JP6424889B2 - 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)、特開２０１２−８８２２５号公報(特許文献４)、および、特開２０１３−２５０１８２号公報(特許文献５)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連結されると共に、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連結されて、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。

特許文献５に記載された磁気センサにおいては、正八角形の第１センシング部の中心と正八角形の第２センシング部の中心とが一致しており、第２センシング部の外側に第１センシング部が配置されている。第２センシング部の第２磁気抵抗素子の線状のレイアウトは、第１センシング部の第１磁気抵抗素子の線状のレイアウトに対して２２．５°傾けられている。

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 特開２０１３−２５０１８２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３〜５に記載された磁気センサにおいては、磁界検出の等方性についてさらに向上できる余地がある。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、磁界検出の等方性を向上した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、複数の第１磁気抵抗素子および複数の第２磁気抵抗素子を含む。複数の第１磁気抵抗素子の各々の抵抗変化率は、複数の第２磁気抵抗素子の各々の抵抗変化率より大きい。複数の第１磁気抵抗素子の各々は、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、一方の渦巻き状パターン、他方の渦巻き状パターン、および、一方の渦巻き状パターンと他方の渦巻き状パターンとを２重渦巻き状パターンの中央部にて連結する、Ｓ字状パターンまたは逆Ｓ字状パターンを含む。複数の第１磁気抵抗素子の各々は、Ｓ字状パターンまたは逆Ｓ字状パターンの向きが互いに異なるように、２重渦巻き状パターンの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、磁気センサは、複数の第１磁気抵抗素子として２つの第１磁気抵抗素子を含む。２つの第１磁気抵抗素子の各々は、Ｓ字状パターンまたは逆Ｓ字状パターンの向きが互いに９０°異なるように、２重渦巻き状パターンの周方向の向きが９０°異なっている。

本発明の一形態においては、２重渦巻き状パターンは、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の各々の外周部に、２重渦巻き状パターンの長さ調整用冗長部を有する。長さ調整用冗長部は、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の各々が湾曲しつつ折り返されて構成されている。一方の渦巻き状パターンに設けられた長さ調整用冗長部と、他方の渦巻き状パターンに設けられた長さ調整用冗長部とは、２重渦巻き状パターンの径方向において互いに反対側に位置している。

本発明の一形態においては、複数の第２磁気抵抗素子の各々は、複数の曲部を有して折り返した少なくとも１つの単位パターンを含む。単位パターンは、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、単位パターンは、複数の曲部の各々において屈曲している。

本発明の一形態においては、単位パターンは、複数の曲部の各々において湾曲している。

本発明の一形態においては、複数の第２磁気抵抗素子の各々は複数の単位パターンを含む。複数の単位パターンは、仮想円上に配置されて互いに接続されている。

本発明の一形態においては、複数の第２磁気抵抗素子の各々は複数の単位パターンを含む。複数の単位パターンは、仮想多角形上に配置されて互いに接続されている。

本発明の一形態においては、複数の第２磁気抵抗素子の各々は複数の単位パターンを含む。複数の単位パターンは、仮想直線上に配置されて互いに接続されている。

本発明によれば、磁界検出の等方性を向上できる。

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１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。 本実施形態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５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５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５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、２つの第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂ、および、２つの第２磁気抵抗素子１３０ａ，１３０ｂを含む。

２つの第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂの各々の抵抗変化率は、２つの第２磁気抵抗素子１３０ａ，１３０ｂの各々の抵抗変化率より大きい。２つの第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂの各々は、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。２つの第２磁気抵抗素子１３０ａ，１３０ｂの各々は、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、２つの第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂの各々は、平面視にて２重渦巻き状パターン１２０を有する。２重渦巻き状パターン１２０は、一方の渦巻き状パターン１２１、他方の渦巻き状パターン１２２、および、一方の渦巻き状パターン１２１と他方の渦巻き状パターン１２２とを２重渦巻き状パターン１２０の中央部にて連結する逆Ｓ字状パターン１２３を含む。逆Ｓ字状パターン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。

