CN118191691A - 磁传感器 - Google Patents
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Abstract
磁传感器具备具有第一倾斜面的绝缘层、配置于第一倾斜面之上的多个第一MR元件、以及配置于第一倾斜面之上并且产生对多个第一MR元件施加的磁场的多个第一磁场产生体。多个第一磁场产生体分别包含铁磁性体部和反铁磁性体部。铁磁性体部和反铁磁性体部沿与第一倾斜面交叉的方向层叠。
Description
技术领域
本发明涉及包含配置于倾斜面之上的磁检测元件的磁传感器。
背景技术
近年来,在各种用途中利用使用了磁阻效应元件的磁传感器。作为磁阻效应元件,例如使用自旋阀型的磁阻效应元件。自旋阀型的磁阻效应元件具有:磁化固定层,其具有方向被固定的磁化;自由层,其具有方向可根据施加磁场的方向而变化的磁化;间隙层,其配置于磁化固定层和自由层之间。
在磁传感器中,为了各种目的,有时对磁阻效应元件施加偏置磁场。例如,在日本国专利申请公开2022-77691号公报中公开有一种磁传感器,为了降低在巨磁阻效应元件中的自由磁性层的电阻中产生的偏置,具备对一个自由磁性层的一部分和另外一部分分别施加反向的偏置磁场的多个偏置磁场施加部。多个偏置磁场施加部分别具有磁性层被两个反铁磁性层夹持的结构。
另外,在日本国专利申请公开2016-90440号公报中公开有一种磁传感器,为了检测基于被测定电流的电流磁场以外的外部磁场,具备对构成全桥电路的两个磁阻效应元件各自的磁化自由层和另外两个磁阻效应元件各自的磁化自由层分别施加反向的偏置磁场的多个磁性体。
在日本国专利申请公开2006-261401号公报中公开有一种在基板上设置有X轴传感器、Y轴传感器以及Z轴传感器的磁传感器。构成Z轴传感器的磁阻效应元件设置在形成于基板的基底膜上的突起部的斜面上。
但是,在包含磁传感器的系统中,有时想通过设置于基板上的磁阻效应元件来检测包含与基板的面垂直的方向的分量的磁场。该情况下,考虑在设置于基板的倾斜面之上配置磁阻效应元件。在设置对这样的磁阻效应元件施加偏置磁场的磁场产生体的情况下,考虑以夹持倾斜面的方式设置两个磁场产生体。该情况下,如果磁阻效应元件和磁场产生体的至少一方因制造偏差而偏离设计上的位置,则会产生施加于磁阻效应元件的自由层的偏置磁场的强度及方向发生变化的问题。该问题如日本国专利申请公开2022-77691号公报的偏置磁场施加部那样在磁场产生体包含多个层的情况下变得显著。
发明内容
本发明的目的在于提供一种磁传感器,其具有配置于倾斜面之上的磁检测元件,该磁传感器能够抑制从磁场产生体施加到磁检测元件的磁场的偏差。
本发明的磁传感器具备:支承部件,其具有相对于基准平面倾斜的至少一个倾斜面;至少一个磁检测元件,其配置于至少一个倾斜面之上,并且构成为检测对象磁场;至少一个磁场产生体,其配置于至少一个倾斜面之上,并且产生对至少一个磁检测元件施加的磁场。至少一个磁场产生体包含铁磁性体部、和与铁磁性体部相接并与铁磁性体部交换耦合的反铁磁性体部。铁磁性体部和反铁磁性体部沿与至少一个倾斜面交叉的方向层叠。
在本发明的磁传感器中,至少一个磁场产生体的铁磁性体部和反铁磁性体部沿与至少一个倾斜面交叉的方向层叠。由此,根据本发明,能够实现可抑制从磁场产生体施加到磁检测元件的磁场的偏差的磁传感器。
本发明的其它目的、特征及优点将通过以下的说明变得足够清楚。
附图说明
图1是表示包含本发明第一实施方式的磁传感器的磁传感器装置的立体图。
图2是表示图1所示的磁传感器装置的俯视图。
图3是表示图1所示的磁传感器装置的侧视图。
图4是表示图1所示的磁传感器装置的结构的功能框图。
图5是表示本发明第一实施方式的第一检测电路的电路结构的电路图。
图6是表示本发明第一实施方式的第二检测电路的电路结构的电路图。
图7是表示本发明第一实施方式的第三检测电路的电路结构的电路图。
图8是表示本发明第一实施方式的第一芯片的一部分的立体图。
图9是表示本发明第一实施方式的第一芯片的一部分的俯视图。
图10是表示本发明第一实施方式的第一芯片的一部分的剖视图。
图11是表示本发明第一实施方式的第一芯片的一部分的另一剖视图。
图12是表示本发明第一实施方式的第二芯片的一部分的立体图。
图13是表示本发明第一实施方式的第二芯片的一部分的俯视图。
图14是表示本发明第一实施方式的第二芯片的一部分的剖视图。
图15是表示本发明第一实施方式的第二芯片的一部分的另一剖视图。
图16是表示本发明第一实施方式的磁阻效应元件及磁场产生体的侧视图。
图17是用于说明本发明第一实施方式的多个磁阻效应元件及多个磁场产生体的配置的第一例的说明图。
图18是用于说明本发明第一实施方式的多个磁阻效应元件及多个磁场产生体的配置的第二例的说明图。
图19是表示本发明第二实施方式的第一芯片的一部分的剖视图。
图20是表示本发明第二实施方式的第一芯片的一部分的另一剖视图。
图21是表示本发明第三实施方式的磁阻效应元件及磁场产生体的俯视图。
图22是表示本发明第四实施方式的磁阻效应元件及磁场产生体的侧视图。
图23是表示本发明第四实施方式的磁阻效应元件及磁场产生体的俯视图。
图24是表示本发明第五实施方式的磁阻效应元件及磁场产生体的俯视图。
图25是表示本发明第六实施方式的磁阻效应元件及磁场产生体的俯视图。
图26是表示本发明第七实施方式的磁场产生体的侧视图。
图27是表示本发明第八实施方式的磁场产生体的侧视图。
图28是表示包含本发明第九实施方式的磁传感器的电流传感器系统的结构的立体图。
具体实施方式
[第一实施方式]
以下,参照附图详细说明本发明的实施方式。首先,参照图1~图4,对包含本发明第一实施方式的磁传感器的磁传感器装置的结构进行说明。图1是表示磁传感器装置100的立体图。图2是表示磁传感器装置100的俯视图。图3是表示磁传感器装置100的侧视图。图4是表示磁传感器装置100的结构的功能框图。
磁传感器装置100具备本实施方式的磁传感器1。磁传感器1由第一芯片2和第二芯片3构成。磁传感器装置100还具备支承第一及第二芯片2、3的支承体4。第一芯片2、第二芯片3及支承体4均具有长方体形状。支承体4具有作为上表面的基准平面4a、位于与基准平面4a相反侧的下表面4b、以及将基准平面4a和下表面4b连接的四个侧面。
在此,参照图1~图3,对本实施方式中的基准坐标系进行说明。基准坐标系是以磁传感器装置100为基准的坐标系,是由三个轴定义的正交坐标系。在基准坐标系中,定义了X方向、Y方向、Z方向。X方向、Y方向、Z方向相互正交。在本实施方式中,特别是将与支承体4的基准平面4a垂直的方向、即从支承体4的下表面朝向基准平面4a的方向设为Z方向。另外,将与X方向相反的方向设为-X方向,将与Y方向相反的方向设为-Y方向,将与Z方向相反的方向设为-Z方向。定义基准坐标系的三个轴是平行于X方向的轴、平行于Y方向的轴、平行于Z方向的轴。
以下,将相对于基准的位置位于Z方向的前方的位置称为“上方”,将相对于基准的位置位于与“上方”相反侧的位置称为“下方”。另外,关于磁传感器装置100的构成要素,将位于Z方向的端部的面称为“上表面”,将位于-Z方向的端部的面称为“下表面”。另外,“从Z方向观察时”的表现是指从在Z方向上离开的位置观察对象物。
另外,如图3所示,如下定义U方向和V方向。U方向是从Y方向朝向-Z方向旋转的方向。V方向是从Y方向朝向Z方向旋转的方向。在本实施方式中,特别是将U方向设为从Y方向朝向-Z方向旋转了α的方向,将V方向设为从Y方向朝向Z方向旋转了α的方向。此外,α是大于0°且小于90°的角度。另外,将与U方向相反的方向设为-U方向,将与V方向相反的方向设为-V方向。U方向及V方向分别与X方向正交。
第一芯片2具有彼此位于相反侧的上表面2a及下表面2b、以及将上表面2a及下表面2b连接的四个侧面。第二芯片3具有彼此位于相反侧的上表面3a及下表面3b、以及将上表面3a及下表面3b连接的四个侧面。
第一芯片2以第一芯片2的下表面2b与支承体4的基准平面4a对置的姿势安装于基准平面4a上。第二芯片3以第二芯片3的下表面3b与支承体4的基准平面4a对置的姿势安装于基准平面4a上。第一芯片2和第二芯片3分别通过例如粘接剂6、7与支承体4接合。
第一芯片2具有设置于上表面2a上的多个第一电极焊盘21。第二芯片3具有设置于上表面3a上的多个第二电极焊盘31。支承体4具有设置于基准平面4a上的多个第三电极焊盘41。虽然未图示,但在磁传感器装置100中,多个第一电极焊盘21、多个第二电极焊盘31、以及多个第三电极焊盘41中的对应的两个电极焊盘通过接合线相互连接。
磁传感器1具备第一检测电路10、第二检测电路20、以及第三检测电路30。第一芯片2包含第一检测电路10和第二检测电路20。第二芯片3包含第三检测电路30。
