JP6369548B2 - 磁気センサ - Google Patents

Description

本発明は、磁気センサに関し、特に、磁気抵抗素子を含む磁気センサに関する。

磁界検出の等方性の向上を図った磁気センサを開示した先行文献として、特開平１１−２７４５９８号公報(特許文献１)、特開平９−１０２６３８号公報(特許文献２)、国際公開第２０１３／１７１９７７号(特許文献３)、および、特開２０１２−８８２２５号公報(特許文献４)がある。

特許文献１に記載された磁気センサにおいては、磁気抵抗素子のパターンが螺旋状である。螺旋状のパターンの両端部は、それぞれ反対側に位置する最外部に形成されている。磁気抵抗素子のパターンは、実質的に湾曲部のみから形成されている。

特許文献２に記載された磁気センサにおいては、磁気抵抗素子は、渦巻状に複数巻に巻回されて円形状をなすとともに、外部磁界に対して等方位的に成膜形成されている。

特許文献３に記載された磁気センサにおいては、ブリッジ回路の複数の磁気抵抗素子はそれぞれ、全体として磁界検出方向とは実質的に直交する方向に沿った複数本の部分が所定間隔で平行に並んで、順次折り返すように接続されると共に、上記複数本の部分はそれぞれ、磁界検出方向に沿った複数本の部分が所定間隔で平行に並んで、順次折り返すように接続されて、電気的に接続されたつづら折り状に形成されている。

特許文献４に記載された磁気センサは、直径の異なる半円弧状のパターンを連続的につなげた形状である２つの磁気抵抗素子が並列に接続されて構成されている。

特開平１１−２７４５９８号公報 特開平９−１０２６３８号公報 国際公開第２０１３／１７１９７７号 特開２０１２−８８２２５号公報

特許文献１，２には、複数の磁気抵抗素子を用いて磁気センサを構成することについて記載乃至示唆されていない。特許文献３に記載された磁気センサにおいては、つづら折り状の複数のパターンを並列に配置しているため、磁気センサの小型化についてさらに向上できる余地がある。特許文献４に記載された磁気センサにおいては、立体的に配線を引き回しており、製造プロセスが複雑である。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、簡易に製造可能な小形の磁気センサを提供することを目的とする。

本発明に基づく磁気センサは、互いに配線によって電気的に接続されてブリッジ回路を構成する複数の磁気抵抗素子を備える磁気センサである。複数の磁気抵抗素子は、対になった第１磁気抵抗素子および第２磁気抵抗素子を含む。第１磁気抵抗素子の抵抗変化率は、第２磁気抵抗素子の抵抗変化率より大きい。第１磁気抵抗素子は、平面視にて、仮想円の円周に沿ってこの仮想円の周方向または径方向に並ぶように配置されて互いに接続された複数の第１単位パターンを含む。第２磁気抵抗素子は、平面視にて、上記仮想円の中心側に位置し、第１磁気抵抗素子に囲まれている。

本発明の一形態においては、第２磁気抵抗素子は、複数の第１単位パターンの各々より細い、互いに接続された複数の第２単位パターンを含む。

本発明の一形態においては、第２磁気抵抗素子は、上記仮想円の中心側から上記仮想円の外側まで繋がった配線と接続され、複数の第１単位パターンの各々は、上記仮想円の円周において上記配線が位置する部分が開放した仮想Ｃ字形状に沿って位置している。

本発明の一形態においては、磁気センサは、第１磁気抵抗素子および第２磁気抵抗素子を２対含む。２対の第１磁気抵抗素子および第２磁気抵抗素子に含まれる２つの第１磁気抵抗素子の各々は、上記仮想Ｃ字形状の向きが互いに異なるように周方向の向きが異なっている。

本発明の一形態においては、第２磁気抵抗素子は、平面視にて２重渦巻き状パターンを有する。２重渦巻き状パターンは、複数の第２単位パターンのうちの１つである一方の渦巻き状パターンおよび複数の第２単位パターンのうちの他の１つである他方の渦巻き状パターンと、一方の渦巻き状パターンおよび他方の渦巻き状パターンを２重渦巻き状パターンの中央部にて接続する、Ｓ字状パターンまたは逆Ｓ字状パターンとを含む。

