CN104880682B - 一种交叉指状y轴磁电阻传感器 - Google Patents
一种交叉指状y轴磁电阻传感器 Download PDFInfo
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Abstract
一种交叉指状Y轴磁电阻传感器，包括衬底、位于衬底上的第一梳状软磁通量引导器、第二梳状软磁通量引导器、推挽式磁电阻传感单元电桥，还可包括校准和/或重置线圈，第一、第二梳状软磁通量引导器形成交叉指状，第二梳齿和相邻的两个第一梳齿间形成第一间隙和第二间隙，且第二梳齿与第一梳座间、第一梳齿与第二梳座间分别形成间隙，推磁电阻单元串和挽磁电阻单元串交替位于第一间隙和第二间隙内,且磁电阻传感单元为X磁场敏感方向，校准线圈包括平行于磁电阻传感单元串的校准直导线，重置线圈分别垂直于磁电阻传感单元串的重置直导线，本发明通过交叉梳状软磁通量引导器，实现了对Y轴磁场测量，具有简单、高增益和低功耗特点。
Description
技术领域
本发明涉及磁性传感器领域，特别涉及一种交叉指状Y轴磁电阻传感器。
背景技术
在两轴和三轴磁性罗盘芯片设计过程中，需要同时用到X轴和Y轴磁敏传感器，对于磁电阻类型的传感单元，一般具有单一的敏感磁场方向，例如为X方向磁场敏感，对于Y方向磁场敏感的获得，一般采用将X方向磁场敏感传感单元旋转90度，以此来获得Y方向磁场敏感单元，其次，为了提高X或者Y轴磁电阻传感器的磁场灵敏度，通常采用推挽式电桥，其中推臂和腕臂采用分立制造的形式，即将其中的一个相对于另一个相对旋转180度，而后在推臂和腕臂的切片之间采用飞线的形式进行连接。
以上提出的Y轴磁电阻传感器主要存在如下问题：
1）在同一平面上同时制备X和Y轴磁电阻传感器时，由于X和Y轴磁电阻传感器都为分立元件，因此无法实现集成制造，增加了工艺的负责性，并影响了两轴或三轴传感器的测量精度。2）推臂和腕臂无法实现集成制造的工艺，采用分立切片飞线连接的工艺，同样增加了工艺的复杂性，影响传感器的测量精度。
发明内容
为了解决以上存在的问题，本发明提出了一种交叉指状Y轴磁电阻传感器，采用交叉指状的软磁通量集中器来实现磁路的改变，实现将Y磁场转变成-X和X方向的磁场分量，且分别作用于推磁电阻传感单元和挽磁电阻传感单元，实现Y磁场信号的增强输出，而当X磁场通过时，作用在推磁电阻传感单元和挽磁电阻传感单元上的X向磁场分量可以实现抵消。
本发明所提出的一种交叉指状Y轴磁电阻传感器，包括衬底、位于衬底之上的第一梳状软磁通量集中器、第二梳状软磁通量集中器及推挽式磁电阻传感单元电桥；
所述第一梳状软磁通量集中器的第一梳齿和第一梳座和所述第二梳状软磁通量集中器的第二梳齿和第二梳座均为矩形，所述第一梳齿和所述第二梳齿长轴和短轴分别平行于Y轴和X轴，所述第一梳座和第二梳座长轴和短轴分别平行于X轴和Y轴；
所述第一梳状软磁通量集中器和所述第二梳状软磁通量集中器之间形成交叉指状结构，相邻所述第一梳齿和所述第二梳齿之间依次交替形成第一间隙和第二间隙，且所述第二梳齿与所述第一梳座之间、所述第一梳齿与所述第二梳座之间也形成间隙；
推挽式磁电阻传感单元电桥包括推、挽磁电阻传感单元串，所述推、挽磁电阻传感单元串均包括多个串联和/或并联的磁电阻传感单元，且平行于Y轴方向，并交替位于所述第一间隙和第二间隙内,所述推、挽磁电阻传感单元串分别电连接成推臂和挽臂，所述推臂和挽臂包含的所述磁电阻传感单元串数量相同，且所述推臂和挽臂电连接成推挽式磁电阻传感单元电桥，所述磁电阻传感单元具有X向磁场敏感方向。
还包括校准线圈和/或重置线圈，所述校准线圈包括平行于所述推、挽磁电阻传感单元串的校准直导线，当校准电流通过所述校准线圈时，在所述推、挽磁电阻传感单元串处分别产生沿X和-X方向幅度相同的校准磁场分量；所述重置线圈包括垂直于所述推、挽磁电阻传感单元串的重置直导线，当重置线圈通重置电流时，在所有磁电阻传感单元处沿Y方向或-Y方向产生幅度相同磁场分量。
