JP2012063203A - Magnetic sensor - Google Patents

Magnetic sensor Download PDF

Info

Publication number
JP2012063203A
JP2012063203A JP2010206663A JP2010206663A JP2012063203A JP 2012063203 A JP2012063203 A JP 2012063203A JP 2010206663 A JP2010206663 A JP 2010206663A JP 2010206663 A JP2010206663 A JP 2010206663A JP 2012063203 A JP2012063203 A JP 2012063203A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
magnetic field
gmr
bias
insulating substrate
magnetic sensor
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
Application number
JP2010206663A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toshiyuki Ohashi
俊幸 大橋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kohden Co Ltd
Original Assignee
Kohden Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kohden Co Ltd filed Critical Kohden Co Ltd
Priority to JP2010206663A priority Critical patent/JP2012063203A/en
Publication of JP2012063203A publication Critical patent/JP2012063203A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Measuring Magnetic Variables (AREA)
  • Hall/Mr Elements (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetic sensor excellent in magnetic-field sensitivity anisotropy, wide-operation magnetic field, and output linearity.SOLUTION: The magnetic sensor 20 includes an insulating substrate 20, GMR elements 22a to 22d formed on the surface of the insulating substrate 20, and a bias magnet 24 disposed on the rear surface of the insulating layer 20. The GMR elements 22a to 22d are made of granular thin films folded to extend between one side and the other side. A bias magnetic field is applied from the bias magnet 24 in a longitudinal direction where the GMR elements 22a to 22d linearly extend. The granular thin films of the GMR elements 22a to 22d are formed by dispersing FeCo fine particles in an Ag mother phase.

Description

本発明は、磁界の大きさと正負の極性(方向)を測定するための磁気センサに関する。   The present invention relates to a magnetic sensor for measuring the magnitude and positive / negative polarity (direction) of a magnetic field.

従来から、電流検出装置や回転検出装置に、磁気センサを用いることはよく知られている。そして、このような磁気センサに、磁気抵抗効果素子を使用することも知られている。磁気抵抗効果素子は外部磁界の変化により抵抗値が変化する特性を備えており、抵抗値の変化を電圧変化として出力する。このような磁気センサの中には、出力を大きくするために、磁気抵抗効果素子として、GMR素子を用いたものがある。しかしながら、通常のGMR素子の電気抵抗変化は磁界の正負の極性に依存せず、等方的な特性を有しているため、GMR素子を用いた磁気センサでは、磁界の正負の2つの極性に対して同じ電気抵抗を示し、磁界の正負の極性を特定することができない。このため、さらに、GMR素子にバイアス磁界を印加することにより、外部磁界の大きさと正負の極性とを検出できるようにした磁気センサもある(例えば、特許文献1参照)。   Conventionally, it is well known to use a magnetic sensor in a current detection device or a rotation detection device. It is also known to use a magnetoresistive element for such a magnetic sensor. The magnetoresistive effect element has a characteristic that the resistance value is changed by a change in the external magnetic field, and outputs the change in the resistance value as a voltage change. Some of such magnetic sensors use GMR elements as magnetoresistive elements in order to increase the output. However, a change in electric resistance of a normal GMR element does not depend on the positive and negative polarities of the magnetic field and has isotropic characteristics. Therefore, in a magnetic sensor using a GMR element, the polarity of the magnetic field has two positive and negative polarities. On the other hand, the same electric resistance is shown, and the positive and negative polarities of the magnetic field cannot be specified. For this reason, there is also a magnetic sensor that can detect the magnitude and positive / negative polarity of the external magnetic field by applying a bias magnetic field to the GMR element (see, for example, Patent Document 1).

この磁気センサ(磁界センサ)では、基板の上面に、軟磁性薄膜と硬磁性薄膜との多層膜からなる一対の磁界発生源を間隔を保って形成し、各磁界発生源の上面にそれぞれ軟磁性薄膜を形成している。そして、基板の上面における一対の磁界発生源と一対の軟磁性膜との間に、GMR素子(巨大磁気抵抗薄膜)を形成している。この磁気センサによると、磁界発生源によって、GMR素子にバイアス磁界を印加することができる。そして、GMR素子にバイアス磁界を印加することによって、磁界の正負の極性の違いによって磁気センサの出力に違いを発生させることができる。この結果、外部磁界の大きさと正負の極性の双方を検出できる。   In this magnetic sensor (magnetic field sensor), a pair of magnetic field generation sources consisting of a multilayer film of a soft magnetic thin film and a hard magnetic thin film are formed on the upper surface of the substrate at intervals, and the soft magnetic film is formed on the upper surface of each magnetic field source. A thin film is formed. A GMR element (giant magnetoresistive thin film) is formed between the pair of magnetic field generation sources and the pair of soft magnetic films on the upper surface of the substrate. According to this magnetic sensor, a bias magnetic field can be applied to the GMR element by the magnetic field generation source. Then, by applying a bias magnetic field to the GMR element, it is possible to generate a difference in the output of the magnetic sensor due to the difference in the polarity of the magnetic field. As a result, both the magnitude of the external magnetic field and the positive and negative polarities can be detected.

特開2003−78187号公報JP 2003-78187 A

しかしながら、前述した磁気センサは、まだ、磁界感度異方性、広動作磁界および出力直線性の点において、十分なものでなく、GMR素子の形状や、GMR素子に印加するバイアス磁界の方向、GMR素子を構成する材料等に改良の余地がある。   However, the magnetic sensor described above is still not sufficient in terms of magnetic field anisotropy, wide operating magnetic field and output linearity, and the shape of the GMR element, the direction of the bias magnetic field applied to the GMR element, the GMR There is room for improvement in materials constituting the element.

本発明は、このような問題に対処するためになされたもので、その目的は、磁界感度異方性、広動作磁界および出力直線性に優れた磁気センサを提供することにある。なお、下記本発明の各構成要件の記載において、本発明の理解を容易にするために、実施形態の対応箇所の符号を括弧内に記載しているが、本発明の各構成要件は、実施形態の符号によって示された対応箇所の構成に限定解釈されるべきものではない。   The present invention has been made to cope with such problems, and an object thereof is to provide a magnetic sensor excellent in magnetic field sensitivity anisotropy, wide operating magnetic field, and output linearity. In addition, in the description of each constituent element of the present invention below, in order to facilitate understanding of the present invention, reference numerals of corresponding portions of the embodiment are described in parentheses, but each constituent element of the present invention is The present invention should not be construed as being limited to the configurations of the corresponding portions indicated by the reference numerals of the forms.

前述した目的を達成するため、本発明に係る磁気センサ(20,40,40a)の構成上の特徴は、絶縁基板(21,41)と、絶縁基板の表面に形成され、一方側と他方側との間を折り返しながら延びる線状の高透磁率グラニュラ薄膜からなるGMR素子(22a〜22d,42a,42b,62a〜62d,72a〜72d)と、絶縁基板の近傍に配置され、GMR素子の線状が延びる長手方向にバイアス磁界を印加するバイアス磁界印加手段(24,44)とを備えたことにある。   In order to achieve the above-described object, the structural features of the magnetic sensor (20, 40, 40a) according to the present invention are formed on the surface of the insulating substrate (21, 41) and the insulating substrate, one side and the other side. GMR elements (22a to 22d, 42a, 42b, 62a to 62d, 72a to 72d) made of linear high-permeability granular thin films that extend while being folded between and an insulating substrate, and the lines of the GMR elements And a bias magnetic field applying means (24, 44) for applying a bias magnetic field in the longitudinal direction in which the shape extends.

本発明に係る磁気センサでは、GMR素子をグラニュラ薄膜で構成している。このグラニュラ薄膜は、製作が容易で、磁界に対して電気抵抗が変化する磁界感度に優れているが、磁化が飽和し難く外部磁界による反磁界が小さいため、形状による感度異方性は小さい。このため、本発明に係る磁気センサでは、GMR素子を、一方側と他方側との間を折り返しながら延びる線状に形成している。これによって、GMR素子は、線状が延びる長手方向と、その長手方向に直交する短手方向とに、形状異方性を有するようになる。さらに、バイアス磁界印加手段によって、GMR素子が延びる長手方向にバイアス磁界を印加することで、GMR素子を飽和に近い磁化状態にして反磁界効果を強め感度の形状異方性を増大させている。これによって、感度異方性に優れ磁界の正負の極性(方向)も検知可能な磁気センサが得られる。   In the magnetic sensor according to the present invention, the GMR element is composed of a granular thin film. This granular thin film is easy to manufacture and has excellent magnetic field sensitivity in which the electrical resistance changes with respect to the magnetic field, but since the magnetization is difficult to saturate and the demagnetizing field due to the external magnetic field is small, the sensitivity anisotropy due to the shape is small. For this reason, in the magnetic sensor according to the present invention, the GMR element is formed in a linear shape extending while being folded between one side and the other side. As a result, the GMR element has shape anisotropy in the longitudinal direction in which the linear shape extends and in the short direction perpendicular to the longitudinal direction. Further, by applying a bias magnetic field in the longitudinal direction in which the GMR element extends by the bias magnetic field applying means, the GMR element is magnetized close to saturation, the demagnetizing effect is enhanced, and the shape anisotropy of sensitivity is increased. As a result, a magnetic sensor having excellent sensitivity anisotropy and capable of detecting positive and negative polarities (directions) of the magnetic field can be obtained.

また、バイアス磁界を印加してGMR素子を飽和に近い磁化状態にすることにより動作磁界範囲での磁気ヒステリシスの発生を抑えることができる。これによって、磁界が増加したときに蓄えられた磁界空間内のエネルギーが、磁界が減少するときにそのまま出てくるようになりエネルギーの損失が少なくなる。また、GMR素子の透磁率が高くなる磁界範囲では、GMR素子の長手方向と短手方向の抵抗変化率(感度)に優位差が生じる。このため、GMR素子の透磁率は、例えば、10以上になるようにすることが好ましい。すなわち、本発明に係る磁気センサでは、前述した構成を備えることにより、飽和に近い磁化状態にすることができ、これによって、GMR素子の透磁率を高くしても、その長手方向は反磁界の影響を受けにくく、ヒステリシスの少ない動作磁界範囲を得ることができる。なお、本発明に係るバイアス磁界印加手段としては、バイアス磁石や磁気コイル等を用いることができる。   Moreover, the occurrence of magnetic hysteresis in the operating magnetic field range can be suppressed by applying a bias magnetic field to bring the GMR element into a magnetization state close to saturation. As a result, the energy in the magnetic field space stored when the magnetic field is increased comes out as it is when the magnetic field is decreased, and energy loss is reduced. Further, in the magnetic field range in which the permeability of the GMR element is high, there is a difference in resistance change rate (sensitivity) between the longitudinal direction and the short direction of the GMR element. For this reason, it is preferable that the magnetic permeability of the GMR element is, for example, 10 or more. That is, in the magnetic sensor according to the present invention, by providing the above-described configuration, it is possible to make the magnetization state close to saturation. Thus, even if the permeability of the GMR element is increased, the longitudinal direction is a demagnetizing field. An operating magnetic field range with less hysteresis and less hysteresis can be obtained. As the bias magnetic field applying means according to the present invention, a bias magnet, a magnetic coil or the like can be used.

また、本発明に係る磁気センサの他の構成上の特徴は、GMR素子を構成するグラニュラ薄膜が、Agからなる母相中に、FeCoからなる微粒子を分散させて構成されたものであることにある。この材料を用いることにより、磁界感度が高く、外部磁界の変化に敏感に反応するGMR素子を得ることができる。この場合、GMR素子を構成する材料の原子組成比を、Ag70%に対して、Fe、Coをそれぞれ15%程度に設定することが好ましい。   Another structural feature of the magnetic sensor according to the present invention is that the granular thin film constituting the GMR element is constituted by dispersing fine particles made of FeCo in a matrix phase made of Ag. is there. By using this material, it is possible to obtain a GMR element that has high magnetic field sensitivity and responds sensitively to changes in the external magnetic field. In this case, it is preferable to set the atomic composition ratio of the material constituting the GMR element to about 15% for Fe and Co with respect to 70% for Ag.

また、本発明に係る磁気センサのさらに他の構成上の特徴は、GMR素子の線状が延びる長手方向に外部磁界を印加したときに、GMR素子に発生する抵抗値に基づいて外部磁界の大きさと正負の極性とを検出することにある。   Still another structural feature of the magnetic sensor according to the present invention is that the magnitude of the external magnetic field is based on the resistance value generated in the GMR element when an external magnetic field is applied in the longitudinal direction in which the linear shape of the GMR element extends. And detecting positive and negative polarities.

本発明に係る磁気センサでは、GMR素子を長手方向と短手方向とを備えた形状に形成することにより、GMR素子に形状異方性を持たせるとともに、GMR素子の長手方向にバイアス磁界を印加することによって、感度の形状異方性を増大させ、さらに、外部磁界をGMR素子に印加して外部磁界の大きさと正負の極性とを検出するようにしている。   In the magnetic sensor according to the present invention, the GMR element is formed in a shape having a longitudinal direction and a short direction, thereby giving the GMR element a shape anisotropy and applying a bias magnetic field in the longitudinal direction of the GMR element. Thus, the shape anisotropy of sensitivity is increased, and an external magnetic field is applied to the GMR element to detect the magnitude and positive / negative polarity of the external magnetic field.

