CN114402212A - 具有磁屏蔽的传感器 - Google Patents

具有磁屏蔽的传感器 Download PDF

Info

Publication number
CN114402212A
CN114402212A CN202080063754.5A CN202080063754A CN114402212A CN 114402212 A CN114402212 A CN 114402212A CN 202080063754 A CN202080063754 A CN 202080063754A CN 114402212 A CN114402212 A CN 114402212A
Authority
CN
China
Prior art keywords
magnetic
magnetic field
shield
sensing element
ferromagnetic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202080063754.5A
Other languages
English (en)
Inventor
J·施密特
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Analog Devices International ULC
Original Assignee
Analog Devices International ULC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Analog Devices International ULC filed Critical Analog Devices International ULC
Publication of CN114402212A publication Critical patent/CN114402212A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/007Environmental aspects, e.g. temperature variations, radiation, stray fields
    • G01R33/0076Protection, e.g. with housings against stray fields
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/16Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying resistance
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/0052Manufacturing aspects; Manufacturing of single devices, i.e. of semiconductor magnetic sensor chips
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/06Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
    • G01R33/09Magnetoresistive devices
    • G01R33/098Magnetoresistive devices comprising tunnel junctions, e.g. tunnel magnetoresistance sensors
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/12Measuring magnetic properties of articles or specimens of solids or fluids
    • G01R33/1284Spin resolved measurements; Influencing spins during measurements, e.g. in spintronics devices
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B61/00Magnetic memory devices, e.g. magnetoresistive RAM [MRAM] devices
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00Galvanomagnetic devices
    • H10N50/80Constructional details
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N59/00Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one galvanomagnetic or Hall-effect element covered by groups H10N50/00 - H10N52/00
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D2205/00Indexing scheme relating to details of means for transferring or converting the output of a sensing member
    • G01D2205/20Detecting rotary movement
    • G01D2205/26Details of encoders or position sensors specially adapted to detect rotation beyond a full turn of 360°, e.g. multi-rotation

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Hall/Mr Elements (AREA)
  • Measuring Magnetic Variables (AREA)

Abstract

公开磁传感器(70)。磁传感器可包括传感元件(10)和磁屏蔽(72)。传感元件和磁屏蔽可以彼此垂直堆叠。磁屏蔽可以是磁屏蔽板,其包括由非铁磁性材料横向隔开的铁磁性部分。传感元件可以具有第一侧和与第一侧相对的第二侧。可垂直堆叠在传感元件的第一侧上的磁屏蔽。磁屏蔽可通过隔离层(76)与传感元件隔开。钝化层(78)可以覆盖传感元件或磁屏蔽的至少一部分。传感元件可被配置为感测位于传感元件的第二侧上的磁场源的磁场特性。