本発明の一形態においては、複数の第２単位パターンの各々は、複数の曲部を有して折り返し、１０μｍ以上の長さの直線状延在部を含まない。

本発明の一形態においては、複数の第２単位パターンの各々は、上記仮想円の円周に沿って上記仮想円の径方向に並ぶように線対称に配置された半円弧状パターンである。

本発明の一形態においては、複数の第２単位パターンの各々は、直径が１０μｍより小さい球状パターンである。

本発明の一形態においては、複数の第１単位パターンの各々は、上記仮想Ｃ字形状に沿って上記仮想円の径方向に並ぶように配置されたＣ字状パターンである。

本発明の一形態においては、複数の第１単位パターンの各々は、上記仮想円の中心側から放射状に配置された折り返し状パターンである。

本発明によれば、小形の磁気センサを簡易に製造できる。

本発明の実施形態１に係る磁気センサのブリッジ回路を構成する４つの磁気抵抗素子のパターンを示す平面図である。 本発明の実施形態１に係る磁気センサの等価回路図である。 本発明の実施形態１に係る磁気センサのブリッジ回路における磁気抵抗素子と配線との接続部の積層構造を示す断面図である。 本発明の実施形態１に係る磁気センサの第１磁気抵抗素子のパターンを示す平面図である。 本発明の実施形態１に係る磁気センサの第２磁気抵抗素子のパターンを示す平面図である。 半円弧状の２つのパターンを同心円状に配置した状態を示す平面図である。 本発明の実施形態１に係る磁気センサに対する外部磁界の印加方向を水平方向において２２．５°間隔で０°〜３３７．５°まで変更して、外部磁界の強さと磁気センサの出力との関係を求めた実験結果を示すグラフである。 本発明の実施形態２に係る磁気センサのブリッジ回路を構成する４つの磁気抵抗素子のパターンを示す平面図である。 本発明の実施形態２に係る磁気センサの第２磁気抵抗素子が有するパターンを示す平面図である。 本発明の実施形態２に係る磁気センサの第２磁気抵抗素子が有するパターンに含まれる単位パターンを示す平面図である。 本発明の実施形態３に係る磁気センサのブリッジ回路を構成する４つの磁気抵抗素子のパターンを示す平面図である。 本発明の実施形態３に係る磁気センサの第２磁気抵抗素子が有するパターンを示す平面図である。 本発明の実施形態３に係る磁気センサに対する外部磁界の印加方向を水平方向において２２．５°間隔で０°〜３３７．５°まで変更して、外部磁界の強さと磁気センサの出力との関係を求めた実験結果を示すグラフである。 本発明の実施形態４に係る磁気センサのブリッジ回路を構成する４つの磁気抵抗素子のパターンを示す平面図である。 本発明の実施形態４に係る磁気センサの第１磁気抵抗素子が有するパターンを示す平面図である。 本発明の実施形態４に係る磁気センサの第２磁気抵抗素子が有するパターンを示す平面図である。

以下、本発明の各実施形態に係る磁気センサについて図を参照して説明する。以下の実施形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。

(実施形態１)
図１は、本発明の実施形態１に係る磁気センサのブリッジ回路を構成する４つの磁気抵抗素子のパターンを示す平面図である。図２は、本発明の実施形態１に係る磁気センサの等価回路図である。

図１，２に示すように、本発明の実施形態１に係る磁気センサ１００は、互いに配線によって電気的に接続されてホイートストンブリッジ型のブリッジ回路を構成する４つの磁気抵抗素子を備える。４つの磁気抵抗素子は、対になった第１磁気抵抗素子および第２磁気抵抗素子を２対含む。本実施形態においては、磁気センサ１００は、２対の第１磁気抵抗素子および第２磁気抵抗素子を含んでいるが、これに限られず、少なくとも１対の第１磁気抵抗素子および第２磁気抵抗素子を含んでいればよい。

２対の第１磁気抵抗素子および第２磁気抵抗素子において、第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂの抵抗変化率は、第２磁気抵抗素子１３０ａ，１３０ｂの抵抗変化率より大きい。第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂは、外部磁界が印加されることによって電気抵抗値が変化するいわゆる感磁抵抗である。第２磁気抵抗素子１３０ａ，１３０ｂは、外部磁界が印加されてもほとんど電気抵抗値が変化しない固定抵抗である。

４つの磁気抵抗素子は、基板１１０上に形成された配線によって互いに電気的に接続されている。具体的には、第１磁気抵抗素子１２０ａと第２磁気抵抗素子１３０ａとが配線１４６によって直列に接続されている。第１磁気抵抗素子１２０ｂと第２磁気抵抗素子１３０ｂとが配線１５０によって直列に接続されている。

磁気センサ１００は、基板１１０上にそれぞれ形成された、中点１４０、中点１４１、電源端子(Ｖｃｃ)１４２、接地端子(Ｇｎｄ)１４３および出力端子(Ｏｕｔ)１４４をさらに備える。

第１磁気抵抗素子１２０ａおよび第２磁気抵抗素子１３０ｂの各々は、中点１４０に接続されている。具体的には、第１磁気抵抗素子１２０ａと中点１４０とが配線１４５によって接続され、第２磁気抵抗素子１３０ｂと中点１４０とが配線１５２によって接続されている。

第１磁気抵抗素子１２０ｂおよび第２磁気抵抗素子１３０ａの各々は、中点１４１に接続されている。具体的には、第１磁気抵抗素子１２０ｂと中点１４１とが配線１４９によって接続され、第２磁気抵抗素子１３０ａと中点１４１とが配線１４８によって接続されている。

配線１４６は、電流が入力される電源端子(Ｖｃｃ)１４２に接続されている。配線１５０は、接地端子(Ｇｎｄ)１４３に接続されている。

図２に示すように、磁気センサ１００は、差動増幅器１６０、温度補償回路１６１、ラッチおよびスイッチ回路１６２、並びに、ＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Semiconductor)ドライバ１６３をさらに備える。

差動増幅器１６０は、入力端が中点１４０および中点１４１の各々に接続され、出力端が温度補償回路１６１に接続されている。また、差動増幅器１６０は、電源端子(Ｖｃｃ)１４２および接地端子(Ｇｎｄ)１４３の各々に接続されている。

温度補償回路１６１は、出力端がラッチおよびスイッチ回路１６２に接続されている。また、温度補償回路１６１は、電源端子(Ｖｃｃ)１４２および接地端子(Ｇｎｄ)１４３の各々に接続されている。

ラッチおよびスイッチ回路１６２は、出力端がＣＭＯＳドライバ１６３に接続されている。また、ラッチおよびスイッチ回路１６２は、電源端子(Ｖｃｃ)１４２および接地端子(Ｇｎｄ)１４３の各々に接続されている。

ＣＭＯＳドライバ１６３は、出力端が出力端子(Ｏｕｔ)１４４に接続されている。また、ＣＭＯＳドライバ１６３は、電源端子(Ｖｃｃ)１４２および接地端子(Ｇｎｄ)１４３の各々に接続されている。

磁気センサ１００が上記の回路構成を有することにより、中点１４０と中点１４１との間に、外部磁界の強さに依存する電位差が発生する。この電位差があらかじめ設定された検出レベルを超えると、出力端子(Ｏｕｔ)１４４から信号が出力される。

図３は、本発明の実施形態１に係る磁気センサのブリッジ回路における磁気抵抗素子と配線との接続部の積層構造を示す断面図である。図３においては、磁気抵抗素子として機能する領域Ｒと、配線として機能する領域Ｌとの接続部のみ図示している。