GMR素子にバイアス磁界を印加して動作させる場合、外部磁界に対する実動作磁界の大きさと方向とは、バイアス磁界と外部磁界との大きさと方向との合成ベクトルとなり、それぞれのベクトル成分の和から算出される。また、感度の形状異方性に優れたGMR素子とは、外部磁界のベクトルのうち、バイアス磁界方向の成分の強度をより正確に検出できるものであるといえる。言い換えると、外部磁界のベクトルのうち、バイアス磁界方向に直交する成分が大きくなるほどバイアス磁界方向に対する磁化方向の変動が大きくなり正確な感度方向成分の検出が困難になる。本発明に係る磁気センサは、バイアス磁界をGMR素子の長手方向に印加することにより、外部磁界のベクトルのうち、バイアス磁界方向の成分の強度と正負の極性とをより正確に検出できるようにしたものである。この場合、バイアス磁界を大きくするほど、外部磁界におけるバイアス磁界方向に直交する成分の影響を小さくすることができる。   When operating a GMR element by applying a bias magnetic field, the magnitude and direction of the actual operating magnetic field with respect to the external magnetic field is a composite vector of the magnitude and direction of the bias magnetic field and the external magnetic field, and is calculated from the sum of the respective vector components. Is done. In addition, it can be said that a GMR element excellent in sensitivity shape anisotropy can more accurately detect the intensity of a component in the bias magnetic field direction of an external magnetic field vector. In other words, among the vectors of the external magnetic field, the larger the component orthogonal to the bias magnetic field direction, the greater the variation in the magnetization direction with respect to the bias magnetic field direction, making it difficult to accurately detect the sensitivity direction component. In the magnetic sensor according to the present invention, by applying a bias magnetic field in the longitudinal direction of the GMR element, it is possible to more accurately detect the intensity and positive / negative polarity of the component in the bias magnetic field direction among the vectors of the external magnetic field. Is. In this case, as the bias magnetic field is increased, the influence of the component perpendicular to the bias magnetic field direction in the external magnetic field can be reduced.

また、本発明に係る磁気センサのさらに他の構成上の特徴は、バイアス磁界印加手段を、磁極面の磁気中心を絶縁基板(21)の中心に合わせた状態で絶縁基板に対向して配置されたバイアス磁石(24)で構成して、GMR素子(22a〜22d)を、絶縁基板の中心点で直交し磁極面に平行に延びる2つの軸に沿い中心点からそれぞれ同一距離の位置にそれぞれ形成された4つのもので構成し、2つの軸の各軸に沿ってそれぞれ設けた2つのGMR素子を直列に接続して2つのブリッジ回路を構成し、2つのブリッジ回路の両端に電源電圧を印加して、2つのGMR素子の接続点からそれぞれ出力信号を取り出すようにしたことにある。   Further, another structural feature of the magnetic sensor according to the present invention is that the bias magnetic field applying means is arranged facing the insulating substrate in a state where the magnetic center of the magnetic pole surface is aligned with the center of the insulating substrate (21). The GMR elements (22a to 22d) are formed at the same distance from the central point along two axes extending perpendicular to the central point of the insulating substrate and parallel to the magnetic pole surface. The two bridge circuits are configured by connecting two GMR elements provided along each of the two axes in series, and a power supply voltage is applied to both ends of the two bridge circuits. Thus, the output signals are respectively taken out from the connection points of the two GMR elements.

本発明によると、例えば、回転軸に磁石を設置して、回転軸の回転に伴って変化する磁界を検出すると、2つのブリッジ回路から得られる出力信号は、位相差を持つ余弦波と正弦波になるため、回転軸の回転方向、回転数および回転角を検出することができる。これによると、磁界感度異方性、広動作磁界および出力直線性に優れた回転センサとしての機能を備えた磁気センサを得ることができる。また、バイアス磁界印加手段として、バイアス磁石を用いることにより、磁気センサの構成が簡単になる。   According to the present invention, for example, when a magnet is installed on the rotating shaft and a magnetic field that changes as the rotating shaft rotates is detected, the output signals obtained from the two bridge circuits are a cosine wave and a sine wave having a phase difference. Therefore, the rotation direction, rotation speed, and rotation angle of the rotation shaft can be detected. According to this, a magnetic sensor having a function as a rotation sensor excellent in magnetic field sensitivity anisotropy, wide operating magnetic field and output linearity can be obtained. Further, by using a bias magnet as the bias magnetic field applying means, the configuration of the magnetic sensor is simplified.

また、本発明に係る磁気センサのさらに他の構成上の特徴は、バイアス磁界印加手段を、絶縁基板(41)の裏面に沿って着磁されたバイアス磁石(44)で構成して、GMR素子(42a,42b)を、絶縁基板の表面におけるバイアス磁石の両極に対応する部分にそれぞれ形成された2つのもので構成し、2つのGMR素子を直列に接続してブリッジ回路を構成し、ブリッジ回路の両端に電源電圧を印加して、GMR素子の接続点からそれぞれ出力信号を取り出すようにしたことにある。   Still another structural feature of the magnetic sensor according to the present invention is that the bias magnetic field applying means is composed of a bias magnet (44) magnetized along the back surface of the insulating substrate (41), so that a GMR element is provided. (42a, 42b) is composed of two parts respectively formed on portions corresponding to both poles of the bias magnet on the surface of the insulating substrate, and two GMR elements are connected in series to form a bridge circuit. The power supply voltage is applied to both ends of the GMR element, and the output signals are respectively taken out from the connection points of the GMR elements.

本発明によると、例えば、絶縁基板の近傍に導電体を設置して、この導電体に電流を流すと、ブリッジ回路から得られる出力信号は、導電体を通過する電流の大きさに応じた電圧として出力される。これによると、磁界感度異方性、広動作磁界および出力直線性に優れた電流センサとしての機能を備えた磁気センサを得ることができる。また、バイアス磁界印加手段として、バイアス磁石を用いることにより、磁気センサの構成が簡単になる。   According to the present invention, for example, when a conductor is installed in the vicinity of an insulating substrate and a current is passed through the conductor, the output signal obtained from the bridge circuit is a voltage corresponding to the magnitude of the current passing through the conductor. Is output as According to this, a magnetic sensor having a function as a current sensor excellent in magnetic field sensitivity anisotropy, wide operating magnetic field, and output linearity can be obtained. Further, by using a bias magnet as the bias magnetic field applying means, the configuration of the magnetic sensor is simplified.

本発明の第1実施形態に係る磁気センサを備えたセンサチップパッケージの内部を示した平面図である。It is the top view which showed the inside of the sensor chip package provided with the magnetic sensor which concerns on 1st Embodiment of this invention. 図1の2−2断面図である。It is 2-2 sectional drawing of FIG. 磁気センサを示した平面図である。It is the top view which showed the magnetic sensor. 図3に示した磁気センサのブリッジ回路であり、(a)はX方向のブリッジ回路、(b)はY方向のブリッジ回路である。3 is a bridge circuit of the magnetic sensor shown in FIG. 3, (a) is a bridge circuit in the X direction, and (b) is a bridge circuit in the Y direction. GMR素子に外部磁界を印加したときの磁界の大きさと抵抗値との関係を示しており、(a)は長手方向に印加したときのグラフ、(b)は短手方向に印加したときのグラフである。The relationship between the magnitude of the magnetic field and the resistance value when an external magnetic field is applied to the GMR element is shown, (a) is a graph when applied in the longitudinal direction, and (b) is a graph when applied in the short direction. It is. GMR素子の印加磁界と磁化の大きさとの関係を示したグラフである。It is the graph which showed the relationship between the applied magnetic field of a GMR element, and the magnitude | size of magnetization. バイアス磁界が印加されたGMR素子に外部磁界を印加したときの磁界と抵抗値との関係を示しており、(a)は長手方向に印加したときのグラフ、(b)は短手方向に印加したときのグラフである。The relationship between the magnetic field and the resistance value when an external magnetic field is applied to a GMR element to which a bias magnetic field is applied is shown, (a) is a graph when applied in the longitudinal direction, and (b) is applied in the short direction. It is a graph when doing. 大きなバイアス磁界が印加されたGMR素子に外部磁界を印加したときの磁界と抵抗値との関係を示しており、(a)は長手方向に印加したときのグラフ、(b)は短手方向に印加したときのグラフである。The relationship between the magnetic field and the resistance value when an external magnetic field is applied to the GMR element to which a large bias magnetic field is applied is shown. (A) is a graph when applied in the longitudinal direction, and (b) is the lateral direction. It is a graph when applying. 印加磁界と磁気センサの出力との関係を示したグラフであり、(a)はX方向に外部磁界を印加した場合を示し、(b)はY方向に外部磁界を印加した場合を示している。It is the graph which showed the relationship between an applied magnetic field and the output of a magnetic sensor, (a) shows the case where an external magnetic field is applied to the X direction, (b) shows the case where an external magnetic field is applied to the Y direction. . 渦巻き状のGMR素子が形成された磁気センサを備えたセンサチップパッケージで回転磁界を計測した結果を示したグラフであり、(a)は外部磁石の回転角と出力との関係を示し、(b)は外部磁石の回転角と角度誤差との関係を示している。It is the graph which showed the result of having measured the rotating magnetic field with the sensor chip package provided with the magnetic sensor in which the spiral GMR element was formed, (a) shows the relation between the rotation angle of an external magnet, and the output, (b ) Shows the relationship between the rotation angle of the external magnet and the angle error. 図1に示したセンサチップパッケージで回転磁界を計測した結果を示したグラフであり、(a)は外部磁石の回転角と出力との関係を示し、(b)は外部磁石の回転角と角度誤差との関係を示している。2 is a graph showing a result of measuring a rotating magnetic field with the sensor chip package shown in FIG. 1, wherein (a) shows the relationship between the rotation angle and output of the external magnet, and (b) shows the rotation angle and angle of the external magnet. The relationship with error is shown. 大きなバイアス磁界が印加された磁気センサを備えたセンサチップパッケージで回転磁界を計測した結果を示したグラフであり、(a)は外部磁石の回転角と出力との関係を示し、(b)は外部磁石の回転角と角度誤差との関係を示している。It is the graph which showed the result of having measured the rotation magnetic field with the sensor chip package provided with the magnetic sensor to which a big bias magnetic field was applied, (a) shows the relation between the rotation angle of an external magnet, and the output, (b) The relationship between the rotation angle of an external magnet and an angle error is shown. 本発明の第2実施形態に係る磁気センサを備えたセンサチップパッケージの内部を示した平面図である。It is the top view which showed the inside of the sensor chip package provided with the magnetic sensor which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 図13の14−14断面図である。It is 14-14 sectional drawing of FIG. 図13に示した磁気センサのブリッジ回路である。It is a bridge circuit of the magnetic sensor shown in FIG. 図13に示したセンサチップパッケージの印加電流と磁気センサの出力との関係を示したグラフであり、(a)は大きな印加電流の場合を示し、(b)は微小印加電流の場合を示している。14 is a graph showing the relationship between the applied current of the sensor chip package shown in FIG. 13 and the output of the magnetic sensor, where (a) shows the case of a large applied current and (b) shows the case of a small applied current. Yes. 第2実施形態の変形例に係るセンサチップパッケージの内部を示した平面図である。It is the top view which showed the inside of the sensor chip package which concerns on the modification of 2nd Embodiment. 図17の18−18断面図である。It is 18-18 sectional drawing of FIG. 図17に示したセンサチップパッケージの印加電流と磁気センサの出力との関係を示したグラフである。18 is a graph showing the relationship between the applied current of the sensor chip package shown in FIG. 17 and the output of the magnetic sensor. フルブリッジ回路を備えた電流センサを示した平面図である。It is the top view which showed the current sensor provided with the full bridge circuit. 他のフルブリッジ回路を備えた電流センサを示した平面図である。It is the top view which showed the current sensor provided with the other full bridge circuit.

(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態を図面を用いて説明する。図1および図2は、第1実施形態に係る磁気センサ20を備えたセンサチップパッケージ10を示しており、この磁気センサ20は回転センサとして用いられている。なお、図1は、センサチップパッケージ10の内部の主要部分を示した平面図であり、以後、本実施形態においては、前後左右の方向は、図1に基づいて説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 and 2 show a sensor chip package 10 including a magnetic sensor 20 according to the first embodiment, and the magnetic sensor 20 is used as a rotation sensor. FIG. 1 is a plan view showing the main part inside the sensor chip package 10, and in the present embodiment, the front-rear and left-right directions will be described with reference to FIG.

センサチップパッケージ10は、エポキシ樹脂からなるパッケージ本体11と、パッケージ本体11の内部から外部にかけて設置されたリードフレーム12と、リードフレーム12に取り付けられた磁気センサ20と、パッケージ本体11の内部と外部とにかけて設置された8個のリードフレーム端子13a〜13hと、磁気センサ20とリードフレーム端子13a〜13hとをそれぞれ接続する8本の配線14a〜14hとで構成されている。   The sensor chip package 10 includes a package body 11 made of epoxy resin, a lead frame 12 installed from the inside of the package body 11 to the outside, a magnetic sensor 20 attached to the lead frame 12, and an inside and outside of the package body 11. And 8 lead frame terminals 13a to 13h, and 8 wires 14a to 14h for connecting the magnetic sensor 20 and the lead frame terminals 13a to 13h, respectively.

リードフレーム12は、導電体、例えば銅からなっており、パッケージ本体11内の中央に配置された四角板状のフレーム本体12aと、フレーム本体12aの前部からパッケージ本体11の外部に延びる突出端部12bと、フレーム本体12aの後部からパッケージ本体11の外部に延びる突出端部12cとで構成されている。突出端部12b,12cは、リードフレーム12の周囲にエポキシ樹脂を流し込んで、リードフレーム12をパッケージ本体11内に固定する際に、リードフレーム12を支持するために形成されている。   The lead frame 12 is made of a conductor, such as copper, and has a square plate-like frame body 12a disposed in the center of the package body 11, and a projecting end extending from the front of the frame body 12a to the outside of the package body 11. It comprises a portion 12b and a projecting end portion 12c extending from the rear portion of the frame main body 12a to the outside of the package main body 11. The protruding end portions 12 b and 12 c are formed to support the lead frame 12 when epoxy resin is poured around the lead frame 12 and the lead frame 12 is fixed in the package body 11.