磁传感器装置100还具备处理器40。支承件4包含处理器40。第一~第三检测电路10、20、30和处理器40经由多个第一电极焊盘21、多个第二电极焊盘31、多个第三电极焊盘41及多个接合线连接。
第一~第三检测电路10、20、30各自包含多个磁检测元件,构成为检测对象磁场而生成至少一个检测信号。在本实施方式中,特别是多个磁检测元件是多个磁阻效应元件。以下,将磁阻效应元件记为MR元件。
处理器40构成为通过处理由第一~第三检测电路10、20、30生成的多个检测信号而生成与规定的基准位置处的磁场的互不相同的三个方向的分量具有对应关系的第一检测值、第二检测值及第三检测值。在本实施方式中,特别是上述互不相同的三个方向是平行于XY平面的两个方向和平行于Z方向的方向。处理器40例如由专用集成电路(ASIC)构成。
对象磁场例如也可以是地磁。该情况下,第一、第二及第三检测值分别与地磁的互不相同的三个方向的分量具有对应关系。
接着,参照图4~图7,对第一~第三检测电路10、20、30的电路结构进行说明。图5是表示第一检测电路10的电路结构的电路图。图6是表示第二检测电路20的电路结构的电路图。图7是表示第三检测电路30的电路结构的电路图。
第一检测电路10构成为检测对象磁场的与U方向平行的方向的分量,并生成与该分量具有对应关系的至少一个第一检测信号。第二检测电路20构成为检测对象磁场的与V方向平行的方向的分量,且生成与该分量具有对应关系的至少一个第二检测信号。第三检测电路30构成为检测对象磁场的与X方向平行的方向的分量,并生成与该分量具有对应关系的至少一个第三检测信号。
如图5所示,第一检测电路10包含电源端V1、接地端G1、信号输出端E11、E12、第一电阻部R11、第二电阻部R12、第三电阻部R13、以及第四电阻部R14。第一检测电路10的多个MR元件构成第一~第四电阻部R11、R12、R13、R14。
第一电阻部R11设置于电源端V1和信号输出端E11之间。第二电阻部R12设置于信号输出端E11和接地端G1之间。第三电阻部R13设置于信号输出端E12和接地端G1之间。第四电阻部R14设置于电源端V1和信号输出端E12之间。
如图6所示,第二检测电路20包含电源端V2、接地端G2、信号输出端E21、E22、第一电阻部R21、第二电阻部R22、第三电阻部R23、以及第四电阻部R24。第二检测电路20的多个MR元件构成第一~第四电阻部R21、R22、R23、R24。
第一电阻部R21设置于电源端V2和信号输出端E21之间。第二电阻部R22设置于信号输出端E21和接地端G2之间。第三电阻部R23设置于信号输出端E22和接地端G2之间。第四电阻部R24设置于电源端V2和信号输出端E22之间。
如图7所示,第三检测电路30包含电源端V3、接地端G3、信号输出端E31、E32、第一电阻部R31、第二电阻部R32、第三电阻部R33、以及第四电阻部R34。第三检测电路30的多个MR元件构成第一~第四电阻部R31、R32、R33、R34。
第一电阻部R31设置于电源端V3和信号输出端E31之间。第二电阻部R32设置于信号输出端E31和接地端G3之间。第三电阻部R33设置于信号输出端E32和接地端G3之间。第四电阻部R34设置于电源端V3和信号输出端E32之间。
对电源端V1~V3分别施加规定大小的电压或电流。接地端G1~G3分别接地。
以下,将第一检测电路10的多个MR元件称为多个第一MR元件50A,将第二检测电路20的多个MR元件称为多个第二MR元件50B,将第三检测电路30的多个MR元件称为多个第三MR元件50C。因为第一~第三检测电路10、20、30是磁传感器1的构成要素,所以也可以说磁传感器1包含多个第一MR元件50A、多个第二MR元件50B及多个第三MR元件50C。另外,对于任意的MR元件,标注附图标记50来表示。
MR元件50可以是自旋阀型的MR元件,也可以是AMR(各向异性磁阻效应)元件。在本实施方式中,特别是MR元件50是自旋阀型的MR元件。MR元件50具有:具有方向被固定的磁化的磁化固定层、具有方向能够根据对象磁场的方向而变化的磁化的自由层、以及配置于磁化固定层和自由层之间的间隙层。MR元件50可以是TMR(隧道磁阻效应)元件,也可以是GMR(巨磁阻效应)元件。在TMR元件中,间隙层是隧道势垒层。在GMR元件中,间隙层是非磁性导电层。在MR元件50中,电阻值根据自由层的磁化的方向相对于磁化固定层的磁化的方向所成的角度而变化,该角度为0°时电阻值为最小值,角度为180°时电阻值为最大值。在各MR元件50中,自由层具有易磁化轴方向为与磁化固定层的磁化的方向正交的方向的形状各向异性。
在图5~图7中,与各电阻部重叠的多个涂抹的箭头表示MR元件50的磁化固定层的磁化的方向。另外,与各电阻部重叠的多个空白箭头表示未对MR元件50施加对象磁场时的MR元件50的自由层的磁化的方向。
在图5所示的例子中,第一及第三电阻部R11、R13各自的磁化固定层的磁化的方向为U方向。第二及第四电阻部R12、R14各自的磁化固定层的磁化的方向为-U方向。另外,多个第一MR元件50A各自的自由层具有易磁化轴方向为与X方向平行的方向的形状各向异性。第一及第二电阻部R11、R12各自的自由层的磁化的方向在未对第一MR元件50A施加对象磁场的情况下为X方向。在上述情况下,第三及第四电阻部R13、R14各自的自由层的磁化的方向为-X方向。
在图6所示的例子中,第一及第三电阻部R21、R23各自的磁化固定层的磁化的方向为V方向。第二及第四电阻部R22、R24各自的磁化固定层的磁化的方向为-V方向。另外,多个第二MR元件50B各自的自由层具有易磁化轴方向为与X方向平行的方向的形状各向异性。第一及第二电阻部R21、R22各自的自由层的磁化的方向在未对第二MR元件50B施加对象磁场的情况下为X方向。在上述情况下,第三及第四电阻部R23、R24各自的自由层的磁化的方向为-X方向。
在图7所示的例子中,第一及第三电阻部R31、R33各自的磁化固定层的磁化的方向为X方向。第二及第四电阻部R32、R34各自的磁化固定层的磁化的方向为-X方向。另外,多个第三MR元件50C各自的自由层具有易磁化轴方向为与Y方向平行的方向的形状各向异性。第一及第二电阻部R31、R32各自的自由层的磁化的方向在未对第三MR元件50C施加对象磁场的情况下为Y方向。在上述情况下,第三及第四电阻部R33、R34各自的自由层的磁化的方向为-Y方向。
磁传感器1还具备产生对至少一个MR元件50施加的磁场的至少一个磁场产生体。在本实施方式中,特别是至少一个磁场产生体是多个磁场产生体。在图5中,标记有附图标记M11、M12、M13、M14的箭头表示由多个磁场产生体施加到多个第一MR元件50A的磁场的方向。在第一及第二电阻部R11、R12中,通过多个磁场产生体向多个第一MR元件50A施加X方向的磁场。在第三及第四电阻部R13、R14中,通过多个磁场产生体向多个第一MR元件50A施加-X方向的磁场。
在图6中,标记有附图标记M21、M22、M23、M24的箭头表示由多个磁场产生体施加到多个第二MR元件50B的磁场的方向。在第一及第二电阻部R21、R22中,通过多个磁场产生体向多个第二MR元件50B施加X方向的磁场。在第三及第四电阻部R23、R24中,通过多个磁场产生体向多个第二MR元件50B施加-X方向的磁场。
在图7中,标记有附图标记M31、M32、M33、M34的箭头表示由多个磁场产生体施加到多个第三MR元件50C的磁场的方向。在第一及第二电阻部R31、R32中,通过多个磁场产生体向多个第三MR元件50C施加Y方向的磁场。在第三及第四电阻部R33、R34中,通过多个磁场产生体向多个第三MR元件50C施加-Y方向的磁场。
此外,从MR元件50及磁场产生体的制作精度等观点出发,磁化固定层的磁化的方向、自由层的易磁化轴的方向以及通过多个磁场产生体施加到MR元件50的磁场的方向也可以稍微偏离上述方向。另外,磁化固定层的磁化也可以构成为含有以上述方向为主要分量的磁化分量。该情况下,磁化固定层的磁化的方向为上述方向或大致上述方向。
接着,对第一~第三检测信号进行说明。首先,参照图5说明第一检测信号。当对象磁场的与U方向平行的方向的分量的强度变化时,第一检测电路10的电阻部R11~R14各自的电阻值以电阻部R11、R13的电阻值增加,并且电阻部R12、R14的电阻值减少,或者电阻部R11、R13的电阻值减少,并且电阻部R12、R14的电阻值增加的方式发生变化。由此,信号输出端E11、E12各自的电位发生变化。第一检测电路10构成为生成与信号输出端E11的电位对应的信号作为第一检测信号S11,生成与信号输出端E12的电位对应的信号作为第一检测信号S12。