Description

具有磁屏蔽的传感器
相关申请的交叉引用
本申请主张2019年9月18日提交的第62/901956号美国临时申请“具有磁屏蔽的传感器”的利益,出于所有目的,本申请的全部披露通过引用并入本文。此外,根据37 CFR1.57,本申请一起提交的申请数据表中确定了外国或国内优先权要求的任何和所有申请均通过引用并入。
技术领域
本申请涉及传感器,更具体地,涉及多匝传感器,例如具有磁屏蔽的巨磁电阻多匝传感器。
背景技术
磁传感器可以感测磁场特性,例如磁场方向。磁传感器的例子是多匝计数器。多匝计数器可以记录设备或其元件转动的次数。电磁多匝传感器可以包括电多匝传感器、磁多匝传感器和同时使用电和磁原理的多匝传感器。电磁多匝传感器的一个示例包括巨磁电阻(GMR)传感器和隧道磁电阻(TMR)传感器。
多匝计数器有多种用途。多匝计数器的电子实现可以将物理位置或运动转换为适合处理的电磁表示。例如,线控汽车可以使用多匝计数器来跟踪方向盘转动的次数。例如,这允许车辆控制系统区分方向盘处于45度还是405度,尽管方向盘在两个角度处于相同的位置。
发明内容
为了总结本发明,本文描述了创新的某些方面、优点和新颖特征。应当理解,根据任何特定实施例,不一定能够实现所有这样的优点。因此,本文所述的创新可以以实现或优化本文所教的一个或一组优点的方式体现或实施,而不必实现本文所教或建议的其他优点。
在一个方面中,公开磁传感器。磁传感器可以包括磁屏蔽板,具有通过非铁磁材料彼此横向隔开的铁磁部分。磁屏蔽板被配置为屏蔽磁场的一部分,从而允许所述磁场的未屏蔽部分通过。磁传感器还可以包括垂直堆叠在所述磁屏蔽板上的磁场感应元件。所述磁场感应元件被配置为感应所述未屏蔽磁场的磁场特性。
在一个实施方案中,所述铁磁性部分包括铁磁颗粒。所述铁磁颗粒可以混合在所述非铁磁性材料中。
在一个实施方案中,所述铁磁部分被图案化,使得所述铁磁部分被所述非铁磁材料等间距地隔开.
在一个实施方案中,所述铁磁部分包括大小不同的铁磁环。
在一个实施方案中,所述铁磁部分包括矩形屏蔽元件、圆形屏蔽元件或六边形屏蔽元件。
在一个实施方案中,磁传感器还包括钝化层,被配置为保护所述磁屏蔽板或磁场传感元件。
在一个实施方案中,所述磁屏蔽板被配置为屏蔽磁体的磁场的一部分。所述磁场传感元件可以位于所述磁体和所述磁屏蔽板之间。
在一个实施方案中,所述磁屏蔽板被配置为屏蔽磁体的磁场的一部分。所述磁屏蔽板可以位于所述磁铁和所述磁场感应元件之间。
在一个实施方案中,所述磁屏蔽板和所述磁场传感元件形成在晶片上。
在一个实施方案中,磁传感器是多匝传感器。
在一个实施方案中,磁传感器是巨磁电阻传感器。
在一个方面中,公开磁传感器。磁传感器可包括传感元件,具有第一侧和与所述第一侧相对的第二侧。磁传感器还可包括垂直堆叠在所述传感元件的第一侧上的磁屏蔽。所述磁屏蔽通过隔离层与所述传感元件隔开。和磁传感器还可包括覆盖至少一部分传感元件或磁屏蔽的钝化层。所述传感元件被配置为感测位于所述传感元件的第二侧下方的磁场源的磁场特性。
在一个实施方案中,所述磁场特性包括磁场源的磁场方向。
在一个实施方案中,其中所述磁屏蔽包括由非铁磁材料横向隔开的铁磁部分。所述铁磁性部分可包括铁磁颗粒,并且所述铁磁颗粒可混合在所述非铁磁性材料中。所述铁磁部分可被图案化,使得所述铁磁部分被所述非铁磁材料等间距地隔开。
在一个实施方案中,所述传感元件和所述磁场源至少部分地被空气隔开。
在一个方面中,公开磁传感器。磁传感器可包括传感元件,被配置为感测磁场源的磁场的磁场特性。磁传感器还可包括磁场屏蔽构件,被配置为屏蔽所述磁场源的磁场的一部分。磁传感器还可包括钝化层,覆盖所述传感元件或所述磁场屏蔽构件的至少一部分。
在一个实施方案中,磁传感器是多匝传感器。磁场特性可以包括磁场方向,并且磁场源可以包括磁体。
在一个实施方案中,所述磁场屏蔽构件包括由非铁磁材料横向隔开的铁磁部分。
在一个实施方案中,所述磁场屏蔽构件包括相对于磁屏蔽和所述磁场源的传感元件的布置,该布置包括位于所述磁屏蔽和所述磁场源之间的传感元件。
附图说明
