DE102018123036A1

DE102018123036A1 - Magnetsensor

Info

Publication number: DE102018123036A1
Application number: DE102018123036.2A
Authority: DE
Inventors: Keisuke Uchida
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2017-09-21
Filing date: 2018-09-19
Publication date: 2019-03-21
Also published as: US11346900B2; US10768246B2; US20200355759A1; CN109541503B; US20190086485A1; CN109541503A

Abstract

Die Erfindung hat zum Ziel, einen Magnetsensor vorzusehen, der ein Z-Achsen-Magnetfeld über ein Joch erfasst und der die Genauigkeit verbessert, mit der ein Magnetfeld erfasst wird.
Ein Magnetsensor hat ein erstes Magnetfeld-Erfassungselement, das in einer Ebene angeordnet ist, die eine erste Richtung und eine zweite Richtung aufweist, die senkrecht zur ersten Richtung ist, wobei das erste Magnetfeld-Erfassungselement ein Magnetfeld in der ersten Richtung erfasst; und einen weichmagnetischen Körper, der an das erste Magnetfeld-Erfassungselement in der ersten Richtung angrenzt. L/B ist gleich oder größer 10, wobei B eine Länge des weichmagnetischen Körpers in der ersten Richtung ist, und L eine Länge des weichmagnetischen Körpers in der zweiten Richtung ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung basiert auf und beansprucht die Prioritäten der japanischen Anmeldungen mit der Nummer 2017-181246, die am 21. September 2017 eingereicht wurde, und der Nummer 2018-103366 , die am 30. Mai 2018 eingereicht wurde, deren Offenbarung hier durch Bezugnahme vollständig enthalten ist.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Magnetsensor und im Besonderen auf die Gestaltung eines Jochs des Magnetsensors.
Beschreibung des Stands der Technik
Ein Magnetsensor, der ein Element mit einem magneto-resistiven Effekt aufweist, ist bekannt. Ein Element mit einem magneto-resistiven Effekt weist eine Magnetfeld-Sensierungsbeschichtung auf, die ein Magnetfeld erfasst. Die Magnetfeld-Sensierungsbeschichtung erfasst ein Magnetfeld in einer Richtung der Beschichtung, die in einer Ebene liegt. In letzter Zeit besteht ein Bedarf an einem Magnetsensor, der ein Magnetfeld in einer Richtung erfasst, die senkrecht zur Richtung der Magnetfeld-Sensierungsbeschichtung in der Ebene ist (im Folgenden als eine Z-Achsen-Richtung bezeichnet). JP5597206B offenbart einen Magnetsensor mit einem Joch, das aus einem weichmagnetischen Material gebildet ist und das angrenzend an ein Element mit einem magneto-resistiven Effekt vorgesehen ist. Das Joch ändert die Richtung eines äußeren Z-Achsen-Magnetfelds, das durch das Joch absorbiert wird, in eine Richtung in einer Ebene der Magnetfeld-Sensierungsbeschichtung, wodurch es möglich wird, ein Z-Achsen-Magnetfeld zu erfassen.
ÜBERSICHT ÜBER DIE ERFINDUNG
Ein Magnetsensor, der ein äußeres Magnetfeld über ein Joch erfasst, verursacht eine Hysterese bei der Sensorausgabe. Eine Hysterese ist ein Phänomen, bei dem bei einer bestimmten Magnetfeldstärke die Sensorausgabe für ein Magnetfeld, dessen Stärke zunimmt, nicht mit der Sensorausgabe für ein Magnetfeld, dessen Stärke abnimmt, zusammenfällt, wodurch eine Differenz bei der Ausgabe zwischen der Ersteren und der Letzteren verursacht wird. Eine große Hysterese führt zur Verschlechterung der Genauigkeit des Magnetsensors.
Ein Ziel der Erfindung ist es, einen Magnetsensor vorzusehen, der ein Z-Achsen-Magnetfeld über ein Joch erfasst und der die Genauigkeit verbessert, mit der ein Magnetfeld erfasst wird.
Ein Magnetsensor gemäß einer Ausführungsform weist ein erstes Magnetfeld-Erfassungselement auf, das in einer Ebene angeordnet ist, die eine erste Richtung und eine zweite Richtung aufweist, die senkrecht zur ersten Richtung ist, wobei das erste Magnetfeld-Erfassungselement ein Magnetfeld in der ersten Richtung erfasst; und einen weichmagnetischen Körper, der an das erste Magnetfeld-Erfassungselement in der ersten Richtung angrenzt. Ein Seitenverhältnis L/B ist gleich oder größer 10, wobei B eine Länge des weichmagnetischen Körpers in der ersten Richtung ist, und L eine Länge des weichmagnetischen Körpers in der zweiten Richtung ist.
