350的子部可部分交迭或完全不交迭。较佳地，每个第一侧/第二侧的下矩形沟槽较佳地具有相同的大小、深度、侧壁斜度，使得磁场感应层300/350的每一离散子部皆具有约略相同的面积及厚度。相邻的第一侧/第二侧下矩形沟槽之间较佳地具有相同的间距。

多个第一侧导电部510自该水平磁阻层400的第一侧朝向该第二侧延伸，可延伸远至第二侧；多个第二侧导电部520自该水平磁阻层400的第二侧朝向该第一侧延伸，可延伸远至第一侧。第一侧导电部510与第二侧导电部520的形状可相同或不同(在此例中为相同)并可为任意形状(在此例中为梯形)。但一般而言，第一侧导电部510具有相同的形状、大小且相邻的第一侧导电部510间具有相同间距，第二侧导电部520具有相同的形状、大小且相邻的第二侧导电部520间具有相同间距，第一侧导电部510与第二侧导电部520沿着水平磁阻层400的长度延伸方向(Y方向)以交错方式配置。较佳地，第一侧导电部510与第二侧导电部520皆具有相同的形状、大小，且相邻的第一侧导电部510与第二侧导电部520的相望邻边彼此平行(在此例中为第一侧导电部510的腰部与相邻第二侧导电部520的相望腰部彼此平行)。由于第一侧导电部510与第二侧导电部520采用导电金属材质，其电阻率远小于水平磁阻层400的磁阻材料的电阻率，因此在第一侧导电部510/第二侧导电部520与水平磁阻层400实体接触之处，电流路径为电阻率较小的第一侧导电部510与第二侧导电部520，然而在水平磁阻层400中(即相邻的第一侧导电部510与第二侧导电部520之间)第一侧导电部510与第二侧导电部520间的最短路径为电流(I/I’)的导通方向。当在水平磁阻层400中电流自第二侧导电部520流向第一侧导电部510时，电流I与水平磁阻层400的长度延伸方向(Y方向)间具有夹角+ω。当在水平磁阻层400中电流自第一侧导电部510流向第二侧导电部520时，电流I’与水平磁阻层400的长度延伸方向(Y方向)间具有夹角-ω。ω的数值相同，其大小取决于梯形的腰部的斜度，但+ω为顺时针方向而-ω为逆时针方向。水平磁阻层400与第一侧导电部510/第二侧导电部520构成至少一电流路径(水平磁阻层400→第一侧导电部510→第一侧导电部510与第二侧导电部520间的水平磁阻层400→第二侧导电部520→第二侧导电部520与第一侧导电部510间的水平磁阻层400....)。

现参考图3A，皆自水平磁阻层400的第一侧延伸的磁场感应层300的多个子部以及多个第一侧导电部510之间，除了水平磁阻层400长度不允许的特例情况外，每一磁场感应层300的子部皆对应至一第一侧导电部510且两者在第一侧上部分交迭，交迭的长度较佳地为磁场感应层300的子部的长度的一半及/或第一侧导电部510的底边(在此例中为梯形的底边)的长度的一半。相同的原则适用于自水平磁阻层400的第二侧延伸的磁场感应层350的多个子部以及多个第二侧导电部520(两者间的对应与在第二侧上的交迭关是)。

由于在图3中沿着切线D-D’所获得的横剖面是如图4所示，而先前已对图4进行了详细的说明，在此便不赘述。在图3中沿着切线C-C’所获得的横剖面是如图5所示，与图4不同的是，下矩形沟槽是位于水平磁阻层400的第二侧，因此磁场感应层350与对向磁阻层370是位于水平磁阻层400的第二侧。针对图4所提及的所有变化皆适用于图5，在此便不多做举例或说明。

