CN111198341B - 磁传感器及位置检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种磁传感器和位置检测装置，能够降低由干扰磁场引起的噪声，并根据被检测磁场的变化输出高精度的信号。该磁传感器具有磁检测元件；具有第一面以及与其相对的第二面的第一磁性体；以及位于第一磁性体的第一面上的短边方向的大致中央的第二磁性体，磁检测元件以将第一磁性体夹在中间而与第二磁性体相对的方式设置，并位于第一磁性体的短边方向的大致中央，磁检测元件的磁敏方向与第一磁性体和第二磁性体的短边方向大致平行，第一磁性体的宽度(W1)大于第二磁性体的宽度(W2)。

Description

磁传感器及位置检测装置
技术领域
本发明涉及磁传感器和位置检测装置。
背景技术
近年来，用于检测物理量(例如，由于移动体的旋转运动或直线运动引起的位置或移动量(变化量))的物理量检测装置(位置检测装置)在各种用途中被利用。作为该物理量检测装置，已知有能够检测外部磁场变化的磁传感器，并且从磁传感器输出与外部磁场的变化相对应的信号。
磁传感器具有用于检测被检测磁场的磁传感器元件，并且作为所涉及的磁传感器元件，已知电阻根据外部磁场的变化而变化的磁阻元件(AMR元件，GMR元件，TMR元件等)，或使用所谓霍尔效应的霍尔元件等。
由于这种磁传感器元件具有规定的使用磁场范围，当施加到磁传感器元件磁场的磁场强度在使用磁场范围之外时，则必须将磁场的磁场强度调节到使用磁场范围内。过去，为调节施加到磁传感器元件的磁场的磁场强度，已知具有用于衰减该磁场强度的磁屏蔽的磁传感器(参照专利文献1和2)。
现有技术文献
专利文献
日本特表2016-535845号公报
日本特表2017-502298号公报
发明内容
发明要解决的问题
在上述磁传感器中，通过使要检测的磁场(被检测磁场)的磁场方向与磁传感器元件的磁敏方向相一致，输出与被检测磁场的变化相对应的信号。具有该磁传感器的位置检测装置具备能够生成被检测磁场的磁场产生部(例如磁铁等)。然而，该磁场产生部所产生的不仅只有是被检测磁场，而且也产生与其不同的磁场方向上的磁场(干扰磁场)。此干扰磁场会改变其磁场方向，叠加在被检测磁场上并施加到磁传感器元件上。由此，与被检测磁场的变化相对应的信号中产生噪声，导致了测量误差。尤其是，由于对位置检测装置的小型化的需求，需要磁传感器(磁传感器封装)的进一步小型化，使得磁传感器元件和磁场产生部之间的距离变小，其结果，会产生由于干扰磁场而噪声增加的风险。
在上述磁传感器中，尽管可以将施加在磁传感器元件上的磁场的磁场强度调节到磁传感器元件的使用磁场范围内，但是由于不能仅调节要真正检测的磁场的磁场强度，因此存在由于干扰磁场引起的抗噪声性的问题。
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种磁传感器和位置检测装置，其能够降低由干扰磁场引起的噪声，并且能够对应于被检测磁场的变化而输出高精度的信号。
解决问题的手段
为了解决上述问题，本发明提供一种磁传感器，其特征在于，具有磁检测元件；具有第一面以及与所述第一面相对的第二面且在俯视图中呈大致长方形的第一磁性体；以及位于所述第一磁性体的所述第一面上且在俯视图中位于所述第一磁性体的短边方向的大致中央的俯视大致长方形的第二磁性体，所述磁检测元件以将第一磁性体夹在中间而与所述第二磁性体相对的方式设置，在俯视图中位于所述第一磁性体的短边方向的大致中央，所述磁检测元件的磁敏方向与所述第一磁性体和第二磁性体的短边方向大致平行，且第一磁性体的短边方向的宽度W1大于第二磁性体的短边方向的宽度W2。
在所述磁传感器中，所述第一磁性体的短边方向的宽度W1与第二磁性体的短边方向的宽度W2的关系是，使垂直于所述磁检测元件的磁敏方向的方向且平行于所述第一磁性体和所述第二磁性体的厚度方向的方向的外部磁场实质上不转换成所述磁敏方向的磁场的关系。
在所述磁传感器中，所述第二磁性体在短边方向上的宽度W2相对于第一磁性体在短边方向上的宽度W1之比W2/W1可以为0.2～0.8，所述第一磁性体的厚度T1可以小于所述第二磁性体的厚度T2，所述第二磁性体的厚度T2相对于所述第一磁性体的厚度T1之比T2/T1可以为2～20。
在所述磁传感器中，沿所述第二磁性体的厚度方向的截面形状可以是大致梯形或大致倒梯形，并且所述第二磁性体在短边方向上的宽度W2可以是15μm以上且小于30μm，所述第二磁性体的厚度T2可以为3～20μm。
在所述磁传感器中，所述第二磁性体可以设置成与所述第一磁性体的所述第一面接触，也可以设置成与所述第一磁性体的所述第一面之间隔开规定间隔。