Ein Magnetsensor gemäß einer anderen Ausführungsform weist ein erstes Magnetfeld-Erfassungselement auf, das in einer Ebene angeordnet ist, die eine erste Richtung und eine zweite Richtung aufweist, die senkrecht zur ersten Richtung ist, wobei das erste Magnetfeld-Erfassungselement ein Magnetfeld in der ersten Richtung erfasst; und einen weichmagnetischen Körper, der an das erste Magnetfeld-Erfassungselement in der ersten Richtung angrenzt. Ein Seitenverhältnis h/B erfüllt 0,27 =< h/B =< 3, wobei B eine Länge des weichmagnetischen Körpers in der ersten Richtung ist und h eine Länge des weichmagnetischen Körpers in einer dritten Richtung ist, die senkrecht sowohl zur ersten Richtung als auch zur zweiten Richtung ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, einen Magnetsensor vorzusehen, der ein Z-Achsen-Magnetfeld über ein Joch erfasst und der die Genauigkeit verbessert, mit der ein Magnetfeld erfasst wird.
Das obige und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung mit Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen deutlich, die Beispiele der vorliegenden Erfindung veranschaulichen.
Figurenliste

1 ist eine konzeptionelle perspektivische Ansicht eines Magnetsensors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine Querschnittsansicht des in 1 dargestellten Magnetsensors in einer Ebene X-Z;
3 ist eine konzeptionelle Querschnittsansicht, die die Konfiguration eines Magnetfeld-Erfassungssensors darstellt;
4A und 4B sind schematische Ansichten, die die Hysterese einer Sensorausgabe darstellen;
5 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen dem Seitenverhältnis L/B und der Hysterese darstellt;
6 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen dem Seitenverhältnis h/B und der Hysterese darstellt; und
7A und 7B sind schematische Ansichten, die den Mechanismus darstellen, in dem die Hysterese in der vorliegenden Erfindung begrenzt wird.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ein Magnetsensor gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird mit Bezugnahme auf die angefügten Zeichnungen beschrieben. In den folgenden Beschreibungen ist die erste Richtung eine Magnetfeld-Sensierungsrichtung, in der Magnetfeld-Erfassungselemente ein Magnetfeld erfassen, und die erste Richtung entspricht auch der Richtung, in der die Magnetfeld-Erfassungselemente angeordnet sind. Die zweite Richtung ist senkrecht zur ersten Richtung. Die erste und zweite Richtung sind parallel zu einer Oberfläche, auf der die Magnetfeld-Erfassungselemente angeordnet sind. Die dritte Richtung ist senkrecht sowohl zur ersten Richtung als auch zur zweiten Richtung und entspricht einer Richtung, in der mehrere Beschichtungen, die ein Magnetfeld-Erfassungselement bilden, gestapelt sind. Die erste Richtung, die zweite Richtung und die dritte Richtung werden auch jeweils als die X-Richtung, die Y-Richtung und die Z-Richtung bezeichnet.
1 zeigt eine konzeptionelle perspektivische Ansicht des Magnetsensors 1. Der Magnetsensor 1 weist erste bis vierte Magnetfeld-Erfassungselemente 2a, 2b, 2c, 2d auf, die in der ersten Richtung X angeordnet sind. Das erste bis vierte Magnetfeld-Erfassungselement 2a, 2b, 2c, 2d sind auf einer Ebene angeordnet, die eine erste Richtung X und eine zweite Richtung Y aufweist und ein Magnetfeld in der ersten Richtung X erfasst. Ein jedes von dem ersten bis vierten Magnetfeld-Erfassungselement 2a, 2b, 2c, 2d weist eine im Wesentlichen rechteckige Form auf, die in einer Draufsicht gesehen in der zweiten Richtung Y länger ist als in der ersten Richtung X. Das erste bis vierte Magnetfeld-Erfassungselement 2a, 2b, 2c, 2d sind miteinander über einen Brückenschaltkreis (nicht dargestellt) verbunden, und ermöglichen dadurch dem Magnetsensor 1, ein äußeres Magnetfeld zu messen.
