JP2017517014A - 磁気抵抗ｚ軸勾配検出チップ - Google Patents

Abstract

磁気媒体により生成されるＺ軸磁界成分のＸＹ平面における勾配を検出するために用いられる磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップであって、Ｓｉ基板（１）と、距離Ｌｇ離れ、２つ又は２グループの磁束ガイドデバイス（２）集合と、磁気抵抗センサユニット３（１）、３（２）に電気的に相互接続される配置とを備える。磁気抵抗センサユニット３（１）、３（２）は、Ｓｉ基板（１）上に配置され、磁束ガイドデバイス（２）の上方又は下方に配置される。磁束ガイドデバイス（２）はＺ軸磁界（４）成分をＳｉ基板（１）の表面に平行且つ、磁気抵抗ユニット３（１）、３（２）の検出軸方向に沿うように変換する。磁気抵抗ユニット３（１）、３（２）は、半ブリッジ又は完ブリッジグラジオメータの構成に含まれるように電気的に相互結合されている。ここで、相対するブリッジアームは距離Ｌｇだけ離れている。このセンサチップは、ＰＣＢと共に、又は、ＰＣＢとの結合に筐体のある背面側バイアス磁石を追加したものと結合して、利用される。センサは、平面内検出軸を有する磁気抵抗センサを利用することによりＺ軸磁界（４）の勾配を測定する。このセンサチップは、ホール効果検出センサに対して、小サイズ、低消費電力、高い磁界検出感度といった優位性を持つ。【選択図】 図１

Description

本発明は、磁気センサの分野に関し、特に、磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップに関する。

磁気抵抗勾配センサは、ギア刃検出、ＰＯＳ装置の磁気ヘッドに用いられる磁気画像センサ及び電流検出磁気ヘッドに広く適用されている。通常の環境下においては、磁気抵抗センサは、例えば、平面検出軸を有するＧＭＲセンサとＴＭＲセンサであり、これにより、磁界検出方向は、センサが配置されているチップの表面に平行である。その一方で、ホール効果センサは、チップの表面に垂直なＺ軸検出方向を持つ。現在のところ、磁気画像センサに用いられるときには、ホール効果素子ヘッドは、通常、Ｚ軸磁界成分を測定する村田製作所のＩｎＳｂ薄膜物質よりなるホール効果素子を有する。しかし、Ｚ軸磁界成分を測定するホール素子も平面磁界成分を測定するＧＭＲセンサとＴＭＲセンサも、幾つかの課題を有する。

ＩｎＳｂは、標準的な物質でなく、標準的でない半導体製造プロセスが用いられるため、その製造工程は、ＴＭＲやＧＭＲなどのセンサの標準的な製造工程よりも複雑である。

現在のところ、全てのＧＭＲベースの磁気画像センサとＴＭＲベースの磁気画像センサは、主に、平面内の磁界検出方向に基づいている。そして、これらが磁界検出磁気ヘッドに適用されるときには、表面に深い溝が掘られた背後側バイアス磁石を用いる必要があるが、この磁石の形状は相対的に複雑である。従って、表面に生成された磁界は、均一に分布しない。その一方で、Ｚ軸方向に磁化された背後側バイアス磁気ブロックは、ＩｎＳｂに基づいたＺ軸センサの背後側バイアス磁石として用いることができるが、この磁石の形状は相対的にシンプルな構造を有する。

ＧＭＲセンサとＴＭＲセンサと比較して、ホール効果センサは、磁界感度が相対的に低く、（感度、オフセット及び抵抗の）安定性において劣り、反復性において劣る（つまり、オフセットと感度の変化を制御することが困難である）。

上記の現存する課題に鑑みて、ＧＭＲセンサとＴＭＲセンサの通常の製造工程とＺ軸センサ背後側バイアス磁石の利点を組み合わせたことにより、上記の欠点を解決することに成功し、そして、平面検出軸を持つ磁気抵抗素子を用いることによりＺ軸の磁界勾配を検出することを可能にし、更に、ホールセンサと比較して、サイズがより小さく、消費電力がより低く、磁界感度がより高いといった幾つかの利点を有するような磁気抵抗Ｚ軸グラジオメータチップを、本発明は提案する。

本発明により提案される磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップは、磁気媒体により生成されるＺ軸磁界成分のＸＹ平面における勾配を検出するために用いられ、該磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップは、Ｓｉ基板と、該Ｓｉ基板上に配置され且つ完全ブリッジグラジオメータ又は半ブリッジグラジオメータ内において電気的に相互結合された磁気抵抗センサユニットと、前記Ｓｉ基板上の配置された２つの又は２グループの磁束ガイドデバイスを含むものであり、前記磁気抵抗センサユニットは、前記磁束ガイドデバイスの上方又は下方に配置され、前記Ｓｉ基板の表面に平行な検出方向を持ち、前記磁束ガイドデバイスは、磁気媒体により生成されたＺ軸磁界を磁気抵抗検出ユニットに沿った検出方向のものに変換する
。