図３に示すように、４つの磁気抵抗素子は、ＳｉＯ₂層またはＳｉ₃Ｎ₄層などが表面に設けられた、Ｓｉなどからなる基板１１０上に形成されている。４つの磁気抵抗素子は、基板１１０上に設けられた、ＮｉとＦｅとを含む合金からなる磁性体層１０が、ミーリングによりパターニングされることにより形成されている。

配線は、基板１１０上に設けられた、ＡｕまたはＡｌなどからなる導電層２０が、ウエットエッチングによりパターニングされることにより形成されている。導電層２０は、磁性体層１０が設けられた領域においては磁性体層１０の直上に位置し、磁性体層１０が設けられていない領域においては基板１１０の直上に位置している。よって、図３に示すように、磁気抵抗素子として機能する領域Ｒと、配線として機能する領域Ｌとの接続部においては、導電層２０は磁性体層１０の直上に位置している。

中点１４０、中点１４１、電源端子(Ｖｃｃ)１４２、接地端子(Ｇｎｄ)１４３および出力端子(Ｏｕｔ)１４４の各々は、基板１１０の直上に位置する導電層２０によって構成されている。

導電層２０の直上には、図示しないＴｉ層が設けられている。磁気抵抗素子および配線を覆うように、ＳｉＯ₂などからなる保護層３０が設けられている。

図４は、本発明の実施形態１に係る磁気センサの第１磁気抵抗素子のパターンを示す平面図である。図１，４に示すように、第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂのパターン１２０は、平面視にて、仮想円Ｃ₁の円周に沿って仮想円Ｃ₁の径方向に並ぶように配置されて互いに接続された８つの第１単位パターンを含む。８つの第１単位パターンの各々は、仮想円Ｃ₁の円周において配線１４６，１４８，１５０，１５２が位置する部分が開放した仮想Ｃ字形状Ｃ₁₁に沿って位置している。８つの第１単位パターンの各々は、仮想Ｃ字形状Ｃ₁₁に沿って仮想円Ｃ₁の径方向に並ぶように配置されたＣ字状パターン１２１である。

内側から順に互いに隣接した２つのＣ字状パターン１２１の一端同士は、半円弧状パターン１２２によって互いに接続されている。内側から順に互いに隣接した２つのＣ字状パターン１２１の他端同士は、半円弧状パターン１２３によって互いに接続されている。第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂのパターン１２０は、４つの半円弧状パターン１２２および３つの半円弧状パターン１２３を含む。これにより、８つのＣ字状パターン１２１が直列に接続されている。半円弧状パターン１２２，１２３は、直線状延在部を含まず、湾曲部のみから構成されている。

図１に示すように、２つの第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂの各々は、仮想Ｃ字形状Ｃ₁₁の向きが互いに異なるように周方向の向きが異なっている。すなわち、２つの第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂの各々は、Ｃ字状パターン１２１の向きが互いに異なるように、パターン１２０の周方向の向きが異なっている。

本実施形態においては、２つの第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂの各々は、Ｃ字状パターン１２１の向きが互いに９０°異なるように、パターン１２０の周方向の向きが９０°異なっている。

図５は、本発明の実施形態１に係る磁気センサの第２磁気抵抗素子のパターンを示す平面図である。図１，５に示すように、第２磁気抵抗素子１３０ａ，１３０ｂは、平面視にて、仮想円Ｃ₁の中心側に位置し、第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂに囲まれている。第２磁気抵抗素子１３０ａ，１３０ｂは、仮想円Ｃ₁の中心側から仮想円Ｃ₁の外側まで繋がった配線１４６，１４８，１５０，１５２と接続されている。第２磁気抵抗素子１３０ａ，１３０ｂは、平面視にて２重渦巻き状パターン１３０を有している。

２重渦巻き状パターン１３０は、２つの第２単位パターンのうちの１つである一方の渦巻き状パターン１３１、２つの第２単位パターンのうちの他の１つである他方の渦巻き状パターン１３２、および、一方の渦巻き状パターン１３１と他方の渦巻き状パターン１３２とを２重渦巻き状パターン１３０の中央部にて接続する逆Ｓ字状パターン１３３を含む。逆Ｓ字状パターン１３３は、直線状延在部を含まず、湾曲部のみから構成されている。

２重渦巻き状パターン１３０は、パターン１２０より細いパターンで構成されている。従って、一方の渦巻き状パターン１３１および他方の渦巻き状パターン１３２の各々は、８つのＣ字状パターン１２１の各々より細い。

図５に示すように、２重渦巻き状パターン１３０は、仮想円Ｃ₁の中心に関して略点対称の形状を有している。すなわち、２重渦巻き状パターン１３０は、仮想円Ｃ₁の中心に関して略１８０°回転対称な形状を有している。

図１に示すように、２つの第２磁気抵抗素子１３０ａ，１３０ｂの各々は、逆Ｓ字状パターン１３３の向きが互いに異なるように、２重渦巻き状パターン１３０の周方向の向きが異なっている。

本実施形態においては、２つの第２磁気抵抗素子１３０ａ，１３０ｂの各々は、逆Ｓ字状パターン１３３の向きが互いに９０°異なるように、２重渦巻き状パターン１３０の周方向の向きが９０°異なっている。

磁気抵抗素子の電気抵抗値は、磁気抵抗素子を電流が流れる方向に対して特定の角度で磁界が印加されると、磁気抵抗効果によって変化する。磁気抵抗素子の長手方向の長さが長いほど、磁気抵抗効果が大きくなる。

そのため、第２磁気抵抗素子１３０ａ，１３０ｂが上記のパターンを有することにより、第２磁気抵抗素子１３０ａ，１３０ｂの磁気抵抗効果が抑制されて抵抗変化率が著しく小さくなる。