图1A是根据一个实施例的磁场感测系统的示意图,示出了传感元件和磁屏蔽相对于磁场源的布置。
图1B是根据另一个实施例的磁场感测系统的示意图,示出了传感元件和磁屏蔽相对于磁场源的布置。
图2图示了根据一个实施例的磁屏蔽的铁磁部分的布置。
图3图示了根据另一个实施例的磁屏蔽的铁磁部分的布置。
图4图示了根据另一个实施例的磁屏蔽的铁磁部分的布置。
图5图示了根据另一个实施例的磁屏蔽的铁磁部分的布置。
图6是根据一个实施例的磁屏蔽的示意性截面图。
图7是根据一个实施例的传感器的示意性截面图。
图8是根据另一个实施例的传感器的示意性截面图。
图9示出了根据一个实施例的多圈计数器系统。
具体实施方式
以下对某些实施例的详细描述呈现了对特定实施例的各种描述。然而,本文描述的创新可以以多种不同的方式来体现,例如,如权利要求所定义和涵盖的。在本说明书中,参考了附图,其中相似的附图标记可以表示相同或功能相似的元件。应当理解,图中所示的元件不一定按比例绘制。此外,应当理解,某些实施例可以包括比图中所示更多的元件和/或图中所示元件的子集。此外,一些实施例可以结合来自两个或更多个附图的特征的任何合适组合。
磁传感器可以包括多圈传感器(例如,巨磁阻(GMR)传感器、隧道磁阻(TMR)传感器或任何xMR传感器)。为了保证准确的测量,例如准确的转数计数,磁传感器中包括的传感器元件的磁场强度(H)优选在磁场窗口内。磁场窗口可以由在最小磁场强度(Hmin)和最大磁场强度(Hmax)之间的磁场强度范围来定义,传感元件被配置为处理。
磁传感器可以包括磁条。磁条可以是物理上以螺旋形布置的巨磁阻磁道。基于磁条的材料和横截面尺寸,磁条可以具有磁各向异性,例如高各向异性。磁条可以储存磁能。例如,可以通过改变磁条的磁条宽度来控制磁场窗口。通常,较窄的条带宽度将提供较高的磁场窗口。然而,形成具有相对窄的条带宽度(例如,150nm到1000nm)的磁条可能具有挑战性。当使用光刻工艺来形成这种相对窄的磁条时,例如,由于边缘粗糙,制造磁传感器的良率可能会降低。
为了提供具有相对高的磁场窗口同时具有适度宽的条宽或避免磁条的相对窄的条宽的磁传感器,可以实施磁屏蔽。磁屏蔽可以使一部分磁场短路。但是,可能难以控制磁屏蔽的有效性。例如,屏蔽(例如,铁屏蔽、镍屏蔽、钴屏蔽等)可能在一定的磁场强度下饱和。例如,当屏蔽和传感元件紧密定位时,否则将施加到传感元件的磁场会被太强地屏蔽。
本文公开的各种实施例涉及包括磁屏蔽的磁传感器。磁屏蔽可以包括由非铁磁材料隔开的铁磁部分。在一些实施例中,传感元件可以设置在磁屏蔽和磁体或磁场源之间。通过有效地屏蔽磁场,本文公开的各种实施例可以提供一种磁传感器,其提供相对高的磁场窗口,同时具有比没有提供类似磁场窗口的磁屏蔽的传感器更宽的磁条。
图1A是磁场传感系统1的示意图,示出了根据一个实施例的传感元件10和磁屏蔽12相对于磁场源(例如,磁体14)的布置。图1A中所示的磁屏蔽12包括通过非铁磁部分彼此隔开的铁磁部分。下面将参照图2-6解释磁屏蔽12的各种实施例。在一些实施例中,如本文所示,磁屏蔽12的横向尺寸可以大于传感元件10的横向尺寸。在一些实施例中,磁屏蔽12的横向尺寸可以是传感元件10的横向尺寸的至少两倍。
传感元件10可以包括任何合适类型的磁传感元件。在一些实施例中,传感元件10和磁屏蔽12一起可以定义磁传感器。磁传感器可以包括例如多圈传感器(例如,巨磁阻(GMR)传感器、隧道磁阻(TMR)传感器或任何xMR传感器)。在某些实施例中,多匝传感器可以包括耦合到传感元件10中的磁条的一端的畴壁发生器。
传感元件10可以感测磁场的各种磁性。例如,传感元件10可以感测磁体14的磁场方向。磁体14被示为磁场源。然而,磁场源可以是任何产生磁场的东西。
如图1A所示,磁屏蔽12可以定位在传感元件和磁体14之间。磁屏蔽12可以包括软磁元件。磁屏蔽12可以使一部分磁场短路。在图示的布置中,磁屏蔽12可以绕过某些磁场线。因此,至少部分由磁体14产生的磁场的一部分被磁屏蔽12屏蔽。