磁束ガイドデバイスの各グループは、少なくとも２つの磁束ガイドデバイスを含み、該２つ又は２グループの磁束ガイドデバイスは、距離Ｌｇだけ相互に離間し、前記フルブリッジグラジオメータ又は前記半ブリッジグラジオメータの相対するブリッジアームは、距離Ｌｇだけ相互に離間する。

好ましくは、磁気抵抗センサは、ＧＭＲ及び／又はＴＭＲセンサユニットである。

好ましくは、前記磁束ガイドデバイスは、Ｃｏ、Ｆｅ及びＮｉから選択された１又は２以上の要素から成る軟磁性合金である。

好ましくは、磁束ガイドデバイスは、細長く、Ｙ軸方向の沿った長軸とＸ軸方向に沿った短軸を有し、その長さＬｙはその幅Ｌｘよりも長く、厚さＬｚよりも長い。

好ましくは、磁気抵抗センサユニットからそれに対応する磁束ガイドデバイスのＹ軸中心線までの垂直距離が（１／３）×Ｌｘよりも短く又はそれと等しいときには、磁気抵抗センサユニットの磁界の動作範囲を増加させることができる。

好ましくは、磁気抵抗センサユニットの位置からＹ軸中心線までの垂直距離が長いほど、又は、磁束ガイドデバイスの厚さＬｚが厚いほど、又は、磁束ガイドデバイスの幅Ｌｚが短いほど、磁気抵抗センサユニットの磁界感度が高くなる。

好ましくは、磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップは、２行１列の配列を成すように並んだ２つの磁束ガイドデバイスを含んでいる。ここで、その行方向はＹ軸方向であり、列方向はＸ軸方向であり、行間Ｌｇは、勾配特徴距離に対応する。

好ましくは、半ブリッジグラジオメータの２つのブリッジアームは、２つの磁束ガイドデバイスにそれぞれ対応し、その２つのブリッジアームは、対応する磁束ガイドデバイスのＹ軸中心線から見て同一の側の同一位置に配置されていて、２つのブリッジアーム上の磁気抵抗センサユニットは、同一の検出方向を有する。

好ましくは、完全ブリッジグラジオメータの２つの半ブリッジは、２つの磁束ガイドデバイスにそれぞれ対応し、これらの半ブリッジの各々における２つのブリッジアームは、対応する磁束ガイドデバイスのＹ軸中心線について対称的にその線の両側において分布していて、同一の電源供給電極に接続されている２つのブリッジアームは、対応する磁束ガイドのＹ軸中心線から見て同一の側の同一の場所に配置されていて、完全ブリッジグラジオメータの磁気抵抗センサユニットは、同一の検出方向を有している。

好ましくは、完全ブリッジグラジオメータの２つの半ブリッジの何れかに含まれる２つのブリッジアームは、それぞれ、２つの磁束ガイドデバイスのＹ軸中心線から見て同一の側の同一位置に配置され、同一の電源供給電極に接続されている２つのブリッジアームは、同一の磁束ガイドラインに対応し、磁束ガイドデバイスのＹ軸中心線の両側において対称的に配置されていて、完全ブリッジグラジオメータの磁気抵抗センサユニットは、同一の検出方向を有する。

好ましくは、磁束ガイドデバイスの各グループは、２×Ｎ（ここでＮ＞１）の磁束ガイドデバイスを含み、磁束ガイドデバイスの２つのグループは、２行１列の配列を有する。ここで、行方向はＹ軸方向であり、列方向はＸ軸方向である。磁束ガイドデバイスの各グループは、Ｎ行１列の配列を有する。ここで、行方向はＹ軸方向であり、列方向はＸ軸方
向である。各グループにおける磁束ガイドデバイス間の行間距離Ｌｓは、Ｌｇよりもかなり短い。

好ましくは、半ブリッジグラジオメータの２つのブリッジアームの磁気抵抗素子ユニットは、それぞれ、磁束ガイドデバイスの２つのグループに含まれるＮ個の磁束ガイドデバイスに対応する。２つのブリッジアームの磁気抵抗検出ユニットは、対応する磁束ガイドデバイスのＹ軸中心線から見て同一の側の同一位置に配置される。これらの磁気抵抗検出ユニットは、同一の検出方向を有する。

好ましくは、完全ブリッジグラジオメータに含まれる２つの半ブリッジの磁気抵抗検出ユニットは、それぞれ、磁束ガイドデバイスの２つのグループに含まれるＮ個の磁束ガイドデバイスに対応する。

半ブリッジの各々における２つのブリッジアープの磁気抵抗センサユニットは、対応する磁束ガイドデバイスのＹ軸中心線については対照的にその線の両側に分布する。

同一の電力供給電極に接続された２つのブリッジアームの磁気抵抗センサユニットは、それぞれ、磁束ガイドデバイスの２つのグループに含まれるＮ個の磁束ガイドデバイスに対応し、対応する磁束ガイドデバイスのＹ軸中心線から見て同一の側の同一の位置に配置される。