その理由を以下に説明する。図６は、半円弧状の２つのパターンを同心円状に配置した状態を示す平面図である。図６に示すように、内側に位置する半円弧状パターンにて直線上に位置する長さＬ_bは、外側に位置する半円弧状パターンにて直線上に位置する長さＬ_aより短くなる。そのため、内側に位置する半円弧状パターンの磁気抵抗効果は、外側に位置する半円弧状パターンの磁気抵抗効果より小さくなる。

よって、第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂの内側に位置する第２磁気抵抗素子１３０ａ，１３０ｂの磁気抵抗効果は、第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂの磁気抵抗効果より小さくなる。上記のように、本実施形態においては、第２磁気抵抗素子１３０ａ，１３０ｂの２重渦巻き状パターン１３０は、第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂのパターン１２０より細いパターンで構成されている。そのため、第２磁気抵抗素子１３０ａ，１３０ｂの磁気抵抗効果は、第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂの磁気抵抗効果よりさらに小さくなる。その結果、第２磁気抵抗素子１３０ａ，１３０ｂの磁気抵抗効果が抑制されて抵抗変化率が著しく小さくなる。

本実施形態に係る磁気センサ１００においては、第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂがＣ字状パターン１２１を有している。Ｃ字状パターン１２１は、円弧で構成されている。互いに隣接した２つのＣ字状パターン１２１同士は、半円弧状パターン１２２，１２３によって互いに接続されている。このように、第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂは、直線状延在部を含んでいないため、磁界検出の異方性が低減されている。

さらに、本実施形態に係る磁気センサ１００においては、２つの第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂの各々のＣ字状パターン１２１の向きが互いに異なるように、パターン１２０の周方向の向きが異なっていることにより、磁界検出の等方性が向上している。

本実施形態に係る磁気センサ１００においては、第２磁気抵抗素子１３０ａ，１３０ｂが２重渦巻き状パターン１３０を有している。２重渦巻き状パターン１３０は、主に略円弧状の湾曲部が巻き回されて構成されている。円弧は、多角形の角の数が無限大に大きくなった際の近似形であるため、２重渦巻き状パターン１３０を流れる電流の向きは、水平方向の略全方位(３６０°)に亘っている。なお、水平方向は、基板１１０の表面と平行な方向である。

また、本実施形態に係る磁気センサ１００においては、２重渦巻き状パターン１３０は、中央部が湾曲部のみからなる逆Ｓ字状パターン１３３で構成されている。このように、第２磁気抵抗素子１３０ａ，１３０ｂは、直線状延在部を含んでいないため、磁気抵抗効果の異方性が低減されている。

さらに、本実施形態に係る磁気センサ１００においては、２つの第２磁気抵抗素子１３０ａ，１３０ｂの各々の逆Ｓ字状パターン１３３の向きが互いに異なるように、２重渦巻き状パターン１３０の周方向の向きが異なっていることにより、磁気抵抗効果の等方性が向上している。

その理由は以下の通りである。上記のように、２重渦巻き状パターン１３０は、仮想円Ｃ₁の中心に関して略１８０°回転対称な形状を有している。そのため、２つの第２磁気抵抗素子１３０ａ，１３０ｂの各々は、僅かに磁気抵抗効果の異方性を有する。

そこで、第２磁気抵抗素子１３０ａの２重渦巻き状パターン１３０の周方向の向きと、第２磁気抵抗素子１３０ｂの２重渦巻き状パターン１３０の周方向の向きとを異ならせることにより、それぞれの磁気抵抗効果の異方性を互いに緩和することができる。

第２磁気抵抗素子１３０ａの２重渦巻き状パターン１３０の周方向の向きと、第２磁気抵抗素子１３０ｂの２重渦巻き状パターン１３０の周方向の向きとを９０°異ならせた場合には、それぞれの磁気抵抗効果の異方性を最も緩和することができる。

この場合は、第２磁気抵抗素子１３０ａが最も高感度である方向と、第２磁気抵抗素子１３０ｂが最も低感度である方向とが一致し、第２磁気抵抗素子１３０ａが最も低感度である方向と、第２磁気抵抗素子１３０ｂが最も高感度である方向とが一致する。そのため、磁気センサ１００に外部磁界が印加された際に中点１４０と中点１４１との間に発生する電位差が、磁気センサ１００に外部磁界が印加された方向によって変動することを抑制できる。

２重渦巻き状パターン１３０は、単位面積当たりの密度が高い形状である。第２磁気抵抗素子１３０ａ，１３０ｂが２重渦巻き状パターン１３０を有することにより、仮想円Ｃ₁内に配置されるパターンを長くして、第２磁気抵抗素子１３０ａ，１３０ｂを高抵抗にすることができる。第２磁気抵抗素子１３０ａ，１３０ｂの電気抵抗値が高いほど、磁気センサ１００の消費電流を低減できる。

上記のように、２重渦巻き状パターン１３０を流れる電流の向きを水平方向において分散させて、２つの第２磁気抵抗素子１３０ａ，１３０ｂの各々の磁気抵抗効果の異方性を低減することにより、外部磁界が０である時の磁気センサ１００の出力が、残留磁化の影響によってばらつくことを抑制することができる。

なお、２重渦巻き状パターン１３０は逆方向に巻いていてもよく、この場合、２重渦巻き状パターン１３０の中央部が湾曲部のみからなるＳ字状パターンで構成される。すなわち、一方の渦巻き状パターンと他方の渦巻き状パターンとが、Ｓ字状パターンによって接続される。

図７は、本発明の実施形態１に係る磁気センサに対する外部磁界の印加方向を水平方向において２２．５°間隔で０°〜３３７．５°まで変更して、外部磁界の強さと磁気センサの出力との関係を求めた実験結果を示すグラフである。図７においては、縦軸に磁気センサの出力電圧(ｍＶ)、横軸に磁束密度(ｍＴ)を示している。

