JP2010056260A - Magnetic switch and magnetic field detection method - Google Patents
Magnetic switch and magnetic field detection method Download PDFInfo
- Publication number
- JP2010056260A JP2010056260A JP2008218986A JP2008218986A JP2010056260A JP 2010056260 A JP2010056260 A JP 2010056260A JP 2008218986 A JP2008218986 A JP 2008218986A JP 2008218986 A JP2008218986 A JP 2008218986A JP 2010056260 A JP2010056260 A JP 2010056260A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- magnetic field
- magnetic
- output
- magnetoresistive element
- bias
- 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
Links
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 title claims abstract description 204
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims description 6
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 32
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 31
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 25
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 claims description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 29
- 239000010408 film Substances 0.000 description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 description 11
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 7
- 229910001172 neodymium magnet Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 4
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N Phenol Chemical compound OC1=CC=CC=C1 ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- GUBSQCSIIDQXLB-UHFFFAOYSA-N cobalt platinum Chemical compound [Co].[Pt].[Pt].[Pt] GUBSQCSIIDQXLB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KPLQYGBQNPPQGA-UHFFFAOYSA-N cobalt samarium Chemical compound [Co].[Sm] KPLQYGBQNPPQGA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 2
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 2
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 2
- 229910000938 samarium–cobalt magnet Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 2
- 229910005335 FePt Inorganic materials 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QJVKUMXDEUEQLH-UHFFFAOYSA-N [B].[Fe].[Nd] Chemical compound [B].[Fe].[Nd] QJVKUMXDEUEQLH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KGWWEXORQXHJJQ-UHFFFAOYSA-N [Fe].[Co].[Ni] Chemical compound [Fe].[Co].[Ni] KGWWEXORQXHJJQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 239000003302 ferromagnetic material Substances 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- UGKDIUIOSMUOAW-UHFFFAOYSA-N iron nickel Chemical compound [Fe].[Ni] UGKDIUIOSMUOAW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OBACEDMBGYVZMP-UHFFFAOYSA-N iron platinum Chemical compound [Fe].[Fe].[Pt] OBACEDMBGYVZMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006247 magnetic powder Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- 229910000889 permalloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
- Hall/Mr Elements (AREA)
- Switches That Are Operated By Magnetic Or Electric Fields (AREA)
Abstract
Description
本発明は、磁気スイッチに関し、詳しくは、磁気抵抗効果を利用して、正磁界、負磁界をそれぞれ判別してスイッチング動作を行う磁気スイッチおよび磁界検出方法に関する。 The present invention relates to a magnetic switch, and more particularly to a magnetic switch and a magnetic field detection method for performing a switching operation by discriminating between a positive magnetic field and a negative magnetic field using a magnetoresistive effect.
磁気スイッチは、磁束密度の強弱や磁界の方向を検知するセンサとして使用されている。例えば、図9の上部に示す従来の磁気スイッチ100は、4つのMR(磁気抵抗)膜101〜104をホイートストンブリッジ回路を成すように接続される。
Magnetic switches are used as sensors that detect the strength of magnetic flux density and the direction of a magnetic field. For example, in the conventional
そして、磁界の強弱に応じて磁気スイッチ100から出力される2つの出力信号であるOUT1およびOUT2の変化は、例えば、図9の下部に示す波形図のようになる。この波形図では、X軸方向で磁界の正負を示し、Y軸方向で磁界の強度を示している。この波形図によれば、従来の磁気センサ100は、出力された電圧値がY軸に対して対称となるように出力されるため、磁界の正負が判別できず、単に磁界の強度の絶対値だけを検出できるにとどまる。
Then, changes in OUT1 and OUT2, which are two output signals output from the
このため、正磁界と負磁界を区別して検出可能な磁気センサとして、例えば、正磁界と負磁界にそれぞれ対応する2つのホールICを利用した磁気スイッチ、GMRセンサによる交換バイアスを利用して磁界の正負を判別可能な磁気スイッチ、あるいは、バイアス磁界を印加するコイルを備えた磁気スイッチ等が知られている(例えば、特許文献1を参照)。
しかしながら、上述したような、磁界の正負が判別可能な従来の磁気スイッチでは、次のような課題があった。即ち、2つのホールICを利用した磁気スイッチでは、ホールICを2つ利用する事によって、製造コストが大きくなる。また、GMRセンサによる交換バイアスを利用した磁気スイッチは、構造が複雑でその製造にあたって多くの工程が必要とされ、やはり製造コストが高くなる。更に、バイアス磁界印加用のコイルを備えた磁気スイッチでは、動作時にコイルに電流を流し続ける必要があるため、消費電力が大きくなってしまう。 However, the conventional magnetic switch capable of discriminating between the positive and negative magnetic fields as described above has the following problems. That is, in a magnetic switch using two Hall ICs, the manufacturing cost is increased by using two Hall ICs. In addition, the magnetic switch using the exchange bias by the GMR sensor has a complicated structure and requires many steps for its manufacture, which also increases the manufacturing cost. Furthermore, in a magnetic switch provided with a coil for applying a bias magnetic field, it is necessary to keep a current flowing through the coil during operation, resulting in an increase in power consumption.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、正磁界と負磁界を区別して検出可能であり、かつ、簡易な構成で低コストに製造することが可能な磁気スイッチを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a magnetic switch that can be detected by distinguishing between a positive magnetic field and a negative magnetic field and that can be manufactured at a low cost with a simple configuration. Objective.
