CN103116142A - 磁传感器 - Google Patents

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张刚硕
赖孟煌
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AISHENG TECHNOLOGY Co Ltd
Isentek Inc
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Abstract

本发明的磁传感器具有第一磁力检测组件、第二磁力检测组件以及第三磁力检测组件，其中该第一磁力检测组件和该第二磁力检测组件用以检测X轴及Y轴方向的磁场，该第三磁力检测组件为一霍尔组件，用以检测Z轴方向的磁场，该第一磁力检测组件和该第二磁力检测组件配置成90度的方向。

Description

磁传感器
技术领域
本发明是有关于一种磁传感器，且特别是有关于一种混合式的磁传感器。
背景技术
磁传感器主要用于感测地球磁场，借以寻找方向或进行导航。因此，磁传感器会被使用在许多领域中作为主要的导航构件，例如：全球定位系统和电子罗盘等系统中。
现代消费性电子产品设计均已朝向将数个不同功能的装置合并至一单一电子产品内，其中，全球定位系统或电子罗盘由于具有寻路以及导航的功能，因此经常被并入电子产品作为附加功能之一。然而，在不增加电子产品总体积，甚至要求降低电子产品整体体积的前题下，尽量减小并入组件的体积即成为解决方法之一。换言之，对于具有导航功能的电子产品，降低其中主要导航构件的磁传感器体积，即成为首要目标。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种混合式磁传感器，其可大幅降低磁传感器的体积及降低成本。
本发明的一方面在提供一种磁传感器(Magnetic Sensor)，至少包含：一第一磁力检测组件；一第二磁力检测组件；以及一第三磁力检测组件，其中该第一磁力检测组件和该第二磁力检测组件用以检测X轴及Y轴方向的磁场，该第三磁力检测组件为一霍尔组件，用以检测Z轴方向的磁场，该第一磁力检测组件和该第二磁力检测组件配置成90度的方向。
在一实施例中，第一磁力检测组件和该第二磁力检测组件为使用磁阻效应的磁力检测组件。
在一实施例中，还包括一基板，其中该第一磁力检测组件、该第二磁力检测组件和该第三磁力检测组件配置于该基板上。
在一实施例中，还包括一基板，其中该第一磁力检测组件和该第二磁力检测组件配置于该基板的两侧边，该第三磁力检测组件配置于该基板上。
在一实施例中，该第三磁力检测元不会凸出于该基板的表面。
在一实施例中，该基板更形成有一检测电路，该第一磁力检测组件和该第二磁力检测组件是以打线接合的方式与该检测电路电性连接。
本发明的另一方面在提供，一种磁传感器，至少包含：一基板，具有一检测电路；一第一磁力检测组件；一第二磁力检测组件；以及一第三磁力检测组件，配置于该基板内，且不凸出于该基板的表面，其中该第一磁力检测组件、该第二磁力检测组件和该第三磁力检测组件分别与该检测电路电性连接，其中该第一磁力检测组件和该第二磁力检测组件用以检测X轴及Y轴方向的磁场，该第三磁力检测组件为一霍尔组件，用以检测Z轴方向的磁场，该第一磁力检测组件和该第二磁力检测组件配置成90度的方向。
在一实施例中，该第一磁力检测组件、该第二磁力检测组件和该第三磁力检测组件配置于该基板上。
在一实施例中，其中该第一磁力检测组件和该第二磁力检测组件配置于该基板的两侧边，该第三磁力检测组件配置于该基板上。
在一实施例中，该第一磁力检测组件和该第二磁力检测组件是以打线接合的方式与该检测电路电性连接。
在一实施例中，第一磁力检测组件和该第二磁力检测组件为使用磁阻效应的磁力检测组件。
综合上述所言，本发明的混合式磁传感器，是使用磁阻效应的磁力检测组件来检测X方向与Y方向的磁场，同时使用霍尔组件来检测Z方向的磁场，由于在此架构下，各磁力检测组件均不需垂直设置于基板，甚且，霍尔组件是埋藏于基板内，因此，可大幅薄化磁传感器。
附图说明
为让本发明的上述和其它目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的说明如下：
图1所示为一使用磁阻效应的磁力检测组件的工作原理；
图2所示为一霍尔组件的工作原理；
图3所示为根据本发明一实施例的磁传感器概略图示；
图4所示为根据本发明另一实施例的磁传感器概略图示。
【主要组件符号说明】
100磁力检测组件
101感测单元
101a和101b端
102磁场
103电流
200霍尔组件
201半导体薄片
300和400磁传感器
301第一磁力检测组件
302第二磁力检测组件
303第三磁力检测组件
305基板
具体实施方式
以下为本发明较佳具体实施例以所附附图加以详细说明，下列的说明及图标使用相同的参考数字以表示相同或类似组件，并且在重复描述相同或类似组件时则予省略。
磁阻效应(Magnetoresistance Effect，MR)是指特定磁阻材料的电阻随着外加磁场的变化而改变的效应。由于上述特性，磁阻材料通常被应用在各种磁力或磁场的感测装置当中，目前以磁阻材料进行磁感测的装置，较常见的如巨磁阻(Giant Magnetoresistance，GMR)磁传感器与异向性磁阻(AnisotropicMagnetoresistance，AMR)磁传感器等。其中巨磁阻效应存在于铁磁性(如：Fe，Co，Ni)与非铁磁性(如：Cr，Cu，Ag，Au)所形成的多层膜系统。而异向性磁阻效应存在于铁磁性(如：Fe，Co，Ni)材料及其合金块材或薄膜上。