図７に示すように、本実施形態に係る磁気センサ１００においては、外部磁界の印加方向を水平方向において２２．５°間隔で０°〜３３７．５°まで変更した場合においても、外部磁界の強さと磁気センサ１００の出力との関係に大きな変化は認められなかった。すなわち、本実施形態に係る磁気センサ１００は、磁界検出の等方性が向上していることが確認できた。また、外部磁界が０である時の磁気センサ１００の出力のばらつきが抑制されていることも確認できた。

本実施形態に係る磁気センサ１００においては、第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂの内側に第２磁気抵抗素子１３０ａ，１３０ｂを配置しているため、磁気センサ１００を小形にできる。また、磁気センサ１００においては、第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂと第２磁気抵抗素子１３０ａ，１３０ｂとを接続する配線を立体的に引き回す必要がないため、簡易な製造プロセスで磁気センサ１００を製造可能である。

以下、本発明の実施形態２に係る磁気センサについて図を参照して説明する。なお、本実施形態に係る磁気センサは、第１磁気抵抗素子および第２磁気抵抗素子の各々が有するパターンが主に実施形態１に係る磁気センサ１００と異なるため、他の構成については説明を繰り返さない。

(実施形態２)
図８は、本発明の実施形態２に係る磁気センサのブリッジ回路を構成する４つの磁気抵抗素子のパターンを示す平面図である。図９は、本発明の実施形態２に係る磁気センサの第２磁気抵抗素子が有するパターンを示す平面図である。図１０は、本発明の実施形態２に係る磁気センサの第２磁気抵抗素子が有するパターンに含まれる単位パターンを示す平面図である。

図８，９に示すように、本発明の実施形態２に係る磁気センサ２００の第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂのパターンは、平面視にて、仮想円Ｃ₂の円周に沿って仮想円Ｃ₂の径方向に並ぶように配置されて互いに接続された５つの第１単位パターンを含む。５つの第１単位パターンの各々は、仮想円Ｃ₂の円周において配線１４６，１４８，１５０，１５２が位置する部分が開放した仮想Ｃ字形状Ｃ₂₁に沿って位置している。５つの第１単位パターンの各々は、仮想Ｃ字形状Ｃ₂₁に沿って仮想円Ｃ₂の径方向に並ぶように配置されたＣ字状パターンである。

図８に示すように、２つの第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂの各々は、仮想Ｃ字形状Ｃ₂₁の向きが互いに異なるように周方向の向きが異なっている。すなわち、２つの第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂの各々は、Ｃ字状パターンの向きが互いに異なるように、パターンの周方向の向きが異なっている。

本実施形態においては、２つの第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂの各々は、Ｃ字状パターンの向きが互いに９０°異なるように、パターンの周方向の向きが９０°異なっている。

本発明の実施形態２に係る磁気センサ２００の第２磁気抵抗素子２３０ａ，２３０ｂは、複数の曲部を有して折り返した１６個の第２単位パターン２７０を含むパターン２３０を有している。パターン２３０は、第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂのパターンより細いパターンで構成されている。

図９に示すように、１６個の第２単位パターン２７０は、仮想円Ｃ₂の円周に沿って仮想円Ｃ₂の周方向に並ぶように配置されて互いに接続されている。図１０に示すように、第２単位パターン２７０は、始端部２７０ａから終端部２７０ｂまでの間に、１４個の曲部Ｂ₁〜Ｂ₁₄および１５個の直線状延在部Ｌ₁〜Ｌ₁₅を有して、折り返している。すなわち、第２単位パターン２７０は、始端部２７０ａおよび終端部２７０ｂを口部とした袋状の形状を有している。

本実施形態においては、第２単位パターン２７０は、１４個の曲部Ｂ₁〜Ｂ₁₄の各々において直角に屈曲している。第２単位パターン２７０は、１０μｍ以上の長さの直線状延在部を含まない。すなわち、１５個の直線状延在部Ｌ₁〜Ｌ₁₅の各々の長さは、１０μｍより短い。

これにより、第２単位パターン２７０を流れる電流の向きを水平方向において分散させて、第２磁気抵抗素子２３０ａ，２３０ｂの磁気抵抗効果の異方性を低減することができる。また、外部磁界が０である時の磁気センサ２００の出力が、残留磁化の影響によってばらつくことを抑制することができる。

さらに、複数の第２単位パターン２７０が仮想円Ｃ₂の円周に沿って配置されていることによって、パターン２３０を流れる電流の向きを水平方向において分散させて、第２磁気抵抗素子２３０ａ，２３０ｂの磁気抵抗効果の異方性を低減することができる。

ただし、第２磁気抵抗素子２３０ａ，２３０ｂが有するパターンは、上記に限られず、１０μｍ以上の長さの直線状延在部を含まずに複数の曲部を有して折り返した複数の第２単位パターンを含んでいればよい。たとえば、第２単位パターン２７０は、１４個の曲部Ｂ₁〜Ｂ₁₄の各々において湾曲していてもよい。この場合、第２単位パターン２７０を流れる電流の向きを水平方向においてより分散させて、第２磁気抵抗素子２３０ａ，２３０ｂの磁気抵抗効果の異方性をさらに低減することができる。

２つの第２磁気抵抗素子２３０ａ，２３０ｂの各々は、パターン２３０の周方向の向きが異なっている。本実施形態においては、２つの第２磁気抵抗素子２３０ａ，２３０ｂの各々は、パターン２３０の周方向の向きが９０°異なっている。これにより、２つの第２磁気抵抗素子２３０ａ，２３０ｂの各々の磁気抵抗効果の異方性を互いに緩和することができる。

本実施形態に係る磁気センサ２００においても、第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂの内側に第２磁気抵抗素子２３０ａ，２３０ｂを配置しているため、磁気センサ２００を小形にできる。また、磁気センサ２００においても、第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂと第２磁気抵抗素子２３０ａ，２３０ｂとを接続する配線を立体的に引き回す必要がないため、簡易な製造プロセスで磁気センサ２００を製造可能である。