Ein erster weichmagnetischer Körper 3a ist zwischen dem ersten Magnetfeld-Erfassungselement 2a und dem zweiten Magnetfeld-Erfassungselement 2b angeordnet, und der zweite weichmagnetische Körper 3b ist zwischen dem dritten Magnetfeld-Erfassungselement 2c und dem vierten Magnetfeld-Erfassungselement 2d angeordnet. Der erste und zweite weichmagnetische Körper 3a, 3b sind aus NiFe oder Ähnlichem ausgebildet. Der erste weichmagnetische Körper 3a grenzt an das erste und zweite Magnetfeld-Erfassungselement 2a, 2b in der ersten Richtung X an, und der zweite weichmagnetische Körper 3b grenzt an das dritte und vierte Magnetfeld-Erfassungselement 2c, 2d in der ersten Richtung X an. Der erste und zweite weichmagnetische Körper 3a, 3b fungieren als Joche, die den magnetischen Fluss in der dritten Richtung Z, d.h. den von diesen weichmagnetischen Körpern absorbierten, zur Magnetfeld-Sensierungsrichtung der Magnetfeld-Erfassungselemente 2a, 2b, 2c, 2d, d.h. die erste Richtung X, leiten. Demgemäß werden in der vorliegenden Beschreibung erster weichmagnetischer Körper 3a und erstes Joch austauschbar verwendet, und zweiter weichmagnetischer Körper 3b und zweites Joch werden austauschbar verwendet. Das äußere Magnetfeld, das in die ersten und zweiten weichmagnetischen Körper 3a, 3b eingegeben wird, muss nicht exakt in der ersten Richtung X ausgerichtet sein, solange wie die Komponente der ersten Richtung X durch das äußere Magnetfeld erhöht wird, das durch den ersten und zweiten weichmagnetischen Körper 3a, 3b verläuft. Der erste weichmagnetische Körper 3a hat vorzugsweise eine Länge, die größer ist als die Längen des ersten und zweiten Magnetfeld-Erfassungselements 2a, 2b in der zweiten Richtung Y und die das erste und zweite Magnetfeld-Erfassungselement 2a, 2b in der ersten Richtung X gesehen enthält, um die Komponente der ersten Richtung X entlang der gesamten Längen des ersten und zweiten Magnetfeld-Erfassungselements 2a, 2b in der zweiten Richtung Y zu erhöhen. Ebenso hat ein zweiter weichmagnetischer Körper 3b vorzugsweise eine Länge, die größer ist als die Längen der dritten und vierten Magnetfeld-Erfassungselemente 2c, 2d in der zweiten Richtung Y, und die das dritte und vierte Magnetfeld-Erfassungselement 2c, 2d in der ersten Richtung X gesehen enthält, um die Komponente der ersten Richtung X entlang der gesamten Längen des dritten und vierten Magnetfeld-Erfassungselements 2c, 2d in der zweiten Richtung Y zu erhöhen.
2 zeigt eine Querschnittsansicht des Magnetsensors 1 in einer Ebene X-Z, die entlang der Linie A-A in 1 geschnitten wurde. 2 stellt nur das erste und zweite Magnetfeld-Erfassungselement 2a, 2b und das Joch 3a dar, aber das dritte und vierte Magnetfeld-Erfassungselement 2c, 2b und das Joch 3b werden jeweils in der gleichen Weise wie das erste und zweite Magnetfeld-Erfassungselement 2a, 2b und das erste Joch 3a gebildet und sind in der gleichen Weise angeordnet. Das erste und zweite Magnetfeld-Erfassungselement 2a, 2b sind über dem Substrat 4 durch die erste Isolationsschicht 8 ausgebildet. Eine zweite Isolationsschicht 9 ist an den lateralen Seiten des ersten und zweiten Magnetfeld-Erfassungselements 2a, 2b ausgebildet. Eine dritte Isolationsschicht 10 ist auf dem ersten und zweiten Magnetfeld-Erfassungselement 2a, 2b ausgebildet. Ein erstes Joch 3a ist über der dritten Isolationsschicht 10 vorgesehen. Das erste Joch 3a ist durch Plattierung vorgesehen. Somit ist eine Elektrodenbeschichtung 13, die im Plattierungsprozess verwendet wird, zwischen der dritten Isolationsschicht 10 und dem ersten Joch 3a angeordnet. Eine vierte Isolationsschicht 11 ist an den seitlichen Seiten des ersten Jochs 3a ausgebildet. Eine fünfte Isolationsschicht 12 ist am ersten Joch 3a und der vierten Isolationsschicht 11 ausgebildet. Die erste bis fünfte Isolationsschicht 8 bis 12 sind zum Beispiel aus Al₂O₃ ausgebildet.