现参考图6、7A与7B，其分别显示根据本发明更另一实施例的Z轴磁阻感测组件1300的立体图、沿着E-E’与F-F’切线的横剖面图。Z轴磁阻感测组件1300与图3中的Z轴磁阻感测组件1200的运作原理相同，水平磁阻层400、第一侧导电部510与第二侧导电部520、第一侧磁场感应层300与第二侧磁场感应层350的形状、材料、位向、相对位置皆同，且电流的导通路径、方向亦相同，因此在此仅说明两实施例的不同处。在本实施例中，Z轴磁阻感测组件1300除了Z轴磁阻感测组件1200的所有部件外，还包含多个第一磁通量集中结构710与多个第二磁通量集中结构720。多个第一磁通量集中结构710自水平磁阻层400的第一侧向上延伸并与水平磁阻层400磁耦合，且沿着水平磁阻层400的长度延伸方向(Y方向)与该第一侧磁场感应层300的该多个离散子部交替配置。多个第二磁通量集中结构720自水平磁阻层400的该第二侧向上延伸并与该水平磁阻层400磁耦合，且沿着水平磁阻层400的长度延伸方向(Y方向)与第二侧磁场感应层350的该多个离散子部交替配置。从图6、7A与7B中可见，第一磁通量集中结构710与第二磁通量集中结构720具有大小相同的方块的形式且较佳地位于水平磁阻层400的两侧上方(非正上方)，以有效地集中/导引通过水平磁阻层400的磁通量。然而，只要第一磁通量集中结构710与第二磁通量集中结构720采用磁性材料或磁阻材料，其可因应不同Z轴磁阻感测组件的设计及/或需求而采用其它形状的块材结构或具有其它形式。例如，如图8A与8B中所示，以第一侧上方的矩形沟槽以及沟槽内侧壁上的磁性材料740/750(平行于纸面的磁性材料未被显示)来取代第一磁通量集中结构710，并以第二侧上方的矩形沟槽以及沟槽内侧壁上的磁性材料760/770(平行于纸面的磁性材料未被显示)来取代第二磁通量集中结构720。740为第一侧的非水平的磁场导引层而760为第二侧的非水平的磁场导引层，两者具有导引磁通量的功能亦兼具有磁场感应层的功能。是以当磁性材料740/750与磁性材料760/770被用作为磁场感应层时，将其称为第三磁场感应层以与第一侧磁场感应层300与第二侧磁场感应层350有所区别。由于图7A、7B、8A、8B的其它部件皆与图4、5相同，在此便不赘述。

又，图7A、7B、8A、8B中的磁通量集中结构(在此泛指710、720、740+750、760+770的任一者或其任意组合)可应用至本发明的所有Z轴磁阻感测组件1000、1000’、1200、1300、1400、1500、1600的第一侧及/或第二侧。例如，针对Z轴磁阻感测组件1000，可在水平磁阻层400的第二侧上方加上如图7B中所示的长条块状第二磁通量集中结构720，或者加上如图8B中所示的长矩形沟槽及沟槽内侧壁上的磁性层。例如，针对Z轴磁阻感测组件1100，可在水平磁阻层400的第二侧上方加上多个如图7B中所示的离散、方块状的第二磁通量集中结构720，或者加上多个如图8B中所示的矩形沟槽及沟槽内侧壁上的磁性层。

现参考图9A-9C，其显示根据本发明其它实施例的Z轴磁阻感测组件的平面图。在详细说明过图3的Z轴磁阻感测组件1200后，应不难理解，图3的说明可作为了解图9A-9C的实施例的基础，因此相同之处便不重复说明。图9A中的Z轴磁阻感测组件1400与Z轴磁阻感测组件1200的差异在于，图3中的第一侧导电部510与第二侧导电部520皆为梯形且自水平磁阻层400的一侧朝向另一侧延伸但未达另一侧，但图9A中的第一侧导电部510与第二侧导电部520皆为等腰三角形或正三角形(取决于水平磁阻层400的宽度)且自水平磁阻层400的一侧朝向另一侧延伸并到达另一侧。由于水平磁阻层400、第一侧磁场感应层300、第二侧磁场感应层350的配置皆与图3相同，在此便不赘述。

