CN202362441U - 三轴磁场传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种三轴磁场传感器，它包括一基片，该基片上集成设置有双轴磁场传感器、敏感方向为 Z 轴的 Z 轴磁场传感器和 ASIC 元件，双轴磁场传感器包括 X 轴桥式磁场传感器、 Y 轴桥式磁场传感器，双轴磁场传感器和 Z 轴磁场传感器连接设置在 ASIC 元件上。一种单一芯片三轴磁场传感器，它包括一基片，该基片上集成设置有三轴磁场传感器和 ASIC 元件，三轴磁场传感器包括 X 轴的 X 轴桥式磁场传感器、 Y 轴桥式磁场传感器和 Z 轴磁场传感器，本实用新型采用以上结构，集成度高，灵敏度更高，功耗更低，线性更好，动态范围更宽，温度特性更好，抗干扰能力更强。

Description

三轴磁场传感器

技术领域

本实用新型涉及桥式磁场传感器的设计，特别的是一种三轴磁场传感器。

背景技术

隧道结磁电阻传感器（MTJ, Magnetic Tunnel Junction）是近年来开始工业应用的新型磁电阻效应传感器，它利用的是磁性多层膜材料的隧道磁电阻效应（TMR, Tunnel Magnetoresistance）,主要表现在磁性多层膜材料中随着外磁场大小和方向的变化,磁性多层膜的电阻发生明显变化，它比之前所发现并实际应用的AMR（各向异性磁电阻）具有更大的电阻变化率，同时相对于霍尔效应材料具有更好的温度稳定性。MTJ磁场传感器具有电阻变化率大，输出信号幅值大，电阻率高，功耗低，温度稳定性高的优点。用MTJ制成的磁场传感器比AMR、GMR、霍尔器件具有灵敏度更高，功耗更低，线性更好，动态范围更宽，温度特性更好，抗干扰能力更强的优点。此外MTJ还能方便的集成到现有的芯片微加工工艺当中，便于制成体积很小的集成磁场传感器。

通常多轴磁场传感器具有比单轴传感器更高的集成度，更好的正交性，可以非常方便的应用于多轴或是矢量传感器场合。而磁场本身就是一个矢量场，因而多轴磁场测量传感器具有非常广泛的应用，特别是电子罗盘，地磁测量等都采用双轴或三轴磁场测量，因此，生产，集成度高的，单一芯片多轴磁场传感器是一种非常现实的需求。

通常沉积在同一硅片上的GMR或MTJ元件，由于其磁矩翻转所需要的磁场强度大小相同，因而在同一个硅片上的磁电阻元件，在进行退火之后，钉扎层磁化方向通常都相同，这使得制作推挽桥式传感器存在很大困难。目前主流的GMR三轴传感器是将三个芯片的X、Y、Z轴的GMR磁场传感器封装在一起实现的，体积大，封装成本高，较之MTJ磁场传感器具有灵敏度低，功耗高等缺点。

从以上方法可以看出，现有的采用AMR、霍尔、GMR元件的三轴磁场传感器具有体积大，功耗高，灵敏度低等缺点，且MTJ三轴磁场传感器，特别是单一芯片的MTJ三轴磁场传感器在设计上难以实现。

发明内容

针对上述问题，本实用新型提供一种三轴磁场传感器，使三轴传感器缩小体积，提高灵敏度和减少功耗。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种三轴磁场传感器，它包括一基片，该基片上集成设置有双轴磁场传感器、敏感方向为Z轴的Z轴磁场传感器和ASIC元件，所述双轴磁场传感器包括敏感方向为X轴的X轴桥式磁场传感器、敏感方向为Y轴的Y轴桥式磁场传感器，所述双轴磁场传感器和Z轴磁场传感器连接设置在ASIC元件上，其中X轴、Y轴和Z轴两两相交。