在所述磁传感器中，多个所述磁检测元件可以沿所述第一磁性体的长边方向隔开规定间隔而排列设置，并且电串联连接，或者也可以沿所述第一磁性体的短边方向按规定间隔排列，并且电串联连接，在后者的情况下，在俯视图中，由沿着所述第一磁性体的短边方向排列设置的多个磁检测元件构成的组可以位于所述第一磁性体的大致中央。另外，在所述磁传感器中，多个所述磁检测元件也可以沿着所述第一磁性体的长边方向和短边方向以规定间隔排列成矩阵状，并且电串联连接。
在所述磁传感器中，多个所述第一磁性体沿所述第一磁性体的短边方向隔开规定间隔而排列设置，所述第二磁性体位于所述各第一磁性体的所述第一面上，所述磁检测元件可以位于将所述各第一磁性体夹在中间且与所述各第二磁性体相对的位置。
此外，本发明提供一种位置检测器，其特征在于，具有：基于伴随移动体的移动引起的外部磁场的变化而输出检测信号的磁检测部，以及基于从所述磁检测部输出的所述检测信号来检测所述移动体的位置检出部，所述磁检测部具有上述磁传感器。
发明效果
根据本发明，能够提供一种能够降低由干扰磁场引起的噪声，并且能够对应于被检测磁场的变化而输出高精度的信号的磁传感器和位置检测装置。
附图说明
图1是示出本发明的一个实施方式涉及的磁传感器的概略结构的侧视图。
图2是示出本发明的一个实施方式涉及的磁传感器的概略结构的立体图。
图3是示出本发明的一个实施方式涉及的磁传感器的概略结构的侧视图。
图4是示出本发明的一个实施方式的磁传感器元件部的概略结构的立体图。
图5是示出本发明的一个实施方式的磁传感器元件的概略结构的截面图。
图6是示出本发明的一个实施方式涉及的磁传感器的概略结构的方块图。
图7是示出本发明的一个实施方式涉及的磁传感器的电路配置的一个方面的概略结构的电路图。
图8是示出本发明的一个实施方式涉及的磁传感器的电路配置的另一方面的概略结构的电路图。
图9是示出本发明的另一实施方式涉及的磁传感器的概略结构的侧视图。
图10是示出本发明的另一实施方式涉及的磁传感器的概略结构的侧视图。
图11是示出图10所示的磁传感器中的磁传感器元件部的概略结构的立体图。
图12是示出本发明的一个实施方式涉及的位置检测装置的概略结构的侧视图。
图13是表示试验例1的模拟结果的图表。
图14是表示试验例2的模拟结果的图表。
具体实施方式
参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。
图1是示出本实施方式涉及的磁传感器的概略结构的侧视图。图2是示出本实施方式涉及的磁传感器的概略结构的立体图。图3是示出本实施方式涉及的磁传感器的概略结构的侧视图。图4是示出本实施方式的磁传感器元件部的概略结构的立体图。图5是示出本实施方式的磁传感器元件的概略结构的截面图。图6是示出本实施方式涉及的磁传感器的概略结构的方块图。图7是示出本实施方式涉及的磁传感器所具有的电路结构的一个方面的概略结构的电路图。图8是示出本实施方式涉及的磁传感器所具有的电路结构的另一方面的概略结构的电路图。
此外，在本实施方式的磁传感器中，根据需要在一些附图中定义“X轴方向，Y轴方向和Z轴方向”。这里，X轴方向和Y轴方向是在磁传感器部的平面中彼此正交的方向，而Z轴方向是磁传感器部的厚度方向。
根据本实施方式的磁传感器1具有：至少一个基于外部磁场的变化而输出传感器信号S的磁检测元件部2；设置于磁检测元件部2的Z轴方向上的磁屏蔽3；以及基于传感器信号S而计算物理量的运算部4。
磁屏蔽3包含：具有第一面31A和与第一面31A相对的第二面31B，包含在俯视图中呈大致长方形的第一磁性体31；以及位于第一磁性体的第一面31A上且位于第一磁性体31的短边方向的大致中央的第二磁性体32。第一磁性体31和第二磁性体32可以一体化也可以为分体。
磁屏蔽3(第一磁性体31和第二磁性体32)优选具有相对较高的磁导率(例如，2×10-5～8×10-4(H/m)的程度的磁导率)的软磁性材料，例如MnZn铁氧体，NiZn铁氧体，CuZn铁氧体等尖晶石铁氧体；钡铁氧体，锶铁氧体等六方晶铁氧体；YIG(钇铁石榴石)等石榴石铁氧体；γ-Fe2O3(磁赤铁矿)；以及坡莫合金(NiFe)；CoFe；CoFeSiB；CoZrNb等。
在磁屏蔽3中，第一磁性体31的短边方向上的宽度W1可以大于第二磁性体32在短边方向上的宽度W2，并且其宽度W1和W2的关系是使外部磁场中的Z轴方向的磁场(干扰磁场)实质上不转换成X轴方向(磁检测元件的磁敏方向)的磁场的关系。而且，“Z轴方向的磁场实质上不转换成X轴方向的磁场”意味着Z轴方向上的磁场向X轴方向上的磁场的转换率为1.1％以下，且优选该转换率为0.8％以下，特别优选为0.5％以下。而且，“Z轴方向的磁场向X轴方向的磁场的转换率”是，当对磁传感器1施加规定的磁场强度的Z轴方向的磁场时，作为由磁敏方向为X轴方向的磁检测元件20所具有的磁检测元件部被感测到的X轴方向的磁场强度相对于Z轴方向的施加磁场的磁场强度的百分比，所求到的值。