所有所述第一梳齿尺寸相同，所有所述第二梳齿尺寸相同，所有所述第一间隙尺寸相同，所有所述第二间隙尺寸相同，所述第一间隙尺寸和所述第二间隙尺寸相同。
所述磁电阻传感单元为GMR自旋阀或者TMR传感单元，其中钉扎层方向平行于Y轴方向，自由层方向为平行于X轴方向。
没有外加磁场时，所述磁电阻传感单元通过永磁偏置，双交换作用、形状各向异性或者任意结合来使磁性自由层的磁化方向与磁性钉扎层的磁化方向垂直。
所述推挽式磁电阻传感单元电桥为半桥、全桥或者准桥。
所述第一梳齿数量为2*N+1时，N为大于1的整数，所述推磁电阻传感单元串和所述挽磁电阻传感单元串交替分布在2*N个所述第一间隙和所述第二间隙内。
所述第一梳齿数量为2*N+2时，N为大于1的整数，所述推磁电阻传感单元串和所述挽磁电阻传感单元串交替分布在除位于正中间的所述第一间隙和所述第二间隙之外的其他2*N个所述第一间隙和所述第二间隙内。
所述第一梳齿数量为2时，所述推磁电阻传感单元串和所述挽磁电阻传感单元串交替的分布在所述第一间隙和所述第二间隙内。
任一个所述推磁电阻传感单元串均有一个与之相对于所述第一梳状软磁通量集中器的X轴中心线对称的所述挽磁电阻传感单元串。
随着所述第一梳齿宽度Lx10和所述第二梳齿宽度Lx2之和相对于所述第一间隙、所述第二间隙宽度gapy的比率（Lx10+Lx20）/gapy增加，所述推挽式磁电阻传感单元电桥增益增加。
所述第一梳座和第二梳座的X端和-X端均对齐。
所述的Y轴磁电阻传感器还包括两条相同的软磁通量集中器长条，两条所述软磁通量集中器长条分别位于所述第一梳状软磁通量集中器和第二梳状软磁通量集中器的X端及-X端，且距离两端相同距离。
所述校准线圈包括推校准直导线和挽校准直导线，所述推校准直导线和对应推磁电阻传感单元串之间的位置关系与挽校准直导线和对应挽磁电阻传感单元串之间的位置关系相同，所述位置关系为所述校准直导线位于对应的磁电阻传感单元串的正上方或正下方，且所述推校准直导线和所述挽校准直导线之间串联连接，并具有相反的电流方向。
所述校准线圈包括推校准直导线和挽校准直导线，所述推校准直导线、挽校准直导线均包括并联连接的两条平行的校准直导线，且两条所述推校准直导线和两条所述挽校准直导线之间的间距相同，且分别对称分布于所述推、挽磁电阻传感单元串的两侧，且所述推校准直导线和所述挽校准直导线之间串联连接，并具有相反的电流方向。
所述重置线圈为平面线圈，包含的重置直导线垂直于推磁电阻传感单元串和挽磁电阻传感单元串，且位于每个磁电阻传感单元的正上方或者正下方，且电流方向一致。
所述重置线圈为三维线圈，所述三维线圈缠绕所述第一梳状软磁通量集中器、第二梳状软磁通量集中器以及所述磁电阻传感单元，所述重置直导线分别位于所述第一梳状软磁通量集中器、第二梳状软磁通量集中器和磁电阻传感单元表面，所述重置直导线在所述表面上具有相同排列间隔。
所述校准线圈包含一个正的端口和一个负的端口，两端通过电流时，其所产生的校准磁场幅度范围在所述磁电阻传感单元的线性工作区域内。
所述校准电流可以设定为一个电流值或多个电流值。
所述重置线圈包含两个端口，当两端口通过电流时，其所产生的重置磁场大小为高于所述磁电阻传感单元的饱和磁场值。
所述重置电流为脉冲电流或直流电流。
所述重置线圈和校准线圈为高导电率材料，所述高导电率材料为Cu,Au,Ag或Al。
所述软磁通量集中器为包含Fe,Ni,Co元素中的一种或多种的合金软磁材料。
所述衬底材料为玻璃或硅片，且所述衬底上含有ASIC或所述衬底与另外的ASIC芯片相连接。
所述重置和/或校准线圈位于所述衬底之上、磁电阻传感单元之下，或者所述磁电阻传感单元和所述第一梳状软磁通量集中器及第二梳状软磁通量集中器之间、或者所述第一梳状软磁通量集中器及第二梳状软磁通量集中器之上。
所述重置和/或校准线圈和所述第一梳状软磁通量集中器、第二梳状软磁软磁通量集中器、推挽式磁电阻传感单元电桥之间采用绝缘材料隔离，所述绝缘材料为SiO2,Al2O3,Si3N4,聚酰亚胺或光刻胶。
