CN103809135A - 整合式磁阻传感器 - Google Patents

Abstract

一种整合式磁阻传感器包含一基板、一磁阻传感元件及一内建自我测试(BIST)单元。该基板具有第一表面以及与第一表面相对的第二表面。该磁阻传感元件，位于该基板的该第一表面上方，至少包含一不平行于该第一表面的磁阻层。该内建自我测试单元是位于该基板的该第一表面上方且至少包含对应至该磁阻层的一导电部。其中该导电部是用以产生垂直该基板的该第一表面的磁场，且该导电部在该第一表面上的导电部投影与该磁阻层在该第一表面上的磁阻层投影不交迭。

Description

整合式磁阻传感器

技术领域

本发明是有关于一种整合式磁场传感器，且特别是有关于一种具有内建自我测试(Built-in-self-test，BIST)单元的整合式磁场传感器。

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。

一般而言，磁阻组件所量测的磁场变化非常小，如果没有精准的测试、设定、调校，结果会失之千里。然而，磁阻组件的微型化及复杂封装趋势将造成测试、调校上的困难，因此需要一种自我测试电路以解决此问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种整合式磁阻传感器，此装置中具有自我测试电路以满足业界要求组件微型化与高精准度的需求。

本发明提出一种整合式磁阻传感器，其包含一基板、一磁阻传感元件及一内建自我测试(BIST)单元。该基板具有第一表面以及与第一表面相对的第二表面。该磁阻传感元件，位于该基板的该第一表面上方，至少包含一不平行于该第一表面的磁阻层。该内建自我测试单元是位于该基板的该第一表面上方且至少包含对应至该磁阻层的一导电部。其中该导电部是用以产生垂直该基板的该第一表面的磁场，且该导电部在该第一表面上的导电部投影与该磁阻层在该第一表面上的磁阻层投影不交迭。

在本发明的一实施例中，该磁阻层还具有与该第一表面平行的第一延伸部或第一延伸部与第二延伸部。

在本发明的一实施例中，与该第一表面平行的该第一延伸部的长度可实质上等于或大于或小于该磁阻层的长度。

在本发明的一实施例中，该第一延伸部的上方或下方是与不平行于该第一延伸部的多个导电条接触。

在本发明的一实施例中，该第一延伸部距离该第一表面较近而该第二延伸部距离该第一表面较远。

在本发明的一实施例中，该磁阻层与该导电部可构成一组磁阻感测胞，组合多组感测胞以构成一感测数组，此感测数组中的多个导电部是以并联方式电连接。

在本发明的一实施例中，组合不同位向的多组磁阻感测胞构成一感测数组，此感测数组中的多个导电部是以串联方式电连接。

在本发明的一实施例中，该磁阻传感元件具有一惠斯顿电桥的型态，此惠斯顿电桥具有四只电阻臂。

在本发明的一实施例中，该内建自我测试单元具有四个U形子部，这四个U形子部分别位于该四只电阻臂的外围。

本发明具有不平行于第一表面的磁阻层，只要其可以感应垂直于第一表面的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第一表面的X/Y轴磁场的磁阻传感元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。