また本発明は、外部磁界が正磁界であるか、または負磁界であるかを確実に区別して検出可能な磁界検出方法を提供することを目的とする。 It is another object of the present invention to provide a magnetic field detection method capable of reliably distinguishing whether an external magnetic field is a positive magnetic field or a negative magnetic field.
本発明の請求項1に記載の磁気スイッチは、半導体基板と、該半導体基板に形成された磁気抵抗素子と、前記磁気抵抗素子にバイアス磁界を印加するバイアス磁石と、前記磁気抵抗素子に加わる外部磁界の強弱に応じた電圧を出力する第一出力部および第二出力部とを少なくとも備えたことを特徴とする。
本発明の請求項2に記載の磁気スイッチは、請求項1において、前記第一出力部は、前記磁気抵抗素子に印加される外部磁界のうち、正磁界の磁界強度に対応した電圧を出力し、また、前記第二出力部は、前記磁気抵抗素子に印加される外部磁界のうち、負磁界の磁界強度に対応した電圧を出力することを特徴とする。
本発明の請求項3に記載の磁気スイッチは、請求項1または2において、前記バイアス磁石は、ペースト状の磁性体を塗布してなることを特徴とする。
本発明の請求項4に記載の磁気スイッチは、請求項1または2において、前記バイアス磁石は、焼結した磁性薄膜であることを特徴とする。
本発明の請求項5に記載の磁界検出方法は、半導体基板と、該半導体基板に形成された磁気抵抗素子と、前記磁気抵抗素子にバイアス磁界を印加するバイアス磁石と、前記磁気抵抗素子に加わる外部磁界の強弱に応じた電圧を出力する第一出力部および第二出力部とを少なくとも備えた磁気スイッチを用い、前記第一出力部から出力される第一出力信号と、前記第二出力部から出力される第二出力信号のうち、いずれか一方が正磁界、他方が負磁界でそれぞれ出力されるように、前記磁気抵抗素子に前記バイアス磁界を印加し、外部磁界が正磁界か負磁界かを区別して検出することを特徴とする。
The magnetic switch according to
The magnetic switch according to a second aspect of the present invention is the magnetic switch according to the first aspect, wherein the first output unit outputs a voltage corresponding to the magnetic field strength of the positive magnetic field among the external magnetic fields applied to the magnetoresistive element. The second output unit outputs a voltage corresponding to the magnetic field strength of a negative magnetic field among the external magnetic fields applied to the magnetoresistive element.
According to a third aspect of the present invention, in the magnetic switch according to the first or second aspect, the bias magnet is formed by applying a paste-like magnetic material.
A magnetic switch according to a fourth aspect of the present invention is the magnetic switch according to the first or second aspect, wherein the bias magnet is a sintered magnetic thin film.
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a magnetic field detection method comprising: a semiconductor substrate; a magnetoresistive element formed on the semiconductor substrate; a bias magnet that applies a bias magnetic field to the magnetoresistive element; and the magnetoresistive element. Using a magnetic switch having at least a first output unit and a second output unit that outputs a voltage corresponding to the strength of an external magnetic field, the first output signal output from the first output unit, and the second output unit The bias magnetic field is applied to the magnetoresistive element so that either one of the second output signals output from is output as a positive magnetic field and the other as a negative magnetic field, and the external magnetic field is a positive magnetic field or a negative magnetic field. It distinguishes and detects.