リードフレーム端子13a〜13hは、接続用の端子を構成するもので、リードフレーム12と同様、銅で構成されている。リードフレーム端子13a〜13hは、パッケージ本体11の左右に4個ずつ左右対象に配置されており、それぞれがパッケージ本体11の外部から内部に向かって左右に延びる部分とパッケージ本体11の内部でフレーム本体12aの周縁部に沿った方向に延びる部分とで構成されている。四隅に位置するリードフレーム端子13a,13d,13e,13hにおけるフレーム本体12aの周縁部に沿った部分は、それぞれフレーム本体12aの角部に沿った略L形に形成されている。また、それ以外のリードフレーム端子13b,13c,13f,13gにおけるフレーム本体12aの周縁部に沿った部分は、それぞれ前後方向の中央部が左右に延びる部分の端部に位置するI形に形成されている。   The lead frame terminals 13 a to 13 h constitute connection terminals, and are made of copper like the lead frame 12. Four lead frame terminals 13 a to 13 h are arranged on the left and right sides of the package main body 11, and each of the lead frame terminals 13 a to 13 h extends from the outside to the inside of the package main body 11 and the frame main body 11 inside the package main body 11. It is comprised by the part extended in the direction along the peripheral part of 12a. The portions of the lead frame terminals 13a, 13d, 13e, and 13h located at the four corners along the peripheral edge of the frame main body 12a are each formed in a substantially L shape along the corner of the frame main body 12a. Further, the other lead frame terminals 13b, 13c, 13f, and 13g are formed in an I shape in which the central portion in the front-rear direction is located at the end of the left and right portions of the frame body 12a. ing.

磁気センサ20は、フレーム本体12aの中央部分に設置されており、図3に示した構成をしている。磁気センサ20は、フレーム本体12aの上面に設置された絶縁基板21と、絶縁基板21の上面における前後方向の中央の左右および左右方向の中央の前後にそれぞれ形成されたGMR素子22a〜22dと、絶縁基板21の上面における四隅にそれぞれ2個ずつ形成された8個の電極23a〜23hとを備えている。そして、フレーム本体12aの下面における、絶縁基板21の下方にバイアス磁石24が設置されている。   The magnetic sensor 20 is installed in the center portion of the frame body 12a and has the configuration shown in FIG. The magnetic sensor 20 includes an insulating substrate 21 installed on the upper surface of the frame main body 12a, GMR elements 22a to 22d formed on the upper and lower sides of the upper surface of the insulating substrate 21 in the center left and right direction and the center in the left and right direction, respectively. Eight electrodes 23a to 23h are formed at two corners on the upper surface of the insulating substrate 21, respectively. A bias magnet 24 is installed below the insulating substrate 21 on the lower surface of the frame body 12a.

すなわち、磁気センサ20は、フレーム本体12aの上面に設置された絶縁基板21側部分と、フレーム本体12aの下面に設置されたバイアス磁石24とで構成されており、絶縁基板21とバイアス磁石24とは、それぞれ中心を中心点Oに合わせた状態でダイボンドによってフレーム本体12aに固定されている。絶縁基板21は、シリコン、ガラス、セラミック等の絶縁体材料からなる正方形の板状体で構成されており、前後方向の長さおよび左右方向の長さがそれぞれ1.8mmに設定され、厚みが0.4mmに設定されている。この絶縁基板21は、パッケージ本体11の左右および前後の中央に位置するようにして、フレーム本体12aの上面に設置されている。   That is, the magnetic sensor 20 includes a portion on the side of the insulating substrate 21 installed on the upper surface of the frame body 12a and a bias magnet 24 installed on the lower surface of the frame body 12a. Are fixed to the frame body 12a by die bonding with their centers aligned with the center point O. The insulating substrate 21 is formed of a square plate-like body made of an insulating material such as silicon, glass, ceramic, etc. The length in the front-rear direction and the length in the left-right direction are each set to 1.8 mm, and the thickness is It is set to 0.4 mm. The insulating substrate 21 is installed on the upper surface of the frame body 12a so as to be positioned at the center of the package body 11 on the left and right and front and rear sides.

また、GMR素子22a〜22dは、Ag−FeCoからなる線状のグラニュラ薄膜で構成されており、スパッタリング法を用いて成膜されることにより、絶縁基板21の表面に形成されている。GMR素子22a〜22dのうちの、GMR素子22a,22bは左右対称に配置され、GMR素子22c,22dは前後対称に配置されている。すなわち、絶縁基板21の表面において、中心点Oを通り左右に延びる方向をX軸とし、前後に延びる方向をY軸としたときに、GMR素子22a,22bはX軸上に位置し、GMR素子22c,22dはY軸上に位置する。また、GMR素子22a〜22dは、それぞれ中心点Oから同一距離の位置に配置されている。   The GMR elements 22a to 22d are composed of a linear granular thin film made of Ag—FeCo, and are formed on the surface of the insulating substrate 21 by being formed using a sputtering method. Of the GMR elements 22a to 22d, the GMR elements 22a and 22b are arranged symmetrically, and the GMR elements 22c and 22d are arranged symmetrically. That is, on the surface of the insulating substrate 21, the GMR elements 22 a and 22 b are positioned on the X axis when the direction extending through the center point O and extending in the left and right directions is the X axis and the direction extending in the front and rear directions is the Y axis. 22c and 22d are located on the Y axis. The GMR elements 22a to 22d are arranged at the same distance from the center point O, respectively.

GMR素子22a〜22dは、それぞれ複数の折り返し部がある線状に形成されている。GMR素子22aは、電極23b,23c間に配置されており、電極23b側の右後部から左側に一直線状に一定長さ延びたのちに折り返して、前述した一直線状に延びた線から前方に間隔を保って右側に延び、さらに折り返して左側に延びるといったように後方に位置する線から間隔を保ってジグザグに左右に延びたのちに電極23c側の右前部に延びる全体形状が四角形の線状薄膜で構成されている。GMR素子22aの両端部は、導電部25b,25cによって電極23b,23cに接続されている。   Each of the GMR elements 22a to 22d is formed in a linear shape having a plurality of folded portions. The GMR element 22a is disposed between the electrodes 23b and 23c, extends a certain length in a straight line from the right rear portion on the electrode 23b side to the left side, then turns back, and is spaced forward from the straight line described above. A linear thin film that extends to the right front side on the electrode 23c side after extending zigzag to the right and left at a distance from a line positioned at the rear, such as extending to the right side while maintaining the right side and extending to the left side. It consists of Both end portions of the GMR element 22a are connected to the electrodes 23b and 23c by the conductive portions 25b and 25c.

同様にして、GMR素子22bは、線状の長手方向を左右方向に向けて配置され、その両端部は、導電部25f,25gによって電極23f,23gに接続されている。また、GMR素子22c,22dは、線状の長手方向を前後方向に向けて配置されており、GMR素子22cの両端部は、導電部25d,25eによって電極23d,23eに接続され、GMR素子22dの両端部は、導電部25a,25hによって電極23a,23hに接続されている。この磁気センサ20では、GMR素子22a〜22dの全ての端部は、絶縁基板21の内部側に位置している。   Similarly, the GMR element 22b is arranged with the linear longitudinal direction facing the left-right direction, and both ends thereof are connected to the electrodes 23f, 23g by the conductive portions 25f, 25g. Further, the GMR elements 22c and 22d are arranged with the linear longitudinal direction facing the front-rear direction, and both ends of the GMR element 22c are connected to the electrodes 23d and 23e by the conductive parts 25d and 25e, and the GMR element 22d Both ends of are connected to electrodes 23a and 23h by conductive portions 25a and 25h. In the magnetic sensor 20, all end portions of the GMR elements 22 a to 22 d are located on the inner side of the insulating substrate 21.

GMR素子22a〜22dの成膜は、スパッタリング装置(図示せず)を用いて行われる。すなわち、スパッタリング装置に備わった真空チャンバー内にアルゴンガスを導入しながら絶縁基板21とAg−FeCoからなるターゲットとの間に高電圧を印加し、イオン化したアルゴンをターゲットに衝突させて、はじき飛ばされたターゲット物質を絶縁基板21に成膜させることによりGMR素子22a〜22dが形成される。この場合のターゲットは、Agターゲット上にFeCo合金を載置した複合ターゲットであり、これによって、Agからなる母相中に、FeCoからなる微粒子が分散したグラニュラ薄膜からなるGMR素子22a〜22dが得られる。この場合、GMR素子22a〜22dに含まれるAg、Fe、Coの比率は、原子組成比で、Ag70Fe15Co15 atm%程度に設定しておく。 The GMR elements 22a to 22d are formed using a sputtering apparatus (not shown). That is, a high voltage was applied between the insulating substrate 21 and the target made of Ag-FeCo while introducing argon gas into the vacuum chamber provided in the sputtering apparatus, and the ionized argon was collided with the target and was blown off. GMR elements 22a to 22d are formed by depositing a target material on the insulating substrate 21. The target in this case is a composite target in which an FeCo alloy is placed on an Ag target, thereby obtaining GMR elements 22a to 22d made of a granular thin film in which fine particles made of FeCo are dispersed in a parent phase made of Ag. It is done. In this case, Ag included in the GMR element 22a to 22d, Fe, the ratio of Co is the atomic composition ratio, is set to approximately Ag 70 Fe 15 Co 15 atm% .

電極23a〜23hおよび導電部25a〜25hは、それぞれ薄い銅板からなっている。そして、各電極23a〜23hは、それぞれ、配線14a〜14hを介したワイヤボンドによって、近傍に位置するリードフレーム端子13a〜13hに接続されている。また、GMR素子22a,22bは、導電部25b,25c,25f,25g、電極23b,23c,23f,23g、配線14b,14c,14f,14gおよびリードフレーム端子13b,13c,13f,13gを介して直列に接続されており、これによって、図4(a)に示したハーフブリッジ回路が形成されている。同様に、GMR素子22c,22dは、導電部25a,25d,25e,25h、電極23a,23d,23e,23h、配線14a,14d,14e,14hおよびリードフレーム端子13a,13d,13e,13hを介して直列に接続されており、これによって、図4(b)に示したハーフブリッジ回路が形成されている。   The electrodes 23a to 23h and the conductive portions 25a to 25h are each made of a thin copper plate. The electrodes 23a to 23h are connected to lead frame terminals 13a to 13h located in the vicinity by wire bonds via the wirings 14a to 14h, respectively. The GMR elements 22a and 22b are connected to the conductive portions 25b, 25c, 25f, and 25g, the electrodes 23b, 23c, 23f, and 23g, the wirings 14b, 14c, 14f, and 14g, and the lead frame terminals 13b, 13c, 13f, and 13g. The half-bridge circuit shown in FIG. 4A is formed by connecting them in series. Similarly, the GMR elements 22c and 22d are connected to the conductive portions 25a, 25d, 25e, and 25h, the electrodes 23a, 23d, 23e, and 23h, the wirings 14a, 14d, 14e, and 14h, and the lead frame terminals 13a, 13d, 13e, and 13h. Thus, the half bridge circuit shown in FIG. 4B is formed.

電極23a,23bには、それぞれリードフレーム端子13a,13bから5Vの電源電圧が供給されるようになっている。また、電極23e,23gは、それぞれリードフレーム端子13e,13gを介して接地されるようになっている。電極23c,23fは、それぞれリードフレーム端子13c,13fを介して出力端子となり、電極23d,23hは、それぞれリードフレーム端子13d,13hを介して出力端子となる。リードフレーム端子13c,13fは、配線(図示せず)を介して接続されその接続点からX軸方向の出力信号Vxが取り出される。また、リードフレーム端子13d,13hは、配線(図示せず)を介して接続されその接続点からY軸方向の出力信号Vyが取り出される。   A power supply voltage of 5V is supplied to the electrodes 23a and 23b from the lead frame terminals 13a and 13b, respectively. The electrodes 23e and 23g are grounded via lead frame terminals 13e and 13g, respectively. The electrodes 23c and 23f become output terminals via lead frame terminals 13c and 13f, respectively, and the electrodes 23d and 23h become output terminals via lead frame terminals 13d and 13h, respectively. The lead frame terminals 13c and 13f are connected via wiring (not shown), and an output signal Vx in the X-axis direction is taken out from the connection point. The lead frame terminals 13d and 13h are connected via wiring (not shown), and an output signal Vy in the Y-axis direction is taken out from the connection point.

バイアス磁石24は、酸化鉄を主原料とした円板状のフェライト磁石からなっており、直径が1.4mmで、厚みが0.35mmに設定されている。また、バイアス磁石24は、厚み方向を2等分する面を境界として分極されて境界面に対して垂直方向に2極着磁されており、上側がN極、下側がS極になっている。これによって、バイアス磁石24には、図3の矢印の方向の磁界が発生し、GMR素子22a〜22dには、それぞれ長手方向に沿ったバイアス磁界が、絶縁基板21の中心側から外部側に向かって放射状に印加される。   The bias magnet 24 is made of a disk-shaped ferrite magnet made of iron oxide as a main material, and has a diameter of 1.4 mm and a thickness of 0.35 mm. The bias magnet 24 is polarized with a plane that bisects the thickness direction as a boundary and is polarized in two directions perpendicular to the boundary surface, with the N pole on the upper side and the S pole on the lower side. . As a result, a magnetic field in the direction of the arrow in FIG. 3 is generated in the bias magnet 24, and a bias magnetic field along the longitudinal direction of each of the GMR elements 22a to 22d is directed from the center side of the insulating substrate 21 to the outside. Applied radially.