完全ブリッジグラジオメータに含まれる磁気抵抗検出ユニットは、同一の検出方向を有する。

完全ブリッジグラジオメータの２つの半ブリッジの何れかに含まれる２つのブリッジアームの磁気抵抗センサは、それぞれ、磁束ガイドデバイスの２つのグループに含まれるＮ個の磁束ガイドデバイスに対応し、対応する磁束ガイドデバイスのＹ軸中心線から見て同一の側の同一の位置に配置される。

同一の電源供給電極に接続されている２つのブリッジの磁気抵抗センサユニットは、磁束ガイドデバイスの同一のグループに含まれるＮ個の磁束ガイドデバイスに対応し、対応する磁束ガイドデバイスのＹ軸中心線については対称的にその線の両側の同一の位置に分布する。

完全ブリッジグラジオメータに含まれる磁気抵抗センサユニットは、同一の検出方向を有する。

好ましくは、ブリッジアームの各々は、同一数の磁気抵抗センサユニットを有し、磁気抵抗センサユニットは、直列接続、並列接続または直列接続及び並列接続の組み合わせによる２部構成を持って電気的に相互接続され、ブリッジアームは、全て同一の電気的相互接続構成を有する。

好ましくは、磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップは、ワイヤボンディングによりプリント回路板に電気的に接続されている。

好ましくは、磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップは、貫通シリコンビアス（ＴＳＶ）によりプリント回路基板に電気的に接続されている。

好ましくは、磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップは、永久磁石磁気媒体によるＺ軸磁界成分を検出するために、プリント回路基板の上に実装される。磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップ
は、高い磁界検出感度と、永久磁石磁気媒体により生成されるＺ軸磁界よりも高い飽和磁界を持つように設計されている。

好ましくは、磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップは、プリント回路基板の上に実装される。プリント回路基板の背面には、磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップに垂直な磁界を生成するために永久磁石ブロックが用意される。磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップは、永久磁石により生成される磁界よりも高い飽和磁界を有するように設計される。

好ましくは、磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップは、プリント回路基板上に実装され、プリント回路基板の背面には、磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップに垂直な磁界を生成するために永久磁石が用意される。プリント回路基板は筐体の中に置かれる。筐体は、実装用ブラケットとピン電極を背面に有する。プリント回路基板と磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップは、実装用ブラケットに配置される。磁気抵抗Ｚ軸センサチップは、永久磁石の磁界よりも高い飽和磁界を持ち、高い磁界感度を持つように設計される。

好ましくは、磁気抵抗検出ユニットの検出方向は、Ｘ軸方向である。

本発明の実施形態の技術における技術的解決を更に明確に説明するために、実施形態の技術についての説明に利用される添付する図面を以下において簡単に説明する。

明らかに、以下の説明において添付する図面は、本発明の幾つかの実施形態に過ぎず、当業者は、創造的努力がなくともこれらの図面から他の添付図面を導出することができる。

図１は、磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップとそれによるＺ方向の磁界の測定の原理を示す図面である。 図２は、磁束ガイドデバイスと磁気抵抗ユニットの位置を示す図である。 図３は、双磁束ガイドデバイスを有する半ブリッジ構造の磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップの模式図である。 図４は、双磁束ガイドデバイスを有する半ブリッジ構造の磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップの磁気抵抗ユニット間の電気的接続の模式図である。 図５は、双磁束ガイドデバイスを有する完全ブリッジ構造の磁気Ｚ軸勾配センサチップの模式図である。 図６は、双磁束ガイドデバイスを有する完全ブリッジ構造の磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップの磁気抵抗ユニット間の電気的接続の第１模式図である。 図７は、双磁束ガイドデバイスを有する完全ブリッジ構造の磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップの磁気抵抗ユニット間の電気的接続の第１模式図である。 図８は、複数の磁束ガイドデバイスを有する半ブリッジ構造の磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップの模式図である。 図９は、複数の磁束ガイドデバイスを有する半ブリッジ構造の磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップの磁気抵抗ユニット間の電気的接続の模式図である。 図１０は、多数の磁束ガイドデバイスを有する完全ブリッジ構造の磁気Ｚ軸勾配センサチップの模式図である。 図１１は、多数の磁束ガイドデバイスを有する完全ブリッジ構造の磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップの磁気抵抗ユニット間の電気的接続の第１模式図である。 図１２は、多数の磁束ガイドデバイスを有する完全ブリッジ構造の磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップの磁気抵抗ユニット間の電気的接続の第２模式図である。 図１３は、複数の磁束ガイドデバイスを有する完全ブリッジ構造の磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップにおける磁気抵抗ユニットの接続図であり、ここで、（ａ）は、直列接続のものであり、（ｂ）は並列接続のものである。 図１４は、磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップが硬磁界画像の検出に適用されていることを示す模式図である。 図１５は、磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップが軟磁界画像の検出に適用されていることを示す模式図である。 図１６は、磁気抵抗Ｚ軸勾配センサとその実装構造を示す模式図である。