２重渦巻き状パターン１２０は、一方の渦巻き状パターン１２１および他方の渦巻き状パターン１２２の各々の外周部に、２重渦巻き状パターン１２０の長さ調整用冗長部１２４，１２５を有する。長さ調整用冗長部１２４，１２５は、一方の渦巻き状パターン１２１および他方の渦巻き状パターン１２２の各々が湾曲しつつ折り返されて構成されている。一方の渦巻き状パターン１２１に設けられた長さ調整用冗長部１２４と、他方の渦巻き状パターン１２２に設けられた長さ調整用冗長部１２５とは、２重渦巻き状パターン１２０の径方向において互いに反対側に位置している。長さ調整用冗長部１２４，１２５の各々は、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１２０は、長さ調整用冗長部１２４，１２５において、配線を構成する導電層２０と接続されている。長さ調整用冗長部１２４，１２５と導電層２０との接続位置を変更することにより、２つの第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂの各々の電気抵抗値を調整することができる。

具体的には、図３に示す、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、導電層２０を磁気抵抗素子として機能する領域Ｒ側に延長することにより、配線として機能する領域Ｌを拡大して、２つの第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂの各々の電気抵抗値を低下させることができる。または、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との接続部において、導電層２０を配線として機能する領域Ｌ側に短縮することにより、配線として機能する領域Ｌを縮小して、２つの第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂの各々の電気抵抗値を増加させることができる。

上記した、２つの第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂの各々の電気抵抗値の調整は、導電層２０の一部を除去または追加形成することにより行なわれるため、保護層３０を設ける前に行なわれることが好ましい。

図４に示すように、２重渦巻き状パターン１２０は、２重渦巻き状パターン１２０の中心点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１２０は、２重渦巻き状パターン１２０の中心点に関して略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１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂの各々は、逆Ｓ字状パターン１２３の向きが互いに異なるように、２重渦巻き状パターン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、逆Ｓ字状パターン１２３の向きが互いに９０°異なるように、２重渦巻き状パターン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磁気抵抗素子が有するパターンを示す平面図である。図６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。なお、図５においては、２つの第２磁気抵抗素子１３０ａ，１３０ｂの各々が有する同一形状の２つのパターン１３０のうちの一方のみを図示している。

図１，５に示すように、２つの第２磁気抵抗素子１３０ａ，１３０ｂの各々においては、複数の曲部を有して折り返した８つの単位パターン１７０を含む同一形状の２つのパターン１３０が直列に接続されている。第２磁気抵抗素子１３０ａにおいては、同一形状の２つのパターン１３０が配線１４７によって互いに接続されている。第２磁気抵抗素子１３０ｂにおいては、同一形状の２つのパターン１３０が配線１５１によって互いに接続されている。これにより、２つの第２磁気抵抗素子１３０ａ，１３０ｂの各々において、必要な電気抵抗値を確保している。２つの第２磁気抵抗素子１３０ａ，１３０ｂの各々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。

図５に示すように、８つの単位パターン１７０は、仮想円Ｃ₁上に配置されて互いに接続されている。図６に示すように、単位パターン１７０は、始端部１７０ａから終端部１７０ｂ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、単位パターン１７０は、始端部１７０ａおよび終端部１７０ｂ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、単位パターン１７０は、１４個の曲部Ｂ₁〜Ｂ₁₄の各々において直角に屈曲している。単位パターン１７０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。

ただし、２つの第２磁気抵抗素子１３０ａ，１３０ｂの各々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少なくとも１つの単位パターンを含んでいればよい。

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、２つの第２磁気抵抗素子１３０ａ，１３０ｂの各々が上記のパターンを有することにより、２つの第２磁気抵抗素子１３０ａ，１３０ｂの各々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。その結果、２つの第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂの各々の抵抗変化率が、２つの第２磁気抵抗素子１３０ａ，１３０ｂの各々の抵抗変化率より大きくなる。