本発明によれば、従来のホールICを用いた磁気スイッチや、GMRセンサによる交換バイアスを利用した磁気スイッチと比較して、磁気抵抗素子にバイアス磁界を印加するための手段として、半導体基板にバイアス磁石を設けるだけでよいため、簡易な製造工程で低コストに正磁界と負磁界を区別して出力可能な磁気スイッチを製造することが可能になる。 According to the present invention, a bias is applied to a semiconductor substrate as a means for applying a bias magnetic field to a magnetoresistive element as compared with a magnetic switch using a conventional Hall IC or a magnetic switch using an exchange bias by a GMR sensor. Since it is only necessary to provide a magnet, it is possible to manufacture a magnetic switch that can output by distinguishing between a positive magnetic field and a negative magnetic field at a low cost with a simple manufacturing process.
しかも、こうしたバイアス磁界を印加するための手段として、ペースト磁石や焼結した薄膜磁石を用いる事によって、従来のバイアス磁界印加用のコイルを備えた磁気スイッチと比較して、動作時にコイルに電流を流し続ける必要もなく、消費電力の小さい磁気スイッチを実現することができる。 In addition, by using a paste magnet or a sintered thin film magnet as a means for applying such a bias magnetic field, a current is supplied to the coil during operation as compared with a magnetic switch having a coil for applying a bias magnetic field. A magnetic switch with low power consumption can be realized without having to keep flowing.
また、本発明の磁気スイッチでは、バイアス磁石により磁気抵抗素子にバイアス磁界を印加させることで、正磁界と負磁界とを第一出力部および第二出力部からそれぞれ区別して出力することができる。これにより、正磁界と負磁界を区別してスイッチング動作を行うことが可能になる。 In the magnetic switch of the present invention, a bias magnetic field is applied to the magnetoresistive element by a bias magnet, so that a positive magnetic field and a negative magnetic field can be separately output from the first output unit and the second output unit. As a result, the switching operation can be performed by distinguishing between the positive magnetic field and the negative magnetic field.
以下、本発明に係る磁気スイッチの一実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本発明はこのような実施形態に限定されるものではない。また、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。 Hereinafter, an embodiment of a magnetic switch according to the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to such an embodiment. In addition, in the drawings used in the following description, in order to make the features of the present invention easier to understand, there is a case where a main part is shown in an enlarged manner for convenience, and the dimensional ratio of each component is the same as the actual one. Not necessarily.
図1は、本発明の磁気スイッチの一例を示す平面図である。また、図2は、図1の磁気スイッチのA−A線における断面図である。
磁気スイッチ10は、例えばスイッチング動作を行う集積回路(図示略)を備えた半導体基板11と、この半導体基板11の一面11a側に設けられ、面内方向に感磁方向を持つ磁気抵抗素子13と、半導体基板11の他面11b側に設けられ、磁気抵抗素子13に対してバイアス磁界を印加するバイアス磁石12とを、少なくとも備えている。
FIG. 1 is a plan view showing an example of the magnetic switch of the present invention. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA of the magnetic switch of FIG.