附图说明

图1显示根据本发明一实施例的Z轴磁阻传感元件的一磁阻层的立体图。

图1A显示根据本发明一实施例的Z轴磁阻感测胞的概图。

图1B显示根据本发明另一实施例的Z轴磁阻感测胞概图。

图1C显示根据本发明更另一实施例的Z轴磁阻感测胞概图。

图2显示根据本发明一实施例的Z轴磁阻感测胞的细部图。

图2A显示图2中的Z轴磁阻感测胞之磁阻感测部的上视图。

图2B显示根据本发明一实施例的Z轴磁阻感测胞的横剖面图。

图2C显示根据本发明另一实施例的Z轴磁阻感测胞的横剖面图。

图2D显示根据本发明更另一实施例的Z轴磁阻感测胞的横剖面图。

图3显示根据本发明一实施例的Z轴磁阻感测数组，其中内建自我测试单元的导电部是以并联的方式电连接。

图4显示根据本发明另一实施例的Z轴磁阻感测数组，其中内建自我测试单元的导电部是以串联的方式电连接。

图5显示根据本发明一实施例的整合式磁传感器的电路型态，此整合式磁传感器包含了具有惠斯顿电桥结构的磁阻传感元件以及一内建自我测试单元。

图6显示根据本发明另一实施例的Z轴磁阻感测胞的细部图。

图6A显示图6中的磁阻感测胞之Z轴磁阻感测部的上视图。

图6a显示将多个Z轴磁阻感测部800”借由磁阻层300串接在一起所构成的Z轴磁阻感测部800”’。

图6B显示根据本发明一实施例的Z轴磁阻感测胞的横剖面图。

图6C显示根据本发明另一实施例的Z轴磁阻感测胞的横剖面图。

图6D显示根据本发明更另一实施例的Z轴磁阻感测胞的横剖面图。

图7显示根据本发明另一实施例的整合式磁传感器的电路型态，此整合式磁传感器包含了具有惠斯顿电桥结构的磁阻传感元件以及一内建自我测试单元。

图8显示根据本发明另一实施例的整合式磁传感器的电路型态，此整合式磁传感器包含了具有惠斯顿电桥结构的磁阻传感元件以及一内建自我测试单元。

图9显示根据本发明更另一实施例的整合式磁传感器的电路型态，此整合式磁传感器包含了具有惠斯顿电桥结构的磁阻传感元件以及一内建自我测试单元。

具体实施方式

本发明在此所探讨的是一种整合式磁阻传感器，特别针对感测Z轴方向的磁场用的磁阻传感元件及其内建自我测试单元，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传感元件；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，举凡本说明书中所述的组件、组件子部、结构、材料、型态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、组件于部、结构、材料、型态等作些许的更动与润饰，且此些更动与润饰当落在本发明的权利要求内。

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之；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之。

在本说明书中，“磁阻层”或“磁阻层的(第一或第二)延伸部”或“磁阻材料”是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(anisotropic magnetoresistance，AMR)、巨磁阻(giantmagnetoresistance，GMR)及穿隧磁阻(tunneling magnetoresistance，TMR)、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。“磁阻层”或“磁阻层的(第一或第二)延伸部”或“磁阻材料”较佳地意指异向性磁阻(anisotropic magnetoresistance，AMR)，尤其是坡莫合金(permalloy)。在本说明书中，“导体”或“导体条”或“导电部”或“内连线”是指具有导电能力之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，“胞”或“数组”或“单元”或“子部”是用以表达本文中所欲说明的特定型态方式或分类或阶层关系，不一定与单数或多数相关。

请参考图1与图1A-1C，图1显示根据本发明一实施例的Z轴磁阻传感元件的一磁阻层的立体图，而图1A-1C显示根据本发明一实施例的Z轴磁阻感测胞的概图。在图1中强调磁阻层300本身的尺寸与位向，在图1A-1C中则是强调磁阻层300与周遭组件的相对关系。磁阻层300为Z轴磁阻传感元件的众多磁阻层中的一者，其位于基板100上方且具有厚度T、宽度W与长度L。在本发明的实施例中，磁阻层300的宽度W与长度L是大于厚度T，但长度L不一定大于宽度W其亦可能等于宽度W。磁阻层300的特征在于其宽度W的方向是不平行于该基板100的第一表面101。磁阻层300的宽度W的方向是较佳地垂直基板100的第一表面101，但由于制程的偏差或基于设计的需要，磁阻层300的宽度W的方向和基板100的第一表面101之间亦可为一钝角或锐角。导电部200为内建自我测试单元的一部分，其对应至磁阻层300并位于磁阻层300的外围，用以导通电流而产生垂直于基板100的第一表面101的磁场分量(后续将垂直于第一表面101的磁场分量称为磁场的Z方向分量)。在图1A-1C中，电流是以流出纸面的方向在导电部200中流动以产生一逆时钟方向的磁场，此磁场的Z方向分量会被位于导电部200附近的磁阻层300感受到，因而改变磁阻层300的电阻，造成输出讯号的变化。图1A-1C的差异在于，在图1A中磁阻层300是略高于导电部200(位于导电部200上方)，在图1B中磁阻层300是实质上与导电部200共位准(same level)，在图1C中磁阻层300是略低于导电部200(位于导电部200下方)。但是应注意，磁阻层300应尽量避免位于导电部200的正下方或正上方，否则感受到的磁场的Z方向分量将趋近为零(因为在导电部200的正下方处磁场无Z方向的分量)。虽然在图1A-1C中磁阻层300是呈薄板形而导电部200是呈长条状且两者的长度相似，但磁阻层300与导电部200的形状、相对截面积、相对长度并不限于图中所示，例如导电部200的长度可远大于磁阻层300的长度以作用在其它磁阻层上或用来作为内连线之用。又，“共位准”并非意味着宽度相同且共同平面，而是指在垂直第一表面101的方向上(即宽度方向上)宽度较小者的上缘不高于宽度较大者的上缘且宽度较小者的下缘不低于宽度较大者的下缘。虽然在图中未显示，但磁阻层300与导电部200是位于介电材料中并被介电材料所围绕以彼此电绝缘。