つぎに、磁気センサ20が備える各GMR素子22a〜22dのMR特性(磁気抵抗特性)について説明する。図5(a)は、各GMR素子22a〜22dの長手方向にそれぞれ外部磁界を印加したときの磁界の大きさと抵抗値との関係を示しており、図5(b)は、各GMR素子22a〜22dの短手方向にそれぞれ外部磁界を印加したときの磁界の大きさと抵抗値との関係を示している。図5(a)および図5(b)から分かるように、印加磁界の大きさが−4kA/m以下または4kA/m以上程度の範囲の場合には、各GMR素子22a〜22dの長手方向に外部磁界を印加したときと、各GMR素子22a〜22dの短手方向に外部磁界を印加したときとでは双方の抵抗値の変化に僅かな差しか認められないが、印加磁界の大きさが−4kA/mから4kA/m程度の範囲の場合には、双方の抵抗値の変化に明らかな差が生じている。   Next, MR characteristics (magnetoresistance characteristics) of the GMR elements 22a to 22d included in the magnetic sensor 20 will be described. FIG. 5A shows the relationship between the magnitude of the magnetic field and the resistance value when an external magnetic field is applied in the longitudinal direction of each GMR element 22a to 22d, and FIG. 5B shows each GMR element 22a. The relationship between the magnitude | size of a magnetic field and resistance value when an external magnetic field is each applied to the transversal direction of -22d is shown. As can be seen from FIG. 5A and FIG. 5B, when the magnitude of the applied magnetic field is in the range of −4 kA / m or less or 4 kA / m or more, the longitudinal direction of each GMR element 22a to 22d is There is only a slight difference in the resistance value between when the external magnetic field is applied and when the external magnetic field is applied in the short direction of each of the GMR elements 22a to 22d, but the magnitude of the applied magnetic field is − In the range of about 4 kA / m to 4 kA / m, there is a clear difference in the change in both resistance values.

これは、図6に示したMH特性(磁界の強さと磁化の大きさとの関係)と下記に示した実効磁界を示す式1から説明がつくものである。図6は、各GMR素子22a〜22dを構成する、厚みが1000Åで、260℃の温度で熱処理されたGMR薄膜のMH特性を示している。図6から分かるように、GMR素子22a〜22dを構成するGMR薄膜では、印加磁界が−4kA/mから4kA/m程度の場合には、MH曲線の傾きで表される透磁率が高く、その値は10以上になっている。このように透磁率が高い場合、外部磁界によるGMR素子22a〜22dを構成するGMR薄膜の磁化は大きくなる。また、実効磁界は下記の式1で表される。
Heff(実効磁界)=Hex(外部磁界)−Nd(反磁界係数)×M(磁性体の磁化)…式1
This can be explained from the MH characteristic shown in FIG. 6 (relation between the strength of the magnetic field and the magnitude of the magnetization) and the effective magnetic field shown below. FIG. 6 shows the MH characteristics of the GMR thin film having a thickness of 1000 mm and heat-treated at a temperature of 260 ° C. constituting each GMR element 22a to 22d. As can be seen from FIG. 6, in the GMR thin film constituting the GMR elements 22a to 22d, when the applied magnetic field is about −4 kA / m to 4 kA / m, the magnetic permeability represented by the slope of the MH curve is high. The value is 10 or more. When the magnetic permeability is high as described above, the magnetization of the GMR thin film constituting the GMR elements 22a to 22d by the external magnetic field is increased. The effective magnetic field is expressed by the following formula 1.
Heff (effective magnetic field) = Hex (external magnetic field) −Nd (demagnetizing field coefficient) × M (magnetization of magnetic body)

ここで、反磁界は、外部磁界により磁性体を磁化するときに、その磁性体内に発生する磁化の方向と反対方向の磁界であり、外部から与えられた磁界を弱める作用がある。また、反磁界係数は、無限に長い棒や板では、無限遠方に極ができることになるため、「0」であるが、逆に無限に薄い板では「1」になる。このため、反磁界係数だけを考慮すれば、GMR素子22a〜22dが備える形状異方性により、GMR素子22a〜22dの長手方向では、短手方向よりも反磁界係数が小さくなり、GMR素子22a〜22dの長手方向の実効磁界は、短手方向の実効磁界よりも大きくなる。   Here, the demagnetizing field is a magnetic field in a direction opposite to the direction of magnetization generated in the magnetic body when the magnetic body is magnetized by an external magnetic field, and has an effect of weakening the magnetic field applied from the outside. The demagnetizing factor is “0” for poles and plates that are infinitely long, and is “1” for an infinitely thin plate. For this reason, if only the demagnetizing factor is taken into account, due to the shape anisotropy of the GMR elements 22a to 22d, the demagnetizing factor is smaller in the longitudinal direction of the GMR elements 22a to 22d than in the short direction. The effective magnetic field in the longitudinal direction of ˜22d is larger than the effective magnetic field in the short direction.

また、磁化の大きさだけを考慮すれば、印加磁界の大きさが−4kA/mから4kA/m程度のGMR素子22a〜22dが高透磁率になる範囲においては、GMR素子22a〜22dの長手方向の磁化および短手方向の磁化の双方が大きくなる。一方、印加磁界の大きさが−4kA/m以下または4kA/m以上の範囲では、透磁率が低くなり、その値は10未満になる。このため、外部磁界に対する磁化の変化がGMR薄膜の長手方向と短手方向との双方で小さくなる。   If only the magnitude of the magnetization is taken into consideration, the longitudinal direction of the GMR elements 22a to 22d is within a range in which the GMR elements 22a to 22d having an applied magnetic field of about −4 kA / m to 4 kA / m have high permeability. Both the direction magnetization and the short direction magnetization increase. On the other hand, in the range where the magnitude of the applied magnetic field is −4 kA / m or less or 4 kA / m or more, the magnetic permeability is low, and the value is less than 10. For this reason, the change in magnetization with respect to the external magnetic field is reduced in both the longitudinal direction and the lateral direction of the GMR thin film.

しかしながら、反磁界係数と磁化の大きさとの双方が影響した場合には、印加磁界の大きさが−4kA/mから4kA/m程度のGMR素子22a〜22dが高透磁率になる磁化の大きな範囲においては、GMR素子22a〜22dの短手方向の方が長手方向よりも反磁界の影響を受けやすくなり、GMR薄膜の短手方向の実効磁界が長手方向の実効磁界よりも小さくなる。また、印加磁界の大きさが−4kA/m以下または4kA/m以上の範囲では、透磁率の低下の影響が大きくなり、外部磁界に対する実効磁界の変化がGMR薄膜の長手方向と短手方向とであまり差が生じなくなる。これによって、GMR素子22a〜22dのMR感度においても、長手方向と短手方向とで差が生じなくなる。   However, when both the demagnetizing factor and the magnitude of magnetization are affected, the GMR elements 22a to 22d having a magnitude of the applied magnetic field of about -4 kA / m to 4 kA / m have a high magnetization range in which the magnetic permeability is high. , The shorter direction of the GMR elements 22a to 22d is more susceptible to a demagnetizing field than the longer direction, and the effective magnetic field in the shorter direction of the GMR thin film is smaller than the effective magnetic field in the longer direction. In addition, when the magnitude of the applied magnetic field is in the range of −4 kA / m or less or 4 kA / m or more, the effect of the decrease in the magnetic permeability becomes large, and the change in the effective magnetic field with respect to the external magnetic field is the longitudinal direction and the short direction of the GMR thin film. So there will be no difference. As a result, even in the MR sensitivity of the GMR elements 22a to 22d, there is no difference between the longitudinal direction and the lateral direction.

すなわち、印加磁界を示す値の絶対値が小さい場合には透磁率が大きくなって磁化が大きくなり、このときに、GMR素子22a〜22dの長手方向と短手方向とでMR感度に明らかな差が生じるが、印加磁界を示す値の絶対値が大きい場合には透磁率が小さくなって磁化の変化が小さくなり、GMR素子22a〜22dの長手方向と短手方向とのMR感度に明らかな差は生じなくなる。したがって、透磁率の大きなGMR薄膜を用いれば形状異方性による磁界感度異方性が得られるが、磁界感度差が得られるのは、印加磁界が−4kA/mから4kA/m程度の限られた磁界範囲だけであり、このままでは実用的でない。   That is, when the absolute value of the value indicating the applied magnetic field is small, the magnetic permeability increases and the magnetization increases. At this time, the MR sensitivity between the longitudinal direction and the lateral direction of the GMR elements 22a to 22d is clearly different. However, if the absolute value of the value indicating the applied magnetic field is large, the magnetic permeability is small and the change in magnetization is small, and there is a clear difference in MR sensitivity between the longitudinal direction and the short direction of the GMR elements 22a to 22d. Will no longer occur. Accordingly, if a GMR thin film having a high magnetic permeability is used, magnetic field sensitivity anisotropy due to shape anisotropy can be obtained, but the difference in magnetic field sensitivity can be obtained only when the applied magnetic field is about -4 kA / m to 4 kA / m. However, this is not practical as it is.

このため、磁気センサ20では、GMR素子22a〜22dにバイアス磁石24を組み合わせて広い磁界範囲で感度異方性が得られるようにしている。GMR素子22a〜22dにそれぞれバイアス磁石24からのバイアス磁界を印加すると、そのMR特性は、図7(a)および図7(b)に示したようになる。この場合のバイアス磁石24によるバイアス磁界の大きさは、略14kA/mである。図7(a)は、GMR素子22aの長手方向(左右方向)に磁界を印加したときの磁界の大きさと抵抗値との関係を示しており、図7(b)は、GMR素子22aの短手方向(前後方向)に磁界を印加したときの磁界の大きさと抵抗値との関係を示している。   For this reason, in the magnetic sensor 20, the anisotropy of sensitivity is obtained in a wide magnetic field range by combining the bias magnet 24 with the GMR elements 22a to 22d. When a bias magnetic field from the bias magnet 24 is applied to each of the GMR elements 22a to 22d, the MR characteristics are as shown in FIGS. 7 (a) and 7 (b). In this case, the magnitude of the bias magnetic field by the bias magnet 24 is approximately 14 kA / m. FIG. 7A shows the relationship between the magnitude of the magnetic field and the resistance value when a magnetic field is applied in the longitudinal direction (left-right direction) of the GMR element 22a, and FIG. 7B shows the short circuit of the GMR element 22a. The relationship between the magnitude | size of a magnetic field and resistance value when a magnetic field is applied to a hand direction (front-back direction) is shown.

図7(a)から分かるように、GMR素子22aの長手方向に外部磁界を印加したときのMR特性を表す曲線は、図5(a)に示したバイアス磁界を印加していないときのMR特性を表す曲線と比較してバイアス磁界の値に相当する磁界強度分ずれた非対称な曲線になる。この結果、図7(a)に示されたMR特性を表す曲線は、印加磁界の大きさが−16kA/mから14kA/m程度の範囲の場合には、略直線状に延びる曲線になり、この曲線から磁界の大きさだけでなく、磁界の正負の極性の判別も可能になる。   As can be seen from FIG. 7A, the curve representing the MR characteristics when an external magnetic field is applied in the longitudinal direction of the GMR element 22a is the MR characteristics when the bias magnetic field shown in FIG. 5A is not applied. Compared with the curve representing, the asymmetric curve is shifted by the magnetic field intensity corresponding to the value of the bias magnetic field. As a result, the curve representing the MR characteristics shown in FIG. 7A becomes a substantially linear curve when the magnitude of the applied magnetic field is in the range of about −16 kA / m to 14 kA / m, From this curve, not only the magnitude of the magnetic field but also the polarity of the magnetic field can be discriminated.

なお、外部磁界を加えたときの抵抗値と、外部磁界を加えていないときの抵抗値との比であるMR比は、バイアス磁界がない場合には3.8%であったのに対し、バイアス磁界を印加した場合には5.6%であった。このMR比は、図5(a)に示した曲線と、図7(a)に示した曲線とのずれ量に比例するもので、バイアス磁界が大きいほど大きくなっていく。このため、バイアス磁界を大きくしていくことにより、図5(a)に示した曲線は、図7(a)に示した曲線の位置から、さらに右側の位置に移動していく。また、磁化の大きさMが0のときの磁界に対応する保磁力Hcは、バイアス磁界がない場合には0.32kA/mであったのに対し、バイアス磁界を印加した場合には0kA/mであった。   The MR ratio, which is the ratio between the resistance value when an external magnetic field is applied and the resistance value when no external magnetic field is applied, was 3.8% in the absence of a bias magnetic field, whereas When a bias magnetic field was applied, it was 5.6%. The MR ratio is proportional to the amount of deviation between the curve shown in FIG. 5A and the curve shown in FIG. 7A, and increases as the bias magnetic field increases. For this reason, by increasing the bias magnetic field, the curve shown in FIG. 5A moves further from the position of the curve shown in FIG. Further, the coercive force Hc corresponding to the magnetic field when the magnetization magnitude M is 0 was 0.32 kA / m when there was no bias magnetic field, but 0 kA / m when the bias magnetic field was applied. m.

なお、この保磁力Hcは、図5(a),(b)および図7(a),(b)に示した曲線における磁界の大きさが小さい方から大きくなっていく場合と大きい方から小さくなっていく場合とのずれ量で示され、図5(a),(b)においては2本の曲線が示されているのに対し、図7(a),(b)では1本の曲線だけが示されている。これから、バイアス磁界を加えることにより外部磁界に対する抵抗変化のヒステリシスが、明らかに低減することがわかる。すなわち、バイアス磁界を加えることにより、磁界が増加したときに蓄えられた磁界空間内のエネルギーが、磁界が減少するときにそのまま出てくるようになりエネルギーの損失が少なくなる。   The coercive force Hc decreases when the magnitude of the magnetic field in the curves shown in FIGS. 5A and 5B and FIGS. 7A and 7B increases from the smaller one and from the larger one. 5 (a) and 5 (b), two curves are shown, while FIGS. 7 (a) and 7 (b) show one curve. Only shown. From this, it can be seen that the hysteresis of the resistance change with respect to the external magnetic field is clearly reduced by applying the bias magnetic field. That is, by applying a bias magnetic field, the energy in the magnetic field space stored when the magnetic field is increased comes out as it is when the magnetic field is decreased, and the energy loss is reduced.