The
また、半導体基板11の例えば一面11a側には、後述する2つの電位の出力電圧をそれぞれ出力する第一出力部21と第二出力部22が形成されている。また、磁気抵抗素子13や、磁気スイッチ10に接続されるIC(図示略)など、各部にセンス電流を供給する電流供給部23および接地部24が形成されている。これら第一出力部21、第二出力部22、電流供給部23、接地部24は、例えば、ハンダボールなどからなるバンプであればよい。
In addition, on the one
磁気抵抗素子13は、例えば、半導体基板11の一面11aに沿って成膜され、面内方向に感磁方向を持つ異方性磁気抵抗材料(MR)からなる。こうした異方性磁気抵抗材料としては、例えば、鉄−ニッケル(FeNi)、鉄−ニッケル−コバルト(NiFeCo)等の強磁性体からなる磁性膜から構成することができ、好ましくはパーマロイが挙げられる。
The
図3は磁気抵抗素子の外形形状を示す平面図である。磁気抵抗素子13は、例えば、それぞれがメアンダ(つづら折れ)形状を成す4組のMR薄膜抵抗13a,13b,13c,13d、およびMR薄膜抵抗の間に導電体からなる端子a,b,c,dを設けてホイートストンブリッジ回路としたものである。
FIG. 3 is a plan view showing the outer shape of the magnetoresistive element. The
それぞれのMR薄膜抵抗13a,13b,13c,13dを形成する方法としては、例えば、フォトリソグラフィー法によるパターン形成工程と、メッキ法やスパッタリング法による成膜工程とを組み合わせた方法が挙げられる。
As a method for forming each of the MR
こうしたMR薄膜抵抗13a,13b,13c,13dの形成パターンは、それぞれ所定の方向を向いて配置される。図3に示す磁気抵抗素子13の場合、2つのMR薄膜抵抗13a,13dは、半導体基板11の一面11a上におけるX方向に沿って延びるように配置されており、他の2つのMR薄膜抵抗13b,13cは、半導体基板11の一面11a上におけるX方向と直交するY方向に沿って延びるように配置されている。
The formation patterns of the MR
X方向を向いて配置された2つのMR薄膜抵抗13a,13dは、X方向を長手方向として平行に配置された複数のMR膜が設けられ、隣接するMR膜を端部同士でメアンダ形状(つづら折り形状)になるようにMR膜または導電膜を介してY方向に電気的に接続したものである。
また、Y方向を向いて配置された2つのMR薄膜抵抗13b,13cは、Y方向を長手方向として平行に配置された複数のMR膜が設けられ、隣接するMR膜を端部同士でメアンダ形状(つづら折り形状)になるようにMR膜または導電膜を介してX方向に電気的に接続したものである。
The two MR
Further, the two MR
4つのMR薄膜抵抗13a〜13dは、同じ材質のMR膜から形成されることが好ましい。これにより、4つの素子は温度に対する特性変動が同等となるので、磁気デバイスとしての温度特性が向上する。折り返し部分を導電膜で形成する場合、金(Au)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)等の導体膜が挙げられる。
The four MR
磁気抵抗素子13はホイートストンブリッジ回路を構成している。このため、4つのMR薄膜抵抗13a〜13dは、互いに異なる方向(X方向またはY方向)を向いて配置された素子同士が隣接して配置され、配線を介して接続されている。これらの配線は、例えば金(Au)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)等の導体膜から構成することができる。4つのMR薄膜抵抗は、90°ずつ向きを変えて配置されているほかは、材料、パターン形状や抵抗値が同じものであることが好ましい。4つのMR薄膜抵抗を配列する態様としては、例えば図3に示すように縦横2×2の配列が挙げられるが、MR薄膜抵抗間を適当な配線で接続することにより、他の配列を採用することも可能である。
The
このようなホイートストンブリッジ回路においては、端子aに電源電圧(センス電流)、端子bにはグランドレベルがそれぞれ接続されたとき、磁気抵抗素子13の出力は、他の2つの端子c,d間の電位差(ブリッジ出力)として得ることができる。ブリッジ出力は、印加磁界の大きさを反映して増減するので、このブリッジ出力(電圧)の大きさを所定の閾値と比較して、出力電圧が所定の閾値より大きい(高レベル状態)か、出力電圧が所定の閾値より小さい(低レベル状態)かの判別により、スイッチング動作を行うことができる。スイッチング動作は、例えば、半導体基板11に形成された集積回路(図示せず)により行われている。
In such a Wheatstone bridge circuit, when the power supply voltage (sense current) is connected to the terminal a and the ground level is connected to the terminal b, the output of the
バイアス磁石12は、図2に示すように、外部磁界が印加されていない状態では、磁気抵抗素子13が形成された面内方向Mに沿ったバイアス磁界Bを印加する。バイアス磁石12としては、半導体基板11への積層に際し、半導体プロセスと親和性が高いプロセスによって形成することが可能な、ペースト磁石または薄膜磁石が好ましい。磁石を構成する硬磁性体としては、特に限定されるものではないが、サマリウム−コバルト(SmCo)、鉄−白金(FePt)、コバルト−白金(CoPt)、ネオジム−鉄−ホウ素(NdFeB)などが利用できる。
As shown in FIG. 2, the
ペースト磁石は、ペースト状の磁性体、例えば、NdFeBなどの磁性体粉末をバインダー樹脂、例えばフェノールエポキシ樹脂に混合してなる硬磁性体ペーストを塗布などの方法で基板のいずれかの面に形成し、焼成・加熱ののち、所定の方向に着磁して磁化させることによって設けることができる。 Paste magnets are formed on either surface of a substrate by a method such as applying a paste-like magnetic material, for example, a hard magnetic paste obtained by mixing magnetic powder such as NdFeB with a binder resin, for example, a phenol epoxy resin. After firing and heating, it can be provided by magnetizing and magnetizing in a predetermined direction.