图1所示为一使用磁阻效应的磁力检测组件的工作原理。磁力检测组件100包括一感测单元101，其中是透过测量感测单元101的电阻变化来确定磁场强度。当在一个以Fe-Ni合金形成的感测单元101上，施加一磁力线方向与感测单元101上电流103方向垂直的磁场102时，感测单元101两端101a和101b的电阻就会发生变化。通过检测此电阻值的变化，即可测得磁场102的强度。依此，感测单元101可检测的磁场是与感测单元101上电流103方向垂直的磁场。因此，若感测单元101排列方向为Y方向，亦即感测单元101上电流103方向为Y方向，则可检测的磁场为一X方向磁场，反之，若感测单元101排列方向为X方向，亦即感测单元101上电流103方向为X方向，则可检测的磁场为一Y方向磁场。换言之，若要同时检测2维方向(X方向与Y方向)的磁场，仅需将两磁力检测组件100彼此垂直放置即可。也就是说，使用磁阻效应的磁力检测组件其所检测的磁场为与该磁力检测组件100同一平面的磁场。因此，若要使用磁力检测组件100来检测Z方向磁场时，磁力检测组件100势必采用垂直站立于基板上，此举并不利于封装，且不利成本。再者，垂直站立于芯片势必存在无法与水平面正交的问题，需要事后做校正。
图2所示为一霍尔组件的工作原理。霍尔效应(Hall Effect)是一种磁电效应，是指磁场作用于载流金属导体、半导体中的载流子时，产生横向电位差的物理现象。霍尔组件常采用锗、硅、砷化镓、砷化铟及锑化钢等半导体制作霍尔组件200是根据霍尔效应进行磁电转换的磁敏组件，霍尔组件200具有一个N型半导体薄片201，若在其相对两侧通以控制电流I，而在薄片垂直方向加一磁场B时，则在半导体另外两侧便会产生一个大小与电流，和磁场B的乘积成正比的电压。换言之，霍尔组件200其所检测的磁场为与该霍尔组件200垂直的磁场。因此，若要使用霍尔组件200来检测Z方向磁场时，霍尔组件200并不需垂直站立于基板上，因此，并不会造成封装上的不便。
本发明的混合式磁传感器，即是在一磁传感器中，同时使用两种不同的磁力检测组件来进行三维空间的磁场检测，借以最小化磁传感器。在一较佳实施例中，是使用一第一型式的磁力检测组件来检测X方向与Y方向的磁场，同时使用一第二型式的磁力检测组件来检测Z方向的磁场，借以薄化磁传感器，其中该第一型式的磁力检测组件例如为一使用磁阻效应的磁力检测组件，而该第二型式的磁力检测组件例如为一霍尔组件。以下将以两实施例说明本发明的磁感器配置，然本发明的应用并不限于下述的实施例中。
图3所示为根据本发明一实施例的磁传感器概略图示，本发明的磁传感器300具有两第一型式的第一磁力检测组件301和第二磁力检测组件302以及一第二型式的第三磁力检测组件303。在一实施例中，其中第一磁力检测组件301和第二磁力检测组件302为使用磁阻效应的磁力检测组件，用以检测X轴及Y轴方向的磁场，而第三磁力检测组件303为霍尔组件，用以检测Z轴方向的磁场。第一磁力检测组件301和第二磁力检测组件302配置成90度的方向形成于基板305之上，并利用打线接合的方式，与基板305上的检测电路连接。在一实施例中，第一磁力检测组件301和第二磁力检测组件302的输入/输出(I/O)焊垫(图中未绘示出)是和位于基板305上的检测电路的对应I/O焊垫(图中未绘示出)导电连接。而第三磁力检测组件303由于为一霍尔组件，因此可与基板305上的检测电路进行制程整合，并同时形成于基板305上。在一实施例中，第三磁力检测组件303是形成于基板305内，较佳的是，第三磁力检测组件303垂直延伸而不会凸出于基板305的顶部表面，使得封装更为容易。在一较佳实施例中，第三磁力检测组件303的底部可形成有检测电路的I/O焊垫(图中未绘示出)，当第三磁力检测组件303形成于基板305内时，其输入/输出(I/O)焊垫(图中未绘示出)可和检测电路的I/O焊垫电性连接。
图4所示为根据本发明另一实施例的磁传感器概略图示，本发明的磁传感器400具有两第一型式的第一磁力检测组件301和第二磁力检测组件302以及一第二型式的第三磁力检测组件303。在一实施例中，第一磁力检测组件301和第二磁力检测组件302为使用磁阻效应组件的磁力检测组件，用以检测X轴及Y轴方向的磁场，而第三磁力检测组件303为霍尔组件，用以检测Z轴方向的磁场。在本实施例中，第一磁力检测组件301和第二磁力检测组件302是配置成90度的方向形成于基板305的侧边，并利用打线接合的方式，与基板305上的检测电路连接。而第三磁力检测组件303则是与基板305上的检测电路进行制程整合，并形成于基板305内，较佳的是，第三磁力检测组件303垂直延伸而不会凸出于基板305的顶部表面，使得封装更为容易。
综合上述所言，本发明的混合式磁传感器，是使用磁阻效应的磁力检测组件来检测X方向与Y方向的磁场，同时使用霍尔组件来检测Z方向的磁场，由于在此架构下，各磁力检测组件均不需垂直设置于基板，甚且，霍尔组件是埋藏于基板内，因此，可大幅薄化磁传感器。
虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (12)