图9B中的Z轴磁阻感测组件1500与Z轴磁阻感测组件1200的差异有数点。首先，图3中水平磁阻层400第一侧处的多个凹陷矩形沟槽、第二侧处的多个凹陷矩形沟槽皆较为分散，导致第一侧磁场感应层300的相邻子部间的间距较大、第二侧磁场感应层350的相邻子部间的间距也较大，但图9B中两侧处的多个凹陷矩形沟槽皆较为密集，造成第一侧磁场感应层300的相邻子部间的间距较小、第二侧磁场感应层350的相邻子部间的间距也较小、磁场感应层300与磁场感应层350虽沿着水平磁阻层400的长度延伸方向(Y方向)交错配置但两者的交迭范围较大。再者，图3中的第一侧导电部510与第二侧导电部520皆为梯形、两者皆自水平磁阻层400的一侧朝向另一侧延伸超过水平磁阻层400的一半宽度、且两者沿着水平磁阻层400的长度延伸方向(Y方向)交错配置，但图9B中的第一侧导电部510与第二侧导电部520皆为较小的平行四边形、两者皆自水平磁阻层400的一侧朝向另一侧延伸未超过水平磁阻层400的一半宽度、且两者沿着水平磁阻层400的长度延伸方向(Y方向)以对称方式配置。

由于上述的差异，当Z轴磁阻感测组件1500运作时，电流不再是从第一侧导电部510流向第二侧导电部520或从第二侧导电部520流向第一侧导电部510。由于第一侧导电部510与第二侧导电部520间过大的距离加上在此间距处的磁阻材料的高电阻率，因此在第一侧导电部510与水平磁阻层400实体接触的处，电流路径为电阻率较小的第一侧导电部510，然而在水平磁阻层400中(即相邻的第一侧导电部510之间)相邻第一侧导电部510间的最短路径为电流(I’)的导通方向；水平磁阻层400与第一侧导电部510构成至少一电流路径(水平磁阻层400→第一侧导电部510→第一侧导电部510间的水平磁阻层400→下一第一侧导电部510....)。同理，在相邻的第二侧导电部520间的水平磁阻层400中，相邻第二侧导电部520间的最短路径为电流(I)的导通方向；水平磁阻层400与第二侧导电部520构成至少一电流路径(水平磁阻层400→第二侧导电部520→第二侧导电部520间的水平磁阻层400→下一第二侧导电部520....)。当第一侧导电部510与第二侧导电部520的形状、大小、配置间距皆相同时，电流I的导通方向与水平磁阻层400的长度延伸方向(Y方向)间的夹角会等于电流I’的导通方向与水平磁阻层400的长度延伸方向(Y方向)间的夹角。夹角的数值取决于平行四边形的对边的斜度。

图9C中的Z轴磁阻感测组件1600与Z轴磁阻感测组件1200的差异有数点。图3中的第一侧导电部510与第二侧导电部520皆为梯形且电流是自一侧导电部的腰部流向相邻另一侧导电部的腰部，且每一导电部510/520是与对应的磁场感应层300/350部分交迭。但在图9C中，第一侧导电部510与第二侧导电部520皆为斜置长条形且电流是自一侧导电部的指向前端流向相邻另一侧导电部的根部末端，且每一导电部510/520是与对应的磁场感应层300/350完全交迭。当第一侧导电部510与第二侧导电部520的形状、大小、配置间距皆相同时，电流I的导通方向与水平磁阻层400的长度延伸方向(Y方向)间的夹角会等于电流I’的导通方向与水平磁阻层400的长度延伸方向(Y方向)间的夹角。夹角的数值取决于导电部斜置的角度。

在前面的众多实施例中，由于在Z轴磁阻感测组件1000与1100中相邻导电部500间的电流i的导通方向皆依循着单一方向，因此Z轴磁阻感测组件1000与1100不只会对Z轴方向的磁场产生输出变化，其也会对X轴方向的磁场产生输出变化，所以必须以电路设计的方式组合不同位向的Z轴磁阻感测组件1000/1100或增加额外的电路来构成Z轴磁阻传感器，使得此Z轴磁阻传感器只会对Z轴方向的磁场产生输出变化但却不受X轴方向的磁场的影响。