优选地，所述X轴桥式磁场传感器和所述Y轴桥式磁场传感器为MTJ桥式磁场传感器

优选地，X轴桥式磁场传感器为参考桥式磁场传感器，Y轴桥式磁场传感器为推挽桥式磁场传感器。

优选地，所述双轴磁场传感器可设置在单一芯片上，也可以设置在不同芯片上。

优选地，所述双轴磁场传感器通过金线与ASIC元件相电连。

优选地，所述双轴磁场传感器通过焊锡球与ASIC元件相电连。

优选地，所述Z轴磁场传感器为MTJ磁场传感器，该MTJ传感器通过焊锡球水平设置在基片上，并且其敏感方向垂直于膜面。

优选地，所述Z轴磁场传感器为MTJ磁场传感器，该MTJ传感器通过焊锡球垂直设置在基片上，并且其敏感方向平行于膜面。

优选地，所述Z轴磁场传感器为MTJ磁场传感器，该MTJ传感器通过焊锡球倾斜设置在基片上。

优选地，所述Z轴磁场传感器为霍尔或巨霍尔磁场传感器。

一种单一芯片三轴磁场传感器，它包括一基片，该基片上集成设置有三轴磁场传感器单元和ASIC元件，所述三轴磁场传感器单元包括敏感方向为X轴的X轴桥式磁场传感器、敏感方向为Y轴的Y轴桥式磁场传感器和敏感方向为Z轴的Z轴磁场传感器，其中X轴、Y轴和Z轴两两相互正交。

优选地，所述X轴桥式磁场传感器和所述Y轴桥式磁场传感器为MTJ桥式磁场传感器。

优选地，所述三轴磁场传感器单元、所述钝化层、所述ASIC元件和基片相层叠设置，所述钝化层上设置有铜导管以实现所述三轴磁场传感器单元与所述ASIC元件之间的电学互联。

优选地，所述钝化层、所述ASIC元件、所述基片和所述三轴磁场传感器单元相层叠设置，所述基片上设置有铜导管以实现所述三轴磁场传感器单元与ASIC元件之间的电学互联。

优选地，所述铜导管通过硅穿孔技术实现。

优选地，所述Z轴磁场传感器为垂直各向异性MTJ磁场传感器，该传感器水平设置，并且其敏感方向垂直于膜面。

优选地，所述Z轴磁场传感器为霍尔或巨霍尔磁场传感器。

优选地，所述Z轴磁场传感器为MTJ磁场传感器，该MTJ传感器倾斜设置通过铜导管实现与ASIC元件的电学互联。

本实用新型采用以上结构，集成度高，灵敏度更高，功耗更低，线性更好，动态范围更宽，温度特性更好，抗干扰能力更强。

附图说明

图1是一个隧道结磁电阻（MTJ）元件的示意图。

图2是垂直磁各向异性MTJ元件的示意图。

图3是MTJ元件的理想输出曲线图。

图4是垂直各向异性MTJ元件的理想输出图。

图5是MTJ元件串联而形成MTJ磁电阻的示意图。

图6是霍尔或巨霍尔元件的原理示意图。

图7是霍尔元件的理想输出曲线图。

图8是MTJ推挽桥式传感器的示意图。

图9是MTJ推挽桥式传感器的模拟输出结果。

图10是MTJ参考桥式传感器的示意图。

图11是MTJ参考桥式传感器的模拟输出结果。

图12是一次性制备单一芯片MTJ双轴磁场传感器的示意图。

图13是Z轴磁场传感器在斜面上固定MTJ传感器的示意图。

图14是Z轴磁场传感器垂直竖装的MTJ桥式传感器的示意图。

图15是通过芯片堆叠和引线键合工艺实现的三轴磁场传感器的示意图。

图16是通过芯片堆叠和芯片倒装工艺实现的三轴磁场传感器的示意图。

图17是一种单一芯片MTJ三轴磁场传感器的示意图。

图18是另一种单一芯片MTJ三轴磁场传感器的示意图。

附图中：1、MTJ元件；2、磁性钉扎层；3、反铁磁层；4、铁磁层；5、隧道势垒层；6、磁性自由层；7、磁性自由层的磁化方向；8、磁性钉扎层的磁化方向；9、外加磁场；10、敏感方向；11、种子层；12、上电极层；13、测量电阻值；14、低阻态；15、高阻态；16、电流方向；17、永磁铁；18、基片；19、ASIC元件；20、MTJ桥式传感器；21、凸点；22、X轴桥式磁场传感器；23、Y轴桥式磁场传感器；24、Z轴磁场传感器；25、金线；26、锡焊球；27、钝化层；28、铜导管；29、双轴磁场传感器；30、三轴磁场传感器单元；41、R1的磁性自由层的磁化方向；42、R2的磁性自由层的磁化方向；43、R3的磁性自由层的磁化方向；44、R4的磁性自由层的磁化方向。