以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について詳細に説明する。

以下、本発明を、添付図面を参照し、実施形態と組み合わせつつ詳細に説明する。

［第１の実施の形態］
図１は、Ｓｉ基板１と磁気抵抗Ｚ軸センサ２０を含む磁気抵抗Ｚ軸勾配チップの模式図である。

磁気抵抗Ｚ軸センサ２０は、ｓｉ基板１の上に配置される。

磁気抵抗Ｚ軸センサは、２つの又は２グループの多重磁束ガイドデバイス２と磁気抵抗ユニット３（これは、図においては、３（１）と３（２）を含む。）を含む。

磁気抵抗ユニット３は、磁束ガイドデバイス２の上方又は下方に配置される。

簡単化のために、この図面は、磁気抵抗ユニット３が磁束ガイド３の下部に配置されているという状況のみを示すが、実際には、磁気抵抗ユニット３が磁束ガイド３の上部に配置されているという状況も含む。

磁気抵抗ユニット３は、半ブリッジ構成又は完全ブリッジ構成のグラジオメータに電気的に接続されている。

図１は、更に、Ｚ軸磁界測定の原理を示す。

磁束ガイドデバイス２が、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏと他の元素より成る軟磁性合金物質などの、高透磁率の軟磁性合金物質より成っているので、Ｚ軸磁界４が磁束ガイドデバイス２を
通過すると、磁界５（１）又は５（２）は、磁気抵抗ユニット３（１）又は３（２）において、磁束ガイドデバイス２の上面又は下面の近くの位置まで偏向する。

そして、基板に平行な磁界成分５（３）及び５（４）が現れる。従って、これらの成分が、平面磁界感度を有する磁気抵抗ユニット３（１）又は３（２）により検出されることができる。

図２は、磁気抵抗ユニット３（１）又は３（２）及び磁束ガイド２の上面又は下面の位置を示す図である。

磁束ガイドデバイス２は、細長く、Ｙ軸方向に沿った長軸とＸ軸方向に沿った短軸を有する。磁気抵抗ユニットは、Ｙ軸辺７（１）又は７（２）とＹ軸中心線６との間にあり、Ｙ軸中心線６について対称的な位置Ｙ１又はＹ２に配置される。

図１からは、Ｚ軸磁界４が磁束ガイドデバイス２を通過した後には、位置Ｙ１及びＹ２にあるＸ軸磁界の成分５（４）及び５（３）が互いに反対方向を向くことがわかる。

磁気抵抗ユニット３は、ＧＭＲ及び／又はＴＭＲセンサユニットであり、これらの磁界検出方向は、Ｘ軸方向であり、磁気抵抗ユニット３は、完全ブリッジ又は半ブリッジグラジオメータにおいて電気的に接続されている。

注目するべきことであるが、本発明においては、磁気抵抗ユニットが磁束ガイドデバイスの上方又は下方に配置されていることは、磁気抵抗ユニットが垂直方向において磁束ガイドデバイスのそれぞれの辺により挟まれる範囲の上方又は下方に存在することでもある。

［第２の実施の形態］
図３及び図４は、磁気抵抗Ｚ軸半ブリッジ勾配センサチップとそれの電気的接続の別のタイプの図である。ここで、半ブリッジの２つのブリッジアームに含まれる磁気抵抗ユニット３（５）と３（６）は、それぞれ、磁束ガイドデバイスＡ１とＢ１にあり、同一の場所を占める。

磁気抵抗ユニット３（５）と３（６）は、位置Ｙ１とＹ２にある。

図３と図４は、説明の簡単化のために、磁気抵抗ユニット３（５）と３（６）がＹ１に配置されていて、同一の磁界検出方向を有する状況を示しているにすぎない。

この場合においては、半ブリッジからの出力信号は、下記のように計算される。

Ｚ軸磁界ＨＺが磁束ガイドデバイスを通過した後に、Ｘ軸磁界ＨＸを得ることができるが、ＨＺとＨＸとの関係は、次のようになる。

HX1=HZ1*SXZ (1)
HX2=HZ2*SXZ (2)
ここで、ＳＸＺは、磁束ガイドデバイスの磁界変換パラメータであり、これは、磁束ガイドデバイスの幾何学的形状と物質の特性に関連する。ＨＺ１とＨＺ２は、それぞれ、磁束ガイドデバイスＡ１とＢ１に対応したＺ軸磁界成分である。ＨＸ１とＨＸ２は、それぞれ、磁束ガイドデバイスＡ１とＢ１を通過した後での磁気抵抗センサユニットにおける検出軸磁界成分である。

最終的な半ブリッジ出力信号は、
Vout=HX1*S-HX2*S=SXZ*HZ1*S-SXZ*HZ2*S
=SXZ*S*(HZ1-HZ2) (3)
ここで、
Sは、感度
となる。