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の各々が２重渦巻き状パターン１２０を有している。２重渦巻き状パターン１２０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１２０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。よって、２つの第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂの各々は、水平方向の略全方位(３６０°)に亘って、外部磁界を検出することができる。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１２０は、中央部が湾曲部のみからなる逆Ｓ字状パターン１２３で構成され、外周部が湾曲部のみからなる長さ調整用冗長部１２４，１２５で構成されている。このように、２つの第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂの各々は、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の各々の逆Ｓ字状パターン１２３の向きが互いに異なるように、２重渦巻き状パターン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。

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１２０は、２重渦巻き状パターン１２０の中心点に関して略１８０°回転対称な形状を有している。そのため、２つの第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂの各々は、磁界検出において僅かに異方性を有する。

そこで、第１磁気抵抗素子１２０ａの２重渦巻き状パターン１２０の周方向の向きと、第１磁気抵抗素子１２０ｂの２重渦巻き状パターン１２０の周方向の向きとを異ならせることにより、それぞれの磁界検出の異方性を互いに緩和することができる。

第１磁気抵抗素子１２０ａの２重渦巻き状パターン１２０の周方向の向きと、第１磁気抵抗素子１２０ｂの２重渦巻き状パターン１２０の周方向の向きとを９０°異ならせた場合には、それぞれの磁界検出の異方性を最も緩和することができる。

この場合は、第１磁気抵抗素子１２０ａが最も高感度である方向と、第１磁気抵抗素子１２０ｂが最も低感度である方向とが一致し、第１磁気抵抗素子１２０ａが最も低感度である方向と、第１磁気抵抗素子１２０ｂ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。

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の各々は、１０μｍ以上の長さの直線状延在部を含まずに１４個の曲部Ｂ₁〜Ｂ₁₄の各々において直角に屈曲して、始端部１７０ａおよび終端部１７０ｂを口部とした袋状の形状を有する単位パターン１７０を含んでいる。

これにより、単位パターン１７０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ができる。また、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。

さらに、複数の単位パターン１７０が仮想円Ｃ₁上に配置されていることによって、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ができる。

図７は、本実施形態に係る磁気センサ１００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１００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１００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。

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２磁気抵抗素子が有するパターンのみ実施形態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に含まれる単位パターンを示す平面図である。なお、図８においては、２つの第２磁気抵抗素子の各々が有する同一形状の２つのパターン２３０のうちの一方のみを図示している。

本発明の実施形態２に係る磁気センサの２つの第２磁気抵抗素子の各々においては、複数の曲部を有して折り返した８つの単位パターン２７０を含む同一形状の２つのパターン２３０が直列に接続されている。

図８に示すように、８つの単位パターン２７０は、仮想円Ｃ₁上に配置されて互いに接続されている。図９に示すように、単位パターン２７０は、始端部２７０ａから終端部２７０ｂまでの間に、９個の曲部Ｂ₁〜Ｂ₉および１０個の直線状延在部Ｌ₁〜Ｌ₁₀を有して、折り返している。すなわち、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、単位パターン２７０は、９個の曲部Ｂ₁〜Ｂ₉の各々において湾曲している。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、１０個の直線状延在部Ｌ₁〜Ｌ₁₀の各々の長さは、１０μｍより短い。

本発明の実施形態２に係る磁気センサは、第２磁気抵抗素子が含む単位パターン２７０の曲部が湾曲していることによって、実施形態１に係る磁気センサ１００の第２磁気抵抗素子に比較して、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。

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２磁気抵抗素子が有するパターンのみ実施形態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１０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に含まれる単位パターンを示す平面図である。

図１０に示すように、本発明の実施形態３に係る磁気センサの２つの第２磁気抵抗素子の各々は、複数の曲部を有して折り返した３２個の単位パターン３７０を含むパターン３３０を有している。