图1B是磁场传感系统2的示意图,示出了根据一个实施例的传感元件10和磁屏蔽16相对于磁场源(例如,磁体14)的布置。类似于图1A中所示的磁屏蔽12,磁屏蔽16可以包括通过非铁磁部分彼此间隔开的铁磁部分。然而,在一些实施例中,磁屏蔽16可以仅包括铁磁材料。
在图1B中,传感元件10位于磁体14和磁屏蔽16之间。图1B示出传感元件10以磁屏蔽16为中心。然而在一些实施例中,传感元件10和磁屏蔽16可以横向偏移。在一些实施例中,磁屏蔽16的横向尺寸可以大于传感元件10的横向尺寸。在一些实施例中,磁屏蔽16的横向尺寸可以是传感元件10的横向尺寸的至少两倍。
在一些实施例中,磁屏蔽16可以屏蔽或阻挡磁场的至少一部分(例如,屏蔽部分)。换言之,磁屏蔽16被布置成使得磁场的部分(屏蔽部分)被屏蔽。例如,磁场的屏蔽部分可以包括小于100%的磁场,例如80%的磁场。因此,磁屏蔽16可以屏蔽磁场的至少一部分,同时允许磁场的其他部分(例如,未屏蔽的部分)通过。例如,可以选择传感元件10和磁屏蔽16之间的距离来控制磁屏蔽16的屏蔽效果。在一些实施例中,传感元件10和磁屏蔽16之间的距离越近,磁屏蔽16的屏蔽效果更佳。在一些应用中,传感元件10与磁屏蔽16之间的距离例如可以在1μm至1mm的范围内。在一些应用中,磁体14和传感元件10之间的距离可以例如在从1mm到30mm的范围内。
图2-5示出了根据各种实施例的磁屏蔽(例如,图1A和1B中所示的磁屏蔽12、16)的铁磁部分的布置或图案。在一些实施例中,图1A和1B所示的磁屏蔽12、16可以包括如图2-6所示布置的铁磁部分。
图2是根据一个实施例的磁屏蔽的铁磁部分的示意性透视图。铁磁部分可以包括第一环部分20a、第二环部分20b和第三环部分20c。第一环部20a和第二环部20b可以通过间隙22a间隔开。第二环部20b和第三环部20c可以由间隙22b隔开。第三环部20c可以包括在中间的孔24。非铁磁材料可以设置在间隙22a、22b和/或孔24中。利用铁磁部分20a、20b、20c的磁屏蔽可以屏蔽至少一部分磁场。部分20a、20b、20c可以在磁屏蔽的表面上提供均匀或近似均匀的屏蔽。这可以至少部分地归因于铁磁部分20a、20b、20c具有的圆形或圆形整体形状。
图3是根据一个实施例的磁屏蔽的铁磁部分30的示意性透视图。图3所示的每个铁磁部分30可以由间隙32隔开。非铁磁材料可以设置在间隙32中。图3所示的每个铁磁部分30包括正方形。然而,如图4和5所示,铁磁部分可以包括任何其他形状。与图2一样,利用铁磁部分30的磁屏蔽可以屏蔽至少一部分磁场。铁磁部分30可以在磁屏蔽的表面上提供均匀或近似均匀的屏蔽。这可以至少部分地归因于铁磁部分30具有的圆形或圆形整体形状。
图4是根据一个实施例的磁屏蔽的铁磁部分40的示意性透视图。图4所示的每个铁磁部分40可以由间隙42隔开。非铁磁材料可以设置在间隙42中。图4所示的每个铁磁部分40包括圆形或圆形。然而,如图3和5所示,铁磁部分可以包括任何其他形状。与图2和3一样,利用铁磁部分40的磁屏蔽可以屏蔽至少一部分磁场。铁磁部分40可以在磁屏蔽的表面上提供均匀或近似均匀的屏蔽。这可以至少部分地归因于铁磁部分40具有的圆形或圆形整体形状。
图5是根据一个实施例的磁屏蔽的铁磁部分50的示意性透视图。图5所示的每个铁磁部分50可以由间隙52隔开。非铁磁材料可以设置在间隙52中。图5所示的每个铁磁部分50包括六边形形状。然而,如图3和4所示,铁磁部分可以包括任何其他形状。与图2、3和4一样,利用铁磁部分50的磁屏蔽可以屏蔽至少一部分磁场。铁磁部分50可以在磁屏蔽的表面上提供均匀或近似均匀的屏蔽。这可以至少部分地归因于铁磁部分50具有的圆形或圆形整体形状。
根据各种实施例的磁屏蔽可以包括铁磁部分,该部分包括不同的形状和它们之间的不同间隙。铁磁部分的尺寸、间隙尺寸、铁磁部分的形状和/或铁磁部分的布置的选择可以有利地控制磁屏蔽的屏蔽效果。在某些实施例中,铁磁部分被间隙相等地隔开。在其他实施例中,铁磁部分之间的间隙/间距可以变化。
利用图2-5所示的铁磁部分布置的磁屏蔽可以使用晶片级工艺形成。例如,图案化的磁屏蔽部分(例如,铁磁部分)可以形成在基板上。具有铁磁部分的基板(例如晶片)可以被切割以限定多个磁屏蔽。