附图说明
图1为交叉指状Y轴磁电阻传感器基本结构图；
图2为交叉指状Y轴磁电阻传感器Y磁场测量原理图；
图3为交叉指状Y轴磁电阻传感器Y磁场推、挽磁电阻传感器单元串敏感磁场分布图；
图4为交叉指状Y轴磁电阻传感器X磁场测量图；
图5为交叉指状Y轴磁电阻传感器X磁场推、挽磁电阻传感器单元串敏感磁场分布图；
图6 为N=2第一指齿数时交叉指状Y轴磁电阻传感器电连接图；
图7为 N=2第一指齿数时推挽式磁电阻传感单元半桥结构图；
图8为2N+1第一指齿数时交叉指状Y轴磁电阻传感器电连接图；
图9为推挽式磁电阻传感单元全桥结构图；
图10为2N+2第一指齿数时交叉指状Y轴磁电阻传感器电连接图；
图11为两端带直长条的Y轴磁电阻传感器电连接图；
图12 为结构一校准线圈的交叉指状Y轴磁电阻传感器电连接图；
图13为结构一校准线圈的校准电流所产生的校准直流磁力线的分布图；
图14为结构一校准线圈的磁电阻传感单元串处的校准磁场分量分布图；
图15为结构二校准线圈的交叉指状Y轴磁电阻传感器电连接图；
图16为结构二校准线圈的校准电流所产生的校准直流磁力线分布图；
图17为结构二校准线圈的磁电阻传感单元串处的校准磁场分量分布图；
图18为平面重置线圈的交叉指状Y轴磁电阻传感器电连接图；
图19为平面重置线圈的重置电流所产生的重置直流磁力线分布图；
图20为平面重置线圈在磁电阻传感单元串处的重置磁场分布图；
图21为三维重置线圈的交叉指状Y轴磁电阻传感器电连接图；
图22为三维重置线圈的重置电流所产生的重置直流磁力线分布图；
图23为三维重置线圈的磁电阻传感单元串处的重置磁场分量分布图；
图24为交叉指状软磁Y轴磁电阻传感器的基本结构截面图；
图25为带结构一校准线圈的交叉指状软磁Y轴磁电阻传感器的基本结构截面图；
图26为带结构二校准线圈的交叉指状软磁Y轴磁电阻传感器的基本结构截面图；
图27为带平面重置线圈的交叉指状软磁Y轴磁电阻传感器的基本结构截面图；
图28为带三维重置线圈的交叉指状软磁Y轴磁电阻传感器的基本结构截面图；
图29为带重置线圈和校准线圈的交叉指状软磁Y轴磁电阻传感器的基本结构截面图。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。
实施例一
图1为一种交叉指状Y轴磁电阻传感器的基本结构图，包括衬底1，位于衬底1之上的第一梳状软磁通量集中器4，第二梳状软磁通量集中器7，以及推挽式磁电阻传感单元电桥14，所述第一梳状软磁通量集中器4包括N+1个第一梳齿2（1），2（2）…2(N+1)和1个第一梳座3,所述第一梳齿为长条形，其长轴平行于Y轴，短轴平行于X轴，第一梳齿尺寸相同且相互平行，并具有相同间距，N+1个第一梳齿的-Y端对齐且与第一梳座3相连，所述第一梳座3也为长条形，其长轴平行于X轴，短轴平行于Y轴；所述第二梳指软磁通量集中器7包括N个第二梳齿6（1），6（2）…6(N)以及1个第二梳座5，所述第二梳齿同样也为长条形，其长轴平行于Y轴，短轴平行于X轴，第二梳齿尺寸相同且相互平行，并具有相同间距，N个第二梳齿的+Y端对齐并与第二指座5相连，所述第二梳座5也为长条形,其长轴平行于X轴，短轴平行于Y轴。
所述第一梳状软磁通量集中器4和第二梳状通量引导器7之间形成交叉指状结构，其中，所述第二梳齿如6(1)和与之相邻的所述两个第一梳齿如2(1)和2（2）之间分别交替形成具有相同宽度gapy的第一间隙如8和第二间隙如9，且所述第二梳指如6（1）与所述第一梳座3之间，所述第一梳指如2（1）、2（2）与所述第二梳座5之间分别交替形成具有长度gapx1和gapx2的第三间隙10和第四间隙11。