また、薄膜磁石は、焼結した磁性薄膜であり、その作製方法は、特に限定されるものではないが、スパッタや蒸着、めっき、ボンド磁石の印刷などが挙げられる。薄膜磁石を任意の形状にするパターニングには、例えばエッチングやリフトオフなどのフォトリソグラフィー技術を利用することができる。作製した薄膜磁石は、必要に応じてアニール処理を行ったのち、磁気センサとしての感磁方向に着磁を行う。 The thin film magnet is a sintered magnetic thin film, and its production method is not particularly limited, but includes sputtering, vapor deposition, plating, and printing of a bonded magnet. For patterning the thin film magnet into an arbitrary shape, for example, a photolithography technique such as etching or lift-off can be used. The produced thin film magnet is annealed as necessary, and then magnetized in the magnetic sensitive direction as a magnetic sensor.
バイアス磁石12は、半導体基板11の一面11aとは反対側の他面11b上に設けられている。この場合、バイアス磁石12と磁気抵抗素子13との距離は半導体基板11の厚みによって規定されるので、磁気抵抗素子への印加磁界を、精度良く制御することができる。
The
なお、半導体基板に対する磁気抵抗素子やバイアス磁石の配置は、図2に示すものに限定されない。例えば、図4に示すように、半導体基板41の一面41aに磁気抵抗素子42を形成し、この磁気抵抗素子42に重ねてバイアス磁石43を配した磁気スイッチ40であってもよい。また、例えば図5に示すように、例えば、半導体基板51の一面51aにバイアス磁石53を形成し、このバイアス磁石53に重ねて磁気抵抗素子52を配した磁気スイッチ50であってもよい。
The arrangement of the magnetoresistive element and the bias magnet with respect to the semiconductor substrate is not limited to that shown in FIG. For example, as shown in FIG. 4, a
次に、上述したような構成の磁気スイッチの作用として、本発明の磁界検出方法を、図1,2および図6を参照しつつ説明する。磁気スイッチの出力は、磁界の強弱2種類に対応して、低強度での出力を第一出力部(OUT1)21から、また、高強度での出力を第二出力部(OUT2)22から、それぞれ出力させる。図6は、この時の出力波形を示すものであり、第一出力部21からの出力波形をOUT1で示し、第二出力部22からの出力波形をOUT2で示している。
Next, as an operation of the magnetic switch having the above-described configuration, a magnetic field detection method of the present invention will be described with reference to FIGS. The output of the magnetic switch corresponds to two types of strength of the magnetic field, the output at low intensity from the first output unit (OUT1) 21, and the output at high intensity from the second output unit (OUT2) 22. Output each. FIG. 6 shows the output waveform at this time. The output waveform from the
半導体基板11の一面11aに設けられたバイアス磁石12は、図6に示すように、第一出力部21および第二出力部22からそれぞれ出力される出力信号OUT1、OUT2をバイアス磁界の方向にシフトさせる。外部磁界が印加されない定常状態で、このバイアス磁界によるシフト量が、出力信号OUT1(a)と出力信号OUT2(a)との間になるようにする。これにより、正磁界の領域で動作するのは出力信号OUT1(a)だけとなり、出力信号OUT2(a)は負磁界で動作することになる。よって、出力信号OUT1(a)が正磁界による出力、出力信号OUT2(a)が負磁界による出力にすることができる。
As shown in FIG. 6, the
バイアス磁界が印加されない、つまりバイアス磁石を持たない従来の磁気スイッチでは、図9に示したように、出力信号がY軸に対して対称となるため、磁界の正負が判別できず、単に磁界の強度の絶対値だけしか検出できなかった。しかし、本発明の磁気スイッチ10のようにバイアス磁石12を設け、このバイアス磁石12により磁気抵抗素子13にバイアス磁界を印加させ、バイアス磁界によるシフト量を出力信号OUT1と出力信号OUT2との間に設定することで、正磁界と負磁界とを第一出力部21および第二出力部22からそれぞれ区別して出力することができる。これにより、磁気スイッチ10は、正磁界と負磁界を区別してスイッチング動作を行うことが可能になる。
In a conventional magnetic switch without a bias magnetic field, that is, without a bias magnet, the output signal is symmetric with respect to the Y axis, as shown in FIG. Only the absolute value of intensity could be detected. However, a