具体实施方式

下面结合附图1-18之一对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域的技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围作出更为清楚明确的界定。

隧道结磁电阻概述：

图1是一个隧道结磁电阻（MTJ）元件的示意图。一个标准的MTJ元件1包括磁性自由层6，磁性钉扎层2以及两个磁性层之间的隧道势垒层5。磁性自由层6由铁磁材料构成，磁性自由层的磁化方向7随外部磁场的改变而变化。磁性钉扎层2是一个磁化方向固定的磁性层，磁性钉扎层的磁化方向8被钉扎在一个方向，在一般条件不会发生改变。磁性钉扎层通常是在反铁磁层3的上方或下方沉积铁磁层4构成。MTJ结构通常是沉积在导电的种子层11的上方，同时MTJ结构的上方为上电极层12，MTJ元件种子层11和上电极层12之间的测量电阻值13代表磁性自由层6和磁性钉扎层2之间的相对磁化方向。

图2是垂直磁各向异性MTJ元件的示意图。和普通MTJ元件的区别在于，垂直磁各向异性MTJ元件的磁性钉扎层的磁化方向8和磁性自由层磁化方向7是沿垂直膜面方向的，即其的敏感方向垂直于膜面。和标准MTJ元件相同，种子层11和上电极层12之间的测量电阻值13代表磁性自由层6和磁性钉扎层2之间的相对磁化方向。

图3是MTJ元件的理想输出曲线图，输出曲线在低阻态14和高阻态15时饱和， R _L 和R _H 分别代表低阻态14和高阻态15的阻值。当磁性自由层的磁化方向7与磁性钉扎层的磁化方向8平行时，整个元件的测量电阻值13在低阻态；当磁性自由层的磁化方向7与磁性钉扎层的磁化方向8反平行时，整个元件的测量电阻值13在高阻态15。通过已知的技术，MTJ元件1的电阻可随着外加磁场在高阻态和低阻态间线性变化，饱和场-H _s 和H _s 之间的磁场范围就是MTJ元件的测量范围。

图4是垂直磁各向异性MTJ元件的理想输出图。当外加场沿平行膜面方向的分量为0时，垂直磁各向异性MTJ元件的输出曲线具有超高灵敏度和低饱和场。但是在通常情况下，外场沿平行膜面方向的分量不为0，虽然在这种条件下垂直磁各向异性MTJ元件和标准MTJ元件相比灵敏度偏低，且饱和场H _s 值偏大，不过相对于霍尔和巨霍尔元件还是具有很大的优势。

图5是MTJ元件串联而形成MTJ磁电阻的示意图。串联起来的MTJ元件1形成MTJ磁电阻能降低噪声，提高传感器的稳定性。在MTJ磁电阻24中，每个MTJ元件1的偏置电压随磁隧道结数量的增加而降低。电流的降低需要产生一个大的电压输出，从而降低了散粒噪声，随着磁隧道结的增多同时也增强了传感器的ESD稳定性。此外，随着MTJ元件1数量的增多MTJ磁电阻的噪声相应地降低，这是因为每一个独立的MTJ元件的互不相关的随机行为被平均掉。

图6是霍尔或巨霍尔元件的示意图。Iin+和Iin-是电流输入输出端，V1和V2是电压输出端。当稳恒电流I由电流端Iin+流向Iin-时，如果有外加磁场9（其方向垂直于电流端和电压端组成的平面）作用在霍尔或巨霍尔元件上，这时电压端V1和V2将产生电压差，其理想输出曲线如图7所示。

推挽全桥传感器的设计：

图8是一种MTJ推挽全桥传感器的示意图。四个MTJ磁电阻R1、R2、R3、R4全桥联接，每个MTJ磁电阻由一个或多个MTJ元件1串联组成（如图2）。四个磁电阻元件的磁性钉扎层的磁矩方向相同，每个磁电阻元件的磁性自由层磁化方向和磁性钉扎层磁化方向呈一夹角θ（可以为30°到90°之间），且每个磁电阻元件的这一夹角θ大小相同，位于相对位置的磁电阻元件（R1和R3，R2和R4）的磁性自由层磁化方向相同（41和43,42和44），位于相邻位置的磁电阻元件（R1和R2，R3和R4）的磁性自由层的磁化方向不同（41和42,43和44）。该全桥结构的敏感方向10垂直于磁性钉扎层的磁化方向8。该设计的磁性钉扎层的磁化方向8相同，可以在同一芯片上通过一次工艺直接形成推挽全桥传感器，不需要采用多芯片封装工艺，也不需要进行激光加热局部辅助热退火。