図１０に示すように、３２個の単位パターン３７０は、仮想矩形Ｃ₂上に配置されて互いに接続されている。なお、複数の単位パターン３７０が、仮想矩形以外の仮想多角形上に配置されていてもよい。

図１１に示すように、単位パターン３７０は、始端部３７０ａから終端部３７０ｂ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、単位パターン３７０は、始端部３７０ａおよび終端部３７０ｂ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、単位パターン３７０は、１４個の曲部Ｂ₁〜Ｂ₁₄の各々において直角に屈曲している。単位パターン３７０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。

本発明の実施形態３に係る磁気センサにおいては、２つの第２磁気抵抗素子の各々が含む複数の単位パターン３７０が仮想矩形Ｃ₂上に配置されていることによって、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、２つの第２磁気抵抗素子の各々の磁気抵抗効果の異方性を低減することができる。

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２磁気抵抗素子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１２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１３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１２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２つの第２磁気抵抗素子４３０ａ，４３０ｂの各々は、複数の曲部を有して折り返した８つの単位パターン４７０を含むパターン４３０を有している。図１３に示すように、８つの単位パターン４７０は、仮想直線Ｃ₃上に配置されて互いに接続されている。

図１３に示すように、本実施形態に係る単位パターン４７０は、実施形態３に係る単位パターン３７０と略同様の形状を有している。単位パターン４７０が単位パターン３７０と異なる点は、各曲部において、磁性体層１０をミーリングした工具の直径に相当する大きさの円形の凹部が形成されている点である。

この凹部を単位パターン４７０に形成することにより、単位パターン４７０を流れる電流の経路を長くしつつ、単位パターン４７０の幅を各曲部において狭くできるため、単位パターン４７０の電気抵抗値を増大させることができる。その結果、２つの第２磁気抵抗素子４３０ａ，４３０ｂの各々の電気抵抗値を増大させることができる。

本発明の実施形態４に係る磁気センサ４００においては、２つの第２磁気抵抗素子４３０ａ，４３０ｂの各々が含む複数の単位パターン４７０が仮想直線Ｃ₃上に配置されていることによって、２つの第２磁気抵抗素子４３０ａ，４３０ｂの各々の配置の自由度を高めるができる。

以下、本発明の実施形態５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５００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５)
図１４は、本発明の実施形態５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１４に示すように、本発明の実施形態５に係る磁気センサ５００は、互いに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、２つの第１磁気抵抗素子５２０ａ，５２０ｂ、および、２つの第２磁気抵抗素子５３０ａ，５３０ｂを含む。

図１５は、本発明の実施形態５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１４，１５に示すように、２つの第１磁気抵抗素子５２０ａ，５２０ｂの各々は、平面視にて２重渦巻き状パターン５２０を有する。２重渦巻き状パターン５２０は、一方の渦巻き状パターン５２１、他方の渦巻き状パターン５２２、および、一方の渦巻き状パターン５２１と他方の渦巻き状パターン５２２とを２重渦巻き状パターン５２０の中央部にて連結するＳ字状パターン５２３を含む。Ｓ字状パターン５２３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５２０は、一方の渦巻き状パターン５２１および他方の渦巻き状パターン５２２の各々の外周部に、２重渦巻き状パターン５２０の長さ調整用冗長部５２４，５２５を有する。長さ調整用冗長部５２４，５２５は、一方の渦巻き状パターン５２１および他方の渦巻き状パターン５２２の各々が外側に広がりつつ湾曲して構成されている。一方の渦巻き状パターン５２１に設けられた長さ調整用冗長部５２４と、他方の渦巻き状パターン５２２に設けられた長さ調整用冗長部５２５とは、２重渦巻き状パターン５２０の径方向において互いに反対側に位置している。長さ調整用冗長部５２４，５２５の各々は、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１５に示すように、２重渦巻き状パターン５２０は、２重渦巻き状パターン５２０の中心点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５２０は、２重渦巻き状パターン５２０の中心点に関して略１８０°回転対称な形状を有している。