接着,参照图6说明第二检测信号。当对象磁场的与V方向平行的方向的分量的强度变化时,第二检测电路20的电阻部R21~R24各自的电阻值以电阻部R21、R23的电阻值增加,并且电阻部R22、R24的电阻值减少,或者电阻部R21、R23的电阻值减少,并且电阻部R22、R24的电阻值增加的方式发生变化。由此,信号输出端E21、E22各自的电位发生变化。第二检测电路20构成为生成与信号输出端E21的电位对应的信号作为第二检测信号S21,生成与信号输出端E22的电位对应的信号作为第二检测信号S22。
接着,参照图7说明第三检测信号。当对象磁场的与X方向平行的方向的分量的强度变化时,第三检测电路30的电阻部R31~R34各自的电阻值以电阻部R31、R33的电阻值增加,并且电阻部R32、R34的电阻值减少,或者电阻部R31、R33的电阻值减少,并且电阻部R32、R34的电阻值增加的方式发生变化。由此,信号输出端E31、E32各自的电位发生变化。第三检测电路30构成为生成与信号输出端E31的电位对应的信号作为第三检测信号S31,生成与信号输出端E32的电位对应的信号作为第三检测信号S32。
接着,对处理器40的动作进行说明。处理器40构成为基于第一检测信号S11、S12及第二检测信号S21、S22生成第一检测值和第二检测值。第一检测值是与对象磁场的与Y方向平行的方向的分量对应的检测值。第二检测值是与对象磁场的与Z方向平行的方向的分量对应的检测值。以下,用附图标记Sy表示第一检测值,用附图标记Sz表示第二检测值。
处理器40例如如下生成第一及第二检测值Sy、Sz。处理器40首先通过包含求出第一检测信号S11和第一检测信号S12之差S11-S12的运算,生成值S1,并且通过包含求出第二检测信号S21和第二检测信号S22之差S21-S22的运算,生成值S2。接着,处理器40使用下式(1)、(2)计算值S3、S4。
S3=(S2+S1)/(2cosα)…(1)
S4=(S2-S1)/(2sinα)…(2)
第一检测值Sy可以是值S3本身,也可以是对值S3施加了增益调整及偏置调整等规定的修正的值。同样,第二检测值Sz可以是值S4本身,也可以是对值S4施加了增益调整及偏置调整等规定的修正的值。
处理器40进一步构成为基于第三检测信号S31、S32生成第三检测值。第三检测值是与对象磁场的与X方向平行的方向的分量对应的检测值。以下,用附图标记Sx表示第三检测值。
在本实施方式中,处理器40通过包含求出第三检测信号S31和第三检测信号S32之差S31-S32的运算,生成第三检测值Sx。第三检测值Sx可以是差S31-S32本身,也可以是对差S31-S32施加了增益调整及偏置调整等规定的修正的值。
接着,参照图8~图11,对第一芯片2的结构进行详细说明。图8是表示第一芯片2的一部分的立体图。图9是表示第一芯片2的一部分的俯视图。图10及图11是表示第一芯片2的一部分的剖视图。图10表示图9中以10-10线表示的位置的截面的一部分。图11表示图9中以11-11线表示的位置的截面的一部分。
第一芯片2包含具有上表面201a的基板201、绝缘层202、203、204、205、206、207、多个下部电极61A、多个下部电极61B、多个上部电极62A、多个上部电极62B、多个第一磁场产生体70A、以及多个第二磁场产生体70B。基板201的上表面201a平行于XY平面。Z方向也是与基板201的上表面201a垂直的一方向。
绝缘层202、203依次配置于基板201上。多个下部电极61A和多个下部电极61B配置于绝缘层203之上。绝缘层204在绝缘层203之上配置于多个下部电极61A的周围和多个下部电极61B的周围。多个第一MR元件50A配置于多个下部电极61A之上。多个第二MR元件50B配置于多个下部电极61B之上。绝缘层205在多个下部电极61A、多个下部电极61B及绝缘层204之上配置于多个第一MR元件50A的周围和多个第二MR元件50B的周围。多个上部电极62A配置于多个第一MR元件50A及绝缘层205之上。多个上部电极62B配置于多个第二MR元件50B及绝缘层205之上。绝缘层206在绝缘层205之上配置于多个上部电极62A的周围和多个上部电极62B的周围。绝缘层207配置于多个上部电极62A、多个上部电极62B及绝缘层206之上。
多个第一磁场产生体70A和多个第二磁场产生体70B被埋入绝缘层205。多个第一磁场产生体70A分别相对于第一MR元件50A及下部电极61A隔开规定的间隔配置。多个第二磁场产生体70B分别相对于第二MR元件50B及下部电极61B隔开规定的间隔配置。绝缘层205也可以包含介于多个第一磁场产生体70A中的每一个和多个第一MR元件50A中的每一个之间、多个第二磁场产生体70B中的每一个和多个第二MR元件50B中的每一个之间、多个第一磁场产生体70A中的每一个和多个下部电极61A中的每一个之间、及多个第二磁场产生体70B中的每一个和多个下部电极61B中的每一个之间的绝缘膜。
多个第一磁场产生体70A中的若干个第一磁场产生体70A的上表面也可以与多个上部电极62A的下表面相接。多个第二磁场产生体70B中的若干个第二磁场产生体70B的上表面也可以与多个上部电极62B的下表面相接。
第一芯片2包含支承多个第一MR元件50A和多个第二MR元件50B的支承部件。支承部件具有相对于基板201的上表面201a倾斜的至少一个倾斜面。在本实施方式中,特别是支承部件由绝缘层203构成。
绝缘层203分别具有在远离基板201的上表面201a的方向(Z方向)上伸出的多个凸面203c。多个凸面203c分别在与X方向平行的方向上延伸。凸面203c的整体形状为三角屋顶形状。另外,多个凸面203c在与Y方向平行的方向上排列。
在此,着眼于多个凸面203c中的任意一个凸面203c。凸面203c包含第一倾斜面203a和第二倾斜面203b。第一倾斜面203a是构成凸面203c的Y方向侧的一部分的面。第二倾斜面203b是构成凸面203c的-Y方向侧的一部分的面。第一倾斜面203a和第二倾斜面203b分别具有在与X方向平行的方向上较长的形状。
基板201的上表面201a与XY平面平行。另外,基准平面4a与XY平面平行。第一倾斜面203a和第二倾斜面203b分别相对于基板201的上表面201a及基准平面4a中的每一个倾斜。第二倾斜面203b朝向与第一倾斜面203a不同的方向。在与基板201的上表面201a垂直的YZ截面中,第一倾斜面203a和第二倾斜面203b的间隔随着远离基板201的上表面201a而变小。
在本实施方式中,因为存在多个凸面203c,所以也分别存在多个第一倾斜面203a和第二倾斜面203b。绝缘层203具有多个第一倾斜面203a和多个第二倾斜面203b。
多个下部电极61A配置于多个第一倾斜面203a之上。多个下部电极61B配置于多个第二倾斜面203b之上。如上述,因为第一倾斜面203a和第二倾斜面203b分别相对于基板201的上表面201a即XY平面倾斜,所以多个下部电极61A各自的上表面和多个下部电极61B各自的上表面也相对于XY平面倾斜。另外,基准平面4a与XY平面平行。因此,可以说多个第一MR元件50A和多个第二MR元件50B配置于相对于基准平面4a倾斜的倾斜面上。绝缘层203是用于将多个第一MR元件50A和多个第二MR元件50B分别支承为相对于基准平面4a倾斜的部件。
多个第一MR元件50A分别具有沿着第一倾斜面203a的形状的下表面。多个第二MR元件50B分别具有沿着第二倾斜面203b的形状的下表面。在此,着眼于多个第一MR元件50A中的任意的第一MR元件50A和多个第二MR元件50B中的任意的第二MR元件50B。任意的第一MR元件50A和任意的第二MR元件50B未配置于同一平面上。
多个第一磁场产生体70A实质上配置于多个第一倾斜面203a之上,但未配置于多个第二倾斜面203b之上。多个第一磁场产生体70A分别具有下表面,该下表面具有沿着第一倾斜面203a的形状,且至少一部分具有与第一MR元件50A的下表面实质上相同的形状。
多个第二磁场产生体70B实质上配置于多个第二倾斜面203b之上,但未配置于多个第一倾斜面203a之上。多个第二磁场产生体70B分别具有下表面,该下表面具有沿着第二倾斜面203b的形状,且至少一部分具有与第二MR元件50B的下表面实质上相同的形状。
在此,着眼于多个第一磁场产生体70A中的任意的第一磁场产生体70A和多个第二磁场产生体70B中的任意的第二磁场产生体70B。任意的第一磁场产生体70A和任意的第二磁场产生体70B未配置于相同的平面之上。
虽然未图示,但绝缘层203还具有存在于多个凸面203c的周围的平坦面。多个凸面203c也可以从平坦面向Z方向突出。另外,多个凸面203c也可以以在相邻的两个凸面203c之间形成平坦面的方式隔开规定的间隔而配置。或者,绝缘层203也可以具有从平坦面朝向-Z方向凹陷的槽部。该情况下,多个凸面203c也可以存在于槽部内。