接着，请参考图2与2A，图2显示根据本发明一实施例的Z轴磁阻感测胞1000的细部图，图2A显示图2中的磁阻感测胞1000的Z轴磁阻感测部800的上视图。如图2中所示，Z轴磁阻感测胞1000包含如图1A-1C所示的磁阻层300与导电部200，除此之外，Z轴磁阻感测胞1000还包含磁阻层300的第一延伸部400(此后将简称为第一延伸部400)以及与第一延伸部实体接触的导体条500(barber pole)。在本发明的一实施例中，磁阻层300、第一延伸部400、以及导体条500构成图2A中所示的Z轴磁阻感测部800。磁阻层300与第一延伸部400可以是用相同磁阻材料所形成的一体成形结构，或者其可以是用相同或不同磁阻材料分别形成但实体相接的分离结构；磁阻层300与第一表面101不平行，但第一延伸部400是实质上平行第一表面101。如前所述，磁阻层300的主要功用在于感测垂直于第一表面101的Z轴方向的磁场，在此实施例中由于磁阻层300与第一延伸部400实体接触，故磁阻层300感受到的Z轴方向的磁场可被转向(或被导引)而影响水平第一延伸部400，结果改变磁阻层300与第一延伸部400共同的电阻值。导体条500是以不平行第一延伸部400的方式设置在第一延伸部400的上方或下方且与其实体接触，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。导体条500的长度方向较佳地和第一延伸部400的长度方向夹45度角。在此实施例中，电流是以流入纸面的方向在导电部200中流动以产生一顺时钟方向的磁场，此磁场的Z方向分量会被位于导电部200附近的磁阻层300感受到，因而改变磁阻层300与第一延伸部400共同的电阻值，造成输出讯号的变化。在此实施例中，多个磁阻层300以梳齿方式间隔设置在第一延伸部400的侧边，因此磁阻层300的长度远小于第一延伸部400的长度；导电部200是对应至此些多个磁阻层300，因此导电部200的长度远大于单一磁阻层300的长度但可实质上等于第一延伸部400的长度。然而，如图2A中的Z轴磁阻感测部800’所示，此些多个的离散磁阻层300可合并为一连续的磁阻层300，仍达到相同的功能。

接着，请参考图2B-2D，图2B-2D显示根据本发明不同实施例的Z轴磁阻感测胞1000沿着切割线D-D’所取的横剖面图。在图2B-2D中，虽然导体条500是设置于第一延伸部400的下方，但其可设置在第一延伸部400的上方；虽然磁阻层300与第一延伸部400为一体成形的结构，但两者可以是实体接触的分离结构；虽然磁阻层300、导电部200、导体条500是位于基板100上的介电层600中而第一延伸部400是位于介电层600上，但在最终的成品中可能会有更多的介电层向上堆栈覆盖第一延伸部400并保护其它的组件或电路。介电层600可以是相同材料的单层结构或不同材料所构成的多层结构。在图2B中，导电部200是与Z轴磁阻感测部800实质上共位准。在图2C中，导电部202是略低于Z轴磁阻感测部800。在图2D中，导电部200结合了略低于Z轴磁阻感测部800的导电部202共同作为Z轴磁场的来源，导电部200与导电部202之间是以导电接触件201做电性连接。导电部200、导电部202与导电接触件201可以是相同或不同导电材料所形成的一体成形结构或实体相接的分离结构。虽然图例中没有画出，但运用相同的原理，导电部202亦可是略高于Z轴磁阻感测部800，并以导电接触件201与导电部200电性连接。

图3显示根据本发明一实施例的数个Z轴磁阻感测胞1000所形成的数组，其中内建自我测试单元的导电部200是以并联的方式电连接。在此实施例中，两组Z轴磁阻感测胞1000沿着平行第一表面101的方向并置，在每组Z轴磁阻感测胞1000中导电部200皆位于靠近磁阻层300的一侧，不同的导电部200间借由内连线以并联方式电连接，以致于电流在每一导体部200中的流向都相同(在此实施例中是流入纸面的方向)。在图3的数组中最左边的多余导电部200只是要表示，本数组可以具有两组以上的Z轴磁阻感测胞1000。在此实施例中应注意，第一组Z轴磁阻感测胞1000的导电部200(位于最中间的导电部200)不只是会在其左侧产生向上的Z轴磁场分量，也会在其右侧产生向下的Z轴磁场分量，左侧的Z轴磁场分量会影响位于左侧的第一组Z轴磁阻感测胞1000(同一组)中的Z轴磁阻感测部800，而右侧的Z轴磁场分量会影响位于右侧的第二组Z轴磁阻感测胞1000(不同组)的Z轴磁阻感测部800；因此，针对位于右侧的第二组Z轴磁阻感测胞1000(不同组)的Z轴磁阻感测部800而言，为了避免其右侧的向上Z轴磁场分量与其左侧的向下Z轴磁场分量相互抵消，两组Z轴磁阻感测胞1000之间应具有适当的距离，也就是，同组中Z轴磁阻感测部800与导电部200之间的距离(即同组中磁阻层300与导电部200之间的距离)要小于不同组中相邻的Z轴磁阻感测部800与导电部200(即不同组中相邻的磁阻层300与导电部200之间的距离)。