Ｚ軸磁気抵抗勾配センサチップにより測定されたＺ軸磁界の勾配は、
勾配 HZ=(HZ1-HZ2)/Lg=Vout/(Lg*SXZ*S) (4)
となる。

このようにして、Ｚ軸磁界勾配は、磁気抵抗Ｚ軸半ブリッジ勾配センサチップの出力信号に正比例する。

長さＬｇは、２つ又は２グループの磁束ガイドデバイス間の距離を示し、これは、勾配特徴距離でもある。

［第３の実施の形態］
図５乃至図７は、完全ブリッジ構成の勾配センサチップの模式的構造図と、これに対応した磁気抵抗ユニット間の電気的接続の５つのタイプの図である。

図５において、磁束ガイドデバイスＡ１とＢ１に対応するそれぞれの位置Ｙ１とＹ２は、完全ブリッジの４つのブリッジアームにそれぞれ対応する磁気抵抗ユニット３（７）乃至３（１０）により占められる。

図６において、完全ブリッジの２つの半ブリッジは、それぞれ、磁束ガイドデバイスＡ１とＢ１に対応する。

各磁束ガイドデバイスの位置Ｙ１とＹ２にある磁気抵抗ユニットは、同一の磁界検方向を有し、電極に接続されている２つのブリッジアームの磁気抵抗ユニットは、同一の磁界検出方向を有する。

図５に示す完全ブリッジ構成勾配センサチップの出力信号は、式（５）乃至（７）に示すようなものであり、Ｚ軸磁界の測定された勾配は、式（８）に示すようなものである。

V-=HX1*S- (-HX1) *S=2*HX1*S (5)
V+=HX2*S- (-HX2) *S=2*HX2*S (6)
Vout=V+-V-=2*SXZ*S* (HZ1-HZ2) (7)
Gradient HZ= (HZ1-HZ2) /Lg=Vout/(2*Lg*SXZ*S) (8)
図７に示すように、完全ブリッジの２つの半ブリッジにそれぞれ対応する２つのブリッジアームは、２つの磁束ガイドデバイスＡ１とＢ２の同一の位置Ｙ１又はＹ２に対応し、同一の磁界検出方向を有する。そして、同一の電極に接続された２つのブリッジアームの磁気抵抗ユニットは、同一の磁束ガイドデバイスの異なった位置に配置される。

図７に示す完全ブリッジ構成の勾配センサチップの出力信号は、式（９）乃至（１１）に示すようなものであり、Ｚ軸磁界の測定された勾配は、式（１２）に示すようなものである。

V-=HX1*S-HX2*S (9)
V+=-HX1*S- (-HX2) *S (10)
Vout=V+-V-=-2*SXZ*S*(HZ2-HZ1) (11)
Gradient HZ= (HZ1-HZ2) /Lg=-Vout/(2*Lg*SXZ*S) (12)

[第４の実施の形態]
図８乃至図１３は、多数の磁束ガイドデバイスを有するＺ軸勾配センサとこれの電気的接続を示す図である。

多数の磁束ガイドデバイスの数は、２×Ｎ（ここで、Ｎは、１よりも大きい整数である。）である。多数の磁束ガイドデバイスは、２つのグループに分類される。すなわち、グループＡとグループＢは、２（１１）と２（１２）に対応し、２行１列の配列に配置される。その行方向は、Ｙ軸方向であり、その列方向はＸ軸方向であり、２つのグループ間の距離はＬｇである。

また、グループＡとグループＢは、それぞれ、Ｎ個の磁束ガイドデバイスを含み、ここで、グループＡのＮ個の磁束ガイドデバイスには、２（１１）−１から２（１１）−Ｎまでの番号が付され、グループＢのＮ個の磁束ガイドデバイスには、２（１２）−１から２（１２）−Ｎまでの番号が付されている。そして、各グループは、Ｎ行１列の構成で配置され、行間距離は、勾配特徴グループ間隔Ｌｓである。ここで、Ｌｓは、Ｌｇよりもずっと短く、同様に、各磁束ガイドデバイスは、２つの位置Ｙ１とＹ２に対応する。

２磁束ガイドデバイス構造のＺ軸勾配センサチップと同様に、磁束ガイドデバイスの多数のグループを有するＺ軸勾配センサも、２種類の構造に分類される。これらは、半ブリッジと全ブリッジであり、双磁束ガイドデバイスを有するＺ軸勾配センサチップの同様なものに１対１に対応する。

双磁束ガイドデバイスを有するＺ軸勾配センサにおいては、各ブリッジアームが磁束ガイドデバイスＡ又はＢの位置Ｙ１又はＹ２に対応するのに対して、多重磁束ガイドデバイスを有するＺ軸勾配センサチップにおいては、各ブリッジアームがグループＡ又はＢ内のＮ磁束ガイドデバイスＡ１−ＡＮ又はＢ１−ＢＮに対応する位置Ｙ１又はＹ２に対応する点に相違がある。

図８及び図９は、多重磁束ガイドデバイスを有する半ブリッジ構造Ｚ軸勾配センサとそれの電気的接続の図である。このセンサにおいては、半ブリッジを構成する２つのブリッジアームに対応する磁気抵抗ユニットは、それぞれ、グループＡのＮ磁束ガイドデバイス内又はグループＢのＮ磁束ガイドデバイス内における同一位置Ｙ１又はＹ２に対応し、同一の磁界検出方向を有する。