また、図7(b)から分かるように、GMR素子22aの短手方向に外部磁界を印加したときのMR特性を表す曲線は、図5(b)に示したバイアス磁界を印加しない場合のMR特性を表す曲線と比較して外部磁界に対するMR特性の低感度領域が広がった特性を示す曲線になった。この場合、磁界方向に対しては印加磁界が0kA/mのときを中心として対称のままの状態が維持された。このように、バイアス磁界を印加することにより、GMR素子22aの長手方向と短手方向との感度異方性は明らかに大きくなった。   Further, as can be seen from FIG. 7B, the curve representing the MR characteristics when an external magnetic field is applied in the short direction of the GMR element 22a is the MR when the bias magnetic field shown in FIG. 5B is not applied. Compared with the curve representing the characteristic, the curve shows the characteristic in which the low sensitivity region of the MR characteristic with respect to the external magnetic field is widened. In this case, the state of being symmetric with respect to the magnetic field direction was maintained with the applied magnetic field being 0 kA / m. Thus, by applying a bias magnetic field, the sensitivity anisotropy between the longitudinal direction and the lateral direction of the GMR element 22a is clearly increased.

また、他の例として、前述したバイアス磁石24に代えて、バイアス磁石24よりもバイアス磁界の大きなSmCo系のバイアス磁石を用いて、GMR素子22a〜22dのMR特性を測定した。その結果を、図8(a)および図8(b)に示している。この場合のバイアス磁石によるバイアス磁界の大きさは、50kA/mであった。図8(a)は、GMR素子22aの長手方向に磁界を印加したときの磁界の大きさと抵抗値との関係を示しており、図8(b)は、GMR素子22aの短手方向に磁界を印加したときの磁界の大きさと抵抗値との関係を示している。   As another example, MR characteristics of the GMR elements 22a to 22d were measured using SmCo bias magnets having a bias magnetic field larger than that of the bias magnet 24 instead of the bias magnet 24 described above. The results are shown in FIGS. 8 (a) and 8 (b). In this case, the magnitude of the bias magnetic field by the bias magnet was 50 kA / m. 8A shows the relationship between the magnitude of the magnetic field and the resistance value when a magnetic field is applied in the longitudinal direction of the GMR element 22a, and FIG. 8B shows the magnetic field in the short direction of the GMR element 22a. The relationship between the magnitude | size of a magnetic field when resistance is applied and resistance value is shown.

図8(a)から分かるように、GMR素子22aの長手方向に外部磁界を印加したときには、図7(a)に示した場合と比較してMR特性を表す曲線にピークが見られず、MR特性を表す曲線は直線に近い状態になっている。これは、バイアス磁界の値が測定磁界の範囲を超えているためであり、これによると、広い動作磁界範囲が得られる。また、図8(b)から分かるように、GMR素子22aの短手方向に外部磁界を印加したときには、図7(b)に示した場合と比較して外部磁界に対するMR特性の低感度領域がさらに広がる。このように、バイアス磁界を強めることにより、GMR素子22aの長手方向と短手方向との感度異方性はさらに大きくなる。   As can be seen from FIG. 8A, when an external magnetic field is applied in the longitudinal direction of the GMR element 22a, no peak is seen in the curve representing the MR characteristics as compared to the case shown in FIG. The curve representing the characteristics is close to a straight line. This is because the value of the bias magnetic field exceeds the range of the measurement magnetic field, and according to this, a wide operating magnetic field range can be obtained. Further, as can be seen from FIG. 8B, when an external magnetic field is applied in the short direction of the GMR element 22a, there is a low sensitivity region of MR characteristics with respect to the external magnetic field compared to the case shown in FIG. Spread further. Thus, by increasing the bias magnetic field, the sensitivity anisotropy between the longitudinal direction and the lateral direction of the GMR element 22a is further increased.

GMR素子22a〜22dにバイアス磁界を印加して動作させる場合、外部磁界に対する実動作磁界の大きさと方向とは、バイアス磁界と外部磁界との大きさと方向との合成ベクトルとなり、それぞれのベクトル成分の和から算出される。このため、バイアス磁界を大きくすることにより、GMR素子22a〜22dの長手方向に磁界を印加したときの磁界の大きさと抵抗値との関係を示す曲線およびGMR素子22a〜22dの短手方向に磁界を印加したときの磁界の大きさと抵抗値との関係を示す曲線のどちらもバイアス磁界の影響が大きくなってより直線に近づいて行くようになる。   When the GMR elements 22a to 22d are operated by applying a bias magnetic field, the magnitude and direction of the actual operating magnetic field with respect to the external magnetic field become a combined vector of the magnitude and direction of the bias magnetic field and the external magnetic field, Calculated from the sum. Therefore, by increasing the bias magnetic field, a curve indicating the relationship between the magnitude of the magnetic field and the resistance value when the magnetic field is applied in the longitudinal direction of the GMR elements 22a to 22d and the magnetic field in the short direction of the GMR elements 22a to 22d. Both of the curves showing the relationship between the magnitude of the magnetic field and the resistance value when the voltage is applied are more influenced by the bias magnetic field and become closer to a straight line.

この結果から、GMR素子22a〜22dの長手方向に、バイアス磁界を印加することにより、GMR素子22a〜22dの長手方向の外部磁界に対するMR特性は、磁界の極性に対して非対称になり、磁界の正負の極性の検出も可能になるとともに、GMR素子22a〜22dの形状に起因する感度異方性を増加できることがわかる。また、GMR素子22a〜22dの短手方向の外部磁界に対するMR特性は、高透磁率領域を超える磁界までは低感度領域が広がる。このように、バイアス磁界を印加することにより、感度異方性が大きくなり、ヒステリシスは減少する。   From this result, by applying a bias magnetic field in the longitudinal direction of the GMR elements 22a to 22d, the MR characteristics with respect to the external magnetic field in the longitudinal direction of the GMR elements 22a to 22d become asymmetric with respect to the polarity of the magnetic field. It can be seen that positive and negative polarities can be detected and sensitivity anisotropy due to the shapes of the GMR elements 22a to 22d can be increased. Further, the MR characteristics of the GMR elements 22a to 22d with respect to the external magnetic field in the short direction extend the low sensitivity region up to the magnetic field exceeding the high permeability region. Thus, by applying a bias magnetic field, sensitivity anisotropy increases and hysteresis decreases.

つぎに、磁気センサ20の表面側に、回転体に設けられた外部磁石(図示せず)からの外部磁界を印加したときの磁気センサ20の出力について説明する。図9(a)は、磁気センサ20に、X軸方向(左右方向)の外部磁界を印加したときの各ハーフブリッジ回路のX軸方向の出力VxとY軸方向の出力Vyとを示しており、図9(b)は、磁気センサ20に、Y軸方向(前後方向)の外部磁界を印加したときの各ハーフブリッジ回路のX軸方向の出力VxとY軸方向の出力Vyとを示している。   Next, the output of the magnetic sensor 20 when an external magnetic field from an external magnet (not shown) provided on the rotating body is applied to the surface side of the magnetic sensor 20 will be described. FIG. 9A shows the output Vx in the X-axis direction and the output Vy in the Y-axis direction of each half-bridge circuit when an external magnetic field in the X-axis direction (left-right direction) is applied to the magnetic sensor 20. FIG. 9B shows the output Vx in the X-axis direction and the output Vy in the Y-axis direction of each half-bridge circuit when an external magnetic field in the Y-axis direction (front-rear direction) is applied to the magnetic sensor 20. Yes.

なお、図4(a)に示したGMR素子22aの抵抗値をRx1、GMR素子22bの抵抗値をRx2、図4(b)に示したGMR素子22dの抵抗値をRy1、GMR素子22cの抵抗値をRy2とすると、出力Vx、出力Vyは、それぞれ下記の式2、式3で表わされる。
Vx=Vcc×Rx2/(Rx1+Rx2)…式2
Vy=Vcc×Ry2/(Ry1+Ry2)…式3
The resistance value of the GMR element 22a shown in FIG. 4A is Rx1, the resistance value of the GMR element 22b is Rx2, the resistance value of the GMR element 22d shown in FIG. 4B is Ry1, and the resistance value of the GMR element 22c. When the value is Ry2, the output Vx and the output Vy are expressed by the following expressions 2 and 3, respectively.
Vx = Vcc × Rx2 / (Rx1 + Rx2)... Formula 2
Vy = Vcc × Ry2 / (Ry1 + Ry2) Equation 3

それぞれのハーフブリッジ回路において、GMR素子22a〜22dの長手方向に外部磁界が印加されたとき(図9(a)のX軸方向、図9(b)のY軸方向)には、磁界方向に対する各GMR素子22a,22bまたはGMR素子22c,22dの非線形特性(磁界強度の変化による感度増と感度減の傾向)が相殺され、図9(a)の出力Vxおよび図9(b)の出力Vyのように斜めに傾斜した直線に近い出力特性が得られた。   In each half-bridge circuit, when an external magnetic field is applied in the longitudinal direction of the GMR elements 22a to 22d (the X-axis direction in FIG. 9A and the Y-axis direction in FIG. 9B), The nonlinear characteristics (the tendency of increased sensitivity and decreased sensitivity due to changes in magnetic field strength) of each GMR element 22a, 22b or GMR element 22c, 22d are canceled out, and the output Vx in FIG. 9A and the output Vy in FIG. As shown in the figure, output characteristics close to a slanting straight line were obtained.

また、GMR素子22a〜22dの短手方向に外部磁界が印加されたとき(図9(a)のY軸方向、図9(b)のX軸方向)には、外部磁界に対するGMR素子22a〜22dの抵抗変化が少なく、かつ変化した分は互いに相殺されてほぼ無感度特性になる。このため、図9(a)の出力Vyおよび図9(b)の出力Vxのように変化のない直線状になる出力特性が得られた。この結果から、GMR素子22a〜22dの長手方向に外部磁界を印加したときに、GMR素子22a〜22dに発生する抵抗値に基づいて外部磁界の大きさと正負の極性とを検出することにより、より精度のよい検出ができることが分かる。   Further, when an external magnetic field is applied in the short direction of the GMR elements 22a to 22d (the Y-axis direction in FIG. 9A and the X-axis direction in FIG. 9B), the GMR elements 22a to 22A against the external magnetic field are applied. The resistance change of 22d is small, and the changed parts are canceled out to become almost insensitive characteristics. For this reason, output characteristics that are linear without change, such as the output Vy of FIG. 9A and the output Vx of FIG. 9B, were obtained. From this result, when an external magnetic field is applied in the longitudinal direction of the GMR elements 22a to 22d, the magnitude of the external magnetic field and the positive and negative polarities are detected based on the resistance values generated in the GMR elements 22a to 22d. It can be seen that accurate detection can be performed.

なお、外部磁界の方向をX軸方向からY軸方向に変化させたときには、出力Vxを表す曲線は、図9(a)の印加磁界が小さいときに出力Vxが大きく、印加磁界が大きいときに出力Vxが小さくなった状態から、図9(b)の印加磁界の大きさに関わらず出力Vxが略一定になった状態に変化する。また、そのとき、出力Vyを表す曲線は、図9(a)の印加磁界の大きさに関わらず出力Vyが略一定になった状態から、図9(b)の印加磁界が小さいときに出力Vyが小さく、印加磁界が大きいときに出力Vyが大きくなった状態に変化する。   When the direction of the external magnetic field is changed from the X-axis direction to the Y-axis direction, the curve representing the output Vx shows that the output Vx is large when the applied magnetic field is small and the applied magnetic field is large, as shown in FIG. The state changes from the state in which the output Vx becomes small to the state in which the output Vx becomes substantially constant regardless of the magnitude of the applied magnetic field in FIG. At that time, the curve representing the output Vy is output when the applied magnetic field in FIG. 9B is small from the state in which the output Vy is substantially constant regardless of the magnitude of the applied magnetic field in FIG. When Vy is small and the applied magnetic field is large, the output Vy is increased.

このため、外部磁界の方向がGMR素子22a〜22dの長手方向と短手方向との中間の角度(右45度と左45度の二つの場合がある)の方向になったときには、出力Vxを表す曲線と出力Vyを表す曲線の傾斜角度が同じになる。この場合には、出力Vxを表す曲線と出力Vyを表す曲線とのどちらでも外部磁界の大きさと正負の極性とを検出する精度は同じになる。それ以外の場合には、GMR素子22a〜22dに外部磁界を印加したときに、GMR素子22a〜22dに発生する抵抗値に基づいて外部磁界の大きさと方向とを検出することにより、より精度のよい検出ができる。   Therefore, when the direction of the external magnetic field is an intermediate angle between the longitudinal direction and the short direction of the GMR elements 22a to 22d (there may be 45 degrees on the right and 45 degrees on the left), the output Vx is The inclination angle of the curve representing the output and the curve representing the output Vy is the same. In this case, both the curve representing the output Vx and the curve representing the output Vy have the same accuracy in detecting the magnitude of the external magnetic field and the positive / negative polarity. In other cases, when an external magnetic field is applied to the GMR elements 22a to 22d, the magnitude and direction of the external magnetic field are detected based on the resistance values generated in the GMR elements 22a to 22d. Good detection.

