CN104656045B - 磁场感测模块、测量方法及磁场感测模块的制作方法 - Google Patents

磁场感测模块、测量方法及磁场感测模块的制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种磁场感测模块、测量方法及磁场感测模块的制作方法，该磁场感测模块包括多个磁通集中器及多个单方向磁传感器。每一磁通集中器沿着第一方向延伸，且这些磁通集中器沿着第二方向排列。这些单方向磁传感器分别配置于对应至这些磁通集中器之间的位置及对应至这些磁通集中器的排列于第二方向上的两侧的位置，其中这些单方向磁传感器的感测方向实质上相同。

Description

磁场感测模块、测量方法及磁场感测模块的制作方法
技术领域
本发明是有关于一种磁场感测模块、测量方法及磁场感测模块的制作方法。
背景技术
随着便携式电子装置的普及，能够感应地磁方向的电子罗盘技术便受到重视。当电子罗盘应用于体积小的便携式电子装置（如智能手机）时，电子罗盘除了需符合体积小的需求之外，最好还能够达到三轴的感测，这是因为使用者以手握持手机时，有可能是倾斜地握持，且各种不同的握持角度也都可能产生。
为了达到三轴的感测，一种现有技术是采用倾斜晶片技术，其为在硅基板上蚀刻出倾斜面，然后再将巨磁阻（giant magnetoresistance,简称：GMR）多层膜结构或隧道磁阻（tunneling magnetoresistance,简称：TMR）多层膜结构形成于斜面上。然而，在倾斜面上沉积薄膜容易造成薄膜的厚度不均匀，且倾斜面上的蚀刻处理也是较为困难且良率较难控制的。
另一种现有技术是采用复合式感测元件的方法来达到三轴的感测，具体而言，其利用两个彼此垂直配置的巨磁阻多层膜结构（或隧道磁阻多层膜结构）与一个霍尔元件（Hall element）来达到三轴的感测。然而，由于霍尔元件的感测灵敏度不同于巨磁阻多层膜结构（或隧道磁阻多层膜结构）的感测灵敏度，这会造成其中一轴上的精确度与其他两轴上的精确度不同。如此一来，当使用者将便携式电子装置旋转至不同的角度时，将导致对同一磁场的感测灵敏度不同，进而造成使用上的困扰。
在现有技术中，为了达到磁场的多轴感测，通常采用了二次以上的处理，也就是采用了两块以上的晶片的处理来制作出多轴向磁场感测模块，如此将使处理复杂化，且难以降低制作成本。
发明内容
本发明提供一种磁场感测模块、测量方法及磁场感测模块的制作方法。
本发明的磁场感测模块，其可利用多个感测方向相同的单方向磁传感器来达到多轴向的磁场感测。
本发明的测量方法，其可利用简易的方式来达到多轴向的磁场感测。
本发明的磁场感测模块的制作方法，其可利用简易的制作过程制作出可达到多轴向磁场感测的磁场感测模块。
本发明的一实施例的一种磁场感测模块包括多个磁通集中器及多个单方向磁传感器。每一磁通集中器沿着第一方向延伸，且这些磁通集中器沿着第二方向排列。这些单方向磁传感器分别配置于对应至这些磁通集中器之间的位置及对应至这些磁通集中器的排列于第二方向上的两侧的位置，其中这些单方向磁传感器的感测方向实质上相同。
本发明的一实施例的一种测量方法用以测量外来磁场，此测量方法包括：改变外来磁场的磁场分布，以将外来磁场的在第一方向上的分量、第二方向上的分量及第三方向上的分量在多个不同位置上至少有部分分量转换至第二方向；以及分别在这些不同位置感测第二方向上的磁场大小，以测量出外来磁场在第一方向上的分量大小、在第二方向上的分量大小及在第三方向上的分量大小。
本发明的一实施例的一种磁场感测模块的制作方法，包括：提供基板；在基板上形成磁感测多层膜结构；蚀刻磁感测多层膜结构的第一部分，其中剩余的磁感测多层膜结构的第二部分形成多个彼此分离的单方向磁传感器；形成覆盖基板及这些单方向磁传感器的绝缘层；以及在绝缘层上形成多个磁通集中器，其中每一磁通集中器沿着第一方向延伸，这些磁通集中器沿着第二方向排列，这些单方向磁传感器分别配置于这些磁通集中器之间的位置的下方、这些磁通集中器的排列于第二方向上的两侧的位置的下方及这些磁通集中器的下方。
在本发明的实施例的磁场感测模块中，由于通过磁通集中器来使外来磁场弯曲，因此多个单方向磁传感器的感测方向可以实质上相同，所以此磁场感测模块可以在较为简化的架构下达到多轴向的磁场感测，进而降低磁场感测模块的制作困难度及成本。在本发明的实施例的测量方法中，由于通过改变外来磁场的磁场分布的方式以将外来磁场转换至同一方向，因此能够以在同一方向感测外来磁场的方式就能够在实际上达到多个轴向的磁场感测。因此，此测量方法可通过较为简易的方式达到多个轴向的磁场感测。在本发明的实施例的磁场感测模块的制作方法中，由于是将磁感测多层膜结构蚀刻成多个彼此分离的单方向磁传感器，再搭配磁通集中器的形成，以完成多轴向磁场感测模块的制作。因此，此制作方法可利用较为简易的制作过程制作出可达到多轴向磁场感测的磁场感测模块。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图作详细说明如下。
附图说明
图1A为本发明一实施例的磁场感测模块的上视结构示意图；
图1B与图1C为图1A的磁场感测模块在两个不同方向的侧视结构示意图；
图2A、图2B及图2C分别为沿着x方向、y方向及z方向的外来磁场施加于图1A至图1C的磁场感测模块时，外来磁场被磁通集中器转变的磁力线模拟图；
图3A为图1A中的单方向磁传感器的多层膜结构的立体示意图；
图3B示出图3A的单方向磁传感器的钉扎方向与自由层的易磁化轴；
图3C示出图3A中的单方向磁传感器在不同方向的外来磁场的作用下及没有外来磁场的情况下电阻的变化；
图4A示出图1A的磁场感测模块在感测平行于x方向的磁场时的电路架构；
图4B示出当平行于x方向的外来磁场施加于图4A的电路架构时，单方向磁传感器的电阻变化；
图4C示出当平行于y方向的外来磁场施加于图4A的电路架构时，单方向磁传感器的电阻变化；
图4D示出当平行于z方向的外来磁场施加于图4A的电路架构时，单方向磁传感器的电阻变化；
图5A示出图1A的磁场感测模块在感测平行于y方向的磁场时的电路架构；
图5B示出当平行于x方向的外来磁场施加于图5A的电路架构时，单方向磁传感器的电阻变化；
图5C示出当平行于y方向的外来磁场施加于图5A的电路架构时，单方向磁传感器的电阻变化；
图5D示出当平行于z方向的外来磁场施加于图5A的电路架构时，单方向磁传感器的电阻变化；
图6A示出图1A的磁场感测模块在感测平行于z方向的磁场时的电路架构；
图6B示出当平行于x方向的外来磁场施加于图6A的电路架构时，单方向磁传感器的电阻变化；
图6C示出当平行于y方向的外来磁场施加于图6A的电路架构时，单方向磁传感器的电阻变化；
图6D示出当平行于z方向的外来磁场施加于图6A的电路架构时，单方向磁传感器的电阻变化；
图7A为本发明另一实施例的磁场感测模块的上视结构示意图；
图7B示出图7A的磁场感测模块用以测量x方向磁场的第一惠斯通电桥；
图7C示出图7A的磁场感测模块用以测量y方向磁场的第二惠斯通电桥；
图7D示出图7A的磁场感测模块用以测量z方向磁场的第三惠斯通电桥；
图8A为本发明又一实施例的磁场感测模块的上视结构示意图；
图8B示出图8A的磁场感测模块用以测量x方向磁场的第一惠斯通电桥；
图8C示出图8A的磁场感测模块用以测量y方向磁场的第二惠斯通电桥；
图8D示出图8A的磁场感测模块用以测量z方向磁场的第三惠斯通电桥；
图9A至图9F示出本发明一实施例的磁场感测模块的制作方法的流程的侧视示意图；
图10A示出当平行于x方向的外来磁场施加于用以感测平行于x方向的磁场的本发明另一实施例的磁场感测模块的电路架构时，单方向磁传感器的电阻变化；
图10B示出当平行于y方向的外来磁场施加于图10A的电路架构时，单方向磁传感器的电阻变化；