同様に、多重磁束ガイドデバイスを有するＺ軸勾配センサも２種類の完全ブリッジ構造を有する。

図１０、図１１、図１２は、多重磁束ガイドデバイスを有する完全ブリッジ構造Ｚ軸勾配センサとその構造の図である。図１０においては、完全ブリッジを構成する４つのブリッジアームは、ＡグループのＮ磁束ガイドデバイスおよびＢグループのＮ磁束ガイドデバイスにそれぞれ対応する２つの位置Ｙ１及びＹ２に配置されている。

図１１は、磁気抵抗ユニット間の第１タイプの接続を示す。図１１において、完全ブリッジの２つの半ブリックは、それぞれ、グループＡのＮ磁束ガイドデバイス位置Ｙ１／Ｙ２又はグループＢのＮ磁束ガイドデバイス位置Ｙ１／Ｙ２に対応する。また、位置Ｙ１又はＹ２にある磁気抵抗ユニットは、同一の磁界検出方向を有する。さらに、同一の電極に接続されている２つのブリッジアームは、Ａ／Ｂ又はＢ／Ａの異なった磁束ガイドデバイ
ス内において同一の場所Ｙ１又はＹ２に配置されている。

図１２は、磁気抵抗ユニット間の第２タイプの接続を示す。図１１において、完全ブリッジの２つの半ブリックのいずれのブリッジアームも、磁束ガイドデバイスの２つのグループのＮ磁束ガイドデバイスの同一位置Ｙ１又はＹ２にそれぞれ対応し、また、同一の磁界検出方向を有する。更に、同一の電極に接続されている２つのブリッジアームは、磁束ガイドデバイスの同一のグループ内において異なった位置に配置されている。

双ガイドデバイス又は多重ガイドデバイスを有する磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップは、完全ブリッジ又は半ブリッジ構造において、同一の磁束ガイドデバイスの位置Ｙ１又はＹ２に対応する多重磁気抵抗ユニットを有する。

磁気抵抗ユニットは、図１３（ａ）に示すような直列構成を形成してもよいし、図１３（ｂ）に示すような並列構成を形成してもよいし、直列と並列を結合した構成を形成してもよい。双磁束ガイドデバイスを有する磁気抵抗Ｚ軸勾配センサにおいて、各ブリッジアームは、１つの磁束ガイドデバイスの位置Ｙ１又はＹ２に対応する。

従って、磁気抵抗ユニットは、直列接続、並列接続又は直列接続及び並列接続の組み合わせにより位置Ｙ１又はＹ２において二部構成を最終的に形成し、これにより、ブリッジアームが形成される。

多重磁束ガイドデバイスを有する完全ブリッジ又は半ブリッジ構成にとってみれば、ブリッジアームは、グループＡ又はグループＢにおいて、Ｎ磁束ガイドデバイスの同一位置Ｘ又はＹに対応する。

更に、半ブリッジ構造又は全ブリッジ構造のＺ軸勾配センサチップにとってみると、各ブリッジアームは、同一数の磁気抵抗ユニットを有し、磁束ガイド装置におけるそれらの直列及び並列の電気的接続構造は同一である。

［第５の実施の形態］
図１４は、硬磁気画像の識別に磁気抵抗Ｚ軸センサチップが適用されていることを示す構造的模式図であり、この図は、ＰＣＢ６と磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップ１００を含む。

磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップ１００は、ＰＣＢ６上に配置され、硬磁気画像７は、チップの表面に平行な磁気画像検出表面上に配置される。そして、硬磁気画像７のＺ軸磁界成分は、磁気抵抗Ｚ軸勾配検出チップ１００により検出され、これにより磁気画像７が確認される。

この場合、磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップは、高い磁界検出感度を持つこと、硬磁気画像７により生成されるＺ軸磁界よりも大きいＺ軸磁界測定範囲を持つことが要求される。

［第６の実施の形態］
図１５は、軟磁気画像の識別又はギアセンサに磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップが適用されていることを示す構造的模式図であり、この図は、ＰＣＢ６と背後側磁気ブロック８を含む。磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップ１００は、ＰＣＢ６上に配置され、背後側バイアス磁気ブロック８は、ＰＣＢ５の背後側に配置されている。背後側磁気ブロック８の磁化方向は、ＰＣＢ６に対して垂直である。すなわち、Ｚ軸方向に沿っている。軟磁気画像７は、磁気Ｚ軸センサチップ１００に平行な表面上に配置されている。

この場合、磁気抵抗Ｚ軸勾配検出チップは、高い磁界感度を持ち、Ｚ軸磁界の測定範囲が背後側バイアス磁気ブロック８により生成されるＺ軸磁界よりも大きいことを要求される。

［第７の実施の形態］
図１６は、電流検出磁気ヘッドに適用した場合において、ＰＣＢ６、背面側磁気ブロック８及び筐体２００を更に含むようになった磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップの実装構造の模式図である。

磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップ１００は、ＰＣＢ６に実装され、背後側バイアス磁気ブロック８は、ＰＣＢ６の背後側に配置され、ＰＣＢ６と磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップ１００は、筐体２００の内部に実装され、筐体２００は、実装用ブラケット９とピン電極１２を備え、磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップ１００は、背後側バイアス磁気ブロック８により生成されるＺ軸磁界よりも高い飽和磁界と高い磁界感度を有する。