由于在Z轴磁阻感测组件1200、1300、1400、1500、1600中，相邻导电部(除了1500外，皆为第一侧导电部与第二侧导电路；但在1500的情况下，相邻的第一侧导电部及相邻的第二侧导电路)间的电流分为两个导通方向(I与I’)，且这两个电流的导通方向对称于水平磁阻层400的长度延伸方向，因此当外在对此些Z轴磁阻感测组件加诸X轴方向的磁场时，磁通量是从水平磁阻层400的一侧指向另一侧，两个方向的电流所构成的影响互相抵消，使得Z轴磁阻感测组件的输出变化趋近为零。当外在对此些Z轴磁阻感测组件加诸Z轴方向的磁场时，磁通量具有两个方向(从水平磁阻层400的第一侧指向第二侧者以及从水平磁阻层400的第二侧指向第一侧者)，两个方向的磁通量以及两个方向的电流相互搭配之下，使得Z轴磁阻感测组件的输出产生变化。故Z轴磁阻感测组件1200、1300、1400、1500、1600可单独使用便达到感测Z轴磁场的效果。

现参考图10A-10B，其显示根据本发明实施例的Z轴磁阻传感器，此装置包含由本发明实施例的Z轴磁阻感测组件所组成的电桥配置。

图10A的Z轴磁阻传感器具有惠斯通电桥结构，此电桥结构具有四只电阻臂(右上电阻臂、右下电阻臂、左上电阻臂、左下电阻臂)，每一电阻臂的最小单位为一个Z轴磁阻感测组件1400。虽然在图中每一电阻臂只包含一个Z轴磁阻感测组件1400，但每一电阻臂亦可由多个Z轴磁阻感测部1400以内联线串联构成。又，电阻臂中的Z轴磁阻感测组件1400可被替换为1200、1300、1500、1600中的任一者或其变化型而无损于此电桥结构的运作。右上电阻臂的上端藉由内联线连接至工作电压Vcc，右上电阻臂的下端藉由内联线和右下电阻臂的上端电连接而将两臂之间的电位定义为第二电压V2。右下电阻臂的下端藉由内联线接地。左上电阻臂的上端藉由内联线连接至工作电压Vcc，左上电阻臂的下端藉由内联线和左下电阻臂的上端电连接而将两臂之间的电位定义为第一电压V1。左下电阻臂的下端藉由内联线接地。在使用电桥结构前可选择性地将利用一设定/重设定(SET/RESET)电路使四只电阻臂中的水平磁阻层400的磁化方向调整到设定的方位(在本例中为方向M，即Y方向)。当电桥结构中的磁场感应层300/350感受到Z轴方向的磁场时，电桥结构中的电阻臂的电阻值产生变化以回应此影响磁场的影响，导致第一电压V1与第二电压V2间的压差变化。

图10B的Z轴磁阻传感器亦具有惠斯通电桥结构，但不同于图10A中的电桥结构使用四个完全相同的Z轴磁阻感测组件，图10B中的电桥结构使用了一对Z轴磁阻感测组件1000以及一对Z轴磁阻感测组件1000’，以抵消X轴方向的磁场对其影响。Z轴磁阻感测组件1000与1000’的差异在于，组件1000的磁场感应层300是位于水平磁阻层400的第一侧但组件1000’的磁场感应层却是位于水平磁阻层400的第二侧。然而，为了达到惠斯通电桥运作的目的，可适当调整图10B中磁场感应层300的位向(位于左侧或右侧)或导电条的延伸方向(左上右下或左下右上)。由于图10B的电桥结构类似于图10A的电桥结构(各臂的连接关系)，在此便不再赘述。

下面的表1与表2将以表列的方式呈现出，当图10A与10B中的电桥结构受到+X方向(定义为由水平磁阻层400的第二侧指向第一侧的方向，同理，-X方向被定义为由水平磁阻层400的第一侧指向第二侧的方向)及+Z方向(定义为由基板表面指向水平磁阻层400的方向，同理，-Z方向被定义为由水平磁阻层400指向基板表面的方向)的磁场时，电桥结构中的左上臂、左下臂、右上臂、右下臂的状态。

表1：外加+X方向的磁场时图10A与10B中的电桥结构的各臂反应与输出

表2：外加+Z方向的磁场时图10A与10B中的电桥结构的各臂反应与输出

虽然在表1与表2中未呈现出绝对的数值变化，但值得一提的是，当受到相同的+Z方向外加磁场时，10A的电桥结构的电压输出变化大于10B的电桥结构的电压输出变化。这意味着10A的电桥结构比10B的电桥结构更灵敏。