Das erste Magnetfeld-Erfassungselement 2a weist eine erste Magnetfeld-Sensierungsbeschichtung 5a auf, die ein Magnetfeld in der ersten Richtung X erfasst und ein erstes Paar an Leitungen 6a, 7a, die die erste Magnetfeld-Sensierungsbeschichtung 5a in der dritten Richtung Z zwischenschalten und die einen Sensierungsstrom zur ersten Magnetfeld-Sensierungsbeschichtung 5a führen. Ein zweites Magnetfeld-Erfassungselement 2b hat eine zweite Magnetfeld-Sensierungsbeschichtung 5b, die ein Magnetfeld in der ersten Richtung X erfasst und ein zweites Paar an Leitungen 6b, 7b, die die zweite Magnetfeld-Sensierungsbeschichtung 5b in der dritten Richtung Z zwischenschalten und die einen Sensierungsstrom zur zweiten Magnetfeld-Sensierungsbeschichtung 5b führen. Der Sensierungsstrom fließt in die dritte Richtung Z. Das erste Joch 3a ist zwischen dem ersten Magnetfeld-Erfassungselement 2a und dem zweiten Magnetfeld-Erfassungselement 2b in der ersten Richtung X angeordnet. In der Z-Richtung betrachtet, ist das erste Joch 3a zwischen dem Paar von Leitungen 6a, 7a des ersten Magnetfeld-Erfassungselements 2a und dem Paar von Leitungen 6b, 7b des zweiten Magnetfeld-Erfassungselements 2b in der X-Richtung angeordnet. Darüber hinaus überlappt das erste Joch 3a in der Z-Richtung gesehen weder das Paar von Leitungen 6a, 7a des ersten Magnetfeld-Erfassungselements 2a noch das Paar von Leitungen 6b, 7b des zweiten Magnetfeld-Erfassungselements 2b.
Als Nächstes wird eine Erläuterung zu dem ersten und zweiten Magnetfeld-Erfassungselement 2a, 2b gegeben. Da das erste Magnetfeld-Erfassungselement 2a und das zweite Magnetfeld-Erfassungselement 2b die gleiche Struktur haben, wird das erste Magnetfeld-Erfassungselement 2a hier erläutert. 3 ist eine Querschnittsansicht, die eine Struktur des ersten Magnetfeld-Erfassungselements 2a detaillierter darstellt. Die erste Magnetfeld-Sensierungsbeschichtung 5a des ersten Magnetfeld-Erfassungselements 2a weist eine magnetisierungsfreie Schicht 24 auf, eine Schicht 22 mit festgelegter Magnetisierung und eine Abstandsschicht 23, die zwischen der magnetisierungsfreien Schicht 24 und der Schicht 22 mit festgelegter Magnetisierung angeordnet ist und die einen magneto-resistiven Effekt aufweist. Die magnetisierungsfreie Schicht 24 ist auf einem weichmagnetischen Körper ausgebildet, wie NiFe, und, wenn ein äußeres Magnetfeld angelegt wird, wird die Magnetisierungsrichtung davon in einer Ebene rotiert, die die erste Richtung X und die zweite Richtung Y umfasst. Die magnetisierungsfreie Schicht 24 ist ausreichend länger in der zweiten Richtung Y als in der ersten Richtung X, und die Magnetisierungsrichtung wird in der zweiten Richtung Y aufgrund des Formanisotropieeffekts ausgerichtet. Bias-Schichten, die aus einem harten Magnetmaterial ausgebildet sind, können an beiden Seiten der magnetisierungsfreien Schicht 24 in der Y-Richtung vorgesehen sein, um die Magnetisierungsrichtung der magnetisierungsfreien Schicht 24 in der zweiten Richtung Y auszurichten. Die Schicht 22 mit festgelegter Magnetisierung ist aus einem weichmagnetischen Körper, wie CoFe ausgebildet, und die Magnetisierungsrichtung ist relativ zu einem äußeren Magnetfeld festgelegt. Eine Abstandsschicht 23 ist eine Tunnel-Barriereschicht, die aus einem nicht-magnetischen Isolationsmaterial, wie Al₂O₃ ausgebildet ist. Demgemäß ist ein erstes Magnetfeld-Erfassungselement 2a der vorliegenden Ausführungsform ein TMR-(Tunnel Magneto Resistive, Tunnel-magneto-resistives) Element. Es ist hervorzuheben, dass das erste Magnetfeld-Erfassungselement 2a nicht auf ein TMR-Element beschränkt ist, solange es ein Magnetfeld in der ersten Richtung X erfassen kann, und das erste Magnetfeld-Erfassungselement 2a kann ein Magnetfeld-Erfassungselement wie ein GMR (Giant Magneto Resistive, großes magneto-resistives-)Element sein, das eine nicht-magnetische Metallschicht, wie eine Cu-Schicht, für eine Abstandsschicht 23 oder ein AMR (An-Isotropic Magneto Resistive, Anistropisch magnetoresistives-)Element nutzt.
