JP2009145074A - Flux gate sensor and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自動車、携帯電話、その他各種機器において高感度磁気センサとして使用されるフラックスゲートセンサおよびその製造方法に関する。 The present invention relates to a fluxgate sensor used as a high-sensitivity magnetic sensor in automobiles, mobile phones, and other various devices, and a method for manufacturing the same.
高感度な磁気センサの1つとして、フラックスゲートセンサが知られている。以前のフラックスゲートセンサは、ヘッド長が20〜30mmと非常に大型であり、小型化への要求が強い携帯電話機器に採用することができなかった。しかし、最近になって小型のフラックスゲートセンサが提案されている(特許文献1,2を参照)。
また、磁性膜と薄膜コイルを積層したフラックスゲートセンサ(非特許文献1を参照)や、磁気インピーダンス効果素子(MI素子)の検出方式に直交フラックスゲートセンサの原理を応用した方位センサおよび電子コンパス(非特許文献2,3を参照)のように、非常に小型であるフラックスゲートセンサも販売されている。
Also, a flux gate sensor (see Non-Patent Document 1) in which a magnetic film and a thin film coil are laminated, and an orientation sensor and an electronic compass that apply the principle of an orthogonal flux gate sensor to a detection method of a magneto-impedance effect element (MI element) ( As shown in
従来のフラックスゲートセンサの磁気コアとなる磁性体薄膜またはアモルファスワイヤは、還流磁区が接する磁壁を除けば、図1に示すように、磁壁3が通電方向Iに対してほぼ90°の方向を向いた磁区構造を備えており、磁気コアの一軸磁気異方性の方向も、通電方向に対してほぼ90°の方向を向いたものであった(特許文献2の図9および非特許文献2,3を参照)。この場合、センサ形状が決まると、センサの感度や使用磁界範囲(磁界レンジ)も決まってしまうため、異なった磁気特性仕様のセンサが必要な場合は、センサ形状を設計から変更しなければならないという問題があった。
A magnetic thin film or an amorphous wire serving as a magnetic core of a conventional fluxgate sensor has a
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、磁性体素子の形状を変更することなく、感度とレンジを調整して製造することが可能なフラックスゲートセンサおよびその製造方法を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a fluxgate sensor that can be manufactured by adjusting sensitivity and range without changing the shape of a magnetic element, and a method for manufacturing the same. Is an issue.
前記課題を解決するため、本発明は、薄膜磁性体素子と、前記薄膜磁性体素子の周囲または近傍に配された検出コイルと、前記薄膜磁性体素子に対して所定の方向に通電するための配線とを備えるフラックスゲートセンサにおいて、前記薄膜磁性体素子は、一軸磁気異方性が、素子の通電方向に対し直角方向から傾斜した方向に付与されていることを特徴とするフラックスゲートセンサを提供する。
本発明のフラックスゲートセンサでは、前記薄膜磁性体素子は、還流磁区が生成する磁壁以外の磁壁が、素子の通電方向に対し直角方向から傾斜した方向に形成されていることが好ましい。
前記検出コイルが薄膜コイルであることが好ましい。
In order to solve the above problems, the present invention provides a thin film magnetic element, a detection coil disposed around or in the vicinity of the thin film magnetic element, and a method for energizing the thin film magnetic element in a predetermined direction. A fluxgate sensor comprising a wiring, wherein the thin film magnetic element is provided with uniaxial magnetic anisotropy in a direction inclined from a direction perpendicular to the energizing direction of the element. To do.
In the fluxgate sensor of the present invention, it is preferable that the thin-film magnetic element is formed such that domain walls other than the domain wall generated by the reflux magnetic domain are inclined from a direction perpendicular to the energization direction of the element.
The detection coil is preferably a thin film coil.
また、本発明は、上述のフラックスゲートセンサを製造するための方法であって、前記所定の方向に対する一軸磁気異方性の角度を調整することにより、感度およびレンジを調整する工程を含むことを特徴とするフラックスゲートセンサの製造方法を提供する。 The present invention is also a method for manufacturing the above-described fluxgate sensor, including a step of adjusting sensitivity and range by adjusting an angle of uniaxial magnetic anisotropy with respect to the predetermined direction. Provided is a method of manufacturing a fluxgate sensor.
本発明によれば、フラックスゲートセンサを製造する際に、磁性体素子の形状を変更することなく、感度とレンジを調整することが可能であり、センサ形状の設計変更を省略でき、コストを低減することが可能になる。 According to the present invention, when manufacturing a fluxgate sensor, it is possible to adjust the sensitivity and range without changing the shape of the magnetic element, so that the design change of the sensor shape can be omitted and the cost can be reduced. It becomes possible to do.
以下、最良の形態に基づき、図面を参照して本発明を説明する。
図2は、本発明のフラックスゲートセンサにおける薄膜磁性体素子の無通電時における磁区構造を模式的に示す図である。
The present invention will be described below with reference to the drawings based on the best mode.