上記の説明は、本発明の単なる好適な実施形態であり、本発明を限定することを意図したものではない。当業者にとってみれば、本発明は、様々な変形や変更を含む。

本発明の精神と原理から離脱することなしになされた如何なる変形も、如何なる価交換も、如何なる改良も、それらに類するものも、本発明の保護範囲に入るべきものである。

Claims (20)

1. 磁気媒体により生成されるＺ軸磁界成分のＸＹ平面における勾配を検出するために用いられる磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップであって、
   Ｓｉ基板と、該Ｓｉ基板上に配置され且つ完全ブリッジグラジオメータ又は半ブリッジグラジオメータ内において電気的に相互結合された磁気抵抗センサユニットと、
   前記Ｓｉ基板上の配置された２つの又は２グループの磁束ガイドデバイスと、
   を備え、
   前記磁気抵抗センサユニットは、前記磁束ガイドデバイスの上方又は下方に配置され、前記Ｓｉ基板の表面に平行な検出方向を持ち、
   前記磁束ガイドデバイスは、磁気媒体により生成されたＺ軸磁界を磁気抵抗検出ユニットに沿った検出方向のものに変換し、
   磁束ガイドデバイスの各グループは、少なくとも２つの磁束ガイドデバイスを含み、該２つ又は２グループの磁束ガイドデバイスは、距離Ｌｇだけ相互に離間し、前記フルブリッジグラジオメータ又は前記半ブリッジグラジオメータの相対するブリッジアームは、距離Ｌｇだけ相互に離間することを特徴とする磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップ。
2. 請求項１に記載の磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップであって、
   前記磁気抵抗センサは、ＧＭＲ及び／又はＴＭＲセンサユニットであることを特徴とする磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップ。
3. 請求項１に記載の磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップであって、
   前記磁束ガイドデバイスは、Ｃｏ、Ｆｅ及びＮｉから選択された１又は２以上の要素から成る軟磁性合金であることを特徴とする磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップ。
4. 請求項１に記載の磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップであって、
   前記磁束ガイドデバイスは、細長く、Ｙ軸方向の沿った長軸とＸ軸方向に沿った短軸を有し、その長さＬｙはその幅Ｌｘよりも長く、厚さＬｚよりも長いことを特徴とする磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップ。
5. 請求項４に記載の磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップであって、
   前記磁気抵抗センサユニットからそれに対応する磁束ガイドデバイスのＹ軸中心線までの垂直距離が（１／３）×Ｌｘよりも短く又はそれと等しいことを特徴とする磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップ。
6. 請求項４に記載の磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップであって、
   前記磁気抵抗センサユニットの位置からＹ軸中心線までの垂直距離が長いほど、又は、磁束ガイドデバイスの厚さＬｚが厚いほど、又は、磁束ガイドデバイスの幅Ｌｚが短いほど、磁気抵抗センサユニットの磁界感度が高くなることを特徴とする磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップ。
7. 請求項４に記載の磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップであって、
   前記磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップは、２行１列の配列を成すように並んだ２つの磁束ガイドデバイスを含んでいて、その行方向はＹ軸方向であり、列方向はＸ軸方向であることを特徴とする磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップ。
8. 請求項７に記載の磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップであって、
   前記半ブリッジグラジオメータの２つのブリッジアームは、２つの磁束ガイドデバイスにそれぞれ対応し、前記２つのブリッジアームは、対応する磁束ガイドデバイスのＹ軸中心線から見て同一の側の同一位置に配置されていて、前記２つのブリッジアーム上の磁気
   抵抗センサユニットは、同一の検出方向を有することを特徴とする磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップ。
9. 請求項７に記載の磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップであって、
   前記完全ブリッジグラジオメータの２つの半ブリッジは、２つの磁束ガイドデバイスにそれぞれ対応し、これらの半ブリッジの各々における２つのブリッジアームは、対応する磁束ガイドデバイスのＹ軸中心線について対称的にその線の両側に分布していて、同一の電源供給電極に接続されている２つのブリッジアームは、対応する磁束ガイドのＹ軸中心線から見て同一の側の同一の場所に配置されていて、前記完全ブリッジグラジオメータの磁気抵抗センサユニットは、同一の検出方向を有していることを特徴とする磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップ。
10. 請求項７に記載の磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップであって、
    前記完全ブリッジグラジオメータの２つの半ブリッジに含まれる２つのブリッジアームは、何れの半ブリッジについても、２つの磁束ガイドデバイスのＹ軸中心線から見て同一の側の同一位置に配置され、同一の電源供給電極に接続されている２つのブリッジアームは、同一の磁束ガイドラインに対応し、磁束ガイドデバイスのＹ軸中心線の両側において対称的に配置されていて、完全ブリッジグラジオメータの磁気抵抗センサユニットは、同一の検出方向を有することを特徴とする磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップ。
11. 請求項４に記載の磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップであって、
    磁束ガイドデバイスの各グループは、２×Ｎ（ここでＮ＞１）の磁束ガイドデバイスを含み、磁束ガイドデバイスの２つのグループは、２行１列の配列を有し、ここで、行方向はＹ軸方向であり、列方向はＸ軸方向であり、磁束ガイドデバイスの各グループは、Ｎ行１列の配列を有し、ここで、行方向はＹ軸方向であり、列方向はＸ軸方向であり、各グループにおける磁束ガイドデバイス間の行間距離Ｌｓは、Ｌｇよりもかなり短いことを特徴とする磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップ。