所述推挽式磁电阻传感单元电桥14包括至少一个推臂和一个挽臂，所述推臂包括至少一个推磁电阻传感单元串12，所述挽臂包括至少一个挽磁电阻传感单元串13，所述磁电阻传感单元串包括多个串联和或者并联的磁电阻传感单元，所述推臂和挽臂具有相同数量的磁电阻传感单元串，所述推磁电阻传感单元串和挽磁电阻传感单元串均为平行于Y轴方向，且交替位于所述第一间隙8和第二间隙9内,且所述磁电阻传感单元具有X向磁场敏感方向,其中，15,16,17和18分别对应于推挽式磁电阻传感单元电桥14的地端，电源输入端，及两个半桥的信号输出端。
实施例二
图2为一种交叉指状Y轴磁电阻传感器对于Y磁场的测量原理图，可以看出，经过第一梳状软磁通量集中器4和第二梳状软磁通量集中器7之间形成的交叉指状结构，在第一间隙8和第二间隙9处交替形成具有-X和X向的磁场分量19和20，并分别作用于推磁电阻传感单元串12和挽磁电阻传感单元串13。其Hx磁场分布特征如图3所示，可以看出在第一间隙8和第二间隙9处的Hx磁场大小相同，方向相反。
图4为交叉指状Y轴磁电阻传感器对X磁场的测量原理图，可以看出，经过第一梳状软磁通量集中器4和第二梳状软磁通量集中器7之间形成的叉指状结构，在第一间隙8和第二间隙9处形成具有相同于X外磁场取向的磁场分量21和22，并分别作用于推磁电阻传感单元串12和挽磁电阻传感单元串13。
图5为Hx磁场在第一间隙和第二间隙处的分布情况，可以看出，Hx磁场分布具有相对于中心对称的特征，这对于推挽式磁电阻传感单元的推磁电阻传感单元串和挽磁电阻传感单元串在第一间隙和第二间隙处的分布提出了同样对称的要求，即对于任一推磁电阻传感单元串所在的第一间隙位置，必然对应一个挽磁电阻传感单元串，其所处的第二间隙相对于第一间隙位置具有相同的Hx磁场分量，这样才能保证对于X外磁场的抵消作用。
实施例三
图6为交叉指状Y轴磁电阻传感器当第一梳状软磁通量集中器的梳齿数量N=2时的结构图，其中所述推挽式磁电阻传感单元电桥包括位于第一间隙内的推磁电阻传感单元串23和位于第二间隙内的挽磁电阻传感单元串24，图7为N=2时推磁电阻传感单元串和挽磁电阻传感单元串所构成的推挽式半桥结构，包括R1和R2推臂和挽臂。
图8为交叉指状Y轴磁电阻传感器当第一叉指软磁通量集中器的梳齿数量为25（1），25（2）…25(2N+1)总共2N+1时的结构图，其中交替位于第一间隙内的推磁电阻传感单元串和位于第二间隙内的挽磁电阻传感单元串的数量为4N，此时推磁电阻传感单元串和挽磁电阻传感单元串交替的位于所有的第一间隙和第二间隙内，其电连接图如图8所示，构成的全桥推挽式结构如图9所示。
图10为交叉指状Y轴磁电阻传感器当第一梳状软磁通量集中器的梳齿数量为26（1），26（2）…26(2N+2)总共2N+2时的结构图，此时，为了使得交替位于第一间隙内的推磁电阻传感单元串和位于第二间隙内的挽磁电阻传感单元串的数量为4N，需要同时减少1个推磁电阻传感单元串和挽磁电阻传感单元串，而同时考虑到Hx磁场的对称性的要求，因此要求如果缺少任一一条推磁电阻传感单元串，则同时缺少一条挽磁电阻传感单元串，且所述推磁电阻传感单元串和挽磁电阻传感单元串相对于Y中心线对称。
以上仅仅给出了推磁电阻传感单元串和挽磁电阻传感单元串电连接成全桥的情况，实际情况下，还可以电连接成半桥、或者准桥结构。
实施例四
图11为交叉指状Y轴磁电阻传感器的另一种形式，除了第一梳状软磁通量集中器和第二梳状软磁通量集中器形成的交叉指状结构之外，还在X和-X两端引入了两个长条形软磁通量集中器27和28，所述长条形软磁通量集中器其Y向长度跨越交叉指状软磁通量集中器的-Y端到+Y端，并对齐，且距离-X和+X端相同的距离。
实施例五
图12为交叉指状Y轴磁电阻传感器的校准线圈29的结构图，包括平行于推磁电阻传感单元串和挽磁电阻传感单元串的校准直导线30和31，校准直导线30位于推磁电阻传感单元串的正上方或者正下方，校准直导线31位于挽磁电阻传感单元串的正上方或者正下方，并分别成为推校准直导线30和挽校准直导线31，两者具有相反的电流方向，并且串联连接。需要说明的是，推校准直导线30位于正上方（正下方）时，挽校准直导线31也位于正上方（正下方）。