FIG. 2 is a diagram schematically showing a magnetic domain structure when the thin film magnetic element in the fluxgate sensor of the present invention is not energized.
本形態例のフラックスゲートセンサは、薄膜磁性体素子1と、薄膜磁性体素子の周囲または近傍に配された検出コイルと、薄膜磁性体素子1に対して所定の方向(以下、「通電方向」という場合がある。)に通電するための配線2とを備えており、薄膜磁性体素子1は、一軸磁気異方性が、素子の通電方向Iに対し直角方向から傾斜した方向に付与されているものである。なお、本発明においては、一軸磁気異方性の方向とは、磁化容易軸の方向とする。
The fluxgate sensor of the present embodiment includes a thin film
フラックスゲートセンサの磁性体素子としては、導電性を有する線状、帯状あるいは棒状の磁性体を用いることができるが、本形態例においては、例えば帯状やメアンダ形状等の形状を有する薄膜磁性体素子1が好ましい。 As the magnetic element of the fluxgate sensor, a linear, strip-shaped or rod-shaped magnetic body having conductivity can be used. In this embodiment, for example, a thin-film magnetic element having a shape such as a strip shape or a meander shape. 1 is preferred.
本形態例のフラックスゲートセンサにおいて、配線2は、薄膜磁性体素子1の長手方向の両端に設けられ、薄膜磁性体素子1に対して所定の方向に通電するための駆動電源(図示せず)に接続される。すなわち、薄膜磁性体素子1に対する通電方向Iは、配線2間の方向(ここでは、薄膜磁性体素子1の長手方向)となる。
In the fluxgate sensor of this embodiment, the
検出コイル(図示せず)は、薄膜磁性体素子1の周囲または近傍に配され、センサ出力を取り出すために用いられる。検出コイルは、特に限定されるものではなく、従来のフラックスゲートセンサに用いられるものと同様のものを用いることができる。
薄膜磁性体素子1の周囲に検出コイルを配する場合は、導線を薄膜磁性体素子1の周囲に巻いて形成したコイルが挙げられる。また、薄膜磁性体素子1より上側の層に配された第1の導体層と、下側の層に配された第2の導体層と、第1の導体層の一方の端と第2の導体層の一方の端とを接続する貫通配線と、第1の導体層の他方の端と第2の導体層の他方の端とを接続する貫通配線とにより、薄膜磁性体素子1の周囲に配されたコイルを形成しても良い。
薄膜磁性体素子1の近傍に検出コイルを配する場合は、薄膜磁性体素子1より上側の層または下側の層に、スパイラルコイルなどの薄膜コイルを形成しても良い。
The detection coil (not shown) is arranged around or in the vicinity of the thin film
When the detection coil is arranged around the thin film
When the detection coil is disposed in the vicinity of the thin film
薄膜磁性体素子1への一軸磁気異方性の付与は、例えば磁界中熱処理を行うことで、任意の方向に付与することができる。磁界中熱処理の方法としては、例えば回転磁界中熱処理後に静磁界中熱処理を行う方法が挙げられる。ここで、回転磁界中熱処理は、センサの素子が回転される条件下で、例えば400℃、3kG、1時間行う方法を採用することができる。また、静磁界中熱処理は、付与したい一軸磁気異方性の方向に応じて、センサの素子に対する静磁界の印加角度を固定した条件下で、例えば400℃、3kG、1時間行う方法を採用することができる。
Application of uniaxial magnetic anisotropy to the thin-film
本形態例のフラックスゲートセンサは、薄膜磁性体素子1の一軸磁気異方性が、素子の通電方向Iに対し直角方向から傾斜した方向(傾斜角度θ)に付与されている。これにより、還流磁区が生成する磁壁以外の磁壁3が、素子の通電方向Iに対し直角方向から傾斜した方向に形成されているものとなる。
In the fluxgate sensor of this embodiment, the uniaxial magnetic anisotropy of the thin-film
薄膜磁性体素子1は、上述の通電方向に対し直角方向から傾斜した角度θが大きい(90°に近づく)ほど、感度が高くなり、かつレンジが狭くなる。反対に、角度θが小さい(0°に近づく)ほど、感度は低くなるが、レンジは広くなる。なお、ここでレンジとは、磁界−電圧特性がほぼ直線となる磁界の範囲であり、これがフラックスゲートセンサの使用可能な磁界範囲となる。
The thin film
したがって、本形態例のフラックスゲートセンサによれば、製造時に、通電方向に対し直角方向から傾斜した角度θを調整することにより、感度およびレンジを調整することができる。これにより、磁性体素子の形状を変更することなく、感度とレンジを調整することが可能であり、センサ形状の設計変更を省略でき、コストを低減することが可能になる。 Therefore, according to the fluxgate sensor of the present embodiment, the sensitivity and range can be adjusted by adjusting the angle θ inclined from the direction perpendicular to the energization direction at the time of manufacture. Thereby, it is possible to adjust the sensitivity and the range without changing the shape of the magnetic element, so that the design change of the sensor shape can be omitted, and the cost can be reduced.