如图8及图9所示,多个第一磁场产生体70A以在X方向和Y方向上分别各排列多个的方式排列。多个第一MR元件50A分别配置于在与X方向平行的方向上相邻的两个第一磁场产生体70A之间。在一个第一倾斜面203a上,多个第一MR元件50A和多个第一磁场产生体70A排列成一列。
同样,多个第二磁场产生体70B以在X方向和Y方向上分别各排列多个的方式排列。多个第二MR元件50B分别配置于在与X方向平行的方向上相邻的两个第二磁场产生体70B之间。在一个第二倾斜面203b上,多个第二MR元件50B和多个第二磁场产生体70B排列成一列。
由多个第一MR元件50A和多个第一磁场产生体70A构成的列、由多个第二MR元件50B和多个第二磁场产生体70B构成的列在与Y方向平行的方向上交替排列。
多个第一MR元件50A通过多个下部电极61A和多个上部电极62A串联连接。在此,参照图16,详细说明多个第一MR元件50A的连接方法。在图16中,附图标记61表示与任意的MR元件50对应的下部电极,附图标记62表示与任意的MR元件50对应的上部电极。另外,在图16中,附图标记70表示任意的磁场产生体。
如图16所示,各个下部电极61具有细长的形状。在下部电极61的长边方向上相邻的两个下部电极61之间形成有间隙。在下部电极61的上表面上,在长边方向的两端附近分别配置有MR元件50。另外,各个上部电极62具有细长的形状,配置于在下部电极61的长边方向上相邻的两个下部电极61上,并将相邻的两个MR元件50彼此电连接。
在下部电极61的长边方向上相邻的两个MR元件50之间配置有磁场产生体70。在磁场产生体70和MR元件50及下部电极61之间形成有间隙。磁场产生体70可以与上部电极62相接,也可以不相接。
虽然未图示,但位于排列成一列的多个MR元件50的列的端部的一个MR元件50与位于在与下部电极61的长边方向交叉的方向上相邻的其它多个MR元件50的列的端部的另一个MR元件50连接。这两个MR元件50通过未图示的电极相互连接。未图示的电极也可以是将两个MR元件50的下表面彼此或上表面彼此连接的电极。
在图16中的MR元件50为第一MR元件50A的情况下,图16中的下部电极61、上部电极62及磁场产生体70分别对应于下部电极61A、上部电极62A及第一磁场产生体70A。在图16中的MR元件50为第二MR元件50B的情况下,图16中的下部电极61、上部电极62及磁场产生体70分别对应于下部电极61B、上部电极62B及第二磁场产生体70B。
在此,对图16所示的第一方向D1、第二方向D2及第三方向D3的定义进行说明。第一方向D1、第二方向D2及第三方向D3相互正交。第一方向D1是与下部电极61的长边方向(与上部电极62的长边方向相同)平行的一方向。第三方向D3是从下部电极61朝向上部电极62的方向。
在图16所示的MR元件50为第一MR元件50A的情况下,第一方向D1为X方向或-X方向,第二方向D2为U方向或-U方向,第三方向D3为与第一倾斜面203a交叉的方向。在图16所示的MR元件50为第二MR元件50B的情况下,第一方向D1为X方向或-X方向,第二方向D2为V方向或-V方向,第三方向D3为与第二倾斜面203b交叉的方向。
接着,参照图12~图15,对第二芯片3的结构进行详细说明。图12是表示第二芯片3的一部分的立体图。图13是表示第二芯片3的一部分的俯视图。图14及图15是表示第二芯片3的一部分的剖视图。
图14表示图13中以14-14线表示的位置的截面的一部分。图15表示在图13中以15-15线表示的位置的截面的一部分。
第二芯片3包含具有上表面301a的基板301、绝缘层302、303、304、305、306、多个下部电极61C、多个上部电极62C、以及多个第三磁场产生体70C。基板301的上表面301a与XY平面平行。Z方向也是与基板301的上表面301a垂直的一方向。
绝缘层302配置于基板301之上。多个下部电极61C配置于绝缘层302之上。绝缘层303在绝缘层302之上配置于多个下部电极61C的周围。多个第三MR元件50C配置于多个下部电极61C之上。绝缘层304在多个下部电极61C及绝缘层303之上配置于多个第三MR元件50C的周围。多个上部电极62C配置于多个第三MR元件50C及绝缘层304之上。绝缘层305在绝缘层304之上配置于多个上部电极62C的周围。绝缘层306配置于多个上部电极62C及绝缘层305之上。
多个第三磁场产生体70C被埋入绝缘层304。多个第三磁场产生体70C分别相对于第三MR元件50C及下部电极61C隔开规定的间隔配置。绝缘层304也可以包含介于多个第三磁场产生体70C中的每一个和多个第二MR元件50C中的每一个之间、及多个第三磁场产生体70C中的每一个和多个下部电极61C中的每一个之间的绝缘膜。多个第三磁场产生体70C中的若干个第三磁场产生体70C的上表面也可以与多个上部电极62C的下表面相接。
第二芯片3包含支承多个第三MR元件50C的支承部件。在本实施方式中,特别是支承部件由绝缘层302构成。绝缘层302的上表面包含平坦面。
基板301的上表面301a与XY平面平行,多个下部电极61C各自的上表面也与XY平面平行。另外,基准平面4a与XY平面平行。因此,可以说多个第三MR元件50C配置于与基准平面4a平行的平面上。
如图12及图13所示,多个第三磁场产生体70C以在X方向和Y方向上分别各排列多个的方式排列。多个第三MR元件50C分别配置于在与Y方向平行的方向上相邻的两个第三磁场产生体70C之间。
多个第三MR元件50C通过多个下部电极61C和多个上部电极62C串联连接。有关上述多个第一MR元件50A的连接方法的说明也适用于多个第三MR元件50C的连接方法。在图16中的MR元件50为第三MR元件50C的情况下,图16中的下部电极61、上部电极62及磁场产生体70分别对应于下部电极61C、上部电极62C及第三磁场产生体70C。
在图16所示的MR元件50为第三MR元件50C的情况下,第一方向D1为Y方向或-Y方向,第二方向D2为X方向或-X方向,第三方向D3为Z方向。
接着,将参照图16更详细地说明MR元件50。在图16中,附图标记52表示磁化固定层,附图标记53表示间隙层,附图标记54表示自由层。MR元件50还具有反铁磁性层51。反铁磁性层51、磁化固定层52、间隙层53及自由层54从下部电极61朝向上部电极62依次层叠。反铁磁性层51由反铁磁性材料构成,在与磁化固定层52之间产生交换耦合,固定磁化固定层52的磁化的方向。此外,磁化固定层52也可以是所谓的自钉扎型固定层(Synthetic FerriPinned层、SFP层)。自钉扎型的固定层具有层叠了铁磁性层、非磁性中间层及铁磁性层的层叠铁磁结构(Ferri Structure),使两个铁磁性层反铁磁性地耦合而成。在磁化固定层52为自钉扎型的固定层的情况下,也可以省略反铁磁性层51。
此外,MR元件50中的层51~54的配置也可以与图16所示的配置上下相反。
在第一MR元件50A中,反铁磁性层51、磁化固定层52、间隙层53及自由层54沿与第一倾斜面203a(参照图8及图10)交叉的方向层叠。该方向也可以是与第一倾斜面203a垂直的方向。第一MR元件50A中的、至少磁化固定层52及自由层54对应于本发明的“多个磁性层”。
在第二MR元件50B中,反铁磁性层51、磁化固定层52、间隙层53及自由层54沿与第二倾斜面203b(参照图8及图10)交叉的方向层叠。该方向也可以是与第二倾斜面203b垂直的方向。第二MR元件50B中的、至少磁化固定层52及自由层54对应于本发明的“多个磁性层”。
在第三MR元件50C中,反铁磁性层51、磁化固定层52、间隙层53及自由层54沿与绝缘层302的上表面(参照图12及图14)交叉的方向层叠。该方向也可以是与绝缘层302的上表面垂直的方向即Z方向。
接着,参照图16对磁场产生体70进行更详细的说明。磁场产生体70包含铁磁性体部72和与铁磁性体部72相接并与铁磁性体部72交换耦合的反铁磁性体部71。
铁磁性体部72具有作为铁磁性体部72整体的磁化。作为铁磁性体部72整体的磁化是指将铁磁性体部72整体中的原子、晶格等每个单位的磁矩的矢量和进行体积平均而得到的磁化。以下,将作为铁磁性体部72整体的磁化简称为铁磁性体部72的磁化。
在磁场产生体70中,通过反铁磁性体部71和铁磁性体部72交换耦合,规定铁磁性体部72的磁化的方向。由此,磁场产生体70对干扰磁场具有高的耐性。