图13为校准线圈29在交叉指状Y轴磁电阻传感器上所产生的磁场分布特征，可以看出，推校准直导线和挽校准直导线在第一间隙和第二间隙处产生反向的磁场分布。图14为推磁电阻传感单元串和挽磁电阻传感单元串处的X向磁场分布，可以看出，推磁电阻传感单元和挽磁电阻传感单元具有相反的磁场分布特征，大小相同，方向相反，符合推挽式磁电阻传感单元电桥的Y校准磁场作用的特征。
图15为另外一种类型的校准线圈32在交叉指状Y轴磁电阻传感器上的结构图，包括推校准直导线33和挽校准直导线34，所述推校准直导线33包括两条并联的校准推子直导线33（1）和33（2），且分别平行于所述推磁电阻传感单元串，并对称的位于所述推磁电阻传感单元串的两侧；所述挽校准直导线34包括两条并联的挽校准子直导线34（1）和34（2），且分别平行于所述挽磁电阻传感单元串，并对称的位于所述挽磁电阻传感单元串的两侧，且所述两条推校准子直导线和所述两条挽校准子直导线之间具有相同的距离。所述推校准直导线33和挽校准直导线34之间串联连接，且电流方向相反。
图16为对应图15的校准线圈32在交叉指状Y轴磁电阻传感器上的磁场分布图，可以看出，对应推校准直导线33和挽校准直导线34的两条并联的推校准子直导线和两条并联的挽校准子直导线之间分别形成一个闭合的磁力线圈，且在交界处形成反对称分布特征。其在推磁电阻传感单元串和挽磁电阻传感单元串处的Hx向磁场分布特征如图17所示，可以看出，所述推磁电阻传感单元串和所述挽磁电阻传感单元串处具有大小相同，方向相反的Hx磁场分布特征，符合推挽式磁电阻传感单元电桥的Y校准磁场作用的特征。
实施例六
图18为平面重置线圈35在交叉指状Y轴磁电阻传感器上的结构图，包括垂直于推磁电阻传感单元串和挽磁电阻传感单元串的平行重置直导线36，所述重置直导线位于所述推磁电阻传感单元的正上方或者正下方，且具有相同的电流方向，直导线37位于所述相邻两个磁电阻传感单元的间隙处，从而形成串联结构。
图19为平面重置线圈35在交叉指状Y轴磁电阻传感器上的磁场分布图，可以看出，相邻两个直导线36和37具有相反的磁场分布特征，并分别形成两个磁力线环，图20为位于推磁电阻传感单元串和挽磁电阻传感单元串处的Hx磁场分布特征，可以看出，在推磁电阻传感单元串和挽磁电阻传感单元串处具有相同的Hx磁场分量，在重置直导线具有相同的分布间距的情况下，即使推磁电阻传感单元串和挽磁电阻传感单元串不处于重置直导线的正上方或正下方，同样能够保证推磁电阻传感单元串和挽磁电阻传感单元串具有相同的Hx重置磁场分量。
图21为三维重置线圈38在交叉指状Y轴磁电阻传感器上的结构分布图，可以看出，三维重置线圈38包括垂直于推磁电阻传感单元串和挽磁电阻传感单元串的平行直导线39和40，并形成缠绕磁电阻传感单元串和软磁通量集中器为磁芯形成三维结构，其中直导线39位于软磁通量集中器下表面形成等距排列结构，直导线40位于软磁通量集中器上表面形成等距排列结构，直导线39位于软磁通量集中器下表面形成等距排列结构。
图22为三维重置直导线38在交叉指状Y轴磁电阻传感器上的磁场分布图，可以看出，上层重置直导线39和下层重置直导线40分布在推磁电阻传感单元串和挽磁电阻传感单元串处产生周期性分布的磁力线分布特征，相邻两直导线磁力线分布方向相反。
图23为三维重置直导线38在交叉指状Y轴磁电阻传感器的推磁电阻传感单元和挽磁电阻传感单元处所产生的Hx磁场分布曲线，可以看出，上层重置直导线39和下层重置直导线40在推磁电阻传感单元串和挽磁电阻传感单元处产生的Hx磁场分量具有周期性分布特点，只要上层直导线和下层直导线具有均匀的周期性间距，无论直导线是否处于推磁电阻传感单元或挽磁电阻传感单元正上方或者正下方，都能够保持均匀的磁场分布特征，从而能够获得均匀的重置磁场。
实施例七