以下、実施例をもって本発明を具体的に説明する。なお、本発明は、これらの実施例のみに限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples. In addition, this invention is not limited only to these Examples.
薄膜磁性体素子となる磁性体薄膜と、この磁性体薄膜の両端に接続された配線と、薄膜コイルからなる検出コイルを形成して、フラックスゲートセンサを作製し、磁性体薄膜に一軸磁気異方性を付与する際、一軸磁気異方性(磁化容易軸)の方向が、薄膜磁性体素子への通電方向に対し直角方向から傾斜した方向(角度θが、70°、45°、または0°)となるように、磁界中熱処理を行った。薄膜磁性体素子への一軸磁気異方性の付与は、センサの素子が回転される条件下で、例えば400℃、3kG、1時間、回転磁界中熱処理をした後に、付与したい一軸磁気異方性の方向に応じて、センサの素子に対する静磁界の印加角度を固定した条件下で、400℃、3kG、1時間、静磁界中熱処理をすることにより行った。 A magnetic thin film as a thin film magnetic element, wiring connected to both ends of the magnetic thin film, and a detection coil comprising a thin film coil are formed to produce a fluxgate sensor, and the magnetic thin film is uniaxially magnetically anisotropic. When the magnetic property is imparted, the direction of uniaxial magnetic anisotropy (magnetization easy axis) is inclined from the direction perpendicular to the energizing direction to the thin film magnetic element (the angle θ is 70 °, 45 °, or 0 °). ) Heat treatment was performed in a magnetic field. Application of uniaxial magnetic anisotropy to a thin film magnetic element is performed after heat treatment in a rotating magnetic field at 400 ° C., 3 kG, 1 hour, for example, under the condition that the sensor element is rotated. Depending on the direction, the heat treatment was performed in a static magnetic field at 400 ° C., 3 kG for 1 hour under the condition that the static magnetic field application angle to the sensor element was fixed.
それぞれの場合で、外部磁界の大きさを変化させながら、フラックスゲートセンサの薄膜磁性体素子に通電したときに検出コイルに発生する誘導出力の大きさを測定し、磁界−電圧特性を求めた。その結果、図3に示す磁界−電圧特性と、表1に示す感度およびレンジが得られた。 In each case, while changing the magnitude of the external magnetic field, the magnitude of the induction output generated in the detection coil when the thin film magnetic element of the fluxgate sensor was energized was measured to obtain the magnetic field-voltage characteristics. As a result, the magnetic field-voltage characteristics shown in FIG. 3 and the sensitivity and range shown in Table 1 were obtained.
これらの結果から分かるように、薄膜磁性体素子1は、通電方向に対し直角方向から傾斜した角度θが大きいほど、感度が高くなり、かつレンジが狭くなる。反対に、角度θが小さい(0°に近づく)ほど、感度は低くなるが、レンジは広くなる。この特性を利用することで、同一形状のセンサを用いて、角度θを調整することにより、感度やレンジが異なる種々のセンサを作製し、コストを抑制することができる。
As can be seen from these results, the thin film
本発明のフラックスゲートセンサは、自動車、携帯電話、その他各種機器において高感度磁気センサとして利用することができる。 The fluxgate sensor of the present invention can be used as a high-sensitivity magnetic sensor in automobiles, mobile phones, and other various devices.
1…薄膜磁性体素子、2…配線、3…還流磁区が接する磁壁以外の磁壁、I…通電方向、M…スピンの向き、θ…通電方向に対し直角方向から傾斜した方向の角度。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記薄膜磁性体素子は、一軸磁気異方性が、素子の通電方向に対し直角方向から傾斜した方向に付与されていることを特徴とするフラックスゲートセンサ。 In a fluxgate sensor comprising a thin film magnetic element, a detection coil disposed around or in the vicinity of the thin film magnetic element, and a wiring for energizing the thin film magnetic element in a predetermined direction,
The thin film magnetic element is provided with a uniaxial magnetic anisotropy in a direction inclined from a direction perpendicular to the energizing direction of the element.
前記所定の方向に対する一軸磁気異方性の角度を調整することにより、感度およびレンジを調整する工程を含むことを特徴とするフラックスゲートセンサの製造方法。 A method for manufacturing the fluxgate sensor according to any one of claims 1 to 3,
A method of manufacturing a fluxgate sensor, comprising adjusting sensitivity and range by adjusting an angle of uniaxial magnetic anisotropy with respect to the predetermined direction.
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