また、従来の正磁界と負磁界を区別して出力可能な磁気スイッチのように、ホールICを用いた磁気スイッチや、GMRセンサによる交換バイアスを利用した磁気スイッチと比較して、磁気抵抗素子13にバイアス磁界を印加するための手段として、半導体基板11の一面11aにバイアス磁石12を設けるだけでよいため、簡易な製造工程で低コストに正磁界と負磁界を区別して出力可能な磁気スイッチを製造することが可能になる。
Further, compared with a magnetic switch using a Hall IC or a magnetic switch using an exchange bias by a GMR sensor, such as a conventional magnetic switch that can output by distinguishing between a positive magnetic field and a negative magnetic field, the
更に、磁気抵抗素子13にバイアス磁界を印加するための手段として、ペースト磁石や焼結した薄膜磁石を用いる事によって、従来のバイアス磁界印加用のコイルを備えた磁気スイッチと比較して、動作時にコイルに電流を流し続ける必要もなく、消費電力の小さい磁気スイッチを実現することができる。
Further, as a means for applying a bias magnetic field to the
また、バイアス磁石12および磁気抵抗素子13は、いずれも半導体プロセスと親和性の高いプロセスを用いて形成することができるため、磁石と素子との位置関係を精度よく調整することが容易になる。また、いずれも半導体基板に積層されて一体化されるため、磁気スイッチ10を小型化することができる。
In addition, since both the
以下、バイアス磁石としてペースト磁石を用いた本発明の磁気スイッチの具体的な作成例を列記する。
1.まず、磁界の強さに応じて2つのスイッチ出力を持つMRセンサウエハを作製し、ウエハレベルパッケージ加工を行う。
2.次に、ウエハ裏面にペースト状の磁性体を印刷する。ペースト磁石の成分は、NdFeB磁石粉末とフェノールエポキシ樹脂との混合物であり、磁石と樹脂の配合比は重量比で75:25程度であればよい。
3.150℃のオーブンで30分間加熱する。加熱後のペースト磁石の膜厚は35〜40umであり、実装の妨げとならない程度の厚みが保たれている。
4.素子ごとに個片化(ダイシング)する。ここで、バンプを含んだチップの大きさは、例えば、0.97×0.97×0.5mm程度である。
5.各チップのスイッチング磁界を測定する。
6.印加磁界のコイル中でペースト磁石を着磁する。
7.着磁後のスイッチング磁界を測定する。
Hereinafter, specific preparation examples of the magnetic switch of the present invention using a paste magnet as a bias magnet will be listed.
1. First, an MR sensor wafer having two switch outputs according to the strength of the magnetic field is manufactured, and wafer level package processing is performed.
2. Next, a paste-like magnetic material is printed on the back surface of the wafer. The component of the paste magnet is a mixture of NdFeB magnet powder and phenol epoxy resin, and the blending ratio of the magnet and the resin may be about 75:25 by weight ratio.
3. Heat in an oven at 150 ° C. for 30 minutes. The thickness of the paste magnet after heating is 35 to 40 μm, and the thickness is maintained so as not to hinder mounting.
4). Divide into individual elements (dicing). Here, the size of the chip including the bump is, for example, about 0.97 × 0.97 × 0.5 mm.
5). Measure the switching magnetic field of each chip.
6). The paste magnet is magnetized in the coil of the applied magnetic field.
7). Measure the switching magnetic field after magnetization.
また、バイアス磁石として焼結した薄膜磁石を用いた本発明の磁気スイッチの具体的な作成例を列記する。なお、薄膜磁石は着磁済みのものを用いる場合である。
1.まず、磁界の強さに応じて2つのスイッチ出力を持つMRセンサウエハを作製し、ウエハレベルパッケージ加工を行う。
2.素子ごとに個片化(ダイシング)する。ここで、バンプを含んだチップの大きさは、例えば、0.97×0.97×0.5mm程度である。
3.各チップのスイッチング磁界を測定する。
4.チップ上にダイボンダー等を用い、焼結薄膜磁石をダイボンドする。焼結薄膜磁石の材料は例えば、NdFeB系、寸法は、例えば、0.8×0.6×0.3mm程度である。接着剤としては、例えば銀ペーストが好ましく使用可能である。
5.着磁後のスイッチング磁界を測定する。
Further, specific examples of producing the magnetic switch of the present invention using a sintered thin film magnet as a bias magnet will be listed. The thin film magnet is a magnetized one.