图6是根据一个实施例的磁屏蔽60的示意性截面图。在一些实施例中,图1A和1B中所示的磁屏蔽12、16可以包括磁屏蔽60。磁屏蔽60可以包括铁磁材料和非铁磁材料的化合物。例如,磁屏蔽可以包括混合在非铁磁材料64中的铁磁部分62(例如,铁磁粉末或颗粒)。
在某些实施例中,选择磁屏蔽60中的铁磁材料的量可以控制磁屏蔽60的饱和点和/或磁导率。例如在一些实施例中,可以选择磁屏蔽60中的铁磁材料的量,使得磁屏蔽60的磁导率在2到100的范围内。在各种实施例中,磁屏蔽60可以具有例如图2-5中所示的布置或图案。
非铁磁部分64可以包括任何其他合适的非铁磁材料。例如,在一些实施例中,非铁磁部分64可以包括塑料。在一些实施例中,磁屏蔽60的宽度w可以大于磁屏蔽60的厚度t。在一些实施例中,磁屏蔽60可以包括磁屏蔽板或盘。
图7是根据一个实施例的传感器70的示意性剖视图。传感器70可以包括传感元件10、由隔离层76隔开的磁屏蔽72、支撑传感元件10和磁屏蔽72的基板74(例如,晶片)、以及在传感元件10上方的钝化层78。如图所示,传感元件10与磁屏蔽72垂直堆叠。
磁屏蔽72可以包括本文公开的磁屏蔽的任何实施例。在一些实施例中,磁屏蔽72可以直接形成在基板74上方。在其他实施例中,传感器70可以包括在基板74和磁屏蔽72之间的中间层。
基板74可以包括为传感元件10和磁屏蔽72提供支撑的任何合适的材料。例如,基板74可以包括硅(Si)。
隔离层76可以包括非铁磁和/或非导电材料。隔离层76可以包括例如氮化硅(Si3N4)、氧化铝(Al2O3)、聚酰亚胺和/或类似材料。
钝化层78可以包括非铁磁和/或非导电材料。钝化层78可以包括例如氮化硅(Si3N4)、氧化铝(Al2O3)、聚酰亚胺和/或类似材料。
在一些实施方案中,传感器70可以使用晶片级工艺形成。形成图7中所示的传感器70的方法可以包括提供基板74。该方法还可以包括形成磁屏蔽72。可以通过例如在基板74上沉积至少一种铁磁材料来形成磁屏蔽72。在一些实施例中,可以使用光刻工艺对磁屏蔽72进行图案化或布置。在这样的实施例中,例如,可以在铁磁材料上施加光刻胶层。该方法还可以包括在磁屏蔽72上设置隔离层76。该方法可以包括在隔离层76上形成传感元件10。该方法还可以包括在传感元件10上设置钝化层78。
在一些实施方案中,磁屏蔽72的宽度w可以大于磁屏蔽72的厚度t。磁屏蔽72的铁磁部分可以布置在一个平面上。例如,磁屏蔽72的铁磁部分可以布置在基板74的表面上。在这样的实施例中,磁屏蔽72可以包括由非铁磁材料横向隔开的铁磁部分,从而限定磁屏蔽板或磁盘。
图8是根据一个实施例的传感器80的示意性剖视图。传感器80可以包括传感元件10、由隔离层76隔开的磁屏蔽72、支撑传感元件10和磁屏蔽72的基板74(例如,晶片),以及位于磁屏蔽72上的钝化层78。如图所示,传感元件10与磁屏蔽72垂直堆叠。
在一些实施例中,传感元件10可以直接形成在基板74上方。在其他实施例中,传感器70可以包括在基板74和传感元件10之间的中间层。
在一些实施方案中,传感器80可以使用晶片级工艺形成。形成图8所示的传感器80的方法可以包括提供基板74。该方法还可以包括形成传感元件10。该方法还可以包括在传感元件10上方设置隔离层76。该方法可以包括形成隔离层76上方的磁屏蔽72。可以通过例如在基板74上沉积至少一种铁磁材料来形成磁屏蔽72。在一些实施例中,可以使用光刻工艺对磁屏蔽72进行图案化或布置。在这样的实施例中,例如,可以在铁磁材料上施加光刻胶层。该方法还可以包括将钝化层78设置在磁屏蔽72上。
在一些实施方案中,磁屏蔽72的宽度w可以大于磁屏蔽72的厚度t。磁屏蔽72的铁磁部分可以布置在一个平面上。例如,磁屏蔽72的铁磁部分可以布置在隔离层76的表面上。在这样的实施例中,磁屏蔽72可以包括由非铁磁材料横向隔开的铁磁部分,从而限定磁屏蔽板或磁盘。