第二磁性体32的短边方向上的宽度W2与第一磁性体31的短边方向上的宽度W1之比(W2/W1)优选为0.2～0.8，且更优选0.2～0.7。当该比(W2/W1)为0.2～0.8时，Z轴方向上的磁场向X轴方向上的磁场的转换率可以达到0.8％以下，且能够对应于磁传感器1要检测的X轴方向的磁场(被检测磁场)的变化，从磁检测元素部2输出高精度的信号。另一方面，当上述比率(W2/W1)超过0.8时，Z轴方向上的磁场向X轴方向上的磁场的转换率趋于增大，并且从磁检测元件部2输出的信号中恐怕会包含噪声。
第二磁性体32的短边方向上的宽度W2优选为15μm以上且小于30μm，更优选为22～26μm。第二磁性体32的短边方向上的宽度W2小于15μm时，可能会由于磁屏蔽3和磁检测元件部2(磁检测元件20)的X方向的位置偏移(因制造时的偏差而产生的位置偏移)等，而磁传感器1的特性大幅变动，如果宽度W2为30μm以上，则磁屏蔽3可能会饱和。
第一磁性体31的厚度T1优选小于第二磁性体32的厚度T2，并且厚度T2与厚度T1的比(T2/T1)更优选为2～20，特别优选为2～16.7。如果厚度T1小于厚度T2且上述比(T2/T1)为2～20，则可以使Z轴方向上的磁场实质性地不转换为X轴方向上的磁场，且可以相应于磁传感器1的要检测的X轴方向上的磁场(被检测磁场)的变化，从磁检测元件部2输出高精度的信号。另一方面，当上述比(T2/T1)小于2或超过20时，Z轴方向上的磁场向X轴方向上的磁场的转换比容易趋于变大，并且从磁检测元件部2输出的信号中恐怕会包含噪声。
第二磁性体32的厚度T2优选为3～20μm，更优选为6～15μm。第二磁性体32的厚度T2如果小于3μm，则第二磁性体32通过X轴方向的磁场被饱和，第二磁性体32的对于X轴方向的磁场的屏蔽作用恐怕会降低，如果超过20μm，在半导体制造中利用一般的晶圆工艺的第二磁性体32的制作恐怕会变得困难。
磁屏蔽3(第一磁性体31和第二磁性体32)的长边方向的长度没有特别限制，例如可以是30～300μm的程度。然而在本实施方案中，尽管第一磁性体31和第二磁性体32具有相同的长边方向的长度(参照图2)，但是其形态没有限制，在本实施方式中只要能够发挥磁屏蔽3的效果，第一磁性体31的长边方向的长度也可以长于第二磁性体32的长边方向的长度。
当观察第二磁性体32的短边侧的侧面时，第二磁性体32的两个侧面(长边侧的两个侧面)与底面(第一磁性体31的第一面31A)所成的角度θ可以是80～100°的程度，并且优选为85～95°的程度。
在本实施方式中，磁检测元件部2以将第一磁性体夹在中间而与第二磁性体相对的方式设置，并且与第一磁性体31之间隔开规定间隔G1而设置，在俯视图中位于第一磁性体31的短边方向(X轴方向)的大致中央。此外，间隔G1是第一磁性体31的第二面31B与磁检测元件部2(磁检测元件20)之间在Z轴方向上的长度。
磁检测元件部2包括沿磁屏蔽3的长边方向(Y轴方向)排列设置的多个磁检测元件20(在所示图例中，第一磁检测元件21、第二磁检测元件22、以及第三磁检测元件3个)经由上部电极62和下部电极61串联地电连接而构成(参照图2)。
作为构成磁检测元件部2的各磁检测元件20(第一磁检测元件21，第二磁检测元件部22和第三磁检测元件23)，可以使用TMR元件，GMR元件，AMR元件等MR元件，特别优选使用TMR元件。TMR元件和GMR元件具有磁化方向固定的磁化固定层、磁化方向根据施加磁场的方向而改变的自由层、以及设置在磁化固定层和自由层之间的非磁性层。
作为磁检测元件20(第一磁检测元件21、第二磁检测元件22和第三磁检测元件23)的MR元件，在设置于基板(未在图中示出)上的下部电极61的上表面的长边方向上的两端附近，各设置一个。作为各磁检测元件20(第一磁检测元件21，第二磁检测元件22和第三磁检测元件23)的MR元件包含从下部电极61侧开始依次层叠的自由层51，非磁性层52，磁化固定层53和反铁磁性层54。自由层51与下部电极61电连接。反铁磁性层54由反铁磁性材料构成，并且通过产生与磁化固定层53间的交换耦合而起到固定磁化固定层53的磁化方向的作用。多个上部电极62设置在多个MR元件(磁检测元件20(第一磁检测元件21，第二磁检测元件22和第三磁检测元件23))上。此外，MR元件(磁检测元件20(第一磁检测元件21，第二磁检测元件22和第三磁检测元件23))也可以具有从上部电极62侧开始依次层叠自由层51，非磁性层52和磁化固定层53和反铁磁性层54而成的结构。