当对推挽全桥传感器施加一外场时，沿敏感方向10的磁场分量使相对位置的磁电阻R1和R3阻值增加的同时另外两个处于相对位置的磁电阻R2和R4的阻值会相应地减小，改变外场的方向会使R1和R3阻值减小的同时R2和R4的阻值会相应地增加，使用两对磁电阻的组合测量外场有相反的响应——一对阻值增加另一对阻值降低——这样可以增加桥式电路的响应，因此被称为“推挽式”桥式电路。在理想情况下，若电阻R1和R3的阻值由R1变为（R1+ΔR），则相应的R2和R4的阻值由R2变为（R2-ΔR），则输出为：

                                             （1）

理想情况下，R1=R2＞ΔR，则化简后可得：

                                             （2）

即实现推挽全桥的输出，其输出曲线的模拟结果见图9。

磁性自由层和磁性钉扎层的夹角可由以下方式或以下方式的结合实现：

（1）形状各向异性能：利用MTJ元件的各向异性能对磁性自由层磁化方向进行偏置，MTJ元件的长轴是易磁化轴，通过设置元件的长短轴比可以设置其形状各项异性；

（2）永磁体偏置：在MTJ元件周围设置永磁体对此性自由层磁化方向进行偏置；

（3）电流线偏置：在MTJ元件上层或下层沉积金属导线产生磁场，从而实现对磁性自由层磁化方向的偏置；

（4）奈尔耦合：利用磁性钉扎层和磁性自由层间的奈尔耦合场对磁性自由层磁化方向进行偏置；

（5）交换偏置：该技术是通过MTJ元件自由层和相邻的弱反铁磁层的交换耦合作用创建一个有效的垂直于敏感方向的外场。可以在自由层和交换偏置层间设置Cu或Ta的隔离层来降低交换偏置强度。

参考全桥传感器的设计：

图10是一种MTJ参考全桥传感器的示意图。四个MTJ磁电阻R1、R2、R3、R4全桥联接，每个磁电阻由一个或多个MTJ元件串联组成（如图2）。其中磁电阻元件R1和R3的输出曲线强烈依赖外加磁场9，被称为感应臂，与之相对应的磁电阻元件R2和R4的输出曲线弱依赖于外加磁场9，被称为参考臂。该全桥结构的敏感方向10平行于磁性钉扎层的磁化方向8。该设计的磁性钉扎层方向相同，可以在同一芯片上通过一次工艺直接形成推挽全桥传感器，不需要采用多芯片封装工艺，也不需要进行激光加热局部辅助热退火。

当对推挽全桥传感器施加一外场时，沿敏感方向10的磁场分量使感应臂磁电阻R1和R3阻值增加或减小，而参考臂磁电阻R2和R4在感应臂磁电阻的饱和场Hs范围内变化很小，在实际情况下，MTJ参考全桥传感器的线性区域是足够宽的，其输出曲线的模拟结果见图11。

对于构建参考桥式传感器来说，很重要的一点是设置参考臂的灵敏度。磁阻元件的灵敏度被定义为电阻随外加磁场的作用变化的电阻函数：

                        （3）

减少参考臂和与之相关的感应臂的磁阻是不实际的，所以改变的灵敏度的最佳方式是改变Hs。这可以是由下面一种或几种不同的方法的组合来实现：

（1）磁屏蔽：将高磁导率铁磁层沉积在参考臂上以削弱外加磁场的作用；

（2）形状各向异性能：由于参考元件和传感元件有不同的尺寸因此具有不同的形状各向异性能。最普遍的做法是使参考元件的长轴长度大于MTJ传感元件的长轴长度，短轴长度小于传感元件的短轴长度，因此参考元件平行于敏感方向的退磁效应要远大于传感元件；

（3）交换偏置：该技术是通过MTJ元件自由层和相邻的弱反铁磁层的交换耦合作用创建一个有效的垂直于敏感方向的外场。可以在自由层和交换偏置层间设置Cu或Ta的隔离层来降低交换偏置强度；