つぎに、比較例として、GMR素子22a〜22dに代えて渦巻き状に形成した形状異方性のない4つのGMR素子が形成された磁気センサを備えたセンサチップパッケージを用意し、これとセンサチップパッケージ10およびSmCo系のバイアス磁石が取り付けられた磁気センサを備えたセンサチップパッケージとの比較テストを行った。この比較テストは、回転軸に外部磁石を設置して、その外部磁石に磁気センサ20等を対向させた状態でセンサチップパッケージ10等を所定位置に設置して行った。この場合、外部磁石の中心に磁気センサ20等の中心を合わせた。また、各磁気センサ20等に対して、約10kA/mの磁界強度が得られるように各磁気センサ20等と外部磁石との間隔を調整した。   Next, as a comparative example, a sensor chip package including a magnetic sensor in which four GMR elements without shape anisotropy formed in a spiral shape instead of the GMR elements 22a to 22d are prepared. A comparison test was performed with the package 10 and a sensor chip package including a magnetic sensor to which an SmCo bias magnet was attached. In this comparative test, an external magnet was installed on the rotating shaft, and the sensor chip package 10 and the like were installed at a predetermined position with the magnetic sensor 20 and the like facing the external magnet. In this case, the center of the magnetic sensor 20 or the like was aligned with the center of the external magnet. Further, the distance between each magnetic sensor 20 and the external magnet was adjusted so that a magnetic field strength of about 10 kA / m was obtained for each magnetic sensor 20 and the like.

また、外部磁石の回転角度の基準は、外部磁界の方向が、図3に示した状態の磁気センサ20のGMR素子22aに示した矢印の方向を「0」度とし、外部磁石の回転方向を時計周り方向をプラスとした360度の範囲で10度ごとの角度について、各X軸、Y軸方向での各ハーフブリッジ回路の出力と角度との関係を求めた。また、各ハーフブリッジ回路の中点電位である出力Vx,Vyは、本来その等価回路から印加電圧5Vの半分である2.5Vとなるが各GMR素子22a等の抵抗にばらつきがあり、各GMR素子22a等の磁界による抵抗変化も小さいため、予め、外部磁界がない場合の印加電圧に対する各センサチップパッケージの出力電位である出力Vx,Vyを計測しておき、その値を基準電圧とした。   The reference for the rotation angle of the external magnet is that the direction of the external magnetic field is “0” in the direction of the arrow shown on the GMR element 22a of the magnetic sensor 20 in the state shown in FIG. The relationship between the output and angle of each half-bridge circuit in each X-axis and Y-axis direction was determined for an angle of every 10 degrees within a range of 360 degrees with the clockwise direction being positive. The outputs Vx and Vy, which are the midpoint potentials of the half-bridge circuits, are 2.5 V, which is half of the applied voltage 5 V, originally from the equivalent circuit, but the resistances of the GMR elements 22a and the like vary, and each GMR Since the resistance change due to the magnetic field of the element 22a and the like is small, the outputs Vx and Vy, which are the output potentials of the sensor chip packages with respect to the applied voltage when there is no external magnetic field, are measured in advance, and the values are used as reference voltages.

そして、出力Vx,Vyから基準電圧を差し引いて得られた差分ΔVx,ΔVyの関係を図10(a)、図11(a)、図12(a)に示した。すなわち、回転体の回転によって外部磁石からの外部磁界が変化したときには、2つのハーフブリッジ回路から出力される出力Vxと出力Vyとが周期的に変化する。そして、この出力Vxと出力Vyとの変化から位相差を持つ余弦波と正弦波が得られ、これによって、回転体の回転方向、回転数および回転角が検出されるものであるが、ここでは、基準電圧を差し引くことによって、外部磁界の影響のみに着目した。   The relationship between the differences ΔVx and ΔVy obtained by subtracting the reference voltage from the outputs Vx and Vy is shown in FIGS. 10 (a), 11 (a), and 12 (a). That is, when the external magnetic field from the external magnet changes due to the rotation of the rotating body, the outputs Vx and Vy output from the two half-bridge circuits change periodically. Then, a cosine wave and a sine wave having a phase difference are obtained from the change between the output Vx and the output Vy, and thereby the rotation direction, rotation speed, and rotation angle of the rotating body are detected. Focusing only on the influence of the external magnetic field by subtracting the reference voltage.

また、図10(a)、図11(a)、図12(a)に示した結果に基づいて、角度誤差Δθを下記の式4から求め、その外部平行磁界回転角との関係を図10(b)、図11(b)、図12(b)に示した。
Δθ=ARCTAN(ΔVy/ΔVx)−外部平行回転角…式4
すなわち、一方のハーフブリッジ回路をCOSブリッジとしその出力をVxとし、もう一方のハーフブリッジ回路をSINブリッジとしその出力をVyとすると、それらの比を逆正接演算することにより回転角度信号θが得られる。式4は、差分ΔVx,ΔVyの比を逆正接演算した値から外部平行回転角(外部磁石の回転角)の値を差し引くことにより、角度誤差Δθを求めるものである。
Further, based on the results shown in FIG. 10A, FIG. 11A, and FIG. 12A, the angle error Δθ is obtained from the following equation 4, and the relationship with the external parallel magnetic field rotation angle is shown in FIG. This is shown in (b), FIG. 11 (b), and FIG. 12 (b).
Δθ = ARCTAAN (ΔVy / ΔVx) −external parallel rotation angle Equation 4
That is, if one half-bridge circuit is a COS bridge and its output is Vx, and the other half-bridge circuit is a SIN bridge and its output is Vy, the rotation angle signal θ is obtained by performing an arctangent operation on the ratio of these. It is done. Equation 4 obtains the angle error Δθ by subtracting the value of the external parallel rotation angle (rotation angle of the external magnet) from the value obtained by calculating the arctangent of the ratio of the differences ΔVx and ΔVy.

図10(a),(b)は、渦巻き状に形成した4つのGMR素子が形成された磁気センサを備えたセンサチップパッケージの計測結果を示し、図11(a),(b)は、センサチップパッケージ10の計測結果を示し、図12(a),(b)は、SmCo系のバイアス磁石が取り付けられた磁気センサを備えたセンサチップパッケージの計測結果を示している。すなわち、渦巻き状に形成されたGMR素子は、形状異方性がなく、SmCo系のバイアス磁石が取り付けられた磁気センサは、バイアス磁界が大きいもので、図10から図12にかけて順に感度異方性が増すようになっている。   10A and 10B show measurement results of a sensor chip package including a magnetic sensor in which four GMR elements formed in a spiral shape are formed, and FIGS. 11A and 11B show the sensor. The measurement results of the chip package 10 are shown, and FIGS. 12A and 12B show the measurement results of the sensor chip package including the magnetic sensor to which the SmCo-based bias magnet is attached. That is, the spiral-shaped GMR element has no shape anisotropy, and the magnetic sensor to which the SmCo-based bias magnet is attached has a large bias magnetic field, and sensitivity anisotropy is sequentially applied from FIG. 10 to FIG. Has come to increase.

図10(a)、図11(a)、図12(a)から分かるように、磁気センサの感度異方性が増すにしたがって、出力Vx,Vyの差分ΔVx,ΔVyは、三角波と正弦波との中間に近い波形から滑らかな正弦波に近い波形に変化していく。また、図10(b)、図11(b)、図12(b)から分かるように、磁気センサの感度異方性が増すにしたがって、角度誤差Δθは、絶対値が±3度以上におよぶ範囲から、±2度以下、さらに±1度以下へと減少していく。この結果から、GMR素子に形状異方性を持たせ、さらにバイアス磁界を大きくすることにより、回転体の回転角の検出の精度が向上することが分かる。   As can be seen from FIGS. 10A, 11A, and 12A, as the sensitivity anisotropy of the magnetic sensor increases, the differences ΔVx and ΔVy between the outputs Vx and Vy are a triangular wave and a sine wave. The waveform changes from a waveform close to the middle to a waveform close to a smooth sine wave. As can be seen from FIGS. 10B, 11B, and 12B, as the sensitivity anisotropy of the magnetic sensor increases, the angle error Δθ has an absolute value of ± 3 degrees or more. From the range, it decreases to ± 2 degrees or less, and further to ± 1 degree or less. From this result, it is understood that the accuracy of detection of the rotation angle of the rotating body is improved by giving the GMR element shape anisotropy and further increasing the bias magnetic field.

このように、本実施形態に係る磁気センサ20では、GMR素子22a〜22dを、一方側と他方側との間を折り返しながら延びる線状のグラニュラ薄膜で構成している。これによって、GMR素子22a〜22dは、線状が延びる長手方向と、その長手方向に直交する短手方向とに、形状異方性を有するようになるとともに、磁気センサ20の出力を大きくすることができる。さらに、GMR素子22a〜22dが延びる長手方向にバイアス磁石24によるバイアス磁界を印加することによって、GMR素子22a〜22dを飽和に近い磁化状態にして反磁界効果を強め感度の形状異方性を増大させることができる。これによって、磁気センサ20は、感度異方性に優れ極性も検知可能なものになる。   As described above, in the magnetic sensor 20 according to the present embodiment, the GMR elements 22a to 22d are formed of linear granular thin films extending while being folded back between one side and the other side. As a result, the GMR elements 22a to 22d have shape anisotropy in the longitudinal direction in which the linear shape extends and the short direction perpendicular to the longitudinal direction, and increase the output of the magnetic sensor 20. Can do. Further, by applying a bias magnetic field by the bias magnet 24 in the longitudinal direction in which the GMR elements 22a to 22d extend, the GMR elements 22a to 22d are magnetized to be close to saturation, thereby increasing the demagnetizing effect and increasing the shape anisotropy of the sensitivity. Can be made. Accordingly, the magnetic sensor 20 has excellent sensitivity anisotropy and can detect polarity.

(第2実施形態)
図13および図14は、本発明の第2実施形態に係る磁気センサ40を備えたセンサチップパッケージ30を示しており、この磁気センサ40は電流センサとして用いられている。なお、図13は、センサチップパッケージ30の内部の主要部分を示した平面図であり、以後、本実施形態においては、前後左右の方向は、図13に基づいて説明する。センサチップパッケージ30は、エポキシ樹脂からなるパッケージ本体31と、パッケージ本体31内を通過するリードフレーム32と、リードフレーム32に取り付けられた磁気センサ40と、パッケージ本体31の内部と外部とにかけて設置された6個のリードフレーム端子33a〜33fと、磁気センサ40とリードフレーム端子33b〜33eとをそれぞれ接続する4本の配線34a〜34dとで構成されている。
(Second Embodiment)
13 and 14 show a sensor chip package 30 including a magnetic sensor 40 according to the second embodiment of the present invention, and the magnetic sensor 40 is used as a current sensor. FIG. 13 is a plan view showing the main part inside the sensor chip package 30. Hereinafter, in the present embodiment, the front-rear and left-right directions will be described with reference to FIG. The sensor chip package 30 is installed across a package body 31 made of epoxy resin, a lead frame 32 passing through the package body 31, a magnetic sensor 40 attached to the lead frame 32, and the inside and outside of the package body 31. 6 lead frame terminals 33a to 33f, and four wirings 34a to 34d for connecting the magnetic sensor 40 and the lead frame terminals 33b to 33e, respectively.

リードフレーム32は、銅からなっており、外部から延びてきてパッケージ本体31の左側手前からパッケージ本体31内に入り、後部側が凸になるようにコ字状に延びたのちに、パッケージ本体31の右側手前から外部に延びている。また、リードフレーム32のコ字状になったフレーム本体32aは他の部分よりも幅が大きくなっており、コ字状の内側に形成される隙間の幅は小さくなっている。このリードフレーム32には、左端部の測定電流用端子32b側から、フレーム本体32aを通過して右端部の測定電流用端子32c側に電流が流れ、磁気センサ40は、この電流を検出する。   The lead frame 32 is made of copper, extends from the outside, enters the package body 31 from the left front side of the package body 31, extends in a U shape so that the rear side is convex, and then the package body 31 It extends outward from the right side. Further, the U-shaped frame body 32a of the lead frame 32 has a larger width than the other portions, and the width of the gap formed inside the U-shape is reduced. In the lead frame 32, current flows from the measurement current terminal 32b side at the left end through the frame body 32a to the measurement current terminal 32c side at the right end, and the magnetic sensor 40 detects this current.

リードフレーム端子33a〜33fは、接続用の端子を構成するもので、リードフレーム32と同様、銅からなる導電体で構成されている。6個のリードフレーム端子33a〜33fは、パッケージ本体31の左右に3個ずつ左右対象に配置されており、それぞれがパッケージ本体31の外部から内部に向かって左右に延びる部分とパッケージ本体31の内部で前後方向に延びる部分とで構成されている。前部側の左右に配置されたリードフレーム端子33c,33dは、それぞれ左右に延びる部分の端部から前後に延びる部分が後方に向かって延びるL形に形成されており、パッケージ本体31の前後方向の中央よりも僅かに前部側に配置されている。   The lead frame terminals 33 a to 33 f constitute connection terminals and, like the lead frame 32, are made of a conductor made of copper. The six lead frame terminals 33 a to 33 f are arranged on the left and right sides of the package main body 31, respectively, and each of the six lead frame terminals 33 a to 33 f extends to the left and right from the outside of the package main body 31 to the inside. And a portion extending in the front-rear direction. The lead frame terminals 33c and 33d arranged on the left and right of the front side are formed in an L shape in which the portions extending in the front-rear direction from the ends of the portions extending in the left-right direction extend in the rear direction. It is arrange | positioned slightly from the center of the front part side.

リードフレーム端子33a〜33fのうちの前後方向の中央の左右に配置されたリードフレーム端子33b,33eは、それぞれ左右に延びる部分の端部に前後に延びる部分の前後方向の中央が位置するT形に形成されている。また、パッケージ本体31の後部側の左右に配置されたリードフレーム端子33a,33fは、それぞれ左右に延びる部分の端部から前後に延びる部分が前方に向かって延びるL形に形成されている。左右に配置されたそれぞれ3個のリードフレーム端子33a〜33cおよびリードフレーム端子33d〜33fは、左右に延びる部分および前後に延びる部分をそれぞれ等間隔にして配置されている。   Among the lead frame terminals 33a to 33f, the lead frame terminals 33b and 33e arranged on the left and right of the center in the front-rear direction are respectively T-shaped in which the center in the front-rear direction of the part extending in the front-rear direction is located at the end of the part extending in the left-right direction. Is formed. Further, the lead frame terminals 33a and 33f arranged on the left and right sides of the rear side of the package main body 31 are formed in an L shape in which the portions extending in the front-rear direction from the end portions of the portions extending in the left and right directions extend forward. The three lead frame terminals 33a to 33c and the lead frame terminals 33d to 33f arranged on the left and right are respectively arranged with a part extending left and right and a part extending front and rear at equal intervals.

