JPH06177454A - 強磁性薄膜磁気抵抗素子とそれを用いた磁気センサ - Google Patents

強磁性薄膜磁気抵抗素子とそれを用いた磁気センサ

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JPH06177454A
JPH06177454A JP4324563A JP32456392A JPH06177454A JP H06177454 A JPH06177454 A JP H06177454A JP 4324563 A JP4324563 A JP 4324563A JP 32456392 A JP32456392 A JP 32456392A JP H06177454 A JPH06177454 A JP H06177454A
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JP
Japan
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magnetic field
magnetic
thin film
ferromagnetic thin
pattern
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Withdrawn
Application number
JP4324563A
Other languages
English (en)
Inventor
Hiroshi Kajitani
浩 梶谷
Michiko Endou
みち子 遠藤
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Priority to JP4324563A priority Critical patent/JPH06177454A/ja
Publication of JPH06177454A publication Critical patent/JPH06177454A/ja
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  • Hall/Mr Elements (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
  • Measuring Magnetic Variables (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 MR素子の回路構成と磁気センサの構成に関
し、添着した磁石からのバイアス磁界の不均一性に起因
する差動出力電圧カーブの非直線性と非対称性を抑制し
て磁界検出精度の向上を図ることを目的とする。 【構成】 基板片面に強磁性薄膜材からなる線状電極が
つづら折りでほぼ角形になるように形成されている抵抗
パターンの4個をブリッジ回路に接続した磁気抵抗パタ
ーンが形成され、該磁気抵抗パターン形成域の裏面側に
外部磁界と直交する方向に磁界を持つ磁石板が添着され
てなる強磁性薄膜磁気抵抗素子であって、磁気抵抗パタ
ーン32の共通した電源端子22-4と共通したグランド端子
22-3とに挟まれ且つそれぞれ異なる出力端子22-1, 22-2
に繋がる2組の各対をなす抵抗パターン32a,32b と32c,
32d の各片側同士32a,32c と32b,32d を、磁石板23の中
心線上を除く両側のバイアス磁界が等しい領域に配置し
て構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は強磁性薄膜の磁気抵抗効
果を利用して例えば磁気記録媒体からの漏洩磁界の如き
外部磁界を検出する磁石添着型の強磁性薄膜磁気抵抗素
子(以下単にMR素子とする)の回路構成とそれを用い
た磁気センサの構成に係り、特に添着した磁石からのバ
イアス磁界の不均一性に起因する差動出力電圧カーブの
“外部磁界0”点近傍における非直線性と該点を中心と
する非対称性を抑制して磁界検出精度の向上を実現した
MR素子とそれを用いた磁気センサに関する。
【0002】MR素子はホール素子や半導体型磁気抵抗
素子に比して微小磁界に対する感度が高く且つその分解
能に優れているため位置センサや角度センサ,ロータリ
エンコーダ等に広く利用されているが、特に上記の如き
外部磁界を検出するにはその磁界検知部を披検磁界発生
源の着磁面に接近させる必要があるため磁界検知領域が
磁気抵抗パターン形成面に位置する該MR素子が最適で
ある。
【0003】なお通常の強磁性薄膜磁気抵抗素子では外
部磁界(検出磁界)に対するリニアな出力が得難いこと
から、最近では出力のリニアリティを確保するために裏
面側に磁石板を添着したタイプのMR素子が多用される
ようになってきている。
【0004】
【従来の技術】技術的背景を説明する図4は磁気ドラム
からの漏洩磁界を検出する場合を例としてMR素子を説
明する概念図であり、図5は従来のMR素子の構成を説
明する図,図6は従来のMR素子の差動出力電圧カーブ
を例示した図, 図7は問題点を説明する図,図8は図7
における差動出力電圧カーブを例示した図である。
【0005】図4で、例えば磁気ドラム11の回転速度や
回転数を検出するMR素子2は基板21の片面に強磁性薄
膜からなる磁気抵抗パターン22が形成されて構成されて
いるものであり、そのパターン形成面が上記磁気ドラム
周辺の着磁面11a と対面するように回路基板12に実装さ
れた状態にある。
【0006】そこで、該MR素子2を回路基板12と共に
上記磁気ドラム11の着磁面11a に矢印Aの如く接近させ
ると回転する磁気ドラム11からの漏洩磁界で該MR素子
2の磁気抵抗パターン22の抵抗値が変動するので、その
変動抵抗値信号を例えば上記回路基板12上の信号処理用
IC13に送達することで磁気ドラム11としての回転速度
や回転数を検知することができる。
【0007】MR素子2としての構成を拡大視して示し
た図5で該MR素子2は、片面に磁気抵抗パターン22が
パターニング形成されている基板21と該基板21のパター
ン形成域裏面側に一定した強さの磁界(矢印B 長さは
磁界強さを示す) が外部磁界の移動方向(矢印C)に対
して直交するように添着されている磁石板23とで構成さ
れている。
【0008】そしてこの場合の磁気抵抗パターン22は、
例えば膜厚 600Å, 幅8μm 程度のニッケル−鉄(Ni-F
e) 合金からなる線状薄膜がピッチ 16 μm 位のつづら
折り状にパターン形成されている4個の抵抗パターン22
a 〜22d と、ブリッジ回路状に接続された該各抵抗パタ
ーン22a 〜22d 間の所定位置に繋がる外部接続端子22-1
〜22-4とからなっている。
【0009】なお該各外部接続端子は、22-1が対をなす
抵抗パターン22a,22b 間に繋がる出力端子であり22-2
対をなす抵抗パターン22c,22d 間に接続されている出力
端子であると同時に、22-3は共通するグランド端子,22
-4が共通する電源端子にそれぞれ形成されている。
【0010】そして各抵抗パターン22a 〜22d の内の対
をなす22a,22b およひ22c,22d は、それぞれの各つづら
折れ方向が互いに直交し且ついずれも磁石板23の磁界方
向Bに対して 45 度傾くように、抵抗パターン22a と22
d とが磁石板23の磁極間を結ぶ中心線上に位置するよう
な方形状に整列配置されている。
【0011】そこで図示の如く外部磁界Hexをかけたと
きの各出力端子22-1,22-2における出力信号を図示され
ない図5のチップ13で演算させることで該外部磁界強さ
を検知することができる。
【0012】かかるMR素子では磁石板23の磁界強さと
方向Bがその全面でほぼ均一であるときには、横軸Xを
外部磁界強さ(単位エルステッドOe)とし縦軸Yを素子
としての規格化した出力とした図7の差動出力電圧カー
ブのように“外部磁界0”点近傍における直線性と該
点を中心とする対称性を得ることができるので、逆に得
られた該カーブから該点近傍での外部磁界強さを精度
よく入手することができる。
【0013】なお、カーブとは上述した出力端子22
-1,22-2における規格化された出力V1,V2 をそれぞれ
示したものであり、" V1 −V2 " から上記カーブを
図示の如く得ることができる。
【0014】かかる構成の磁気抵抗パターン22を持つM
R素子2では、各抵抗パターン22a〜22d 間の間隔を接
近させることで磁気抵抗パターン22としての大きさを小
さくし得るメリットがある。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】かかる構成になるMR
素子2では、それに添着される磁石板23が磁気抵抗パタ
ーン22形成域に比して大きい場合には図5で示すように
磁界Bがその全面でほぼ均一化されていると見なせるの
で、図6で示した如き差動出力電圧カーブを得ること
ができる。
【0016】一方この場合の磁石板23は、MR素子2と
しての小型化要求に対応させるには例えば1×2mm程度
の大きさである磁気抵抗パターンサイズに合致させなけ
ればならない。
【0017】しかし磁石板としての小型化が進展する
と、図7の矢印長さに示すように磁界強さでは端辺に近
い両極側が中央部より強くなると共に磁界方向では中央
部が膨らんだ樽形になり、結果的に磁気抵抗パターンに
及ぼすバイアス磁界の強さと方向が位置によって異なる
ようになる。
【0018】他方上述した磁気抵抗パターン22ひいては
各抵抗パターン 22a〜22d は一点鎖線Dで示すように位
置するが、このことは対をなす抵抗パターン22a,22b と
22c,22d にかかるバイアス磁界が異なり易くなることを
意味しており、結果的に図6と同様のスケールで描いた
図8の差動出力電圧カーブでは出力端子22-1,22-2にお
ける規格化された出力V1,V2 の内の片側もしくは双方
が図6の場合と異なって例えば例示したカーブ′で如
く“外部磁界0”点近傍における直線性と該点を中心と
する対称性とが損なわれる場合がある。
【0019】なお該カーブ′は、図6と異なるカーブ
′と図6のカーブとから得られたものである。従っ
て、かかる該カーブ′からは外部磁界0点近傍での外
部磁界強さを精度よく入手することができないことがあ
ると言う問題があった。
【0020】
【課題を解決するための手段】上記課題は、基板の片面
には強磁性薄膜材からなる線状電極がつづら折りでほぼ
角形になるように形成されている抵抗パターンの4個を
ブリッジ回路に接続した磁気抵抗パターンが形成され、
該基板の該磁気抵抗パターン形成域の裏面側には披検磁
界となる外部磁界と直交する方向に磁界を持つ磁石板が
添着されてなる強磁性薄膜磁気抵抗素子であって、前記
磁気抵抗パターンの共通した電源端子と共通したグラン
ド端子とに挟まれ且つそれぞれが異なる出力端子に繋が
る2組の各対をなす抵抗パターンの内の少なくともそれ
ぞれ片側同士が、その裏面側に添着されている上記磁石
板の磁極間を結ぶ中心線上を除く両側の該磁石板からの
バイアス磁界が等しく印加される対象位置に配置されて
構成されている強磁性薄膜磁気抵抗素子によって解決さ
れる。
【0021】
【作用】磁石板23の磁界強さとその方向は、磁極間を結
ぶ中心線を中心としてほぼ対象である。
【0022】そこで本発明では、磁気抵抗パターン22の
各対をなす抵抗パターン22a,22b と22c,22d とを磁石板
23の中心振り分け対象位置にそれぞれ配置してMR素子
を構成するようにしている。
【0023】従って、各対をなす抵抗パターン22a,22b
と22c,22d の内の対応する各片側同士22a,22c および22
b,22d にかかるバイアス磁界をほぼ等しくして図8の差
動出力電圧カーブ′を図6の該カーブのように修正
することができて、外部磁界0点近傍での外部磁界強さ
が精度よく入手できるMR素子を構成することができ
る。
【0024】
【実施例】図1は本発明になるMR素子の回路構成例を
説明する図、図2はバイアス磁界と磁気抵抗パターンと
の位置関係を示す図、図3は本発明のMR素子を磁気セ
ンサに利用した一例を示す図である。
【0025】なお図ではいずれも図5で説明した磁気抵
抗パターン22をベースとしたMR素子の場合を例として
いるので、図5と同じ対象部材・部位には同一の記号を
付して表わすと共に重複する説明についてはそれを省略
する。
【0026】図1でMR素子3は、片面に磁気抵抗パタ
ーン32がパターニング形成されている基板31と該基板31
のパターン形成域裏面側に一定した強さの磁界(矢印B
長さは磁界強さを示す) が外部磁界の移動方向(矢印
C)に対して直交するように添着されている磁石板23と
で構成されている。
【0027】そして特にこの場合の磁気抵抗パターン32
は、図5で説明した4個の抵抗パターン22a 〜22d と同
様のパターンで且つブリッジ回路状に接続されている4
個の抵抗パターン32a 〜32d が、対をなす抵抗パターン
32a,32b と32c,32d とが磁石板23の磁極間を結ぶ中心線
両側の対象位置に配置されて構成されている。
【0028】なお各抵抗パターン32a 〜32d の内の対を
なす32a,32b およひ32c,32d の各つづら折れ方向は図5
同様に互いに直交し且つ磁石板23の磁界方向Bに対して
45度傾くようになっていると共に、該各抵抗パターン3
2a 〜32d 間の所定位置から分岐している各外部接続端
子22-1〜22-4はその内の22-1と22-2とが対をなす抵抗パ
ターン32a,32b および32c,32d にそれぞれ繋がる出力端
子であり, 22-3が共通するグランド端子,22-4が共通す
る電源端子であることも図5と同様である。
【0029】そこで図示の如く外部磁界Hexをかけたと
きの各出力端子22-1,22-2における出力信号を図示され
ない図4のチップ13で演算させることで該外部磁界強さ
を検知することができる。
【0030】かかるMR素子3では、バイアス磁界と磁
気抵抗パターンとの位置関係を表わす図2に示す如く各
抵抗素子 32a〜32d が磁石板23の中心線を中心とする両
側対象位置に配置されており磁石板23から受けるバイア
ス磁界を対としてほぼ等しくすることができるので、図
6で説明した差動出力電圧カーブを得ることができて
該カーブから外部磁界0点近傍での外部磁界強さを精
度よく入手することができる。
【0031】図3は上述した磁気抵抗パターン32が形成
されている基板35上に図4で説明した信号処理用IC13
と同じ機能を持つICパターン33を接続導体と共にパタ
ーニング形成した後、該基板35の磁気抵抗パターン形成
域裏面側に添着されている磁石板23の領域が欠除されて
いるリードフレーム36上の所定位置に該基板35を搭載し
通常のワイヤ・ボンディング技術で両者を接続し、更に
リードフレーム36を含むその全周囲を基板35と共に樹脂
37で被覆して所用の磁気センサ4を構成したものであ
る。
【0032】かかる磁気センサ4では、図1で説明した
磁気抵抗パターン32と共に信号処理用IC13と同じ機能
を持つICパターン33を一括してパターン形成すること
ができるので、顧客の小型化要求への対応と同時にセン
サとしての製作・組立工数の削減等による更なる生産性
向上を期待することができる。
【0033】なお、上記ICパターン33の代わりに同等
の機能を持つICチップ等を搭載しても同等の効果が得
られることは明らかである。
【0034】
【発明の効果】上述の如く本発明により、添着した磁石
からのバイアス磁界の不均一性に起因する差動出力電圧
カーブの“外部磁界0”点近傍における非直線性と該点
を中心とする非対称性を抑制して磁界検出精度の向上を
実現した強磁性薄膜磁気抵抗素子とそれを用いた磁気セ
ンサを提供することができる。
【0035】なお本発明の説明では磁気抵抗パターンを
構成する各抵抗パターンが単なる線状電極のつづら折り
で形成されている場合を例としているが、該線状電極が
その表面に通常技術によるバーバーポールパターンが被
覆形成されている場合でも同等の効果を得ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明になるMR素子の回路構成例を説明す
る図。
【図2】 バイアス磁界と磁気抵抗パターンとの位置関
係を示す図。
【図3】 本発明のMR素子を磁気センサに利用した一
例を示す図。
【図4】 技術的背景を説明する図。
【図5】 従来のMR素子の構成を説明する図。
【図6】 従来のMR素子の差動出力電圧カーブを例示
した図。、
【図7】 問題点を説明する図。
【図8】 図7における差動出力電圧カーブを例示した
図。
【符号の説明】
3 強磁性薄膜型磁気抵抗素子 4 磁気センサ 22-1, 22-2 出力端子 22-3 グランド端子 22-4 電源端子 23 磁石板 31,35 基板 32 磁気抵抗パターン 32a 〜32d 抵抗パターン 33 ICパターン 36 リードフレーム 37 樹脂

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板の片面には強磁性薄膜材からなる線
    状電極がつづら折りでほぼ角形になるように形成されて
    いる抵抗パターンの4個をブリッジ回路に接続した磁気
    抵抗パターンが形成され、該基板の該磁気抵抗パターン
    形成域の裏面側には披検磁界となる外部磁界と直交する
    方向に磁界を持つ磁石板が添着されてなる強磁性薄膜磁
    気抵抗素子であって、 前記磁気抵抗パターン(32)の共通した電源端子(22-4)
    と共通したグランド端子(22-3) とに挟まれ且つそれぞ
    れが異なる出力端子(22-1, 22-2)に繋がる2組の各対
    をなす抵抗パターン(32a,32b),(32c,32d) の内の少なく
    ともそれぞれ片側同士(32a,32c),(32b,32d) が、その裏
    面側に添着されている上記磁石板(23)の磁極間を結ぶ中
    心線上を除く両側の該磁石板(23)からのバイアス磁界が
    等しく印加される対象位置に配置されて構成されている
    ことを特徴とした強磁性薄膜磁気抵抗素子。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の強磁性薄膜磁気抵抗素子
    (3) と該強磁性薄膜磁気抵抗素子(3) からの磁気抵抗変
    動信号を処理して磁界変動に変換する信号処理用IC(3
    3)とが少なくとも同一基板(35)に実装形成されて構成さ
    れていることを特徴とした磁気センサ。
JP4324563A 1992-12-04 1992-12-04 強磁性薄膜磁気抵抗素子とそれを用いた磁気センサ Withdrawn JPH06177454A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009047444A (ja) * 2007-08-14 2009-03-05 Shinka Jitsugyo Kk 磁気センサ及びその製造方法
JP2010243287A (ja) * 2009-04-03 2010-10-28 Tokai Rika Co Ltd 車両のシフト位置検出装置
JP2013065738A (ja) * 2011-09-19 2013-04-11 Denso Corp 磁気センサ
JP2018036267A (ja) * 2006-01-20 2018-03-08 アレグロ・マイクロシステムズ・エルエルシー 集積化センサの配列

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