虽然图10A与10B显示了根据本发明实施例的磁传感器，但应了解，磁阻感测组件是为能侦测磁场变化的组件，其不一定要采用惠斯通电桥结构。又，本发明具有不平行于基板表面的磁场感应层，只要其可以感应垂直于基板表面的Z轴磁场，其形状不限定为薄板形，其可以是任何立体结构的直立部分如圆筒或方形沟槽的部分侧壁，若其与可感应平行于基板表面的X/Y轴磁场的磁阻感测组件整合在同一芯片中，可大幅减少封装难度及传感器成品的体积。

上述实施例仅是为了方便说明而举例，虽遭所属技术领域的技术人员任意进行修改，均不会脱离如权利要求书中所欲保护的范围。

Claims (30)

1.一种磁阻感测组件，其特征在于，包含：

一长形的水平磁阻层，位于一基板的表面上方，沿着其长度延伸方向具有第一侧以及与该第一侧相对的第二侧；

多个导电部，在该水平磁阻层的上方或下方与其电耦合，该长形的水平磁阻层与该多个导电部构成至少一电流路径；

一第一磁场感应层，不平行于该基板表面，在该水平磁阻层的该第一侧处与该水平磁阻层磁耦合。

2.如权利要求1所述的磁阻感测组件，其特征在于，该水平磁阻层与该第一磁场感应层包含异向性磁阻材料。

3.如权利要求1所述的磁阻感测组件，其特征在于，该水平磁阻层与该第一磁场感应层的电阻值会随外在磁场变化而改变，其包含铁磁材料、反铁磁材料、非铁磁性金属材料、穿隧氧化物材料的其中任一或其组合。

4.如权利要求1所述的磁阻感测组件，其特征在于，该多个导电部包含多个长形导电条，该多个长形导电条的长度延伸方向皆与该水平磁阻层的长度延伸方向夹一相等的锐角。

5.如权利要求1所述的磁阻感测组件，其特征在于，该第一磁场感应层是自该水平磁阻层的该第一侧向上或向下延伸。

6.如权利要求1所述的磁阻感测组件，其特征在于，该第一磁场感应层可为长条形或包含多个离散子部。

7.如权利要求1所述的磁阻感测组件，其特征在于，该多个导电部包含自该水平磁阻层的该第一侧朝向该第二侧延伸的多个第一侧导电部以及自该水平磁阻层的该第二侧朝向该第一侧延伸的多个第二侧导电部。

8.如权利要求1所述的磁阻感测组件，其特征在于，第二磁场感应层，自该水平磁阻层的该第二侧向上或向下延伸，并与该水平磁阻层磁耦合。

9.如权利要求7所述的磁阻感测组件，其特征在于，还包含：该第一磁场感应层位于该水平磁阻层的该第一侧，且包含多个离散子部，该多个离散子部的每一个皆由该水平磁阻层的该第一侧向上或向下延伸；不平行于该基板表面的第二磁场感应层，位于该水平磁阻层的该第二侧处与该水平磁阻层磁耦合，该第二磁场感应层且包含多个离散子部，该多个离散子部的每一个皆由该水平磁阻层的该第二侧向上或向下延伸。

10.如权利要求9所述的磁阻感测组件，其特征在于，该第一磁场感应层的该多个离散子部与该第二磁场感应层的该多个离散子部是沿着该水平磁阻层的长度延伸方向以交错方式配置。

11.如权利要求1所述的磁阻感测组件，其特征在于，第三磁场感应层，不平行于该基板表面，位于该水平磁阻层的上方与该水平磁阻层磁耦合。

12.如权利要求9所述的磁阻感测组件，其特征在于，该第一磁场感应层的该多个离散子部与对应的该多个第一侧导电部在第一侧上至少部分交迭，且该第二磁场感应层的该多个离散子部与对应的该多个第二侧导电部在第二侧上至少部分交迭。

13.如权利要求9所述的磁阻感测组件，其特征在于，该多个的第一侧导电部与该多个的第二侧导电部是沿着该水平磁阻层的长度延伸方向以交错或对称方式配置。

14.如权利要求1所述的磁阻感测组件，其特征在于，至少一第一磁通量集中结构。

15.如权利要求1所述的磁阻感测组件，其特征在于，还包含至少一第一磁通量集中结构且该第一磁场感应层还包含多个离散子部，该至少一第一磁通量集中结构，沿着该水平磁阻层的长度延伸方向与该第一磁场感应层的该至少一离散子部交替配置，且该至少一第一磁通量集中结构自该水平磁阻层的该第一侧处向上延伸并与该水平磁阻层磁耦合。