12. 請求項１１に記載の磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップであって、
    半ブリッジグラジオメータの２つのブリッジアームの磁気抵抗素子ユニットは、それぞれ、磁束ガイドデバイスの２つのグループに含まれるＮ個の磁束ガイドデバイスに対応し、２つのブリッジアームの磁気抵抗検出ユニットは、対応する磁束ガイドデバイスのＹ軸中心線から見て同一の側の同一位置に配置され、これらの磁気抵抗検出ユニットは、同一の検出方向を有することを特徴とする磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップ。
13. 請求項１１に記載の磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップであって、
    完全ブリッジグラジオメータに含まれる２つの半ブリッジの磁気抵抗検出ユニットは、それぞれ、磁束ガイドデバイスの２つのグループに含まれるＮ個の磁束ガイドデバイスに対応し、
    半ブリッジの各々における２つのブリッジアープの磁気抵抗センサユニットは、対応する磁束ガイドデバイスのＹ軸中心線について対称的にその線の両側に分布し、
    同一の電力供給電極に接続された２つのブリッジアームの磁気抵抗センサユニットは、それぞれ、磁束ガイドデバイスの２つのグループに含まれるＮ個の磁束ガイドデバイスに対応し、対応する磁束ガイドデバイスのＹ軸中心線から見て同一の側の同一の位置に配置され、
    完全ブリッジグラジオメータに含まれる磁気抵抗検出ユニットは、同一の検出方向を有することを特徴とする磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップ。
14. 請求項１１に記載の磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップであって、
    完全ブリッジグラジオメータの２つの半ブリッジ含まれる２つのブリッジアームの磁気
    抵抗センサは、何れの半ブリッジについても、磁束ガイドデバイスの２つのグループに含まれるＮ個の磁束ガイドデバイスに対応し、対応する磁束ガイドデバイスのＹ軸中心線から見て同一の側の同一の位置に配置され、
    同一の電源供給電極に接続されている２つのブリッジの磁気抵抗センサユニットは、磁束ガイドデバイスの同一のグループに含まれるＮ個の磁束ガイドデバイスに対応し、対応する磁束ガイドデバイスのＹ軸中心線について対称的にその線の両側の同一の位置に対称的に分布し、
    完全ブリッジグラジオメータに含まれる磁気抵抗センサユニットは、同一の検出方向を有するすることを特徴とする磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップ。
15. 請求項１に記載の磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップであって、
    ブリッジアームの各々は、同一数の磁気抵抗センサユニットを有し、磁気抵抗センサユニットは、直列接続、並列接続または直列接続及び並列接続の組み合わせによる２部構成を持って電気的に相互接続され、ブリッジアームは、全て同一の電気的相互接続構成を有することを特徴とする磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップ。
16. 請求項１に記載の磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップであって、
    磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップは、ワイヤボンディング又は貫通シリコンビアス（ＴＳＶ）によりプリント回路板に電気的に接続されていることを特徴とする磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップ。
17. 請求項１に記載の磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップであって、
    前記磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップは、永久磁石磁気媒体によるＺ軸磁界成分を検出するために、プリント回路基板の上に実装され、磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップは、高い磁界検出感度と、永久磁石磁気媒体により生成されるＺ軸磁界よりも高い飽和磁界を持つことを特徴とする磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップ。
18. 請求項１に記載の磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップであって、
    前記磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップは、プリント回路基板の上に実装され、プリント回路基板の背面には、磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップに垂直な磁界を生成するために永久磁石ブロックが用意され、前記磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップは、永久磁石により生成される磁界よりも高い飽和磁界を有することを特徴とする磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップ。
19. 請求項１に記載の磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップであって、
    前記磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップは、プリント回路基板上に実装され、前記プリント回路基板の背面には、前記磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップに垂直な磁界を生成するために永久磁石が用意され、前記プリント回路基板は筐体の中に置かれ、前記筐体は、実装用ブラケットとピン電極を背面に有し、前記プリント回路基板と前記磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップは、実装用ブラケットに配置され、前記磁気抵抗Ｚ軸センサチップは、永久磁石の磁界よりも高い飽和磁界を持ち、高い磁界感度を持つことを特徴とする磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップ。
20. 請求項１乃至１９の何れか１項に記載の磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップであって、
    磁気抵抗検出ユニットの検出方向は、Ｘ軸方向であることを特徴とする磁気抵抗Ｚ軸勾配センサチップ。