Die Schicht 22 mit festgelegter Magnetisierung besteht aus einer ersten Schicht 22a mit festgelegter Magnetisierung, einer nicht-magnetischen Zwischenschicht 22b und einer zweiten Schicht 22c mit festgelegter Magnetisierung, die in dieser Reihenfolge gestapelt sind, wobei die erste Schicht 22a mit festgelegter Magnetisierung auf einer Keimschicht 21 ausgebildet ist, die aus Ta oder Ru ausgebildet ist. Die zweite Schicht 22c mit festgelegter Magnetisierung steht in Kontakt mit der Abstandsschicht 23. Die erste Schicht 22a mit festgelegter Magnetisierung und die zweite Schicht 22c mit festgelegter Magnetisierung sind aus einem weichmagnetischen Körper, wie CoFe ausgebildet, und die nicht-magnetische Zwischenschicht 22b ist aus Ru ausgebildet. Die erste Schicht 22a mit festgelegter Magnetisierung und die zweite Schicht 22c mit festgelegter Magnetisierung sind anti-ferromagnetisch miteinander über die nicht-magnetische Zwischenschicht 22b gekoppelt. Eine anti-ferromagnetische Schicht (nicht dargestellt), die zum Beispiel aus IrMn ausgebildet ist, und die mit der ersten Schicht 22a mit festgelegter Magnetisierung 22a Austauschgekoppelt ist, kann unter der ersten Schicht 22a mit festgelegter Magnetisierung vorgesehen sein. Die magnetisierungsfreie Schicht 24 ist mit einer Schutzschicht 25 bedeckt, die aus Ta oder Ähnlichem gebildet ist.
Wenn ein äußeres Magnetfeld auf dem Magnetsensor 1 angewendet wird, der auf diese Weise in der dritten Richtung Z ausgebildet ist, wird der Magnetfluss vom ersten Joch 3a absorbiert (durch die fett gedruckten Pfeile in 2 dargestellt) und wird in eine erste Richtung X gebogen, bevor er das erste Joch 3a verlässt. Da das Magnetfeld, dessen Komponente in der ersten Richtung X größer wird, nachdem das Magnetfeld durch das erste Joch 3a verläuft, an das erste und zweite Magnetfeld-Erfassungselement 2a, 2b angelegt wird, kann das Magnetfeld in der ersten Richtung X im Vergleich zu einem Magnetsensor, der kein erstes Joch 3a hat, effektiver erfasst werden. Daher ist es möglich, dass der Magnetsensor 1 ein äußeres Magnetfeld in der dritten Richtung Z erfasst, das der Magnetfeldstärke in der ersten Richtung X entspricht.
Eine der Eigenschaften des Magnetsensors, der ein äußeres Magnetfeld erfasst, nachdem das äußere Magnetfeld durch ein Joch durchfließt, das aus einem weichmagnetischen Körper ausgebildet ist, ist, dass bei der Sensorausgabe eine Hysterese vorliegt. 4A zeigt schematisch eine Beziehung zwischen einem äußeren Magnetfeld und einer Sensorausgabe, und 4B zeigt eine vergrößerte Ansicht von Teil A in 4A. V1(H) ist die Sensorausgabe, wenn das äußere Magnetfeld H, dessen Stärke in der dritten Richtung zunimmt, an ein Joch angelegt wird, und V2(H) ist die Sensorausgabe, wenn das äußere Magnetfeld H, dessen Stärke in der dritten Richtung abnimmt, an ein Joch angelegt wird. Die Sensorausgabe ist eine Funktion des äußeren Magnetfelds H. Es ist bevorzugt, dass V1(H) vollständig mit V2(H) zusammenfällt, aber de facto fällt V1(H) nicht vollständig mit V2(H) zusammen. Das bedeutet, dass das äußere Magnetfeld H einen Bereich aufweist, in dem ΔV=|V1(H)-V2(H)| nicht null ist. Wenn ΔV nicht null ist, gibt der Magnetsensor V1(H) oder V2(H) in Abhängigkeit davon aus, ob die Stärke des äußeren Magnetfelds zunimmt oder abnimmt. Wenn daher ΔV groß ist, verschlechtert sich die Genauigkeit des Magnetsensors 1.