16.如权利要求14所述的磁阻感测组件，其特征在于，该至少一第一磁通量集中结构可为沟槽侧壁上的磁性层的形式或具有大块磁性块材的形式。

17.如权利要求7所述的磁阻感测组件，其特征在于，在该水平磁阻层中由该第一侧导电部流向相邻该第二侧导电部的电流具有第一导通方向，且由该第二侧导电部流向相邻该第一侧导电部的电流具有第二导通方向，该第一导通方向不平行于该第二导通方向。

18.如权利要求17所述的磁阻感测组件，其特征在于，该第一导通方向与该水平磁阻层的长度延伸方向之间的锐夹角等于该第二导通方向与该水平磁阻层的长度延伸方向之间的锐夹角。

19.如权利要求7所述的磁阻感测组件，其特征在于，在该水平磁阻层中由该第一侧导电部流向相邻该第一侧导电部的电流具有第一导通方向且由该第二侧导电部流向相邻该第二侧导电部的电流具有第二导通方向，该第一导通方向不平行于该第二导通方向。

20.如权利要求19所述的磁阻感测组件，其特征在于，该第一方向与该水平磁阻层的长度延伸方向之间的锐夹角等于该第二方向与该水平磁阻层的长度延伸方向之间的锐夹角。

21.一种磁阻传感器，其特征在于，包含一惠斯通电桥的配置，此惠斯通电桥具有四只电阻臂，每一只该电阻臂包含如权利要求1所述的磁阻感测组件。

22.如权利要求21所述的磁阻传感器，其特征在于，该磁阻感测组件的该多个导电部具有自该水平磁阻层的该第一侧朝向该第二侧延伸的多个第一侧导电部与自该水平磁阻层的该第二侧朝向该第一侧延伸的多个第二侧导电部。

23.如权利要求22所述的磁阻传感器，其特征在于，还包含：第一磁场感应层，其位于该水平磁阻层的该第一侧且与该水平磁阻层磁耦合，该第一磁场感应层包含多个离散子部，该多个离散子部的每一个皆由该水平磁阻层的该第一侧向上或向下延伸；第二磁场感应层，其位于该水平磁阻层的该第二侧处且与该水平磁阻层磁耦合，该第二磁场感应层包含多个离散子部，该多个离散子部的每一个皆由该水平磁阻层的该第二侧向上或向下延伸。

24.如权利要求23所述的磁阻传感器，其特征在于，该第一磁场感应层具有多个离散子部且该第二磁场感应层具有多个离散子部，该第一磁场感应层的多个离散子部与该第二磁场感应层的多个离散子部是沿着该水平磁阻层的长度延伸方向以交错或对称方式配置。

25.如权利要求22所述的磁阻传感器，该多个第一侧导电部与该多个第二侧导电部是沿着该水平磁阻层的长度延伸方向以交错方式或对称方式配置。

26.如权利要求21所述的磁阻传感器，其特征在于，两只该电阻臂包含相同的第一磁阻感测组件而剩下的两只电阻臂包含相同的第二磁阻感测组件。

27.如权利要求26所述的磁阻传感器，其特征在于，该第一磁阻感测组件与该第二磁阻感测组件的该多个导电部包含多个长形导电条，所有此多个长形导电条的长度延伸方向与该水平磁阻层的长度延伸方向夹一锐角。

28.如权利要求27所述的磁阻传感器，其特征在于，该第一磁阻感测组件的该第一磁场感应层在该水平磁阻层的该第一侧处与该水平磁阻层磁耦合，但该第二磁阻感测组件的该第一磁场感应层在该水平磁阻层的该第二侧处与该水平磁阻层磁耦合。

29.如权利要求22所述的磁阻传感器，其特征在于，当外加磁场的方向平行于该基板表面时，此磁阻传感器的输出不变。

30.如权利要求22所述的磁阻传感器，其特征在于，当外加磁场的方向垂直于该基板表面时，此磁阻传感器的输出改变。