铁磁性体部72可以由一个铁磁性层构成,也可以包含层叠的多个结构层。铁磁性体部72(铁磁性层)由含有Co、Fe、Ni中的一个以上的元素的铁磁性材料形成。作为这样的铁磁性材料的例子,可举出CoFe、CoFeB、CoNiFe。反铁磁性体部71由IrMn、PtMn等反铁磁性材料形成。
与第二方向D2平行的方向上的磁场产生体70的尺寸大于与第二方向D2平行的方向上的MR元件50的尺寸。另外,与第二方向D2平行的方向上的磁场产生体70的尺寸大于与第一方向D1平行的方向上的磁场产生体70的尺寸大。
在从第一方向D1进行观察时,MR元件50的自由层54的至少一部分与磁场产生体70的铁磁性体部72的至少一部分重叠。在图16所示的例子中,在从第一方向D1观察时,自由层54的整体与铁磁性体部72的一部分重叠。
在第一磁场产生体70A中,反铁磁性体部71和铁磁性体部72沿与第一倾斜面203a交叉的方向层叠(参照图8及图11)。该方向也可以是与第一倾斜面203a垂直的方向。另外,反铁磁性体部71和铁磁性体部72分别具有与第一倾斜面203a对置且相对于基板201的上表面201a即XY平面倾斜的下表面。这样的下表面能够通过将反铁磁性体部71和铁磁性体部72分别形成为体现第一倾斜面203a的形状的膜厚来实现。
在第二磁场产生体70B中,反铁磁性体部71和铁磁性体部72沿与第二倾斜面203b交叉的方向层叠(参照图8及图11)。该方向也可以是与第二倾斜面203b垂直的方向。另外,反铁磁性体部71和铁磁性体部72分别具有与第二倾斜面203b对置且相对于基板201的上表面201a即XY平面倾斜的下表面。这样的下表面能够通过将反铁磁性体部71和铁磁性体部72分别形成为体现第二倾斜面203b的形状的膜厚来实现。
在第三磁场产生体70C中,反铁磁性体部71和铁磁性体部72沿与绝缘层302的上表面交叉的方向层叠(参照图12及图15)。该方向也可以是与绝缘层302的上表面垂直的方向即Z方向。
接着,对多个MR元件50和多个磁场产生体70的配置进行说明。首先,参照图17,对多个MR元件50和多个磁场产生体70的配置的第一例进行说明。第一芯片2具有用于配置多个第一MR元件50A、多个第二MR元件50B、多个第一磁场产生体70A及多个第二磁场产生体70B的第一元件配置区域。因为第一芯片2是磁传感器1的构成要素,所以也可以说磁传感器1具有第一元件配置区域。在本实施方式中,将第一元件配置区域及后述的第二元件配置区域以及多个区域定义为与XY平面平行的平面区域。在从Z方向观察时,多个第一MR元件50A、多个第二MR元件50B、多个第一磁场产生体70A及多个第二磁场产生体70B与第一元件配置区域重叠。在本实施方式中,为了便于说明,设定第一元件配置区域位于绝缘层203的上表面之上。
第一元件配置区域包含第一区域A21、第二区域A22、第三区域A23、以及第四区域A24。第一区域A21是与第一电阻部R11、R21对应的区域。第二区域A22是与第二电阻部R12、R22对应的区域。第三区域A23是与第三电阻部R13、R23对应的区域。第四区域A24是与第四电阻部R14、R24对应的区域。
多个第一MR元件50A分割地配置于第一~第四区域A21~A24。构成第一电阻部R11的第一MR元件50A配置于第一区域A21。构成第二电阻部R12的第一MR元件50A配置于第二区域A22。构成第三电阻部R13的第一MR元件50A配置于第三区域A23。构成第四电阻部R14的第一MR元件50A配置于第四区域A24。
多个第一磁场产生体70A分割地配置于第一~第四区域A21~A24。第一~第四区域A21~A24中、配置于两个区域的多个第一磁场产生体70A中的每一个和配置于另外两个区域的多个第一磁场产生体70A中的每一个具有互不相同的方向的磁化。
在此,将标记有图5所示的附图标记M11的箭头的方向记为方向M11。标记有附图标记M11以外的附图标记的箭头的方向也与方向M11同样地记载。配置于第一区域A21的多个第一磁场产生体70A各自的铁磁性体部72的磁化包含方向M11的分量。配置于第二区域A22的多个第一磁场产生体70A各自的铁磁性体部72的磁化包含方向M12(参照图5)的分量。配置于第三区域A23的多个第一磁场产生体70A各自的铁磁性体部72的磁化包含方向M13(参照图5)的分量。配置于第四区域A24的多个第一磁场产生体70A各自的铁磁性体部72的磁化包含方向M14(参照图5)的分量。
如图5所示,方向M11、M12是与X方向相同的方向。因此,配置于第一区域A21的多个第一磁场产生体70A和配置于第二区域A22的多个第一磁场产生体70A各自的铁磁性体部72的磁化包含X方向的分量。该磁化也可以包含X方向的分量作为主要分量。该情况下,该磁化的方向为X方向或大致X方向。
如图5所示,方向M13、M14是与-X方向相同的方向。因此,配置于第三区域A23的多个第一磁场产生体70A和配置于第四区域A24的多个第一磁场产生体70A各自的铁磁性体部72的磁化包含-X方向的分量。该磁化也可以包含-X方向的分量作为主要分量。该情况下,该磁化的方向为-X方向或大致为-X方向。
有关多个第一MR元件50A的配置的说明及有关多个第一磁场产生体70A的配置及磁化的方向的上述说明也适用于多个第二MR元件50B及多个第二磁场产生体70B。如果将有关多个第一MR元件50A的配置的上述说明中的、第一MR元件50A、第一电阻部R11、第二电阻部R12、第三电阻部R13及第四电阻部R14分别置换为第二MR元件50B、第一电阻部R21、第二电阻部R22、第三电阻部R23及第四电阻部R24,则成为有关多个第二MR元件50B的配置的说明。另外,如果将有关多个第一磁场产生体70A配置及磁化的方向的上述说明中的、第一磁场产生体70A及方向M11、M12、M13、M14分别置换为第二磁场产生体70B及方向M21、M22、M23、M24(参照图6),则成为有关多个第二磁场产生体70B的配置及磁化的方向的说明。
在第一例中,第一~第四区域A21~A24从第一芯片2的-X方向侧的端缘朝向第一芯片2的X方向侧的端缘按区域A22、A23、A21、A24的顺序排列。多个第一MR元件50A、多个第二MR元件50B、多个第一磁场产生体70A及多个第二磁场产生体70B分别按照上述特征,以与第一~第四区域A21~A24相同的规则配置。
第二芯片3具有用于配置多个第三MR元件50C及多个第三磁场产生体70C的第二元件配置区域。因为第二芯片3是磁传感器1的构成要素,所以也可以说磁传感器1具有第二元件配置区域。在从Z方向进行观察时,多个第三MR元件50C及多个第三磁场产生体70C与第二元件配置区域重叠。在本实施方式中,为了便于说明,设定第二元件配置区域位于绝缘层302的上表面之上。
第二元件配置区域包含第一区域A31、第二区域A32、第三区域A33、以及第四区域A34。第一区域A31是与第一电阻部R31对应的区域。第二区域A32是与第二电阻部R32对应的区域。第三区域A33是与第三电阻部R33对应的区域。第四区域A34是与第四电阻部R34对应的区域。
多个第三MR元件50C分割地配置于第一~第四区域A31~A34。构成第一电阻部R31的第三MR元件50C配置于第一区域A31。构成第二电阻部R32的第三MR元件50C配置于第二区域A32。构成第三电阻部R33的第三MR元件50C配置于第三区域A33。构成第四电阻部R34的第三MR元件50C配置于第四区域A34。
多个第三磁场产生体70C分割地配置于第一~第四区域A31~A34。第一~第四区域A31~A34中的、配置于两个区域的多个第三磁场产生体70C中的每一个和配置于另外两个区域的多个第三磁场产生体70C中的每一个具有互不相同的方向的磁化。
配置于第一区域A31的多个第三磁场产生体70C各自的铁磁性体部72的磁化包含方向M31(参照图7)的分量。配置于第二区域A32的多个第三磁场产生体70C各自的铁磁性体部72的磁化包含方向M32(参照图7)的分量。配置于第三区域A33的多个第三磁场产生体70C各自的铁磁性体部72的磁化包含方向M33(参照图7)的分量。配置于第四区域A34的多个第三磁场产生体70C各自的铁磁性体部72的磁化包含方向M34(参照图7)的分量。
如图7所示,方向M31、M32是与Y方向相同的方向。因此,配置于第一区域A31的多个第三磁场产生体70C和配置于第二区域A32的多个第三磁场产生体70C各自的铁磁性体部72的磁化包含Y方向的分量。该磁化也可以包含Y方向的分量作为主要分量。该情况下,该磁化的方向成为Y方向或大致Y方向。
如图7所示,方向M33、M34是与-Y方向相同的方向。因此,配置于第三区域A33的多个第三磁场产生体70C和配置于第四区域A34的多个第三磁场产生体70C各自的铁磁性体部72的磁化包含-Y方向的分量。该磁化也可以包含-Y方向的分量作为主要分量。该情况下,该磁化的方向成为-Y方向或大致-Y方向。