Der Magnetsensor 1 der vorliegenden Ausführungsform ist durch die Abmessungen oder die Form des ersten weichmagnetischen Körpers 3a gekennzeichnet, der dazu ausgelegt ist, die Hysterese der Sensorausgabe zu verringern. Die Abmessungen oder die Form des zweiten weichmagnetischen Körpers 3b können die gleichen wie die des ersten weichmagnetischen Körpers 3a sein, können sich aber auch von denen des ersten weichmagnetischen Körpers 3a unterscheiden, solange die Abmessungen oder die Form die folgenden Eigenschaften haben. Eine Untersuchung wird in beispielhafter Weise für den ersten weichmagnetischen Körper 3a durchgeführt. Der erste weichmagnetische Körper 3a hat eine im Wesentliche rechteckige parallelflache Form. Angenommen, B ist die Länge (Breite) des ersten weichmagnetischen Körpers 3a in der ersten Richtung X, L ist die Länge des ersten weichmagnetischen Körpers 3a in der zweiten Richtung Y, und h ist die Länge (Höhe) des ersten weichmagnetischen Körpers 3a in der dritten Richtung Z .
5 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen dem Seitenverhältnis L/B und Hymax darstellt, bei dem die Abszissenachse L/B angibt und die Ordinatenachse Hymax angibt. Hy ist definiert als das Verhältnis von ΔV zum Ausgabebereich Vrange (=ΔV/Vrange), der die Größenordnung der Hysterese im Bezug zum Ausgabebereich Vrange darstellt. Der Ausgabebereich Vrange ist die Differenz von VH-VL, wobei VH und VL zwei Sättigungspunkte der Sensorausgabe V sind. Der Sättigungspunkt VH ist definiert als die Sensorausgabe V1(H), die ausgegeben wird, wenn das Änderungsverhältnis der Sensorausgabe V1(H) zum äußeren Magnetfeld H, dessen Komponente in der dritten Richtung Z im Laufe der Zeit zunimmt, die Hälfte des maximalen Änderungsverhältnisses wird. Ebenso ist der Sättigungspunkt VL als Sensorausgabe V2(H) definiert, die ausgegeben wird, wenn das Änderungsverhältnis der Sensorausgabe V2(H) zum äußeren Magnetfeld H, dessen Komponente in der dritten Richtung Z im Laufe der Zeit abnimmt, die Hälfte des maximalen Änderungsverhältnisses wird. Hier ist VH > VL. Durch Ändern des äußeren Magnetfelds H zwischen den äußeren Magnetfeldern HL und HH (siehe 4A und 4B), die jeweils VL und VH entsprechen, wird ΔV für jeden Wert von H berechnet. Die Ordinatenachse in 5 gibt den maximalen Wert für Hymax von Hy=ΔV/Vrange an. In anderen Worten, Hymax ist wie folgt definiert: $H y max = \frac{Δ V max}{V r a n g e} = \frac{| V 1 (H) - V 2 (H) | max}{V H - V L}$
V1(H) ist die Sensorausgabe, wenn das äußere Magnetfeld H, dessen Komponente in der dritten Richtung Z im Laufe der Zeit zunimmt, auf den ersten weichmagnetischen Körper 3a angewendet wird, und V2(H) ist die Sensorausgabe, wenn das äußere Magnetfeld H, dessen Komponente in der dritten Richtung Z im Laufe der Zeit abnimmt, auf den ersten weichmagnetischen Körper 3a angewendet wird.
In 5 ist die Breite B eine Variable, während die Länge L des ersten weichmagnetischen Körpers 3a eine Konstante ist (78 µm). Die Annäherungskurve, die die Beziehung zwischen dem Seitenverhältnis L/B und Hymax zeigt, wird durch ein Polynom näherungsweise berechnet. Der obere Grenzwert von Hymax ist vorzugsweise auf etwa 1,25 % festgelegt. Der Magnetsensor 1 der vorliegenden Ausführungsform kann zum Beispiel zum Erfassen der Position eine Linse eines Kameramoduls verwendet werden. Wenn Hymax 1,25 % ist, kann der Fehler beim Erfassen der Position einer Linse, die zum Beispiel im Bereich +-200 µm beweglich ist, auf 5 µm oder weniger eingeschränkt werden. Dieser Genauigkeitsgrad ist für ein allgemeines Kameramodul zufriedenstellend. In 5, ist L/B vorzugsweise gleich oder größer als 10. Obwohl Hymax mit einer Erhöhung von L/B abnimmt, ist Hymax im Wesentlichen im Bereich von L/B von 20 oder höher gesättigt, und Hymax kann auf einen ausreichend niedrigen Grad begrenzt werden. Demgemäß ist L/B bevorzugter gleich oder größer als 20. Da Hymax gesättigt ist, wenn L/B groß wird, ist es nicht effektiv, L/B auf einen extrem hohen Wert festzulegen. Andererseits führt die Erhöhung von L/B zu einer Erhöhung der Länge L und kann die Außenabmessungen des Magnetsensors 1 beeinflussen, da die Breite B aufgrund von Fertigungsgründen schwer zu verkleinern ist. Demgemäß ist L/B bevorzugter gleich oder kleiner als 40.