（4）散场偏置：在该技术中， Fe、Co、 Cr和Pt等永磁合金材料被沉积到传感元件表面或磁隧道结上，用于提供散磁场以偏置MTJ元件的输出曲线。永磁偏置的一个优势是可以在电桥构成以后的使用一个大的磁场初始化永磁体。另外一个非常重要的优势是偏置场可以消除MTJ元件的磁畴以稳定和线性化MTJ元件的输出。该设计的巨大优点在于其在设计调整上具有很大的灵活性。

单一芯片MTJ双轴磁场传感器的设计：

通常沉积在同一硅片上的MTJ元件由于其磁矩翻转所需要的磁场强度大小相同，因而在同一个硅片上的磁电阻元件，在进行退火之后，钉扎层磁化方向通常都相同。通常双轴磁场传感器可以由两个桥式磁场传感器呈90°角组合设置来实现，以下我们将阐述单一芯片的双轴磁场传感器的实现。单一芯片MTJ双轴磁场传感器的设计可通过以下方法或几种方法的组合实现：

方法一：激光加热辅助磁畴局部翻转法。将MTJ元件在同一强磁场中退火来使不同桥臂的被钉扎层磁矩方向相同。之后采用激光对硅片进行局部加热辅助磁矩翻转，从而实现地单一硅片上制备双轴磁场传感器；

方法二：采用多次成膜工艺，分多次分别沉积被钉扎层方向不同的磁电阻元件。

方法三：一次性制备单一芯片MTJ双轴磁场传感器（如图12所示）。敏感方向为Y轴的MTJ推挽全桥传感器和敏感方向为X轴的MTJ参考全桥传感器在同一基片上采用相同的工序制备而成，磁性钉扎层的磁化方向8为同一方向。

三轴磁场传感器的设计：

MTJ三轴磁场传感器包括一基片，该基片上集成设置有双轴磁场传感器29、敏感方向为Z轴的Z轴磁场传感器24和ASIC元件19，所述双轴磁场传感器29包括集成设置在该基片18上的敏感方向为X轴的X轴桥式磁场传感器22、敏感方向为Y轴的Y轴桥式磁场传感器23，所述双轴磁场传感器29和Z轴磁场传感器24连接设置在ASIC元件19上，其中X轴、Y轴和Z轴两两相交。其中ASIC元件的作用是调理信号。

图15是通过芯片堆叠和引线键合工艺实现的三轴磁场传感器，ASIC元件19上设置有双轴磁场传感器29和Z轴磁场传感器24，双轴磁场传感器29上设置有X轴桥式磁场传感器22和Y轴桥式磁场传感器23。双轴磁场传感器29和Z轴磁场传感器24叠加在ASIC元件19表面，采用金线25将双轴磁场传感器29、Z轴磁场传感器24和ASIC元件19连接。

图16是通过芯片堆叠和芯片倒装工艺实现的三轴磁场传感器，ASIC元件19上设置有双轴磁场传感器29和Z轴磁场传感器24，双轴磁场传感器29上设置有X轴桥式磁场传感器22和Y轴桥式磁场传感器23。如图16所示，双轴磁场传感器29和Z轴磁场传感器24叠加在ASIC元件19表面，采用锡焊球26将双轴磁场传感器29、Z轴磁场传感器24与ASIC元件19相连接。

沿Z轴方向敏感的Z轴磁场传感器24的设置是其实现的重点，对于采用敏感方向为Z轴磁场的设计，可以采用以下方式：

（1）如图13所示的在斜面上固定MTJ桥式传感器。图13是在斜面上固定MTJ桥式传感器的示意图，以敏感Z轴方向的外加场沿斜面方向的分量以测量Z轴方向的磁场。Z轴磁场传感器为MTJ磁场传感器，该MTJ传感器倾斜设置在基片上通过锡球焊接实现与ASIC元件的互联和固定。

实施方式一：如图13所示，基片18通过湿法腐蚀制备出斜面凹槽，然后在相对的斜面上制备4个MTJ磁电阻，通过锡焊球与ASIC元件19连接，相对安置的MTJ磁电阻可以最大范围抵消X、Y轴信号的干扰，提高其对Z轴方向的敏感度，4个MTJ磁电阻全桥连接为推挽全桥传感器（如图8），也可以全桥连接为参考全桥传感器（如图10）。