在第一例中,第一~第四区域A31~A34从第二芯片3的-X方向侧的端缘朝向第二芯片3的X方向侧的端缘按区域A32、A33、A31、A34的顺序排列。多个第三MR元件50C及多个第三磁场产生体70C分别按照上述的每个特征,以与第一~第四区域A31~A34相同的规则配置。
接着,参照图18,对多个MR元件50和多个磁场产生体70的配置的第二例进行说明。在第二例中,第一及第二区域A21、A22沿-Y方向依次排列。第三及第四区域A23、A24分别相对于第二及第一区域A22、A21配置于-X方向的前方。
另外,在第二例中,第一及第二区域A31、A32沿-Y方向依次排列。第三及第四区域A33、A34分别相对于第二及第一区域A32、A31配置于-X方向的前方。
接着,对本实施方式的磁传感器装置100的制造方法进行简单说明。磁传感器装置100的制造方法具备形成第一芯片2的工序、形成第二芯片3的工序、以及将第一及第二芯片2、3搭载于支承体4的工序。
形成第一芯片2的工序和形成第二芯片3的工序分别包含形成多个MR元件50的工序和形成多个磁场产生体70的工序。
在形成多个MR元件50的工序中,首先形成之后成为多个MR元件50的多个初始MR元件。多个初始MR元件分别包含之后成为磁化固定层52的初始磁化固定层、自由层54、间隙层53、以及反铁磁性层51。
接着,使用激光和含有规定方向的分量的外部磁场,将初始磁化固定层的磁化的方向固定为上述规定的方向。例如,在之后成为构成第一检测电路10的第一及第三电阻部R11、R13的多个第一MR元件50A的多个初始MR元件中,一边施加Y方向的外部磁场,一边对多个初始MR元件照射激光。Y方向的外部磁场能够分为U方向的分量和与U方向正交的方向的分量。当激光的照射结束时,初始磁化固定层的磁化的方向被固定为U方向。由此,初始磁化固定层成为磁化固定层52,初始MR元件成为第一MR元件50A。
另外,在之后成为构成第一检测电路10的第二及第四电阻部R12、R14的多个第一MR元件50A的多个初始MR元件中,通过使用-Y方向的外部磁场,能够将多个初始MR元件各自的初始磁化固定层的磁化的方向固定为-U方向。这样,形成多个第一MR元件50A。多个第二MR元件50B及多个第三MR元件50C也通过与多个第一MR元件50A相同的方法形成。
在形成多个磁场产生体70的工序中,首先,形成之后成为多个磁场产生体70的多个初始磁场产生体。多个初始磁场产生体分别包含之后成为铁磁性体部72的初始铁磁性体部和反铁磁性体部71。
接着,使用激光和含有规定方向的分量的外部磁场,将初始铁磁性体部的磁化的方向固定为上述规定的方向。例如,在配置于第一芯片2的第一及第二区域A21、A22的成为多个第一磁场产生体70A及多个第二磁场产生体70B的多个初始磁场产生体中,一边施加X方向的外部磁场,一边对多个磁场产生体照射激光。当激光的照射结束时,初始铁磁性体部的磁化的方向被固定为X方向。由此,初始铁磁性体部成为铁磁性体部72,初始磁场产生体成为第一磁场产生体70A或第二磁场产生体70B。另外,在配置于第一芯片2的第三及第四区域A23、A24的成为多个第一磁场产生体70A及多个第二磁场产生体70B的多个初始磁场产生体中,通过使用-X方向的外部磁场,能够将多个初始磁场产生体各自的初始铁磁性体部的磁化的方向固定为-X方向。这样,形成多个第一磁场产生体70A和多个第二磁场产生体70B。多个第三磁场产生体70C也通过与多个第一磁场产生体70A及多个第二磁场产生体70B同样的方法形成。
从上述磁传感器装置100的制造方法的说明可以理解,在本实施方式中,第一MR元件50A的磁化固定层52的磁化的方向、第二MR元件50B的磁化固定层52的磁化的方向、以及第三MR元件50C的磁化固定层52的磁化的方向分别使用激光和外部磁场固定。在本实施方式中,进而,第一磁场产生体70A的铁磁性体部72的磁化的方向、第二磁场产生体70B的铁磁性体部72的磁化的方向、以及第三磁场产生体70C的铁磁性体部72的磁化的方向分别使用激光和外部磁场固定。
在此,将用于固定铁磁性体部72的磁化的方向的激光的强度称为铁磁性体部72用的激光的强度。铁磁性体部72用的激光的强度也可以比用于固定磁化固定层52的磁化的方向的激光的强度小。另外,铁磁性体部72用的激光的强度优选为抑制磁阻变化相对于MR元件50的电阻的比率即磁阻变化率(以下记为MR比)的变化的强度。例如,铁磁性体部72用的激光的强度优选为将MR比的变化抑制在10%以内的强度,更优选为将MR比的变化抑制在5%以内或3%以内的强度。此外,MR比有时通过照射铁磁性体部72用的激光而增加和减少。
接着,对本实施方式的磁传感器1的作用及效果进行说明。在本实施方式中,多个第一磁场产生体70A各自的铁磁性体部72和反铁磁性体部71沿与第一倾斜面203a交叉的方向层叠。在此,考虑第一磁场产生体70A的铁磁性体部72和反铁磁性体部71沿与Z方向平行的方向层叠的情况。该情况下,如果第一MR元件50A和第一磁场产生体70A的至少一方因制造偏差而偏离设计上的位置,则第一MR元件50A的自由层54和第一磁场产生体70A的铁磁性体部72的相对的位置关系会偏离,其结果,产生由第一磁场产生体70A施加于第一MR元件50A的磁场的强度及方向会发生变化的问题。
与此相对,在本实施方式中,多个第一磁场产生体70A各自的铁磁性体部72和反铁磁性体部71沿与第一倾斜面203a交叉的方向层叠。由此,根据本实施方式,在第一MR元件50A和第一磁场产生体70A的至少一方因制造偏差而偏离设计上的位置的情况下,能够抑制第一MR元件50A的自由层54和第一磁场产生体70A的铁磁性体部72的相对位置关系大幅度偏离。由此,根据本实施方式,能够抑制由第一磁场产生体70A施加于第一MR元件50A的磁场的偏差。
有关上述第一MR元件50A及第一磁场产生体70A的说明也适用于第二MR元件50B及第二磁场产生体70B。根据本实施方式,能够抑制由第二磁场产生体70B施加于第二MR元件50B的磁场的偏差。
另外,在本实施方式中,自由层54相对于磁化固定层52配置于第三方向D3的前方(参照图16)。另外,铁磁性体部72相对于反铁磁性体部71配置于第三方向D3的前方(参照图16)。因此,根据本实施方式,与磁化固定层52相对于自由层54配置于第三方向D3的前方的情况相比,能够使自由层54接近铁磁性体部72。由此,根据本实施方式,能够增大从磁场产生体70向自由层54施加的磁场的强度。
[第二实施方式]
接着,参照图19及图20,对本发明的第二实施方式进行说明。图19及图20是表示本实施方式的第一芯片2的一部分的剖视图。
在本实施方式中,绝缘层203的凸面203c是使曲线形状(拱形)沿着与X方向平行的方向移动而成的半圆筒状的曲面。因此,在本实施方式中,第一倾斜面203a成为曲面。第一MR元件50A沿着曲面(第一倾斜面203a)弯曲。即使在该情况下,为了便于说明,也将第一MR元件50A的磁化固定层52的磁化的方向定义为直线方向。同样,在本实施方式中,第二倾斜面203b成为曲面。第二MR元件50B沿着曲面(第二倾斜面203b)弯曲。即使在该情况下,为了便于说明,也将第二MR元件50B的磁化固定层52的磁化的方向定义为直线方向。
绝缘层203还具有在多个凸面203c周围存在的平坦面。多个凸面203c从平坦面向Z方向突出。另外,多个凸面203c以在相邻的两个凸面203c之间形成平坦面的方式隔开规定的间隔而配置。
如图20所示,在第一磁场产生体70A中,反铁磁性体部71和铁磁性体部72沿与第一倾斜面203a交叉的方向层叠。该方向也可以是第一倾斜面203a中、存在于第一磁场产生体70A的下方的部分的法线方向。另外,第一MR元件50A的下表面具有沿着第一倾斜面203a即曲面的形状。第一磁场产生体70A的下表面是沿着第一倾斜面203a(曲面)的形状,至少一部分具有与第一MR元件50A的下表面实质上相同的形状。
在第二磁场产生体70B中,反铁磁性体部71和铁磁性体部72沿与第二倾斜面203b交叉的方向层叠。该方向也可以是第二倾斜面203b中、存在于第二磁场产生体70B的下方的部分的法线方向。另外,第二MR元件50B的下表面具有沿着第二倾斜面203b即曲面的形状。第二磁场产生体70B的下表面是沿着第二倾斜面203b(曲面)的形状,至少一部分具有与第二MR元件50B的下表面实质上相同的形状。
本实施方式的其它结构、作用及效果与第一实施方式相同。
[第三实施方式]
接着,参照图21,对本发明的第三实施方式进行说明。图21是表示本实施方式的MR元件50及磁场产生体70的俯视图。