图10C示出当平行于z方向的外来磁场施加于图10A的电路架构时，单方向磁传感器的电阻变化；
图11A示出当平行于x方向的外来磁场施加于用以感测平行于z方向的磁场的本发明另一实施例的磁场感测模块的电路架构时，单方向磁传感器的电阻变化；
图11B示出当平行于y方向的外来磁场施加于图11A的电路架构时，单方向磁传感器的电阻变化；
图11C示出当平行于z方向的外来磁场施加于图11A的电路架构时，单方向磁传感器的电阻变化。
附图标记说明：
100、100d、100e：磁场感测模块；
110：磁通集中器；
120、120a、120a1、120a1’、120a2、120a2’、120b、120b1、120b2、120b3、120b4、120b1’～120b12’、120b1’’～120b12’’、120c、120c1、120c2、120c1’～120c6’、120d、120d1～120d12：单方向磁传感器；
122：钉扎层；
124：被钉扎层；
126：间隔层；
128：自由层；
130：基板；
140：绝缘层；
150：磁感测多层膜结构；
152：第一部分；
154：第二部分；
160：光阻层；
162：经图案化后的光阻层；
163、212：开口；
170、220：蚀刻物质；
190：铁磁性材料层；
210：图案化光阻层；
A～F：端点；
BX、BY、BZ：分量；
D1：第一方向；
D2：第二方向；
D3：第三方向；
E1：钉扎方向；
E2：易磁化轴；
GND：接地端；
P1、P2：位置；
S：感测方向；
VDD：电压供应端；
V1、V2、V1X、V2X、V1Y、V2Y、V1Z、V2Z：电压输出端；
R：电阻；
B：外来磁场。
具体实施方式
图1A为本发明一实施例的磁场感测模块的上视结构示意图，而图1B与图1C为图1A的磁场感测模块在两个不同方向的侧视结构示意图。请参照图1A至图1C，本实施例的磁场感测模块100包括多个磁通集中器（magnetic flux concentrator）110及多个单方向磁传感器120。每一磁通集中器110沿着第一方向D1（其平行于x方向）延伸，且这些磁通集中器110沿着第二方向D2（其平行于y方向）排列。在本实施例中，这些磁通集中器110的残磁小于其饱和磁化量的10%。举例而言，磁通集中器110为软磁材料，例如为镍铁合金、钴铁或钴铁硼合金、铁氧磁体或其他高导磁率材料。
这些单方向磁传感器120分别配置于对应至这些磁通集中器110之间的位置（例如对应于相邻两磁通集中器110之间的中线上的位置）及对应至这些磁通集中器110的排列于第二方向D2上的两侧的位置。举例而言，这些单方向磁传感器120中的单方向磁传感器120a是配置于对应至这些磁通集中器110之间的位置，从图1B来看，单方向磁传感器120a即是位于这些磁通集中器110之间的位置的下方。此外，这些单方向磁传感器120中的单方向磁传感器120b是对应至这些磁通集中器110的排列于第二方向D2上的两侧的位置，从图1B来看，单方向磁传感器120b是位于这些磁通集中器110的排列于第二方向D2上的两侧的下方。在本实施例中，部分的这些单方向磁传感器120（如单方向磁传感器120c）是配置于这些磁通集中器110在第三方向D3（其平行于z方向）上的一侧，从图1B来看，单方向磁传感器120c配置于这些磁通集中器110的正下方。此外，在本实施例中，第一方向D1实质上垂直于第二方向D2，且第三方向D3实质上垂直于第一方向D1与第二方向D2。
在本实施例中，这些单方向磁传感器120例如为巨磁阻传感器、隧道磁阻传感器或其组合。然而，在其他实施例中，这些单方向磁传感器120可以是巨磁阻传感器、隧道磁阻传感器、磁通闸（flux gate）、磁阻抗传感器（magneto-impedance sensor）、各向异性磁阻传感器（anisotropic magnetoresistance sensor，简称：AMR sensor）或其组合。此外，在本实施例中，这些单方向磁传感器120的感测方向S实质上相同。举例而言，这些单方向磁传感器120的感测方向S实质上平行于第二方向D2。
在本实施例中，磁场感测模块100还包括基板130及绝缘层140，其中这些单方向磁传感器120配置于基板130上，绝缘层140覆盖这些单方向磁传感器120，而磁通集中器110配置于绝缘层140上。
图2A、图2B及图2C分别为沿着x方向、y方向及z方向的外来磁场施加于图1A至图1C的磁场感测模块时，外来磁场被磁通集中器转变的磁力线模拟图。请先参照图2A，当施加一个沿着x方向的外来磁场时，由于受到磁通集中器110的作用，单方向磁传感器120b的所在位置P2处的磁场被转变为具有y方向（即平行于第二方向D2）的分量的磁场，因此磁场感测模块100可通过单方向磁传感器120b在y方向上感测到磁场的大小，来判断在x方向上的外来磁场的大小。请再参照图2B，当施加一个沿着y方向的外来磁场时，受到磁通集中器110的作用，单方向磁传感器120a的所在位置P1处的磁场方向仍然维持实质上平行于y方向（即平行于第二方向D2）的方向上，因此磁场感测模块100可通过单方向磁传感器120a在y方向上感测到磁场的大小，来判断在y方向上的外来磁场的大小。请再参照图2C，当施加一个沿着z方向的外来磁场时，由于受到磁通集中器110的作用，单方向磁传感器120b的所在位置P2处的外来磁场方向被转变至具有y分量的磁场，因此磁场感测模块100可通过单方向磁传感器120b在y方向上感测到y分量的磁场的大小，来判断在z方向上的外来磁场的大小。
图3A为图1A中的单方向磁传感器的多层膜结构的立体示意图，图3B示出图3A的单方向磁传感器的钉扎方向与自由层的易磁化轴，而图3C示出图3A中的单方向磁传感器在不同方向的外来磁场的作用下及没有外来磁场的情况下电阻的变化。请参照图3A至图3C，在本实施例中，单方向磁传感器120包括钉扎层（pinning layer）122、被钉扎层（pinnedlayer）124、间隔层（spacer layer）126及自由层（free layer）128。钉扎层122固定了被钉扎层124的磁化方向（magnetization direction），即为钉扎方向E1，而自由层128的易磁化轴E2的方向则可与钉扎方向E1实质上垂直。当单方向磁传感器120为巨磁阻传感器时，间隔层126的材质为非磁性金属（non-magnetic metal）。此外，当单方向磁传感器120为隧道磁阻传感器时，间隔层126的材质为绝缘材质。
图3C中的曲线图表现了单方向磁传感器120的电阻R相对于外来磁场B的变化。如图3C的左上图所示，当单方向磁传感器120被施加与钉扎方向同向的外来磁场B时，其电阻R会下降，即曲线图中黑圆点所对应的电阻R的数值，其中此钉扎方向即为单方向磁传感器120的感测方向S。如图3C的左下图所示，当单方向磁传感器120被施加与钉扎方向相反方向的外来磁场B时，其电阻R会上升，即曲线图中黑圆点所对应的电阻R的数值。如图3C的右上图所示，当单方向磁传感器120被施加与钉扎方向垂直的外来磁场B时，其电阻R维持不变，即曲线图中黑圆点所对应的电阻R的数值。另外，如图3C的右下图所示，当单方向磁传感器120没有被施加外来磁场时，其电阻R维持不变，即曲线图中黑圆点所对应的电阻R的数值。
图4A示出图1A的磁场感测模块在感测平行于x方向的磁场时的电路架构。图4B示出当平行于x方向的外来磁场施加于图4A的电路架构时，单方向磁传感器的电阻变化。图4C示出当平行于y方向的外来磁场施加于图4A的电路架构时，单方向磁传感器的电阻变化。图4D示出当平行于z方向的外来磁场施加于图4A的电路架构时，单方向磁传感器的电阻变化。请参照图4A至图4D，部分配置于对应至这些磁通集中器110的排列于第二方向D2（即平行于y方向）上的两侧的位置的这些单方向磁传感器120b耦接成第一惠斯通电桥（Wheatstonebridge），且用以感测外来磁场在第一方向D1（即平行于x方向）上的分量BX。