实施方式二：如图13所示，基片18通过湿法腐蚀制备出斜面凹槽，然后在相对的斜面上制备两个MTJ桥式磁场传感器，通过锡焊球与ASIC元件19连接，相对安置的MTJ桥式磁场传感器可以最大范围抵消X、Y轴信号的干扰，提高其对Z轴方向的敏感度。两个MTJ桥式磁场传感器可以是推挽全桥传感器（如图8），也可以是参考全桥传感器（如图10）。

（2）如图14所示的垂直竖装的MTJ桥式传感器。图14是垂直竖装的MTJ桥式传感器的示意图，Z轴磁场传感器为垂直磁各向异性MTJ磁场传感器，该MTJ传感器水平设置在基片上，并且其敏感方向垂直于膜面。在MTJ桥式传感器20的边缘制作凸点21，采用90°竖装的方式将MTJ桥式传感器20装载到ASIC元件19上，通过凸点21与ASIC元件19的焊盘实现连接，以敏感Z轴方向的磁场。

（3）如附图2所示垂直磁各向异性MTJ元件的桥式磁场传感器，可以是推挽桥式传感器，也可以是参考桥式传感器。垂直磁各向异性MTJ桥式传感器叠加在ASIC元件19上并与之连接；

（4）采用霍尔或巨霍尔元件的磁场传感器。如图6所示，霍尔或巨霍尔元件的输出端垂直于输入电流方向和外加磁场9构建的平面，因此我们可以将输出端V1、V2设置在平行于膜面且与输入电流方向垂直的方向两端，进而感知Z轴方向的磁场。Z轴磁场传感器为MTJ磁场传感器，该MTJ传感器垂直设置在基片上，通过焊锡球与ASIC元件连接，并且该MTJ传感器的敏感方向平行于膜面。

单一芯片MTJ三轴磁场传感器的设计：

图17是一种单一芯片MTJ三轴磁场传感器的示意图。如图17所示，在基片18上制备ASIC元件19，ASIC元件的表面为氧化物钝化层27，经过化学研磨抛光后在钝化层27上制备三轴磁场传感器单元30和ASIC元件19，三轴磁场传感器单元30包括X轴桥式磁场传感器22、Y轴桥式磁场传感器23、Z轴磁场传感器24，ASIC元件19和X轴桥式磁场传感器22、Y轴桥式磁场传感器23、Z轴磁场传感器24通过铜导管28连接，铜导管28可通过半导体加工工艺的涂显影剂，曝光，电镀（沉积），二次曝光工序实现。

敏感方向为X轴的X轴桥式磁场传感器和敏感方向为Y轴的Y轴桥式磁场传感器23为MTJ桥式传感器20，其敏感元件为MTJ元件1。具体实施方式参见图12。

敏感方向为Z轴的Z轴磁场传感器24可以是在斜面上固定的MTJ磁场传感器（如图13），也可以是垂直磁各向异性MTJ磁场传感器（如图2），也可以是霍尔或巨霍尔磁场传感器（如图7）。

如图18是另一种单一芯片MTJ三轴磁场传感器的示意图。如图17所示，在基片18上制备ASIC元件19，氧化物钝化层27在ASIC元件19的表面上，三轴磁场传感器单元30位于基片18的背面，三轴磁场传感器单元30包括X轴桥式磁场传感器22、Y轴桥式磁场传感器23、Z轴磁场传感器24，ASIC元件19和X轴桥式磁场传感器22、Y轴桥式磁场传感器23、Z轴磁场传感器24通过铜导管28相连接，铜导管28可通过半导体加工工艺中的硅穿孔（湿法腐蚀或干法腐蚀），电镀（沉积），腐蚀工序实现。

敏感方向为X轴的X轴桥式磁场传感器和敏感方向为Y轴的Y轴桥式磁场传感器23为MTJ桥式传感器20，其敏感元件为MTJ元件1。具体实施方式参见图6。

敏感方向为Z轴的Z轴磁场传感器24可以是在斜面上固定的MTJ磁场传感器（如图13），也可以是垂直磁各向异性MTJ磁场传感器（如图2），也可以是霍尔或巨霍尔磁场传感器（如图7）。

以上对本实用新型的特定实施例结合图示进行了说明，很明显，在不离开本实用新型的范围和精神的基础上，可以对现有技术和工艺进行很多修改。在本实用新型的所属技术领域中，只要掌握通常知识，就可以在本实用新型的技术要旨范围内，进行多种多样的变更。