在本实施方式中,多个MR元件50分别包含多个层叠膜。多个层叠膜各自的结构与第一实施方式中的MR元件50的结构相同。在图21所示的例子中,MR元件50包含两个层叠膜501、502。两个层叠膜501、502配置于在第一方向D1上相邻的两个磁场产生体70之间。另外,两个层叠膜501、502通过下部电极61和上部电极62并联连接。
在此,将多个MR元件50中的每一个中包含的多个层叠膜中、位于第二方向D2的端部的层叠膜称为第一特定的层叠膜,将位于与第二方向D2相反方向的端部的层叠膜称为第二特定的层叠膜。磁场产生体70在与第二方向D2平行的方向上的尺寸大于从第一特定的层叠膜的第二方向D2的端部到第二特定的层叠膜的与第二方向D2相反方向的端部的距离。
在图21所示的MR元件50为第一MR元件50A的情况下,两个层叠膜501、502沿着与第一倾斜面203a(参照图8及图10)的长边方向(X方向)交叉的方向排列。在图21所示的MR元件50为第二MR元件50B的情况下,两个层叠膜501、502沿着与第二倾斜面203b(参照图8及图10)的长边方向(X方向)交叉的方向排列。
本实施方式的其它结构、作用及效果与第一或第二实施方式相同。
[第四实施方式]
接着,参照图22及图23,对本发明的第四实施方式进行说明。图22是表示本实施方式的MR元件50及磁场产生体70的侧视图。图23是表示本实施方式的MR元件50及磁场产生体70的俯视图。
在本实施方式中,多个磁场产生体70配置于MR元件50的上方。在图22所示的例子中,多个磁场产生体70的一部分与上部电极62相接。但是,多个磁场产生体70也可以不与上部电极62相接。
MR元件50配置于两个特定的磁场产生体70之间,该两个特定的磁场产生体70配置于在第一方向上相互远离的位置。在两个特定的磁场产生体70之间配置有至少一个其它的磁场产生体70。在图22及图23所示的例子中,其它磁场产生体70的数量为两个。在从上方进行观察时,其它磁场产生体70与MR元件50重叠。在从上方进行观察时,两个特定的磁场产生体70可以与MR元件50重叠,也可以不重叠。
本实施方式的其它结构、作用及效果与第一~第三实施方式中的任一实施方式相同。
[第五实施方式]
接着,参照图24,对本发明的第五实施方式进行说明。图24是表示本实施方式的MR元件50及磁场产生体70的俯视图。
在本实施方式中,与第二方向D2平行的方向上的磁场产生体70的尺寸比与第一方向D1平行的方向上的磁场产生体70的尺寸小。本实施方式的其它结构、作用及效果与第一~第四实施方式中的任一实施方式相同。
[第六实施方式]
接着,参照图25,对本发明的第六实施方式进行说明。图25是表示本实施方式的MR元件50及磁场产生体70的俯视图。
在本实施方式中,多个MR元件50分别配置于在第二方向D2上相邻的两个磁场产生体70之间。与第一方向D1平行的方向上的磁场产生体70的尺寸大于与第一方向D1平行的方向上的MR元件50的尺寸。
在图25所示MR元件50为第一MR元件50A,且图25所示的磁场产生体70为第一磁场产生体70A的情况下,在与第二方向D2平行的方向上配置于一个第一MR元件50A的两侧的两个第一磁场产生体70A均配置于一个第一倾斜面203a的上方(参照图8及图11)。
在图25所示MR元件50为第二MR元件50B,且图25所示的磁场产生体70为第二磁场产生体70B的情况下,在与第二方向D2平行的方向上配置于一个第二MR元件50B的两侧的两个第二磁场产生体70B均配置于一个第二倾斜面203b的上方(参照图8及图11)。
本实施方式的其它结构、作用及效果与第一或第二实施方式相同。
[第七实施例]
接着,参照图26,对本发明的第七实施方式进行说明。图26是表示本实施方式的磁场产生体70的侧视图。
在本实施方式中,磁场产生体70除了包含反铁磁性体部71及铁磁性体部72之外,还包含与铁磁性体部72的上表面相接并与铁磁性体部72交换耦合的反铁磁性体部73。作为形成反铁磁性体部73的反铁磁性材料,例如使用与反铁磁性体部71相同的反铁磁性材料。反铁磁性体部71和反铁磁性体部73也可以由不同的反铁磁性材料形成。
本实施方式的其它结构、作用及效果与第一~第六实施方式中的任一实施方式相同。
[第八实施例]
接着,参照图27,对本发明的第八实施方式进行说明。图27是表示本实施方式的磁场产生体的侧视图。
在示例的实施方式中,与第一实施方式中图16等所示的例子相反,反铁磁性体部71相对于铁磁性体部72,配置于第三方向D3的前方。本实施方式的其它结构、作用及效果与第一~第六实施方式中的任一实施方式相同。
[第九实施方式]
接着,参照图28,对本发明的第九实施方式进行说明。图28是表示包含本实施方式的磁传感器的电流传感器系统的结构的立体图。
本实施方式的磁传感器401被用作检测在导体中流通的检测对象电流的值的电流传感器。图28表示检测对象电流流通的导体为母线402的例子。磁传感器401配置于母线402的附近。以下,将检测对象电流记为对象电流Itg。在母线402的周围,通过对象电流Itg产生磁场403。磁传感器401配置于施加磁场403的位置。在本实施方式中,对象磁场是磁场403。
在本实施方式中,如图28所示,定义X方向、Y方向、Z方向。在图28中,将对象电流Itg流通的方向设为X方向。
在本实施方式中,特别是磁传感器401配置于能够检测磁场403的Y方向的分量和磁场403的Z方向的分量的位置。磁传感器401的结构与第一实施方式中的第一芯片2的结构相同。
此外,磁传感器401的结构也可以与第一实施方式的第二芯片3的结构相同。该情况下,磁传感器401配置于能够检测磁场403的X方向的分量的位置。
本实施方式中的其它结构、作用及效果与第一~第八实施方式中的任一实施方式相同。
此外,本发明不限于上述各实施方式,可以进行各种变更。例如,本发明的磁传感器也可以是将多个芯片一体化而成的。
如以上所说明,本发明磁传感器具备:支承部件,其具有相对于基准平面倾斜的至少一个倾斜面;至少一个磁检测元件,其配置于至少一个倾斜面之上,并且构成为检测对象磁场;至少一个磁场产生体,其配置于至少一个倾斜面之上,并且产生对至少一个磁检测元件施加的磁场。至少一个磁场产生体包含铁磁性体部和与铁磁性体部相接并与铁磁性体部交换耦合的反铁磁性体部。铁磁性体部和反铁磁性体部沿与至少一个倾斜面交叉的方向层叠。
在本发明的磁传感器中,铁磁性体部和反铁磁性体部分别也可以具有与至少一个倾斜面对置且相对于基准平面倾斜的下表面。
另外,在本发明的磁传感器中,至少一个磁检测元件也可以包含沿与至少一个倾斜面交叉的方向层叠的多个磁性层。
另外,在本发明的磁传感器中,至少一个磁检测元件也可以具有第一下表面,该第一下表面具有沿着至少一个倾斜面的形状。至少一个磁场产生体也可以具有第二下表面,该第二下表面具有沿着至少一个倾斜面的形状,且至少一部分具有与第一下表面实质上相同的形状。
另外,在本发明的磁传感器中,至少一个倾斜面从与基准平面垂直的一方向观察,也可以具有在与基准平面平行的方向上较长的形状。至少一个磁检测元件也可以具有沿着至少一个倾斜面的长边方向较长的形状。至少一个磁检测元件也可以包含特定的磁检测元件。至少一个磁场产生体也可以包含相对于特定的磁检测元件配置于特定的磁检测元件的长边方向的两侧的两个特定的磁场产生体。至少一个磁场产生体也可以包含沿着至少一个倾斜面的长边方向配置的多个磁场产生体。
另外,在本发明的磁传感器中,至少一个磁场产生体也可以包含第一磁场产生体和第二磁场产生体。第一磁场产生体的铁磁性体部也可以具有第一磁化。第二磁场产生体的铁磁性体部也可以具有第二磁化。第一磁化也可以包含第一方向的分量。第二磁化也可以包含与第一方向不同的第二方向的分量。第一磁场产生体和第二磁场产生体也可以不配置于相同的平面之上。
另外,在本发明的磁传感器中,至少一个磁检测元件也可以包含第一磁检测元件和第二磁检测元件。第一磁检测元件和第二磁检测元件也可以不配置于相同的平面之上。
另外,在本发明的磁传感器中,至少一个磁检测元件也可以是至少一个磁阻效应元件。至少一个磁阻效应元件也可以包含具有方向被固定的磁化的磁化固定层、具有方向可根据对象磁场变化的磁化的自由层、以及配置于磁化固定层和自由层之间的间隙层。磁化固定层也可以设置于至少一个倾斜面和间隙层之间。
另外,在本发明的磁传感器中,至少一个倾斜面也可以包含朝向相对于基准平面和与基准平面垂直的方向分别倾斜的方向的特定的倾斜面。特定的倾斜面从与基准平面垂直的一方向观察,也可以具有在与基准平面平行的方向上较长的形状。至少一个磁检测元件也可以包含配置于特定的倾斜面且沿着与特定的倾斜面的长边方向交叉的方向排列的两个层叠膜。