1. First, an MR sensor wafer having two switch outputs according to the strength of the magnetic field is manufactured, and wafer level package processing is performed.
2. Divide into individual elements (dicing). Here, the size of the chip including the bump is, for example, about 0.97 × 0.97 × 0.5 mm.
3. Measure the switching magnetic field of each chip.
4). A die bonder or the like is used to die-bond the sintered thin film magnet on the chip. The material of the sintered thin film magnet is, for example, NdFeB, and the size is, for example, about 0.8 × 0.6 × 0.3 mm. As the adhesive, for example, a silver paste can be preferably used.
5). Measure the switching magnetic field after magnetization.
本発明の磁気スイッチの着磁前後でのスイッチング磁界の動作比較を図7に示す。図7に示す波形図によれば、着磁前では、OUT1、OUT2は正磁界領域、負磁界領域にそれぞれ一対づつ存在するが、バイアス磁界印加により、着磁後は、負磁界で動作するのはOUT2だけとなり、正磁界と負磁界とを区別してスイッチング動作を行なえることが確認された。 FIG. 7 shows an operation comparison of switching magnetic fields before and after magnetization of the magnetic switch of the present invention. According to the waveform diagram shown in FIG. 7, OUT1 and OUT2 exist in pairs in the positive magnetic field region and the negative magnetic field region before magnetization, respectively, but operate with a negative magnetic field after magnetization by applying a bias magnetic field. Is only OUT2, and it was confirmed that the switching operation can be performed by distinguishing between the positive magnetic field and the negative magnetic field.
次に、本発明の磁気スイッチの着磁後のスイッチング磁界の動作を図8に示す。図8に示す波形図によれば、負磁界(−1〜−2mT)ではOUT2が動作し、正磁界(0.1〜0.5mT)では、OUT1が動作することから、磁界の強さに応じて2つのスイッチ出力を持つ磁気スイッチを用いて、正磁界および負磁界の判別が可能であることが確認された。適切なバイアス磁界を設定することにより、OUT1とOUT2のスイッチング磁界動作の絶対値を等しくすることが可能となる。 Next, the operation of the switching magnetic field after magnetization of the magnetic switch of the present invention is shown in FIG. According to the waveform diagram shown in FIG. 8, OUT2 operates in a negative magnetic field (−1 to −2 mT), and OUT1 operates in a positive magnetic field (0.1 to 0.5 mT). Accordingly, it was confirmed that a positive magnetic field and a negative magnetic field can be distinguished using a magnetic switch having two switch outputs. By setting an appropriate bias magnetic field, the absolute values of the switching magnetic field operations of OUT1 and OUT2 can be made equal.
適切なバイアス磁界の設定方法は、例えば、着磁磁界や材料の変更等により可能である。また、図8では、OUT1は磁界が3.5mTでスイッチングしていることから、3.5mT以上の磁界印加で、誤動作が生じることがわかる。一方、負磁界方向では、誤動作は生じない。バイアス磁石無しの状態でのOUT1とOUT2のスイッチング磁界を高磁界側に設定することで、誤動作を生じる磁界を高磁界側に設定することが可能となることが判明した。 An appropriate bias magnetic field setting method is possible by, for example, changing the magnetization magnetic field or material. Further, in FIG. 8, since OUT1 is switched at a magnetic field of 3.5 mT, it can be seen that malfunction occurs when a magnetic field of 3.5 mT or more is applied. On the other hand, no malfunction occurs in the negative magnetic field direction. It has been found that by setting the switching magnetic field of OUT1 and OUT2 without the bias magnet to the high magnetic field side, it is possible to set the magnetic field that causes a malfunction to the high magnetic field side.