图4显示根据本发明另一实施例的Z轴磁阻感测胞1000与1000’所形成的数组，其中内建自我测试单元的导电部200是以串联的方式电连接。在图4的实施例中，Z轴磁阻感测胞1000的导电部200和磁阻层300是位于相同侧且导电部200中的电流为流入纸面的方向，但Z轴磁阻感测胞1000’的导体部200和磁阻层300是位于相反侧且导电部200中的电流为流出纸面的方向，因此当Z轴磁阻感测胞1000与1000’沿着平行第一表面101的方向并置时，两组导电部200在Z轴磁阻感测胞1000与1000’外侧借由内连线以串联方式电连接，产生的Z轴磁场分量不会有相互抵消效果。

虽然在图3与4中未显示两个Z轴磁阻感测部800间没有任何的电连接，但这只是为了简化图面所做的省略，不同的Z轴磁阻感测部800间通常可透过任何方式在附近或远程作电连接。又，图3与4中的内连线也可以是导电部200的延伸部分所构成，使得多个导电部200构成一体成形的结构。

图5显示根据本发明一实施例的整合式磁传感器的电路型态，此整合式磁传感器包含了具有惠斯顿电桥结构的磁阻传感元件以及一内建自我测试单元。本实施例中的惠斯顿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)，每一电阻臂由多个Z轴磁阻感测部800以内连线串联构成，在此以两个Z轴磁阻感测部800串接表示。右上电阻臂的第二端借由内连线连接至工作电压Vcc，右上电阻臂的第一端借由内连线和右下电阻臂的第一端电连接而将两臂之间的电位定义为第二电压V2。右下电阻臂的第二端借由内连线接地。左上电阻臂的第一端借由内连线连接至工作电压Vcc，左上电阻臂的第二端借由内连线和左下电阻臂的第二端电连接而将两臂之间的电位定义为第一电压V1。左下电阻臂的第一端借由内连线接地。内建自我测试单元至少具有四个U形子部(右上U形子部、右下U形子部、左上U形子部、左下U形子部)，这四个U形子部分别位于惠斯顿电桥结构的四只电阻臂的外围，每一U形于部是由两个导电部200以及两个导电部200的水平延伸部210相连而成。右上U形子部的右端借由内连线连接至内建自我测试的高电位BIST+而左端借由内连线与左上U形于部的右端串联相接。左上U形子部的左端借由内连线与左下U形子部的左端串联相接。左下U形子部的右端借由内连线与右下U形子部的左端串联相接。右下U形子部的右端借由内连线连接至内建自我测试的低电位BIST-。如此一来，当内建自我测试单元通以电流时，四个U形子部的内侧会产生相同方向与强度的磁场，使Z轴磁阻感测部800产生磁阻变化以达到自我测试的目的。本实施例的内建自我测试单元是由四个U形子部串联而成，公知技艺者亦可不限于此连接方式，将四个U形子部以并联或其它方式连接至内建自我测试的高电位BIST+端与低电位BIST-端。因此，姑且不论导电部200中的电流方向以及Z轴磁阻感测部800的位向，两个串接之Z轴磁阻感测部800加上其外围的U形子部恰好会等于图4中所示的Z轴磁阻感测胞1000与1000’所形成的数组。然而，为了达到惠斯顿电桥运作的目的，可适当调整图4中磁阻层300的位向(位于左侧或右侧)或导体条的延伸方向(左上右下或左下右上)。