图9示出了根据实施例的示例多圈计数器系统90。系统90可以包括可旋转物体92、轴94和96、齿轮98、一个或多个磁体100、磁场(B)102、畴壁发生器(DWG)104、具有磁屏蔽的传感元件106、驱动电路108、控制电路110、感测电路112、角度传感器系统114和包括CPU或解码器118、存储器120和输出端口122的计算设备116。
诸如旋钮、方向盘、杠杆、手柄、螺旋桨、轮子、球等的可旋转物体可以连接到磁体100。一个或多个轴94、96和齿轮98可以用于乘以物体92每转一圈磁体100旋转的次数。虽然图9中示出了轴和齿轮,但是应当理解,在某些实施例中既不包括轴也不包括齿轮。磁体100产生磁场102并且使磁场102基于磁体的定向而定向在不同的方向上。改变磁场102可以使畴壁发生器104传播畴壁通过包括在传感元件106中的磁条,该磁条可以被物理地布置成螺旋形状。可以将感测电路112的测量值提供(例如,传输)到计算设备116。测量值可以存储在存储器120中,并且CPU或解码器118可以将测量值转换为解码输出,该输出可以是数字输出,通过输出端口122输出或在计算设备内部(例如,在CPU 118内)使用。系统90可以包括角度传感器系统114。角度传感器系统可以检测转动物体92的角度位置,但是可能缺乏对转动进行计数的能力(例如,不能区分零度和360度)。例如,角度传感器可以是单圈或半圈角度传感器。角度传感器可以基于各向异性磁阻、隧道磁阻、GMR、霍尔效应或其他技术。解码输出可以与角度传感器系统114结合使用以精确确定物体92的累积转动角度。具有磁屏蔽106的传感元件可以包括本文公开的任何传感元件和磁屏蔽。
在上述实施例中,结合特定实施例描述了用于多圈传感器的设备、系统和方法。然而,应当理解,实施例的原理和优点可以用于可以受益于多匝磁传感器的任何其他系统、装置或方法。
本文所述的原理和优点可以在各种装置中实现。这种装置的示例可以包括但不限于车辆、电机、跑步机、飞轮、GPS系统、门、人口计数器、消费电子产品、消费电子产品的部件、电子测试设备等。消费电子产品可以包括但不限于无线设备、移动电话(例如智能手机)、医疗保健监控设备、车载电子系统,例如汽车电子系统、计算机、手持计算机、平板电脑、膝上型计算机、个人数字助理(PDA)、微波炉、冰箱、立体声系统、盒式录音机或播放器、DVD播放器、CD播放器、数字视频录像机(DVR)、VCR、收音机、摄像机、照相机、数码相机、洗衣机、烘干机、洗衣机/烘干机、复印机、传真机、扫描仪、多功能外围设备、手表、时钟等。其他设备包括任何具有可移动或可旋转部件的设备,其中测量移动量。此外,设备可以包括未完成的产品。
除非上下文另有明确要求,否则在整个说明书和权利要求书中,词语“包括”、“包含”、“含有”、“具有”等应被解释为包容性,而不是排他性或详尽的意思;也就是说,该词应理解为“包括但不限于”。如本文一般使用的,词语“耦合”或“连接”是指可以直接连接或通过一个或多个中间元件连接的两个或多个元件。此外,“在此”、“以上”、“以下”和类似含义的词语,如果在本申请中使用时,应指本申请的整体而不是本申请的任何特定部分。在上下文允许的情况下,详细描述中使用单数或复数的词语也可以分别包括复数或单数。提及两个或多个项目的列表时,“或”一词旨在涵盖该词的以下所有解释:列表中的任何项目,列表中的所有项目,以及列表中的项目的任何组合。本文提供的所有数值旨在包括测量误差内的相似值。
此外,除非另有明确说明,否则本文使用的条件语言,例如“可以”、“可能”、“例如”等或在所使用的上下文中以其他方式理解的,通常旨在传达某些实施例包括,而其他实施例不包括某些特征、元素和/或状态。
本文提供的本发明的教导可以应用于其他系统,不一定是上述系统。可以组合上述各种实施例的元素和动作以提供进一步的实施例。
尽管已经描述了本发明的某些实施例,但这些实施例仅以示例的方式呈现,并不旨在限制本公开的范围。实际上,本文描述的新颖方法和系统可以以多种其他形式体现。此外,在不背离本公开的精神的情况下,可以对本文描述的方法和系统的形式进行各种省略、替换和改变。所附权利要求及其等价物旨在覆盖落入本公开的范围和精神内的此类形式或修改。因此,本发明的范围通过参考权利要求来定义。