以下、本発明の実施形態３に係る磁気センサについて図を参照して説明する。なお、本実施形態に係る磁気センサは、第１磁気抵抗素子および第２磁気抵抗素子の各々が有するパターンが主に実施形態１に係る磁気センサ１００と異なるため、他の構成については説明を繰り返さない。

(実施形態３)
図１１は、本発明の実施形態３に係る磁気センサのブリッジ回路を構成する４つの磁気抵抗素子のパターンを示す平面図である。図１２は、本発明の実施形態３に係る磁気センサの第２磁気抵抗素子が有するパターンを示す平面図である。

図１１，１２に示すように、本発明の実施形態３に係る磁気センサ３００の第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂのパターンは、平面視にて、仮想円Ｃ₃の円周に沿って仮想円Ｃ₃の径方向に並ぶように配置されて互いに接続された２つの第１単位パターンを含む。２つの第１単位パターンの各々は、仮想円Ｃ₃の円周において配線１４６，１４８，１５０，１５２が位置する部分が開放した仮想Ｃ字形状Ｃ₃₁に沿って位置している。２つの第１単位パターンの各々は、仮想Ｃ字形状Ｃ₃₁に沿って仮想円Ｃ₃の径方向に並ぶように配置されたＣ字状パターンである。

図１１に示すように、２つの第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂの各々は、仮想Ｃ字形状Ｃ₃₁の向きが互いに異なるように周方向の向きが異なっている。すなわち、２つの第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂの各々は、Ｃ字状パターンの向きが互いに異なるように、パターンの周方向の向きが異なっている。

本実施形態においては、２つの第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂの各々は、Ｃ字状パターンの向きが互いに９０°異なるように、パターンの周方向の向きが９０°異なっている。

本発明の実施形態３に係る磁気センサ３００の第２磁気抵抗素子３３０ａ，３３０ｂは、複数の第２単位パターンを含むパターン３３０を有している。複数の第２単位パターンの各々は、直径が１０μｍより小さい球状パターン３３１である。複数の球状パターン３３１は、互いに間隔を置いて２重渦巻き状に並んでいる。複数の球状パターン３３１の各々は、互いに配線によって接続されている。球状パターン３３１同士の間隔は狭いほど好ましい。複数の球状パターン３３１の各々の直径の寸法は、第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂのパターンの幅の寸法より小さい。

各球状パターン３３１にて直線上に位置する長さは水平方向の全方位(３６０°)において同一であるため、直径が１０μｍより小さい複数の球状パターン３３１でパターン３３０を構成することにより、第２磁気抵抗素子３３０ａ，３３０ｂの磁気抵抗効果の異方性を低減することができる。また、複数の球状パターン３３１を２重渦巻き状に並べて配置することにより、球状パターン３３１を流れる電流の向きを、水平方向の略全方位(３６０°)に亘らせることができる。

パターン３３０を流れる電流の向きを水平方向において分散させて、第２磁気抵抗素子３３０ａ，３３０ｂの磁気抵抗効果の異方性を低減することにより、外部磁界が０である時の磁気センサ３００の出力が、残留磁化の影響によってばらつくことを抑制することができる。

２つの第２磁気抵抗素子３３０ａ，３３０ｂの各々は、パターン３３０の周方向の向きが異なっている。本実施形態においては、２つの第２磁気抵抗素子３３０ａ，３３０ｂの各々は、パターン３３０の周方向の向きが９０°異なっている。これにより、２つの第２磁気抵抗素子３３０ａ，３３０ｂの各々の磁気抵抗効果の異方性を互いに緩和することができる。

図１３は、本発明の実施形態３に係る磁気センサに対する外部磁界の印加方向を水平方向において２２．５°間隔で０°〜３３７．５°まで変更して、外部磁界の強さと磁気センサの出力との関係を求めた実験結果を示すグラフである。図１３においては、縦軸に磁気センサの出力電圧(ｍＶ)、横軸に磁束密度(ｍＴ)を示している。

図１３に示すように、本実施形態に係る磁気センサ３００においては、外部磁界の印加方向を水平方向において２２．５°間隔で０°〜３３７．５°まで変更した場合においても、外部磁界の強さと磁気センサ３００の出力との関係に大きな変化は認められなかった。すなわち、本実施形態に係る磁気センサ３００は、磁界検出の等方性が向上していることが確認できた。また、外部磁界が０である時の磁気センサ３００の出力のばらつきが抑制されていることも確認できた。さらに、本実施形態に係る磁気センサ３００においては、外部磁界の強さと磁気センサ３００の出力とが、略直線的に比例することが確認できた。

本実施形態に係る磁気センサ３００においても、第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂの内側に第２磁気抵抗素子３３０ａ，３３０ｂを配置しているため、磁気センサ３００を小形にできる。また、磁気センサ３００においても、第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂと第２磁気抵抗素子３３０ａ，３３０ｂとを接続する配線を立体的に引き回す必要がないため、簡易な製造プロセスで磁気センサ３００を製造可能である。

以下、本発明の実施形態４に係る磁気センサについて図を参照して説明する。なお、本実施形態に係る磁気センサ４００は、第１磁気抵抗素子および第２磁気抵抗素子の各々が有するパターンが主に実施形態１に係る磁気センサ１００と異なるため、他の構成については説明を繰り返さない。

(実施形態４)
図１４は、本発明の実施形態４に係る磁気センサのブリッジ回路を構成する４つの磁気抵抗素子のパターンを示す平面図である。図１５は、本発明の実施形態４に係る磁気センサの第１磁気抵抗素子が有するパターンを示す平面図である。図１６は、本発明の実施形態４に係る磁気センサの第２磁気抵抗素子が有するパターンを示す平面図である。