在利用根据图5的内建自我测试单元来测试、调校、补偿具有惠斯顿电桥结构的磁阻传感元件之前，可选择性地将利用一设定/重设定(SET/RESET)电路900使四只电阻臂的第一延伸部的磁化方向调整到设定的方位。在此实施例中，设定/重设定电路900是如图5中所示具有ㄈ字形，其位于惠斯顿电桥结构及内建自我测试单元的下方行经所有的Z轴磁阻感测部800，其上方电连接至设定/重设定的高电位S/R+而下方电连接至设定/重设定的低电位S/R-。在经过设定/重设定(SET/RESET)电路900调整后，右上电阻臂与左上电阻臂的Z轴磁阻感测部800的第一延伸部的磁化方向为由下往上，而右下电阻臂与左下电阻臂的Z轴磁阻感测部800的第一延伸部的磁化方向为由上往下。然后，由内建自我测试单元施加一已知电压，此已知电压会产生磁阻传感元件能感受到的Z轴方向的磁场分量，在受到Z轴方向的磁场分量的影响下，磁阻传感元件中的电阻臂的电阻值产生变化以回应此影响，导致第一电压V1与第二电压V2间的压差变化。经由此测试过程可了解到磁阻传感元件的当下状态，若不如预期，可先对其进行调校而避免实际量测时的误差或不灵敏。

接着，请参考图6、6A与6a，图6显示根据本发明另一实施例的Z轴磁阻感测胞1000”的细部图，图6A显示图2中的磁阻感测胞1000”的Z轴磁阻感测部800”的上视图，图6a显示将多个Z轴磁阻感测部800”借由磁阻层300串接在一起所构成的Z轴磁阻感测部800”’。如图6中所示，Z轴磁阻感测胞1000”包含如图1A-1C所示的磁阻层300与导电部200，除此之外，Z轴磁阻感测胞1000”还包含磁阻层300的第一延伸部410(此后将简称为第一延伸部410)以及磁阻层300的第二延伸部420(此后将简称为第二延伸部420)。在本发明的一实施例中，磁阻层300、第一延伸部410、以及第二延伸部420构成图6A中所示的Z轴磁阻感测部800”。磁阻层300、第一延伸部410与第二延伸部420可以是用相同磁阻材料所形成的一体成形结构，或者其可以是用相同或不同磁阻材料分别形成但实体相接的分离结构；磁阻层300与第一表面101不平行，但第一延伸部410与第二延伸部420皆实质上平行第一表面101。如前所述，磁阻层300的主要功用在于感测垂直于第一表面101的Z轴方向的磁场，在此实施例中由于磁阻层300与第一延伸部410及第二延伸部420实体接触，故磁阻层300的磁化方向感受到的Z轴方向的磁场的作用而改变，进一步影响串联第一延伸部410、磁阻层300及第二延伸部420的电流路径之，结果改变磁阻层300与第一延伸部410及第二延伸部420共同的电阻值。虽然在本实施例中将Z轴磁阻感测部800”绘示成数个离散且不相连接的分离结构，但这只是为了简化画面的复杂度，事实上可参考图6B-6D，通常磁阻层300的第一延伸部410及第二延伸部420分别会电连接至第一内连线部710与第二内连线部720，不同Z轴磁阻感测部800”的第一内连线部710与第二内连线部720再借由其它内连线相连。因此，依序连接之一Z轴磁阻感测部800”的第一内连线部、第一延伸部、磁阻层、第二延伸部与第二内连线以及下一Z轴磁阻感测部800”的第一内连线部、第一延伸部、磁阻层、第二延伸部与第二内连线会形成一电流路径，由于第一延伸部410与第二延伸部420的存在，使得磁阻层300中的电流路径是不平行于磁阻层的长度方向(第一延伸部410与第二延伸部420的联机不平行于磁阻层的长度方向)，故在此实施例中毋需导体条500来改变原有磁阻材料内的电流方向。磁阻层300中导通第一延伸部410与第二延伸部420的最短电流路径是较佳地与磁阻层300的长度方向夹45度角。在此实施例中，电流是以流入纸面的方向在导电部200中流动以产生一顺时钟方向的磁场，此磁场的Z方向分量会被位于导电部200附近的磁阻层300感受到，因而改变磁阻层300、第一延伸部410与第二延伸部420共同的电阻值，造成输出讯号的变化。在此实施例中，磁阻层300的长度大于第一延伸部410的长度以及第二延伸部420的长度；导电部200是对应至此些多个磁阻层300，因此导电部200的长度远大于单一磁阻层300的长度。在图6A的实施例中多个Z轴磁阻感测部800”各自对应一磁阻层300，在图6a的实施例中多个Z轴磁阻感测部800”可共享一相同的磁阻层300而构成Z轴磁阻感测部800”’。由于图6a中的Z轴磁阻感测部800”’的工作原理是与Z轴磁阻感测部800”相似，在此便不再赘述。