磁気センサ40は、フレーム本体32aの前後方向の中央部分に設置されており、フレーム本体32aの上面に設置された絶縁基板41と、絶縁基板41の上面における前後方向の中央の左右にそれぞれ形成された一対のGMR素子42a,42bと、絶縁基板41の上面における四隅にそれぞれ形成された電極43a〜43dとを備えている。そして、フレーム本体32aの下面における、絶縁基板41の下方にバイアス磁石44が設置されている。磁気センサ40は、フレーム本体32aの上面に設置された絶縁基板41側部分と、フレーム本体32aの下面に設置されたバイアス磁石44とで構成されており、絶縁基板41とバイアス磁石44とは、それぞれダイボンドによってフレーム本体32aに固定されている。   The magnetic sensor 40 is installed in the center portion of the frame body 32a in the front-rear direction, and is formed on each of the insulating substrate 41 installed on the upper surface of the frame body 32a and the left and right of the center in the front-rear direction on the upper surface of the insulating substrate 41. And a pair of GMR elements 42a and 42b, and electrodes 43a to 43d formed at four corners on the upper surface of the insulating substrate 41, respectively. A bias magnet 44 is installed below the insulating substrate 41 on the lower surface of the frame body 32a. The magnetic sensor 40 includes an insulating substrate 41 side portion installed on the upper surface of the frame body 32a, and a bias magnet 44 installed on the lower surface of the frame body 32a. The insulating substrate 41 and the bias magnet 44 are: Each is fixed to the frame body 32a by die bonding.

絶縁基板41は、前述した絶縁基板21と同じ絶縁体材料からなる前後よりも左右が長い四角板状体で構成されており、前後方向の長さが1.05mm、左右方向の長さが1.8mm、厚みが0.25mmに設定されている。この絶縁基板41は、パッケージ本体31の左右および前後の中央に位置するようにして、フレーム本体32aの上面に設置されている。また、GMR素子42a,42bは、それぞれ前述したGMR素子22a〜22dと同じ材料で構成されており、前述したスパッタリング法を用いて成膜されることにより、絶縁基板41の表面に形成されている。また、GMR素子42a,42bは、それぞれ長手方向を左右に向け、線状の両端部を絶縁基板41の左右の外部側に向けて配置されている。   The insulating substrate 41 is formed of a rectangular plate-like body that is longer in the left and right directions than the front and rear, which are made of the same insulating material as the insulating substrate 21 described above. .8 mm and thickness is set to 0.25 mm. The insulating substrate 41 is installed on the upper surface of the frame main body 32 a so as to be positioned at the left and right and front and rear centers of the package main body 31. The GMR elements 42a and 42b are made of the same material as the GMR elements 22a to 22d described above, and are formed on the surface of the insulating substrate 41 by using the sputtering method described above. . Further, the GMR elements 42 a and 42 b are arranged with their longitudinal directions facing left and right, and both linear ends facing the left and right outer sides of the insulating substrate 41.

電極43a〜43dはそれぞれ薄い銅板からなっており、電極43a,43bは、GMR素子42aの端部にそれぞれ接続され、電極43c,43dは、GMR素子42bの端部にそれぞれ接続されている。また、電極43a〜43dはそれぞれ、配線34a〜34dを介したワイヤボンドによって、6個のリードフレーム端子33a〜33fのうちの前部側に位置する4個のリードフレーム端子33b〜33dに接続されている。また、GMR素子42a,42bは、電極43a〜43d、配線34a〜34dおよびリードフレーム端子33b〜33eを介して直列に接続されており、これによって、図15に示したハーフブリッジ回路が形成されている。   The electrodes 43a to 43d are each made of a thin copper plate, the electrodes 43a and 43b are respectively connected to the end portions of the GMR element 42a, and the electrodes 43c and 43d are respectively connected to the end portions of the GMR element 42b. The electrodes 43a to 43d are connected to the four lead frame terminals 33b to 33d located on the front side of the six lead frame terminals 33a to 33f, respectively, by wire bonding via the wirings 34a to 34d. ing. The GMR elements 42a and 42b are connected in series via the electrodes 43a to 43d, the wirings 34a to 34d, and the lead frame terminals 33b to 33e, thereby forming the half bridge circuit shown in FIG. Yes.

電極43aには、リードフレーム端子33bから配線34aを介して5Vの電源電圧が供給されるようになっている。また、電極43dは、配線34dおよびリードフレーム端子33eを介して接地されるようになっている。電極43b,43cは、それぞれ配線34b,34cおよびリードフレーム端子33c,33dを介して出力端子となる。リードフレーム端子33c,33dは、配線(図示せず)を介して接続されており、その接続点から出力Vが信号として取り出される。この出力Vは、前述した式2、式3のVx、Vyと同様にして求められる。   A power supply voltage of 5 V is supplied to the electrode 43a from the lead frame terminal 33b through the wiring 34a. The electrode 43d is grounded via the wiring 34d and the lead frame terminal 33e. The electrodes 43b and 43c serve as output terminals via the wirings 34b and 34c and the lead frame terminals 33c and 33d, respectively. The lead frame terminals 33c and 33d are connected via wiring (not shown), and the output V is taken out as a signal from the connection point. This output V is obtained in the same manner as Vx and Vy in the above-described equations 2 and 3.

バイアス磁石44は、酸化鉄を主原料とした四角板状のフェライト磁石からなっており、前後方向の長さが1.1mm、左右方向の長さが2.4mm、厚みが0.2mmに設定されている。また、バイアス磁石44は、左右を2等分する面を境界として分極されて境界面に対して直角方向に着磁されており、左側がN極、右側がS極になっている。これによって、バイアス磁石44には、図13に示した矢印の方向の磁界が発生し、GMR素子42a,42bには、それぞれ長手方向に沿ったバイアス磁界が印加される。磁気センサ40が備えるGMR素子42a,42bのMR特性については、前述した磁気センサ20が備えるGMR素子22a〜22dのMR特性と略同じであり、バイアス磁界が印加されていないときには、図5(a)および図5(b)に示したMR特性が現れ、バイアス磁界を印加したときには、図7(a)および図7(b)に示したMR特性が現れる。   The bias magnet 44 is made of a square plate-shaped ferrite magnet made of iron oxide as a main material, and the length in the front-rear direction is set to 1.1 mm, the length in the left-right direction is set to 2.4 mm, and the thickness is set to 0.2 mm. Has been. The bias magnet 44 is polarized with a plane that bisects the left and right sides as a boundary and is magnetized in a direction perpendicular to the boundary surface. The left side is an N pole and the right side is an S pole. As a result, a magnetic field in the direction of the arrow shown in FIG. 13 is generated in the bias magnet 44, and a bias magnetic field along the longitudinal direction is applied to each of the GMR elements 42a and 42b. The MR characteristics of the GMR elements 42a and 42b included in the magnetic sensor 40 are substantially the same as the MR characteristics of the GMR elements 22a to 22d included in the magnetic sensor 20 described above, and when a bias magnetic field is not applied, FIG. ) And FIG. 5B appear, and when a bias magnetic field is applied, the MR characteristics shown in FIG. 7A and FIG. 7B appear.

つぎに、センサチップパッケージ30におけるリードフレーム32の測定電流用端子32b,32c間に、電流を印加した時の印加電流と磁気センサ40の出力との関係を説明する。リードフレーム32に測定電流用端子32bから測定電流用端子32cに向かう電流を印加した場合、フレーム本体32aにおけるGMR素子42aに対応する部分には、フレーム本体32aの断面を前方から見た状態での時計周り方向に外部磁界が発生し、フレーム本体32aにおけるGMR素子42bに対応する部分には、フレーム本体32aの断面を前方から見た状態での反時計周り方向に外部磁界が発生する。すなわち、GMR素子42a,42bには、それぞれ長手方向に沿った反対方向の外部磁界が加わるようになる。   Next, the relationship between the applied current and the output of the magnetic sensor 40 when a current is applied between the measurement current terminals 32b and 32c of the lead frame 32 in the sensor chip package 30 will be described. When a current directed from the measurement current terminal 32b to the measurement current terminal 32c is applied to the lead frame 32, a portion of the frame main body 32a corresponding to the GMR element 42a is in a state where the cross section of the frame main body 32a is viewed from the front. An external magnetic field is generated in the clockwise direction, and an external magnetic field is generated in a portion corresponding to the GMR element 42b in the frame body 32a in a counterclockwise direction when the cross section of the frame body 32a is viewed from the front. That is, an external magnetic field in the opposite direction along the longitudinal direction is applied to the GMR elements 42a and 42b.

このとき、GMR素子42a,42bに加わる磁界の大きさと方向とは、バイアス磁界と外部磁界との大きさと方向との合成ベクトルとなるため、GMR素子42aに加わる磁界の大きさはバイアス磁界よりも外部磁界が加わる分大きくなり、GMR素子42bに加わる磁界の大きさはバイアス磁界よりも外部磁界が引かれる分小さくなる。この場合、GMR素子42aの抵抗値は、GMR素子42bの抵抗値よりも小さくなる。また、印加電流に対する磁気センサ40の出力は、図15に示したハーフブリッジの出力Vとなり、この出力Vは印加電流の大きさにしたがって変化する。   At this time, since the magnitude and direction of the magnetic field applied to the GMR elements 42a and 42b are a combined vector of the magnitude and direction of the bias magnetic field and the external magnetic field, the magnitude of the magnetic field applied to the GMR element 42a is larger than the bias magnetic field. The magnitude of the magnetic field applied to the GMR element 42b becomes smaller than the bias magnetic field, and the magnitude of the magnetic field applied to the GMR element 42b becomes smaller. In this case, the resistance value of the GMR element 42a is smaller than the resistance value of the GMR element 42b. Further, the output of the magnetic sensor 40 with respect to the applied current becomes the output V of the half bridge shown in FIG. 15, and this output V changes according to the magnitude of the applied current.

図16(a)および図16(b)は、リードフレーム32への印加電流の大きさと磁気センサ40の出力との関係を示している。この場合のバイアス磁石44によるバイアス磁界の大きさは、14kA/mである。この磁気センサ40によると、電流値の正負の方向に関わらず、出力値は、直線状に延び、広い動作磁界に対して良好な検出値を得ることができる。また、図16(b)のように、印加電流を微小にしても、安定した出力特性が得られた。このことから、磁気センサ40が浮遊磁界の変動の影響を受けにくいものであることもわかる。このように、磁気センサ40によると、外部からの浮遊磁界による出力変動がなく、特に、バイアス磁界方向の磁界勾配の検知に優れた出力特性が得られる。   FIG. 16A and FIG. 16B show the relationship between the magnitude of the current applied to the lead frame 32 and the output of the magnetic sensor 40. In this case, the magnitude of the bias magnetic field by the bias magnet 44 is 14 kA / m. According to the magnetic sensor 40, the output value extends linearly regardless of the positive or negative direction of the current value, and a good detection value can be obtained for a wide operating magnetic field. Further, as shown in FIG. 16B, stable output characteristics were obtained even when the applied current was small. From this, it can be seen that the magnetic sensor 40 is not easily affected by the fluctuation of the stray magnetic field. As described above, according to the magnetic sensor 40, there is no output fluctuation due to the stray magnetic field from the outside, and in particular, output characteristics excellent in detection of the magnetic field gradient in the bias magnetic field direction can be obtained.

(変形例)
図17および図18は、前述したセンサチップパッケージ30の変形例に係るセンサチップパッケージ50を示している。このセンサチップパッケージ50では、リードフレーム52のコ字状になったフレーム本体52aの幅が前述したフレーム本体32aの幅よりも小さくなっており、その分、フレーム本体52aのコ字状部分の内側に形成される隙間の幅は大きくなっている。そして、フレーム本体52aの左右両側における磁気センサ40aが位置する部分には、それぞれ磁気センサ40aの中央側に向かって延びる引き込み部52b,52cが形成されている。この引き込み部52b,52cの対向する先端部間の長さは、前述したフレーム本体32aの内側に形成された隙間の幅と略同じになっている。このセンサチップパッケージ50のそれ以外の部分の構成は、前述したセンサチップパッケージ30と同一である。したがって、同一部分に同一符号を記して説明は省略する。
(Modification)
17 and 18 show a sensor chip package 50 according to a modification of the sensor chip package 30 described above. In this sensor chip package 50, the width of the U-shaped frame body 52a of the lead frame 52 is smaller than the width of the frame body 32a described above, and accordingly, the inner side of the U-shaped portion of the frame body 52a. The width of the gap formed in the is increased. And in the part in which the magnetic sensor 40a is located on both the left and right sides of the frame main body 52a, lead-in portions 52b and 52c extending toward the center side of the magnetic sensor 40a are formed. The length between the leading ends of the drawing-in portions 52b and 52c is substantially the same as the width of the gap formed inside the frame main body 32a. The rest of the configuration of the sensor chip package 50 is the same as that of the sensor chip package 30 described above. Accordingly, the same parts are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted.