図１４，１５に示すように、本発明の実施形態４に係る磁気センサ４００の第１磁気抵抗素子４２０ａ，４２０ｂのパターンは、平面視にて、仮想円Ｃ₄の円周に沿って仮想円Ｃ₄の周方向に並ぶように配置されて互いに接続された１５個の第１単位パターン４１０を含む。１５個の第１単位パターン４１０の各々は、仮想円Ｃ₄の円周において配線１４６，１４８，１５０，１５２が位置する部分が開放した仮想Ｃ字形状Ｃ₄₁に沿って位置している。１５個の第１単位パターン４１０の各々は、仮想円Ｃ₄の中心側から放射状に配置された折り返し状パターンである。

折り返し状パターンは、互いに間隔を置いて仮想円Ｃ₄の中心側から放射状に延びる直線状延在部４２１，４２３と、直線状延在部４２１の先端と直線状延在部４２３の先端とを接続する直線状延在部４２２とを含む。直線状延在部４２１と直線状延在部４２２とは互いに垂直である。直線状延在部４２３と直線状延在部４２２とは互いに垂直である。

図１４に示すように、２つの第１磁気抵抗素子４２０ａ，４２０ｂの各々は、仮想Ｃ字形状Ｃ₄₁の向きが互いに異なるように周方向の向きが異なっている。すなわち、２つの第１磁気抵抗素子４２０ａ，４２０ｂの各々は、パターン４２０の周方向の向きが異なっている。本実施形態においては、２つの第１磁気抵抗素子４２０ａ，４２０ｂの各々は、パターン４２０の周方向の向きが９０°異なっている。

本発明の実施形態４に係る磁気センサ４００の第２磁気抵抗素子４３０ａ，４３０ｂにおいては、仮想円Ｃ₄の円周に沿って仮想円Ｃ₄の径方向に並ぶように線対称に配置された第２パターンである１２個の半円弧状パターン４３１を含むパターン４３０を有している。パターン４３０は、第１磁気抵抗素子４２０ａ，４２０ｂのパターン４２０より細いパターンで構成されている。

最も内側に位置する半円弧状パターン４３１の外側に位置する１０個の半円弧状パターン４３１においては、内側から順に互いに隣接した２つの半円弧状パターン４３１の一端同士は、半円弧状パターン４３２によって互いに接続されている。内側から順に互いに隣接した２つの半円弧状パターン４３１の他端同士は、半円弧状パターン４３３によって互いに接続されている。最も内側に位置して互いに線対称な半円弧状パターン４３１同士は、互いの一端同士を直線状延在部４３４によって接続されている。直線状延在部４３４の長さは、１０μｍより短い。

第２磁気抵抗素子４３０ａ，４３０ｂのパターン４３０は、４つの半円弧状パターン４３２、６つの半円弧状パターン４３３および直線状延在部４３４を含む。これにより、１２個の半円弧状パターン４３１が直列に接続されている。半円弧状パターン４３２，４３３は、直線状延在部を含まず、湾曲部のみから構成されている。

本実施形態に係る磁気センサ４００においては、１５個の第１単位パターン４１０が仮想円Ｃ₄の円周に沿って配置されていることによって、パターン４２０を流れる電流の向きを水平方向において分散させて、第１磁気抵抗素子４２０ａ，４２０ｂの磁気抵抗効果の異方性を低減することができる。

本実施形態に係る磁気センサ４００においては、第２磁気抵抗素子４３０ａ，４３０ｂが半円弧状パターン４３１を有している。半円弧状パターン４３１は、円弧で構成されている。互いに隣接した２つの半円弧状パターン４３１同士は、半円弧状パターン４３２，４３３によって互いに接続されている。第２磁気抵抗素子４３０ａ，４３０ｂは、長さが１０μｍより短い直線状延在部４３４のみを含んでいるため、磁界検出の異方性が低減されている。

２つの第２磁気抵抗素子４３０ａ，４３０ｂの各々は、パターン４３０の周方向の向きが異なっている。本実施形態においては、２つの第２磁気抵抗素子４３０ａ，４３０ｂの各々は、パターン４３０の周方向の向きが９０°異なっている。これにより、２つの第２磁気抵抗素子４３０ａ，４３０ｂの各々の磁気抵抗効果の異方性を互いに緩和することができる。

本実施形態に係る磁気センサ４００においても、第１磁気抵抗素子４２０ａ，４２０ｂの内側に第２磁気抵抗素子４３０ａ，４３０ｂを配置しているため、磁気センサ４００を小形にできる。また、磁気センサ４００においても、第１磁気抵抗素子４２０ａ，４２０ｂと第２磁気抵抗素子４３０ａ，４３０ｂとを接続する配線を立体的に引き回す必要がないため、簡易な製造プロセスで磁気センサ４００を製造可能である。

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０ 磁性体層、２０ 導電層、３０ 保護層、１００，２００，３００，４００ 磁気センサ、１１０ 基板、１２０，２３０，３３０，４２０，４３０ パターン、１２０ａ，１２０ｂ，４２０ａ，４２０ｂ，４３０ａ，４３０ｂ 第１磁気抵抗素子、１２１，１３３ Ｃ字状パターン、１２２，１２３，４３１，４３２，４３３ 半円弧状パターン、１３０ 重渦巻き状パターン、１３０ａ，１３０ｂ，２３０ａ，２３０ｂ，３３０ａ，３３０ｂ，４２０ａ，４２０ｂ，４３０ａ，４３０ｂ 第２磁気抵抗素子、１３１，１３２ 渦巻き状パターン、１４０，１４１ 中点、１４５，１４６，１４８，１４９，１５０，１５２ 配線、１６０ 差動増幅器、１６１ 温度補償回路、１６２ スイッチ回路、１６３ ドライバ、２７０ 第２単位パターン、２７０ａ 始端部、２７０ｂ 終端部、３３１ 球状パターン、４１０ 第１単位パターン、４２１，４２２，４２３，４３４，Ｌ₁〜Ｌ₁₅ 直線状延在部、Ｂ₁〜Ｂ₁₄ 湾曲部、Ｃ₁，Ｃ₂，Ｃ₃，Ｃ₄ 仮想円、Ｃ₁₁，Ｃ₂₁，Ｃ₃₁，Ｃ₄₁ Ｃ字形状。