接着，请参考图6B-6D，图6B-6D显示根据本发明不同实施例的Z轴磁阻感测胞1000”沿着切割线E-E’所取的横剖面图。在图6B-6D中，虽然磁阻层300、第一延伸部410与第二延伸部420为一体成形的结构，但两者可以是实体接触的分离结构；虽然磁阻层300、导电部200、第二延伸部420、第一内连线部710与第二内连线部720是位于基板100上的介电层600中而第一延伸部410是位于介电层600上，但在最终的成品中可能会有更多的介电层向上堆栈覆盖第一延伸部410并保护其它的组件或电路。介电层600可以是相同材料的单层结构或不同材料所构成的多层结构。在图6B中，导电部200是与Z轴磁阻感测部800”实质上共位准。在图6C中，导电部202是略低于Z轴磁阻感测部800”。在图6D中，导电部200结合了略低于Z轴磁阻感测部800”的导电部202共同作为Z轴磁场的来源，导电部200与导电部202之间是以导电接触件201与电性连接。导电部200、导电部202与导电接触件201可以是相同或不同导电材料所形成的一体成形结构或实体相接的分离结构。虽然图例中没有画出，但运用相同的原理，导电部202亦可是略高于Z轴磁阻感测部800”，并以导电接触件201与导电部200电性连接。

在图6B-6D中，第一内连线部710与第二内连线部720是分别和第一延伸部410与第二延伸部420实体相连，不同Z轴磁阻感测部800”的第一内连线部710与第二内连线部720再借由其它内连线电连接，因此此两内连线部为将电流导入Z轴磁阻感测部800”的媒介也是电连接不同Z轴磁阻感测部800”的媒介。虽然图6B-6D中的第一内连线部710与第二内连线部720是以方块表示之，但两者可以是金属层、金属接触件、导电贯孔...等以任意数目、任意排列方式组合出的结构。

图7显示根据本发明另一实施例的整合式磁传感器的电路型态，此整合式磁传感器包含了具有惠斯顿电桥结构的磁阻传感元件以及一内建自我测试单元。图7与图5的基本型态、功能、操作方式皆同，其差异在于图5中的Z轴磁阻感测部800被置换成多个(以两个为例)串联的Z轴磁阻感测部800”，故其细节不再覆述。在另一实施例中，可利用Z轴磁阻感测部800”’来置换图5中每个Z轴磁阻感测部800。

图8根据本发明另一实施例的整合式磁传感器的电路型态，此整合式磁传感器包含了具有惠斯顿电桥结构的磁阻传感元件以及一内建自我测试单元。图8与图5相同之处在于，两者皆包含了具有惠斯顿电桥结构的磁阻传感元件，磁阻传感元件下方具有ㄈ字形的设定/重设定电路900行经所有Z轴磁阻感测部800，惠斯顿电桥结构的电连接方式与连接电位以及设定/重设定电路900所连接到的电位皆相同。但两图最大的差异在于内建自我测试单元的结构不同。在图8的实施例中，内建自我测试单元是由四个格栅(grating)所组成，分别对应至惠斯顿电桥结构的四只电阻臂。此格栅是由多条导电部200(在此实施例中为三条，但可以更多或更少条)透过两端的两水平延伸部210并联而成。所有的Z轴磁阻感测部800被包围于格栅的外框内，所有Z轴磁阻感测部800的两侧皆有一条导电部200，且每一电阻臂之两Z轴磁阻感测部800是位于一条导电部200的两侧。

本实施例中四个格栅以串联的方式完成电性连接，为了使所有Z轴磁阻感测部800的磁阻层300感受到相同的Z轴磁场，需注意上述四个格栅连接时的方向性，右上格栅的上端借由内连线而电连接至右下格栅的上端，而右上格栅的下端借由内连线而电连接至左上格栅的下端，左上格栅的上端借由内连线而电连接至左下格栅的上端，左下格栅的下端借由内连线而电连接至内建自我测试的高电位BIST+，右下格栅的下端借由内连线而电连接至内建自我测试的低电位BIST-。在图中的所有导电部200中皆以箭头标示出其操作时的电流方向，右上格栅中的导电部200中的电流方向为由下往上，右下格栅中的导电部200中的电流方向为由上往下，左上格栅中的导电部200中的电流方向为由上往下，左下格栅中的导电部200中的电流方向为由下往上。本实施例的内建自我测试单元虽由四个格栅串联而成，但不限于此连接方式，公知技艺者亦可不限于此连接方式，将四个格栅以并联或其它方式连接至内建自我测试的高电位BIST+端与低电位BIST-端。

在利用根据图8的内建自我测试单元来测试、调校、补偿具有惠斯顿电桥结构的磁阻传感元件之前，可选择性地将利用一设定/重设定(SET/RESET)电路900使四只电阻臂的第一延伸部的磁化方向调整到设定的方位。在此实施例中，在经过设定/重设定(SET/RESET)电路900调整后，右上电阻臂与左上电阻臂的Z轴磁阻感测部800的第一延伸部的磁化方向为由下往上，而右下电阻臂与左下电阻臂的Z轴磁阻感测部800的第一延伸部的磁化方向为由上往下。

图9显示根据本发明另一实施例的整合式磁传感器的电路型态，此整合式磁传感器包含了具有惠斯顿电桥结构的磁阻传感元件以及一内建自我测试单元。图9与图7相同之处在于，两者皆包含了具有惠斯顿电桥结构的磁阻传感元件，磁阻传感元件下方具有ㄈ字形的设定/重设定电路900行经所有Z轴磁阻感测部800”，惠斯顿电桥结构的电连接方式与连接电位以及设定/重设定电路900所连接到的电位皆相同。但两图最大的差异在于内建自我测试单元的结构不同。在图9的实施例中，内建自我测试单元为一笼罩惠斯顿电桥四只电阻臂之格栅(grating)，此格栅是由多条导电部200(在此实施例中为六条，但可以更多或更少条)以及多条导电部200的两端的两水平延伸部210相连而成；上侧的水平延伸部210是经由内连线而电连接至内建自我测试的低电位BIST-，下侧的水平延伸部210是经由内连线而电连接至内建自我测试的高电位BIST+。在此实施例中，所有的Z轴磁阻感测部800”被包围于格栅的外框内，所有Z轴磁阻感测部800”的两侧皆有一条导电部200，且每一电阻臂的两Z轴磁阻感测部800”是位于一条导电部200的两侧。在另一实施例中，可利用Z轴磁阻感测部800”’来置换图9中每个Z轴磁阻感测部800”。

在利用根据图9的内建自我测试单元来测试、调校、补偿具有惠斯顿电桥结构的磁阻传感元件之前，可选择性地将利用一设定/重设定(SET/RESET)电路900使四只电阻臂的磁阻层300的磁化方向调整到设定的方位(如磁阻层300上的箭头所示)。在此实施例中，在经过设定/重设定(SET/RESET)电路900调整后，右上电阻臂与左上电阻臂的Z轴磁阻感测部800”的磁阻层300的磁化方向为由下往上，而右下电阻臂与左下电阻臂的Z轴磁阻感测部800”的磁阻层300的磁化方向为由上往下。

虽然图5、图7、图8与图9显示了根据本发明实施例的整合式磁传感器的电路型态，但应了解，磁阻传感元件是为能侦测磁场变化的组件，其不一定要采用惠斯顿电桥结构。图5、图7、图8与图9的重点在于内建自我测试单元(不包含内连线部分)之导电部是位于磁阻传感元件外围附近而非位于磁阻传感元件的正下方，因此由上视图来看，内建自我测试单元(不包含内连线部分)与磁阻传感元件不会交迭，意即，内建自我测试单元在第一表面上的投影与磁阻传感元件在第一表面上的投影不交迭。应注意的是，由于内建自我测试单元的U形子部/格栅子部间可借由其上层或下层的内连线来进行电耦合，因此其内连线可能会横跨于磁阻传感元件上方或下方，故U形子部/格栅子部间的内连线在第一表面上的投影有可能会和磁阻传感元件在第一表面上的投影部分交迭。又，本发明具有不平行于第一表面的磁阻层，只要其可以感应垂直于第一表面的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第一表面的X/Y轴磁场的磁阻传感元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 (28)

1.一种整合式磁阻传感器，包含：

一基板，具有第一表面以及与第一表面相对的第二表面；

一磁阻传感元件，位于该第一表面上方，至少包含一不平行于该第一表面的磁阻层；

一内建自我测试单元，位于该第一表面上方，至少包含对应至该磁阻层的一导电部；

其中该导电部是用以产生垂直该第一表面的磁场，且该导电部在该第一表面上的导电部投影与该磁阻层在该第一表面上的磁阻层投影不交迭。

2.如权利要求1所述的整合式磁阻传感器，其特征在于，该磁阻层包含异向性磁阻材料。

3.如权利要求1所述的整合式磁阻传感器，其中该磁阻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、穿隧氧化物材料之一或其组合。

4.如权利要求1所述的整合式磁阻传感器，其特征在于，

该磁阻层具有一厚度、一宽度与一长度，该磁阻层的该长度大于该宽度，该磁阻层的该宽度大于该厚度且该宽度的方向是不平行于该第一表面；及

该导电部亦具有一厚度、一宽度与一长度，该导电部的该长度大于该宽度与该厚度，该导电部的长度方向是平行于该磁阻层的长度方向。

5.如权利要求4所述的整合式磁阻传感器，其特征在于，该磁阻层的宽度方向是实质上与该第一表面垂直。

6.如权利要求1所述的整合式磁阻传感器，其特征在于，该导电部是略高或略低于该磁阻层或实质上与该磁阻层共位准。

7.如权利要求1所述的整合式磁阻传感器，其特征在于，该磁阻层还具有一第一延伸部，此第一延伸部是实质上平行于该第一表面。

8.如权利要求7所述的整合式磁阻传感器，其特征在于，该第一延伸部的长度是与该磁阻层的该长度实质相等。

9.如权利要求8所述的整合式磁阻传感器，其特征在于，该第一延伸部是与多个导体条接触，此些导体条的长度方向是不平行于该第一延伸部的长度方向。

10.如权利要求9所述的整合式磁阻传感器，其特征在于，该多个导体条是位于该第一延伸部的上方或下方。

11.如权利要求7所述的整合式磁阻传感器，其特征在于，该第一延伸部的长度是大于该磁阻层的该长度。

12.如权利要求11所述的整合式磁阻传感器，其特征在于，该第一延伸部是与多个磁阻层电性连接。

13.如权利要求7所述的整合式磁阻传感器，其特征在于，该第一延伸部的长度是小于该磁阻层的该长度。

14.如权利要求13所述的整合式磁阻传感器，其特征在于，

该磁阻层还具有一第二延伸部，此第二延伸部是实质上平行于该第一表面；及

该第一延伸部与该第一平面间具有第一间距，该第二延伸部与该第一表面间具有第二间距，其中该第一间距是大于该第二间距。

15.如权利要求14所述的整合式磁阻传感器，其特征在于，该第一延伸部与该第二延伸部是朝向相反的方向延伸。

16.如权利要求14所述的整合式磁阻传感器，其特征在于，该第一延伸部与该第二延伸部是分别连接至一第一内连线部与一第二内连线部。

17.如权利要求16所述的整合式磁阻传感器，其特征在于，该第一内连线部、该第一延伸部、该磁阻层、该第二延伸部与该第二内连线形成一电流路径，在该磁阻层中的该电流路径是不平行于该磁阻层的该长度方向。

18.如权利要求17所述的整合式磁阻传感器，其特征在于，在该磁阻层中的该电流路径的方向与该长度方向实质上夹45度角。

19.如权利要求1所述的整合式磁阻传感器，其特征在于，该磁阻层与导电部以沿着平行该第一表面的方向重复配置多个组，且以并联方式电连接该些导电部，构成内建自我测试单元之一格栅。

20.如权利要求1所述的整合式磁阻传感器，还包含：

另一磁阻层与对应至该另一磁阻层的另一导电部，

其特征在于，该导电部是位于该磁阻层的第一侧，而该另一导电部是位于该另一磁阻层与该第一侧相对的第二侧，该第一侧的该导电部与该第二侧的该另一导电部是以串联方式电连接，构成内建自我测试单元之一U形子部。

21.如权利要求1所述的整合式磁阻传感器，其特征在于，该磁阻传感元件可具备一惠斯顿电桥的型态，此惠斯顿电桥具有四只电阻臂。

22.如权利要求21所述的整合式磁阻传感器，其特征在于，该内建自我测试单元至少具有四个U形子部，这四个U形子部分别对应于该四只电阻臂。

23.如权利要求21所述的整合式磁阻传感器，其特征在于，该内建自我测试单元的该四个U形子部是以串联方式电性连接。

24.一种整合式磁阻传感器，包含：

一基板，具有第一表面以及与第一表面相对的第二表面；

一磁阻传感元件，位于该第一表面上方，包含一惠斯顿电桥电路；

一内建自我测试单元，位于该第一表面上方，至少包含位于该惠斯顿电桥电路外侧的一导电部；

其特征在于，该导电部是用以产生垂直该第一表面的磁场，且该导电部在该第一表面上的导电部投影与该惠斯顿电桥电路在该第一表面上的投影不交迭。

25.如权利要求24所述的整合式磁阻传感器，其特征在于，该惠斯顿电桥电路具有四只电阻臂，每一只该电阻臂至少包含一不平行于该第一表面的磁阻层。

26.如权利要求24所述的整合式磁阻传感器，其特征在于，该内建自我测试单元至少具有四个U形子部，这四个U形子部分别对应于该四只电阻臂。

27.如权利要求26所述的整合式磁阻传感器，其特征在于，该四个U形子部是以串联方式电连接。

28.如权利要求25所述的整合式磁阻传感器，其特征在于，该内建自我测试单元具有格栅的形式，且该四只电阻臂被包围于此格栅的外框内。

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