6 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen dem Seitenverhältnis L/h und Hymax darstellt, bei dem die Abszissenachse h/B angibt und die Ordinatenachse Hymax angibt. Hymax wird auf die gleiche Weise wie in 5 berechnet. Die Breite B des ersten weichmagnetischen Körpers 3a ist eine Variable, während die Länge L (78 µm) eine Konstante ist und die Höhe h eine Konstante (2,5 µm) ist. Die Annäherungskurve, die die Beziehung zwischen dem Seitenverhältnis h/B und Hymax zeigt, wird durch ein Polynom näherungsweise berechnet.
Mit Bezugnahme auf 6 ist h/B gleich oder größer als 0,27. Hymax nimmt ab, wenn h/ B groß wird. Eine Erhöhung von h/B erfordert jedoch eine Verringerung der Breite B oder eine Erhöhung der Höhe h und beides ist aufgrund von Fertigungsgründen schwierig. Demgemäß ist der obere Grenzwert von h/B vorzugsweise auf 3 festgelegt. Darüber hinaus, da Hymax dazu tendiert, gesättigt zu werden, wenn h/B groß wird, wird h/B vorzugsweise festgelegt, um von einem praktischen Aspekt her betrachtet die Formel zu erfüllen; etwa 0,27=< h/W < etwa 1,5 aus Sicht der Praxis.
Der erste weichmagnetische Körper 3a kann verschiedene andere Formen als rechteckig parallelflach haben. Im Allgemeinen kann entweder eine von einer Seite, die in der ersten Richtung X verläuft, einer Seite, die in der zweiten Richtung Y verläuft, oder einer Seite, die in der dritten Richtung Z verläuft, nicht linear sein oder eine Kurve sein oder eine Kombination aus einer Kurve und einer geraden Linie sein. Alternativ kann der erste weichmagnetische Körper 3a asymmetrisch bezüglich wenigstens einer von der ersten Richtung X, der zweiten Richtung Y und der dritten Richtung Z sein. In diesem Fall kann die Länge (Breite) B in der ersten Richtung X als ein Durchschnitt definiert sein, der entlang einer zweiten Richtung Y oder der dritten Richtung Z erstellt wird. Wenn ein konstanter Breitenbereich einen Großteil in der zweiten Richtung Y oder in der dritten Richtung Z belegt, kann die Breite B als eine Breite mit einem konstanten Breitenbereich definiert sein. Dies kann ebenso auf die Länge L in der zweiten Richtung Y und die Länge (Höhe) h in der dritten Richtung angewendet werden.
Der Grund, warum die Hysterese der Sensorausgabe begrenzt werden kann, in dem die Bereiche von L/B und h/B angepasst werden, wird im Folgenden zusammengefasst. 7A ist eine konzeptionelle Ansicht eines Magnetsensors gemäß einem Vergleichsbeispiel in der dritten Richtung Z betrachtet, und 7B ist eine konzeptionelle Ansicht eines Magnetsensors gemäß der vorliegenden Ausführungsform in der dritten Richtung Z betrachtet. Das Joch 103a des Vergleichsbeispiels und das Joch 3a der vorliegenden Ausführungsform sind in eine Vielzahl von Magnetbereichen unterteilt. Ein Beispiel der Magnetisierungsrichtungen der Magnetbereiche wird in den Figuren veranschaulicht. Im Vergleichsbeispiel sind die Magnetisierungsrichtungen der Magnetbereiche nach dem Zufallsprinzip in der ersten Richtung X, der zweiten Richtung Y und der dritten Richtung Z verteilt. Wenn ein äußeres Magnetfeld an das Joch in diesem Zustand in der dritten Richtung angelegt wird, tritt eine Hysterese der Sensorausgabe leicht auf. Andererseits wird in der vorliegenden Ausführungsform, in der die Bereiche von L/B und h/B wie oben beschrieben festgelegt sind, davon ausgegangen, dass die Magnetisierung des Jochs 3a zu einer einheitlichen Änderung tendiert, wenn das Magnetfeld geändert wird, und somit die Hysterese begrenzt wird.
Wenngleich bestimmte bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail dargestellt und beschrieben wurden, versteht es sich, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen daran vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der angefügten Ansprüche abzuweichen.