Claims (10)

1. 互いに配線によって電気的に接続されてブリッジ回路を構成する複数の磁気抵抗素子を備える磁気センサであって、
   前記複数の磁気抵抗素子は、対になった第１磁気抵抗素子および第２磁気抵抗素子を含み、
   前記第１磁気抵抗素子の抵抗変化率は、前記第２磁気抵抗素子の抵抗変化率より大きく、
   前記第１磁気抵抗素子は、平面視にて、仮想円の円周に沿って該仮想円の周方向または径方向に並ぶように配置されて互いに接続された複数の第１単位パターンを含み、
   前記第２磁気抵抗素子は、平面視にて、前記仮想円の中心側に位置し、前記第１磁気抵抗素子に囲まれており、
   前記第２磁気抵抗素子は、前記複数の第１単位パターンの各々より細い、互いに接続された複数の第２単位パターンを含み、
   前記第２磁気抵抗素子は、前記仮想円の中心側から前記仮想円の外側まで繋がった前記配線と接続され、
   前記複数の第１単位パターンの各々は、前記仮想円の円周において前記配線が位置する部分が開放した仮想Ｃ字形状に沿って位置しており、
   前記第１磁気抵抗素子および前記第２磁気抵抗素子を２対含み、
   ２対の前記第１磁気抵抗素子および前記第２磁気抵抗素子に含まれる２つの第１磁気抵抗素子の各々は、前記仮想Ｃ字形状の向きが互いに異なるように周方向の向きが異なっている、磁気センサ。
2. 前記第２磁気抵抗素子は、平面視にて２重渦巻き状パターンを有し、
   前記２重渦巻き状パターンは、前記複数の第２単位パターンのうちの１つである一方の渦巻き状パターンおよび前記複数の第２単位パターンのうちの他の１つである他方の渦巻き状パターンと、該一方の渦巻き状パターンおよび該他方の渦巻き状パターンを該２重渦巻き状パターンの中央部にて接続する、Ｓ字状パターンまたは逆Ｓ字状パターンとを含む、請求項１に記載の磁気センサ。
3. 前記複数の第２単位パターンの各々は、複数の曲部を有して折り返し、１０μｍ以上の長さの直線状延在部を含まない、請求項１に記載の磁気センサ。
4. 前記複数の第２単位パターンの各々は、前記仮想円の円周に沿って該仮想円の径方向に並ぶように線対称に配置された半円弧状パターンである、請求項１に記載の磁気センサ。
5. 前記複数の第２単位パターンの各々は、直径が１０μｍより小さい球状パターンである、請求項１に記載の磁気センサ。
6. 前記複数の第１単位パターンの各々は、前記仮想Ｃ字形状に沿って前記仮想円の径方向に並ぶように配置されたＣ字状パターンである、請求項１に記載の磁気センサ。
7. 前記複数の第１単位パターンの各々は、前記仮想円の中心側から放射状に配置された折り返し状パターンである、請求項１に記載の磁気センサ。
8. 互いに配線によって電気的に接続されてブリッジ回路を構成する複数の磁気抵抗素子を備える磁気センサであって、
   前記複数の磁気抵抗素子は、対になった第１磁気抵抗素子および第２磁気抵抗素子を含み、
   前記第１磁気抵抗素子の抵抗変化率は、前記第２磁気抵抗素子の抵抗変化率より大きく、
   前記第１磁気抵抗素子は、平面視にて、仮想円の円周に沿って該仮想円の周方向または径方向に並ぶように配置されて互いに接続された複数の第１単位パターンを含み、
   前記第２磁気抵抗素子は、平面視にて、前記仮想円の中心側に位置し、前記第１磁気抵抗素子に囲まれており、
   前記第２磁気抵抗素子は、前記複数の第１単位パターンの各々より細い、互いに接続された複数の第２単位パターンを含み、
   前記第２磁気抵抗素子は、平面視にて２重渦巻き状パターンを有し、
   前記２重渦巻き状パターンは、前記複数の第２単位パターンのうちの１つである一方の渦巻き状パターンおよび前記複数の第２単位パターンのうちの他の１つである他方の渦巻き状パターンと、該一方の渦巻き状パターンおよび該他方の渦巻き状パターンを該２重渦巻き状パターンの中央部にて接続する、Ｓ字状パターンまたは逆Ｓ字状パターンとを含む、磁気センサ。
9. 互いに配線によって電気的に接続されてブリッジ回路を構成する複数の磁気抵抗素子を備える磁気センサであって、
   前記複数の磁気抵抗素子は、対になった第１磁気抵抗素子および第２磁気抵抗素子を含み、
   前記第１磁気抵抗素子の抵抗変化率は、前記第２磁気抵抗素子の抵抗変化率より大きく、
   前記第１磁気抵抗素子は、平面視にて、仮想円の円周に沿って該仮想円の周方向または径方向に並ぶように配置されて互いに接続された複数の第１単位パターンを含み、
   前記第２磁気抵抗素子は、平面視にて、前記仮想円の中心側に位置し、前記第１磁気抵抗素子に囲まれており、
   前記第２磁気抵抗素子は、前記複数の第１単位パターンの各々より細い、互いに接続された複数の第２単位パターンを含み、
   前記複数の第２単位パターンの各々は、直径が１０μｍより小さい球状パターンである、磁気センサ。
10. 前記第２磁気抵抗素子は、前記仮想円の中心側から前記仮想円の外側まで繋がった前記配線と接続され、
    前記複数の第１単位パターンの各々は、前記仮想円の円周において前記配線が位置する部分が開放した仮想Ｃ字形状に沿って位置している、請求項８または９に記載の磁気センサ。

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