图24为交叉指状Y轴磁电阻传感器的基本结构截面图，可以看出，推磁电阻传感单元串101和挽磁电阻传感单元串102位于所述衬底1之上，并位于第一梳状软磁通量集中器103和第二梳状软磁通量集中器104构成的第一间隙处，以及第二梳状软磁通量集中器104和第一梳状软磁通量集中器105构成的第二间隙处，其中106为推磁电阻传感单元101和挽磁电阻传感单元102多层薄膜和电极层之间的绝缘层，107为软磁通量集中器和磁电阻传感单元电极之间的绝缘层，108为交叉指状Y轴磁电阻传感器的保护层，109为所述交叉指状Y轴磁电阻传感器的输出输入电极。
图25为交叉指状Y轴磁电阻传感器的包含结构一校准线圈的基本结构截面图，其中，110为推校准直导线，111为挽校准直导线，所述推、挽校准直导线分别位于所述推磁电阻传感单元串101以及挽磁电阻传感单元串102的正上方或者正下方，在本图中位于推、挽磁电阻传感单元串的正上方，实际上还可以位于衬底之上，磁电阻传感单元之下，以及磁电阻传感单元和软磁通量集中器之间区域，还可以位于软磁通量集中器之上。
图26为交叉指状Y轴磁电阻传感器的包含结构二校准线圈的基本结构截面图，其中，112为推校准直导线，包含两条并联连接的推子直导线112（1）和112（2），两条推子同样113为挽校准直导线，包含两条并联连接的挽子直导线113（1）和113（2），两条推子直导线112（1）和112（2）对称的位于所述推磁电阻串101的两侧，两条挽子直导线113（1）和113（2）同样对称的位于所述挽磁电阻串102的两侧，且113（1）和113（2）与所述挽磁电阻传感单元串102之间的距离等于112（1）和112（2）与所述推磁电阻101之间的距离，所述结构二校准直导线在本结构中位于磁电阻传感单元之上，软磁通量集中器之下，实际上还可以位于衬底之上，磁电阻传感单元之下，以及软磁通量集中器之上，其中108（1）绝缘层用于保证磁电阻传感单元和软磁通量集中器之间的电绝缘。
图27为交叉指状Y轴磁电阻传感器的包含平面重置线圈的基本结构截面图，其中，重置线圈114包含垂直于推、挽磁电阻传感单元串101和102的直导线，其位于衬底之上，磁电阻传感单元之下，106（1）绝缘层为保证重置线圈114和磁电阻传感单元101和102之间的电绝缘，实际上，重置线圈114还可以位于磁电阻传感单元和软磁通量集中器之间，以及软磁通量集中器之上。
图28为交叉指状Y轴磁电阻传感器的包含三维重置线圈的截面图，其中，三维重置线圈115包含垂直于推挽磁电阻传感单元串101和102的直导线，并分别环绕所述磁电阻传感单元以及软磁通量集中器，108（1）和106（2）分别为三维重置线圈115和磁电阻传感单元串、软磁通量集中器之间的电绝缘的绝缘层。
图29为交叉指状Y轴磁电阻传感器的包含校准线圈和重置线圈的基本结构截面图，其中，校准线圈可以为图25和26中的任一种类型，其位置可以位于衬底之上，磁电阻传感单元之下，磁电阻传感单元和软磁通量集中器之间，软磁通量集中器之上、或者第一、第二间隙之间，重置线圈也可以为图27和28中的任一种类型，其中平面重置线圈可以位于衬底之上、磁电阻传感单元之下，磁电阻传感单元之上、软磁通量集中器之下，软磁通量集中器之上，三维重置线圈环绕磁电阻传感单元和软磁通量集中器，本图仅给出了包含类型一校准线圈，且位于第一间隙、第二间隙之间，重置线圈位于衬底之上，软磁通量集中器之间区域的一种情况。
此外，所述重置电流可以为脉冲电流或直流电流。
所述重置线圈和校准线圈为高导电率材料，如Cu,Au,Ag或Al。
所述软磁通量集中器为包含Fe,Ni或Co等元素中的一种或多种的合金软磁材料。
所述衬底材料为玻璃，硅片，且所述衬底上含有ASIC、或所述衬底与另外的ASIC芯片相连接。
所述重置/校准线圈和所述第一梳状软磁通量集中器、第二梳状软磁通量集中器、推挽式磁电阻传感单元电桥之间采用绝缘材料隔离，所述绝缘材料为SiO2,Al2O3,Si3N4,聚酰亚胺或光刻胶。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化，本发明中的实施也可以进行不同组合变化，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (24)