在TMR元件中，非磁性层52是隧道势垒层。在GMR元件中，非磁性层52是非磁性导电层。在TMR元件或GMR元件中，电阻值根据自由层51的磁化方向与磁化固定层53的磁化方向形成的角度而变化，并且该角度为0°(磁化方向互为平行)时电阻值最小，当该角度为180°(磁化方向互为反向平行)时电阻值最大。
作为本实施方式涉及的磁传感器1所具有的电路结构，例如以包含串联连接的一对磁传感器元件部的惠斯通电桥电路C10(参照图7)作为示例。惠斯通电桥电路C10包含电源端口V10；接地端口G10；两个输出端口E11和E12；串联连接的第1一对磁传感器元件部R11和R12；以及串联连接的第2一对磁传感器元件部R13和R14。磁传感器元件部R11和R13的各一端与电源端口V10相连。磁传感器元件部R11的另一端与磁传感器元件部R12的一端及输出端口E11相连。磁传感器元件部R13的另一端与磁传感器元件部R14的一端及输出端口E12相连。磁传感器元件部R12和R14的各另一端分别连接到接地端口G10。将规定大小的电源电压施加到电源端口V10，并将接地端口G10接地。各磁传感器元件部R11～R14由磁检测元件部2(多个磁检测元件20)构成。此外，磁传感器1所具有的电路结构也可以是仅包括第1一对磁传感器元件R11和R12，而不包括第2一对磁传感器元件R13和R14的半桥电路C10'(参照图8)。
当构成磁传感器元件部R11～R14的各磁检测元件20是TMR元件或GMR元件时，其磁化固定层53的磁化方向以实心箭头表示。磁传感器元件部R11～R14的磁化固定层53的磁化方向与第一方向D1平行(参照图7)，并且磁传感器元件部R11和R14的磁化固定层53的磁化方向与磁传感器元件部R12和R13的磁化固定层53的磁化方向互为反平行方向。
在惠斯通电桥电路C10中，根据外部磁场的变化，输出端口E11，E12输出传感器信号S作为表示磁场强度的信号。差分检测器DD将与输出端口E11，E12的电位差对应的信号作为传感器信号S输出到运算部4。
此外，构成磁传感器元件部R11～R14的各磁检测元件20的灵敏度轴(磁敏方向)是在俯视图中与第一磁性体31和第二磁性体32的短边方向(X轴方向)大致平行的方向。如后所述，在本实施方式中，磁屏蔽3(第一磁性体31和第二磁性体32)可以防止使外部磁场中的Z轴方向上的磁场(干扰磁场)实质性地转换为X轴方向上的磁场。其结果是，因为在磁传感器元件部R11～R14中产生基于磁传感器1要检测的X轴方向上的磁场(被检测磁场)的强度的电阻值变化，从而可以从磁传感器1输出相应于被检测磁场的变化的高精度的信号。
第一磁性体31的第二面31B与磁检测元件部2之间的距离(间隔)G1可以为0.5～5μm的程度，并且优选为0.5～3μm的程度。如果该间隔G1小于0.5μm，则透过第一磁性体31的磁场可能会对磁检测元件部2的特性造成影响，且如果该间隔G1超过5μm，则磁屏蔽3(第一磁性体31)作为屏蔽的效果可能会减弱。
第二磁性体32可以贴着第一磁性体31的第一面31A上设置(参照图1)，也可以在第二磁性体32与第一磁性体31的第一面31A之间经由绝缘层隔开规定的间隔G2来设置(参照图9)。在这种情况下，第一磁性体31的第一面31A与第二磁性体32之间的间隔G2可以是例如0.05～4μm的程度。当该间隔G2超过4μm时，则第二磁性体32作为屏蔽的效果可能会减弱。另外，制造该间隔G2小于0.05μm的磁屏蔽3是非常困难的。
在本实施方式中，具备磁传感器1的磁检测元件部2可以具有沿第一磁性体31的短边方向排列设置的多个磁检测元件部2A和2B。例如，如图10和图11所示，磁检测元件部2具备串联连接多个磁检测元件20(第一磁检测元件21，第二磁检测元件22和第三磁检测元件23)的第一磁检测元件部2A；以及串联连接多个磁检测元件20(第一磁检测元件21，第二磁检测元件22和第三磁检测元件23)的第二磁检测元件部2B，并且第一磁检测元件部2A和第二磁检测元件部2B也可以沿着第一磁性体31的短边方向排列设置。即，多个磁检测元件20矩阵状地排列设置。在这种方式中，第一磁检测元件部2A和第二磁检测元件部2B可以串联连接，也可以并联连接。在这种情况下，当观察磁屏蔽3的短边侧的侧面时，优选由第一磁检测元件部2A和第二磁检测元件部2B构成的组的中心位置(在磁屏蔽3的短边方向上的中心位置)和第一磁性体31的短边方向上的中心大致一致。通过该中心大致互相一致且第一磁检测元件部2A和第二磁检测元件部2B串联连接，由于向第一磁检测元件部2A施加的Z轴方向的磁场(转换成X轴方向的施加磁场)的磁场强度的符号，与向第二磁检测元件部2B施加的Z轴方向的磁场(转换成X轴方向的施加磁场)的磁场强度的符号是相反的，因此可以消除从磁检测元件部2输出的信号中Z轴方向上的磁场的磁场强度的影响。