10 磁気スイッチ、11 半導体基板、12 バイアス磁石、13 磁気抵抗素子、21 第一出力部、22 第二出力部。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記第一出力部から出力される第一出力信号と、前記第二出力部から出力される第二出力信号のうち、いずれか一方が正磁界、他方が負磁界でそれぞれ出力されるように、前記磁気抵抗素子に前記バイアス磁界を印加し、外部磁界が正磁界か負磁界かを区別して検出することを特徴とする磁界検出方法。 A semiconductor substrate, a magnetoresistive element formed on the semiconductor substrate, a bias magnet that applies a bias magnetic field to the magnetoresistive element, and a first output that outputs a voltage corresponding to the strength of an external magnetic field applied to the magnetoresistive element Using a magnetic switch having at least a first output portion and a second output portion,
Among the first output signal output from the first output unit and the second output signal output from the second output unit, either one is output as a positive magnetic field and the other is output as a negative magnetic field. A magnetic field detection method, wherein the bias magnetic field is applied to the magnetoresistive element to detect whether the external magnetic field is a positive magnetic field or a negative magnetic field.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008218986A JP2010056260A (en) | 2008-08-28 | 2008-08-28 | Magnetic switch and magnetic field detection method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008218986A JP2010056260A (en) | 2008-08-28 | 2008-08-28 | Magnetic switch and magnetic field detection method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010056260A true JP2010056260A (en) | 2010-03-11 |
Family
ID=42071870
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008218986A Pending JP2010056260A (en) | 2008-08-28 | 2008-08-28 | Magnetic switch and magnetic field detection method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2010056260A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016118409A (en) * | 2014-12-18 | 2016-06-30 | アルプス電気株式会社 | Magnetic sensing device |
JP2018004565A (en) * | 2016-07-07 | 2018-01-11 | 公益財団法人電磁材料研究所 | Magnetic sensor module |
US20220311425A1 (en) * | 2021-03-23 | 2022-09-29 | Ablic Inc. | Semiconductor device |
-
2008
- 2008-08-28 JP JP2008218986A patent/JP2010056260A/en active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016118409A (en) * | 2014-12-18 | 2016-06-30 | アルプス電気株式会社 | Magnetic sensing device |
JP2018004565A (en) * | 2016-07-07 | 2018-01-11 | 公益財団法人電磁材料研究所 | Magnetic sensor module |
US20220311425A1 (en) * | 2021-03-23 | 2022-09-29 | Ablic Inc. | Semiconductor device |
US11962302B2 (en) * | 2021-03-23 | 2024-04-16 | Ablic Inc. | Semiconductor device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2752676B1 (en) | Triaxial magnetic field sensor | |
JP6376995B2 (en) | Integrated sensor array | |
CN103543417B (en) | Integrated multi-layer magnetoresistive transducer and its manufacture method | |
JP6420665B2 (en) | Magnetoresistive sensor for measuring magnetic fields | |
EP3088907B1 (en) | High-sensitivity push-pull bridge magnetic sensor | |
US9739850B2 (en) | Push-pull flipped-die half-bridge magnetoresistive switch | |
JP5686635B2 (en) | Magnetic sensor and manufacturing method thereof | |
EP3062119B1 (en) | Push-pull bridge-type magnetic sensor for high-intensity magnetic fields | |
JP2014512003A (en) | Single-chip push-pull bridge type magnetic field sensor | |
JP2009520195A (en) | Magnetic field sensor arrangement and magnetic field non-contact measurement method | |
KR101122310B1 (en) | Magnetic sensor module and piston position detecting device | |
JP2016527503A (en) | Single magnetoresistor TMR magnetic field sensor chip and magnetic currency detector head | |
CN105527451B (en) | Magnetoresistive device | |
CN112904246B (en) | Magnetic sensor | |
JP6482023B2 (en) | Magnetic sensor | |
EP2159588A1 (en) | Magnetic detecting device, method for manufacturing magnetic detecting device, and angle detecting device, position detecting device and magnetic switch using the magnetic detecting device | |
JP5284024B2 (en) | Magnetic sensor | |
JP2014089088A (en) | Magnetoresistive effect element | |
JP2010056260A (en) | Magnetic switch and magnetic field detection method | |
JP4689516B2 (en) | Magnetic detector | |
JP2015197388A (en) | Flux gate type magnetometric sensor | |
JP5265689B2 (en) | Magnetically coupled isolator | |
JP5453198B2 (en) | Magnetic sensor | |
JP2009281784A (en) | Magnetometric sensor | |
JP2017187429A (en) | Magnetic sensor, and manufacturing method for the same |