1.一种交叉指状Y轴磁电阻传感器，其特征在于，包括衬底、位于衬底之上的第一梳状软磁通量集中器、第二梳状软磁通量集中器及推挽式磁电阻传感单元电桥；
所述第一梳状软磁通量集中器的第一梳齿和第一梳座和所述第二梳状软磁通量集中器的第二梳齿和第二梳座均为矩形，所述第一梳齿和所述第二梳齿长轴和短轴分别平行于Y轴和X轴，所述第一梳座和第二梳座长轴和短轴分别平行于X轴和Y轴；
所述第一梳状软磁通量集中器和所述第二梳状软磁通量集中器之间形成交叉指状结构，相邻所述第一梳齿和所述第二梳齿之间依次交替形成第一间隙和第二间隙，且所述第二梳齿与所述第一梳座之间、所述第一梳齿与所述第二梳座之间也形成间隙；
所述推挽式磁电阻传感单元电桥包括推、挽磁电阻传感单元串，所述推、挽磁电阻传感单元串均包括多个串联和/或并联的磁电阻传感单元，且平行于Y轴方向，并交替位于所述第一间隙和第二间隙内,所述推、挽磁电阻传感单元串分别电连接成推臂和挽臂，所述推臂和挽臂包含的所述磁电阻传感单元串数量相同，且所述推臂和挽臂电连接成推挽式磁电阻传感单元电桥，所述磁电阻传感单元具有X向磁场敏感方向；
其中, 所述第一梳状软磁通量集中器、所述第二梳状软磁通量集中器为包含Fe,Ni,Co元素中的一种或多种的合金软磁材料；所述推挽式磁电阻传感单元电桥为半桥、全桥或者准桥。
2.根据权利要求1所述的一种交叉指状Y轴磁电阻传感器，其特征在于，还包括校准线圈和/或重置线圈，所述校准线圈包括平行于所述推、挽磁电阻传感单元串的校准直导线，当校准电流通过所述校准线圈时，在所述推、挽磁电阻传感单元串处分别产生沿X和-X方向幅度相同的校准磁场分量；所述重置线圈包括垂直于所述推、挽磁电阻传感单元串的重置直导线，当重置线圈通重置电流时，在所有磁电阻传感单元处沿Y方向或-Y方向产生幅度相同磁场分量。
3.根据权利要求1所述的一种交叉指状Y轴磁电阻传感器，其特征在于，所有所述第一梳齿尺寸相同，所有所述第二梳齿尺寸相同，所有所述第一间隙尺寸相同，所有所述第二间隙尺寸相同，所述第一间隙尺寸和所述第二间隙尺寸相同。
4.根据权利要求1或2所述的一种交叉指状Y轴磁电阻传感器，其特征在于，所述磁电阻传感单元为GMR自旋阀或者TMR传感单元，其中钉扎层方向平行于Y轴方向，自由层方向平行于X轴方向。
5.根据权利要求4所述的一种交叉指状Y轴磁电阻传感器，其特征在于，没有外加磁场时，所述磁电阻传感单元通过永磁偏置、双交换作用、形状各向异性或者任意结合来使磁性自由层的磁化方向与磁性钉扎层的磁化方向垂直。
6.根据权利要求1所述的一种交叉指状Y轴磁电阻传感器，其特征在于，所述第一梳齿数量为2*N+1时，N为大于1的整数，所述推磁电阻传感单元串和所述挽磁电阻传感单元串交替分布在2*N个所述第一间隙和所述第二间隙内。
7.根据权利要求1所述的一种交叉指状Y轴磁电阻传感器，其特征在于，所述第一梳齿数量为2*N+2时，N为大于1的整数，所述推磁电阻传感单元串和所述挽磁电阻传感单元串交替分布在除位于正中间的所述第一间隙和所述第二间隙之外的其他2*N个所述第一间隙和所述第二间隙内。
8.根据权利要求1所述的一种交叉指状Y轴磁电阻传感器，其特征在于，所述第一梳齿数量为2时，所述推磁电阻传感单元串和所述挽磁电阻传感单元串交替的分布在所述第一间隙和所述第二间隙内。
9.根据权利要求6-8中任一项所述的一种交叉指状Y轴磁电阻传感器，其特征在于，任一个所述推磁电阻传感单元串均有一个与之相对于所述第一梳状软磁通量集中器的X轴中心线对称的所述挽磁电阻传感单元串。
10.根据权利要求1或3所述的一种交叉指状Y轴磁电阻传感器，其特征在于，随着所述第一梳齿宽度Lx10和所述第二梳齿宽度Lx20之和相对于所述第一间隙、所述第二间隙宽度gapy的比率（Lx10+Lx20）/gapy增加，所述推挽式磁电阻传感单元电桥增益增加。