运算部4包含将从磁检测元件部2输出的模拟信号(传感器信号S)转换为数字信号的A/D(模拟/数字)转换部41，以及对由A/D转换部41进行了数字转换的数字信号进行运算处理，且计算物理量的运算处理部42。
A/D转换部41将从磁检测元件部2输出的传感器信号S(与物理量相关的模拟信号)转换为数字信号，并且将该数字信号输入到运算处理部42。
运算处理部42对由A/D转换部41从模拟信号转换的数字信号进行运算处理，并计算物理量。此运算处理部42是例如由微机等构成的。
具有上述配置的磁传感器1可以用作为位置检测装置的一个构成要素。图12是示出本实施方式涉及的磁传感器的位置检测装置的概略结构的侧视图。
根据本实施方式的位置检测装置10具备本实施方式涉及的磁传感器1和与磁传感器1(磁屏蔽3)相对地设置，并在X轴方向磁化的磁铁70。由于磁铁70设置在移动体上(图示省略)，因此随着移动体的移动，磁场产生变化且从磁传感器1输出规定的信号。本实施方案中的位置检测装置10，可以用在例如照相机等摄像装置中的透镜驱动机构(光学抖动校正结构)等中。
磁传感器1中的运算处理部42(参照图6)，对由A/D转换部41(参照图6)从模拟信号转换的数字信号进行运算处理，且计算移动体的相对移动量作为物理量。
在具有上述配置的本实施方式的位置检测装置10中，当外部磁场随着移动体(磁铁70)相对于磁传感器1移动而改变时，相应于该外部磁场的变化，惠斯通电桥电路C10的磁传感器元件部R11～R14的电阻值发生变化，并且根据输出端口E11，E12的电位差输出传感器信号S。
由运算处理部42计算的相对移动量，在本实施方式中被输出到设置了位置检测装置10的应用(例如，数码相机等)的电子控制单元(Electronic Control Unit,ECU)中。在电子控制单元中，基于上述相对移动量来控制该应用的操作(例如，光学抖动校正机构等)。
在本实施方式的位置检测装置10中，因为通过磁传感器1的磁屏蔽3可以防止Z轴方向上的磁场(干扰磁场)实质性地转换为X轴方向上的磁场，所以从惠斯通电桥电路C10中输出的传感器信号S不受Z轴方向上的磁场的影响，且成为与要检测的X轴方向上的磁场对应的磁场。因此，可以精确地计算出移动体(磁性体70)的相对移动量。
以上说明的实施方式是为了便于理解本发明而记载，但不限制于本发明。因此，在上述实施方式中公开的各个元件也旨在包括本发明的技术范围内的所有设计变更及等同物。
在上述实施方式中，构成磁检测元件部2的多个磁检测元件20(第一磁检测元件21，第二磁检测元件22和第三磁检测元件23)沿着磁屏蔽3的长边方向(Y轴方向)排列设置，以此为例进行说明，但不限于该实施方式。例如，多个磁检测元件20也可以沿着磁屏蔽3的短边方向(X轴方向)排列设置。在这种情况下，当观察磁屏蔽3的短边侧的侧面时，优选具有多个磁检测元件20的磁检测元件部2的中心位置(在磁屏蔽3的短边方向上的中心位置)，与第一磁性体31的短边方向的中心大致一致。由此，由于向位于磁检测元件部2的中心位置起-X侧的磁检测元件20施加的Z轴方向的磁场(转换为X轴方向而施加磁场)的磁场强度的符号，与向位于磁检测元件部2的中心位置起定位到+X侧的磁检测元件20施加的Z轴方向的磁场(转换为X轴方向而施加的磁场)的磁场强度的符号是相反的，因此可以消除从磁检测元件部2输出的信号中的Z轴方向的磁场的磁场强度的影响。
在上述实施方式中，尽管已经以磁传感器1具备一个磁检测元件部2和一个磁屏蔽3的形态为例进行说明，但不限于该形态，例如，也可以具备多个磁检测元件2和设置在多个磁检测元件部2的各自的Z轴方向的上方的多个磁屏蔽3(第一磁性体31和第二磁性体32)。在这种情况下，例如，磁传感器1具备四个磁检测元件部2和四个磁屏蔽3，且作为磁传感器1所具有的电路的惠斯通电桥电路C10(参照图7)中的磁传感器元件部R11～R14中的各个，也可以分别由四个磁检测元件部2的各个构成。另外，磁传感器元件部R11～R14中的各个也可以分别由串联或并联连接的多个磁检测元件部2构成。
【实施例】
在下文中，将通过试验例等来更详细地说明，但本发明不限于以下的试验例等。
试验例1