図１４に示すように、２つの第１磁気抵抗素子５２０ａ，５２０ｂの各々は、Ｓ字状パターン５２３の向きが互いに異なるように、２重渦巻き状パターン５２０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５２０ａ，５２０ｂの各々は、Ｓ字状パターン５２３の向きが互いに９０°異なるように、２重渦巻き状パターン５２０の周方向の向きが９０°異なっている。

図１６は、本発明の実施形態５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。なお、図１６においては、２つの第２磁気抵抗素子５３０ａ，５３０ｂの各々が有する同一形状の４つのパターン５３０のうちの１つのみを図示している。

図１４，１６に示すように、２つの第２磁気抵抗素子５３０ａ，５３０ｂの各々においては、複数の曲部を有して折り返した１つの単位パターンを含む同一形状の４つのパターン５３０が直列に接続されている。第２磁気抵抗素子５３０ａにおいては、同一形状の４つのパターン５３０が配線１４７によって互いに接続されている。第２磁気抵抗素子５３０ｂにおいては、同一形状の４つのパターン５３０が配線１５１によって互いに接続されている。これにより、２つの第２磁気抵抗素子５３０ａ，５３０ｂの各々において、必要な電気抵抗値を確保している。

図１６に示すように、パターン５３０の単位パターンは、始端部５７０ａから終端部５７０ｂまでの間に、１５個の曲部Ｂ₁〜Ｂ₁₅を有して、折り返している。すなわち、パターン５３０の単位パターンは、始端部５７０ａおよび終端部５７０ｂ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、パターン５３０の単位パターンは、１５個の曲部Ｂ₁〜Ｂ₁₅の各々において湾曲している。パターン５３０の単位パターンは、直線状延在部を含まない。

本実施形態に係る磁気センサ５００においては、２重渦巻き状パターン５２０は、中央部が湾曲部のみからなるＳ字状パターン５２３で構成され、外周部が湾曲部のみからなる長さ調整用冗長部５２４，５２５で構成されている。このように、２つの第１磁気抵抗素子５２０ａ，５２０ｂの各々は、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５００においては、２つの第１磁気抵抗素子５２０ａ，５２０ｂの各々のＳ字状パターン５２３の向きが互いに異なるように、２重渦巻き状パターン５２０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。

第１磁気抵抗素子５２０ａの２重渦巻き状パターン５２０の周方向の向きと、第１磁気抵抗素子５２０ｂの２重渦巻き状パターン５２０の周方向の向きとを９０°異ならせることにより、それぞれの磁界検出の異方性を最も緩和することができる。

本実施形態に係る磁気センサ５００においては、２つの第２磁気抵抗素子５３０ａ，５３０ｂの各々は、直線状延在部を含まずに１５個の曲部Ｂ₁〜Ｂ₁₅の各々において湾曲して、始端部５７０ａおよび終端部５７０ｂを口部とした袋状の形状を有する単位パターンを含んでいる。

これにより、単位パターン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５３０ａ，５３０ｂの各々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５００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。

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、１００，４００，５００ 磁気センサ、１１０ 基板、１２０，５２０ ２重渦巻き状パターン、１２０ａ，１２０ｂ，５２０ａ，５２０ｂ 第１磁気抵抗素子、１２１，５２１ 一方の渦巻き状パターン、１２２，５２２ 他方の渦巻き状パターン、１２３ 逆Ｓ字状パターン、１２４，１２５，５２４，５２５ 長さ調整用冗長部、１３０，２３０，３３０，４３０，５３０ パターン、１３０ａ，１３０ｂ，４３０ａ，４３０ｂ，５３０ａ，５３０ｂ 第２磁気抵抗素子、１４０，１４１ 中点、１４５，１４６，１４７，１４８，１４９，１５０，１５１，１５２ 配線、１６０ 差動増幅器、１６１ 温度補償回路、１６２ ラッチおよびスイッチ回路、１６３ ＣＭＯＳドライバ、１７０，２７０，３７０，４７０ 単位パターン、１７０ａ，２７０ａ，３７０ａ，５７０ａ 始端部、１７０ｂ，２７０ｂ，３７０ｂ，５７０ｂ 終端部、５２３ Ｓ字状パターン、Ｂ₁〜Ｂ₁₅ 曲部、Ｃ₁ 仮想円、Ｃ₂ 仮想矩形、Ｃ₃ 仮想直線、Ｌ 配線として機能する領域、Ｌ₁〜Ｌ₁₅ 直線状延在部、Ｒ 磁気抵抗素子として機能する領域。