Bezugszeichenliste

1: Magnetsensor
2a, 2b, 2c, 2d: Erstes bis viertes Magnetfeld-Erfassungselement
3a, 3b: Erster und zweiter weichmagnetischer Körper (Joch)
B: Länge (Breite) des Jochs in der ersten Richtung X
L: Länge des Jochs in der zweiten Richtung Y
H: Länge (Höhe) des Jochs in der dritten Richtung Z

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2017181246 [0001]
JP 2018103366 [0001]
JP 5597206 B [0003]

Claims

Magnetsensor (1), der aufweist: ein erstes Magnetfeld-Erfassungselement (2a), das in einer Ebene angeordnet ist, die eine erste Richtung und eine zweite Richtung aufweist, die senkrecht zur ersten Richtung ist, wobei das erste Magnetfeld-Erfassungselement (2a) ein Magnetfeld in der ersten Richtung erfasst; und einen weichmagnetischen Körper (3a), der an das erste Magnetfeld-Erfassungselement (2a) in der ersten Richtung angrenzt, wobei L/B gleich oder größer 10 ist, wobei B eine Länge des weichmagnetischen Körpers (3a) in der ersten Richtung ist, und L eine Länge des weichmagnetischen Körpers (3a) in der zweiten Richtung ist.
Magnetsensor (1) nach Anspruch 1, wobei L/B gleich oder größer als 20 ist.
Magnetsensor (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei 0,27 =< h/B =< 3, wobei h eine Länge des weichmagnetischen Körpers (3a) in einer dritten Richtung ist, die sowohl zur ersten Richtung als auch zur zweiten Richtung senkrecht ist.
Magnetsensor (1), der aufweist: ein erstes Magnetfeld-Erfassungselement (2a), das in einer Ebene angeordnet ist, die eine erste Richtung und eine zweite Richtung aufweist, die senkrecht zur ersten Richtung ist, wobei das erste Magnetfeld-Erfassungselement (2a) ein Magnetfeld in der ersten Richtung erfasst; und einen weichmagnetischen Körper (3a), der an das erste Magnetfeld-Erfassungselement (2a) in der ersten Richtung angrenzt, wobei 0,27 =< h/B =< 3, wobei B eine Länge des weichmagnetischen Körpers (3a) in der ersten Richtung ist, h eine Länge des weichmagnetischen Körpers (3a) in einer dritten Richtung ist, die senkrecht sowohl zur ersten Richtung als auch zur zweiten Richtung ist.
Magnetsensor (1) nach Anspruch 4, wobei 0,27 =< h/B =< 1,5.
Magnetsensor (1) nach Anspruch 4 oder 5, wobei L/B gleich oder größer als 10 ist, wobei L eine Länge des weichmagnetischen Körpers (3a) in der zweiten Richtung ist.
Magnetsensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei: $\frac{| V 1 (H) - V 2 (H) | m a x}{V H - V L} \leq 1,25 %$
wobei V1(H) eine Sensorausgabe bei einem äußeren Magnetfeld ist, dessen Stärke in einer dritten Richtung zunimmt, die senkrecht sowohl zur ersten als auch zur zweiten Richtung ist, V2(H) eine Sensorausgabe bei einem äußeren Magnetfeld ist, dessen Stärke in der dritten Richtung abnimmt, und VH und VL zwei Sättigungspunkte der Sensorausgabe sind.
Magnetsensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, der weiterhin ein zweites Magnetfeld-Erfassungselement (2b) aufweist, das in einer Ebene angeordnet ist, die die erste Richtung und die zweite Richtung aufweist, wobei das zweite Magnetfeld-Erfassungselement (2b) ein Magnetfeld in der ersten Richtung erfasst, wobei ein jedes von den ersten und zweiten Magnetfeld-Erfassungselementen (2a, 2b) eine Magnetfeld-Sensierungsbeschichtung (5a, 5b) hat, die ein Magnetfeld in der ersten Richtung erfasst, und ein Paar von Leitungen (6a, 7a, 6b, 7b), die die Magnetfeld-Sensierungsbeschichtung (5a, 5b) in einer dritten Richtung zwischenschalten, die senkrecht sowohl zur ersten Richtung als auch zur zweiten Richtung ist, und wobei der weichmagnetische Körper (3A) zwischen dem Paar der Leitungen (6a, 7a) des ersten Magnetfeld-Erfassungselements (2a) und dem Paar von Leitungen (6b, 7b) des zweiten Magnetfeld-Erfassungselements (2b) angeordnet ist und in der dritten Richtung betrachtet weder mit dem Paar von Leitungen (6a, 7a) des ersten Magnetfeld-Erfassungselements (2a) noch mit dem Paar von Leitungen (6b, 7b) des zweiten Magnetfeld-Erfassungselements (2b) überlappt.