在具备如图1所示的磁检测元件部2(第一磁检测元件21，第二磁检测元件22和第三磁检测元件23)和磁屏蔽3(第一磁性体31和第二磁性体32)的磁传感器1中，通过模拟求得，施加Z轴方向的磁场Bz(Bz＝100mT)的时候,该磁场Bz向X轴方向的磁场Bx的转换率CRZ-X(％)。在该模拟中，第二磁性体32的短边方向的宽度W2为23μm，第一磁性体31的短边方向的宽度W1为23～115μm(宽度比W2/W1＝0.2～1.0)。另外，第二磁性体32的厚度T2为10μm，第一磁性体31的厚度T1为0.5～5μm(厚度比T2/T1＝0.5～5)。此外，第一磁性体31的第二面31B与磁检测元件部2之间的距离(间隔)G1为1μm。将该结果示于图13和表1。
[表1]
Figure GDA0003498687200000131
试验例2
除了以施加X轴方向上的磁场Bx(Bx＝350mT)上来取代施加Z轴方向上的磁场Bz(Bz＝100mT)之外，其他条件与试验例1相同的情况下，通过模拟求得X轴方向的磁场Bx的透过率TRX(％)。将该结果示于图14及表2。然而，透过率TRX(％)是，在施加规定的磁场强度的X轴方向的磁场Bx时，作为使用从磁检测元件部2输出的信号计算的磁场强度(在磁检测元素部2上实际施加的实磁场的磁场强度)相对于施加磁场Bx的磁场强度的百分比，而求得的值。
[表2]
Figure GDA0003498687200000132
试验例3
除了第一磁性体31和第二磁性体32的短边方向上的宽度W2均为40μm之外，与试验例1和试验例2相同地，通过模拟求得Z轴方向的磁场Bz向X轴方向上的磁场Bx的转换率CRZ-X(％)以及X轴方向上的磁场Bx的透过率TRX(％)。其结果是，转换率CRZ-X(％)为0.6％，透过率TRX(％)为60％。
如图13和表1所示，第二磁性体32在短边方向上的宽度W2与第一磁性体31在短边方向上的宽度W1之比W2/W1为1.0，即第一磁性体31的宽度W1和第二磁性体32的宽度W2相同，并且磁屏蔽3整体上为长方体形状的话，则Z轴方向上的磁场Bz向X轴方向上的磁场Bx的转换率会相对变高，推测从磁传感器1输出的信号中包含的噪声变大。
然而，当上述比率W2/W1小于1.0(0.2～0.9)，且第一磁性体31的宽度W1大于第二磁性体32的宽度W2时，则明确上述转换率会减少。另外，已经明确当上述比率W2/W1为0.2～0.8时，可以将上述转换率控制为0.8％以下。此外，已经明确当上述比率W2/W1为0.2～0.7且第二磁性体32的厚度T2与第一磁性体31的厚度T1的比率T2/T1定为2.0～16.7时，可以将上述转换率控制为0.5％以下。
如图14和表2所示，已经明确无论第二磁性体32的厚度T2与第一磁性体31的厚度T1的比率T2/T1如何，X轴方向上的磁场Bx的透过率大致恒定。另外，与试验例3中的透过率的模拟结果相比，确认了试验例2中的透过率被抑制地较低。通常，当磁屏蔽3饱和时，上述透过率增加，而在试验例2中，与试验例3相比，上述透过率大致恒定在低值，因此明确了不论上述比率T2/T1如何，可以抑制磁屏蔽3的饱和。另一方面，根据试验例3的结果，推测出在长方体形状的磁屏蔽中，尽管通过使其厚度相对变厚能够降低转换率，但磁屏蔽3却会发生饱和。
符号的说明
1…磁传感器
2…磁检测元件部
20…磁检测元件
21…第1磁检测元件
22…第2磁检测元件
23…第3磁检测元件
3…磁屏蔽
31…第一磁性体
32…第二磁性体
10…位置检测装置

Claims (12)

1.一种磁传感器，其特征在于，
具备：
磁检测元件；
具有第一面和与所述第一面相对的第二面，且呈俯视大致长方形的第一磁性体；以及
位于所述第一磁性体的所述第一面上，且位于在俯视图中的所述第一磁性体的短边方向大致中央的呈俯视大致长方形的第二磁性体，
所述磁检测元件以将所述第一磁性体夹在中间而与所述第二磁性体相对的方式设置，在俯视图中位于所述第一磁性体的短边方向的大致中央，
所述磁检测元件设置成与所述第一磁性体的所述第二面之间隔开规定间隔，
所述磁检测元件的磁敏方向是与所述第一磁性体和所述第二磁性体的短边方向大致平行的方向，
所述第二磁性体设置成与所述第一磁性体的所述第一面接触，
所述第一磁性体的短边方向的宽度W1大于所述第二磁性体的短边方向的宽度W2，
所述第二磁性体的短边方向的宽度W2相对于所述第一磁性体的短边方向的宽度W1之比W2/W1为0.2～0.8。
2.一种磁传感器，其特征在于，
具备：
磁检测元件；
具有第一面和与所述第一面相对的第二面，且呈俯视大致长方形的第一磁性体；以及
位于所述第一磁性体的所述第一面上，且位于在俯视图中的所述第一磁性体的短边方向大致中央的呈俯视大致长方形的第二磁性体，
所述磁检测元件以将所述第一磁性体夹在中间而与所述第二磁性体相对的方式设置，在俯视图中位于所述第一磁性体的短边方向的大致中央，