Claims (20)

1.磁传感器,包括:
磁屏蔽板,具有通过非铁磁材料彼此横向隔开的铁磁部分,所述磁屏蔽板被配置为屏蔽磁场的一部分,从而允许所述磁场的未屏蔽部分通过;和
垂直堆叠在所述磁屏蔽板上的磁场感应元件,所述磁场感应元件被配置为感应所述未屏蔽磁场的磁场特性。
2.权利要求1所述的磁传感器,其中所述铁磁性部分包括铁磁颗粒,所述铁磁颗粒混合在所述非铁磁性材料中。
3.权利要求1或2所述的磁传感器,其中所述铁磁部分被图案化,使得所述铁磁部分被所述非铁磁材料等间距地隔开。
4.权利要求1至3中任一权利要求所述的磁传感器,其中所述铁磁部分包括大小不同的铁磁环。
5.权利要求1至3中任一权利要求所述的磁传感器,其中所述铁磁部分包括矩形屏蔽元件、圆形屏蔽元件或六边形屏蔽元件。
6.权利要求1至5中任一权利要求所述的磁传感器,还包括钝化层,被配置为保护所述磁屏蔽板或磁场传感元件。
7.权利要求1至6中任一权利要求所述的磁传感器,其中所述磁屏蔽板被配置为屏蔽磁体的磁场的一部分,所述磁场传感元件位于所述磁体和所述磁屏蔽板之间。
8.权利要求1至6中任一权利要求所述的磁传感器,其中所述磁屏蔽板被配置为屏蔽磁体的磁场的一部分,所述磁屏蔽板位于所述磁铁和所述磁场感应元件之间。
9.权利要求1至8中任一权利要求所述的磁传感器,其中所述磁屏蔽板和所述磁场传感元件形成在晶片上。
10.权利要求1至9中任一权利要求所述的磁传感器,是多匝传感器。
11.权利要求10所述的磁传感器,是巨磁电阻传感器。
12.磁传感器,包括:
传感元件,具有第一侧和与所述第一侧相对的第二侧;
垂直堆叠在所述传感元件的第一侧上的磁屏蔽,所述磁屏蔽通过隔离层与所述传感元件隔开;和
覆盖至少一部分传感元件或磁屏蔽的钝化层,
其中所述传感元件被配置为感测位于所述传感元件的第二侧下方的磁场源的磁场特性。
13.权利要求12所述的磁传感器,其中所述磁场特性包括磁场源的磁场方向。
14.权利要求12或13所述的磁传感器,其中所述磁屏蔽包括由非铁磁材料横向隔开的铁磁部分。
15.权利要求14所述的磁传感器,其中所述铁磁性部分包括铁磁颗粒,所述铁磁颗粒混合在所述非铁磁性材料中。
16.权利要求14或15所述的磁传感器,其中所述铁磁部分被图案化,使得所述铁磁部分被所述非铁磁材料等间距地隔开。
17.权利要求12至16中任一权利要求所述的磁传感器,其中所述传感元件和所述磁场源至少部分地被空气隔开。
18.磁传感器,包括:
传感元件,被配置为感测磁场源的磁场的磁场特性;
磁场屏蔽构件,被配置为屏蔽所述磁场源的磁场的一部分;和
钝化层,覆盖所述传感元件或所述磁场屏蔽构件的至少一部分。
19.权利要求18所述的磁传感器,其中所述磁场屏蔽构件包括由非铁磁材料横向隔开的铁磁部分。
20.权利要求18或19所述的磁传感器,其中所述磁场屏蔽构件包括相对于磁屏蔽和所述磁场源的传感元件的布置,该布置包括位于所述磁屏蔽和所述磁场源之间的传感元件。
CN202080063754.5A 2019-09-18 2020-08-26 具有磁屏蔽的传感器 Pending CN114402212A (zh)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201962901956P 2019-09-18 2019-09-18
US62/901,956 2019-09-18
US16/927,674 2020-07-13
US16/927,674 US11307055B2 (en) 2019-09-18 2020-07-13 Sensor with magnetic shield
PCT/EP2020/073811 WO2021052727A1 (en) 2019-09-18 2020-08-26 Sensor with magnetic shield