センサチップパッケージ50は、フレーム本体52aの幅を小さくすることにより、センサチップパッケージ30のフレーム本体32aと比べて電流密度を高めることができる。これによって、図19に示したように、前述したセンサチップパッケージ30と比べて、同じ電流を印加した場合の磁気センサ40aの出力を増加できる。例えば、印加電流が1ampの場合、磁気センサ40aの出力は、図19に示されているように、1.7mV程度であるが、センサチップパッケージ30の磁気センサ20の出力は、図16(b)に示されているように、1.0mVである。このように、フレーム本体52aの幅を小さくすることにより、磁気センサ40aを高感度なものにすることができる。   The sensor chip package 50 can have a higher current density than the frame main body 32a of the sensor chip package 30 by reducing the width of the frame main body 52a. As a result, as shown in FIG. 19, the output of the magnetic sensor 40a when the same current is applied can be increased as compared with the sensor chip package 30 described above. For example, when the applied current is 1 amp, the output of the magnetic sensor 40a is about 1.7 mV as shown in FIG. 19, but the output of the magnetic sensor 20 of the sensor chip package 30 is as shown in FIG. ) As shown in FIG. Thus, the magnetic sensor 40a can be made highly sensitive by reducing the width of the frame body 52a.

また、センサチップパッケージ50において、引き込み部52b,52cを設けなくても、引き込み部52b,52cを設けた場合と同様の効果が得られるが、その場合、絶縁基板41とフレーム本体52aとの接触面積が小さくなって、絶縁基板41のフレーム本体52aへのダイボンドが難しくなる。また、リードフレーム52に大きな電流を流した場合には、リードフレーム52からジュール損失による発熱が生じるが、引き込み部52b,52cを設けることにより、その発熱を拡散させる効果も生じる。このようなことから、センサチップパッケージ50においては、リードフレーム52に引き込み部52b,52cを設けている。   Further, in the sensor chip package 50, even if the lead-in portions 52b and 52c are not provided, the same effect as that in the case where the lead-in portions 52b and 52c are provided is obtained. As the area is reduced, die bonding of the insulating substrate 41 to the frame main body 52a becomes difficult. Further, when a large current is passed through the lead frame 52, heat is generated from the lead frame 52 due to Joule loss. However, providing the lead-in portions 52b and 52c also has an effect of diffusing the heat. For this reason, in the sensor chip package 50, lead-in portions 52b and 52c are provided in the lead frame 52.

本発明に係る磁気センサは、前述した各実施形態に限定するものでなく、本発明の技術的範囲内で適宜変更して実施することができる。例えば、前述した各実施形態では、バイアス磁界印加手段として、バイアス磁石24,44を用いているが、これに代えて磁気コイルを用い、磁気コイルに電流を流すことによりバイアス磁界を発生させてもよい。また、前述した各実施形態では、ブリッジ回路をハーフブリッジ回路としたが、フルブリッジ回路を用いることもできる。例えば、磁気センサ40,40aを電流センサとして用いる実施形態では、図20および図21に示したフルブリッジ回路を用いることもできる。   The magnetic sensor according to the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be implemented with appropriate modifications within the technical scope of the present invention. For example, in each of the embodiments described above, the bias magnets 24 and 44 are used as the bias magnetic field applying means, but instead of this, a magnetic coil may be used and a bias magnetic field may be generated by passing a current through the magnetic coil. Good. In each of the embodiments described above, the bridge circuit is a half bridge circuit, but a full bridge circuit may be used. For example, in the embodiment using the magnetic sensors 40 and 40a as current sensors, the full bridge circuit shown in FIGS. 20 and 21 can be used.

図20は、GMR素子62a〜62d、電極63a〜63hおよび導電部65a〜65eを備えたフルブリッジ回路を示している。また、図21は、GMR素子72a〜72d、電極73a〜73hおよび導電部75a〜75dを備えたフルブリッジ回路を示しており、GMR素子72a,72bおよびGMR素子72c,72dは、それぞれ線状を平行して配置することにより入れ子形態に形成されている。また、本発明に係る磁気センサのそれ以外の部分についても、適宜変更して実施することができる。   FIG. 20 shows a full bridge circuit including GMR elements 62a to 62d, electrodes 63a to 63h, and conductive portions 65a to 65e. FIG. 21 shows a full bridge circuit including GMR elements 72a to 72d, electrodes 73a to 73h, and conductive portions 75a to 75d. The GMR elements 72a and 72b and the GMR elements 72c and 72d are linear. By arranging them in parallel, they are nested. In addition, other portions of the magnetic sensor according to the present invention can be implemented with appropriate modifications.

20,40,40a…磁気センサ、21,41…絶縁基板、22a〜22d,42a,42b,62a〜62d,72a〜72d…GMR素子、24,44…バイアス磁石。   20, 40, 40a ... magnetic sensor, 21, 41 ... insulating substrate, 22a-22d, 42a, 42b, 62a-62d, 72a-72d ... GMR element, 24, 44 ... bias magnet.

Claims (5)

絶縁基板と、
前記絶縁基板の表面に形成され、一方側と他方側との間を折り返しながら延びる線状の高透磁率グラニュラ薄膜からなるGMR素子と、
前記絶縁基板の近傍に配置され、前記GMR素子の線状が延びる長手方向にバイアス磁界を印加するバイアス磁界印加手段と
を備えたことを特徴とする磁気センサ。
An insulating substrate;
A GMR element formed of a linear high permeability granular thin film formed on the surface of the insulating substrate and extending between the one side and the other side;
A magnetic sensor, comprising: a bias magnetic field applying unit that is disposed in the vicinity of the insulating substrate and applies a bias magnetic field in a longitudinal direction in which the linear shape of the GMR element extends.
前記GMR素子を構成するグラニュラ薄膜が、Agからなる母相中に、FeCoからなる微粒子を分散させて構成されたものである請求項1に記載の磁気センサ。   The magnetic sensor according to claim 1, wherein the granular thin film constituting the GMR element is configured by dispersing fine particles made of FeCo in a matrix phase made of Ag. 前記GMR素子の線状が延びる長手方向に外部磁界を印加したときに、前記GMR素子に発生する抵抗値に基づいて前記外部磁界の大きさと正負の極性とを検出する請求項1または2に記載の磁気センサ。   The magnitude | size of the said external magnetic field and a positive / negative polarity are detected based on the resistance value which generate | occur | produces in the said GMR element when an external magnetic field is applied to the longitudinal direction where the linear form of the said GMR element extends. Magnetic sensor. 前記バイアス磁界印加手段を、磁極面の磁気中心を前記絶縁基板の中心に合わせた状態で前記絶縁基板に対向して配置されたバイアス磁石で構成して、前記GMR素子を、前記絶縁基板の中心点で直交し前記磁極面に平行に延びる2つの軸に沿い前記中心点からそれぞれ同一距離の位置にそれぞれ形成された4つのもので構成し、前記2つの軸の各軸に沿ってそれぞれ設けた2つのGMR素子を直列に接続して2つのブリッジ回路を構成し、前記2つのブリッジ回路の両端に電源電圧を印加して、前記2つのGMR素子の接続点からそれぞれ出力信号を取り出すようにした請求項1ないし3のうちのいずれか一つに記載の磁気センサ。   The bias magnetic field applying means is composed of a bias magnet disposed facing the insulating substrate in a state where the magnetic center of the magnetic pole surface is aligned with the center of the insulating substrate, and the GMR element is arranged at the center of the insulating substrate. It is composed of four elements formed at the same distance from the center point along two axes that are orthogonal to each other and extend in parallel to the magnetic pole surface, and are provided along each of the two axes. Two GMR elements are connected in series to form two bridge circuits, and a power supply voltage is applied to both ends of the two bridge circuits so that output signals are taken out from the connection points of the two GMR elements, respectively. The magnetic sensor according to claim 1. 前記バイアス磁界印加手段を、前記絶縁基板の裏面に沿って2極着磁されたバイアス磁石で構成して、前記GMR素子を、前記絶縁基板の表面における前記バイアス磁石の両極に対応する部分にそれぞれ形成された2つのもので構成し、前記2つのGMR素子を直列に接続してブリッジ回路を構成し、前記ブリッジ回路の両端に電源電圧を印加して、前記GMR素子の接続点からそれぞれ出力信号を取り出すようにした請求項1ないし3のうちのいずれか一つに記載の磁気センサ。   The bias magnetic field applying means is composed of a bias magnet magnetized in two poles along the back surface of the insulating substrate, and the GMR element is disposed at a portion corresponding to both poles of the bias magnet on the surface of the insulating substrate. The two GMR elements are formed in series, and the two GMR elements are connected in series to form a bridge circuit. A power supply voltage is applied to both ends of the bridge circuit, and output signals are respectively output from the connection points of the GMR elements. The magnetic sensor according to claim 1, wherein the magnetic sensor is taken out.
JP2010206663A 2010-09-15 2010-09-15 Magnetic sensor Pending JP2012063203A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010206663A JP2012063203A (en) 2010-09-15 2010-09-15 Magnetic sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010206663A JP2012063203A (en) 2010-09-15 2010-09-15 Magnetic sensor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2012063203A true JP2012063203A (en) 2012-03-29

Family

ID=46059072

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010206663A Pending JP2012063203A (en) 2010-09-15 2010-09-15 Magnetic sensor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2012063203A (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016523008A (en) * 2013-04-01 2016-08-04 江▲蘇▼多▲維▼科技有限公司Multidimension Technology Co., Ltd. Push-pull flip chip half-bridge magnetoresistive switch
US9608659B2 (en) 2014-05-19 2017-03-28 Denso Corporation Analog/digital conversion circuit
JP2017198572A (en) * 2016-04-28 2017-11-02 株式会社東芝 Magnetic characteristic measurement probe, magnetic characteristic measurement system, magnetic characteristic measurement method and degradation evaluation method
JP2018054460A (en) * 2016-09-29 2018-04-05 大同特殊鋼株式会社 Thin film magnetic sensor
US10094890B2 (en) 2014-10-09 2018-10-09 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Magnetic sensor
WO2023058697A1 (en) * 2021-10-08 2023-04-13 パナソニックIpマネジメント株式会社 Motor position detection system

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS601515A (en) * 1983-06-20 1985-01-07 Nippon Denso Co Ltd Magnetism detecting device
JP2000216454A (en) * 1999-01-22 2000-08-04 Yamaha Corp Magnetic resistance effect element and its manufacture
JP2003035757A (en) * 2001-07-19 2003-02-07 Toyota Central Res & Dev Lab Inc Magnetic field detector
JP2005283477A (en) * 2004-03-30 2005-10-13 Denso Corp Magnetic sensor
JP2010078360A (en) * 2008-09-24 2010-04-08 Tokai Rika Co Ltd Magnetic sensor and magnetic sensor manufacturing method
JP4458149B2 (en) * 2007-10-31 2010-04-28 Tdk株式会社 Magnetic coupler

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS601515A (en) * 1983-06-20 1985-01-07 Nippon Denso Co Ltd Magnetism detecting device
JP2000216454A (en) * 1999-01-22 2000-08-04 Yamaha Corp Magnetic resistance effect element and its manufacture
JP2003035757A (en) * 2001-07-19 2003-02-07 Toyota Central Res & Dev Lab Inc Magnetic field detector
JP2005283477A (en) * 2004-03-30 2005-10-13 Denso Corp Magnetic sensor
JP4458149B2 (en) * 2007-10-31 2010-04-28 Tdk株式会社 Magnetic coupler
JP2010078360A (en) * 2008-09-24 2010-04-08 Tokai Rika Co Ltd Magnetic sensor and magnetic sensor manufacturing method

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016523008A (en) * 2013-04-01 2016-08-04 江▲蘇▼多▲維▼科技有限公司Multidimension Technology Co., Ltd. Push-pull flip chip half-bridge magnetoresistive switch
US9608659B2 (en) 2014-05-19 2017-03-28 Denso Corporation Analog/digital conversion circuit
US10094890B2 (en) 2014-10-09 2018-10-09 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Magnetic sensor
JP2017198572A (en) * 2016-04-28 2017-11-02 株式会社東芝 Magnetic characteristic measurement probe, magnetic characteristic measurement system, magnetic characteristic measurement method and degradation evaluation method
JP2018054460A (en) * 2016-09-29 2018-04-05 大同特殊鋼株式会社 Thin film magnetic sensor
WO2023058697A1 (en) * 2021-10-08 2023-04-13 パナソニックIpマネジメント株式会社 Motor position detection system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7786725B2 (en) Magnetic field detection apparatus for detecting an external magnetic field applied to a magnetoresistance effect element, and method of adjusting the same
JP4415923B2 (en) Current sensor
US10184959B2 (en) Magnetic current sensor and current measurement method
WO2014156108A1 (en) Magnetic sensor and method for detecting magnetism thereof
US20070188946A1 (en) Magnetic sensor and current sensor
JP2007101252A (en) Magnetic sensor, its manufacturing method, and current sensor
JP2006125962A (en) Current sensor
JP2013011469A (en) Current sensor
JP2012063203A (en) Magnetic sensor
JPWO2013129276A1 (en) Magnetic sensor element
JP2015219227A (en) Magnetic sensor
JP5187538B2 (en) Magnetic sensor
JP4023476B2 (en) A compass with a spin-valve giant magnetoresistive element
WO2018139233A1 (en) Magnetoresistive effect element unit and magnetoresistive effect element device
US20050140363A1 (en) Sensor for detection of the orientation of a magnetic field
JP6321323B2 (en) Magnetic sensor
WO2011074488A1 (en) Magnetic sensor
JP4985522B2 (en) Magnetic field measuring method and magnetic sensor
JP7057680B2 (en) Magnetic sensor and current sensor
JP4482866B2 (en) A compass with a giant magnetoresistive element
JP2014089088A (en) Magnetoresistive effect element
JP2012150007A (en) Power measuring device
CN110837066A (en) Magnetic field sensing device
CN109328307B (en) Magnetic sensor and current sensor provided with same
JP2013047610A (en) Magnetic balance type current sensor

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20130805

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20140324

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20140507

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20140612

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20150106

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20150223

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20150701