所述磁检测元件设置成与所述第一磁性体的所述第二面之间隔开规定间隔，
所述磁检测元件的磁敏方向是与所述第一磁性体和所述第二磁性体的短边方向大致平行的方向，
所述第二磁性体设置成与所述第一磁性体的所述第一面之间隔开规定间隔，
所述第一磁性体的短边方向的宽度W1大于所述第二磁性体的短边方向的宽度W2，
所述第二磁性体的短边方向的宽度W2相对于所述第一磁性体的短边方向的宽度W1之比W2/W1为0.2～0.8。
3.根据权利要求1或2所述的磁传感器，其特征在于，
所述第一磁性体的厚度T1小于所述第二磁性体的厚度T2。
4.根据权利要求3所述的磁传感器，其特征在于，
所述第二磁性体的厚度T2相对于所述第一磁性体的厚度T1之比T2/T1为2～20。
5.根据权利要求1或2所述的磁传感器，其特征在于，
所述第二磁性体的沿厚度方向的截面的形状是大致梯形或大致倒梯形。
6.根据权利要求1或2所述的磁传感器，其特征在于，
所述第二磁性体的短边方向上的宽度W2为15μm以上且小于30μm。
7.根据权利要求1或2所述的磁传感器，其特征在于，
所述第二磁性体的厚度T2为3～20μm。
8.根据权利要求1或2所述的磁传感器，其特征在于，
多个所述磁检测元件沿所述第一磁性体的长边方向按规定间隔排列设置，并且电串联连接。
9.根据权利要求1或2所述的磁传感器，其特征在于，
多个所述磁检测元件沿所述第一磁性体的短边方向按规定间隔排列设置，并且电串联连接，
在俯视图中，由沿着所述第一磁性体的短边方向排列设置的多个磁检测元件构成的组位于所述第一磁性体的大致中央。
10.根据权利要求1或2所述的磁传感器，其特征在于，
多个所述磁检测元件沿着所述第一磁性体的长边方向和短边方向以规定间隔排列设置成矩阵状，并且电串联连接。
11.根据权利要求1或2所述的磁传感器，其特征在于，
多个所述第一磁性体沿所述第一磁性体的短边方向隔开规定间隔而排列设置，
所述第二磁性体位于所述各第一磁性体的所述第一面上，
所述磁检测元件位于将所述各第一磁性体夹在中间而与所述各第二磁性体相对的位置。
12.一种位置检测装置，其特征在于，
具备：
移动体，具有磁铁；
磁检测部，基于外部磁场的变化而输出检测信号，所述外部磁场伴随于所述移动体所具备的所述磁铁的移动而变化；以及
位置检测部，基于从所述磁检测部输出的所述检测信号来检测所述移动体的位置，
所述磁检测部具有权利要求1或2所述的磁传感器。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6996478B2 (ja) * 2018-11-16 2022-02-04 Tdk株式会社 磁気センサ及び位置検出装置
US11170806B2 (en) 2019-12-27 2021-11-09 Western Digital Technologies, Inc. Magnetic sensor array with single TMR film plus laser annealing and characterization
CN116165576B (zh) * 2022-12-23 2023-12-12 南方电网数字电网研究院有限公司 TMRz轴磁场传感器

Family Cites Families (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3550533B2 (ja) * 2000-07-06 2004-08-04 株式会社日立製作所 磁界センサー、磁気ヘッド、磁気記録再生装置及び磁気記憶素子
US7242183B2 (en) 2005-02-28 2007-07-10 Delphi Technologies, Inc. Low cost linear position sensor employing one permanent magnat and one galvanomagnetic sensing element
US20070279053A1 (en) * 2006-05-12 2007-12-06 Taylor William P Integrated current sensor
JP5066580B2 (ja) * 2007-12-28 2012-11-07 アルプス電気株式会社 磁気センサ及び磁気センサモジュール
JP5500785B2 (ja) * 2008-05-14 2014-05-21 新科實業有限公司 磁気センサ
JP2009300150A (ja) * 2008-06-11 2009-12-24 Alps Electric Co Ltd 磁気センサ及び磁気センサモジュール
IT1403421B1 (it) * 2010-12-23 2013-10-17 St Microelectronics Srl Sensore magnetoresistivo integrato, in particolare sensore magnetoresistivo triassiale e suo procedimento di fabbricazione
JP5675728B2 (ja) 2012-08-13 2015-02-25 株式会社東芝 磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド、磁気ヘッドアセンブリ、磁気記録再生装置及び磁気抵抗効果素子の製造方法
CN103592608B (zh) 2013-10-21 2015-12-23 江苏多维科技有限公司 一种用于高强度磁场的推挽桥式磁传感器
CN104656045B (zh) * 2013-11-17 2018-01-09 爱盛科技股份有限公司 磁场感测模块、测量方法及磁场感测模块的制作方法
CN103645449B (zh) 2013-12-24 2015-11-25 江苏多维科技有限公司 一种用于高强度磁场的单芯片参考桥式磁传感器
JP6308784B2 (ja) * 2014-01-08 2018-04-11 アルプス電気株式会社 磁気センサ
US9454979B1 (en) * 2014-11-14 2016-09-27 Seagate Technology Llc Sensor structure with multilayer top shield
JP6597369B2 (ja) * 2015-03-12 2019-10-30 Ｔｄｋ株式会社 磁気センサ
JP6699139B2 (ja) * 2015-11-20 2020-05-27 Tdk株式会社 磁界センサ及びこれを備える磁界検出装置
US10859642B2 (en) 2016-03-03 2020-12-08 Tdk Corporation Magnetic sensor
JP6747836B2 (ja) * 2016-03-23 2020-08-26 アルプスアルパイン株式会社 磁気センサおよびその製造方法
JP6628660B2 (ja) * 2016-03-28 2020-01-15 三菱電機株式会社 磁気式位置検出器
JP6614002B2 (ja) * 2016-04-14 2019-12-04 Ｔｄｋ株式会社 磁気センサ、磁気ヘッド及び磁気記録装置
JP6726040B2 (ja) * 2016-07-04 2020-07-22 アルプスアルパイン株式会社 磁気センサおよび電流センサ
JP6934708B2 (ja) * 2016-07-20 2021-09-15 メレキシス テクノロジーズ エス エーＭｅｌｅｘｉｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ＳＡ 変位検出装置
JP6280610B1 (ja) * 2016-10-03 2018-02-14 Tdk株式会社 磁気抵抗効果素子及びその製造方法、並びに位置検出装置
JP2018072026A (ja) * 2016-10-25 2018-05-10 Tdk株式会社 磁場検出装置
JP6438930B2 (ja) * 2016-12-06 2018-12-19 Tdk株式会社 磁場検出装置
JP2018096895A (ja) * 2016-12-15 2018-06-21 Tdk株式会社 磁場検出装置
JP6490130B2 (ja) * 2017-03-24 2019-03-27 Tdk株式会社 磁気センサ
US20200158791A1 (en) * 2018-11-15 2020-05-21 Nxp B.V. Sensor package with integrated magnetic shield structure
JP6996478B2 (ja) * 2018-11-16 2022-02-04 Tdk株式会社 磁気センサ及び位置検出装置
DE102020101363A1 (de) * 2020-01-21 2021-07-22 Infineon Technologies Ag Sensor, Steuergerät und Verfahren zur Bestimmung der Richtung eines Magnetfeldes

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