Claims (11)

1. 互いに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、複数の第１磁気抵抗素子および複数の第２磁気抵抗素子を含み、
   前記複数の第１磁気抵抗素子の各々の抵抗変化率は、前記複数の第２磁気抵抗素子の各々の抵抗変化率より大きく、
   前記複数の第１磁気抵抗素子の各々は、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、一方の渦巻き状パターン、他方の渦巻き状パターン、および、該一方の渦巻き状パターンと該他方の渦巻き状パターンとを該２重渦巻き状パターンの中央部にて連結する、Ｓ字状パターンまたは逆Ｓ字状パターンを含み、
   前記複数の第１磁気抵抗素子の各々は、前記Ｓ字状パターンまたは前記逆Ｓ字状パターンの向きが互いに異なるように、前記２重渦巻き状パターンの周方向の向きが異なっており、
   前記２重渦巻き状パターンは、前記２重渦巻き状パターンの中心点に関して略点対称の形状を有しており、
   前記複数の第１磁気抵抗素子として２つの第１磁気抵抗素子を含み、
   前記２つの第１磁気抵抗素子の各々は、前記Ｓ字状パターンまたは前記逆Ｓ字状パターンの向きが互いに９０°異なるように、前記２重渦巻き状パターンの周方向の向きが９０°異なっている、磁気センサ。
2. 互いに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、複数の第１磁気抵抗素子および複数の第２磁気抵抗素子を含み、
   前記複数の第１磁気抵抗素子の各々の抵抗変化率は、前記複数の第２磁気抵抗素子の各々の抵抗変化率より大きく、
   前記複数の第１磁気抵抗素子の各々は、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、一方の渦巻き状パターン、他方の渦巻き状パターン、および、該一方の渦巻き状パターンと該他方の渦巻き状パターンとを該２重渦巻き状パターンの中央部にて連結する、Ｓ字状パターンまたは逆Ｓ字状パターンを含み、
   前記複数の第１磁気抵抗素子の各々は、前記Ｓ字状パターンまたは前記逆Ｓ字状パターンの向きが互いに異なるように、前記２重渦巻き状パターンの周方向の向きが異なっており、
   前記複数の第１磁気抵抗素子として２つの第１磁気抵抗素子を含み、
   前記２つの第１磁気抵抗素子の各々は、前記Ｓ字状パターンまたは前記逆Ｓ字状パターンの向きが互いに９０°異なるように、前記２重渦巻き状パターンの周方向の向きが９０°異なっている、磁気センサ。
3. 互いに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、複数の第１磁気抵抗素子および複数の第２磁気抵抗素子を含み、
   前記複数の第１磁気抵抗素子の各々の抵抗変化率は、前記複数の第２磁気抵抗素子の各々の抵抗変化率より大きく、
   前記複数の第１磁気抵抗素子の各々は、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、一方の渦巻き状パターン、他方の渦巻き状パターン、および、該一方の渦巻き状パターンと該他方の渦巻き状パターンとを該２重渦巻き状パターンの中央部にて連結する、Ｓ字状パターンまたは逆Ｓ字状パターンを含み、
   前記複数の第１磁気抵抗素子の各々は、前記Ｓ字状パターンまたは前記逆Ｓ字状パターンの向きが互いに異なるように、前記２重渦巻き状パターンの周方向の向きが異なっており、
   前記２重渦巻き状パターンは、前記２重渦巻き状パターンの中心点に関して略点対称の形状を有しており、
   前記複数の第２磁気抵抗素子の各々は、複数の曲部を有して折り返した少なくとも１つの単位パターンを含み、