11.根据权利要求1所述一种交叉指状Y轴磁电阻传感器，其特征在于，所述第一梳座和第二梳座的X端和-X端均对齐。
12.根据权利要求11所述一种交叉指状Y轴磁电阻传感器，其特征在于，所述的Y轴磁电阻传感器还包括两条相同的软磁通量集中器长条，两条所述软磁通量集中器长条分别位于所述第一梳状软磁通量集中器和第二梳状软磁通量集中器的X端及-X端，且距离两端相同距离。
13.根据权利要求2所述一种交叉指状Y轴磁电阻传感器，其特征在于，所述校准线圈包括推校准直导线和挽校准直导线，所述推校准直导线和对应推磁电阻传感单元串之间的位置关系与挽校准直导线和对应挽磁电阻传感单元串之间的位置关系相同，所述位置关系为所述校准直导线位于对应的磁电阻传感单元串的正上方或正下方，且所述推校准直导线和所述挽校准直导线之间串联连接，并具有相反的电流方向。
14.根据权利要求2所述一种交叉指状Y轴磁电阻传感器，其特征在于，所述校准线圈包括推校准直导线和挽校准直导线，所述推校准直导线、挽校准直导线均包括并联连接的两条平行的校准直导线，且两条所述推校准直导线和两条所述挽校准直导线之间的间距相同，且分别对称分布于所述推、挽磁电阻传感单元串的两侧，且所述推校准直导线和所述挽校准直导线之间串联连接，并具有相反的电流方向。
15.根据权利要求2所述一种交叉指状Y轴磁电阻传感器，其特征在于，所述重置线圈为平面线圈，包含的重置直导线垂直于推磁电阻传感单元串和挽磁电阻传感单元串，且位于每个磁电阻传感单元的正上方或者正下方，且电流方向一致。
16.根据权利要求2所述一种交叉指状Y轴磁电阻传感器，其特征在于，所述重置线圈为三维线圈，所述三维线圈缠绕所述第一梳状软磁通量集中器、第二梳状软磁通量集中器以及所述磁电阻传感单元，所述重置直导线分别位于所述第一梳状软磁通量集中器、第二梳状软磁通量集中器和磁电阻传感单元表面，所述重置直导线在所述表面上具有相同排列间隔。
17.根据权利要求13或14所述一种交叉指状Y轴磁电阻传感器，其特征在于，所述校准线圈包含一个正的端口和一个负的端口，两端通过电流时，其所产生的校准磁场幅度范围在所述磁电阻传感单元的线性工作区域内。
18.根据权利要求17所述一种交叉指状Y轴磁电阻传感器，其特征在于，所述校准电流设定为一个电流值或多个电流值。
19.根据权利要求15或16所述一种交叉指状Y轴磁电阻传感器，其特征在于，所述重置线圈包含两个端口，当两端口通过电流时，其所产生的重置磁场大小为高于所述磁电阻传感单元的饱和磁场值。
20.根据权利要求19所述一种交叉指状Y轴磁电阻传感器，其特征在于，所述重置电流为脉冲电流或直流电流。
21.根据权利要求2、13-16任一项所述一种交叉指状Y轴磁电阻传感器，其特征在于，所述重置线圈和校准线圈为高导电率材料，所述高导电率材料为Cu,Au,Ag或Al。
22.根据权利要求1所述的一种交叉指状Y轴磁电阻传感器，其特征在于，所述衬底材料为玻璃或硅片，且所述衬底上含有ASIC或所述衬底与另外的ASIC芯片相连接。
23.根据权利要求2、13-16任一项所述一种交叉指状Y轴磁电阻传感器，其特征在于，所述重置和/或校准线圈位于所述衬底之上、磁电阻传感单元之下，或者所述磁电阻传感单元和所述第一梳状软磁通量集中器及第二梳状软磁通量集中器之间、或者所述第一梳状软磁通量集中器及第二梳状软磁通量集中器之上。
24.根据权利要求2、13-16任一项所述一种交叉指状Y轴磁电阻传感器，其特征在于，所述重置和/或校准线圈和所述第一梳状软磁通量集中器、第二梳状软磁通量集中器、推挽式磁电阻传感单元电桥之间采用绝缘材料隔离，所述绝缘材料为SiO2,Al2O3,Si3N4,聚酰亚胺或光刻胶。
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