另外,本发明磁传感器还可以具备:电源端、接地端、第一输出端、第二输出端、设置于电源端和第一输出端之间的第一电阻部、设置于接地端和第一输出端之间的第二电阻部、设置于接地端和第二输出端之间的第三电阻部、以及设置于电源端和第二输出端之间的第四电阻部。至少一个磁检测元件也可以包含配置于第一区域且构成第一电阻部的多个第一磁检测元件、配置于第二区域且构成第二电阻部的多个第二磁检测元件、配置于第三区域且构成第三电阻部的多个第三磁检测元件、以及配置于第四区域且构成第四电阻部的多个第四磁检测元件。至少一个磁场产生体也可以是多个磁场产生体。多个磁场产生体也可以分割地配置于第一区域、第二区域、第三区域及第四区域。配置于第一区域、第二区域、第三区域及第四区域中的、两个区域的多个磁场产生体各自的铁磁性体部也可以具有第一磁化。配置于第一区域、第二区域、第三区域及第四区域中的、另外两个区域的多个磁场产生体各自的铁磁性体部也可以具有第二磁化。第一磁化也可以包含第一方向的分量。第二磁化也可以包含与第一方向相反的第二方向的分量。
另外,在本发明的磁传感器中,至少一个倾斜面也可以包含第一倾斜面及第二倾斜面,该第一倾斜面及第二倾斜面分别从与基准平面垂直的一方向观察具有在与基准平面平行的方向上较长的形状,并且朝向互不相同的方向。至少一个磁检测元件也可以包含配置于第一倾斜面之上的多个第一磁检测元件、和配置于第二倾斜面之上的多个第二磁检测元件。至少一个磁场产生体也可以包含配置于第一倾斜面之上的多个第一磁场产生体、和配置于第二倾斜面之上的多个第二磁场产生体。多个第一磁检测元件也可以构成第一检测电路,该第一检测电路检测对象磁场中、相对于基准平面和与基准平面垂直的方向分别倾斜的第一方向的分量,且生成第一检测信号。多个第二磁检测元件也可以构成第二检测电路,该第二检测电路检测对象磁场中、相对于基准平面和与基准平面垂直的方向分别倾斜的第二方向的分量,且生成第二检测信号。本发明的磁传感器还可以具备:其它支承部件,其具有平坦面;多个第三磁检测元件,它们配置于平坦面之上;多个第三磁场产生体,它们配置于平坦面之上,并且产生对多个第三磁检测元件施加的磁场。多个第三磁检测元件也可以构成第三检测电路,该第三检测电路检测对象磁场中、与基准平面平行的第三方向的分量,且生成第三检测信号。对象磁场也可以为地磁。
另外,在本发明的磁传感器中,对象磁场也可以是通过导体中流通的检测对象电流产生的磁场。
基于以上的说明,显然可以实施本发明的各种方式及变形例。因此,在权利要求书的均等范围内,即使是上述最佳方式以外的方式,也可以实施本发明。
Claims (17)
1.一种磁传感器,其特征在于,具备:
支承部件,其具有相对于基准平面倾斜的至少一个倾斜面;
至少一个磁检测元件,其配置于所述至少一个倾斜面之上,并且构成为检测对象磁场;
至少一个磁场产生体,其配置于所述至少一个倾斜面之上,并且产生对所述至少一个磁检测元件施加的磁场,
所述至少一个磁场产生体包含铁磁性体部、和与所述铁磁性体部相接并与所述铁磁性体部交换耦合的反铁磁性体部,
所述铁磁性体部和所述反铁磁性体部沿与所述至少一个倾斜面交叉的方向层叠。
2.根据权利要求1所述的磁传感器,其特征在于,
所述铁磁性体部和所述反铁磁性体部分别具有与所述至少一个倾斜面对置且相对于所述基准平面倾斜的下表面。
3.根据权利要求1所述的磁传感器,其特征在于,
所述至少一个磁检测元件包含沿与所述至少一个倾斜面交叉的方向层叠的多个磁性层。
4.根据权利要求1所述的磁传感器,其特征在于,
所述至少一个磁检测元件具有第一下表面,所述第一下表面具有沿着所述至少一个倾斜面的形状,
所述至少一个磁场产生体具有第二下表面,所述第二下表面具有沿着所述至少一个倾斜面的形状,且至少一部分具有与所述第一下表面实质上相同的形状。
5.根据权利要求1所述的磁传感器,其特征在于,
所述至少一个倾斜面从与所述基准平面垂直的一方向观察,具有在与所述基准平面平行的方向上较长的形状,
所述至少一个磁检测元件具有沿着所述至少一个倾斜面的长边方向较长的形状。
6.根据权利要求5所述的磁传感器,其特征在于,
所述至少一个磁检测元件包含特定的磁检测元件,
所述至少一个磁场产生体包含相对于所述特定的磁检测元件配置于所述特定的磁检测元件的长边方向的两侧的两个特定的磁场产生体。
7.根据权利要求5所述的磁传感器,其特征在于,
所述至少一个磁场产生体包含沿着所述至少一个倾斜面的长边方向配置的多个磁场产生体。
8.根据权利要求1所述的磁传感器,其特征在于,
所述至少一个磁场产生体包含第一磁场产生体和第二磁场产生体,
所述第一磁场产生体的所述铁磁性体部具有第一磁化,
所述第二磁场产生体的所述铁磁性体部具有第二磁化,
所述第一磁化包含第一方向的分量,
所述第二磁化包含与所述第一方向不同的第二方向的分量。
9.根据权利要求1所述的磁传感器,其特征在于,
所述至少一个磁场产生体包含第一磁场产生体和第二磁场产生体,
所述第一磁场产生体和所述第二磁场产生体未配置于相同的平面之上。
10.根据权利要求1所述的磁传感器,其特征在于,
所述至少一个磁检测元件包含第一磁检测元件和第二磁检测元件,
所述第一磁检测元件和所述第二磁检测元件未配置于相同的平面之上。
11.根据权利要求1所述的磁传感器,其特征在于,
所述至少一个磁检测元件是至少一个磁阻效应元件,
所述至少一个磁阻效应元件包含:磁化固定层,其具有方向被固定的磁化;自由层,其具有方向可根据所述对象磁场变化的磁化;间隙层,其配置于所述磁化固定层和所述自由层之间,
所述磁化固定层配置于所述至少一个倾斜面和所述间隙层之间。
12.根据权利要求1所述的磁传感器,其特征在于,
所述至少一个倾斜面包含朝向相对于所述基准平面和与所述基准平面垂直的方向分别倾斜的方向的特定的倾斜面,
所述特定的倾斜面从与所述基准平面垂直的一方向观察,具有在与所述基准平面平行的方向上较长的形状,
所述至少一个磁检测元件包含两个层叠膜,所述层叠膜配置于所述特定的倾斜面,且沿着与所述特定的倾斜面的长边方向交叉的方向排列。
13.根据权利要求1所述的磁传感器,其特征在于,还具备:
电源端、
接地端、
第一输出端、
第二输出端、
设置于所述电源端和所述第一输出端之间的第一电阻部、
设置于所述接地端和所述第一输出端之间的第二电阻部、
设置于所述接地端和所述第二输出端之间的第三电阻部、以及设置于所述电源端和所述第二输出端之间的第四电阻部,
所述至少一个磁检测元件包含配置于第一区域且构成所述第一电阻部的多个第一磁检测元件、配置于第二区域且构成所述第二电阻部的多个第二磁检测元件、配置于第三区域且构成所述第三电阻部的多个第三磁检测元件、以及配置于第四区域且构成所述第四电阻部的多个第四磁检测元件,
所述至少一个磁场产生体是多个磁场产生体,
所述多个磁场产生体分割地配置于所述第一区域、所述第二区域、所述第三区域及所述第四区域,
配置于所述第一区域、所述第二区域、所述第三区域及所述第四区域中的、两个区域的所述多个磁场产生体各自的所述铁磁性体部具有第一磁化,
配置于所述第一区域、所述第二区域、所述第三区域及所述第四区域中的、另外两个区域的所述多个磁场产生体各自的所述铁磁性体部具有第二磁化,
所述第一磁化包含第一方向的分量,
所述第二磁化包含与所述第一方向相反的第二方向的分量。
14.根据权利要求1所述的磁传感器,其特征在于,
所述至少一个倾斜面包含第一倾斜面及第二倾斜面,所述第一倾斜面及第二倾斜面分别从与所述基准平面垂直的一方向观察具有在与所述基准平面平行的方向上较长的形状,并且朝向互不相同的方向,
所述至少一个磁检测元件包含配置于所述第一倾斜面之上的多个第一磁检测元件、和配置于所述第二倾斜面之上的多个第二磁检测元件,
所述至少一个磁场产生体包含配置于所述第一倾斜面之上的多个第一磁场产生体、和配置于所述第二倾斜面之上的多个第二磁场产生体,
所述多个第一磁检测元件构成第一检测电路,所述第一检测电路检测所述对象磁场中、相对于所述基准平面和与所述基准平面垂直的方向分别倾斜的第一方向的分量,且生成第一检测信号,
所述多个第二磁检测元件构成第二检测电路,所述第二检测电路检测所述对象磁场中、相对于所述基准平面和与所述基准平面垂直的方向分别倾斜的第二方向的分量,且生成第二检测信号。
15.根据权利要求14所述的磁传感器,其特征在于,还具备:
其它支承部件,其具有平坦面;
多个第三磁检测元件,它们配置于所述平坦面之上;
多个第三磁场产生体,它们配置于所述平坦面之上,并且产生对所述多个第三磁检测元件施加的磁场,
所述多个第三磁检测元件构成第三检测电路,所述第三检测电路检测所述对象磁场中、与所述基准平面平行的第三方向的分量,且生成第三检测信号。
16.根据权利要求15所述的磁传感器,其特征在于,
所述对象磁场为地磁。
17.根据权利要求1~15中任一项所述的磁传感器,其特征在于,
所述对象磁场是通过导体中流通的检测对象电流产生的磁场。
Applications Claiming Priority (2)
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