   前記単位パターンは、１０μｍ以上の長さの直線状延在部を含まず、
   前記複数の第２磁気抵抗素子の各々は複数の前記単位パターンを含み、
   前記複数の単位パターンは、仮想円上に配置されて互いに接続されている、磁気センサ。
4. 互いに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、複数の第１磁気抵抗素子および複数の第２磁気抵抗素子を含み、
   前記複数の第１磁気抵抗素子の各々の抵抗変化率は、前記複数の第２磁気抵抗素子の各々の抵抗変化率より大きく、
   前記複数の第１磁気抵抗素子の各々は、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、一方の渦巻き状パターン、他方の渦巻き状パターン、および、該一方の渦巻き状パターンと該他方の渦巻き状パターンとを該２重渦巻き状パターンの中央部にて連結する、Ｓ字状パターンまたは逆Ｓ字状パターンを含み、
   前記複数の第１磁気抵抗素子の各々は、前記Ｓ字状パターンまたは前記逆Ｓ字状パターンの向きが互いに異なるように、前記２重渦巻き状パターンの周方向の向きが異なっており、
   前記２重渦巻き状パターンは、前記２重渦巻き状パターンの中心点に関して略点対称の形状を有しており、
   前記複数の第２磁気抵抗素子の各々は、複数の曲部を有して折り返した少なくとも１つの単位パターンを含み、
   前記単位パターンは、１０μｍ以上の長さの直線状延在部を含まず、
   前記複数の第２磁気抵抗素子の各々は複数の前記単位パターンを含み、
   前記複数の単位パターンは、仮想直線上に配置されて互いに接続されている、磁気センサ。
5. 前記２重渦巻き状パターンは、前記一方の渦巻き状パターンおよび前記他方の渦巻き状パターンの各々の外周部に、該２重渦巻き状パターンの長さ調整用冗長部を有し、
   前記長さ調整用冗長部は、前記一方の渦巻き状パターンおよび前記他方の渦巻き状パターンの各々が湾曲しつつ折り返されて構成され、
   前記一方の渦巻き状パターンに設けられた前記長さ調整用冗長部と、前記他方の渦巻き状パターンに設けられた前記長さ調整用冗長部とは、前記２重渦巻き状パターンの径方向において互いに反対側に位置している、請求項１から４のいずれか１項に記載の磁気センサ。
6. 前記複数の第２磁気抵抗素子の各々は、複数の曲部を有して折り返した少なくとも１つの単位パターンを含み、
   前記単位パターンは、１０μｍ以上の長さの直線状延在部を含まない、請求項１または２に記載の磁気センサ。
7. 前記単位パターンは、前記複数の曲部の各々において屈曲している、請求項３、４および６のいずれか１項に記載の磁気センサ。
8. 前記単位パターンは、前記複数の曲部の各々において湾曲している、請求項３、４および６のいずれか１項に記載の磁気センサ。
9. 前記複数の第２磁気抵抗素子の各々は複数の前記単位パターンを含み、
   前記複数の単位パターンは、仮想円上に配置されて互いに接続されている、請求項３、４、６から８のいずれか１項に記載の磁気センサ。
10. 前記複数の第２磁気抵抗素子の各々は複数の前記単位パターンを含み、
    前記複数の単位パターンは、仮想多角形上に配置されて互いに接続されている、請求項３、４、６から８のいずれか１項に記載の磁気センサ。
11. 前記複数の第２磁気抵抗素子の各々は複数の前記単位パターンを含み、
    前記複数の単位パターンは、仮想直線上に配置されて互いに接続されている、請求項３、４、６から８のいずれか１項に記載の磁気センサ。

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