具体而言，请参照图4B，当外来磁场只有分量BX时，在磁通集中器110的作用下，在单方向磁传感器120b1处的磁场会有-y方向上的分量（即与单方向磁传感器120b1的感测方向S方向相反），因此单方向磁传感器120b1的电阻会上升。此外，单方向磁传感器120b2处的磁场则会有+y方向上的分量（即与单方向磁传感器120b1的感测方向S方向相同），因此单方向磁传感器120b2的电阻会下降。同理，单方向磁传感器120b3处的磁场则会有+y方向上的分量（即与单方向磁传感器120b1的感测方向S方向相同），因此单方向磁传感器120b3的电阻会下降。此外，在单方向磁传感器120b4处的磁场会有-y方向上的分量（即与单方向磁传感器120b1的感测方向S方向相反），因此单方向磁传感器120b4的电阻会上升。在第一惠斯通电桥中，电压供应端VDD是耦接于单方向磁传感器120b1与单方向磁传感器120b2之间，接地端GND是耦接于单方向磁传感器120b3与单方向磁传感器120b4之间。此外，电压输出端V1X是耦接于单方向磁传感器120b1与单方向磁传感器120b3之间，且电压输出端V2X是耦接于单方向磁传感器120b2与单方向磁传感器120b4之间。由于电压供应端VDD与电压输出端V1X之间的电阻（即单方向磁传感器120b1的电阻）大于电压供应端VDD与电压输出端V2X之间的电阻（即单方向磁传感器120b2的电阻），但电压输出端V1X与接地端GND之间的电阻（即单方向磁传感器120b3的电阻）小于电压输出端V2X与接地端GND之间的电阻（即单方向磁传感器120b4的电阻），因此电压输出端V1X的电压值会小于电压输出端V2X的电压值。如此一来，便可通过测量电压输出端V1X与电压输出端V2X之间的电压差信号的大小与正负值，来判断出外来磁场在x方向上的分量BX的大小与正负值。
请再参照图4C，当外来磁场只有分量BY时，在磁通集中器110的作用下，在单方向磁传感器120b1、单方向磁传感器120b2、单方向磁传感器120b3及单方向磁传感器120b4处的磁场均会有+y方向上的分量，因此单方向磁传感器120b1、单方向磁传感器120b2、单方向磁传感器120b3及单方向磁传感器120b4的电阻均会下降。此时，由于第一惠斯通电桥中的四个单方向磁传感器120b的电阻均相同，因此电压输出端V1X的电压值会实质上等于电压输出端V2X的电压值。如此一来，当测量电压输出端V1X与电压输出端V2X之间的电压差信号的大小与正负值时，会发现测得的结果为0，也就是说，外来磁场的分量BY并不会被第一惠斯通电桥的架构感测到。
请再参照图4D，当外来磁场只有分量BZ时，在磁通集中器110的作用下，在单方向磁传感器120b1及单方向磁传感器120b2处的磁场会有-y方向上的分量，因此单方向磁传感器120b1与单方向磁传感器120b2的电阻会上升。此外，单方向磁传感器120b3、单方向磁传感器120b4处的磁场则会有+y方向上的分量，因此单方向磁传感器120b3、单方向磁传感器120b4的电阻会下降。由于单方向磁传感器120b1与单方向磁传感器120b3的电阻值比例实质上相同于单方向磁传感器120b2与单方向磁传感器120b4的电阻值比例，因此电压输出端V1X的电压值会实质上等于电压输出端V2X的电压值。如此一来，当测量电压输出端V1X与电压输出端V2X之间的电压差信号的大小与正负值时，会发现测得的结果为0，也就是说，外来磁场的分量BZ并不会被第一惠斯通电桥的架构感测到。
图5A示出图1A的磁场感测模块在感测平行于y方向的磁场时的电路架构。图5B示出当平行于x方向的外来磁场施加于图5A的电路架构时，单方向磁传感器的电阻变化。图5C示出当平行于y方向的外来磁场施加于图5A的电路架构时，单方向磁传感器的电阻变化。图5D示出当平行于z方向的外来磁场施加于图5A的电路架构时，单方向磁传感器的电阻变化。请参照图5A至图5D，在本实施例中，配置于对应至这些磁通集中器110之间的位置的单方向磁传感器120a及配置于这些磁通集中器110在第三方向D3上的一侧的这些单方向磁传感器120c耦接成第二惠斯通电桥，且用以感测外来磁场在第二方向D2（即平行于y方向）上的分量BY。
具体而言，请参照图5B，当外来磁场只有分量BX时，在磁通集中器110的作用下，在单方向磁传感器120a1与单方向磁传感器120a2处的磁场的净y分量为0，因此单方向磁传感器120a1与单方向磁传感器120a2的电阻维持不变。此外，由于单方向磁传感器120c1与单方向磁传感器120c2是配置于磁通集中器110下方，因此通过铁磁屏蔽（ferromagneticshielding）效应，单方向磁传感器120c1与单方向磁传感器120c2不会受到外来磁场的分量BX的影响，所以单方向磁传感器120c1与单方向磁传感器120c2的电阻维持不变。在第二惠斯通电桥中，电压供应端VDD是耦接于单方向磁传感器120a1与单方向磁传感器120c1之间，接地端GND是耦接于单方向磁传感器120a2与单方向磁传感器120c2之间。此外，电压输出端V1Y是耦接于单方向磁传感器120a1与单方向磁传感器120c2之间，且电压输出端V2Y是耦接于单方向磁传感器120a2与单方向磁传感器120c1之间。由于单方向磁传感器120a1、单方向磁传感器120a2、单方向磁传感器120c1及单方向磁传感器120c2均没有变化，因此电压输出端V1Y的电压值会实质上等于电压输出端V2Y的电压值。如此一来，电压输出端V1Y与电压输出端V2Y之间所测得的电压差信号会为0，也就是说，外来磁场在x方向上的分量BX不会对此惠斯通电桥的架构产生影响。
请再参照图5C，当外来磁场只有分量BY时，在磁通集中器110的作用下，在单方向磁传感器120a1与单方向磁传感器120a2处的磁场均会有+y方向上的分量，因此单方向磁传感器120a1与单方向磁传感器120a2的电阻均会下降。另一方面，由于单方向磁传感器120c1与单方向磁传感器120c2是配置于磁通集中器110下方，因此通过铁磁屏蔽效应，单方向磁传感器120c1与单方向磁传感器120c2不会受到外来磁场的分量BY的影响，所以单方向磁传感器120c1与单方向磁传感器120c2的电阻维持不变。如此一来，在第二惠斯通电桥中，由于单方向磁传感器120a1的电阻小于单方向磁传感器120c1的电阻，但单方向磁传感器120c2的电阻大于单方向磁传感器120a2的电阻，因此电压输出端V1Y的电压值会大于电压输出端V2Y的电压值。所以，便可通过测量电压输出端V1Y与电压输出端V2Y之间的电压差信号的大小与正负值，来判断出外来磁场在y方向上的分量BY的大小与正负值。
请再参照图5D，当外来磁场只有分量BZ时，在磁通集中器110的作用下，在单方向磁传感器120a1及单方向磁传感器120a2处的净磁场的方向实质上平行于z方向，此方向会与单方向磁传感器120a1与单方向磁传感器120a2的感测方向S垂直，而此方向的磁场不会使单方向磁传感器120a1与单方向磁传感器120a2的电阻产生变化。另一方面，在单方向磁传感器120c1与单方向磁传感器120c2处的磁场方向也是实质上平行于z方向（可参考图2C所示出），而此方向的磁场不会使单方向磁传感器120c1与单方向磁传感器120c2的电阻产生变化。此时，由于在第三惠斯通电桥中，所有的单方向磁传感器120a1、单方向磁传感器120a2、单方向磁传感器120c1及单方向磁传感器120c2的电阻都实质上相同，因此电压输出端V1Y的电压值会实质上等于电压输出端V2Y的电压值。如此一来，当测量电压输出端V1Y与电压输出端V2Y之间的电压差信号的大小与正负值时，会发现测得的结果为0，也就是说，外来磁场的分量BZ并不会被第二惠斯通电桥的架构感测到。
图6A示出图1A的磁场感测模块在感测平行于z方向的磁场时的电路架构。图6B示出当平行于x方向的外来磁场施加于图6A的电路架构时，单方向磁传感器的电阻变化。图6C示出当平行于y方向的外来磁场施加于图6A的电路架构时，单方向磁传感器的电阻变化。图6D示出当平行于z方向的外来磁场施加于图6A的电路架构时，单方向磁传感器的电阻变化。请参照图6A至图6D，配置于对应至这些磁通集中器110的排列于第二方向D2上的两侧的位置的这些单方向磁传感器120b通过第一导电路径耦接成第一惠斯通电桥（如图4A所示出的第一惠斯通电桥），且通过第二导电路径耦接成第三惠斯通电桥（如图6A所示出的惠斯通电桥）。第一惠斯通电桥用以感测外来磁场在第一方向D1上的分量BX，而第三惠斯通电桥用以感测外来磁场在第三方向D3（即z方向）上的分量BZ，其中第一导电路径耦接这些单方向磁传感器120b的顺序不同于第二导电路径耦接这些单方向磁传感器120b的顺序，此可由图6A中示出的交错式第二导电路径不同于图4A中示出的非交错式的第一导电路径看出。
具体而言，请参照图6B，当外来磁场只有分量BX时，在磁通集中器110的作用下，在单方向磁传感器120b1处的磁场会有-y方向上的分量，因此单方向磁传感器120b1的电阻会上升。此外，单方向磁传感器120b2处的磁场则会有+y方向上的分量，因此单方向磁传感器120b2的电阻会下降。同理，单方向磁传感器120b3处的磁场则会有+y方向上的分量，因此单方向磁传感器120b3的电阻会下降。此外，在单方向磁传感器120b4处的磁场会有-y方向上的分量，因此单方向磁传感器120b4的电阻会上升。在第三惠斯通电桥中，电压供应端VDD是耦接于单方向磁传感器120b1与单方向磁传感器120b4之间，接地端GND是耦接于单方向磁传感器120b2与单方向磁传感器120b3之间。此外，电压输出端V1Z是耦接于单方向磁传感器120b1与单方向磁传感器120b3之间，且电压输出端V2Z是耦接于单方向磁传感器120b2与单方向磁传感器120b4之间。由于电压供应端VDD与电压输出端V1Z之间的电阻（即单方向磁传感器120b1的电阻）以及电压供应端VDD与电压输出端V2Z之间的电阻（即单方向磁传感器120b4的电阻）都受到提升而彼此实质上相等，且电压输出端V1Z与接地端GND之间的电阻（即单方向磁传感器120b3的电阻）以及电压输出端V2Z与接地端GND之间的电阻（即单方向磁传感器120b2的电阻）都为下降而彼此实质上相等，因此电压输出端V1Z的电压值会实质上等于电压输出端V2Z的电压值。如此一来，在测量电压输出端V1Z与电压输出端V2Z之间的电压差信号的大小与正负值时，会发现此电压差为0，也就是说，外来磁场的分量BX不会被第三惠斯通电桥的架构测量到。
请再参照图6C，当外来磁场只有分量BY时，在磁通集中器110的作用下，在单方向磁传感器120b1、单方向磁传感器120b2、单方向磁传感器120b3及单方向磁传感器120b4处的磁场均会有+y方向上的分量，因此单方向磁传感器120b1、单方向磁传感器120b2、单方向磁传感器120b3及单方向磁传感器120b4的电阻均会下降。此时，由于第三惠斯通电桥中的四个单方向磁传感器120b的电阻均相同，因此电压输出端V1Z的电压值会实质上等于电压输出端V2Z的电压值。如此一来，当测量电压输出端V1Z与电压输出端V2Z之间的电压差信号的大小与正负值时，会发现测得的结果为0，也就是说，外来磁场的分量BY并不会被第三惠斯通电桥的架构感测到。
请再参照图6D，当外来磁场只有分量BZ时，在磁通集中器110的作用下，在单方向磁传感器120b1及单方向磁传感器120b2处的磁场会有-y方向上的分量，因此单方向磁传感器120b1与单方向磁传感器120b2的电阻会上升。此外，单方向磁传感器120b3、单方向磁传感器120b4处的磁场则会有+y方向上的分量，因此单方向磁传感器120b3、单方向磁传感器120b4的电阻会下降。此时，由于电压供应端VDD与电压输出端V1Z之间的电阻（即单方向磁传感器120b1的电阻）大于电压供应端VDD与电压输出端V2Z之间的电阻（即单方向磁传感器120b4的电阻），但电压输出端V1Z与接地端GND之间的电阻（即单方向磁传感器120b3的电阻）小于电压输出端V2Z与接地端GND之间的电阻（即单方向磁传感器120b2的电阻），因此电压输出端V1Z的电压值会小于电压输出端V2Z的电压值。如此一来，便可通过测量电压输出端V1Z与电压输出端V2Z之间的电压差信号的大小与正负值，来判断出外来磁场在z方向上的分量BZ的大小与正负值。
综合图4A至图6D的分析可知，由于图4A至图4D的第一惠斯通电桥的架构只会检测到第一方向D1上的磁场而不受第二方向D2与第三方向D3上的磁场的影响，且由于图5A至图5D的第二惠斯通电桥的架构只会检测到第二方向D2上的磁场而不受第一方向D1与第三方向D3上的磁场的影响，且由于图6A至图6D的第三惠斯通电桥的架构只会检测到第三方向D3上的磁场而不受第一方向D1与第二方向D2上的磁场的影响，因此无论外来磁场是具有第一方向D1至第三方向D3中的哪几个方向的分量，或同时具有第一方向D1至第三方向D3上的分量，或外来磁场为0，均可以利用第一、第二及第三惠斯通电桥来分别检测第一方向D1、第二方向D2及第三方向D3上的外来磁场的分量，并根据所测得的分量作向量和的计算，以得到外来磁场的大小与方向。换言之，本实施例的磁场感测模块100可以达到三轴的磁场测量。
在本实施例的磁场感测模块100中，由于通过磁通集中器110来使外来磁场弯曲，因此多个单方向磁传感器120的感测方向S可以实质上相同，所以此磁场感测模块100可以在较为简化的架构下达到多轴向的磁场感测，进而降低磁场感测模块100的制作困难度及成本。
此外，第一、第二及第三惠斯通电桥的电路可以利用电路开关设计的方式，在一个周期时间中的三个不同的子时间中被形成，以分别在不同的子时间测量外来磁场在第一方向D1、第二方向D2及第三方向D3上的分量BX、分量BY及分量BZ。通过此方式，即使第一惠斯通电桥与第三惠斯通电桥共用单方向磁传感器120b1、单方向磁传感器120b2、单方向磁传感器120b3及单方向磁传感器120b4也仍能正常运作，这是因为第一惠斯通电桥与第三惠斯通电桥是在不同的子时间中形成的。当第一、第二及第三惠斯通电桥在多个周期时间中反复依次地被形成，则磁场感测模块100便能够即时地监控外来磁场的变化。
在另一实施例中，第一惠斯通电桥与第三惠斯通电桥也可以不要共用单方向磁传感器120b，而可以在单方向磁传感器120b1、单方向磁传感器120b2、单方向磁传感器120b3及单方向磁传感器120b4附近分别额外配置四个单方向磁传感器120b（未示出于图4A至图6D中，但在以下的实施例中会以其他附图来示出）。换言之，另一部分配置于对应至这些磁通集中器110的排列于第二方向D2上的两侧的位置的这些单方向磁传感器120b耦接成第三惠斯通电桥，且用以感测外来磁场在第三方向D3上的分量。在此情况下，第一、第二及第三惠斯通电桥可以在周期时间中的多个不同的子时间中形成，但也可以是同时存在。
另外，在其他实施例中，由于单方向磁传感器120c实际上对外来磁场是没有反应的，因此也可将单方向磁传感器120c（例如单方向磁传感器120c1与单方向磁传感器120c2）取代成电阻器（如分别取代成两个电阻器），而此电阻器的电阻值与第二惠斯通电桥中的单方向磁传感器120a在没有受到外来磁场作用下的原始电阻值实质上相同。换言之，磁场感测模块100可包括多个电阻器，其与配置于对应至这些磁通集中器110之间的位置的这些单方向磁传感器120a耦接成第二惠斯通电桥，且用以感测外来磁场在第二方向D2上的分量。
图7A为本发明另一实施例的磁场感测模块的上视结构示意图，图7B示出图7A的磁场感测模块用以测量x方向磁场的第一惠斯通电桥，图7C示出图7A的磁场感测模块用以测量y方向磁场的第二惠斯通电桥，且图7D示出图7A的磁场感测模块用以测量z方向磁场的第三惠斯通电桥。请参照图7A至图7D，本实施例的磁场感测模块100d与图4A的磁场感测模块类似，而两者的差异是在于磁通集中器110与单方向磁传感器120的数量上的差异。事实上，本发明不限制在磁场感测模块中的磁通集中器110与单方向磁传感器120的数量，只要这些单方向磁传感器120是相对于磁通集中器110是配置在与图4A相对应的相对位置上即可，而图7A至图7D只是举出其中一个例子，且本发明不以此为限。在图7A至图7D中，标示X的单方向磁传感器120b的位置是与图4A中的单方向磁传感器120b的位置相对应，也即标示X的单方向磁传感器120b是配置于磁通集中器110的排列于第二方向D2上的两侧的位置。此外，标示Z的单方向磁传感器120d的位置是与图4A中的单方向磁传感器120b的位置相对应，而标示X的单方向磁传感器120b与标示Z的单方向磁传感器120d分别形成第一惠斯通电桥（如图7B所示出）与第三惠斯通电桥（如图7C所示出），这就是上面实施例提到的第一惠斯通电桥与第三惠斯通电桥没有共用单方向磁传感器的情形。此外，标示Y的单方向磁传感器120a与单方向磁传感器120c形成第二惠斯通电桥。此外，在本实施例中，对于那些配置于相邻两磁通集中器110之间的单方向磁传感器120b与单方向磁传感器120d而言，它们并不会配置于相邻两磁通集中器110之间的中线上，而是会较靠近其中一个磁通集中器110，然而，单方向磁传感器120a则是会配置在相邻两磁通集中器110之间的中线上。
在第一惠斯通电桥中，如图7B所示出，电压供应端VDD是依次经过单方向磁传感器120b1’、单方向磁传感器120b2’及单方向磁传感器120b3’后才抵达电压输出端V1X，且电压输出端V1X是依次经过单方向磁传感器120b4’、单方向磁传感器120b5’及单方向磁传感器120b6’后才才抵达接地端GND。另一方面，电压供应端VDD是依次经过单方向磁传感器120b7’、单方向磁传感器120b8’及单方向磁传感器120b9’后才抵达电压输出端V2X，且电压输出端V2X是依次经过单方向磁传感器120b10’、单方向磁传感器120b11’及单方向磁传感器120b12’后才才抵达接地端GND。此外，这些单方向磁传感器120b1’～120b12’的感测方向S都朝向+y方向。也就是说，单方向磁传感器120b1’、单方向磁传感器120b2’及单方向磁传感器120b3’的位置与功能都是对应至图4A的单方向磁传感器120b3的位置与功能，单方向磁传感器120b4’、单方向磁传感器120b5’及单方向磁传感器120b6’的位置与功能都是对应至图4A的单方向磁传感器120b1的位置与功能，单方向磁传感器120b7’、单方向磁传感器120b8’及单方向磁传感器120b9’的位置与功能是对应至图4A的单方向磁传感器120b4的位置与功能，而单方向磁传感器120b10’、单方向磁传感器120b11’及单方向磁传感器120b12’的位置与功能是对应至图4A的单方向磁传感器120b2的位置与功能。因此，图7B的第一惠斯通电桥除了在单方向磁传感器120b的数量上与图4B的第一惠斯通电桥不一样，以及电源供应端VDD及接地端GND与图4B的接法是相反之外，图4A与图7B的第一惠斯通电桥的运作原理是相似而可以类推的，因此再此就不再详细解释图7B的第一惠斯通电桥的运作细节。
此外，在图7C的第二惠斯通电桥中，电压供应端VDD是经由单方向磁传感器120a1’连接至电压输出端V2Y，而电压输出端V2Y是依次经由单方向磁传感器120c1’、单方向磁传感器120c2’及单方向磁传感器120c3’连接至接地端GND。另一方面，电压供应端VDD是依次经由单方向磁传感器120c4’、单方向磁传感器120c5’及单方向磁传感器120c6’连接至电压输出端V1Y，而电压输出端V1Y经由单方向磁传感器120a2’连接至接地端GND。也就是说，单方向磁传感器120a1’的位置与功能是对应于图5B的单方向磁传感器120a1的位置与功能，单方向磁传感器120c1’、单方向磁传感器120c2’及单方向磁传感器120c3’的位置与功能是对应于图5B的单方向磁传感器120c2的位置与功能，单方向磁传感器120c4’、单方向磁传感器120c5’及单方向磁传感器120c6’的位置与功能是对应于图5B的单方向磁传感器120c1的位置与功能，而单方向磁传感器120a2’的位置与功能是对应于图5B的单方向磁传感器120a2的位置与功能。
此外，在图7D的第三惠斯通电桥中，电压供应端VDD是依次经由单方向磁传感器120d4、单方向磁传感器120d5及单方向磁传感器120d6连接至电压输出端V1Z，而电压输出端V1Z是依次经由单方向磁传感器120d1、单方向磁传感器120d2及单方向磁传感器120d3连接至接地端GND。另一方面，电压供应端VDD是依次经由单方向磁传感器120d9、单方向磁传感器120d8及单方向磁传感器120d7连接至电压输出端V2Z，而电压输出端V2Z是依次经由单方向磁传感器120d12、单方向磁传感器120d11及单方向磁传感器120d10连接至接地端GND。也就是说，单方向磁传感器120d4、单方向磁传感器120d5及单方向磁传感器120d6的位置与功能是对应至图6B的单方向磁传感器120b1的位置与功能，单方向磁传感器120d1、单方向磁传感器120d2及单方向磁传感器120d3的位置与功能是对应至图6B的单方向磁传感器120b3的位置与功能，单方向磁传感器120d9、单方向磁传感器120d8及单方向磁传感器120d7的位置与功能是对应至图6B的单方向磁传感器120b4的位置与功能，且单方向磁传感器120d12、单方向磁传感器120d11及单方向磁传感器120d10的位置与功能是对应至图6B的单方向磁传感器120b2的位置与功能，其中单方向磁传感器120d1～120d12的感测方向S均朝向y方向。
比较图7A至图7D与图4A至图6D可知，本实施例的磁场感测模块100d也可实现类似于图4A至图6D的磁场感测模块100的第一、第二及第三惠斯通电桥，进而达到多轴向的磁场感测。此外，相较于图4A至图6D的第一、第二及第三惠斯通电桥，本实施例的磁场感测模块100d中的第一、第二及第三惠斯通电桥均串接了较多的单方向磁传感器，因此可具有更为灵敏的感测效果。
图8A为本发明又一实施例的磁场感测模块的上视结构示意图，图8B示出图8A的磁场感测模块用以测量x方向磁场的第一惠斯通电桥，图8C示出图8A的磁场感测模块用以测量y方向磁场的第二惠斯通电桥，且图8D示出图8A的磁场感测模块用以测量z方向磁场的第三惠斯通电桥。请参照图8A至图8D，本实施例的磁场感测模块100e与图7A至图7D的磁场感测模块100d类似，而两者的差异在于本实施例的磁场感测模块100e中的第一惠斯通电桥与第三惠斯通电桥共用了单方向磁传感器120b。在图8A至图8B中，标示“Xor Z”的单方向磁传感器120b在一个周期时间中的两个不同的子时间中分别用以感测x方向与z方向上的磁场。
在本实施例中，第一、第二及第三惠斯通电桥分别是在一个周期时间中的三个不同的子时间中分别形成。当如图8B形成第一惠斯通电桥时，电压供应端VDD被切换以连接至端点B与端点E，且接地端被切换以连接至端点C与端点D，此时，电压供应端VDD是依次经由单方向磁传感器120b1’’、单方向磁传感器120b2’’及单方向磁传感器120b3’’连接至电压输出端V1，且电压输出端V1是依次经由单方向磁传感器120b4’’、单方向磁传感器120b5’’及单方向磁传感器120b6’’连接至接地端GND。另一方面，电压供应端VDD依次经由单方向磁传感器120b7’’、单方向磁传感器120b8’’及单方向磁传感器120b9’’连接至电压输出端V2，且电压输出端V2依次经由单方向磁传感器120b10’’、单方向磁传感器120b11’’及单方向磁传感器120b12’’连接至接地端GND。
也就是说，单方向磁传感器120b1’’、单方向磁传感器120b2’’及单方向磁传感器120b3’’的位置与功能都是对应至图4A的单方向磁传感器120b3的位置与功能，单方向磁传感器120b4’’、单方向磁传感器120b5’’及单方向磁传感器120b6’’的位置与功能都是对应至图4A的单方向磁传感器120b1的位置与功能，单方向磁传感器120b7’’、单方向磁传感器120b8’’及单方向磁传感器120b9’’的位置与功能是对应至图4A的单方向磁传感器120b4的位置与功能，而单方向磁传感器120b10’’、单方向磁传感器120b11’’及单方向磁传感器120b12’’的位置与功能是对应至图4A的单方向磁传感器120b2的位置与功能。
当如图8C形成第二惠斯通电桥时，电压供应端VDD被切换以连接至端点A，且接地端GND被切换以连接至端点F。此时，电压供应端VDD是经由单方向磁传感器120a1’连接至电压输出端V2，且电压输出端V2是依次经由单方向磁传感器120c3’、单方向磁传感器120c2’及单方向磁传感器120c1’连接至接地端GND。另一方面，电压供应端VDD是依次经由单方向磁传感器120c4’、单方向磁传感器120c5’及单方向磁传感器120c6’连接至电压输出端V1，且电压输出端V1是经由单方向磁传感器120a2’连接至接地端GND。
也就是说，单方向磁传感器120a1’的位置与功能是对应于图5B的单方向磁传感器120a1的位置与功能，单方向磁传感器120c3’、单方向磁传感器120c2’及单方向磁传感器120c1’的位置与功能是对应于图5B的单方向磁传感器120c2的位置与功能，单方向磁传感器120c4’、单方向磁传感器120c5’及单方向磁传感器120c6’的位置与功能是对应于图5B的单方向磁传感器120c1的位置与功能，而单方向磁传感器120a2’的位置与功能是对应于图5B的单方向磁传感器120a2的位置与功能。再者，单方向磁传感器120a1’、单方向磁传感器120a2’及单方向磁传感器120c1’～120c6’的感测方向S均朝向y方向。
当如图8D形成第二惠斯通电桥时，电压供应端VDD被切换而连接至端点B与端点D，且接地端GND被切换而连接至端点C与端点E。此时，电压功应端VDD依次经由单方向磁传感器120b1’’、单方向磁传感器120b2’’及单方向磁传感器120b3’’连接至电压输出端V1，且电压输出端V1依次经由单方向磁传感器120b4’’、单方向磁传感器120b5’’及单方向磁传感器120b6’’连接至接地端GND。另一方面，电压供应端VDD依次经由单方向磁传感器120b12’’、单方向磁传感器120b11’’及单方向磁传感器120b10’’连接至电压输出端V2，且电压输出端V2是依次经由单方向磁传感器120b9’’、单方向磁传感器120b8’’及单方向磁传感器120b7’’连接至接地端GND。
通过电压输出端与接地端以上述方式经切换而连接至端点A～F，磁场感测模块100e可以在一个周期时间中的三个子时间中分别形成第一惠斯通电桥、第二惠斯通电桥及第三惠斯通电桥，以分别感测x方向、y方向及z方向上的磁场。上述电压输出端与接地端相对于端点A～F的切换可利用集成电路中的切换电路来达成，这些切换电路可集成至专用集成电路（application specific integrated circuit,简称：ASIC）中，或者整个磁场感测模块100e也可以与专用集成电路集成在同一个晶片当中。
相较于图7A至图7D的磁场感测模块100d中的第一、第二及第三惠斯通电桥分别具有各自的单方向磁传感器120b、单方向磁传感器120a及单方向磁传感器120d，图8A至图8D的磁场感测模块100e中的第一及第三惠斯通电桥则是共用单方向磁传感器120b，因此图8的磁场感测模块100e具有体积小、设计简单、走线较简单、电极垫较少等优点，且这些惠斯通电桥的线路甚至可以利用单一层的重配置线路层（redistribution layer,简称：RDL）来完成。然而，图7A至图7D的磁场感测模块100d所具有的优点则是可分别独立地调整第一、第二及第三惠斯通电桥的输出电压的电压增益值，也就是在电压为类比状态的时候，就可以各自调整其电压增益值。如此一来，可通过各自独立调整电压增益值，而让x、y及z方向中相同的磁场量值能够对应到相同大小的电压值，进而简化后端（如数字电路）的运算与设计。
请再参照图1A、图1B及图1C，本发明的一实施例提出一种测量方法，用以测量外来磁场。此测量方法包括改变外来磁场的磁场分布，以将外来磁场的在第一方向D1上的分量、第二方向D2上的分量及第三方向D3上的分量在多个不同位置上至少有部分分量转换至第二方向D2。在本实施例中，改变外来磁场的磁场分布的方法包括在第二方向D2上排列多个磁通集中器110，来改变外来磁场的分布，其中每一磁通集中器110沿着第一方向D1延伸。改变磁场的情形可参照图2A至图2C所示出。
此外，上述的这些不同位置例如是这些单方向磁传感器120所配置的位置。另外，如图4A至图6D的实施例所述，外来磁场的分量BX、分量BY及分量BZ分别在不同的位置被磁通集中器110导引至具有y方向上的分量的方向上。再者，此测量方法还包括分别在这些不同位置感测第二方向D2上的磁场大小，以测量出外来磁场在第一方向D1上的分量大小、在第二方向D2上的分量大小及在第三方向D3上的分量大小。也即可如图4A至图6D的实施例所述，将单方向磁传感器120配置于如图4A至图6D的单方向磁传感器120a、单方向磁传感器120b及单方向磁传感器120c的位置，以感测外来磁场的分量BX、分量BY及分量BZ。
本实施例的测量方法可选取这些单方向磁传感器120的第一部分（例如单方向磁传感器120b）耦接成第一惠斯通电桥，选取这些单方向磁传感器120的第二部分（例如单方向磁传感器120a及单方向磁传感器120c）耦接成第二惠斯通电桥，且选取这些单方向磁传感器120的第一部分（例如单方向磁传感器120b）耦接成第三惠斯通电桥。此外，本实施例的测量方法可分别利用第一惠斯通电桥、第二惠斯通电桥及第三惠斯通电桥测量出外来磁场在第一方向D1上的分量BX的大小、在第二方向D2上的分量BY的大小及在第三方向D3上的分量BZ的大小，其中在第三惠斯通电桥中耦接这些单方向磁传感器120b的顺序不同于在第一惠斯通电桥中耦接这些单方向磁传感器120b的顺序。
在另一施例中，测量方法可包括选取这些单方向磁传感器120的第一部分（例如单方向磁传感器120b）耦接成第一惠斯通电桥，选取这些单方向磁传感器120的第二部分（例如单方向磁传感器120a及单方向磁传感器120c）耦接成第二惠斯通电桥，且选取这些单方向磁传感器120的额外的第三部分耦接成第三惠斯通电桥，其中此额外的第三部分的位置与功能与第一部分相对应，此第三部分例如为图7A的单方向磁传感器120d。
在本实施例的测量方法中，由于通过改变外来磁场的磁场分布的方式以将外来磁场转换至同一方向，因此能够以在同一方向感测外来磁场的方式就能够在实际上达到多个轴向的磁场感测。因此，此测量方法可通过较为简易的方式达到多个轴向的磁场感测。此外，上述的测量方法也可以用上述其他的磁场感测模块来实现。