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114402212A true CN114402212A (zh) 2022-04-26

Family

ID=74868457

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202080063754.5A Pending CN114402212A (zh) 2019-09-18 2020-08-26 具有磁屏蔽的传感器

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11307055B2 (zh)
CN (1) CN114402212A (zh)
DE (1) DE112020004418T5 (zh)
WO (1) WO2021052727A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021208173A1 (de) * 2021-07-29 2023-02-02 Aug. Winkhaus Gmbh & Co. Kg Überwachungseinrichtung zur Überwachung der Position eines Gebäudeelementes und Verfahren zur Überwachung der Position eines Gebäudeelementes
US11940502B2 (en) 2021-09-24 2024-03-26 Analog Devices International Unlimited Company Magnetic field sensing based on particle position within container

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002290131A (ja) 2000-12-18 2002-10-04 Mitsubishi Materials Corp トランスポンダ用アンテナ
JP2002318250A (ja) * 2001-02-16 2002-10-31 Fuji Electric Co Ltd 電流検出装置およびこれを用いた過負荷電流保安装置
ATE402396T1 (de) 2002-10-10 2008-08-15 Ebm Papst St Georgen Gmbh & Co Vorrichtung zum erfassen des absolutwinkels einer welle
DE10254552A1 (de) 2002-11-21 2004-06-03 Siemens Ag Winkelpositionsgeber
FR2919385B1 (fr) 2007-07-24 2009-10-09 Moving Magnet Tech Mmt Capteur magnetique sans contact de position absolue multitour a arbre traversant
WO2011066600A1 (en) 2009-12-02 2011-06-09 Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation An apparatus for detecting signals
US8791692B2 (en) * 2010-02-17 2014-07-29 Mitsubishi Electric Corporation Magnetic position detecting device
EP2549237B1 (en) 2011-07-17 2019-06-26 Bourns, Inc. High-resolution non-contacting multi-turn sensing systems and methods
WO2013085547A1 (en) 2011-12-05 2013-06-13 Advanced Microsensors Corporation Magnetic field sensing apparatus and methods
US9664494B2 (en) * 2013-05-10 2017-05-30 Allegro Microsystems, Llc Magnetic field sensor with immunity to external magnetic influences
CN106461706B (zh) 2014-06-20 2019-07-12 日立汽车系统株式会社 电流检测装置
TWI531807B (zh) 2015-01-08 2016-05-01 國立臺灣大學 含蔽磁體之磁性元件之識別系統及其方法
JP6353380B2 (ja) * 2015-02-24 2018-07-04 メレキシス テクノロジーズ エス エー 回転検出装置
US10510946B2 (en) * 2015-07-23 2019-12-17 Globalfoundries Singapore Pte. Ltd. MRAM chip magnetic shielding
US9913414B2 (en) 2015-09-04 2018-03-06 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Method and apparatus of implementing a magnetic shield flux sweeper
US10145906B2 (en) * 2015-12-17 2018-12-04 Analog Devices Global Devices, systems and methods including magnetic structures
US10782153B2 (en) 2016-03-08 2020-09-22 Analog Devices Global Multiturn sensor arrangement and readout
JP6520896B2 (ja) * 2016-11-16 2019-05-29 Tdk株式会社 磁気センサ用インダクタンス素子及びこれを備える磁気センサ
JP6490130B2 (ja) 2017-03-24 2019-03-27 Tdk株式会社 磁気センサ
CN107064593B (zh) 2017-06-14 2019-05-28 电子科技大学 一种适用于气体绝缘变电站大电流测量的电子式互感器
US10261138B2 (en) * 2017-07-12 2019-04-16 Nxp B.V. Magnetic field sensor with magnetic field shield structure and systems incorporating same
US10718825B2 (en) 2017-09-13 2020-07-21 Nxp B.V. Stray magnetic field robust magnetic field sensor and system
US10724844B2 (en) 2017-12-22 2020-07-28 Infineon Technologies Ag Multi-turn counter sensor
US10816612B2 (en) * 2018-05-30 2020-10-27 Apple Inc. Cross-axis shield for out-of-plane magnetometer
CN109212296B (zh) 2018-10-23 2021-01-26 电子科技大学 一种适用于三相电流同时监测的非接触式电流测量装置

Also Published As

Publication number Publication date
DE112020004418T5 (de) 2022-06-02
US20210080290A1 (en) 2021-03-18
WO2021052727A1 (en) 2021-03-25
US11307055B2 (en) 2022-04-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6522703B2 (ja) 集積されたコイルを有する磁場センサのための方法及び装置
JP6463789B2 (ja) 磁気角度位置センサ
US9506738B2 (en) Rotation detector
US9719771B2 (en) Rotation angle sensor for absolute rotation angle determination even upon multiple revolutions
JP5752322B2 (ja) 磁気式位置検出装置
US9267781B2 (en) On-axis magnetic field angle sensors, systems and methods
US7619407B2 (en) Gear tooth sensor with single magnetoresistive bridge
CN102628696B (zh) 传感器
US20120217960A1 (en) 3-d magnetic sensor
US10215550B2 (en) Methods and apparatus for magnetic sensors having highly uniform magnetic fields
US7772835B2 (en) AMR array magnetic design for improved sensor flexibility and improved air gap performance
WO2013176104A1 (ja) 磁気式回転角検出器
CN114402212A (zh) 具有磁屏蔽的传感器
CN110864619A (zh) 用于旋转角测量的磁场传感器系统和方法
WO2016021401A1 (ja) 磁気式リニアエンコーダ
JP6132085B2 (ja) 磁気検出装置
JP6387788B2 (ja) 磁気エンコーダ用磁気媒体、磁気エンコーダ、並びに磁気媒体の製造方法
EP2924397B1 (en) Systems and methods for a magnetic target with magnetic bias field
Ausserlechner Magnetic Angle Sensors
US7973528B2 (en) Sensor device
JP3922441B2 (ja) 磁気インピーダンス素子
JP2007227847A (ja) 磁気シールド材、磁気シールド材の製造方法、及び磁気シールドケース

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination