JP6426178B2 - シングルチップ・プッシュプルブリッジ型磁界センサ - Google Patents
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Description
図2は、本発明によるシングルチップ・プッシュプル・フルブリッジ磁界センサを示す構造略図である。本センサは、基板1と、入力および出力用ボンディングパッド6−9と、基板1上へ斜めに配置される複数のプッシュアーム磁束濃縮器12およびプルアーム磁束濃縮器13と、各々2つの隣接するプッシュアーム磁束濃縮器間の隙間14および2つの隣接するプルアーム磁束濃縮器間の隙間15に位置決めされる磁気抵抗検出素子10および11とを含む。磁気抵抗検出素子10および11は、GMRまたはTMR磁気抵抗検出素子であり、これらの形状は、四角形、菱形または楕円形であってもよく、磁気抵抗検出素子10の数と磁気抵抗検出素子11の数は、同じであり、互いに対応する磁気抵抗検出素子10および11は、互いに対して平行であり、かつ磁気抵抗検出素子の磁気ピニング層の磁化方向は同じであって、共に110である。外部磁界が不在の場合、磁気抵抗検出素子10および11は、X軸方向のプッシュアーム磁束濃縮器とプルアーム磁束濃縮器との間の磁界成分の差値を検出するために、永久磁石のバイアシング、二重交換相互作用、形状異方性またはこれらの任意の組合せを介して、磁気自由層の磁化方向を磁気ピニング層の磁化方向に対して垂直にする。磁気抵抗検出素子10および11は、ボンディングパッド6−9と電気接続されてフルブリッジを形成し、かつフルブリッジは、2つのプッシュアームと2つのプッシュアームとを含み、磁気抵抗検出素子10で形成されるブリッジアームは、プッシュアームであり、かつ磁気抵抗検出素子11で形成されるブリッジアームは、プルアームである。プッシュアーム磁束濃縮器12およびプルアーム磁束濃縮器13は、細長いアレイであって、Ni、Fe、CoおよびAl、但しこれらに限定されない元素のうちの1つまたはそれ以上より成る軟強磁性合金から選択される物質で製造される。プッシュアーム磁束濃縮器12とX軸前方向との内抱角は16で示され、かつ好ましくは、その値は、5゜から85゜までの範囲内であって、本実施形態では45゜であり、プルアーム磁束濃縮器13とX軸前方向との内抱角17は、−5゜から−85゜までの範囲内であって、本実施形態では−45゜である。好ましくは、本発明によるチップのサイズは、0.5mm×0.5mmである。さらに、異なるアプリケーションの要望に従って、チップのサイズは、0.5mm×0.5mm未満であってもよい。本実施形態において、隙間14および隙間15のサイズは、20μmであり、プッシュアーム磁束濃縮器12およびプルアーム磁束濃縮器13は共に、幅20μmおよび厚さ10μmを有し、かつ磁気抵抗検出素子(10、11)のサイズは、15μm×1.5μmである。
図4は、Y軸方向磁界における、本発明によるシングルチップ・プッシュプル・フルブリッジ磁界センサの磁界分布を示す図である。本図において、外部磁界の方向100は、Y軸に対して水平であり、かつ測定方向101は、X軸に対して水平である。本図から、センサへ進入する外部磁界は、プッシュアーム磁束濃縮器12およびプルアーム磁束濃縮器13によってバイアスされ、プッシュアーム磁束濃縮器12間の隙間14における磁界方向は102であり、かつプルアーム磁束濃縮器13間の隙間15における磁界方向は103であることが分かる。磁界方向102および103は、Y軸を中心にして対称である。本実施形態において、外部磁界は、By=100Gであり、測定されたX軸磁界の大きさは、BX+=90GおよびBX−=−90Gであり、よって利得係数は、Axy=Bx/By=(BX+−BX−)/By=180/100=1.8であって、先行技術におけるシングルチップ参照ブリッジ型磁界センサの利得係数より大きく、かつ取得される利得係数は、プッシュアーム磁束濃縮器12およびプルアーム磁束濃縮器13のサイズおよび隙間のサイズに関連する。
図7は、本発明によるシングルチップ・プッシュプル・フルブリッジ磁界センサの略回路図である。幾つかの磁気抵抗検出素子10が電気接続されて等価的な磁気抵抗体R18およびR18’を形成し、幾つかの磁気抵抗検出素子11が電気接続されて等価的な磁気抵抗体R19およびR19’を形成し、かつ4つの磁気抵抗体が接続されてフルブリッジを形成している。これらの磁気ピニング層の磁化方向は同じであり、相対位置にある磁気抵抗体(R18とR18’、R19とR19’)の磁気自由層の磁化方向は同じであり、かつ隣接位置にある磁気抵抗体(R18とR19、R18とR19’、R18’とR19およびR18’とR19’)の磁気自由層の磁化方向は異なる。磁気抵抗検出素子10および11の検出方向に沿って外部磁界が印加されると、磁気抵抗体R18およびR18’の抵抗の変化は、磁気抵抗体R19およびR19’のそれの逆であってもよく、よって、プッシュプル出力が形成される。フルブリッジの出力電圧は、
である。
である。
Claims (10)
- シングルチップ・プッシュプルブリッジ型磁界センサであって、
XY平面における基板であって、前記XY平面は、座標軸、即ちX軸およびY軸によって画定される、基板と、
1つまたは複数の磁気抵抗検出素子より成る少なくとも1つのプッシュアームと、
1つまたは複数の磁気抵抗検出素子より成る少なくとも1つのプルアームと、
前記基板上に配置される複数のプッシュアーム磁束濃縮器および複数のプルアーム磁束濃縮器とを備え、かつ前記複数のプッシュアーム磁束濃縮器のうちの2つのプッシュアーム磁束濃縮器間および前記複数のプルアーム磁束濃縮器のうちの2つのプルアーム磁束濃縮器間毎には所定の隙間が設けられ、前記複数のプッシュアーム磁束濃縮器および前記複数のプルアーム磁束濃縮器の双方は細長いバーのアレイで構成され、前記プッシュアーム磁束濃縮器とX軸前方向との内抱角は正であって、前記プルアーム磁束濃縮器と前記X軸前方向との内抱角は負であり、または、前記プッシュアーム磁束濃縮器と前記X軸前方向との内抱角は負であって、前記プルアーム磁束濃縮器と前記X軸前方向との内抱角は正であり、
前記磁気抵抗検出素子の磁気ピニング層の磁化方向は、同一であり、
前記磁気抵抗検出素子は各々、前記プッシュアーム磁束濃縮器と前記プルアーム磁束濃縮器との間のX軸方向における磁界成分の差値を検出するために、2つの隣接するプッシュアーム磁束濃縮器間、または2つの隣接するプルアーム磁束濃縮器間の隙間に相応して位置決めされ、かつ、
マイクロ電子接続およびパッケージング方法は、前記磁気抵抗検出素子をプッシュプルブリッジに相互接続して入力および出力接続部を形成するために使用される、シングルチップ・プッシュプルブリッジ型磁界センサ。 - 前記磁気抵抗検出素子は、GMRまたはTMR検出素子である、請求項1に記載のシングルチップ・プッシュプルブリッジ型磁界センサ。
- 外部磁界が存在しない場合、前記磁気抵抗検出素子の磁化方向は、永久磁石バイアシング、二重交換相互作用、形状異方性またはこれらの任意の組合せの使用を介して、前記磁気ピニング層の前記磁化方向に対して垂直である、請求項1または請求項2に記載のシングルチップ・プッシュプルブリッジ型磁界センサ。
- 前記プッシュアームおよび前記プルアーム上の前記磁気抵抗検出素子の数は同一であり、かつ前記プッシュアームと前記プルアームの相対位置における前記磁気抵抗検出素子は、互いに対して平行である、請求項1に記載のシングルチップ・プッシュプルブリッジ型磁界センサ。
- 前記プッシュアームおよび前記プルアーム上の前記磁気抵抗検出素子の回転角は、同じ大きさにあるが、回転方向は逆である、請求項1に記載のシングルチップ・プッシュプルブリッジ型磁界センサ。
- 前記プッシュアーム磁束濃縮器と前記X軸前方向との内抱角は、5゜から85゜までであり、かつ前記プルアーム磁束濃縮器と前記X軸前方向との内抱角は、−5゜から−85゜までである、請求項1に記載のシングルチップ・プッシュプルブリッジ型磁界センサ。
- 前記プッシュプルブリッジは、ハーフブリッジ、フルブリッジまたは擬似ブリッジである、請求項1に記載のシングルチップ・プッシュプルブリッジ型磁界センサ。
- 前記プッシュアーム磁束濃縮器および前記プッシュアーム磁束濃縮器の双方は、Ni、Fe、CoおよびAlのうちの1つまたはそれ以上の元素より成る軟強磁性合金から選択される物質で製造されて構成される、請求項1に記載のシングルチップ・プッシュプルブリッジ型磁界センサ。
- 前記プッシュアーム磁束濃縮器の数および前記プルアーム磁束濃縮器の数は、同じである、請求項1、請求項4および請求項8の何れか一項に記載のシングルチップ・プッシュプルブリッジ型磁界センサ。
- 前記マイクロ電子接続およびパッケージング方法は、ボンディングパッド、リードフレーム、フリップチップ、ボール・グリッド・アレイ、ウェーハ・レベル・パッケージングまたはチップオンボード・ダイレクトマウントを含む、請求項1に記載のシングルチップ・プッシュプルブリッジ型磁界センサ。
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