1.一种磁传感器，其特征在于，至少包含：
一第一磁力检测组件；
一第二磁力检测组件；以及
一第三磁力检测组件，其中该第一磁力检测组件和该第二磁力检测组件用以检测X轴及Y轴方向的磁场，该第三磁力检测组件为一霍尔组件，用以检测Z轴方向的磁场，该第一磁力检测组件和该第二磁力检测组件配置成90度的方向。
2.根据权利要求1所述的磁传感器，其特征在于，该第一磁力检测组件和该第二磁力检测组件为使用磁阻效应的磁力检测组件。
3.根据权利要求1所述的磁传感器，其特征在于，还包括一基板，其中该第一磁力检测组件、该第二磁力检测组件和该第三磁力检测组件配置于该基板上。
4.根据权利要求1所述的磁传感器，其特征在于，还包括一基板，其中该第一磁力检测组件和该第二磁力检测组件配置于该基板的两侧边，该第三磁力检测组件配置于该基板上。
5.根据权利要求3或4所述的磁传感器，其特征在于，该第三磁力检测组件是形成于该基板内的表面上更形成有一凹槽，且不会凸出于该基板的表面。
6.根据权利要求3或4所述的磁传感器，其特征在于，该基板还形成有一检测电路，该第一磁力检测组件和该第二磁力检测组件是以打线接合的方式与该检测电路电性连接。
7.根据权利要求6所述的磁传感器，其特征在于，该检测电路和该第三磁力检测组件可同一制程。
8.一种磁传感器，其特征在于，至少包含：
一基板，具有一检测电路；
一第一磁力检测组件；
一第二磁力检测组件；以及
一第三磁力检测组件，配置于该基板内，且不凸出于该基板的表面，
其中该第一磁力检测组件、该第二磁力检测组件和该第三磁力检测组件分别与该检测电路电性连接，其中该第一磁力检测组件和该第二磁力检测组件用以检测X轴及Y轴方向的磁场，该第三磁力检测组件为一霍尔组件，用以检测Z轴方向的磁场，该第一磁力检测组件和该第二磁力检测组件配置成90度的方向。
9.根据权利要求8所述的磁传感器，其特征在于，该第一磁力检测组件、该第二磁力检测组件和该第三磁力检测组件配置于该基板上。
10.根据权利要求8所述的磁传感器，其特征在于，该第一磁力检测组件和该第二磁力检测组件配置于该基板的两侧边，该第三磁力检测组件配置于该基板上。
11.根据权利要求8所述的磁传感器，其特征在于，该第一磁力检测组件和该第二磁力检测组件是以打线接合的方式与该检测电路电性连接。
12.根据权利要求8所述的磁传感器，其特征在于，该第一磁力检测组件和该第二磁力检测组件为使用磁阻效应的磁力检测组件。
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