Claims (17)

1.一种三轴磁场传感器，其特征在于：它包括一基片，该基片上集成设置有双轴磁场传感器、敏感方向为Z轴的Z轴磁场传感器和ASIC元件，所述双轴磁场传感器包括敏感方向为X轴的X轴桥式磁场传感器、敏感方向为Y轴的Y轴桥式磁场传感器，所述双轴磁场传感器和Z轴磁场传感器连接设置在ASIC元件上，其中X轴、Y轴和Z轴两两相交。

2.根据权利要求1所述的三轴磁场传感器，其特征在于：X轴桥式磁场传感器和Y轴桥式磁场传感器为MTJ桥式磁场传感器。

3.根据权利要求1所述的三轴磁场传感器，其特征在于：所述双轴磁场传感器可设置在单一芯片上，也可设置在不同芯片上。

4.根据权利要求1所述的三轴磁场传感器，其特征在于：所述双轴磁场传感器通过金线与ASIC元件相电连。

5.根据权利要求1所述的三轴磁场传感器，其特征在于：所述双轴磁场传感器通过焊锡球与ASIC元件相电连。

6.根据权利要求1所述的三轴磁场传感器，其特征在于：X轴桥式磁场传感器为参考桥式磁场传感器，Y轴桥式磁场传感器为推挽桥式磁场传感器。

7.根据权利要求1所述的三轴磁场传感器，其特征在于：所述Z轴磁场传感器为垂直磁各向异性MTJ磁场传感器，该MTJ传感器水平设置在基片上，并且其敏感方向垂直于膜面。

8.根据权利要求1所述的三轴磁场传感器，其特征在于：所述Z轴磁场传感器为MTJ磁场传感器，该MTJ传感器垂直设置在基片上，通过焊锡球与ASIC元件连接，并且该MTJ传感器的敏感方向平行于膜面。

9.根据权利要求1所述的三轴磁场传感器，其特征在于：所述Z轴磁场传感器为MTJ磁场传感器，该MTJ传感器倾斜设置在基片上通过锡球焊接实现与ASIC元件的互联和固定。

10.根据权利要求1所述的三轴磁场传感器，其特征在于：所述Z轴磁场传感器为霍尔或巨霍尔磁场传感器。

11.一种单一芯片三轴磁场传感器，其特征在于：它包括一基片，该基片上集成设置有三轴磁场传感器单元和ASIC元件，所述ASIC元件的表面设置有钝化层，所述三轴磁场传感器单元包括敏感方向为X轴的X轴桥式磁场传感器、敏感方向为Y轴的Y轴桥式磁场传感器和敏感方向为Z轴的Z轴磁场传感器，其中X轴、Y轴和Z轴两两相互正交。

12.根据权利要求11所述的单一芯片三轴磁场传感器，其特征在于：所述X轴桥式磁场传感器和所述Y轴桥式磁场传感器为MTJ桥式磁场传感器。

13.根据权利要求11所述的单一芯片三轴磁场传感器，其特征在于：所述三轴磁场传感器单元、所述钝化层、所述ASIC元件和基片相层叠设置，所述钝化层上设置有铜导管以实现所述三轴磁场传感器单元与所述ASIC元件之间的电学互联。

14.根据权利要求11所述的单一芯片三轴磁场传感器，其特征在于：所述钝化层、所述ASIC元件、所述基片和所述三轴磁场传感器单元相层叠设置，所述基片上设置有铜导管以实现所述三轴磁场传感器单元与ASIC元件之间的电学互联。

15.根据权利要求11所述的单一芯片三轴磁场传感器，其特征在于：所述Z轴磁场传感器为垂直磁各向异性MTJ磁场传感器，该传感器水平设置，并且该垂直磁各向异性MTJ磁场传感器敏感方向垂直于膜面。

16.根据权利要求11所述的单一芯片三轴磁场传感器，其特征在于：所述Z轴磁场传感器为霍尔或巨霍尔磁场传感器。

17.根据权利要求11所述的单一芯片三轴磁场传感器，其特征在于：所述Z轴磁场传感器为MTJ磁场传感器，该MTJ传感器倾斜设置通过铜导管实现与ASIC元件的电学互联。

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