图9A至图9F示出本发明一实施例的磁场感测模块的制作方法的流程的侧视示意图。请参照图9A至图9F，本实施例的磁场感测模块的制作方法可用以制作上述磁场感测模块100或其他实施例的磁场感测模块，而以下以制作上述磁场感测模块100为例。此制作方法包括下列步骤。首先，请参照图9A，提供基板130。接着，在基板130上形成磁感测多层膜结构150，其中磁感测多层膜结构150例如为在基板上由下往上堆叠的钉扎层122、被钉扎层124、间隔层126及自由层128（如图3A所示出）。在本实施例中，磁感测多层膜结构150的感测方向（即为图3A的钉扎方向E1）实质上平行于第二方向D2。
然后，在本实施例中，可在磁感测多层膜结构150上形成光阻层160，然后如图9B所示出，再将光阻层160图案化，以形成经图案化后的光阻层162。经图案化后的光阻层162具有暴露出磁感测多层膜结构150的第一部分152的开口163，且经图案化后的光阻层162覆盖磁感测多层膜结构150的第二部分154。图案化光阻层160的方法可利用一般微影处理中的步骤来达成。
之后，蚀刻磁感测多层膜结构150的第一部分152，其中剩余的磁感测多层膜结构150的第二部分154形成多个彼此分离的单方向磁传感器120。在本实施例中，可使蚀刻物质170穿透经图案化后的光阻层162的开口163，以蚀刻磁感测多层膜结构150的第一部分152。其中，蚀刻物质170可为湿式蚀刻中的蚀刻液，或者是干式蚀刻中的电浆。然后，再将经图案化后的光阻层160移除。接着，如图9C所示出，形成覆盖基板130及这些单方向磁传感器120的绝缘层140。
然后，如图9D所示出，在绝缘层140上形成铁磁性材料层190。在此之后，如图9E与图9F所示出，图案化铁磁性材料层190，以形成彼此分离的多个磁通集中器110。在本实施例中，在图9D的步骤之后，可如图9E所示出，在铁磁性材料层190上形成图案化光阻层210。形成图案化光阻210层的方式可为先涂布一层连续地光阻层，然后再利用一般微影处理中的步骤将连续地光阻层曝光及显影成如图9E所示出的图案化光阻层210。接着，使蚀刻物质220穿过图案化光阻层210的开口212而蚀刻铁磁性材料层190中未被图案化光阻层210覆盖的部分，而剩余未被蚀刻的铁磁性材料层190即形成多个彼此分离的磁通集中器110。然后，再将图案化光阻层210移除。
与图1A所示出者相同的是，每一磁通集中器110沿着第一方向D1延伸，且这些磁通集中器110沿着第二方向D2排列。在本实施例中，第一方向D1与第二方向D2实质上平行于基板130。这些单方向磁传感器120分别配置于这些磁通集中器110之间的位置的下方（例如单方向磁传感器120a）、这些磁通集中器110的排列于第二方向D2上的两侧的位置的下方（例如单方向磁传感器120b）及这些磁通集中器110的下方，例如正下方（例如单方向磁传感器120c）。至此，即完成磁场感测模块100的制作。
在本实施例的磁场感测模块的制作方法中，由于是将磁感测多层膜结构150蚀刻成多个彼此分离的单方向磁传感器120，再搭配磁通集中器110的形成，以完成多轴向磁场感测模块100的制作。因此，此制作方法可利用较为简易的制作过程制作出可达到多轴向磁场感测的磁场感测模块，进而节省处理时间及制作成本。此外，在本实施例的磁场感测模块的制作方法中，可利用单一晶片的处理，就可完成磁场感测模块100的制作。因此，相较于现有技术使用二个以上的晶片的处理来制作多轴向磁场感测模块，本实施例的磁场感测模块的制作方法能利用较简单的处理及较低的制作成本来制作出多轴向的磁场感测模块。
值得注意的是，第一惠斯通电桥、第二惠斯通电桥及第三惠斯通电桥的电路连接方式并不以上述实施例所描述的为限，在相同的元件配置形式下，也可采用不同的电路连接方式来形成第一惠斯通电桥、第二惠斯通电桥及第三惠斯通电桥，但所达到的功能与效果是相同或类似的，以下举出本发明的另一实施例来说明此点。
图10A示出当平行于x方向的外来磁场施加于用以感测平行于x方向的磁场的本发明另一实施例的磁场感测模块的电路架构时，单方向磁传感器的电阻变化。图10B示出当平行于y方向的外来磁场施加于图10A的电路架构时，单方向磁传感器的电阻变化。图10C示出当平行于z方向的外来磁场施加于图10A的电路架构时，单方向磁传感器的电阻变化。图11A示出当平行于x方向的外来磁场施加于用以感测平行于z方向的磁场的本发明另一实施例的磁场感测模块的电路架构时，单方向磁传感器的电阻变化。图11B示出当平行于y方向的外来磁场施加于图11A的电路架构时，单方向磁传感器的电阻变化。图11C示出当平行于z方向的外来磁场施加于图11A的电路架构时，单方向磁传感器的电阻变化。
请参照图10A至图10C及图11A至图11C，本实施例的图10A至图10C的第一惠斯通电桥的功能类似于图4A的第一惠斯通电桥的功能，且本实施例的图11A至图11C的第三惠斯通电桥的功能类似于图6A的第三惠斯通电桥的功能，而其差异如下所述。在图10A至图10C的第一惠斯通电桥中，电压供应端VDD经由单方向磁传感器120b1连接至电压输出端V1X，且电压输出端V1X经由单方向磁传感器120b2连接至接地端GND。另一方面，电压供应端VDD经由单方向磁传感器120b3连接至电压输出端V2X，且电压输出端V2X经由单方向磁传感器120b4连接至接地端GND。在图10A中，由于单方向磁传感器120b1的电阻大于单方向磁传感器120b3的电阻，但单方向磁传感器120b2的电阻小于单方向磁传感器120b4的电阻，因此电压输出端V1X的电压小于电压输出端V2X的电压，所以电压输出端V1X与电压输出端V2X之间的电压差会形成对应于外来磁场的分量BX的信号。在图10B中，由于四个单方向磁传感器120b1～120b4的电阻都下降，因此电压输出端V1X与电压输出端V2X之间的电压差为0，而没有信号产生。在图10C中，由于单方向磁传感器120b1与单方向磁传感器120b2的电阻都下降，且单方向磁传感器120b3与单方向磁传感器120b4的电阻都下降，所以单方向磁传感器120b1与单方向磁传感器120b2的比例实质上等于单方向磁传感器120b3与单方向磁传感器120b4的比例，因此电压输出端V1X与电压输出端V2X之间的电压差为0，而没有信号产生。所以，如图10A的第一惠斯通电桥也可实现x方向的感测。
在图11A至图11C的第三惠斯通电桥中，电压供应端VDD经由单方向磁传感器120b1连接至电压输出端V1Z，且电压输出端V1Z经由单方向磁传感器120b4连接至接地端GND。另一方面，电压供应端VDD经由单方向磁传感器120b3连接至电压输出端V2Z，且电压输出端V2Z经由单方向磁传感器120b4连接至接地端GND。在图11A中，单方向磁传感器120b1与单方向磁传感器120b4的电阻都上升，而单方向磁传感器120b3及单方向磁传感器120b2的电阻都下降，因此单方向磁传感器120b1与单方向磁传感器120b4的比例实质上相等于单方向磁传感器120b3与单方向磁传感器120b2的比例，因此电压输出端V1Z与电压输出端V2Z的电压实质上相等。所以，电压输出端V1Z与电压输出端V2Z之间的电压差为0而没有信号输出。在图11B中，四个单方向磁传感器120b1～120b4的电阻都下降，因此电压输出端V1Z与电压输出端V2Z之间的电压差为0而没有信号输出。在图11C中，单方向磁传感器120b1的电阻大于单方向磁传感器120b3的电阻，而单方向磁传感器120b4的电阻小于单方向磁传感器120b2的电阻，因此电压输出端V1Z的电压小于电压输出端V2Z的电压，所以电压输出端V1Z与电压输出端V2Z之间的电压差会形成对应于外来磁场的分量BZ的信号。因此，图11A至图11C所示出的第三惠斯通电桥也可用以感测z方向的磁场。
综上所述，在本发明的实施例的磁场感测模块中，由于通过磁通集中器来使外来磁场弯曲，因此多个单方向磁传感器的感测方向可以实质上相同，所以此磁场感测模块可以在较为简化的架构下达到多轴向的磁场感测，进而降低磁场感测模块的制作困难度及成本。在本发明的实施例的测量方法中，由于通过改变外来磁场的磁场分布的方式以将外来磁场转换至同一方向，因此能够以在同一方向感测外来磁场的方式就能够在实际上达到多个轴向的磁场感测。因此，此测量方法可通过较为简易的方式达到多个轴向的磁场感测。在本发明的实施例的磁场感测模块的制作方法中，由于是将磁感测多层膜结构蚀刻成多个彼此分离的单方向磁传感器，再搭配磁通集中器的形成，以完成多轴向磁场感测模块的制作。因此，此制作方法可利用较为简易的制作过程制作出可达到多轴向磁场感测的磁场感测模块。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (23)

1.一种磁场感测模块，其特征在于，包括：
多个磁通集中器，每一该磁通集中器沿着第一方向延伸，且该些磁通集中器沿着第二方向排列；以及
多个单方向磁传感器，分别配置于对应至该些磁通集中器之间的位置及对应至该些磁通集中器的排列于该第二方向上的两侧的位置，其中该些单方向磁传感器的感测方向实质上相同。
2.根据权利要求1所述的磁场感测模块，其特征在于，该些单方向磁传感器的感测方向实质上平行于该第二方向。
3.根据权利要求1所述的磁场感测模块，其特征在于，该第一方向实质上垂直于该第二方向。
4.根据权利要求1所述的磁场感测模块，其特征在于，部分的该些单方向磁传感器配置于该些磁通集中器在第三方向上的一侧，其中该第三方向实质上垂直于该第一方向与该第二方向。
5.根据权利要求4所述的磁场感测模块，其特征在于，部分配置于对应至该些磁通集中器的排列于该第二方向上的两侧的位置的该些单方向磁传感器耦接成第一惠斯通电桥，且用以感测外来磁场在该第一方向上的分量。
6.根据权利要求5所述的磁场感测模块，其特征在于，配置于对应至该些磁通集中器之间的位置及配置于该些磁通集中器在该第三方向上的一侧的该些单方向磁传感器耦接成第二惠斯通电桥，且用以感测该外来磁场在该第二方向上的分量。
7.根据权利要求6所述的磁场感测模块，其特征在于，另一部分配置于对应至该些磁通集中器的排列于该第二方向上的两侧的位置的该些单方向磁传感器耦接成第三惠斯通电桥，且用以感测该外来磁场在该第三方向上的分量，其中在该第三惠斯通电桥中耦接该些单方向磁传感器的顺序不同于在该第一惠斯通电桥中耦接该些单方向磁传感器的顺序。
8.根据权利要求4所述的磁场感测模块，其特征在于，配置于对应至该些磁通集中器的排列于该第二方向上的两侧的位置的该些单方向磁传感器通过第一导电路径耦接成第一惠斯通电桥，且通过第二导电路径耦接成第三惠斯通电桥，该第一惠斯通电桥用以感测外来磁场在该第一方向上的分量，该第三惠斯通电桥用以感测该外来磁场在该第三方向上的分量，该第一导电路径耦接该些单方向磁传感器的顺序不同于该第二导电路径耦接该些单方向磁传感器的顺序。
9.根据权利要求1所述的磁场感测模块，其特征在于，还包括多个电阻器，其与配置于对应至该些磁通集中器之间的位置的该些单方向磁传感器耦接成惠斯通电桥，且用以感测外来磁场在该第二方向上的分量。
10.根据权利要求1所述的磁场感测模块，其特征在于，该些单方向磁传感器为巨磁阻传感器、隧道磁阻传感器或其组合。
11.根据权利要求1所述的磁场感测模块，其特征在于，该些磁通集中器的残磁小于其饱和磁化量的10％。
12.一种测量方法，用以测量外来磁场，其特征在于，该测量方法包括：
改变该外来磁场的磁场分布，以将该外来磁场的在第一方向上的分量、第二方向上的分量及第三方向上的分量在多个不同位置上至少有部分分量转换至该第二方向；以及
分别在该些不同位置感测该第二方向上的磁场大小，以据此测量出该外来磁场在该第一方向上的分量大小、在该第二方向上的分量大小及在该第三方向上的分量大小。
13.根据权利要求12所述的测量方法，其特征在于，改变该外来磁场的磁场分布的方法包括在该第二方向上排列多个磁通集中器，且每一该磁通集中器沿着该第一方向延伸。
14.根据权利要求13所述的测量方法，其特征在于，该些不同位置包括对应至该些磁通集中器之间的位置及对应至该些磁通集中器的排列在该第二方向上的两侧的位置。
15.根据权利要求13所述的测量方法，其特征在于，该些磁通集中器的残磁小于其饱和磁化量的10％。
16.根据权利要求12所述的测量方法，其特征在于，该第一方向、该第二方向及该第三方向彼此实质上垂直。
17.根据权利要求12所述的测量方法，其特征在于，分别在该些不同位置感测该第二方向上的磁场大小，以测量出该外来磁场在该第一方向上的分量大小、在该第二方向上的分量大小及在该第三方向上的分量大小的方法包括：
在该些不同位置上分别设置多个单方向磁传感器，其中该些单方向磁传感器的感测方向都为该第二方向；以及
选取该些单方向磁传感器的第一部分耦接成第一惠斯通电桥，选取该些单方向磁传感器的第二部分耦接成第二惠斯通电桥，选取该些单方向磁传感器的该第一部分耦接成第三惠斯通电桥，且分别利用该第一惠斯通电桥、该第二惠斯通电桥及该第三惠斯通电桥测量出该外来磁场在该第一方向上的分量大小、在该第二方向上的分量大小及在该第三方向上的分量大小，其中在该第三惠斯通电桥中耦接该些单方向磁传感器的顺序不同于在该第一惠斯通电桥中耦接该些单方向磁传感器的顺序。
18.根据权利要求12所述的测量方法，其特征在于，分别在该些不同位置感测该第二方向上的磁场大小，以测量出该外来磁场在该第一方向上的分量大小、在该第二方向上的分量大小及在该第三方向上的分量大小的方法包括：
在该些不同位置上分别设置多个单方向磁传感器，其中该些单方向磁传感器的感测方向都为该第二方向；以及
选取该些单方向磁传感器的第一部分耦接成第一惠斯通电桥，选取该些单方向磁传感器的第二部分耦接成第二惠斯通电桥，选取该些单方向磁传感器的第三部分耦接成第三惠斯通电桥，且分别利用该第一惠斯通电桥、该第二惠斯通电桥及该第三惠斯通电桥测量出该外来磁场在该第一方向上的分量大小、在该第二方向上的分量大小及在该第三方向上的分量大小。
19.一种磁场感测模块的制作方法，其特征在于，包括：
提供基板；
在该基板上形成磁感测多层膜结构；
蚀刻该磁感测多层膜结构的第一部分，其中剩余的该磁感测多层膜结构的第二部分形成多个彼此分离的单方向磁传感器；
形成覆盖该基板及该些单方向磁传感器的绝缘层；以及
在该绝缘层上形成多个磁通集中器，其中每一该磁通集中器沿着第一方向延伸，该些磁通集中器沿着第二方向排列，该些单方向磁传感器分别配置于该些磁通集中器之间的位置的下方、该些磁通集中器的排列于该第二方向上的两侧的位置的下方及该些磁通集中器的下方。
20.根据权利要求19所述的磁场感测模块的制作方法，其特征在于，蚀刻该磁感测多层膜结构的该部分的方法包括：
在该磁感测多层膜结构上形成光阻层；
图案化该光阻层，以使经图案化后的该光阻层具有暴露出该磁感测多层膜结构的该第一部分的开口，且使经图案化后的该光阻层覆盖该磁感测多层膜结构的该第二部分；以及
使蚀刻物质穿透经图案化后的该光阻层的该开口，以蚀刻该磁感测多层膜结构的该第一部分。
21.根据权利要求19所述的磁场感测模块的制作方法，其特征在于，在该绝缘层上形成该些磁通集中器的方法包括：
在该绝缘层上形成铁磁性材料层；以及
图案化该铁磁性材料层，以形成彼此分离的多个磁通集中器。
22.根据权利要求19所述的磁场感测模块的制作方法，其特征在于，该第一方向与该第二方向实质上平行于该基板，且该第一方向实质上垂直于该第二方向。
23.根据权利要求19所述的磁场感测模块的制作方法，其特征在于，在该基板上形成该磁感测多层膜结构的步骤包括：
使该磁感测多层膜结构的感测方向实质上平行于该第二方向。
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